課程設計-熱鐓擠送料機械手設計【含CAD圖紙】

課程設計-熱鐓擠送料機械手設計【含CAD圖紙】,含CAD圖紙,課程設計,熱鐓擠送料,機械手,設計,cad,圖紙 熱鐓擠送料機械手的設計——課程 設計 機械原理課程說明書 設計題目：熱鐓擠送料機械手 學生姓名： 學 號： 學 院：機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導老師：  設計任務書 1 設計題目 熱鐓擠送料機械手 2 工作原理及其工藝動作過程 機械手夾送圓柱形鐓料，手指夾料，再通過凸輪或連桿機構使手臂上擺15°，然后手臂水平回轉120°，到達指定點手臂下擺15°，手指張開放料；手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指張開，準備夾料，往復這些運動。 3 原始數(shù)據(jù)及設計要求 （1）最大抓重 2㎏ （2）手指夾持工件最大直徑 25㎜ （3）手臂回轉角度 120· （4）手臂回轉半徑 685㎜ （5）手臂上下擺動角度 15· (6) 送料頻率 15次/分 （7）工作阻力很小。要求選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠。 （8）電動機轉速 1450轉/分 4 設計方案提示 （1）機械手主要由手臂上下擺動機構、手臂回轉機構組成。工件水平或垂直放置，設計時可以不考慮手指夾料的工藝過程。 （2）此機械手為空間機構，確定設計方案后應計算空間自由度。 (3) 此機械手可按閉環(huán)傳動鏈設計。 5 設計任務 （1） 機械手一般包括連桿機構、凸輪機構和齒輪機構。 （2） 設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （3） 設計平面連桿機構。對所設計的平面連桿機構進行速度、加速度分析，繪制運動線圖。 （4） 設計凸輪機構。按各凸輪機構的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用解析法計算理論輪廓線、實際輪廓線值。繪制從動件運動規(guī)律線圖及凸輪輪廓線圖。 （5） 設計計算齒輪機構。 （6） 編寫設計計算證明書。 （7） 學生可進一步完成凸輪的數(shù)控加工、機械手的計算機動態(tài)演示驗證等。 目錄 前言……………………………………………………………………………….…………………. 5 第1章 總論擠設計要求……………………………………………………….……………6 1.1 設計要求…………………………………………………………………………...……………6 1.2 工作原理以及工藝動作流程圖…………………………………………………………6 1.2.1機械手上下擺動動作的設計…………………………………………………………………..6 1.2.2機械手水平回轉動作的設計…………………………………………………………………..7 1.2.3熱鐓擠送料機械手工藝動作流程……………………………………………………………..8 第2章 機械驅動裝置選擇與傳動系統(tǒng)設計………………………………….9 2.1驅動裝置的選擇………………………………………………………………………….9 2.1.1 常用電動機的機構特征……………………………………………………………………….9 2.1.2選定電動機的容量………………...…………………………………………………………...9 2.2傳動類型的選擇……………………………………………..………………………….………10 第3章 主要執(zhí)行機構方案設計…………………………………………….……….11 3.1手臂擺動機構的選擇設計……………………………………………………….………11 3.2手臂水平回轉機構的選擇設計………………………………….…………….………11 3.3形態(tài)學矩陣……………………………………………………………………….……………12 3.4擬定運動循環(huán)圖…………………………………………………….……….………………12 3.5機械系統(tǒng)運動轉換功能圖……………………………………………….………………12 第4章 機械運動系統(tǒng)設計方案擬定………………………………….…………13 4.1擬定的方案……………………………………………………………………….……………13 第5章 系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理及方案選擇………………………………………...14 5.1對方案a的數(shù)據(jù)處理………………………………………………………………………14 5.2對方案b的數(shù)據(jù)處理………………………………………………………………………16 5.3方案的選擇………………………………………………………………….…………………16 5.4成品的尺寸設計…………………………………………………………..…………………16 第6章 方案的評價…………………………………………………………………………17 6.1方案評價表…………………………………………………………………….………………17 結束語………………………………………………………………………………...