機械原理多集轉動機械

1、機械原理課程設計 說 明 書 設計題目:熱鐓擠送料機械手 東方科技學院 工科系 機械設計制造及其自動化專業(yè) 3 班 設計者：廖知航學號：200841914305 指導老師：楊文敏 2010年 6 月 6 日前 言為了培養(yǎng)面向21世紀知識經濟時代的科技人才，國家進行了課程體制改革，而機械原理課程設計能夠培養(yǎng)機械類專業(yè)學生的創(chuàng)新能力，今天我們設計的熱墩擠送料機械手，由于機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械

2、手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度，選擇何時的自由度作出合適的機械手以滿足生產的要求，簡便了工作。目 錄一、總設計要求.1、設計題目.2、設計任務.二、功能分解三、選用的機構.四、機構的運動循環(huán)圖.五、原動件的選擇.六、傳動比的分配.七、主要機構介紹.1、齒輪設計.2、對心直動滾子推桿盤形凸輪機構3、不完全齒輪機構設

3、計.八、設計方案的評價.九、總結.十、參考文獻.一、總 設 計 要 求1、設計題目設計二自由度關節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅動，夾送圓柱形墩料，往40t墩頭機送料。以方案A為例，它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺12度，手臂水平回轉120度，于管下擺15度，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。主要要求完成對手臂上下擺動以及水平回轉的機械運動設計。如下為機械手的外觀圖和技術參數表. 機械手技術參數 2、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

4、分析，繪制運動線圖。 （4）設計凸輪機構。（5）設計計算齒輪機構。二、功 能 分 解送料機構由2種動作的組合：一、做上下擺動當料被抓緊后，通過凸輪對連桿一端的位置的改變進行對桿的擺角進行調整，從而實現對物料的拿起和放下的動作。二、間歇的回轉運動當手臂上擺時，通過錐齒輪和不完全嚙合齒輪實現間歇的回轉運動三、選 用 的 機 構名稱作用凸輪機構通過軸的帶動用凸輪使手臂實現上下擺動不完全齒輪機構通過不完全嚙合齒輪達到間歇的效果圓柱齒輪機構通過齒輪達到減速效果圓錐齒輪機構通過錐齒輪的特點達到改變方向的效果連桿機構通過連桿實現轉動四、機 構 的 運 動 循 環(huán) 圖五、原 動 機 的 選 擇由發(fā)動機轉速x可

5、以知道功率為p=3kw。總速比i總=電動機/工作機= 96 （其中工作機為送料頻率）。六、傳 動 比 的 分 配電動機轉速:960r/min,生產率: 次/10min。凸輪完成一次周期的時間:t1=6;機械臂完成一次豎直運動或水平運動的時間:t2=1.5;與凸輪相連接的主動軸轉速:20 r/min；又因為上帶輪減速倍率為2倍，下帶輪減速倍率為4倍，帶輪的從動軸轉速為:480 r/min;上執(zhí)行機構中的兩隊減速齒輪的傳動比為x1和x2，則x1*x2=480/20;的出兩個傳動比分別為1:4，1:6。七、主 要 機 構 介 紹、齒輪機構減速齒輪 由于原動機的轉速較高，nd= r/min，在此工作機

6、不需要如此高的轉速，我們需要設計減速齒輪降低轉速，增大轉矩，以實現工作機的正常穩(wěn)定工作。數據計算1、數據計算工作機（輸出軸）的轉速計算電機轉速=x 生產率=y 完成一次周期的時間：t1=60/y 完成一次上下或平移的時間：t2=t1/4 輸出軸的轉速：2y r/min 減速齒輪的傳動比計算 因為帶輪的減速為兩倍，所以輸入軸的轉速為x/2 r/min 第一級齒輪減速倍數（傳動比）為：x1 第二級齒輪減速倍數（傳動比）為：x2 x1*x2=(x/2)/2y2、漸開線標準減速齒輪傳動計算公式 名稱代號計算公式小齒輪大齒輪模數m（根據齒輪受力情況和結構需要確定，選取標準值）壓力角選取標準值分度圓直徑d

7、d1=mz1d2=mz2齒頂高haha1=ha2=ham齒根高hfhf1=hf2=(ha+c)m齒全高hh1=h2=(2ha+c)m齒頂圓直徑dada1=(z1+2ha)mda2=(z2+2ha)m齒根圓直徑dfdf1=(z1-2ha-2c)mdf2=（z2-2ha-2c）m基圓直徑dbdb1=d1cosdb2=d2cos齒距pp=m基圓齒距pbpb=pcos齒厚ss=m/2齒槽寬ee=m/2頂隙cc=cm標準中心距aa=m(z1+z2)/2傳動比ii12=w1/w2=z2/z1=d2/d1=dh2/dh13、漸開線標準齒輪數據名稱代號參數齒輪12345678模數m22222222齒數z100

