机械手设计说明书

机械手设计说明书 说明书目录 1 设计 1(1方案选择 1(2 可行性 2 3 工作循环分析 3(1 手臂的回转运动规律 3(2 手臂的伸缩运动规律 3(3 手指的张闭运动规律 4 设计计算 4(1 确定传动参数 4(2 钳爪手臂、手指的尺寸设计 4(2(1手指的尺寸设 计计算 4(2(2 手臂的尺寸设计计算 4(3 扇形齿轮、齿条的设计计算 4(3(1 齿条 4(3(2 扇形齿轮 4(4 手指的最大张角 4(5 从动摆杆运动 4(5(1 手臂伸缩运动 4(5(2 手指张闭运动 4(6 凸轮的设计计算 4(6(1 运动分析 4(6(2 伸缩凸轮 4(6(3张闭凸轮 4(7 凸轮展开面的计算 4(8 弹簧的设计计算 5 参考资料 1 设计说明书 1 方案设计 1(1方案选择 根据设计任务书所给机构简图，现选择方案(a)。此方案的扭结夹持力易于通过圆螺母调节，可满足不同材料的要求。 1(2 可行性分析 方案(a)能满足高速运转的要求，其结构、组成、配合关系容易达，结构上简单，并且通过螺母调节尾部弹簧，易于实现不同扭结力的调整，适用性好。所以选用(a)方案。但它的张闭凸轮和轴向位移凸轮为圆柱槽型凸轮，加工难达到预定精度，随着加工技术的提高，也可以达到预定精度的。 2 工艺要求 2(1 在工序盘第四工位糖果纸的两端进行扭结工作; 2(2 有效扭结回转度数为540º，回转方向顺时针; 2(3 手臂回转的同时伴有伸缩运动:最大伸缩行程?12mm; 2(4 手指的闭合靠压缩弹簧的作用力来完成，又可产生适当的加紧力.扭结时一直闭合， 不扭结时一直张开。 3 工作循环分析 3(1 手臂的回转运动规律 手臂的回转(共3圈): 扭结手一直保持旋转状态，有效旋转要求为540º，工作传动比为1:3，所以要求手臂的有效回转为180º。 3(2 手臂的伸缩运动规律 手臂伸缩运动:手臂从0º收缩至60º时停止;60º -150?不进行伸缩运动;150?时开始扭结，直到330º时扭结结束，并停止伸缩，伸缩量是10mm;330º -360?不进行伸缩运动。 3(3 手指的张闭运动规律 手指从120?时张开，直到150º时完成闭合;从150º时开始至330º时保持闭和并完成扭结，330º时手指开始张开，并在360º时完成张开。 2 具体工作循环图如下图所示: 图1 工作循环图 4 设计计算 4(1 确定传动参数 取传动比i=3,齿轮m=2,Z=25,Z=75, 12 则: 小齿轮分度圆直径:d=mZ=2×25=50mm; 11 小齿轮齿顶圆直径:da=d+2ha=50+2×2=54mm; 11 小齿轮齿根圆直径:df=d-2hf=(Z-2ha*-2c*)m=(25-2×1-2×0.25)×2=45mm; 111 大齿轮分度圆直径: d=mZ=2×75=150mm; 22 大齿轮齿顶圆直径:da=d+2ha=150+2×2=154mm; 22 大齿轮齿根圆直径:df=d-2hf=(Z-2ha*-2c*)m=(75-2×1-2×0.25)×2=145mm; 222 两齿轮轴的中心距:a=(d+d)/2=100mm。 12 4(2 钳爪手臂、手指的尺寸设计 4(2(1手指的尺寸设 计计算 ? 糖果的周长为:C=πd=37.68mm < 52mm ?糖纸为宽度方向绕糖块进行裹包 糖纸包糖块后两端余纸长为:L=(80-30)/2=25mm 根据实验以及已知条件可确定:手指有效长度L1=10mm 取手指夹糖最边缘点到糖纸边缘距离11mm，糖纸夹糖点缩进情况如下图所示: 3 图2 糖纸夹糖缩进示意图 4(2(2 手臂的尺寸设计计算 手臂长度:L=50mm 手臂伸缩量为:s=10mm 4(3 扇形齿轮、齿条的设计计算 4(3(1 齿条 取齿条模数m=1.5，齿数Z=6，压力角α=20º 全齿高: h=ha+hf=(2ha*+c*)m=(2+0.25)×1.5=3.375mm 齿条厚度:H=2h+7=2×3.375+7=13.75mm，取14mm 4(3(2 扇形齿轮 取齿数z=14,模数m=1.5，压力角α=20º 则齿轮分度圆直径d=mz=1.5×14=21 mm 两扇形齿轮中心距:l1 =d+H=21+14=35mm 4(4 手指的最大张角 如图2所示，夹住糖要补偿10mm(>6mm),25-10=15，手指夹糖纸长度为11mm(<15mm)。