机械原理课程设计---工件移送机构山东科技大学.doc

1、目录第一章 课程设计任务21.1设计题目21.2设计要求21.3原始数据第二章 机械系统运动功能系统图32.1功能描述32.2机械系统运动分析3第三章 系统方案拟定与比较43.1方案一43.2方案二93.3方案三103.4方案四113.5方案五113.6方案六15 3.7方案比较153.8方案优化20第四章 选定方案运动尺寸确定21第五章 系统运动学分析22第六章 课程设计总结22第七章 参考文献2324第一章 课程设计任务1.1设计题目设计一个工件移送机构（包括机械手）各种生产企业中都会有一些流水生产线上的工件需要移动，如果用人力完成此项工作将导致成本较高。为此需设计一种自动的工件移送机构，

2、它能将工件按照预定位置、角度要求，移送到指定位置。1.2设计要求如图1所示，甲、乙两个工作台与工件（长方体abh）的位置关系，设计一个机构（包括机械手）能把工件从甲工位拿到乙工位。图11.3原始数据数据组编号1234567a（mm）50506040504050b（mm）15010015010080100120h（mm）150150200150150200200L1（mm）500750600500500600750L2（mm）1000125012001000100011001100第二章 机械系统运动功能系统图2.1功能描述 此工件移送机构不仅能实现工件的位置移动，还能满足预定的位置、角度、移动

3、速度等要求。机构中的机械手能模仿着人手的部分动作，按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；它的结构形式比较简单，使用性较强，能够独立的按程序控制实现重复操作。从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2.2机械系统运动分析 首先机械手抓取工件，然后多杆机构转动带动机械手抓着工件移动、旋转。运动到指定位置后，多杆机构短时间歇停止运动或速度降到较低值，机械手放松工件到预定位置。然后，杆件快速返回原位，机械手处于打开状态此后工作，继续循环，进入下一个工作流程。 据此可画出如下的机械系统工作循环图，如图2 图2 机械系统

4、工作循环图第三章 系统方案拟定与比较3.1方案一 多杆机构方案一传动部分为多杆机构的组合，曲柄摇杆式旋转装置和摆杆式送件机构，该机构原理如图3所示，实线是其初始状态，虚线分别为中间、终止状态。 图3 曲柄摇杆式旋转装置和摆杆式送件机构3.1.1工作原理该方案利用杆1的转动使杆摆动，从而带动杆5绕O点转动，以实现工件的移送。其中，此机构首先要求O点为过工件初始位置、终了位置的圆心，由于此圆上仅两点确定，故圆心可适当选取。MN杆的N端固定机械手，机械手负责抓取工件。可知，工作过程中OMN杆需转动90度，此要求可由1杆的转动角度控制。滑块E起到带动OMN杆转动的作用。此机构中，多数为转动副，仅E处有

5、一移动副，工作阻力较小。工作时，位于N点的机械手首先抓取工件，然后杆1顺时针转动，各转动杆件随之转动，带动OMN杆转到指定位置时机械手已带动工件转过90度并已到达要求位置。3.1.2抓取机构（机械手） 如图4所示，右侧气缸为主动件，气缸工作时可推动杆3做往复运动。当气泵充气，气缸活塞推动杆3向左运动，从而控制机械手夹取工件，杆7为夹取工件的部位。当气缸放气时，杆3向右移动，杆7松开工件。考虑到机械手动作时间短，需要完成迅速抓取和放置，并且与运动时序与方位配合精度要求较高，故选用气动式动力输入。且气动装置抓紧力在保证抓取工件的同时又不会出现过大，而导致工件损坏的现象。这是气动优于油动装置的优点，

6、同时，气动装置对于机构的生产要求也相对较低。 图4 抓取机构（机械手）示意图对于此抓取机构的尺寸，仅要求杆7要和工件宽度相当，其他尺寸无精确要求。 3.1.3四杆旋转机构如图5所示，此旋转机构为曲柄摇杆机构(如图6所示)的演化，原动件1杆的动力由外部稳定动力输入（如电动机），带动杆3摆动，从而使机械手实现摆动。但此时杆1应不是整周转动，而是转到适当位置再转回，这由电动机的正反转来进行电气控制实现。同时，为了节约工作时间、提高工作效率，杆1回转时应有较大的速度，以缩短回程时间。图5 四杆旋转机构示意图图6 平面曲柄连杆机构3.1.4转动机构此转动机构由OMN杆组成，由于O点为过工件始、末位置的圆