8、25150251002525壓力角2020202020202020分度圓直徑d20050300502005030050齒頂高ha22222222齒根高hf2.52.52.52.52.52.52.52.5齒全高h4.54.54.54.54.54.54.54.5齒頂圓直徑da20454304542045430454齒根圓直徑df19545295451954529545基圓直徑db187.9346.98281.9046.98187.9346.98281.9046.98齒距p6.286.286.286.286.286.286.286.28基圓齒距pb5.905.905.905.905.905.905.

9、905.90齒厚s3.143.143.143.143.143.143.143.14齒槽寬e3.143.143.143.143.143.143.14v頂隙c0.250.250.250.250.250.250.250.25傳動比i1:41:61:41:6錐齒輪機構為了能夠實現既定運動，需要進行運動轉向才能將電機的轉動變成所需的運動，所以需要用到錐齒輪鏈接。錐齒輪公式及其參數名稱代號計算公式參數分錐角=arctan(z1/z2)45齒頂高haha=ham=m2齒根高hfhf(ha+c)m=1.2m2.4分度圓直徑dd=mz36齒頂圓直徑dada=d+2hacos41.64齒根圓直徑dfdf=d-2h

10、fcos32.475錐距rr=m/225.46齒根角tan=hf/r3頂錐腳=+481049根錐角=-41頂隙cc=cm0.4分度圓齒厚ss=m/23.14當量齒數zz=z/cos3.14齒寬bbr/38模數m視情況自己設定2齒數z視情況自己設定18、對心直動滾子推桿盤形凸輪機構在該凸輪機構中，由凸輪的轉動帶動推桿在豎直方向做周期性運動。凸輪運動分為3個階段，推程階段，回程階段，近休止階段。1、凸輪機構基本尺寸的確定。如下圖建立Oxy直角坐標系。凸輪基圓半徑r0的確定，在偏距一定推桿的運動規(guī)律已知的條件下，加大基圓半徑r0,可以減小壓力角，從而改善機構的傳力特性，但如果過大又會使機構的尺寸過于

11、龐大，故定基圓半徑r0=50mm。凸輪滾子推桿滾子半徑的選擇，用p1表示凸輪工作廓線的曲率半徑，用p表示理論廓線的曲率半徑。所以有p1=p±r1；為了避免發(fā)什么失真現象，應該是p的最小值大于0，即使p>r1；另一方面滾子的尺寸還受其強度，結構的限制，不能太小通常取滾子半徑：r1=(0.10.5)*r0。在此，取r1=0.2*r0=10mm。2、原始數據及分析。已知數據，推程運動結束時的凸輪總轉角，d1=150o，其中（d1-d0）為推程角；回程運動結束時的凸輪總轉角，d2=300o，其中（d2-d1）為回程角；近休止運動結束時的凸輪總轉角，d3=360o,其中（d3-d2）為近

12、程休止角；凸輪中心到推桿中心軸線的偏距，e=0；基圓半徑，r0=50；從動桿的總行程，h=59；凸輪角速度，=1r/s；滾子半徑，r1=10。待求數據，推動從動桿的位移，s；推動從動桿的速度，v；推動從動桿的加速度，a；以凸輪中心為原點豎直和水平方向分別為x,y軸，建立平面直角坐標系。凸輪輪廓的軌跡x軸坐標點，x；凸輪輪廓的軌跡y軸坐標點，y。3、推桿的運動規(guī)律及凸輪的輪廓線方程。推程過程:0d150oa、等加速推程階段:0d75o推桿從動桿的位移:s=2h2/02=2hd2/d12推桿從動桿的速度:v=4h/02=4hd/d12推桿從動桿的加速度:a=4h2/02=4h2/d12b、等減速推

13、程階段:75od150o推桿從動桿的位移:s=h-2h(0-)2/02=2h(d1-d)2/d12推桿從動桿的速度:v=4h(0-)/02=4h(d1-d)/d12推桿從動桿的加速度:a=-4h2/02=-4h2/d12回程過程:150od300oa、等加速回程階段:150od225o推桿從動桿的位移:s= h-2h2/02=h-2hd2/(d2-d1)2推桿從動桿的速度:v=-4h/02=-4hd/(d2-d1)2 推桿從動桿的加速度:a=-4h2/02=-4h2/(d2-d1)2b、等減速回程階段:225od300o推桿從動桿的位移:s=2h(0-)2/02 =2h(d2-d1-d)2/(