在手指张开时不应妨碍糖纸进入，其投影应大于11,4,7mm，取为8mm，故可得,机械手双臂的最大张角Φ=arcsin(35/2)/50+arcos0.79=58.30?,即为扇形齿轮的转角。取扇形齿轮圆心角为120?。 齿条相应移动的距离: s’=0.5d×58.30º×π/180º=10.7mm，取11mm，还可压缩弹簧，提高夹紧力。 4(5 从动摆杆运动 4(5(1 手臂伸缩运动 伸缩从动摆杆从一侧极限位置摆到另一侧极限位置，手臂伸缩的水平位移为10mm，Z1、Z2中心距为100mm，即凸轮轴与手臂间中心距为100mm，选择摆杆长度比例为L1:L2=1:2, 因此可确定摆杆的长度为200mm，则sinψ/2×200×2=10mm。 所以，伸缩从动摆杆的最大摆角ψ=2×arcsin(5/200)=2.87 º 4(5(2 手指张闭运动 张闭从动摆杆从一侧极限位置摆到另一侧极限位置，其水平位移有两部分:有手臂伸缩的水平位移和手指张闭的水平位移。共为10+11=21mm 所以，张闭从动摆杆的最大摆角ψ=2×arcsin(21/(2*200))=6.02 º 4 4(6 凸轮的设计计算 图3 凸轮机构简图 4(6(1 运动分析 由上图1的工作循环图可知，在凸轮运动过程中: 0?(360?),60?:当0?时手指张开到最大，随后与伸缩轮相对静止，一起向右运 动，直到回到伸缩凸轮原点; 60?,120?:伸缩凸轮与张合凸轮相对静止，也绝对静止; 120?,150?:伸缩凸轮静止，张合凸轮向右运动，手指逐渐闭合，直至完全闭合， 此时张合凸轮运动到最右点; 150?,330?:伸缩凸轮和手指张合凸轮相对静止，张合凸轮随伸缩凸轮一起向左运动; 330?,360?:伸缩凸轮静止，张合凸轮相对伸缩凸轮向左运动到最大值(手指张开)。 4(6(2 伸缩凸轮 对应于工作循环图: 主动轴转角 摆杆摆角 齿条位移 0?— 60? 2.87? 右移10 mm 60?—150? 0? 静止 150?—330? 2.87? 左移10 mm 330?—360? 0? 静止 5 根据上表画出凸轮角度与摆杆角度关系曲线，量出个角度的偏移量。大致设定凸轮的尺寸，根据偏移量画出凸轮的轨迹和外轮廓线。外轮廓线的外框的长即为凸轮外周长，宽即为凸轮外直径。 4(6(3张闭凸轮 没有张闭动作时齿条保证与手指同步移动，张闭时有相对位移 主动轴转角 摆杆摆角 齿条相对扇形齿轮位移 齿条绝对位移 0-60? 2.87? 0 右移10mm 60?-120? 0 0 0 120?-150? 3.06? 11mm 右移11mm 150?-330? 2.87? 0 左移10mm 330?-360? 3.06? 11mm 左移11mm 画法与伸缩凸轮的相似，根据伸缩凸轮的偏移量曲线，结合“4(6(1 运动分析”，画出张闭凸轮的偏移量，再根据偏移量画出凸轮的轨迹和外轮廓线。 4(7 凸轮展开面的计算 用ψ=arcsin(t/l)可求得特殊相位角的摆角，然后可绘制出凸轮理论轮廓线和实际轮廓线。 凸轮数据见凸轮零件图。 4(8 弹簧的设计计算 通过已经设计轴部的直径，选择弹簧的中径为20，通过查表可选弹簧的直径为3mm，单圈刚度为74.5。由于开始时弹簧就有预压缩力5N，在拨轮移动12mm后其最大压缩力有8N，则弹簧的刚度有(8,5)/0.2,15，可知弹簧的有效圈数为74.5/15,5圈。取弹簧圈间距t,5mm。弹簧形式采用两端磨平式。 6