機械原理課程設(shè)計工件移送機構(gòu)山東科技大學(xué)

1、課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 工件移送機構(gòu) 專 業(yè)： 車輛工程 班級： 車輛工程11-2 設(shè) 計 人： 孫可華 學(xué)號： 山東科技大學(xué)2013年 07 月 13 日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院 機械電子工程學(xué)院 專業(yè) 車輛工程 班級2011 姓名 孫可華一、課程設(shè)計題目：工件移送機構(gòu) 二、課程設(shè)計主要參考資料1 課程設(shè)計指導(dǎo)書 2 孫桓，陳作模.機械原理M.7版. 北京：高等教育出版社，2006 3 梁崇高.平面連桿機構(gòu)的計算設(shè)計M北京：高等教育出版社,1993 4 鄒慧君，傅祥志等機械原理M北京：高等教育出版社，1999 5 申永勝.機械原理教程M北京：清華大學(xué)出版社,1999 三、課程設(shè)計應(yīng)解決主要問題

2、（1）通過機構(gòu)設(shè)計滿足機構(gòu)的運動要求 （2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高可行性以及機構(gòu)工作的穩(wěn)定性 （3） 四、課程設(shè)計相關(guān)附件（如：圖紙、軟件等）（1）A3結(jié)構(gòu)原理圖 （2）課程設(shè)計說明書一份 （3） 五、任務(wù)發(fā)出日期：2013.07.07 任務(wù)完成日期：2013.07.12指導(dǎo)教師簽字： 系主任簽字： 指導(dǎo)教師對課程設(shè)計的評語 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄第一章 課程設(shè)計任務(wù)21.1設(shè)計題目21.2設(shè)計要求21.3原始數(shù)據(jù)第二章 機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖32.1功能描述32.2機械系統(tǒng)運動分析3第三章 系統(tǒng)方案擬定與比較43.1方案一43.2方案二93.3方案三103.4方案四113.5方案五113

3、.6方案六15 3.7方案比較153.8方案優(yōu)化20第四章 選定方案運動尺寸確定21第五章 系統(tǒng)運動學(xué)分析22第六章 課程設(shè)計總結(jié)22第七章 參考文獻(xiàn)23第一章 課程設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目設(shè)計一個工件移送機構(gòu)（包括機械手）各種生產(chǎn)企業(yè)中都會有一些流水生產(chǎn)線上的工件需要移動，如果用人力完成此項工作將導(dǎo)致成本較高。為此需設(shè)計一種自動的工件移送機構(gòu)，它能將工件按照預(yù)定位置、角度要求，移送到指定位置。1.2設(shè)計要求如圖1所示，甲、乙兩個工作臺與工件（長方體a×b×h）的位置關(guān)系，設(shè)計一個機構(gòu)（包括機械手）能把工件從甲工位拿到乙工位。圖11.3原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)組編號1234567a（mm

4、）50506040504050b（mm）15010015010080100120h（mm）150150200150150200200L1（mm）500750600500500600750L2（mm）1000125012001000100011001100第二章 機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖2.1功能描述 此工件移送機構(gòu)不僅能實現(xiàn)工件的位置移動，還能滿足預(yù)定的位置、角度、移動速度等要求。機構(gòu)中的機械手能模仿著人手的部分動作，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；它的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，使用性較強，能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作。從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高

5、了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。2.2機械系統(tǒng)運動分析 首先機械手抓取工件，然后多桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動帶動機械手抓著工件移動、旋轉(zhuǎn)。運動到指定位置后，多桿機構(gòu)短時間歇停止運動或速度降到較低值，機械手放松工件到預(yù)定位置。然后，桿件快速返回原位，機械手處于打開狀態(tài)此后工作，繼續(xù)循環(huán)，進(jìn)入下一個工作流程。 據(jù)此可畫出如下的機械系統(tǒng)工作循環(huán)圖，如圖2 圖2 機械系統(tǒng)工作循環(huán)圖第三章 系統(tǒng)方案擬定與比較3.1方案一 多桿機構(gòu)方案一傳動部分為多桿機構(gòu)的組合，曲柄搖桿式旋轉(zhuǎn)裝置和擺桿式送件機構(gòu)，該機構(gòu)原理如圖3所示，實線是其初始狀態(tài)，虛線分別為中間、終止?fàn)顟B(tài)。 圖3 曲柄搖桿式旋轉(zhuǎn)裝置和擺桿式送件

