目录
TOC\o1-3\h\z\u目录 2
热镦挤送料机械手 3
一、机械原理设计任务书 3
1.1、设计题目简介 3
1.2、设计数据与要求 3
1.3、设计任务 4
1.4、设计提示 4
二、机构设计 4
2.1、手臂水平回转设计及选择 4
2.2、手臂下摆运动的机构设计 7
2.3、利用MATLAB计算凸轮轮廓线 9
三、三维概念模型 11
附录 13
计算凸轮MATLAB程序： 13
四、驱动装置选择14
五、零件的尺寸确定与校核14
热镦挤送料机械手
一、机械原理设计任务书
1.1、设计题目简介
图5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。以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆18o，手臂水平回转150o，手臂下摆18o，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5为机械手的外观图。
1.2、设计数据与要求
方案号
最大抓重
kg
手指夹持工件最大直径
mm
手臂回转角度
（o）
手臂回转半径
mm
手臂上下摆动角度
（o）
送料
频率
次/min
电动机转速
r/min
1
2
25
150
650
18
15
960
?
1.3、设计任务
1.至少提出可行的两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。
4.对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。
5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
6.编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。
7.在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。
1.4、设计提示
1.机械手主要由手臂上下摆动机构、手臂回转机构组成。工件水平或垂直放置。设计时可以不考虑手指夹料的工艺动作。
2.此机械手为空间机构，确定设计方案后应计算空间自由度。
3.此机械手可按闭环传动链设计。
二、机构设计
2.1、手臂水平回转设计及选择
在这里给出两种实现手臂水平往返120o摆动的方案。
方案1：使用齿轮齿条与曲柄滑块的符合机构；其机构简图如图2.1-1所示；
图2.1-1曲柄滑块、齿轮齿条
方案1采用不完全齿轮+曲柄滑块+齿轮齿条机构，结构简单，且满足设计要求。
方案2：使用不完全齿轮，如图2.1-2，图中齿轮13，14为不完全齿轮；
图2.1-2齿轮传动
方案2通过设计不完全齿轮的齿数可以轻松的实现机构对传动比、运动转角、停歇时间的把握，使得机构运动准确、平稳，便于分析计算，但结构过于复杂。
综上最终选择方案1，另外加上蜗轮蜗杆传动解决传动比较大的问题。
由电机转速960r/min，送料次数15次/min，设计曲柄转一圈完成一次送料并回转，所以整个手臂机构的传动比为；
i=
传动比较大，为此采用涡轮蜗杆作为第一传动阶段传动比：
i
剩余传动比为5，采用一对齿轮啮合传动，齿轮1齿数为20,齿轮2齿数为64，即：
i
该部分机构简化如图2.1-3；
图2.1-3蜗轮蜗杆传动
经过减速传动后齿轮2的转速为15r/min，该齿轮带动曲轴，曲轴连接齿条，齿条与手臂齿轮啮合最终实现手臂的回转运动。在这里手臂齿轮为不完全齿，其全齿时取齿数为120。又手臂来回回转为150o，所以不完全齿的齿数为40，也可以取齿轮为完全齿，则相应齿条为40齿。齿轮2所连曲轴决定了齿条的运动情况设曲轴半径为r，其转速与齿轮2一致，则曲轴旋转一周要完成一次送料与回转，为了尽量使放料和取料的时间足够长，所以有对曲轴旋转一周进行了如图2.1-4的工况划分；
2.1-4曲轴工况图
图中AB,CD段为30o，BC,DA段为150o，前两个阶段齿条移动但不与齿轮啮合；后两段对应送料与回转阶段，这两个阶段齿轮与齿条啮合处于工作阶段，则可求出齿条有齿段对应的长度为：
l
2.2、手臂下摆运动的机构设计
手臂上下摆动角度为18°，在这里采用凸轮槽与摇块的复合机构来实现手臂的上下摆动，其结构示意图如图2.2-1。
图2.2-1凸轮摇杆机构
手臂要实现手指夹料，手臂上摆18o，手臂水平回转150o，手臂下摆18o，手指张开放料。手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料的工况，在这里画出推杆的大致运动图像