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自動(dòng)送料機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1方案選擇 ............................................................................................................................. 1 1.1.1設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................................................ 1 1.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇 .................................................................................................................. 1 第2章 齒輪的設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 2 第3章 軸的設(shè)計(jì)及校核 ......................................................................................................... 6 3.２.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ...................................................... 9 3.2.3 軸上零件的周向定位................................................................................................. 10 3.2.4 確定軸上圓角和倒角尺寸......................................................................................... 10 4.1圓柱凸輪的設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 12 4.２盤形凸輪的設(shè)計(jì)............................................................................................................ 15 4.２.1凸輪機(jī)構(gòu)類型........................................................................................................ 15 4.２.2凸輪機(jī)構(gòu)類型........................................................................................................ 15 4.２.3凸輪輪廓數(shù)據(jù)........................................................................................................ 16 4.２.4凸輪輪廓數(shù)據(jù)........................................................................................................ 16
第1章 自動(dòng)送料機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1方案選擇
1.1.1設(shè)計(jì)要求
本設(shè)計(jì)要求完成抓握最大直徑為24mm，質(zhì)量為２㎏的圓形棒料， 回轉(zhuǎn)90度以及上下15度擺動(dòng)三個(gè)自由度的動(dòng)作
傳動(dòng)方案的擬定
a、 由三相異步電機(jī)/機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件
b、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由圓柱凸輪帶動(dòng)齒條，齒條再帶動(dòng)齒輪完成運(yùn)動(dòng)，手抓夾緊松開機(jī)構(gòu)由平底凸輪機(jī)構(gòu)完成，上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)盤行凸輪傳動(dòng)完成。 1.1.2 傳動(dòng)方案的分析
a.方案機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)較為靈活，，并且三相異步電機(jī)性價(jià)比比較高，成本不高； b.方案各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置較為合理，
c.本方案機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較緊湊，環(huán)境適應(yīng)性好，傳動(dòng)效率較高，工作壽命長(zhǎng)，成本較低，連續(xù)工作性能較好，能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
1.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇
由于該自動(dòng)送料機(jī)械手機(jī)器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，它的用電環(huán)境屬于工業(yè)用電，所以選擇３８０V 頻率為５０HZ。本設(shè)計(jì)選用三相異步電動(dòng)機(jī)，該機(jī)械手作業(yè)全過程所需的功率小，故選Ｙ８０２－２型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為１.１ＫＷ，額定電壓為３８０Ｖ，鐵心長(zhǎng)度/mm: 80。氣隙長(zhǎng)度/mm: 0.3
定子外徑/mm: 120，定子內(nèi)徑/mm: 67，定子線規(guī)nc-dc: 1-0.71，每槽線數(shù): 90，并聯(lián)支路數(shù): 3，繞組型式: 單層交叉，節(jié)距: 1～9/2～10/18～11，槽數(shù)Z1/Z2: 18/16 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(kg·m^2): 0.00090，質(zhì)量/kg: 17。
第2章 齒輪的設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)機(jī)械手夾料質(zhì)量體積小，所需功率小。所以所用的齒輪傳遞的扭矩不大，我們?cè)谶x擇齒輪時(shí)，設(shè)計(jì)下列參數(shù)：(參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章)
齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下[4]： 本設(shè)計(jì)中采用的是直齒圓柱齒輪。
已知輸入功率P1=１.1KW，齒輪轉(zhuǎn)速n1=１５r/min,齒數(shù)比u=１：１設(shè)工作壽命為10年（年工作300天），兩班制。
（1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（2） 由于運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88） （3） 材料選擇。選擇齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為
240HBS，選齒輪齒數(shù)z1= z2＝４３， （4） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即 d1t≥2.32 3
KtT1u?1ZE2
.()?du[?H]
1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1） 試選載荷系數(shù)Kt=1.3 （2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T1=95.5?105?P1/n1=95.5?105?１.1/１５=6.36?105N?mm (3)由表10-7選取齒寬系數(shù)?d=1
(4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2 (5)由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
?
lim1
=550Mpa；
(6)由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60n1jLh=60?１５?(2?8?300?10)=４.３２?106 (7)由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KNH1=0.90 (8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1℅，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得 [?H]2=KNH1?lim1/S=０.９?550=495Mpa
2) 計(jì)算
(1)
d1t≥2.32?
=2.32?
