機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(機(jī)械手)

TOC\o"1-2"\h\z\u設(shè)計(jì)任務(wù)書 31執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 41.1升降、擺動(dòng)、伸縮機(jī)構(gòu)的選擇 51.2 升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu) 61.3夾持機(jī)構(gòu)的選擇 72傳動(dòng)方案的確定 82.1傳動(dòng)類型的確定及傳動(dòng)簡圖 82.2確定總傳動(dòng)比 83電動(dòng)機(jī)的確定 93.1電動(dòng)機(jī)容量的確定 103.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 114總體方案的確定 124.1機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖 124.2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 125凸輪尺寸設(shè)計(jì) 136設(shè)計(jì)體會與小結(jié) 157參考文獻(xiàn) 16設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)的目的械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是為機(jī)械類專業(yè)和近機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完機(jī)械設(shè)計(jì)及同類課程以后所設(shè)置的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是第一次對學(xué)生進(jìn)行全面的，規(guī)范的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其主要目的是：培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他選修課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識。通過對通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡單機(jī)械設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，樹立正面的工程大合集思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力。課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中對學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、手冊、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的能力。設(shè)計(jì)的任務(wù)械設(shè)計(jì)械手從工件架上抓起工件，然后送人工作臺進(jìn)行加工。機(jī)械手完成以下動(dòng)作：水平面內(nèi)轉(zhuǎn)30度，上升100mm，前進(jìn)50mm；機(jī)械手的夾持器還有夾緊和放松動(dòng)作。原始數(shù)據(jù)機(jī)械手工作頻率：20r/min升降0.3kw，擺動(dòng)0.1kw，伸縮0.1kw，夾持0.2kw。設(shè)計(jì)內(nèi)容原動(dòng)方案的選擇和確定傳動(dòng)方案的分析和擬定電動(dòng)機(jī)的選擇繪制運(yùn)動(dòng)簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的整理和編寫總結(jié)和答辯1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇升降、擺動(dòng)、伸縮機(jī)構(gòu)的選擇由《機(jī)械原理》教材中凸輪的特點(diǎn):凸輪回轉(zhuǎn)一周從動(dòng)件依次作升-停-降-停4個(gè)動(dòng)作。從動(dòng)件的行程h有推程和回程。凸輪輪廓曲線決定于位移曲線的形狀。在某些機(jī)械中，位移曲線由工藝過程決定，但一般情況下只有行程和對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角根據(jù)工作需要決定，而曲線的形狀則由設(shè)計(jì)者選定，可以有多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律因有速度突變，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的剛性沖擊，只適用于低速。等加速-等減速和余弦加速度也有加速度突變,會引起柔性沖擊，只適用于中、低速。凸輪優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。綜合上述，考慮到機(jī)械手需要先進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)30度，然后升高10cm，前進(jìn)5cm，最后要原路返回，并且要有休止，我們選用了3個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)來完成所以動(dòng)作。1.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)齒條齒輪7凸輪1齒輪6齒輪4齒輪3齒輪5齒條齒輪7凸輪1齒輪6齒輪4齒輪3齒輪5圖1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由齒輪3、齒輪4、齒輪5、齒輪6，齒條、不完全齒輪7，凸輪1構(gòu)成。齒輪3與軸1固連，齒輪4與齒輪3配合，實(shí)現(xiàn)變速。齒輪5與齒輪4固連，齒輪6與齒輪5配合，實(shí)現(xiàn)變速。凸輪與齒輪齒條配合實(shí)現(xiàn)30度擺動(dòng)。齒條與凸輪1的滾子固連，實(shí)現(xiàn)齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)。原本考慮用四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)30度角的擺動(dòng)，但考慮到四桿機(jī)構(gòu)有急回，來回的角度不一樣，因此選用了齒輪齒條以及凸輪機(jī)構(gòu)。1.2升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)錐齒輪2’錐齒輪1’底盤軸1錐齒輪2錐齒輪1底盤軸1軸2凸輪3齒輪1齒輪2凸輪2凸輪2圖2升降，收縮機(jī)構(gòu)如圖2所示，升降，收縮機(jī)構(gòu)由錐齒輪1’，追齒輪2錐齒輪1’與錐齒輪2’配合變速變向，齒輪1與齒輪2配合，滿足軸2的轉(zhuǎn)速（與軸2固連），齒輪2與齒輪1配合（與錐齒輪1固連），凸輪2控制機(jī)械手升降，凸輪3控制機(jī)械手伸縮。1.3夾持機(jī)構(gòu)的選擇擋塊定爪彈簧動(dòng)爪擋塊定爪彈簧動(dòng)爪圖3夾持機(jī)構(gòu)如圖3所示，夾持機(jī)構(gòu)由彈簧，擋塊，定爪，動(dòng)爪組成。開始時(shí)動(dòng)爪和定爪將工件夾住。當(dāng)機(jī)械手帶著工件運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，機(jī)械手的動(dòng)爪受擋塊的壓迫將工件松開，于是工件便落下來。2傳動(dòng)方案的確定2.1傳動(dòng)類型的確定及傳動(dòng)簡圖傳動(dòng)類型一般為齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)就是利用主動(dòng)軸、從動(dòng)軸上的齒輪之間的嚙合，來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械傳動(dòng)方式。齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)高效和使用壽命長久等優(yōu)點(diǎn)，且在所有機(jī)械傳動(dòng)方式中，應(yīng)用范圍最廣，是機(jī)械傳動(dòng)的主角。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、傳動(dòng)比精度高、工作效率好、使用壽命長。齒輪傳動(dòng)的使用功率、轉(zhuǎn)速和尺寸的范圍都很寬，如傳遞功率的選擇范圍就能從幾瓦跨越到幾十萬千瓦，而轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到300m/s，尺寸則能從毫米單位擴(kuò)展到二十多米。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；但是僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。錐齒輪的特點(diǎn)是：壽命長，高負(fù)荷承載力，耐化學(xué)和腐蝕性強(qiáng)，降噪和減震，重量輕，成本低，易于成型，潤滑性好，最重要的是，它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)垂直軸的傳動(dòng)，而一般圓柱齒輪只能用于平行軸。綜合上述特點(diǎn)，考慮減小噪聲、振動(dòng)，工作條件等方面的要求，選用V帶傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。如圖4所示：圖4總傳動(dòng)簡圖2.2確定總傳動(dòng)比表一機(jī)械手主要零件及其主要參數(shù)名稱符號直齒輪3直齒輪4直齒輪1、5直齒輪2、6不完全齒輪7錐齒輪2錐齒輪1帶輪1帶輪2模數(shù)m332.52.5533齒數(shù)Z24722496487224分度圓直徑d722166024024021672100200水平擺動(dòng)：i=2*3*4=（R帶2/R帶1）*（Z4/Z3）*（Z6/Z5）=（200/100）*（72/24）*（96/24）=24升降、收縮：i=2*3*4=（R帶2/R帶1）*（Z2’/Z1’）*（Z2/Z1）=（200/100）*（72/24）*（96/24）=243電動(dòng)機(jī)的確定3.1電動(dòng)機(jī)容量的確定電動(dòng)機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的來源，其種類很多，有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、氣輪機(jī)、液動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易，一般機(jī)械上大多數(shù)是均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的容量選得合適與否，對電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動(dòng)機(jī)因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運(yùn)行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。電機(jī)的容量的主要由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。表2簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率表3其他機(jī)構(gòu)的效率1凸輪機(jī)構(gòu)2棘輪機(jī)構(gòu)3槽輪機(jī)構(gòu)4不完全齒輪機(jī)構(gòu)5聯(lián)軸器0.95-0.970.95-0.970.95-0.97

