机械原理机械手课程设计
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5.2.3 不完全齿轮机构
图5.2.3
图5.3分别为齿轮6（左齿轮）与齿轮7（右齿轮），其中齿轮7为不完全
齿轮，即一个半齿齿轮，Z6=36，所以D6=m *Z6=36mm, D7=36mm, 5.2.4 圆柱凸轮连杆机构
1 由于圆柱凸轮位置不变，所以Lmn的长度可近似等于用于凸轮减速 齿轮齿数和的一半，即Lmn=（1/2） (Z1+Z2’+Z2+Z3’+Z3+Z4)=135mm,所以上升或者下降的距离 h=2*Lmn*sin（15°/2）=35.24mm
九、结束语
紧张的课程设计顺利结束了。在这次设计过程中，我掌握了很多设 计知识，学会了几个软件的使用并有所提高。发现有些东西非常有用， 比如AutoCAD、画板的使用。但是也碰到了很多问题，机构的功能不能 完全掌握、传动性不明确、运动循环图不清晰以及机构不能完美的连贯 起来。这些都是最重要也是最难的。经过老师的指导和与同学进行交 流、讨论，终于有所收获，明白了很多。机械学作为一门传统的基础学 科，内容丰富，涉及面广。目前，机械学正与电子电气、液压等多种学 科，联系更为紧密，它的综合性更强。机械学的学习将是一个艰苦但却 值得努力的过程。
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。
四、机械手驱动装置及传动类型选择
4.1.1 驱动装置的选择
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。
4.1.2 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。
Z
18
72
54 36 18 50 150
d d=mz
18
72
54 36 36 50 150
hɑ hɑ= hɑ*
1
*m
hf hf=(
hɑ*+c*)m
1.25
h h=hɑ+hf
2.25
dɑ dɑ=
20
d+2hɑ
1 1.25 2.25 74
11 111 1.25 1.25 1.251.251.25 2.25 2.25 2.252.252.25 56 38 38 52 152
5.设计计算齿轮机构。
6.编写设计计算证明书。
7.机械手的计算机动态演示验证。
二、机械手工作原理以及工艺动作流程图
2.1机械手水平回转动作：
齿轮 不完全齿轮 齿条
不完全齿轮 + 曲柄滑块 + 齿轮齿条机构
曲柄 滑块
曲柄滑块
2.2机械手上下摆动动作
圆柱凸轮+连杆机构
2.3机械手工艺动作流程
三、机械手运动循环总图及动作时间分配
图3
时间分配
送料频率为10次／min,即每次／6s;这6s可进行如下分配： 手臂下摆15°(0.4s)——手指夹料(0.2s)——手臂上摆15°(0.4s) ——手臂回转120°(2.0s)——手臂下摆15°(0.4s)——手指松开 (0.2s) ——手臂上摆15°(0.4s)——手臂反转120°(2.0s)
df df= d2hf
15.5
69.5
51.5 35.5 33.549.5147.5
七、机械手简易外观3D图及其他参考方案
7.1简易外观3D图
图7.1
图7.2
7.2 其他参考方案
图7.3
图7.2.1
1、13——齿轮 2、4、11——轴 3、9——圆锥齿轮 5——盘行凸轮 6 ——滚子推杆 7——U型块 8——机械手手臂 10——圆柱凸轮 12——
和噪声，不宜用在急速反向的传动中。带传动具有结构简单、传动平 稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低 廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。
综合上述特点，考虑减小噪声、振动，工作条件等方面的要求，选 用带传动进行传动。
图4.2（a） 链传动
图4.2（b） 带传动
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，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按 下式计算：
其中：T——工作机的阻力矩，； n——工作机的转速，；
型号 功率 电流 转数 KW A min
堵转电 流A
重量 Kg
Y132S- 5.5 11.6 1450
目录
一、机械手设计要求 1 1.1、设计题目 1 1.2、设计任务 2
二、机械手工作原理及工艺动作流程图 3 2.1、机械手水平回转动作 3 2.2、机械手上下摆动动作 4 2.3、机械手工艺动作流程图 4
三、机械手运动循环总图及动作时间分配 5 四、机械手驱动装置及传动类型选择 6
