機(jī)械原理課程設(shè)計裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)

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1、 機(jī)械原理設(shè)計(1) 課程設(shè)計 說明書設(shè)計題目: 裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu) 學(xué)生班級: 流體1102 學(xué)生姓名: 李宇 指導(dǎo)教師: 楊德勇 日 期: 2014年1月2日 目錄課程設(shè)計的目的2設(shè)計題目及設(shè)計要求2機(jī)械手設(shè)計的基本步驟及工作流程.3設(shè)計任務(wù)3設(shè)計說明4工作要求4設(shè)計方案5題目分析5機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計方案6方案設(shè)計過程分析7最優(yōu)方案詳細(xì)分析10機(jī)械抓手設(shè)計13機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計方案15設(shè)計小結(jié)16參考資料16指導(dǎo)老師評語17課程設(shè)計的目的(1)機(jī)械原理課程設(shè)計旨在使學(xué)生運(yùn)用本課程所學(xué)的理論知識以及有關(guān)課程的知識,進(jìn)行一次較全面的綜合性的設(shè)計練習(xí),從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解軍問題的能力。(2)通過對裝箱機(jī)

2、械手的機(jī)構(gòu)方案的擬定及其機(jī)構(gòu)簡圖設(shè)計,增強(qiáng)對設(shè)計工作的了解和認(rèn)識,并培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)設(shè)計能力和機(jī)構(gòu)分析能力。設(shè)計題目及設(shè)計要求在某裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中,要求其手的運(yùn)動按簡圖所示JKLM,MLKJ線路重復(fù)運(yùn)動。其中JK段為取物料上升(物料來自傳送帶);KL段為物料水平移動;LM段為手抓放物料于箱內(nèi),故對其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝箱穩(wěn)定性,但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料,其直線度要求不高,只要能將物料提高到C的高度即可。返回時要求按原來路線逆著走。今給定預(yù)期軌跡的尺寸分別為:a=120mm;b=600mm;c=50mm;d=1000mm。物料提升重量為2千克。機(jī)械手設(shè)計的基本步

3、驟及工作流程(1)機(jī)械手設(shè)計的主要步驟如下圖:(2)機(jī)械手工作流程原位下降夾緊上升左移 右移上升放松下降 設(shè)計任務(wù)(1)根據(jù)上述設(shè)計要求,每人至少提出兩種不同設(shè)計方案,選取其中最優(yōu)的方案,進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡圖設(shè)計。對主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動位置分析,并按尺寸繪出相應(yīng)位置時機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(一號圖紙)(尺寸要準(zhǔn)確) (2)對手爪中手指的開合機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計。(3)每人編制一份設(shè)計說明書,設(shè)計方案均應(yīng)寫入說明書(封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等)內(nèi)。設(shè)計說明(1)本設(shè)計盡量考慮用已學(xué)過的機(jī)構(gòu)或幾種機(jī)構(gòu)的組合來實現(xiàn)位置要求,熟練運(yùn)用本課程知識。 (2)應(yīng)考慮從動力源到執(zhí)行部件之間的整體運(yùn)動傳遞方案,尤其執(zhí)行

4、部分更為重要,可參考機(jī)械設(shè)計中的傳動方案知識。 (3)除應(yīng)考慮運(yùn)動情況外還應(yīng)考慮力求使機(jī)構(gòu)運(yùn)動性、加工特性、用性能、經(jīng)濟(jì)性等要好,要盡量使用成熟的機(jī)構(gòu)及其組合。除考慮滿足軌跡要求外,還應(yīng)考慮其各段行程中的運(yùn)動規(guī)律的性能的特殊要求。 工作要求(1) 繪圖準(zhǔn)確,布局盡可能勻稱,圖上線條、符號、尺寸標(biāo)注及書寫字體(仿宋體)要規(guī)范化,圖面整潔,質(zhì)量要求高。 (2) 說明書要求論述內(nèi)容完整,步驟清楚,分析有條理,字跡工整,繪圖準(zhǔn)確,裝訂成冊。 (3) 計應(yīng)按預(yù)定進(jìn)度進(jìn)行,每天務(wù)必按時到設(shè)計教室,及時完成設(shè)計任務(wù),不準(zhǔn)無故遲到、早退、曠課等,不準(zhǔn)做與設(shè)計無關(guān)的工作。設(shè)計方案題目分析由題意可知:所設(shè)計的裝箱

