热镦挤送料机械手.doc

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1、题目5 热镦挤送料机械手一、课程设计任务书1.1设计题目图1 机械手的外观图设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，往40吨镦头机送料。以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆15，手臂水平回转120，手臂下摆15，手指张开放料。手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。图5为机械手的外观图。技术参数见表8。表1 热镦挤送料机械手技术参数方案号最大抓重kg手指夹持工件最大直径mm手臂回转角度（）手臂回转半径mm手臂上下摆动角度（）送料频率次/min电动机转速r/minA225120685151514

2、50B3301007002010960C115110500152014401.2 设计任务 1.机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速度分析，绘制运动线图。 4.设计凸轮机构。按各凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。 5.设计计算齿轮机构。 6.编写设计计算证明书。 7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工、机械手的计算机动态演示验证等。1.3设计提示1. 机械手主

3、要由手臂上下摆动机构、手臂回转机构组成。工件水平或垂直放置。设计时可以不考虑手指夹料的工艺动作。2. 此机械手为空间机构，确定设计方案后应计算空间自由度。3. 此机械手可按闭环传动链设计。1.4 方案选择选用组合方案：最大抓重：1kg ； 手指夹持工件的最大直径：15mm ； 手臂回转角度： 100 手臂回转半径：500mm ；手臂上下摆动角度： ； 送料频率：10电机转速： 960r/min二、机构功能分解此机构由原动机、传动部分、执行部分组成，其功能关系如表2所示。表2机构功能分解机械手原动机传动部分执行机构电动机齿轮传动间歇上下摆动机构间歇水平摆动机构三、机构运动方案设计与评价3.1 手

4、臂上下摆动机构的设计与选择机械手臂上下摆动运动为间歇性运动，能实现此功能的机构有很多，如：凸轮、凸轮齿轮、不完全齿轮铰链四杆机构，具体方案如下：方案1： 方案2： 图3.1 不完全齿轮曲柄摇杆 图3.2 盘形凸轮摇杆机构方案3：图3.3 圆柱凸轮+连杆机构这3个方案结构都比较简单，方案2使用盘形凸轮机构直接驱动从动件的上下运动，进而通过低复使手臂摇动。这个方案在计算过程中比较容易，即s=，式中s为从动件行程，为手臂转动铰链到凸轮从动件间间距。方案1采用不完全齿轮+曲柄摇杆机构，不完全齿轮带动完全齿轮（曲柄）间歇转动，从而实现摇杆（手臂）的间歇摆动。但是，这个方案与方案2相比，传动的级数增多，比

5、较繁琐，影响机构的紧凑性，且有刚性冲击的存在，所以这个方案不可取。方案3采用圆柱凸轮+连杆机构，与方案1比较，圆柱凸轮加工困难，连杆机构的运动规律要复杂，并且上下摆动的角度难以准确保证。综上所述，方案2作为本次设计的最佳方案3.2 手臂水平左右摆动机构的设计与选择方案1： 方案2： 图3.4 不完全齿轮曲柄摇杆机构 图3.5不完全齿轮+曲柄滑块+齿轮齿条机构方案3： 方案4： 图3.6 槽轮曲柄摇杆机构 图3.7 不完全齿轮机构这4个方案都能实现手臂的回转要求。方案1使用的曲柄摇杆机构，使得机构具有急回特性。但是摇杆的摆角较大，为120，根据曲柄摇杆机构的形成条件可得：连杆与摇杆的长度之和只是

6、略大于最短杆（曲柄）与最长杆（机架）之和。根据铰链四杆机构的分析，其速度、加速度方面不如有齿轮齿条、凸轮机构，冲击较大。方案2采用不完全齿轮 + 曲柄滑块 + 齿轮齿条机构，其不完全齿轮会发生刚性冲击，曲柄滑块结构没有其他方案简洁且速度、加速度的计算较为麻烦，故不采用。方案3采用槽轮曲柄摇杆机构，通过槽轮可以精确、方便地实现120转角，但曲柄摇杆机构运动表较复杂，计算难度大，致使运动的停歇时间难以把握，设计难度大，故部委立项方案。方案4采用两外啮合的不完全齿轮，通过设计不完全齿轮的齿数可以轻松的实现机构对传动比、运动转角、停歇时间的把握，并且对其添加瞬心线附加杆使得机构运动准确、平稳，便于分析

7、计算，故为采用方案。3.3 传动机构的选用通过齿轮直接传动带动机构运转四、工艺动作流程及机械手机构运动简图由上述各运动部分选出的方案可以将机械手整体方案确定如图8所示： 图8 机械手机构运动简图其中1-7、10、11、14、15为完全齿轮，8、9、12、13为不完全齿轮，16为凸轮，17为机械手臂，18为机械手外壳，且不完全齿轮的轮齿关系如图9所示，齿轮5所在轴为主轴，主轴旋转一周机械手动作顺序为：齿轮8逆转，机械手右转，手臂下摆，手指放下物料，手臂上摆，机械手左转，手臂下摆，手指抓起物料，手臂上摆。机构运动循环图如图10、11所示。 图9 不完全齿轮轮齿配置关系 图10机械手直角坐标循环图

8、图11 机械手圆形循环图五、机构尺寸确定5.1 机械手上下摆动机构如图12示凸轮位置尺寸，凸轮导程，基圆半径，滚子半径，导杆拐角，从动件采用等加速等减速运动规律，凸轮位移线图、理论轮廓曲线、实际轮廓曲线分别如图13、图14、图15所示。 图12 凸轮位置 图13 凸轮位移线图 图14 凸轮理论轮廓曲线 图15 凸轮实际轮廓曲线5.2 机械手齿轮传动及水平转动机构参数设计 由图8 机械手机构运动简图可知齿轮14、15为圆锥齿轮，各齿轮参数如表3所示，传动比求算过程：以电机转向为正，且，5.2.1 主轴传动： ， ，5.2.2 水平传动：（主动轮转动，从动轮转动）（主动轮转动，从动轮转动）5.2.3 竖直传动：（转动方向如图8所示）5.2.4 齿轮外形轮廓：分度圆直径，齿顶高，齿根高，齿全高，齿顶圆直径，齿根圆直径。图8 机械手机构运动简图表3 齿轮参数对照表齿轮模数压力角齿轮代号齿轮齿数8820723627273618六、总体评价该机器依靠凸轮和连杆机构来实现机械手臂的间隙上下摆动。并用两对不无安全齿轮来实现手臂的间隙回转运动。运用增加传动齿轮的数量和改变传动方向来实现指定运动要求。此方案结构简单，易于实现。七、结束语两个礼拜的坚持设计，终于好了。这次设计对自己的Auto和Word的使用有了一定的提高。也使得对机械原理的基础有了一定的掌握。思维的创新和拓展有点改进。