熱鐓擠自動送料機械手傳動機構系統(tǒng)結構設計說明書

1、第1章 自動送料機械手執(zhí)行機構的機構設計1.1方案選擇1.1.1設計要求本設計要求完成抓握最大直徑為24mm，質(zhì)量為的圓形棒料，回轉(zhuǎn)90度以及上下15度擺動三個自由度的動作傳動方案的擬定a、 由三相異步電機/機械手各運動構件b、手臂回轉(zhuǎn)機構由圓柱凸輪帶動齒條，齒條再帶動齒輪完成運動，手抓夾緊松開機構由平底凸輪機構完成，上下擺動運動機構盤行凸輪傳動完成。 1.1.2 傳動方案的分析 a.方案機構運動較為靈活，并且三相異步電機性價比比較高，成本不高；b.方案各運動機構布置較為合理，c.本方案機構結構較緊湊，環(huán)境適應性好，傳動效率較高，工作壽命長，成本較低，連續(xù)工作性能較好，能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需

2、要。電動機的選擇由于該自動送料機械手機器在工業(yè)生產(chǎn)中應用，它的用電環(huán)境屬于工業(yè)用電，所以選擇V頻率為HZ。本設計選用三相異步電動機，該機械手作業(yè)全過程所需的功率小，故選型三相異步電動機，額定功率為.，額定電壓為，鐵心長度/mm: 80。氣隙長度/mm: 0.3定子外徑/mm: 120，定子內(nèi)徑/mm: 67，定子線規(guī)nc-dc: 1-0.71，每槽線數(shù): 90，并聯(lián)支路數(shù): 3，繞組型式: 單層交叉，節(jié)距: 19/210/1811，槽數(shù)Z1/Z2: 18/16 ，轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2): 0.00090，質(zhì)量/kg: 17。 第2章齒輪的設計由于本設計機械手夾料質(zhì)量體積小，所需功率

3、小。所以所用的齒輪傳遞的扭矩不大，我們在選擇齒輪時，設計下列參數(shù)：(參照機械設計第十章)取B=B=25mm，齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25 壓力角*=端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00端面頂隙系數(shù) c*t=0.25端面壓力角*t= 第3章 軸的設計及校核3.選擇軸的材料和熱處理方式（參照機械設計第十五章）選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機械性能由表1查得：650MPa，=360MPa，=300MPa，155MPa；60MPa。3.1.1初算軸的最小軸徑由表3，選=123則軸的最小直徑為：軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開鍵槽，故將最小軸徑增加5%，變?yōu)?8

4、.34mm。3.1.2、初選軸承因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑（70mm），由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為71814C的滾動軸承，其尺寸為d×D×B=70×90×10。（查機械設計手冊軟件版）4、軸的結構設計1)擬定軸上零件的裝配方案據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結構設計的基本要求，得出如圖所示的軸結構。圖中，左端軸承能從輸入端裝入，凸輪、套筒、齒輪、套筒、右端軸承和端蓋、依次從軸的右端裝入，這種裝配方案裝拆更為簡單方便，若為成批生產(chǎn)，該方案在機加工和裝拆等方面更能發(fā)揮其長處。綜合

5、考慮各種因素, 故初步選定軸結構如圖。圖4.1軸1的結構2)確定軸的各段直徑由于聯(lián)軸器型號已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定位。故軸段的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為50mm。聯(lián)軸器是靠軸段2的軸肩來進行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段2要比軸段1的直徑大510mm，取軸段2的直徑為60mm。軸段3和軸段8均是放置滾動軸承的，但是直徑與滾動軸承內(nèi)圈直徑不一樣，軸段3為70，軸段8的為 60mm?？紤]拆卸的方便，軸段7的直徑只要比軸段8的直徑大12mm就行了，這里取為62mm。軸段8有一軸環(huán)，左側用來定位齒輪，右側用來定位滾動軸承，軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段8的直徑(為60mm)大51

6、0mm的要求，故這段直徑最終取為65mm。3)確定軸的各段長度軸段8的長度取為55mm。 軸段7的長度要根據(jù)齒輪的輪轂寬度來定，故該段軸長取為25mm。軸段6的長度根據(jù)凸輪與齒輪的位置關系來確定，所以他的長度取為75mm.軸段5的長度取決于凸輪的寬度，故根據(jù)凸輪的寬度得37mm軸段4是圓柱凸輪與盤行凸輪之間得距離，它是一個臺階取為25mm 同理其他軸段長度可恰當?shù)厝≈?，軸段3為54mm,軸段2為40mm,軸段1為60mm.4) 軸上零件的周向定位齒輪、凸輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對于齒輪，查機械設計手冊軟件版，得平鍵截面b×h=18×11(GB1095-79)，鍵槽用

