【正文】 計是大學(xué)四年中的最后一次課題設(shè)計，也是最為重要的一次設(shè)計，是對我們大學(xué)四年的綜合考量 。鍛煉了我們查詢資料自我學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)了我們創(chuàng)新設(shè)計能力。同時，它還能操作必要的工具進(jìn)行焊接和裝配，它高效不間斷地工作在各種復(fù)雜環(huán)境中 ,從而極大改善了工 人的勞動條件，顯著提高了勞動生產(chǎn)率，加快了工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐，所以機(jī)械手的研制很有必要。機(jī)械機(jī)械手的優(yōu)勢十分明顯 .機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和不同環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。市場對質(zhì)量可靠性能卓越的產(chǎn)品的需求大量增加，為滿足市場需求，各個企業(yè)工廠不斷建成現(xiàn)代化生產(chǎn)線，通過智能機(jī)器人來代替人力去快速高效的生產(chǎn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，要分析各種機(jī)構(gòu)對運(yùn)動的影響，綜合分析各種類型的機(jī)構(gòu)來確定適合機(jī)械手運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，通過分析得出結(jié)論，由凸輪連桿機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手的上下 15 度擺動，由不完全齒輪和齒輪齒條機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手的左右回轉(zhuǎn)。 熱鐓擠 送料機(jī)械手 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘要 送料機(jī)械手主要用于機(jī)床和生產(chǎn)線中的上下料工作 ，熱鐓擠送料機(jī)械手主要由動力裝置、傳動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)為設(shè)計的主要內(nèi)容。 在本次設(shè)計中，該設(shè)計通過減速器變速將動力傳動到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，再有執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手運(yùn)動。 關(guān)鍵詞 ： 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 凸輪 不完全齒輪 1 緒論 課題研究的目的和意義 21 世紀(jì)是科技高度發(fā)達(dá)的時代，人們的消費(fèi)力不斷 增加。各種高效率的機(jī)械手可以滿足工廠的生產(chǎn)需求，還可以克服惡劣環(huán)境完成工作。它不但能代替部分人工操作，還能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸。 熱鐓擠送料機(jī)械手，該設(shè)計全面綜合的運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計專業(yè)學(xué)生在大學(xué)本科階段所學(xué)的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實際進(jìn)行了一次重要實踐。該設(shè)計綜合運(yùn)用了 CAD、PORE 等軟件，使我們對這些制圖軟件能熟悉運(yùn)用。畢業(yè)設(shè)計考驗的不是單一的一門知識，而是我們大學(xué)四年所學(xué)的綜合運(yùn)用。綜合運(yùn)用了 CAD、 PORE 等軟件，是我們對這些制圖軟件能熟悉運(yùn)用。它的運(yùn)用，使得在惡劣環(huán)境中的生產(chǎn)工作得以繼續(xù)進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手的應(yīng)用隨處可見，無論是組合機(jī)床，還是流水線生產(chǎn)，都可以運(yùn)用機(jī)械手來進(jìn)行上下料的工作。機(jī)械手的種類很多，常見的有液壓式、電動式、氣動式和機(jī)械式機(jī)械手。機(jī)械手的主要部件為手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)，運(yùn)動機(jī)構(gòu)用來控制的各種動作，使機(jī)械手完成上下擺動、左右回轉(zhuǎn)、伸縮、擺動等等運(yùn)動。機(jī)械手的自由度影響機(jī)械手的靈活性 、通用性，通常 機(jī)械手自由度為 45 個，一般的專用的機(jī)械手由 23 個自由度。機(jī)械手的特點是工作時間長，工作精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以在惡劣環(huán)境中工作。機(jī)械手的模塊化同時也是它的發(fā)展趨勢，通過模塊化處理，可以使機(jī)械手快速響應(yīng)，完成不同的工作。 