5、機(jī)械手機(jī)構(gòu)中主要分為三個步驟,抓取移動放置,為了使其能彼此配合有序穩(wěn)定的完成指定的任務(wù),在時間上就必須要嚴(yán)格的控制好,因此在設(shè)計其執(zhí)行系統(tǒng)時需按時間進(jìn)行分配。下面就先對抓取移動放置這三個步驟進(jìn)行分析。抓?。河蓤D分析可知抓取過程為JK段,開始時機(jī)械爪手出于K點(diǎn),開關(guān)啟動后,機(jī)械爪手向下下降50mm(為了能減少執(zhí)行系統(tǒng)的空間,可以在里加上一個放大機(jī)構(gòu)),此時只能是豎直方向的移動,水平移動方向必須保持靜止,當(dāng)爪手下降到指定的高度,需要給機(jī)械爪手預(yù)留3秒的時間保證其能順利抓取物料,抓取物料結(jié)束之后還須上升到初始的高度,準(zhǔn)備進(jìn)行水平方向的移動,在這下降抓取上升的過程中水平始終要保持靜止。移動:移動的過程

6、在圖示中是屬于LK階段,在機(jī)械手抓取物料成功后,此時豎直方向?qū)⒉辉僖苿?,只有水平方向在移動,移動的距離為600mm,跟抓取時一樣,這里也可以安放一套放大機(jī)構(gòu)來減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間,在移動的過程中需要讓其盡可能的保持穩(wěn)定性,一方面可以通過減慢速度來提高其穩(wěn)定性,也可以在設(shè)計時采用三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu),保證你水平移動的穩(wěn)定性。放置:放置過程是整個過程的關(guān)鍵所在(LM為下降的過程),如果安放是出現(xiàn)了問題,整個過程都前功盡棄,在安放的過程中最重要的一點(diǎn)就是要保證其直線度的準(zhǔn)確性,為此在水平移動是最后要采用減速的方案,使其在最后有緩沖的余地,保證在下降的過程時能穩(wěn)定下降,下降到120mm時,此時機(jī)械手放開物料,整

7、個過程結(jié)束。機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計方案根據(jù)題目的意思,以及其中需要著重注意的幾點(diǎn)問題,設(shè)計了三種可行性的方案。以及機(jī)械手的設(shè)計。方案設(shè)計過程分析:第一種:在這個方案中,我們采取的是三個線段上的運(yùn)動分別用三個不同的裝置進(jìn)行傳動,左端的LM段用的是曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動,LK段也是用的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動,在JK段,考慮到長段較小,一次選用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動。本方案中,需要在連接機(jī)械手的豎軸上裝有卡槽結(jié)構(gòu),并且需要滑塊的兩端裝有接觸開關(guān),保證水平運(yùn)動到兩端點(diǎn)處時,水平傳動的曲柄結(jié)構(gòu)電機(jī)停轉(zhuǎn),而控制豎直運(yùn)動的曲柄或凸輪的電機(jī)開始運(yùn)動,這樣,機(jī)械手便可以按照預(yù)訂的軌跡進(jìn)行運(yùn)動。本方案中,出機(jī)械的傳動裝置外,控制

8、機(jī)械手的軌道運(yùn)動共需要三個獨(dú)立的電機(jī)進(jìn)行傳動,如圖所示:方案2: 考慮到方案1中用到的電機(jī)過多,軌道的三個方向的運(yùn)動共用到三個電機(jī)驅(qū)動,在本方案中,將在方案1的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化,我們將水平運(yùn)動用一個凸輪結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),而左右兩端的豎直方向的運(yùn)動用如圖所示的機(jī)構(gòu)實現(xiàn),如圖中,由于機(jī)械手連接的滑塊距離“杠桿中心”距離的不同,在同一曲柄的作用下可以實現(xiàn)滑塊行程的不同,取適當(dāng)?shù)拇笮〖纯梢詫崿F(xiàn)左端上下運(yùn)動行程為120mm,右端上下運(yùn)動行程為50mm。對于凸輪,距離凸輪旋轉(zhuǎn)中心的距離差為600mm,就可以保重左右運(yùn)動了。方案3:方案1與方案2均存在不足之處,比如方案1,所用到的電機(jī)過多經(jīng)濟(jì)效益較差,并且各個電機(jī)