6、機構(gòu)3.1.1工作原理該方案利用桿1的轉(zhuǎn)動使桿擺動，從而帶動桿5繞O點轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)工件的移送。其中，此機構(gòu)首先要求O點為過工件初始位置、終了位置的圓心，由于此圓上僅兩點確定，故圓心可適當(dāng)選取。MN桿的N端固定機械手，機械手負(fù)責(zé)抓取工件?？芍?，工作過程中OMN桿需轉(zhuǎn)動90度，此要求可由1桿的轉(zhuǎn)動角度控制?；瑝KE起到帶動OMN桿轉(zhuǎn)動的作用。此機構(gòu)中，多數(shù)為轉(zhuǎn)動副，僅E處有一移動副，工作阻力較小。工作時，位于N點的機械手首先抓取工件，然后桿1順時針轉(zhuǎn)動，各轉(zhuǎn)動桿件隨之轉(zhuǎn)動，帶動OMN桿轉(zhuǎn)到指定位置時機械手已帶動工件轉(zhuǎn)過90度并已到達(dá)要求位置。抓取機構(gòu)（機械手） 如圖4所示，右側(cè)氣缸為主動件，氣缸工作

7、時可推動桿3做往復(fù)運動。當(dāng)氣泵充氣，氣缸活塞推動桿3向左運動，從而控制機械手夾取工件，桿7為夾取工件的部位。當(dāng)氣缸放氣時，桿3向右移動，桿7松開工件?？紤]到機械手動作時間短，需要完成迅速抓取和放置，并且與運動時序與方位配合精度要求較高，故選用氣動式動力輸入。且氣動裝置抓緊力在保證抓取工件的同時又不會出現(xiàn)過大，而導(dǎo)致工件損壞的現(xiàn)象。這是氣動優(yōu)于油動裝置的優(yōu)點，同時，氣動裝置對于機構(gòu)的生產(chǎn)要求也相對較低。 圖4 抓取機構(gòu)（機械手）示意圖對于此抓取機構(gòu)的尺寸，僅要求桿7要和工件寬度相當(dāng)，其他尺寸無精確要求。 四桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)如圖5所示，此旋轉(zhuǎn)機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)(如圖6所示)的演化，原動件1桿的動力由外部

8、穩(wěn)定動力輸入（如電動機），帶動桿3擺動，從而使機械手實現(xiàn)擺動。但此時桿1應(yīng)不是整周轉(zhuǎn)動，而是轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置再轉(zhuǎn)回，這由電動機的正反轉(zhuǎn)來進(jìn)行電氣控制實現(xiàn)。同時，為了節(jié)約工作時間、提高工作效率，桿1回轉(zhuǎn)時應(yīng)有較大的速度，以縮短回程時間。圖5 四桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)示意圖圖6 平面曲柄連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動機構(gòu)此轉(zhuǎn)動機構(gòu)由OMN桿組成，由于O點為過工件始、末位置的圓心，且抓取機構(gòu)（機械手）安裝在此圓周上，則在桿件轉(zhuǎn)動過程中工件距O點距離保持不變，在桿OMN轉(zhuǎn)過90度后，工件到達(dá)預(yù)定位置。此轉(zhuǎn)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，同時又能保證較高的精確度。桿OMN的轉(zhuǎn)動精度由原動件桿1的轉(zhuǎn)動來保證。轉(zhuǎn)動機構(gòu)示意圖如圖7所示：圖7 轉(zhuǎn)動機構(gòu)示意圖

