熱鐓擠送料機(jī)械手

1、題目5 熱鐓擠送料機(jī)械手一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)題目圖1 機(jī)械手的外觀圖設(shè)計(jì)二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，夾送圓柱形鐓料，往40噸鐓頭機(jī)送料。以方案A為例，它的動(dòng)作順序是：手指夾料，手臂上擺15º，手臂水平回轉(zhuǎn)120º，手臂下擺15º，手指張開放料。手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時(shí)手指張開，準(zhǔn)備夾料。主要要求完成手臂上下擺動(dòng)以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。圖5為機(jī)械手的外觀圖。技術(shù)參數(shù)見表8。表1 熱鐓擠送料機(jī)械手技術(shù)參數(shù)方案號最大抓重kg手指夾持工件最大直徑mm手臂回轉(zhuǎn)角度（º）手臂回轉(zhuǎn)半徑mm手臂上下擺動(dòng)角度（º）送料頻率次

2、/min電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/minA22512068515151450B3301007002010960C115110500152014401.4 方案選擇選用組合方案：最大抓重：1kg ； 手指夾持工件的最大直徑：15mm ； 手臂回轉(zhuǎn)角度： 100 手臂回轉(zhuǎn)半徑：500mm ；手臂上下擺動(dòng)角度： ； 送料頻率：10電機(jī)轉(zhuǎn)速： 960r/min二、機(jī)構(gòu)功能分解此機(jī)構(gòu)由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分組成，其功能關(guān)系如表2所示。表2機(jī)構(gòu)功能分解機(jī)械手原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)間歇上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇水平擺動(dòng)機(jī)構(gòu)三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與評價(jià)3.1 手臂上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇機(jī)械手臂上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)為間歇性

3、運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)此功能的機(jī)構(gòu)有很多，如：凸輪、凸輪齒輪、不完全齒輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，具體方案如下：方案1： 方案2： 圖3.1 不完全齒輪曲柄搖桿 圖3.2 盤形凸輪搖桿機(jī)構(gòu)方案3：圖3.3 圓柱凸輪+連桿機(jī)構(gòu)這3個(gè)方案結(jié)構(gòu)都比較簡單，方案2使用盤形凸輪機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件的上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過低復(fù)使手臂搖動(dòng)。這個(gè)方案在計(jì)算過程中比較容易，即s=，式中s為從動(dòng)件行程，為手臂轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈到凸輪從動(dòng)件間間距。方案1采用不完全齒輪+曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，不完全齒輪帶動(dòng)完全齒輪（曲柄）間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)搖桿（手臂）的間歇擺動(dòng)。但是，這個(gè)方案與方案2相比，傳動(dòng)的級數(shù)增多，比較繁瑣，影響機(jī)構(gòu)的緊湊性，且有剛性沖擊的存在，所以這個(gè)

4、方案不可取。方案3采用圓柱凸輪+連桿機(jī)構(gòu)，與方案1比較，圓柱凸輪加工困難，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要復(fù)雜，并且上下擺動(dòng)的角度難以準(zhǔn)確保證。綜上所述，方案2作為本次設(shè)計(jì)的最佳方案3.2 手臂水平左右擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇方案1： 方案2： 圖3.4 不完全齒輪曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖3.5不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機(jī)構(gòu)方案3： 方案4： 圖3.6 槽輪曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖3.7 不完全齒輪機(jī)構(gòu)這4個(gè)方案都能實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)要求。方案1使用的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)具有急回特性。但是搖桿的擺角較大，為120°，根據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的形成條件可得：連桿與搖桿的長度之和只是略大于最短桿（曲柄）與最長桿（機(jī)架）之和。

5、根據(jù)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分析，其速度、加速度方面不如有齒輪齒條、凸輪機(jī)構(gòu)，沖擊較大。方案2采用不完全齒輪 + 曲柄滑塊 + 齒輪齒條機(jī)構(gòu)，其不完全齒輪會發(fā)生剛性沖擊，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)沒有其他方案簡潔且速度、加速度的計(jì)算較為麻煩，故不采用。方案3采用槽輪曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過槽輪可以精確、方便地實(shí)現(xiàn)120°轉(zhuǎn)角，但曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)表較復(fù)雜，計(jì)算難度大，致使運(yùn)動(dòng)的停歇時(shí)間難以把握，設(shè)計(jì)難度大，故部委立項(xiàng)方案。方案4采用兩外嚙合的不完全齒輪，通過設(shè)計(jì)不完全齒輪的齒數(shù)可以輕松的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)對傳動(dòng)比、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角、停歇時(shí)間的把握，并且對其添加瞬心線附加桿使得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，便于分析計(jì)算，故為采用方案。3.3 傳

6、動(dòng)機(jī)構(gòu)的選用通過齒輪直接傳動(dòng)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)四、工藝動(dòng)作流程及機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖由上述各運(yùn)動(dòng)部分選出的方案可以將機(jī)械手整體方案確定如圖8所示： 圖8 機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖其中1-7、10、11、14、15為完全齒輪，8、9、12、13為不完全齒輪，16為凸輪，17為機(jī)械手臂，18為機(jī)械手外殼，且不完全齒輪的輪齒關(guān)系如圖9所示，齒輪5所在軸為主軸，主軸旋轉(zhuǎn)一周機(jī)械手動(dòng)作順序?yàn)椋糊X輪8逆轉(zhuǎn)，機(jī)械手右轉(zhuǎn)，手臂下擺，手指放下物料，手臂上擺，機(jī)械手左轉(zhuǎn)，手臂下擺，手指抓起物料，手臂上擺。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖10、11所示。 圖9 不完全齒輪輪齒配置關(guān)系 圖10機(jī)械手直角坐標(biāo)循環(huán)圖 圖11 機(jī)械手圓形循環(huán)圖五、機(jī)構(gòu)尺寸確定5.1 機(jī)械手上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖12示凸輪位置尺寸，凸輪導(dǎo)程，基圓半徑，滾子半徑，導(dǎo)桿拐角，從動(dòng)件采用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪位移線圖、理論輪廓曲線、實(shí)際輪廓曲線分別如圖13、圖14、圖15所示。 圖12 凸輪位置 圖13 凸輪位移線圖 圖14 凸輪理論輪廓曲線5.2 機(jī)械手齒輪傳動(dòng)及水平轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 由圖8 機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖可知齒輪14、15為圓錐齒輪，各齒輪參數(shù)如表3所示，傳動(dòng)比求算過程：以電機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，且?， ，（主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)）