9、獨(dú)立運(yùn)行,依靠觸發(fā)開關(guān)來實現(xiàn)傳動的連貫性,而觸發(fā)開關(guān)的設(shè)計又存在諸多的問題。方案2中,用到兩個獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動,而且在水平方向的行程運(yùn)用的是凸輪,這樣,凸輪的尺寸就會相當(dāng)大,而且也會用到觸發(fā)開關(guān)來控制。因此,結(jié)合方案1與方案2,現(xiàn)給出本方案的設(shè)計見圖,如圖所示,本方案中,機(jī)械手的軌跡運(yùn)動,只用到一個電機(jī)驅(qū)動,給出凸輪的適當(dāng)幾何形狀,即可實現(xiàn),在本方案中,不需要額外的電路控制,即可實現(xiàn)循環(huán)運(yùn)動。最優(yōu)方案詳細(xì)分析:方案3結(jié)構(gòu)分析:如圖所示,機(jī)械手的豎直方向的運(yùn)動依靠凸輪上方連接凸輪內(nèi)槽的桿子和滾子實現(xiàn),機(jī)械手水平方向的運(yùn)動依靠凸輪左邊連接滾子的橫桿和凸輪外周實現(xiàn)。機(jī)械手在豎直方向的位置隨時間變化的關(guān)

10、系如圖所示:由此可以確定凸輪內(nèi)槽的形狀為:R-d1-50,R-d2=120機(jī)械手在水平方向的位置隨時間的變化關(guān)系為:可以得出凸輪外周的幾何形狀為:R2-R1=600*(1:5)=120mm由于考慮到引導(dǎo)水平運(yùn)動和豎直運(yùn)動的滾子接觸凸輪的位置成90度的關(guān)系,因此,在融合凸輪內(nèi)槽與外周時有90度的對應(yīng)關(guān)系。綜上可得,凸輪的幾何形狀為:在本方案中,可以認(rèn)為機(jī)械手的軌跡運(yùn)動時依靠兩個不同的凸輪實現(xiàn)的,只是為了更少的用到電機(jī),以及節(jié)約凸輪用料,一次將兩個凸輪綜合在一起,凸輪的外周和內(nèi)槽都可以驅(qū)動,這樣就可以節(jié)約一個電機(jī)和一個凸輪。機(jī)械抓手設(shè)計:如圖所示為我們設(shè)計的機(jī)械抓手,我們所設(shè)計的抓手的傳動機(jī)構(gòu)是蝸

11、輪蝸桿結(jié)構(gòu),蝸桿直接連接電機(jī),兩側(cè)蝸輪分別連接兩“手指”,蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動比較大,并且可以實現(xiàn)自鎖,所以可以順利抓牢指定物體。機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案對于方案3的選擇,需要一個電機(jī)帶動凸輪轉(zhuǎn)動即可實現(xiàn)所有的行程運(yùn)動,但若電機(jī)直接與凸輪相連,這樣顯然凸輪的運(yùn)動速度過快,運(yùn)動不穩(wěn)定,并且可能導(dǎo)致裝置損壞,因此應(yīng)該選擇適當(dāng)傳動比的齒輪來實現(xiàn),我們選擇的是200:1傳動比的齒輪組,假定電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min,這樣才能保證機(jī)械系統(tǒng)正常的運(yùn)行。電機(jī)在此轉(zhuǎn)速下,機(jī)械手沒分鐘進(jìn)行5個運(yùn)動周期,即進(jìn)行來回5次抓物。n1:n2=1/50 n3/n4=1/40機(jī)械手本身的傳動系統(tǒng):因為我們設(shè)計的機(jī)械手運(yùn)用的是

12、蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu),蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)本身就可以有較大的傳動比,因此選擇適當(dāng)?shù)膫鲃颖?,蝸桿即可以與電機(jī)直接相連。我們選在的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動比為40:1.設(shè)計小結(jié)通過這次課程設(shè)計,我有了很多收獲。首先,通過這一次的課程設(shè)計, 我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識, 培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實際問題的能力。對平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪有了更加深刻的理解,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。而且,這次課程設(shè)計過程中,與同學(xué)們激烈討論,團(tuán)結(jié)合作,最終完美的實現(xiàn)了預(yù)期的目的,大家都受益匪淺,也對這次經(jīng)歷難以忘懷。 其次通過這次課程設(shè)計,對裝箱機(jī)械手的工作原理以及機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動方案的確定以及對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析有了初步詳細(xì)精確話的了解,這都將為我以后參加工作實踐有很大的幫助。非常有成就感,培養(yǎng)了很深的學(xué)習(xí)興趣。衷心感謝楊老師這個學(xué)期以來的悉心教導(dǎo)與鼓勵,在楊老師的耐心指導(dǎo)下,我們才能完成了這次課程設(shè)計,并從中學(xué)到了非常多的知識。參考資料機(jī)械原理課程設(shè)計手冊高等教育出版社 機(jī)械原理人民教育出版社機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書高等教育出版社機(jī)械原理與設(shè)計機(jī)械工業(yè)出版社指導(dǎo)老師評語: 簽字: 成績評定:

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