9、3.2方案二 平行四邊形自動轉(zhuǎn)動機構(gòu)方案二是平行四邊形自動轉(zhuǎn)動機構(gòu)作為移送機構(gòu)。此機構(gòu)原理為，圖中兩輪由一個原動件帶動，兩輪由一個連桿連接，從而可以保證同步轉(zhuǎn)動，便于控制工作時間。工作時，左輪轉(zhuǎn)動導(dǎo)致凸起把重物推倒在平行四邊形自動轉(zhuǎn)動機構(gòu)的連桿上，平行四邊形機構(gòu)在重力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，待轉(zhuǎn)到右邊終了位置時，右輪凸起將工件拖至要求位置。此機構(gòu)結(jié)構(gòu)、原理簡單，便于實現(xiàn)工件的移送，但同時此機構(gòu)的工作精度將很難保證，對工件的質(zhì)量也有特殊要求。故此處就不再計算各桿的理論長度。理論上不能采用此機構(gòu)。其示意圖如圖8所示： 圖8 平行四邊形自動轉(zhuǎn)動機構(gòu)示意圖 3.3方案三 平行四邊形機構(gòu)方案三類似于方案二，同樣

10、采用了平行四邊形構(gòu)造。是對方案三的改進(jìn)。此方案中，平行四邊形機構(gòu)由下輪帶動，可以更加精確的控制轉(zhuǎn)動角度，使工件移送到要求位置。同時，右輪改為曲柄滑塊機構(gòu)，可以保證工件停止時的位置。因此理論上可以采用此種機構(gòu)。其構(gòu)造如圖9所示： 圖9 平行四邊形機構(gòu)3.4方案四 圓柱凸輪機構(gòu)方案四為一個以圓柱凸輪為核心配合向外伸展的抓取機構(gòu)組成的搬運裝置。其主要機構(gòu)如圖 10所示： 圖10圓柱凸輪機構(gòu)3.4.1 機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 如圖10為方案二的整體布局圖，兩面板子充當(dāng)夾取機構(gòu)，在平面內(nèi)繞軸承a做周轉(zhuǎn)運動，搬運工件。如圖11，標(biāo)示3、4的分別為上述的兩面板子，4板上的軸既是驅(qū)動3、4板做圓周運動的傳動軸，又是圓柱凸

11、輪機構(gòu)5的推桿，它受圓柱凸輪5右端面驅(qū)動可做往復(fù)運動，從而加緊工件。板3和板4內(nèi)側(cè)夾持工件的部位還可固定一定大小厚度的橡膠片；中間軸部位還可固定一定強度的彈簧，使推桿始終接觸圓柱凸輪。 圖11 圓柱凸輪機構(gòu)原動機構(gòu)示意圖 如圖11中，4、5、7、8、9、10為齒輪，齒輪7通過相應(yīng)的變速機構(gòu)與齒輪4相連；齒輪8通過與其相同變速系數(shù)的變速機構(gòu)與齒輪9相連，通過同一個電動機驅(qū)動。這樣圓柱凸輪3和板2具有相同的轉(zhuǎn)速，使夾取工件和凸輪推程、釋放工件和凸輪回程時間上保持一致。齒輪9和齒輪10未完全相同的齒輪，主要用于改變動力傳動方向。齒輪4和板2上的軸是用可以滑動的鍵相連，使板2的軸左右運動而不影響齒輪的

12、嚙合。3.4.2 工作原理 該方案是利用圖11中表a處的軸承上并行排列的兩面近似矩形的結(jié)構(gòu)板夾持工件的，這兩面板在平面中同時繞軸承a做旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)從圖11所示的0度轉(zhuǎn)動到90度時，逐漸推動板2（推桿）向右運動，即圖10從位置2逆時針運動到位置1；當(dāng)圓柱凸輪運動到90度時，板2（推桿）向右運動到極限位置，此時板1和板2夾取工件，即圖10中的位置1；隨著板3板4的逆時針轉(zhuǎn)動，工件被向上抬起，此時，動板2（推桿）遠(yuǎn)程休止，直到圓柱凸輪轉(zhuǎn)到360度的時候，板2（推桿）回程，加持力消失，釋放工件，圓柱凸輪近程休止，即圖10所示的2位置，至此機構(gòu)完成一次搬運動作，如此周而復(fù)始的循環(huán)。 圖12 運

