机械原理课程设计(机械手)
设计任务书 ..................................... 3 1执行机构的选择 ............................... 4
1.1升降、摆动、伸缩机构的选择 . .................... 5 1.2 升降机构、伸缩机构 ............................ 6 1.3夹持机构的选择 ................................ 7
2传动方案的确定 ............................... 8
2.1 传动类型的确定及传动简图 ...................... 8 2.2 确定总传动比 .................................. 8
3电动机的确定 ................................. 9
3.1 电动机容量的确定 ............................. 10 3.2 电动机转速的确定 ............................. 10
4总体方案的确定 .............................. 12
4.1 机械手系统运动简图 ........................... 12 4.2 机械手运动循环图 ............................. 12
5凸轮尺寸设计 ................................ 10 6设计体会与小结 ............................................................... 14 7参考文献 .................................... 15
设计任务书
1) 设计的目的
械设计课程设计是为机械类专业和近机械类专业的学生在学完机械设计及同类课程以后所设置的实践性教学环节，也是第一次对学生进行全面的，规范的机械设计训练。其主要目的是：
a) 培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械设计课程和其他选修课程的基础理论并结合实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展学生有关机械设计方面的知识。
b) 通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械设计，使学生掌握一般机械设计的程序和方法，树立正面的工程大合集思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力。
c) 课程设计的实践中对学生进行设计基础技能的训练，培养学生查阅和使 用标准规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力。
2) 设计的任务
械设计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：
a) 水平面内转30度，上升100mm ，前进50mm ； b) 机械手的夹持器还有夹紧和放松动作。
3) 原始数据
机械手工作频率：20r/min
升降 0.3kw ，摆动 0.1kw ，伸缩 0.1kw ，夹持 0.2kw 。
4) 设计内容
a) 原动方案的选择和确定 b) 传动方案的分析和拟定 c) 电动机的选择
d) 绘制运动简图和运动循环图 e) 机构的设计
f) 设计计算说明书的整理和编写 g) 总结和答辩
1执行机构的选择
升降、摆动、伸缩机构的选择
由《机械原理》教材中凸轮的特点:凸轮回转一周从动件依次作升-停-降-停4个动作。从动件的行程h 有推程和回程。凸轮轮廓曲线决定于位移曲线的形状。在某些机械中，位移曲线由工艺过程决定，但一般情况下只有行程和对应的凸轮转角根据工作需要决定，而曲线的形状则由设计者选定，可以有多种运动规律。等速运动规律因有速度突变，会产生强烈的刚
性冲击，只适用于低速。等加速-等减速和余弦加速度也有加速度突变, 会引起柔性冲击，只适用于中、低速。
凸轮优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动。只要适当地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。
综合上述，考虑到机械手需要先进行转动30度，然后升高10cm ，前进5 cm ，最后要原路返回，并且要有休止，我们选用了3个凸轮机构来完成所以动作。
1.1摆动机构
图1 摆动机构
如图1所示，摆动机构主要由齿轮3、齿轮4、齿轮5、齿轮6，齿条、不完全齿轮7，凸轮1构成。
齿轮3与轴1固连，齿轮4与齿轮3配合，实现变速。齿轮5与齿轮4固连，齿轮6与齿轮5配合，实现变速。凸轮与齿轮齿条配合实现30度摆动。齿条与凸轮1的滚子固连，实现齿轮7的转动。
原本考虑用四杆机构实现30度角的摆动，但考虑到四杆机构有急回，来回的角度不一样，因此选用了齿轮齿条以及凸轮机构。 1.2升降机构、伸缩机构
图2 升降，收缩机构 如图2所示，升降，收缩机构由锥齿轮1’，追齿轮2’，齿轮1，齿轮2，凸轮2，凸轮3构成。
锥齿轮1’与锥齿轮2’配合变速变向，齿轮1与齿轮2配合，满足轴2的转速（与轴2固连），齿轮2与齿轮1配合（与锥齿轮1固连），凸轮2控制机械手升降，凸轮3控制机械手伸缩。
1.3夹持机构的选择
图3夹持机构
如图3所示，夹持机构由弹簧，挡块，定爪，动爪组成。 开始时动爪和定爪将工件夹住。当机械手带着工件运动到一定位置时，机械手的动爪受挡块的压迫将工件松开，于是工件便落下来。
2传动方案的确定
2.1 传动类型的确定及传动简图
传动类型一般为齿轮传动，链传动和带传动。