3(2) 計(jì)算圓周速度v
v=лd1tn1/(60?1000)= л?144.796?15/60000=0.114m/s
(3) 計(jì)算齒寬b
b=?d? d1t=1?144.796=144.796mm
(4) 計(jì)算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù) mt= d1t/z1=144.796/43=3.36mm 齒高h(yuǎn)=2.25 mt=2.25?3.36=7.576mm b/h=144.796/7.576=19.11
(5) 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.114m/s,7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.10 直齒輪，假設(shè)KAFt/b<100N/mm。由表10-3查得KH?=KF?=1.2 由表10-2查得使用系數(shù)KA=1；
由表10-4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布局時(shí)，KH?=1.441 由b/h=19.11, KH?=1.441,查10-13，得KF?=1.35故載荷系數(shù) K=KAKVKH?KH?=1.0 ?1.10?1.2?1.441=1.902
(6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，
試算齒輪分度圓直徑d1t,代入[?H]中較小的值
3
KtT1u?1ZE2
.()?du[?H]
（10-10a）得d1= d1t
K
=144.796?
3Kt
（7）計(jì)算模數(shù)m
m= d1/z1=164.89/43=3.8mm
3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 m≥3
2KT1YFaYSa
() 2
[?]?dz1F
1) 確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
(1)由圖10-20c查得齒輪的彎曲強(qiáng)度極限?FE1=380Mpa， (2)由圖（10-18）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)kFN1=0.85， (3)計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
[?F]1=
KFN1?FE1
=0.85?380/1.4=230.71Mpa S
(4)計(jì)算載荷系數(shù)K
K=KAKVKFaKF?=1?1.1?1.2?1.35=1.810 (5)查取齒形系數(shù)
由表（10-5）查得YFa1=2.65,YFa2=2.161 （6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表（10-5）可查得YSa1=1.58,YSa21.812
（1） 計(jì)算大小齒輪的YFaYSa/[?F]并加以比較
YFA2YSa2/[?F]2?2.161?1.810/230.71=0.0169 大齒輪的數(shù)值大。 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 m≥
3
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)4.562并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=211.5mm,算得小齒輪齒數(shù)
z1= d1/m=211.5/5=42.3 取z1=43
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
4 幾何尺寸計(jì)算
1） 計(jì)算分度圓直徑
d2=z2m=43?5=215mm
2) 計(jì)算中心距
a=( d1+d2)/2=(215+215)/2=215mm
3) 計(jì)算齒輪寬度 b=?dd1=０．1?215=21.5mm 取B1=B2=25mm，
齒頂高系數(shù) ha*=1.00 頂隙系數(shù) c*=0.25 端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00 端面頂隙系數(shù) c*t=0.25
壓力角α*=20? 端面壓力角α*t= 20?
第3章 軸的設(shè)計(jì)及校核
3.１ 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
選擇軸的材料和熱處理方式（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十五章） 選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能由表1查得：
＝650MPa，＝60MPa。 3.1.1初算軸的最小軸徑
由表１５－3，選A0=123則軸的最小直徑為：dmin?A0=360MPa，
=300MPa，
＝155MPa；
P1.1
=46.04mm ?123n15
軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開鍵槽，故將最小軸徑增加
5%，變?yōu)?8.34mm。 3.1.2、初選軸承
因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑（70mm），由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為71814C的滾動(dòng)軸承，其尺寸為d×D×B=70×90×10。（查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》軟件版） 4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)擬定軸上零件的裝配方案 據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。
圖中，左端軸承能從輸入端裝入，凸輪、套筒、齒輪、套筒、右端軸承和端蓋、依次從軸的右端裝入， 這種裝配方案裝拆更為簡(jiǎn)單方便，若為成批生產(chǎn)，該方案在機(jī)加工和裝拆等方面更能發(fā)揮其長(zhǎng)處。綜合考慮各種因素, 故初步選定軸結(jié)構(gòu)如圖。
圖4.1軸1的結(jié)構(gòu)
2)確定軸的各段直徑
由于聯(lián)軸器型號(hào)已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定位。故軸段１的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為50mm。
聯(lián)軸器是靠軸段2的軸肩來進(jìn)行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段2要比軸段1的直徑大5～10mm，取軸段2的直徑為60mm。 軸段3和軸段8均是放置滾動(dòng)軸承的，但是直徑與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈直徑不一樣， 軸段3為70，軸段8的為 60mm。
考慮拆卸的方便，軸段7的直徑只要比軸段8的直徑大1～2mm就行了，這里取為62mm。
軸段8有一軸環(huán)，左側(cè)用來定位齒輪，右側(cè)用來定位滾動(dòng)軸承，軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段8的直徑(為60mm)大5～10mm的要求，故這段直徑最終取為65mm。
3)確定軸的各段長(zhǎng)度
軸段8的長(zhǎng)度取為55mm。
軸段7的長(zhǎng)度要根據(jù)齒輪的輪轂寬度來定，故該段軸長(zhǎng)取為25mm。
軸段6的長(zhǎng)度根據(jù)凸輪與齒輪的位置關(guān)系來確定，所以他的長(zhǎng)度取為75mm.