13、動線圖3.5方案五 曲柄滑塊機構(gòu) 方案五是曲柄滑塊機構(gòu)配合傳送帶機構(gòu)組成的搬運機構(gòu)。圖13 曲柄滑塊機構(gòu)示意圖3.5.1 機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 如圖13所示，該機構(gòu)由左側(cè)一個曲柄滑塊機構(gòu)，右側(cè)一個傳送帶機構(gòu)組成。左側(cè)的曲柄滑塊機構(gòu)做成了偏心的，使滑塊向右工作時具有較長的行程，確保工件被推送到傳送帶上。傳送帶有齒輪1驅(qū)動，其驅(qū)動力可由同一個電動機通過相應(yīng)的變速機構(gòu)提供，傳送帶是一個內(nèi)側(cè)齒輪齒形排列的一系列的突起，相當(dāng)于齒條。其材質(zhì)可為橡膠。傳送帶表面由于工件搬運速度相一致的溝槽，用于暫時安放工件。如圖14為齒條一段的剖面形狀。其傳送動力的機構(gòu)為與其相嚙合的齒輪，左邊工作臺右側(cè)角上鑲有一個擋塊，防止工件滑到

14、傳送帶上而不翻轉(zhuǎn)90度。右側(cè)工作臺左端一段為一光滑面，黑影為一橡膠皮墊，增大摩擦，防止工件滑移太遠(yuǎn)超過預(yù)定位置太遠(yuǎn)。圖14 齒條剖面形狀示意圖3.5.2 工作原理該方案是利用左邊曲柄滑塊將工件推到運行的傳送帶上。曲柄可固連在一齒輪上，通過電動機提供動力，一定傳動比的變速機構(gòu)傳遞到該齒輪上，驅(qū)動曲柄的旋轉(zhuǎn)。齒輪1設(shè)計為主動齒輪，齒輪2設(shè)計為從動齒輪。當(dāng)曲柄推動工件滑到傳送帶上時，通過一定的時序控制，傳送帶正好運動到左側(cè)工作臺附近，工件落入傳送帶表面的溝槽里，防止工件剛剛加速時運動之后，保證時序上的一致性。當(dāng)工件運送到右邊工作臺上時，利用工件的慣性繼續(xù)運動，滑到右工作臺上，當(dāng)工件運送到右工作臺的減

15、速橡膠片上時，工件停止運動。至此，工件的一次搬運動作完成。如此循環(huán)。此機構(gòu)雖然能實現(xiàn)工件的移送，但不能達(dá)到預(yù)定的位置精度要求。為此右工作臺上還可安裝一機械手，以確保工件運送到準(zhǔn)確位置。3.6方案六 平面六桿機構(gòu)方案六是一個平面六桿機構(gòu)，該機構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)如圖16所示。圖15 平面六桿機構(gòu)示意圖3.6.1 工作原理 該方案是方案一的簡化演變形式。采用與方案一相同的抓取機構(gòu)（機械手）。該方案是利用連桿機構(gòu)的運動來完成工件的位移和旋轉(zhuǎn)任務(wù)的。機構(gòu)的右部是一個曲柄搖桿機構(gòu)，是整個機構(gòu)的主要活動部分，且曲柄與齒輪固連在一起，電動機通過相應(yīng)的變速機構(gòu)相連用于動力輸入；左部是一個雙搖桿機構(gòu)，其連桿上固定有上邊