……………..19 參考文獻…………………………………………………………………………………………..19 摘要 機械原理課程設計是使學生較全面的，系統(tǒng)掌握和深化機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生機械運動方案設計，創(chuàng)新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的一門課程。熱鐓擠送料機械手的設計，充分的展示了機械原理課程理論和實際應用的結合。 關鍵詞 機械原理 課程設計 機械手 熱鐓機 前言 進入21世紀以來，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質量可靠、價格低廉、效率高、能耗低的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設計。機械產(chǎn)品設計中，首要任務是進行機械運動方案的設計和構思、各種傳動機構和執(zhí)行機構的選用和創(chuàng)新設計。這要求設計者綜合應用各類典型機構的結構組成、運動原理、工作特點、設計方法及其在系統(tǒng)中的作用等知識，根據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動作過程，選用或創(chuàng)新機構型式并巧妙地組合新的機械運動方案，從而設計出機構簡單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實用性強的機械產(chǎn)品。 在全球化的知識經(jīng)濟時代，人類將更多地依靠知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新及知識和技術的創(chuàng)新應用，來贏得市場競爭力和產(chǎn)品生命力。設計中的創(chuàng)新需要豐富的創(chuàng)新性思維，沒有創(chuàng)新性的構思，就沒有產(chǎn)品的創(chuàng)新，而機械產(chǎn)品的創(chuàng)新是機械系統(tǒng)的運動方案設計。 機械原理課程設計結合一種簡單機器進行機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合、機械運動方案設計等，使學生通過一臺機器的完整的運動方案設計過程，進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文字表達及設計資料查詢等諸多方面的獨立工作能力進行的訓練，培養(yǎng)理論與實際相結合、應用計算機完成機構分析和設計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)的創(chuàng)新能力。因此，機械原理課程設計在機械學生的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用。 培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新思維能力是高等教育改革的一項重要任務。機械原理是機械類專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課，它是研究機械的工作原理、構成原理、設計原理與方法的一門學科，特別是機械原理課程中關于機械運動方案的設計是機械工程設計中最具有創(chuàng)造性的內容，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力起著十分重要的作用。機械原理課程設計是機械原理教學的一個重要環(huán)節(jié)。 第1章 總論及設計要求 1.1設計要求 熱鐓擠送料機械手，它是有電動機驅動，通過機械手的動作，夾送圓柱形鐓料，往40t鐓頭機送料。機械手的手臂的上下擺動有凸輪搖桿機構實現(xiàn)，機械手的水平回轉有間隙機構實現(xiàn)。具體的動作順序：手指夾料，手臂上擺15°，手臂水平回轉120°，手臂下擺15°，手指張開放料；手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指張開，準備夾料。熱鐓擠送機械手能實現(xiàn)最大抓重為2kg，最大直徑為25mm的圓柱形鐓料。（不考慮機械手抓手的動作） 方案號 最大抓重 手指夾持工件最大直徑/mm 手臂回轉角度 /(°) 手臂回轉半徑 /mm 手臂上下擺動角度 /(°) 送料頻率 /(次/min) 電動機轉速（r/min） A 2 25 120 685 15 15 1450 B 3 30 100 700 20 10 960 C 1 15 110 500 15 20 1440 表1.1 熱鐓擠送料機械手技術參數(shù) 1.2工作原理以及工藝動作流程圖 1.2.1機械手上下擺動動作的設計： 機械手上下擺動方案a： 圖1.2(a) 凸輪搖桿機構 機械手上下擺動方案b： 圖1.2（b）凸輪連桿機構 1.2.2機械手水平回轉動作的設計： 機械手水平回轉方案a： 圖1.2（c）不完全齒輪機構 機械手水平回轉方案b： 圖1.2（d）曲柄搖桿機構 1.2.3熱鐓擠送料機械手工藝動作流程 表1.2 工藝動作流程表 第2章 機械驅動裝置選擇與設計 2.1 驅動裝置的選擇 選擇電機類型：　電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅動。 