總體設(shè)計要求 設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手 ,由電動機(jī)驅(qū)動 ,夾送圓柱形鐓料 ,往 40 t鐓頭機(jī)送料。手臂水平回轉(zhuǎn) l20176。手指張開放料 。 主要要求完成對手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動設(shè)計。 設(shè)計熱鐓劑送料機(jī)械手驅(qū)動機(jī)構(gòu)使熱鐓機(jī)送料機(jī)械手完成上下擺動和水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動， 設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 凸輪 連桿 機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算：選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律 ,確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。 繪制熱鐓劑送料機(jī)械手的總體裝配圖； 繪制熱鐓劑送料機(jī)械手的主要零件圖； 說明書主要內(nèi)容 說明書的主要內(nèi)容為：第一章主要介紹課題研究的意義以及課題要求 ，第二章介紹運(yùn)動過程，對機(jī)械手的運(yùn)動過程和動作順序進(jìn)行了解分析計算。第四章對減速器部分的設(shè)計計算和校核計算。計算出主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)中凸輪和不完全齒輪的形狀和大小。附參考資料 圖 11 2 運(yùn)動過程分解 運(yùn)動周期計算 由 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 總體設(shè)計要求可知，機(jī)械手送料頻率為 15次 /min,電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min，通過簡單計算可知， 每周期運(yùn)動時間為 4秒鐘 ，這 4s 可進(jìn)行如下分配： 機(jī)械手 手指夾料（ ） —— 機(jī)械手 手臂上擺 15 度（ ） —— 機(jī)械手 手臂 水平 回轉(zhuǎn) 120 度（ ） —— 機(jī)械手 手臂下擺（ ） —— 機(jī)械手 手指張開 放料 （ ）—— 機(jī)械手 手臂上擺 15度（ ） —— 機(jī)械手 手臂 水平 反轉(zhuǎn) 120 度（ ） —— 機(jī)械手 手臂下擺 15度（ ） 運(yùn)動循環(huán)圖 通過運(yùn)動周期計算繪制圓形運(yùn)動循環(huán)圖。它能更好的說明 運(yùn)動過程，可以描述各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動順序、相互之間既協(xié)調(diào)又制約的動作關(guān)系。 圖 21 圓形循環(huán)圖 3 機(jī)構(gòu)功能分解 熱鐓擠送料機(jī)械手的構(gòu)成 由 原動機(jī)、傳動部分、執(zhí)行部分 三部分 組成，功能關(guān)系由下表所示 ： 表 31 熱鐓擠送料機(jī)械手 原動機(jī) 傳動機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動機(jī) 齒輪 帶輪 間歇上下擺動機(jī)構(gòu) 間歇左右回轉(zhuǎn) 驅(qū)動裝置的選擇 電動機(jī)的種類很多，可以分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類，我們所使用的電動機(jī)的工作環(huán)境實在工廠，所用為交流電，選用的電動機(jī)為交流電動機(jī)。 三相交流異步電動 的 機(jī) 結(jié)構(gòu) 比較簡單，而且它價格低廉，在日常中 維護(hù)方便， 所以它 在工業(yè) 生產(chǎn)中得到 上 廣泛的應(yīng)用 。它的特點 是性能好，噪音較低 ， 同時具有高效率 震動小的優(yōu)點 。 課題中所設(shè)計的 熱鐓擠送料機(jī)械手 的工作環(huán)境實在工廠中， 它的 工作電壓為 380V,頻率為 50HZ，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 1450r/min，所以選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min。 電動機(jī)參數(shù) ： 表 32 電動機(jī)型號 額定功率/kW 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量 /kg Y112M4 4 1440 43 傳動類型的選擇 帶傳動特點： 帶傳動有 傳送 比較 平穩(wěn)，噪聲 較 小，能 進(jìn)行一定的 緩沖吸振 的優(yōu)點 ，但是帶傳動的 承載能力 比 較低。 齒輪傳動特點： 齒輪傳動有著 工作可靠，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高 等優(yōu)點， 但 它的 成本也高， 在 精度低的時候，震動和噪聲比較大 ， 不宜用于軸間距大傳動。 摩擦輪傳動特點：摩擦輪優(yōu)點在于制造簡單，在過載時可以發(fā)生打滑從而防止機(jī)器中重要零件的損壞，可以實現(xiàn)無級變速，但它的缺點也較為明顯，那就是傳動效率較低，傳動比不能保證，而且壽命較低，它必須采用壓緊裝置時才能使用。