7、鍵槽銑刀加工，長為20mm(標準鍵長見 GB1096-79),同時為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，凸輪與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 5)確定軸上圓角和倒角尺寸。取軸端倒角為2×45°6）按彎扭合成校核(1)畫受力簡圖畫軸空間受力簡圖c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖d和水平受力圖e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對于零件作用于軸上的分布載荷或扭矩(因軸上零件如齒輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當作集中力作用于軸上零件的寬度中點。對于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，其中a值參見

8、滾動軸承樣本，跨距較大時可近似認為支反力位于軸承寬度的中點。(2)計算作用于軸上的支反力水平面內(nèi)支反力垂直面內(nèi)支反力(3)計算軸的彎矩，并畫彎、扭矩圖分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖f、g，并按計算合成彎矩。畫扭矩圖h。(4)計算并畫當量彎矩圖扭矩按脈動循環(huán)變化計算, 取 , 則N.mm(5)校核軸的強度一般而言，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進行校核即可，而軸的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知，a-a 截面處彎矩最大, 且截面尺寸也非最大, 屬于危險截面；b-b截面處當量彎矩不大但軸徑較小，也屬于危險截面。而對于c-c、d-d截

9、面尺寸，僅受純轉(zhuǎn)矩作用，雖d-d截面尺寸最小，但由于軸最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕地確定的，故強度肯定滿足，無需校核彎扭合成強度。a-a截面處當量彎矩為：N.mmb-b截面處當量彎矩為N.mm強度校核: 考慮鍵槽的影響，計算，MPaMPa顯然：，故安全。3.2軸的設計3.2.1初步確定軸的最小直徑先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-3取A0=103，于是得 1034軸的結構設計1)擬定軸上零件的裝配方案2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了凸輪的軸向定位要求，軸的左端需制出一軸肩，故取3段的直徑為50mm.因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接

10、觸球軸承。根據(jù)工作要求及軸的直徑（40mm），由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為71808C的滾動軸承，其尺寸為d×D×B=40×52×7。（查機械設計手冊軟件版） 取安裝齒輪處的軸段5的直徑40mm；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取mm。齒輪的右端采用軸肩定位 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3.2.3 軸上零件的周向定位齒輪、凸輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIV-V由手冊查得平鍵截面b×h=128(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為20m

11、m(標準鍵長見 GB1096-79),同時為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，凸輪與軸的聯(lián)接，選用，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。3.2.4 確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑如圖。前已選定軸的材料為45號鋼，由表15-1查得-1=60MPa。因此ca<-1，故安全。第四章 凸輪的設計凸輪具有曲線輪廓或凹槽有盤形凸輪和圓柱凸輪其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線因而屬于空間凸輪。 從動件與凸輪作點接觸或線接觸有滾子從動件平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能

12、與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸可實現(xiàn)任意運動但尖端容易磨損適用于傳力較小的低速機構中。為了使從動件與凸輪始終保持接觸可采用彈簧或施加重力。具有凹槽的凸輪可使從動件傳遞確定的運動為確動凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動的從動件運動規(guī)律 在帶滾子的對心直動從動件盤形凸輪機構中凸輪回轉(zhuǎn)一周從動件依次作升-停-降-停4個動作。從動件位移(或行程高度)與凸輪轉(zhuǎn)角(或時間)的關系稱為位移曲線。從動件的行程有推程和回程。凸輪輪廓曲線決定于位移曲線的形狀。凸輪機構的優(yōu)點為：只需設計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到所需的運動規(guī)律，并且結構簡單、緊湊、設計方便。它的缺點是凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易于磨損