0.96-0.98

0.95-0.99由表2及表3選定各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，如表4：凸輪直齒輪聯(lián)軸器錐齒V帶0.960.980.960.980.95表4已定各個(gè)機(jī)構(gòu)的效率計(jì)算過程如下:原始數(shù)據(jù)：機(jī)械手工作頻率：20r/min升降0.3kw，擺動(dòng)0.1kw，伸縮0.1kw，夾持0.2kw。升降、收縮的效率η1=0.96×0.98×0.98×0.95×0.96=0.8408功率P1=（0.3+0.1）/0.8408kw=0.476kw擺動(dòng)的效率：η2=0.98×0.96×0.98×0.95×0.96=0.8204功率P2=0.1/0.8204kw=0.129kw夾持的功率：P3=0.2kw總效率：P總=P1+P2+P3=0.77kw所需電動(dòng)機(jī)的功率P=0.85kw3.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定總的傳動(dòng)比i總=24，機(jī)械手工作頻率：20r/min，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=24×20=480r/min。4總體方案的確定4.1機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖\4.2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖5所示：圖5機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖5凸輪尺寸設(shè)計(jì)如圖所示凸輪2凸輪3凸輪1凸輪2和凸輪3的位置關(guān)系：凸輪2和凸輪3必須是如上圖所示位置關(guān)系，以便保證機(jī)構(gòu)能順利的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。6設(shè)計(jì)體會與小結(jié)接觸機(jī)械原理這門課程一學(xué)期了，而這學(xué)期才是我真正感受到了一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)械的樂趣以及枯燥，被那些機(jī)械器件、機(jī)件組合而成的機(jī)器所吸引，尤其是汽車、機(jī)器人、航天飛機(jī)等機(jī)械技術(shù)所震撼，感慨機(jī)械工作者的偉大，。然而這種激動(dòng)就在接近本學(xué)期結(jié)束之時(shí)，終于實(shí)現(xiàn)了，我們迎來了第一堂機(jī)械課程設(shè)計(jì)。近一個(gè)星期的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次實(shí)踐的過程中學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制,最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化.在社會這樣一個(gè)大群體里面,溝通自然是為人處世的基本,如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān)系值得我們?nèi)ド钏己腕w會.在實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很大,有些人很有責(zé)任感,把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù),并為之付出了很大的努力,不斷的思考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然,總覺得自己的弱勢…..其實(shí)在生活中這樣的事情也是很多的,當(dāng)我們面對很多問題的時(shí)候所采取的具體行動(dòng)也是不同的,這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果.很多時(shí)候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài),而不是看我們過去的能力到底有多強(qiáng),那是一種態(tài)度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題.在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中,口角的斗爭在所難免,關(guān)鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?而不是一味的計(jì)較和埋怨.這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中,生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力,面對分歧大家要消除誤解,相互理解,增進(jìn)了解,達(dá)到諒解…..