2.1.1 常用電動機的結構特征 （1）.Y系列三相異步電動機 該系列電機能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機內部，它是我國近年來研制成功的型電動機。 (2). 電磁條速三相異步電動機 名稱：YCD電磁調速三相異步電動機。有組合式和整體式兩種機構，這兩種調速電動機為防護式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等滑動接觸部件。 2.1.2 選定電動機的容量 電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。 工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，； n——工作機的轉速，； 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—4型號電動機（電流A：11.6 轉速: 1440r/mm 效率:85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率:5.5kw） 2.2 傳動類型的選擇 考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當原動機驅動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應用. 圖2.2（a） 鏈傳動 圖2.2（b） 帶傳動 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結構尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據(jù)以上的分析比較，再結合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。 第3章 主要執(zhí)行機構方案設計 3.1手臂擺動機構的選擇設計 選擇凸輪連桿機構實現(xiàn)機械手的上下擺動： 1-凸輪 2-滾子 3-折桿 4 5-連桿 圖3.1凸輪連桿機構 3.2手臂回轉機構的選擇設計 選擇不完全齒輪實現(xiàn)間歇運動： 1 2-不完全外齒輪 3 4-不完全內齒輪 圖3.2不完全齒輪組合機構 3.3形態(tài)學矩陣 功能元解 動力源 電動機 A1 汽油機 A2 柴油機 A3 液壓機 A4 傳動裝置 蝸桿傳動 B1 鏈傳動 B2 帶傳動 B3 齒輪傳動 B4 手臂上下擺動機構 凸輪+搖桿機構 C1 凸輪+連桿機構 C2 手臂水平回轉機構 不完全齒輪機構 D1 曲柄搖桿機構 D2 表3.1 形態(tài)學矩陣表 系統(tǒng)解的可能方案數(shù)： F=4*4*2*2=64 其中列出較為理想的兩種： A1+B3+C1+D1或A1+B3+C2+D1 3.4擬定運動循環(huán)圖 機械手 上擺15° 停止 下擺15° 停止 上擺15° 下擺15° 轉臺 停止 水平回轉120° 停止 停止 水平反轉120° 停止 凸輪連桿轉角 150° 180° 330° 360° 150°（第二周） 180° 圖3.2運動循環(huán)圖 3.5機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 圖3.3機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 第4章 機械運動系統(tǒng)設計方案制訂 4.1擬訂的方案 方案a：由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過圓錐齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動，上下擺動的夾角為15°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給兩組不完全齒輪，通過連在轉臺上的軸，從而使轉臺完成水平120°的回轉運動。 1——電動機 2——機械手擺動裝置 3——轉臺 4——抓手 5——機械手水平回轉裝置 圖4.1 方案b: 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過皮帶輪與凸輪的傳動，從而完成機械手的上下擺動，上下擺動的夾角為15°。另一路由圓錐齒輪傳動，帶動曲柄轉動，從而使搖桿水平回轉120°，而搖桿又通過支柱與轉臺相連，從而使整個轉臺一起水平回轉。 1——電動機 2——機械手擺動裝置 3——抓手 4——轉臺 5——機械手水平回轉裝置 圖4.2 第5章 系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理及方案選擇 5.1對方案a數(shù)據(jù)處理 圖6.1 參數(shù)： 電動機的轉速：1440r/min 皮帶輪1半徑R1=10cm 皮帶輪2半徑R2=25cm 圓錐齒輪3齒數(shù)Z1=15 圓錐齒輪4齒數(shù)Z2=30 齒輪14齒數(shù)Z3=20 蝸桿5齒數(shù)Z4=1且為右旋 凸輪6基圓半徑r0=90mm 滾子7半徑Rr=10mm 傳動比計算：w1=2πf=2*3.14*1440/60=144rad/s 由w1r1=w2r2 w2=w1*r1/r2=58rad/s 齒輪3對齒輪14的傳動比i1=w3/w14=z1*z14/z3*z5=15*20/20*1=15 W14=w3/15=w2/15=4rad/s 凸輪推程角?1=150° t1=?1/w14= 38s 凸輪遠休角?2=30° t2= ?2/w14=8s 因此不完全齒輪使轉臺水平轉動的時間間隔為8s。 