軸段5的長(zhǎng)度取決于凸輪的寬度，故根據(jù)凸輪的寬度得37mm
軸段4是圓柱凸輪與盤行凸輪之間得距離，它是一個(gè)臺(tái)階取為25mm
同理其他軸段長(zhǎng)度可恰當(dāng)?shù)厝≈�，軸段3為54mm,軸段2為40mm,軸段1為60mm.
4) 軸上零件的周向定位 齒輪、凸輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》軟件版，得平鍵截面b×h=18×11(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為20mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見 GB1096-79),同時(shí)為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，凸輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為20×12×30，凸輪與軸的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。
5)確定軸上圓角和倒角尺寸。 取軸端倒角為2×45°
6）按彎扭合成校核 (1)畫受力簡(jiǎn)圖 畫軸空間受力簡(jiǎn)圖c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖d和水平受力圖e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對(duì)于零件作用于軸上的分布載荷或扭矩(因軸上零件如齒輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當(dāng)作集中力作用于軸上零件的
寬度中點(diǎn)。對(duì)于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，其中a值參見滾動(dòng)軸承樣本，跨距較大時(shí)可近似認(rèn)為支反力位于軸承寬度的中點(diǎn)。
(2)計(jì)算作用于軸上的支反力 水平面內(nèi)支反力
RHA?RHB?
Ft
?2355N 2
垂直面內(nèi)支反力
1ld1
RVA?(Fr??F??)?1362N
l221ld1
RVB?(Fr??F??)?378N
l22
(3)計(jì)算軸的彎矩，并畫彎、扭矩圖 分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖f、g，并按彎矩。
畫扭矩圖h。
(4)計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖 扭矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算, 取
N.mm
(5)校核軸的強(qiáng)度 一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核即可，而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知，a-a 截面處彎矩最大, 且截面尺寸也非最大, 屬于危險(xiǎn)截面；b-b截面處當(dāng)量彎矩不大但軸徑較小，也屬于危險(xiǎn)截面。而對(duì)于c-c、d-d截面尺寸，僅受純轉(zhuǎn)矩作用，雖d-d截面尺寸最小，但由于軸最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，故強(qiáng)度肯定滿足，無需校核彎扭合成強(qiáng)度。 a-a截面處當(dāng)量彎矩為：
N.mm
b-b截面處當(dāng)量彎矩為
, 則
計(jì)算合成
N.mm
強(qiáng)度校核: 考慮鍵槽的影響，計(jì)算，
顯然：
故安全。
3.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)
3.2.1初步確定軸的最小直徑
MPa MPa
，
先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-3取A0=103，于是得
dmin?A04．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)擬定軸上零件的裝配方案
P1.1
?38mm ?103n15
3.２.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
⑴ 為了凸輪的軸向定位要求，軸的左端需制出一軸肩，故取3段的直徑
為50mm.
⑵因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及軸的直徑（40mm），由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為71808C的滾動(dòng)軸承，其尺寸為d×D×B=40×52×7。（查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》軟件版）
⑶ 取安裝齒輪處的軸段5的直徑40mm；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為２５mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取２４mm。齒輪的右端采用軸肩定位． 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
3.2.3 軸上零件的周向定位
齒輪、凸輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIV-V由手冊(cè)查得平鍵截面b×h=12?8(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為20mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見 GB1096-79),同時(shí)為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，凸輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為14×9×25，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
3.2.4 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑如圖。
前已選定軸的材料為45號(hào)鋼，由表15-1查得[σ-1]=60MPa。因此σca<[σ-1]，故安全。
第四章 凸輪的設(shè)計(jì)
凸輪具有曲線輪廓或凹槽﹐有盤形凸輪和圓柱凸輪﹐其中圓柱凸輪的