4.1.1、驱动装置的选择 6 4.1.2、选定电动机的容量 6 4.2.1、传动类型的选择 7 五、机械手传动比分配及主要执行机构 8 5.1.1、传动比分配 8 5.2.1、齿轮齿条机构 8 5.2.2、曲柄滑块机构 9 5.2.3、不完全齿轮机构 10 5.2.4、圆柱凸轮连杆机构 10 六、机械手主要零件及主要参数 12 七、机械手简易外观3D图及其他参考方案 13 7.1、简易外观3D图 13 7.2、其他参考方案 14 八、总体评价 15 九、结束语 15 十、参考文件 15
齿条 14——铰链
八、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。而在 实现手臂的间隙回转的动作上，运用了不完全齿轮和齿轮齿条以及连杆 的配合来完成。并且通过增加传动齿轮的数量和改变传动比的方式来使 最后运动到达指定要求。此方案结构简单，各运动部件之间的运动都易 于实现，不会出现干涉现象。由于传动链较短，累积误差也不会太大， 从而可以满足。
5.2.2 曲柄滑块机构
图5.2.2
设曲柄AB的长为a，连杆AC的长为b，A在A’位置时齿条处于最高位 置，A在A”位置时齿条处于最低位置；因为它是一个对心曲柄机构，则 齿条移动的距离L=2a，而前面已求得L=56.55mm,所以a=28.275mm；要 保证在运动过程中齿条不与曲柄相碰撞，必须使得齿条在最低位置时两 铰链的距离大于a，即b-a＞a，由此可得b＞2a=56.55mm，可取b=65mm.
图4.2（c） 齿轮传动
五、传动比分配及主要执行机构
5.1.1 传动比分配
标准直齿圆柱齿轮,压力角取ɑ=20°,模数m=1,齿顶高系数hɑ*=1,顶隙系 数c*= 0.25 齿轮7为不完全齿轮，齿数z=Βιβλιοθήκη Baidu8，齿轮7每转两周，机械手完成一次工
作，则总的传动比为i总=960(r/min)/20(r/min)=48
水平转动：i总=4*4*3*1=（Z8/Z4）*（Z7’/Z9’）*（Z9/Z8’） *（Z6/Z7） 圆柱凸轮每转两圈，机械手完成一次工作。
上下摆动：i总=4*4*3=（Z3/Z4）*（Z1/Z2’）*（Z2/Z3’）
带传动使用传动比 i带=1
5.2.1齿轮齿条机构（模数m取值为1）
图5.2.1 齿轮的齿数为z=54，则其分度圆直径为d=m z =54mm,则齿条移动的距离 L=（120°／360°）x2 π x(54／2)=18π =56.55mm 齿条长度应大于56.55mm,所以齿条长可取75mm
十、参考文献
[1]郑文纬,吴克坚主编. 机械原理. 北京:高等教育出版社, 1997 [2]朱孝录主编. 机械传动设计手册. 北京:电子工业出版社, 2007 [3]刘毅主编. 机械原理课程设计. 武汉:华中科技大学出版社, 2008 [4]牛鸣岐,王保民,王振甫主编. 机械原理课程设计手册. 重庆:重庆大 学出版社, 2001
2 根据凸轮的行程和机械手运动周期，绘制运动位移图如下：
六、机械手主要零件及其主要参数
标准压力角ɑ=20°,取模数m=1,齿顶高系数hɑ﹡=1,顶隙系数c﹡= 0.25
符 公式 号
完全齿轮
完全齿轮 完全完全 不完完全 完全 齿轮齿轮 全齿齿轮 齿轮
轮
2’,8’,9’,4 1,9,7’,3 5 6 7 3’ 2
机械手的外观图。热镦挤送料机械手技术参数见表。
手指夹持工 手臂回转 手臂回转 手臂上下摆 送料 电动机转
最大抓重
方案号
件最大直径 角度
半径
动角度 频率
速
kg
mm
（º）
mm
（º） 次/min r/min
A2
25 100 685 20 10 960 1.2
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。
一、机械手设计要求
1.1设计题目
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。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。图为
7
70
4
类比综合考虑决定选用Y132S—4型号电动机
引线配备 mm
2.5
经过 上网 查找 资 料，
4.2.1 传动类型的选择
传动类型一般为齿轮传动，链传动和带传动。 齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过 大的场合。链传动的传动比大，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准 确，工作可靠，效率高；但是仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易 磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击