14、d2-d1)2推桿從動桿的速度:v=-4h (0-)/02 =-4h(d2-d1-d)/(d2-d1)2推桿從動桿的加速度:a=4h2/02=4h2/(d2-d1)2近休止過程:300od360o推桿從動桿的位移:s=0推桿從動桿的速度:v=0推桿從動桿的加速度:a=0推程過程及其回程過程中凸輪輪廓軌跡:x=x1-r1cos y=y1-r1sin其中理論輪廓線方程:x=(s0+s)sin+e*cos= (s0+s)siny=(s0+s)cos-e*sin=(s0+s)cos其中s0=（r02+e2）1/2=r0圖中B點處法線n-n斜率:tan=dx/-dy=(dx/d)/(-dy/d)=sin

15、/cos由上述三式可得:sin=(dx/d)(dx/d)2+(dy/d)21/2cos=-(dy/d)(dx/d)2+(dy/d)21/2凸輪運動與機械臂運動關系如下表所示。推程階段回程階段近休止階段凸輪總轉角150o300o360o用時5/85/81/4機械臂運動上擺15o下擺15o水平靜止夾料、不完全齒輪機構設計1、主要特點。從動輪每轉一周停歇的次數，每次停歇時間的長短，每次運動轉過的角度，主動輪沒賺一周從動輪停歇的次數等，可調幅度比槽輪機構大得多，設計相對較為靈活。從嚙合過程來看，從動輪在每次運動的開始與終止時刻沖擊較大，故不完全齒輪機構的動力學特性較差?？梢圆扇〈胧?，例如附加順心線機構

16、以改善力學性能，但增加了機構的復雜程度。故不完全齒輪機構一般用于低速輕載的場合。2、設計步驟。已知:從動輪每一次轉角2=120o，停動比k0.450.55主、從動輪上齒數z1=z2=48,模數m=2，壓力角=20o,ha2*=1。按1.15o3、數據列表序號名稱符號計算公式或確定方法數據值1分度圓壓力角標準值（一般取20o）20o2從動輪齒頂高系數ha2*標準值（一般取1）13一對標準齒輪齒頂圓的兩個焦點間所對從動輪中心角之半22=arcosz2(z1+z2)+2(z2 -z1)/(z1+z2)(z2+2)16.26o4從動輪頂圓壓力角a2a2=arcosz2cos/(z2+2ha2*)25.

17、25o5從動輪頂圓齒厚所對中心角之半22=/2z2-(inva2-inv)0.88o6單齒傳動（z=1）中從動輪每次運動所轉角度的齒數kK=z222-2/ Z2+22/2 計算結果去掉小數部分后所得的整數37單齒傳動（z1=1）中從動輪每次轉角22=2k/z222.5o8從開始嚙合時，與主動輪首齒嚙合的從動輪齒厚中心線與連心線間夾角r2r2=(k-1)/z27.5o9主動輪末齒齒頂高系數ha1*ha1*=z1+(z12-2G)1/2/20.5210主動輪首齒齒頂高系數ha1*按ha1* ha1*條件選取0.411主動輪首齒齒圓壓力角a1a1=arcosz1cos/z1+2 ha1*22.44o

18、12嚙合角一般為標準中心距安裝=20o13第一對與第二隊齒間重疊系數=z1(tana1tan)+z2(tana2-tan)/21.2414主動輪末齒齒頂圓壓力角a2a2=arccosz2cos/z1+2 ha1*22.43o15主動輪頂圓齒厚所對中心角之半11=(/2z2)-(inva2-inv)1.5o16主動輪末齒中心線與過鎖止狐起點下的半徑11=arcsin(z2+2ha2*)sin(2-r2-2)/(z1+2 ha1*)-112.9o17從動輪每次一轉角N=2/必須為整數，按工作要求確定11.14o18從動輪每次轉過的齒數z2z2=z2/2=z2/N1619主動輪上兩鎖弧間的實際齒數z1z1= z2-k+11420主動輪首末兩齒中心線間的夾角=2(z1-1)/z197.51o21從動輪每一次運動的時間tftf=T(+1)/20.338T22從動輪每一次停歇的時間tdtd=T-tf0.663T23動停比kk= tf / td0.5124從動輪頂圓齒厚為0.5mm時所對中心角22=1/(z2+2ha2*)1.15o25鎖止弧半