13、，所以，通常多用于傳力不大的控制機構。手臂回轉(zhuǎn)機構由圓柱凸輪帶動齒條，齒條再帶動齒輪完成運動，手抓夾緊松開機構由平底凸輪機構完成，上下擺動運動機構由盤行凸輪傳動完成。 凸輪的設計在機械手的設計中，推桿機構的設計是其整個設計的關鍵步驟之一。它的設計好壞直接決定手抓能否順利實現(xiàn)抓取工件或松開工件，乃至整個手臂的運行過程。所以本人在設計中重點討論了凸輪的設計。4.1圓柱凸輪的設計機械手臂旋轉(zhuǎn)90度選擇直動從動件圓柱溝漕凸輪實現(xiàn)，材料選擇：40r表面淬火5055直動從動件圓柱溝漕凸輪設計：圖所示為直動從動件圓柱凸輪機構。在該機構中，從動件運動的導路與凸輪的運動平面不共面也不平行，所以它屬于空間凸輪機構

14、。 由于圓柱面可展開成平面矩形，因此 可用繪制平面凸輪的方法來繪制圓柱凸輪的展開輪廓線。方法如下： 將圓柱凸輪的圓柱面沿平均半徑（即凹槽深度一半處）展開成矩形，設平均半徑為R，則矩形的底邊長為2R，該長度對應凸     輪的轉(zhuǎn)角為360°。將底邊適當?shù)确趾罄L制出的從動件位移線圖就是圓柱凸輪經(jīng)展開后的理論廓線，然后以理論廓線為圓心，以滾子半徑為半徑作一系列小圓，最后作這些小圓兩側的包絡線即得到圓柱凸輪的實際輪廓。如圖所示為一直動推桿圓柱凸輪機構。若設想將圓柱凸輪的外表面展開在平面上，則得到一個長度為2pR的移動凸輪(圖a),其移動速度V=R。利用

15、反轉(zhuǎn)法原理，給整個移動凸輪一個的公共線速度-V，使之反向移動，則凸輪靜止不動，而推桿則一方面隨其導軌沿-V方向移動，同時又在導軌中按預期的運動規(guī)律往復移動。顯然，推桿作復合運動時，其滾子中心B描出的軌跡(圖中的點劃線）即為凸輪的理論廓線。而圖中切于推桿滾子圓柱的兩條包絡線'即凸輪的工作廓線。其具體作法與直動推桿盤形凸輪的作法相似。最后，將這樣作出的移動凸輪卷于以R為半徑的圓柱體上，并將所作出的曲線描在圓柱體的表面上，此即為所求的圓柱凸輪的輪廓曲線。 分度數(shù)和分度角分度數(shù)n的大小是由機械手的送料速度決定。機械手的分度機構一般適合于n=6-60。如果n太小時壓力角太大，傳動特性很差；反之，

16、n過大時，結構很復雜，分度盤尺寸過大，轉(zhuǎn)動慣量限制其不能高速運轉(zhuǎn)或消耗功率過大。在n確定之后，分度盤的分度角則為Q10=Qh=360°/2n。設計中取分度數(shù)n為，則分度角為度分度盤直徑分度盤的直徑與機械手的外形尺寸和分度數(shù)有關，從圖可見，從動滾子之間的距離L應大于工作機構的最大外形尺寸A，留一定空隙的。一般=10mm-20mm. 滾子尺寸滾子半徑通常取=（）L 取=12滾子寬度通常取=（） 取=10凸輪尺寸 凸輪尺寸的確定原則是在保證接觸應力最大值小于許用應力的前提下，盡可能緊湊一些。根據(jù)壓力角計算公式可推出，圓柱凸輪的基圓直徑可由下式算出=2H/htan。式中，為最大無因次速度；為

17、最大壓力角。圓柱凸輪的外徑則為 （取=80mm），凸輪槽深度h一般應略大于滾子寬度。在確定凸輪寬度時，為了保證分度運動時的連續(xù)性，應有適當?shù)膰Ш现丿B段為宜。在圖1所示的機構中，的取值范圍為2（100-）H （取=80） 凸輪中心線與分度盤基準面的距離取決于凸輪外徑，滾子銷軸像尺寸和分度盤厚度等結構參數(shù)的選取，應盡量使凸輪外緣靠近分度底面，以減少滾子銷軸的懸臂長度。 4.盤形凸輪的設計圖2凸輪輪廓圖 4.1凸輪機構類型 凸輪機構型式：平面盤形凸輪機構 從動件運動形式：直動 從動件類型：滾子從動件 凸輪的封閉方式：形封閉 4.2凸輪機構類型從動件運動規(guī)律 凸輪轉(zhuǎn)向：逆