16、設(shè)計的氣動機械手，用于工件的搬運和90度旋轉(zhuǎn)運動。該方案的整個工作循環(huán)為：曲柄1做圓周轉(zhuǎn)動，通過連桿2的動力傳遞，帶動擺桿3在圖15所示的兩個極限位置做左右擺動，從而驅(qū)動4桿做90度的空間旋轉(zhuǎn)運動，圖15的兩個極限位置分別為機械手抓取工件和釋放工件的位置，該桿端部固連的機械手自己不做旋轉(zhuǎn)運動，僅伴隨連桿4運動。機械手的開合由另一個電動機驅(qū)動空氣壓縮機控制，并根據(jù)1桿轉(zhuǎn)動周期設(shè)計固定的開合時序，是個連桿的運動與機械手開合時間協(xié)調(diào)一致，平穩(wěn)連貫的完成移送任務(wù)。3.7方案比較3.7.1優(yōu)點比較由于各方案中只有移送機構(gòu)不同，抓取機構(gòu)（機械手）相同，此處只比較舉升機構(gòu)。1) 方案一中為了得到更復(fù)雜、精確

17、的動作，還可通過機械手自身的運動來實現(xiàn)。2) 方案一、六是通過機械手夾取工件的，夾取工件穩(wěn)定可靠；方案四是通過兩面板子板1和板2的貼合實現(xiàn)的工件的夾取，其在夾取和方式時速度都保持不變，而是通過鑲在板子上的起摩擦作用的橡膠片緩沖，圓柱凸輪的間歇時間用在保持夾緊力上。3) 方案一、二、三運動副處如果潤滑好，磨損小，桿件加工制造容易，并且方案三機構(gòu)有急回特性，在工作行程慢速前進(jìn)，以利于工件運輸?shù)钠椒€(wěn)；而回程時為了節(jié)約時間，可以快速返回。4) 六個方案中的機構(gòu)都可以通過改變各構(gòu)件的相對尺寸來使從動件得到不同的運動規(guī)律，從而實現(xiàn)不同的工件傳輸?shù)闹付ㄈ蝿?wù)，諸如轉(zhuǎn)向，遠(yuǎn)距離運輸。5) 方案六的桿3在夾取工件

18、的時候與豎直方向留有一定的角度可以使機械手夾住工件迅速脫離工作臺。方案一的油壓泵推程較短，且推動方向恒定，具有較好的穩(wěn)定性。6) 方案四中通過齒輪的多級傳動可以得到不同的轉(zhuǎn)動速度，可以適應(yīng)工件傳送速度的改變 。7) 方案五中傳送帶上設(shè)計了可以容納工件的溝槽，防止工件初始加速度時的滑移。8) 第五個方案是通過曲柄滑塊的推動和齒條傳送帶的運動實現(xiàn)搬運的，最后僅是利用弓箭自身的慣性土里傳送帶，這說明傳送需要一定地速度滿足工件的慣性需求。9) 方案二、三、四結(jié)構(gòu)簡單，采用簡單桿件和滑塊。3.7.2缺點比較1) 方案一、六中機構(gòu)是通過了多個中間連桿實現(xiàn)的的動力和運動的傳遞，因而路線較長易產(chǎn)生誤差的累積。

19、方案而、三省去了機械手，但其推桿直接將工件推到推到傳送帶上，容易引起系統(tǒng)震動切實去了工件的位置精度。2) 方案六放置工件時有一定的速度，沒有緩沖沒，運動銜接不夠平穩(wěn)。方案五推動工件時也不會有沖擊。3) 方案四板1和板2是由于有相同的旋轉(zhuǎn)速度，在抓取和放置工件時都會使工件震動，使系統(tǒng)不夠平穩(wěn)。4) 方案四由于使用了一對旋轉(zhuǎn)的板子，占用空間較大。5) 方案三兩桿受力較集中，對桿件強度要求較高，安全性不高。 6) 圓柱凸輪和帶溝槽的傳送帶需要單獨制造。方案五中不完全齒輪部分制造難度大，成本高（傳送帶也可由標(biāo)準(zhǔn)的傳送帶改造得到3.6方案優(yōu)化經(jīng)過對各個方案的比較，我們決定采用第六種方案，第六種方案動力傳

