机械手-机械原理课程设计说明书..docx

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1、机械手-机械原理课程设计说明书. 机械原理课程设计 说明书 设计课题：机械手 专业班级：2022级机自05班 小组成员： 张结荣 202204010523 陈庆林 202204010504 肖哲 202204010520 郑然 202204010525 周奕佳 202204010526 指导教师：陈敏钧时间：2022.7.142022.7.18 目录 1 设计任务书 (3) 2 执行机构的选择与比较 (3) 2-1 转角机构 (3) 2-2 上升机构 (4) 2-3 前进机构 (6) 3 传动机构的选择与比较 (5) 3-1 普通传动机构 (5) 3-2 间歇传动机构 (5) 4 原动机的选择

2、 (6) 5 机械系统运动简图 (9) 6 机械系统运动循环图 (10) 7 机械手的机构设计 (11) 7-1 上升机构 (11) 7-2 前进机构 (11) 7-3 夹紧放松机构 (12) 7-4 转角机构 (12) 7-5 传动机构 (13) 小结 (13) 参考文献 (14) 1设计任务书 设计项目：机械手的设计 工作要求：机械手从工件架上抓起工件，然后送人工作台进行加工。机械手完成以下动作（2选1）。 （1）水平面内转30度，上升100mm，前进50mm; （2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。 机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降

3、 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。 2执行机构的选择与比较 2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完 全齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动， 与全齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设 计好形状的槽内运动，左右运动的极限位置 恰好是30度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个行程内，机构的平面转角就是30度。不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆无法做周转运动，导致机构的回程要求齿轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速度方向。 方案二

4、实现平面转角0 30的过程：皮带 轮传动给蜗轮蜗杆从而使不完全齿 轮，有间歇地带动完全齿轮转动，齿 轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 30 地带动固接杆转动0 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小 运动灵活，造价低准确地实现转角 30的要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺寸过大加工难。 方案三 实现平面转角0 30的过程：使用槽轮 实现平面转角30度，只要计算好槽轮的槽 数，就能在主动圆盘转360度时，使从动轮 转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效率 高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间 歇运动，同样要

5、求变速箱改变运动 方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。 通过控制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦磨损较大，传动效率较低，易出现发热现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑动，从而使工作杆上升100mm

6、。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大 就可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断 严重影响上升高度，寿命不高。 对机构进行比较：第二个方案较好，结构简单寿命较长也能够准确地 实现上升要求，推杆运动时间与静止时间比较好控制。 2-3 前进机构（实现前进50mm功能要求） 方案一 通过皮带轮传动，使全齿轮转动，然后带动曲柄滑块机构，在水平导 轨上前进，通过限位卡，固定前进的范围。 优点：运动副皆为低副，底副的两运动副和机架接触，压强小，可承受较大荷载，有利于润滑。 缺点：存在冲击，易损坏。 方案二 由于上升功能的机构和前进功能机构一样的，由于上升方案一符合要

7、 求，所以前进机构的选择和上升机构一样。 3传动机构的选择与比较 3-1普通传动 1.皮带轮传动 机构特点：起到缓冲作用，传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带 将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用.缺点在于 皮带易磨损，寿命不长。 2.链传动 机构特点：它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;传递效率较高,一般可达0.950.97;链条的铰链磨损后,使得节距变 大造成脱落现象;安装和维修要求较高。 3.齿轮传动 机构特点：能保证瞬

8、时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;传递的功率和速度范围较大;结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高,使用寿命长;齿轮的制造、安装要求较高。 4.蜗轮蜗杆传动 机构特点：具有反向自锁的功能，而且相比其它传动具有较大的速比，涡轮蜗杆的输入、输出轴不在同一轴线上，甚至不在同一个平面上。自身的缺点，那就是涡轮蜗杆的传动效率不够高，精度也不是很高。 传动机构比较：由于电动机处于下方，可保持重心在下，在于齿轮减速器之间安放1皮带轮，这个当然会起到缓冲的作用，效率也挺高的。 电机的转速一般都比较大，由于工作循环为3s/次，所以主轴的转速为180r/min，此时就需要很大的传动比了，齿轮

9、传动一般是在6-7倍之间，不能达到传动要求，所以我们选择用蜗轮蜗杆机构，它的传动比一般在2-70倍之间满足我们所需的传动功能。选择1皮带轮，4蜗轮蜗杆。 3-2实现工作时间差的传动机构 1.棘轮机构 机构特点：结构简单，制造方便运动可靠；而且棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大的范围调节。但是做工时有较大的冲击和噪声而且运动精度较差。 2.槽轮机构 机构特点：结构简单外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地间歇地进行转位，但是因传动时存在柔性冲击。 3.凸轮式简谐运动机构 机构特点：只要适当设计出主动凸轮的轮廓，就可使从动盘动载荷小，无刚性冲击和柔性冲击，它具有很高的定位精度，机构紧凑，但是加工精度

10、要求高，造价高。 4.不完全齿轮 机构特点：不完全齿轮机构结构简单制造方便工作可靠，设计时从动 轮的运动时间和静止时间比例可以在比较大的范围内变化，但是同时啮合时有较大的冲击。 5.凸轮机构 机构特点：只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速机构简单紧凑。 间歇传动机构比较：由于本次传动有较多的间歇运动，运动时间和静止时间要控制得很到位。从造价和工作循环方面，所以选择4 不完全机构和5 凸轮机构。 4原动机的选择 功率要求：升降0.3kw，摆动0.1kw，伸缩0.1kw，夹持0.2kw 根据传动效率：P 1 =0.3/0.94/0.7/0.95kw=0.48kw P 2 =0.1/0.94/0.7/0.96/0.94kw=0.17kw P 3 =0.1/0.94/0.7/0.95kw=0.16kw P 4 =0.2/0.94/0.7/0/95kw=0.32kw 总功率：P=0.48kw+0.17kw+0.16kw+0.32kw=1.13kw 查表，选择电机Y90L-4，功率1.5kw，转速1400r/min,符合要求。 传动比： n 1/n 2 =5，n 2 /n 3 =1，n 3 /n 4 =14，n 1 /n 4 =70 n 1=1400r/min, n 2 =n 3 =280r/min,n 4 =20r/min 5机械系统运动简图