18、時針方向 凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min第1段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：余弦加速度 該段從動件行程h40mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：0(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：60(°)第2段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：停止 該段從動件行程h40mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：60(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：120(°)第3段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：正弦加速度（擺線） 該段從動件行程h40mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：120(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：180(°)第4段運動規(guī)律為：從動件運動規(guī)律：停止該段從動件行程h=40mm相應凸輪起始角度：180(°

19、) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：360(°) 4.3凸輪輪廓數(shù)據(jù) 從動件行程h： 40mm 從動件偏距e：21mm 滾子半徑Rr：8mm 推程運動角1：60度 遠休止角：60度 回程運動角2：60度 基圓半徑Rb：40mm 凸輪轉(zhuǎn)角增量：5度 4.4凸輪輪廓數(shù)據(jù)凸輪材料、公差及表面粗糙度 1 凸輪和從動件接觸端常用材料、熱處理及極限應力 凸輪工作條件：低速輕載 凸輪材料：40、45、50 從動件接觸端材料：45 凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min在設計中，推桿機構為垂直直線運動，且應該有急回特性，所以凸輪滾子直動機構 凸輪機構有很好的優(yōu)點。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推

20、桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊。當然由于凸輪線與滾子之間為線接觸，易磨損。擬取凸輪軸基圓半徑=30 mm ，滾子半徑=8 mm，凸輪以等角速度沿順時針方向回轉(zhuǎn)。在凸輪轉(zhuǎn)過角，推桿按正弦加速度規(guī)律上升h=30 mm。凸輪轉(zhuǎn)過時，推桿距離保持不變。其后，凸輪再回轉(zhuǎn)角度時，推桿有按余弦加速度運動規(guī)律下降到啟始位置。最后的轉(zhuǎn)動中，直動推桿靜止不動。由以上設計數(shù)據(jù)可得凸輪的設計行狀 如圖 1。 圖1 通過機械設計手冊軟件版3.0 的仿真程序仿真可以得到所設計的凸輪滾子直動機構的最大壓力角=，出現(xiàn)在?？芍獕毫谴笥谠S用壓力角，上述設計數(shù)據(jù)不合理。但通過上述仿真程序仿真可以得到一組最優(yōu)解。同時考

21、慮到直接用凸輪機構作為推盒機構在包裝機上的裝配上不好實現(xiàn)。所以不考慮采用凸輪機構直接推盒。4.平底直動從動件凸輪設計五、凸輪材料、公差及表面粗糙度 1 凸輪和從動件接觸端常用材料、熱處理及極限應力 凸輪工作條件：低速輕載 凸輪材料：40、45、50 從動件接觸端材料：45 凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min二、凸輪機構類型 凸輪機構型式：平面盤形凸輪機構 從動件運動形式：直動 從動件類型：平底從動件 凸輪的封閉方式：力封閉三、從動件運動規(guī)律 凸輪轉(zhuǎn)向：逆時針方向 凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min第1段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：正弦加速度 該段從動件行程h20mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：0(°) 相

22、應凸輪終止轉(zhuǎn)角：60(°)第2段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：停止 該段從動件行程h20mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：60(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：120(°)第3段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：正弦加速度（擺線） 該段從動件行程h20mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：120(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：180(°)第4段運動規(guī)律為： 從動件運動規(guī)律：停止 該段從動件行程h20mm 相應凸輪起始轉(zhuǎn)角：180(°) 相應凸輪終止轉(zhuǎn)角：360(°)四、凸輪輪廓數(shù)據(jù) 從動件行程h： 20mm 從動件偏距e：21mm 推程運動角1：60度 遠休止角：6

23、0度 回程運動角2：60度 基圓半徑Rb：40mm 凸輪轉(zhuǎn)角增量：5度由于機械手臂送料頻率為15r/min,所以它在一分鐘內(nèi)做個來回轉(zhuǎn)動，那么要求軸的轉(zhuǎn)速也要達到15r/min，設計總結1）本文研究的自動送料機械手在結構上，其手指、手臂及傳動機構相對簡單緊湊，寬度也不大， 但是要整體思考機械手的結構和運動，還要考慮它的裝配。 這種自動送料機械手結構簡單輕巧、制造工藝要求不高，估計用此自動送料機械手成本不高，而耗功率少，也可降低運行作業(yè)費用， 使該設備在工廠得到廣泛應用，降低工人勞動強度，提高自動化程度。2）這次畢業(yè)設計是我對大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中