20、動性能較好相對較穩(wěn)定、能保證一定的位置精度。雖然不如方案一穩(wěn)定，但相對比較簡單，容易實現(xiàn)。對傳動機構(gòu)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化使其可獲得更好的動力傳遞性能。 圖16優(yōu)化方案圖第四章 選定方案運動尺寸確定在方案一中已經(jīng)對方案的相對尺寸進(jìn)行了說明，桿件運動過程中傳動角取最大值使機構(gòu)獲得更好的性能。圖17 所選方案圖圖18 所選方案工作循環(huán)圖各桿的長度、角度等尺寸可由機構(gòu)CAD原理圖得到。分析如下：原始尺寸計算尺寸數(shù)據(jù)組編號3桿件編號長度/mm桿件編號桿件夾角/°a（mm）6011-2b（mm）15022-3h（mm）20033-4L1（mm）60044-5L2（mm）12005注：齒輪尺寸d=320

21、mm機構(gòu)中原動件的轉(zhuǎn)速、功率等數(shù)據(jù)可由工作速度、效率以及原動機的相關(guān)參數(shù)要求適當(dāng)選取。第五章 系統(tǒng)運動學(xué)分析此項工作主要是分析機械系統(tǒng)運動的位移、速度、加速度與原動件轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)速）的關(guān)系，建議用仿真軟件完成，也可以用解析法，圖解法作為最后的方法。仿真軟件包括：Adams、各種自編小軟件，如四桿機構(gòu)仿真軟件、齒輪仿真軟件、氣泵仿真軟件等。 對桿件運動軌跡進(jìn)行模擬分析，對氣泵與機械手及各桿件的速度與加速度關(guān)系進(jìn)行分析，對機械手的抓取與放松過程、工件最終到達(dá)的位置進(jìn)行協(xié)調(diào)性分析。對機構(gòu)的總體運動情況進(jìn)行分析，加深傳動機構(gòu)的深入認(rèn)識，以及設(shè)計應(yīng)用，將課堂與實際操作設(shè)計相結(jié)合，最后使設(shè)計的機構(gòu)能夠有效工作

22、。第六章 課程設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計是我進(jìn)入大學(xué)以來第一次對自己所學(xué)知識和動手能力的綜合檢測，使我感觸頗多、獲益匪淺。首先，通過這課程設(shè)計，我進(jìn)一步鞏固了所學(xué)的基礎(chǔ)知識、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械結(jié)構(gòu)所涉及的實際問題的能力。對平面四桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)，特別是圓柱凸輪機構(gòu)的設(shè)計有了更深刻的認(rèn)識，對一些基本機構(gòu)的組合方式的多樣性和其組成的機構(gòu)夠能強大有了一定的了解，深刻體會了不同的機構(gòu)解決相同問題的妙用。在課程設(shè)計方案構(gòu)想的時候為了某一確定運動不能立刻想象出相關(guān)的實現(xiàn)該目的的簡單機構(gòu)，還得閱各種資料，這還有待于更深入的學(xué)習(xí)。該課程設(shè)計還再一次熟習(xí)了AutoCAD等相關(guān)繪圖軟件。其次，這次的課程設(shè)計報告書和工作原理圖雖然用了我們大量的時間，但我們認(rèn)為這是值得的，希望我們有更多的機會參與可趁設(shè)計和類似的集體討論活動中，提高自主思考和創(chuàng)新能力。此外，希望我們能有更多的機會參與課程設(shè)計，提高自主創(chuàng)新能力。這次課程設(shè)計我投入了很多的時間和精力，我覺得這是完全值得的。在我看來，課程設(shè)計比考試更能檢測出學(xué)習(xí)的深度和精度。獨立思考，勇于創(chuàng)新，動手能力都得到了進(jìn)一步的加強。這次的機械原理課程設(shè)計由于安排時間的緊迫性，我們設(shè)計的方案僅僅是可以實現(xiàn)工件搬運的簡單機構(gòu)原理圖，機構(gòu)零件的尺寸和強度都沒來得及確定，這大大簡化了我們的設(shè)計任務(wù)，也