缺點是效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造材料較貴，制造較難 對這五種傳動方式進(jìn)行對比， 考慮熱鐓擠送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境和所需力等方面的要求綜合選擇帶傳動和齒輪傳動 ，電動機(jī)通過帶輪將轉(zhuǎn)矩傳遞到減速器，通過減速器減速達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速帶動機(jī)械手的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動和上下擺動。 方案一 ：凸輪連桿機(jī)構(gòu) 凸輪是具有曲線輪廓 的構(gòu)件，它的運(yùn)動可以通過高副接觸傳遞給從動件，是從動件運(yùn)動，它的運(yùn)動狀態(tài)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。而凸輪連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于計算、 成本低廉 的優(yōu)點。 考慮到機(jī)械手最大抓重為 2kg，工作強(qiáng)度不大， 沖擊也較小，所以該結(jié)構(gòu)可以完成上下擺動動作 。 圖 31 凸輪 +連桿 方案二：圓柱凸輪機(jī)構(gòu) +連桿 圓柱凸輪是將移動凸輪卷成圓柱體衍化而來，它是空間運(yùn)動。該方案 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圓柱凸輪成本較高，計算較為麻煩。 如圖 32所示，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動拉動連桿使其完成擺動 15度的動作。使機(jī)械手完成要求的上下擺動 15度的要求。 圖 33 曲柄滑塊 +曲柄搖桿 綜合對比 3 種機(jī)構(gòu)， 考慮機(jī)械手設(shè)計總體要求，選擇方 案一 比較合適 。手臂水平放下的回轉(zhuǎn)可以通過多種機(jī)構(gòu)完成，如不完全齒輪機(jī)構(gòu)，不完全齒輪 +曲柄滑塊 +齒輪齒條機(jī)構(gòu) ，棘輪機(jī)構(gòu)等，通過綜合考慮，設(shè)計以下幾種方案： 方案一：不完全齒輪 +曲柄滑塊 +齒輪齒條 經(jīng)過減速器將 動力傳動到不完全齒輪處驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，因為是不完全齒輪，可以通過設(shè)計有齒區(qū)域占整個齒輪區(qū)域的比例來 調(diào)節(jié) 改變間歇時間， 齒輪轉(zhuǎn)動帶動連桿前后移動，拉動齒條移動。如圖 34 在課題的 設(shè)計要求中 可知要完成機(jī) 械手水平回轉(zhuǎn) 120176。 方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu) 不完全外齒輪嚙合是旋轉(zhuǎn) 120 度，不完全外齒輪不嚙合，內(nèi)齒輪 4嚙合是，水平回轉(zhuǎn) 120 度，完成左右回轉(zhuǎn)的工作要求。不完全齒輪機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、工作較為可靠特點，同時從動輪的運(yùn)動時間和靜止時間變化范圍較大。但是 當(dāng)開始進(jìn)入嚙合時和脫離嚙合時具有比較大的沖擊，因此，它一般用于低速和載荷較小的場合。連桿的移動會帶動齒條的移動。 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算難度大，使運(yùn)動停歇時間難以把握。 圖 34 不完全齒輪 +連桿 +齒條 圖 35 不完全齒輪 圖 36 圓柱凸輪 +齒輪齒條 熱鐓擠送料機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上述對各個方案的設(shè)計分析，將選擇出來的最優(yōu)方案綜合整理，確定熱鐓擠送料機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，如圖 37所示。水平回轉(zhuǎn)，使用減速器來減速達(dá)到所需轉(zhuǎn)速。 滿載轉(zhuǎn)速為 1440r/min，通過運(yùn)動循環(huán)圖和機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動比。30 = 48。 V 帶型號和帶長 帶傳動是帶輪之間用帶作為撓性拉拽零件的傳動，它是借助與帶輪之間的摩擦或者嚙合來傳遞動力或者運(yùn)動的，帶的類型分為平帶、 V 帶、同步帶和多楔帶。 V帶傳動適用于中心距較小的情況下，它沒有接頭，運(yùn)動比較平穩(wěn)，多跟 V 帶同時使用時，不懼損壞，即使損壞了一根也不至于立即停止運(yùn)行。 工作情況系數(shù)：由表 查得 kA= 計算功率 根據(jù)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)計算出中傳遞效率 ?? = 其中 ??1 = ； ??2 = ； ??3 = ， ??4 = . 所以 ???? = ?????? = 選擇 V 帶型號 由圖 可知，選擇 Z型 V帶