机械原理课程设计——热镦机送料机械手1

机械原理课程设计说明书

——热镦挤送料机械手C

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目录

第一章设计题目及要求

1.1 设计题目简介 (3)

1.2 设计数据及要求 (3)

1.3 设计任务与提示 (4)

第二章热镦挤送料机械手摆臂的设计

2.1 摆臂方案A的设计 (4)

2.2 摆臂方案B的设计 (5)

2.3 摆臂方案的确定 (6)

第三章热镦挤送料机械手回转装置设计

3.1 回转装置A的设计 (6)

3.2 回转装置B的设计 (7)

3.3 驱动装置的选择 (8)

3.4 回转装置方案的确定 (9)

3.5 循环图的拟定 (9)

第四章热镦挤送料机械手方案的确定与计算

4.1 方案的拟定 (9)

4.2 最终方案的确定与说明 (10)

4.3 方案的计算 (12)

第五章相关建模过程及仿真 (13)

第六章设计总结 (17)

第七章参考文献 (17)

第一章设计题目及要求

1.1 设计题目简介

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15º，手

臂水平回转120º，手臂下摆15º，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。如图1所示。

图1

1.2 设计数据及要求

1.3 设计任务与提示

1.至少提出可行的两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；

2. 设计传动系统并确定其传动比分配。

3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。

4. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设

计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。

5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画

出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

6. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分

析等。

7. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。

设计提示

1. 机械手主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。

第二章热镦挤送料机械手摆臂的设计

2.1 摆臂方案A的设计

采用凸轮带动摇杆的机构来实现机械手上下的摆动。其中学要满足摆杆长为650MM，上下摆动的角度位18度。此种方式设计简单，能达到相应的设计强度要求。并且在运动过程中出现问题的可能性相对较小。如图2.

图2

Solidworks中的实体建模2.2 机械手上摆手设计方案B

采用凸轮带动连杆机构实现上下运动。通过凸轮带动杆2，且通过连杆之间的

相互作用实现安放在C出的机械手达到预期的运动轨迹及线路。此方案设计相对复杂，但能满足较高的强度，各杆之间受力相对均衡。如图3.

图3

1-凸轮 2-滚子 3-折杆 4 5-连杆

其中在C处安放机械抓手

2.3 摆臂方案的确定

根据给出的设计要求可以看出，机械手臂的抓举重量为两2KG，方案A设计简单，且能达到强度要求，并且其机构简单，易于实现，安装也较为容易。方案B机

构相对较多，不利于安放，并且此套装置用于一般小型工厂，故要求其占地面积要小。根据综合考虑，选取方案B作为机械手上下摆动装置。

第三章热镦挤送料机械手回转装置设计

3.1 回转装置A的设计

采用齿轮进行机械装置的回转.其优点为：可传递空间任意轴间的运动和动力，即轴可以平行，交叉或交错；转动平稳，其传动比恒定，大多数齿轮的传动比是常数；适应范围广（传递速度、功率范围都大）；寿命长；效率高；结构紧凑等优点。齿轮传动缺点：制造成本高，刚性传动没有过载保护作用，振动和噪音等。设计的齿轮传动如图4.

图4

3.2 回转装置B的设计

曲柄摇杆机构进行回转

3.3 驱动装置的选择

选择电机类型： 电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。

3.3.1 常用电动机的结构特征

（1）.Y 系列三相异步电动机

该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的型电动机。

(2). 电磁条速三相异步电动机

名称：YCD 电磁调速三相异步电动机。有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件。

3.3.2 选定电动机的容量

电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。

电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。

工作机所需工作功率w P ，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：

Kw Tn

P w 9550

=

其中：T ——工作机的阻力矩，mm N ⋅；

n ——工作机的转速，min /r ；

传动装置的总效率0η组成传动装置的各部分运动副效率之积，即 n ηηηηηK 3210⋅⋅=

其中：1η 2η 3η分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率

按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6, 三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200.

经过综合考虑决定选用Y132S —4型号电动机（电流A ：11.6 转速: 1440r/mm 效率:85.5 功率因数 cosø:0.82 功率:5.5kw ）