7、心，且抓取机构（机械手）安装在此圆周上，则在杆件转动过程中工件距O点距离保持不变，在杆OMN转过90度后，工件到达预定位置。此转动机构结构简单，同时又能保证较高的精确度。杆OMN的转动精度由原动件杆1的转动来保证。转动机构示意图如图7所示：图7 转动机构示意图3.2方案二 平行四边形自动转动机构方案二是平行四边形自动转动机构作为移送机构。此机构原理为，图中两轮由一个原动件带动，两轮由一个连杆连接，从而可以保证同步转动，便于控制工作时间。工作时，左轮转动导致凸起把重物推倒在平行四边形自动转动机构的连杆上，平行四边形机构在重力作用下发生转动，待转到右边终了位置时，右轮凸起将工件拖至要求位置。此机构

8、结构、原理简单，便于实现工件的移送，但同时此机构的工作精度将很难保证，对工件的质量也有特殊要求。故此处就不再计算各杆的理论长度。理论上不能采用此机构。其示意图如图8所示： 图8 平行四边形自动转动机构示意图 3.3方案三 平行四边形机构方案三类似于方案二，同样采用了平行四边形构造。是对方案三的改进。此方案中，平行四边形机构由下轮带动，可以更加精确的控制转动角度，使工件移送到要求位置。同时，右轮改为曲柄滑块机构，可以保证工件停止时的位置。因此理论上可以采用此种机构。其构造如图9所示： 图9 平行四边形机构3.4方案四 圆柱凸轮机构方案四为一个以圆柱凸轮为核心配合向外伸展的抓取机构组成的搬运装置。

9、其主要机构如图 10所示： 图10圆柱凸轮机构3.4.1 机构的结构 如图10为方案二的整体布局图，两面板子充当夹取机构，在平面内绕轴承a做周转运动，搬运工件。如图11，标示3、4的分别为上述的两面板子，4板上的轴既是驱动3、4板做圆周运动的传动轴，又是圆柱凸轮机构5的推杆，它受圆柱凸轮5右端面驱动可做往复运动，从而加紧工件。板3和板4内侧夹持工件的部位还可固定一定大小厚度的橡胶片；中间轴部位还可固定一定强度的弹簧，使推杆始终接触圆柱凸轮。 图11 圆柱凸轮机构原动机构示意图 如图11中，4、5、7、8、9、10为齿轮，齿轮7通过相应的变速机构与齿轮4相连；齿轮8通过与其相同变速系数的变速机构

10、与齿轮9相连，通过同一个电动机驱动。这样圆柱凸轮3和板2具有相同的转速，使夹取工件和凸轮推程、释放工件和凸轮回程时间上保持一致。齿轮9和齿轮10未完全相同的齿轮，主要用于改变动力传动方向。齿轮4和板2上的轴是用可以滑动的键相连，使板2的轴左右运动而不影响齿轮的啮合。3.4.2 工作原理 该方案是利用图11中表a处的轴承上并行排列的两面近似矩形的结构板夹持工件的，这两面板在平面中同时绕轴承a做旋转运动。当圆柱凸轮转从图11所示的0度转动到90度时，逐渐推动板2（推杆）向右运动，即图10从位置2逆时针运动到位置1；当圆柱凸轮运动到90度时，板2（推杆）向右运动到极限位置，此时板1和板2夹取工件，即

11、图10中的位置1；随着板3板4的逆时针转动，工件被向上抬起，此时，动板2（推杆）远程休止，直到圆柱凸轮转到360度的时候，板2（推杆）回程，加持力消失，释放工件，圆柱凸轮近程休止，即图10所示的2位置，至此机构完成一次搬运动作，如此周而复始的循环。 图12 运动线图3.5方案五 曲柄滑块机构 方案五是曲柄滑块机构配合传送带机构组成的搬运机构。图13 曲柄滑块机构示意图3.5.1 机构的结构 如图13所示，该机构由左侧一个曲柄滑块机构，右侧一个传送带机构组成。左侧的曲柄滑块机构做成了偏心的，使滑块向右工作时具有较长的行程，确保工件被推送到传送带上。传送带有齿轮1驱动，其驱动力可由同一个电动机通过