圖6.2 凸輪連桿及運動規(guī)律圖 不完全齒輪的從動件的運動時間和停歇時間計算： 圖6.3 不完全齒輪運動 停歇時間示意圖 不完全齒輪數(shù)z1=1的主動輪等速轉動時，主動輪轉動的角度Q=Q2+Q3,從動件相應轉過的角度為Q1,設主動輪轉一周的時間為t1,則： 從動輪的運動時間t2為：t2=( Q2+Q3)*t1/2π 從動輪的停歇時間t3為：t3=(1- (Q2+Q3)/ 2π)/t1 5.2對方案b數(shù)據(jù)處理 圖6.3 圖6.4曲柄搖桿示意圖及角速度和角加速度規(guī)律圖 5.3方案的選擇 由于方案a有明顯的運動和停歇動作，更符合設計要求，因此可以選擇方案a更合適。而方案b的轉臺是曲柄搖桿機構完成，沒有明顯的停歇工作，但由曲柄搖桿機構的運動規(guī)律圖看出，其沒有柔性和剛性沖擊。而方案a也有其缺點是，凸輪連桿機構和不完全齒輪均有不穩(wěn)定和沖擊。 5.4成品的尺寸設計 包裝尺寸：長×寬×高 1100×1100×1500 第6章 方案的評價 6.1方案評價表 評價方案表A: 序號 評價項目 評價等級 評價尺度（評價分數(shù)） 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 8 5 3 0 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 落后 10 8 4 0 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 10 8 4 0 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 8 4 0 5 系統(tǒng)的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 10 5 0 6 系統(tǒng)方案的可靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 4 0 7 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 一般 不新穎 10 8 4 0 8 系統(tǒng)方案的實用性 實用 一般 不實用 10 5 0 9 系統(tǒng)方案的經(jīng)濟成本 低 較低 高 較高 10 8 4 0 表 項目 方案 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 累計得分 a 10 7 8 7 6 7 8 9 6 68 b 6 7 7 6 7 7 6 8 7 61 表5.1方案評價表A 方案評價表b： 方案評價標準 方案a 方案b 成本低 + ++ 便于加工 + + 結構簡單 + + 便于方便 + + 操作方便 ++ + 總計 4個“+”， 1個“++” 4個“+” 1個“++” “＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好”。 表5.2 方案評價表B 結束語 緊張的課程設計順利結束了。在這次設計過程中，我掌握了很多設計知識，學會了幾個軟件的使用并有所提高。發(fā)現(xiàn)有些東西非常有用，比如AutoCAD、畫板的使用。但是也碰到了很多問題，機構的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運動循環(huán)圖不清晰以及機構不能完美的連貫起來。這些都是最重要也是最難的。經(jīng)過老師的指導和同學間討論，終于有所收獲，明白了很多。 機械學作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內容豐富，涉及面廣。目前，機械學正與電子電氣、液壓等多種學科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。機械學的學習將是一個艱苦但卻值得努力的過程。 參考文獻 [1]牛鳴岐,王保民,王振甫.機械原理課程設計手冊.重慶:重慶大學出版社,2001 [ 2 ]機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編. 機械工程手冊第59篇、沖壓機械化與自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1982 [3]王知行,劉延榮.機械原理.北京:高等教育出版社,2000 [4 ]哈爾濱機械原理課程設計指導書。北京:高等教育出版社，2005 [5]陳秀寧.機械設計課程設計.浙江：浙江大學出版社，1995 [6]鄒慧君.機械設計課程設計手冊.浙江：高等教育出版社，1995 19