1、机械原理多集转动机械机械原理课程设计说 明 书 设计题目:热镦挤送料机械手东方科技学院工科系 机械设计制造及其自动化专业 3 班设计者：廖知航学号：200841914305指导老师：杨文敏2010年6月 6 日前 言为了培养面向21世纪知识经济时代的科技人才，国家进行了课程体制改革，而机械原理课程设计能够培养机械类专业学生的创新能力，今天我们设计的热墩挤送料机械手，由于机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
2、机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度，选择何时的自由度作出合适的机械手以满足生产的要求，简便了工作。一、总设计要求.1、设计题目.2、设计任务.二、功能分解三、选用的机构.四、机构的运动循环图.五、原动件的选择.六、传动比的分配.七、主要机构介绍.1、齿轮设计.2、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构3、不完全齿轮机构设计
3、.八、设计方案的评价.九、总结.十、参考文献.一、总 设计 要 求1、设计题目设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形墩料，往40t墩头机送料。以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆12度，手臂水平回转120度，于管下摆15度，手指张开放料。手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。主要要求完成对手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。如下为机械手的外观图和技术参数表.机械手技术参数 2、设计任务（1）机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。 （2）设计传动系统并确定其传动比分配。 （3）设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速度分析，
4、绘制运动线图。 （4）设计凸轮机构。（5）设计计算齿轮机构。二、功能分解送料机构由2种动作的组合：一、做上下摆动当料被抓紧后，通过凸轮对连杆一端的位置的改变进行对杆的摆角进行调整，从而实现对物料的拿起和放下的动作。二、间歇的回转运动当手臂上摆时，通过锥齿轮和不完全啮合齿轮实现间歇的回转运动三、选用的机构名称作用凸轮机构通过轴的带动用凸轮使手臂实现上下摆动不完全齿轮机构通过不完全啮合齿轮达到间歇的效果圆柱齿轮机构通过齿轮达到减速效果圆锥齿轮机构通过锥齿轮的特点达到改变方向的效果连杆机构通过连杆实现转动四、机 构 的 运 动 循 环 图五、原动机的选择由发动机转速x可以知道功率为p=3kw。总速比
5、i总=电动机/工作机= 96 （其中工作机为送料频率）。六、传动比的分配电动机转速:960r/min,生产率:次/10min。凸轮完成一次周期的时间:t1=6。机械臂完成一次竖直运动或水平运动的时间:t2=1.5。与凸轮相连接的主动轴转速:20 r/min；又因为上带轮减速倍率为2倍，下带轮减速倍率为4倍，带轮的从动轴转速为:480 r/min。上执行机构中的两队减速齿轮的传动比为x1和x2，则x1*x2=480/20。的出两个传动比分别为1:4，1:6。七、主 要 机 构 介 绍、齿轮机构减速齿轮由于原动机的转速较高，nd= r/min，在此工作机不需要如此高的转速，我们需要设计减速齿轮降低
6、转速，增大转矩，以实现工作机的正常稳定工作。数据计算1、数据计算工作机（输出轴）的转速计算电机转速=x 生产率=y 完成一次周期的时间：t1=60/y 完成一次上下或平移的时间：t2=t1/4 输出轴的转速：2y r/min2 减速齿轮的传动比计算 因为带轮的减速为两倍，所以输入轴的转速为x/2 r/min 第一级齿轮减速倍数（传动比）为：x1 第二级齿轮减速倍数（传动比）为：x2x1*x2=(x/2)/2y2、渐开线标准减速齿轮传动计算公式名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m（根据齿轮受力情况和结构需要确定，选取标准值）压力角选取标准值分度圆直径dd1=mz1d2=mz2齿顶高haha1=ha
7、2=ham齿根高hfhf1=hf2=(ha+c)m齿全高hh1=h2=(2ha+c)m齿顶圆直径dada1=(z1+2ha)mda2=(z2+2ha)m齿根圆直径dfdf1=(z1-2ha-2c)mdf2=（z2-2ha-2c）m基圆直径dbdb1=d1cosdb2=d2cos齿距pp=m基圆齿距pbpb=pcos齿厚ss=m/2齿槽宽ee=m/2顶隙cc=cm标准中心距aa=m(z1+z2)/2传动比ii12=w1/w2=z2/z1=d2/d1=dh2/dh13、渐开线标准齿轮数据名称代号参数齿轮12345678模数m22222222齿数z10025150251002525压力角202020
8、2020202020分度圆直径d20050300502005030050齿顶高ha22222222齿根高hf2.52.52.52.52.52.52.52.5齿全高h4.54.54.54.54.54.54.54.5齿顶圆直径da20454304542045430454齿根圆直径df19545295451954529545基圆直径db187.9346.98281.9046.98187.9346.98281.9046.98齿距p6.286.286.286.286.286.286.286.28基圆齿距pb5.905.905.905.905.905.905.905.90齿厚s3.143.143.143.