12、相应的变速机构提供，传送带是一个内侧齿轮齿形排列的一系列的突起，相当于齿条。其材质可为橡胶。传送带表面由于工件搬运速度相一致的沟槽，用于暂时安放工件。如图14为齿条一段的剖面形状。其传送动力的机构为与其相啮合的齿轮，左边工作台右侧角上镶有一个挡块，防止工件滑到传送带上而不翻转90度。右侧工作台左端一段为一光滑面，黑影为一橡胶皮垫，增大摩擦，防止工件滑移太远超过预定位置太远。图14 齿条剖面形状示意图3.5.2 工作原理该方案是利用左边曲柄滑块将工件推到运行的传送带上。曲柄可固连在一齿轮上，通过电动机提供动力，一定传动比的变速机构传递到该齿轮上，驱动曲柄的旋转。齿轮1设计为主动齿轮，齿轮2设计为

13、从动齿轮。当曲柄推动工件滑到传送带上时，通过一定的时序控制，传送带正好运动到左侧工作台附近，工件落入传送带表面的沟槽里，防止工件刚刚加速时运动之后，保证时序上的一致性。当工件运送到右边工作台上时，利用工件的惯性继续运动，滑到右工作台上，当工件运送到右工作台的减速橡胶片上时，工件停止运动。至此，工件的一次搬运动作完成。如此循环。此机构虽然能实现工件的移送，但不能达到预定的位置精度要求。为此右工作台上还可安装一机械手，以确保工件运送到准确位置。3.6方案六 平面六杆机构方案六是一个平面六杆机构，该机构的原理结构如图16所示。图15 平面六杆机构示意图3.6.1 工作原理 该方案是方案一的简化演变形

14、式。采用与方案一相同的抓取机构（机械手）。该方案是利用连杆机构的运动来完成工件的位移和旋转任务的。机构的右部是一个曲柄摇杆机构，是整个机构的主要活动部分，且曲柄与齿轮固连在一起，电动机通过相应的变速机构相连用于动力输入；左部是一个双摇杆机构，其连杆上固定有上边设计的气动机械手，用于工件的搬运和90度旋转运动。该方案的整个工作循环为：曲柄1做圆周转动，通过连杆2的动力传递，带动摆杆3在图15所示的两个极限位置做左右摆动，从而驱动4杆做90度的空间旋转运动，图15的两个极限位置分别为机械手抓取工件和释放工件的位置，该杆端部固连的机械手自己不做旋转运动，仅伴随连杆4运动。机械手的开合由另一个电动机驱

15、动空气压缩机控制，并根据1杆转动周期设计固定的开合时序，是个连杆的运动与机械手开合时间协调一致，平稳连贯的完成移送任务。3.7方案比较3.7.1优点比较由于各方案中只有移送机构不同，抓取机构（机械手）相同，此处只比较举升机构。1) 方案一中为了得到更复杂、精确的动作，还可通过机械手自身的运动来实现。2) 方案一、六是通过机械手夹取工件的，夹取工件稳定可靠；方案四是通过两面板子板1和板2的贴合实现的工件的夹取，其在夹取和方式时速度都保持不变，而是通过镶在板子上的起摩擦作用的橡胶片缓冲，圆柱凸轮的间歇时间用在保持夹紧力上。3) 方案一、二、三运动副处如果润滑好，磨损小，杆件加工制造容易，并且方案三

16、机构有急回特性，在工作行程慢速前进，以利于工件运输的平稳；而回程时为了节约时间，可以快速返回。4) 六个方案中的机构都可以通过改变各构件的相对尺寸来使从动件得到不同的运动规律，从而实现不同的工件传输的指定任务，诸如转向，远距离运输。5) 方案六的杆3在夹取工件的时候与竖直方向留有一定的角度可以使机械手夹住工件迅速脱离工作台。方案一的油压泵推程较短，且推动方向恒定，具有较好的稳定性。6) 方案四中通过齿轮的多级传动可以得到不同的转动速度，可以适应工件传送速度的改变 。7) 方案五中传送带上设计了可以容纳工件的沟槽，防止工件初始加速度时的滑移。8) 第五个方案是通过曲柄滑块的推动和齿条传送带的运动