图5.2.3
图5.3分别为齿轮6（左齿轮）与齿轮7（右齿轮），其中齿轮7为不完全
齿轮，即一个半齿齿轮，Z6=36，所以D6=m *Z6=36mm, D7=36mm, 5.2.4 圆柱凸轮连杆机构
1 由于圆柱凸轮位置不变，所以Lmn的长度可近似等于用于凸轮减速 齿轮齿数和的一半，即Lmn=（1/2） (Z1+Z2’+Z2+Z3’+Z3+Z4)=135mm,所以上升或者下降的距离 h=2*Lmn*sin（15°/2）=35.24mm
九、结束语
紧张的课程设计顺利结束了。在这次设计过程中，我掌握了很多设 计知识，学会了几个软件的使用并有所提高。发现有些东西非常有用， 比如AutoCAD、画板的使用。但是也碰到了很多问题，机构的功能不能 完全掌握、传动性不明确、运动循环图不清晰以及机构不能完美的连贯 起来。这些都是最重要也是最难的。经过老师的指导和与同学进行交 流、讨论，终于有所收获，明白了很多。机械学作为一门传统的基础学 科，内容丰富，涉及面广。目前，机械学正与电子电气、液压等多种学 科，联系更为紧密，它的综合性更强。机械学的学习将是一个艰苦但却 值得努力的过程。
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。
四、机械手驱动装置及传动类型选择
4.1.1 驱动装置的选择
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。
4.1.2 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。
Z
18
72
54 36 18 50 150
d d=mz
18
72
54 36 36 50 150
hɑ hɑ= hɑ*
1
*m
hf hf=(
hɑ*+c*)m
1.25
h h=hɑ+hf
2.25
dɑ dɑ=
20
d+2hɑ
1 1.25 2.25 74
11 111 1.25 1.25 1.251.251.25 2.25 2.25 2.252.252.25 56 38 38 52 152
5.设计计算齿轮机构。
6.编写设计计算证明书。
7.机械手的计算机动态演示验证。
二、机械手工作原理以及工艺动作流程图
2.1机械手水平回转动作：
齿轮 不完全齿轮 齿条
不完全齿轮 + 曲柄滑块 + 齿轮齿条机构
曲柄 滑块
曲柄滑块
2.2机械手上下摆动动作
圆柱凸轮+连杆机构
2.3机械手工艺动作流程
三、机械手运动循环总图及动作时间分配
图3
时间分配
送料频率为10次／min,即每次／6s;这6s可进行如下分配： 手臂下摆15°(0.4s)——手指夹料(0.2s)——手臂上摆15°(0.4s) ——手臂回转120°(2.0s)——手臂下摆15°(0.4s)——手指松开 (0.2s) ——手臂上摆15°(0.4s)——手臂反转120°(2.0s)
df df= d2hf
15.5
69.5
51.5 35.5 33.549.5147.5
七、机械手简易外观3D图及其他参考方案
7.1简易外观3D图
图7.1
图7.2
7.2 其他参考方案
图7.3
图7.2.1
1、13——齿轮 2、4、11——轴 3、9——圆锥齿轮 5——盘行凸轮 6 ——滚子推杆 7——U型块 8——机械手手臂 10——圆柱凸轮 12——
和噪声，不宜用在急速反向的传动中。带传动具有结构简单、传动平 稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低 廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。
综合上述特点，考虑减小噪声、振动，工作条件等方面的要求，选 用带传动进行传动。
图4.2（a） 链传动
图4.2（b） 带传动
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，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按 下式计算：
其中：T——工作机的阻力矩，； n——工作机的转速，；
型号 功率 电流 转数 KW A min
堵转电 流A
重量 Kg
Y132S- 5.5 11.6 1450
目录
一、机械手设计要求 1 1.1、设计题目 1 1.2、设计任务 2
二、机械手工作原理及工艺动作流程图 3 2.1、机械手水平回转动作 3 2.2、机械手上下摆动动作 4 2.3、机械手工艺动作流程图 4
三、机械手运动循环总图及动作时间分配 5 四、机械手驱动装置及传动类型选择 6