9、143.143.143.143.14齿槽宽e3.143.143.143.143.143.143.14v顶隙c0.250.250.250.250.250.250.250.25传动比i1:41:61:41:6锥齿轮机构为了能够实现既定运动，需要进行运动转向才能将电机的转动变成所需的运动，所以需要用到锥齿轮链接。锥齿轮公式及其参数名称代号计算公式参数分锥角=arctan(z1/z2)45齿顶高haha=ham=m2齿根高hfhf(ha+c)m=1.2m2.4分度圆直径dd=mz36齿顶圆直径dada=d+2hacos41.64齿根圆直径dfdf=d-2hfcos32.475锥距rr=m/225.46
10、齿根角tan=hf/r3顶锥脚=+481049根锥角=-41顶隙cc=cm0.4分度圆齿厚ss=m/23.14当量齿数zz=z/cos3.14齿宽bbr/38模数m视情况自己设定2齿数z视情况自己设定18、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构在该凸轮机构中，由凸轮的转动带动推杆在竖直方向做周期性运动。凸轮运动分为3个阶段，推程阶段，回程阶段，近休止阶段。1、凸轮机构基本尺寸的确定。如下图建立Oxy直角坐标系。凸轮基圆半径r0的确定，在偏距一定推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径r0,可以减小压力角，从而改善机构的传力特性，但如果过大又会使机构的尺寸过于庞大，故定基圆半径r0=50mm。凸轮滚子推杆
11、滚子半径的选择，用p1表示凸轮工作廓线的曲率半径，用p表示理论廓线的曲率半径。所以有p1=pr1；为了避免发什么失真现象，应该是p的最小值大于0，即使pr1；另一方面滚子的尺寸还受其强度，结构的限制，不能太小通常取滚子半径：r1=(0.10.5)*r0。在此，取r1=0.2*r0=10mm。2、原始数据及分析。已知数据，推程运动结束时的凸轮总转角，d1=150o，其中（d1-d0）为推程角；回程运动结束时的凸轮总转角，d2=300o，其中（d2-d1）为回程角；近休止运动结束时的凸轮总转角，d3=360o,其中（d3-d2）为近程休止角；凸轮中心到推杆中心轴线的偏距，e=0；基圆半径，r0=5
12、0；从动杆的总行程，h=59；凸轮角速度，=1r/s；滚子半径，r1=10。待求数据，推动从动杆的位移，s；推动从动杆的速度，v；推动从动杆的加速度，a；以凸轮中心为原点竖直和水平方向分别为x,y轴，建立平面直角坐标系。凸轮轮廓的轨迹x轴坐标点，x；凸轮轮廓的轨迹y轴坐标点，y。3、推杆的运动规律及凸轮的轮廓线方程。推程过程:0d150oa、等加速推程阶段:0d75o推杆从动杆的位移:s=2h2/02=2hd2/d12推杆从动杆的速度:v=4h/02=4hd/d12推杆从动杆的加速度:a=4h2/02=4h2/d12 b、等减速推程阶段:75od150o推杆从动杆的位移:s=h-2h(0-)2
13、/02=2h(d1-d)2/d12 推杆从动杆的速度:v=4h(0-)/02=4h(d1-d)/d12推杆从动杆的加速度:a=-4h2/02=-4h2/d12回程过程:150od300oa、等加速回程阶段:150od225o 推杆从动杆的位移:s= h-2h2/02=h-2hd2/(d2-d1)2 推杆从动杆的速度:v=-4h/02=-4hd/(d2-d1)2 推杆从动杆的加速度:a=-4h2/02=-4h2/(d2-d1)2 b、等减速回程阶段:225od300o推杆从动杆的位移:s=2h(0-)2/02=2h(d2-d1-d)2/(d2-d1)2推杆从动杆的速度:v=-4h (0-)/02
14、 =-4h(d2-d1-d)/(d2-d1)2 推杆从动杆的加速度:a=4h2/02=4h2/(d2-d1)2近休止过程:300od360o推杆从动杆的位移:s=0 推杆从动杆的速度:v=0 推杆从动杆的加速度:a=0推程过程及其回程过程中凸轮轮廓轨迹:x=x1-r1cos y=y1-r1sin其中理论轮廓线方程:x=(s0+s)sin+e*cos= (s0+s)sin y=(s0+s)cos-e*sin=(s0+s)cos其中s0=（r02+e2）1/2=r0 图中B点处法线n-n斜率: tan=dx/-dy=(dx/d)/(-dy/d)=sin/cos 由上述三式可得: sin=(dx/d