17、实现搬运的，最后仅是利用弓箭自身的惯性土里传送带，这说明传送需要一定地速度满足工件的惯性需求。9) 方案二、三、四结构简单，采用简单杆件和滑块。3.7.2缺点比较1) 方案一、六中机构是通过了多个中间连杆实现的的动力和运动的传递，因而路线较长易产生误差的累积。方案而、三省去了机械手，但其推杆直接将工件推到推到传送带上，容易引起系统震动切实去了工件的位置精度。2) 方案六放置工件时有一定的速度，没有缓冲没，运动衔接不够平稳。方案五推动工件时也不会有冲击。3) 方案四板1和板2是由于有相同的旋转速度，在抓取和放置工件时都会使工件震动，使系统不够平稳。4) 方案四由于使用了一对旋转的板子，占用空间较

18、大。5) 方案三两杆受力较集中，对杆件强度要求较高，安全性不高。 6) 圆柱凸轮和带沟槽的传送带需要单独制造。方案五中不完全齿轮部分制造难度大，成本高（传送带也可由标准的传送带改造得到3.6方案优化经过对各个方案的比较，我们决定采用第六种方案，第六种方案动力传动性能较好相对较稳定、能保证一定的位置精度。虽然不如方案一稳定，但相对比较简单，容易实现。对传动机构的尺寸进行优化使其可获得更好的动力传递性能。 图16优化方案图第四章 选定方案运动尺寸确定在方案一中已经对方案的相对尺寸进行了说明，杆件运动过程中传动角取最大值使机构获得更好的性能。图17 所选方案图图18 所选方案工作循环图各杆的长度、角

19、度等尺寸可由机构CAD原理图得到。分析如下：原始尺寸计算尺寸数据组编号3杆件编号长度/mm杆件编号杆件夹角/a（mm）6011-2b（mm）15022-3h（mm）20033-4L1（mm）60044-5L2（mm）12005注：齿轮尺寸d=320mm机构中原动件的转速、功率等数据可由工作速度、效率以及原动机的相关参数要求适当选取。第五章 系统运动学分析此项工作主要是分析机械系统运动的位移、速度、加速度与原动件转角（转速）的关系，建议用仿真软件完成，也可以用解析法，图解法作为最后的方法。仿真软件包括：Adams、各种自编小软件，如四杆机构仿真软件、齿轮仿真软件、气泵仿真软件等。 对杆件运动轨迹

20、进行模拟分析，对气泵与机械手及各杆件的速度与加速度关系进行分析，对机械手的抓取与放松过程、工件最终到达的位置进行协调性分析。对机构的总体运动情况进行分析，加深传动机构的深入认识，以及设计应用，将课堂与实际操作设计相结合，最后使设计的机构能够有效工作。第六章 课程设计总结本次课程设计是我进入大学以来第一次对自己所学知识和动手能力的综合检测，使我感触颇多、获益匪浅。首先，通过这课程设计，我进一步巩固了所学的基础知识、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械结构所涉及的实际问题的能力。对平面四杆机构、六杆机构、齿轮机构，特别是圆柱凸轮机构的设计有了更深刻的认识，对一些基本机构的

21、组合方式的多样性和其组成的机构够能强大有了一定的了解，深刻体会了不同的机构解决相同问题的妙用。在课程设计方案构想的时候为了某一确定运动不能立刻想象出相关的实现该目的的简单机构，还得阅各种资料，这还有待于更深入的学习。该课程设计还再一次熟习了AutoCAD等相关绘图软件。其次，这次的课程设计报告书和工作原理图虽然用了我们大量的时间，但我们认为这是值得的，希望我们有更多的机会参与可趁设计和类似的集体讨论活动中，提高自主思考和创新能力。此外，希望我们能有更多的机会参与课程设计，提高自主创新能力。这次课程设计我投入了很多的时间和精力，我觉得这是完全值得的。在我看来，课程设计比考试更能检测出学习的深度和

22、精度。独立思考，勇于创新，动手能力都得到了进一步的加强。这次的机械原理课程设计由于安排时间的紧迫性，我们设计的方案仅仅是可以实现工件搬运的简单机构原理图，机构零件的尺寸和强度都没来得及确定，这大大简化了我们的设计任务，也给我们能够真正完成该次课程设计留下了很大遗憾。这次课程设计没能设计出具有更强意义上的创新性的作品，仅仅是通过基本机构的组合实现的目的。最后，衷心感谢谢老师的悉心教导，在课上为我们补充了很多知识，带领我们走进了奇妙的机械世界。在老师的耐心指导下，我们才能改进错误，完成了这次的课程设计 ，并从中学到了更多的知识。第七章 参考文献1 孙桓，陈作模.机械原理M.7版. 北京：高等教育出

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