4.1.1、驱动装置的选择 6 4.1.2、选定电动机的容量 6 4.2.1、传动类型的选择 7 五、机械手传动比分配及主要执行机构 8 5.1.1、传动比分配 8 5.2.1、齿轮齿条机构 8 5.2.2、曲柄滑块机构 9 5.2.3、不完全齿轮机构 10 5.2.4、圆柱凸轮连杆机构 10 六、机械手主要零件及主要参数 12 七、机械手简易外观3D图及其他参考方案 13 7.1、简易外观3D图 13 7.2、其他参考方案 14 八、总体评价 15 九、结束语 15 十、参考文件 15
齿条 14——铰链
八、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。而在 实现手臂的间隙回转的动作上，运用了不完全齿轮和齿轮齿条以及连杆 的配合来完成。并且通过增加传动齿轮的数量和改变传动比的方式来使 最后运动到达指定要求。此方案结构简单，各运动部件之间的运动都易 于实现，不会出现干涉现象。由于传动链较短，累积误差也不会太大， 从而可以满足。
5.2.2 曲柄滑块机构
图5.2.2
设曲柄AB的长为a，连杆AC的长为b，A在A’位置时齿条处于最高位 置，A在A”位置时齿条处于最低位置；因为它是一个对心曲柄机构，则 齿条移动的距离L=2a，而前面已求得L=56.55mm,所以a=28.275mm；要 保证在运动过程中齿条不与曲柄相碰撞，必须使得齿条在最低位置时两 铰链的距离大于a，即b-a＞a，由此可得b＞2a=56.55mm，可取b=65mm.
图4.2（c） 齿轮传动
五、传动比分配及主要执行机构
5.1.1 传动比分配
标准直齿圆柱齿轮,压力角取ɑ=20°,模数m=1,齿顶高系数hɑ*=1,顶隙系 数c*= 0.25 齿轮7为不完全齿轮，齿数z=Βιβλιοθήκη Baidu8，齿轮7每转两周，机械手完成一次工
作，则总的传动比为i总=960(r/min)/20(r/min)=48
水平转动：i总=4*4*3*1=（Z8/Z4）*（Z7’/Z9’）*（Z9/Z8’） *（Z6/Z7） 圆柱凸轮每转两圈，机械手完成一次工作。
上下摆动：i总=4*4*3=（Z3/Z4）*（Z1/Z2’）*（Z2/Z3’）
带传动使用传动比 i带=1
5.2.1齿轮齿条机构（模数m取值为1）
图5.2.1 齿轮的齿数为z=54，则其分度圆直径为d=m z =54mm,则齿条移动的距离 L=（120°／360°）x2 π x(54／2)=18π =56.55mm 齿条长度应大于56.55mm,所以齿条长可取75mm
十、参考文献
[1]郑文纬,吴克坚主编. 机械原理. 北京:高等教育出版社, 1997 [2]朱孝录主编. 机械传动设计手册. 北京:电子工业出版社, 2007 [3]刘毅主编. 机械原理课程设计. 武汉:华中科技大学出版社, 2008 [4]牛鸣岐,王保民,王振甫主编. 机械原理课程设计手册. 重庆:重庆大 学出版社, 2001
2 根据凸轮的行程和机械手运动周期，绘制运动位移图如下：
六、机械手主要零件及其主要参数
标准压力角ɑ=20°,取模数m=1,齿顶高系数hɑ﹡=1,顶隙系数c﹡= 0.25
符 公式 号
完全齿轮
完全齿轮 完全完全 不完完全 完全 齿轮齿轮 全齿齿轮 齿轮
轮
2’,8’,9’,4 1,9,7’,3 5 6 7 3’ 2
机械手的外观图。热镦挤送料机械手技术参数见表。
手指夹持工 手臂回转 手臂回转 手臂上下摆 送料 电动机转
最大抓重
方案号
件最大直径 角度
半径
动角度 频率
速
kg
mm
（º）
mm
（º） 次/min r/min
A2
25 100 685 20 10 960 1.2
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。
一、机械手设计要求
1.1设计题目
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。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。图为
7
70
4
类比综合考虑决定选用Y132S—4型号电动机
引线配备 mm
2.5
经过 上网 查找 资 料，
4.2.1 传动类型的选择
传动类型一般为齿轮传动，链传动和带传动。 齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过 大的场合。链传动的传动比大，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准 确，工作可靠，效率高；但是仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易 磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击