15、)(dx/d)2+(dy/d)21/2cos=-(dy/d)(dx/d)2+(dy/d)21/2凸轮运动与机械臂运动关系如下表所示。推程阶段回程阶段近休止阶段凸轮总转角150o300o360o用时5/85/81/4机械臂运动上摆15o下摆15o水平静止夹料、不完全齿轮机构设计1、主要特点。从动轮每转一周停歇的次数，每次停歇时间的长短，每次运动转过的角度，主动轮没赚一周从动轮停歇的次数等，可调幅度比槽轮机构大得多，设计相对较为灵活。 从啮合过程来看，从动轮在每次运动的开始与终止时刻冲击较大，故不完全齿轮机构的动力学特性较差。可以采取措施，例如附加顺心线机构以改善力学性能，但增加了机构的复杂程度。
16、故不完全齿轮机构一般用于低速轻载的场合。2、设计步骤。已知:从动轮每一次转角2=120o，停动比k0.450.55主、从动轮上齿数z1=z2=48,模数m=2，压力角=20o,ha2*=1。按1.15o3、数据列表序号名称符号计算公式或确定方法数据值1分度圆压力角标准值（一般取20o）20o2从动轮齿顶高系数ha2*标准值（一般取1）13一对标准齿轮齿顶圆的两个焦点间所对从动轮中心角之半22=arcosz2(z1+z2)+2(z2 -z1)/(z1+z2)(z2+2)16.26o4从动轮顶圆压力角a2a2=arcosz2cos/(z2+2ha2*)25.25o5从动轮顶圆齿厚所对中心角之半22
17、=/2z2-(inva2-inv)0.88o6单齿传动（z=1）中从动轮每次运动所转角度的齿数kK=z222-2/ Z2+22/2 计算结果去掉小数部分后所得的整数37单齿传动（z1=1）中从动轮每次转角22=2k/z222.5o8从开始啮合时，与主动轮首齿啮合的从动轮齿厚中心线与连心线间夹角r2r2=(k-1)/z27.5o9主动轮末齿齿顶高系数ha1*ha1*=z1+(z12-2G)1/2/20.5210主动轮首齿齿顶高系数ha1*按ha1* ha1*条件选取0.411主动轮首齿齿圆压力角a1a1=arcosz1cos/z1+2 ha1*22.44o12啮合角一般为标准中心距安装=20o1
18、3第一对与第二队齿间重叠系数=z1(tana1tan)+z2(tana2-tan)/21.2414主动轮末齿齿顶圆压力角a2a2=arccosz2cos/z1+2 ha1*22.43o15主动轮顶圆齿厚所对中心角之半11=(/2z2)-(inva2-inv)1.5o16主动轮末齿中心线与过锁止狐起点下的半径11=arcsin(z2+2ha2*)sin(2-r2-2)/(z1+2 ha1*)-112.9o17从动轮每次一转角N=2/必须为整数，按工作要求确定11.14o18从动轮每次转过的齿数z2z2=z2/2=z2/N1619主动轮上两锁弧间的实际齿数z1z1= z2-k+11420主动轮首末
19、两齿中心线间的夹角=2(z1-1)/z197.51o21从动轮每一次运动的时间tftf=T(+1)/20.338T22从动轮每一次停歇的时间tdtd=T-tf0.663T23动停比kk= tf/ td0.5124从动轮顶圆齿厚为0.5mm时所对中心角22=1/(z2+2ha2*)1.15o25锁止弧半径RR=m(z2+2)2+(z1+z2)2-2(z2+2)(z1+z2)cos(r2+2-2)1/2/246.86不完全齿轮运动与机械臂运动关系如下表:机械臂运动/齿轮3运动不完全齿轮1不完全齿轮2与齿轮3啮合用时下上15o/停止顺时针900逆时针90o与齿1不啮合与齿2不啮合1.5逆时针120o
20、顺时针90o逆时针90o与齿1啮合与齿2不啮合1.5下上15o/停止顺时针90o逆时针90o与齿1不啮合与齿2不啮合1.5顺时针120o顺时针90o逆时针90o与齿1不啮合与齿2啮合1.5 第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四（其中双线表示不完全齿轮带齿部分，单线表不带齿部分）八、设计方案的评价 该方案通过凸轮实现凸轮实现机械臂上下摆动15o的工作要求，通过不完全齿轮实现间歇和机械臂水平120o的转动。上下两部分执行机构衔接较为得当。动力分配合理，整个方案设计简单，同时能很好完成要求的运动工作。九、总结这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，虽然有些茫然和不知所措，但是在老师的指导和同学的互相帮助下还是按时完成了设计。这次课程设计让我体会很深，也学到了很多新东西，作为一名机械系，机械设计制造及其自动化专业的大学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。十、参考文献1、机械原理（第七版）-孙桓，陈作模等主编2、间歇运动机构设计与应用创新-邹慧君，殷鸿梁主编3、机械原理课程设计-高英武，杨文敏主编