齿轮传动齿轮传动就是利用主动轴、从动轴上的齿轮之间的啮合，来传递动力和运动
的一种机械传动方式。齿轮传动具有结构紧凑、传动高效和使用寿命长久等优点，且在所有机械传动方式中，应用范围最广，是机械传动的主角。齿轮传动特点是传动平稳可靠、传动比精度高、工作效率好、使用寿命长。齿轮传动的使用功率、转速和尺寸的范围都很宽，如传递功率的选择范围就能从几瓦跨越到几十万千瓦，而转速最高可达到300m/s，尺寸则能从毫米单位扩展到二十多米。
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。
锥齿轮的特点是：寿命长，高负荷承载力，耐化学和腐蚀性强，降噪和减震，重量轻，成本低，易于成型，润滑性好，最重要的是，它可以实现两个垂直轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴。
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V 带传动、齿条传动、齿轮传动。如图4所示：
图4 总传动简图
2.2 确定总传动比
水平摆动：i=2*3*4=（R 带2/R带1）*（Z4/Z3）*（Z6/Z5）=（200/100）*（72/24）
*（96/24）=24
升降、收缩：i=2*3*4=（R 带2/R带1）*（Z2’/Z1’）*（Z2/Z1）=（200/100）
*（72/24）*（96/24）=24
3电动机的确定
3.1 电动机容量的确定
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。
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。
表2 简单传动机构和运动副的效率
表3 其他机构的效率
由表2及表3选定各个机构的传动效率，如表4：
表4 已定各个机构的效率
计算过程如下:
原始数据：机械手工作频率：20r/min
升降 0.3kw ，摆动 0.1kw ，伸缩 0.1kw ，夹持 0.2kw 。
升降、收缩的效率η1=0.96×0.98×0.98×0.95×0.96=0.8408 功率P1=（0.3+0.1）/0.8408 kw=0.476 kw 摆动的效率： η2=0.98×0.96×0.98×0.95×0.96=0.8204
功率P2=0.1/0.8204 kw=0.129 kw 夹持的功率： P3=0.2 kw
总效率：P 总=P1+P2+P3=0.77 kw 所需电动机的功率P=0.85 kw
3.2 电动机转速的确定
总的传动比i 总=24，机械手工作频率：20r/min，因此电动机的转速n=24×20= 480r/min。
4总体方案的确定
4.1 机械手系统运动简图
\4.2 机械手运动循环图
如图5所示：
图5 机械手系统运动循环图
5 凸轮尺寸设计
如图所示
凸轮
2
凸轮3
凸轮1
凸轮2和凸轮3的位置关系：
凸轮2和凸轮3必须是如上图所示位置关系，以便保证机构能顺利的实现运动。
6设计体会与小结
接触机械原理这门课程一学期了，而这学期才是我真正感受到了一个学习机械的乐趣以及枯燥，被那些机械器件、机件组合而成的机器所吸引，尤其是汽车、机器人、航天飞机等机械技术所震撼，感慨机械工作者的伟大，。然而这种激动就在接近本学期结束之时，终于实现了，我们迎来了第一堂机械课程设计。
近一个星期的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西, 领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质, 更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制, 最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化.
在社会这样一个大群体里面, 沟通自然是为人处世的基本, 如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会. 在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大, 有些人很有责任感, 把这样一种事情当成是自己的重要任务, 并为之付出了很大的努力, 不断的思考自己所遇到的问题. 而有些人则不以为然, 总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的, 当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的, 这当然也会影响我们的结果. 很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态, 而不是看我们过去的能力到底有多强, 那是一种态度的端正和目的的明确, 只有这样把自己身置于具体的问题之中, 我们才能更好的解决问题.
在这种相互协调合作的过程中, 口角的斗争在所难免, 关键是我们如何的处理遇到的分歧, 而不是一味的计较和埋怨. 这不仅仅是在类似于这样的协调当中, 生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力, 面对分歧大家要消除误解, 相互理解, 增进了解, 达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂, 关键还是看我们的心态, 那种处理和解决分歧的心态, 因为毕竟我们的出发点都是很好的.
7参考文献
[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
[5]孙桓，陈作模，葛文杰主编，机械原理第七版. 北京:高等教育出版社，2006