凹槽曲線是空間曲線﹐因而屬于空間凸輪。 從動(dòng)件與凸輪作點(diǎn)接觸或線接
觸﹐有滾子從動(dòng)件﹑平底從動(dòng)件和尖端從動(dòng)件等。尖端從動(dòng)件能與任意復(fù)雜
的凸輪輪廓保持接觸﹐可實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)﹐但尖端容易磨損﹐適用于傳力較
小的低速機(jī)構(gòu)中。為了使從動(dòng)件與凸輪始終保持接觸﹐可采用彈簧或施加重
力。具有凹槽的凸輪可使從動(dòng)件傳遞確定的運(yùn)動(dòng)﹐為確動(dòng)凸輪的一種。一般
情況下凸輪是主動(dòng)的﹐從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 在帶滾子的對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸
輪機(jī)構(gòu)中﹐凸輪回轉(zhuǎn)一周從動(dòng)件依次作升-停-降-停4個(gè)動(dòng)作。從動(dòng)件位移
(或行程高度)與凸輪轉(zhuǎn)角(或時(shí)間)的關(guān)系稱為位移曲線。從動(dòng)件的行程有推
程和回程。凸輪輪廓曲線決定于位移曲線的形狀。
凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到所需
的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。它的缺點(diǎn)是凸輪輪廓與從動(dòng)
件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，所以，通常多用于傳力不大的控制機(jī)
構(gòu)。
手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由圓柱凸輪帶動(dòng)齒條，齒條再帶動(dòng)齒輪完成運(yùn)動(dòng)，手抓
夾緊松開機(jī)構(gòu)由平底凸輪機(jī)構(gòu)完成，上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由盤行凸輪傳動(dòng)完
成。
凸輪的設(shè)計(jì)在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是其整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟
之一。它的設(shè)計(jì)好壞直接決定手抓能否順利實(shí)現(xiàn)抓取工件或松開工件，乃
至整個(gè)手臂的運(yùn)行過程。所以本人在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)討論了凸輪的設(shè)計(jì)。
4.1圓柱凸輪的設(shè)計(jì)
機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)90度選擇直動(dòng)從動(dòng)件圓柱溝漕凸輪實(shí)現(xiàn)，材料選擇：40Ｃr
表面淬火50～55ＨＲＣ．
直動(dòng)從動(dòng)件圓柱溝漕凸輪設(shè)計(jì)：
圖所示為直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。在該機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)路與凸輪
的運(yùn)動(dòng)平面不共面也不平行，所以它屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。
由于圓柱面可展開成平面矩形，因此 可用繪制平面凸輪的方法來繪制圓柱
凸輪的展開輪廓線。方法如下： 將圓柱凸輪的圓柱面沿平均半徑（即凹槽深度
一半處）展開成矩形，設(shè)平均半徑為R，則矩形的底邊長(zhǎng)為2πR，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)凸
輪的轉(zhuǎn)角為360°。將底邊適當(dāng)?shù)确趾罄L制出的從動(dòng)件位移線圖就是圓柱凸
輪經(jīng)展開后的理論廓線，然后以理論廓線為圓心，以滾子半徑為半徑作一系列小
圓，最后作這些小圓兩側(cè)的包絡(luò)線即得到圓柱凸輪的實(shí)際輪廓。
如圖所示為一直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。若設(shè)想將圓柱凸輪的外表面展開在平
面上，則得到一個(gè)長(zhǎng)度為2?R的移動(dòng)凸輪(圖a),其移動(dòng)速度V=ωR。利用反轉(zhuǎn)法
原理，給整個(gè)移動(dòng)凸輪一個(gè)的公共線速度-V，使之反向移動(dòng)，則凸輪靜止不動(dòng)，而推桿則一方面隨其導(dǎo)軌沿-V方向移動(dòng)，同時(shí)又在導(dǎo)軌中按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律往
復(fù)移動(dòng)。顯然，推桿作復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，其滾子中心B描出的軌跡(圖中的點(diǎn)劃線β）即為凸輪的理論廓線。而圖中切于推桿滾子圓柱的兩條包絡(luò)線β'即凸輪的工作
廓線。其具體作法與直動(dòng)推桿盤形凸輪的作法相似。最后，將這樣作出的移動(dòng)凸
輪卷于以R為半徑的圓柱體上，并將所作出的曲線描在圓柱體的表面上，此即為
所求的圓柱凸輪的輪廓曲線。
分度數(shù)和分度角
分度數(shù)n的大小是由機(jī)械手的送料速度決定。機(jī)械手的分度機(jī)構(gòu)一般適合
于n=6-60。如果n太小時(shí)壓力角太大，傳動(dòng)特性很差；反之，n過大時(shí)，結(jié)構(gòu)
很復(fù)雜，分度盤尺寸過大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量限制其不能高速運(yùn)轉(zhuǎn)或消耗功率過大。在n
確定之后，分度盤的分度角則為Q10=Qh=360°/2n。設(shè)計(jì)中取分度數(shù)n為６，則分度角為３０度．
分度盤直徑
分度盤的直徑與機(jī)械手的外形尺寸和分度數(shù)有關(guān)，從圖可見，從動(dòng)滾子之間
的距離L應(yīng)大于工作機(jī)構(gòu)的最大外形尺寸A，留一定空隙的δ。一般
δ=10mm-20mm.
滾子尺寸
滾子半徑通常取r1=（0.25-0.30）L 取r1=12
滾子寬度通常取b0=（0.8-1.2）r1 取b0=10
凸輪尺寸
凸輪尺寸的確定原則是在保證接觸應(yīng)力最大值小于許用應(yīng)力的前提下，盡可
能緊湊一些。根據(jù)壓力角計(jì)算公式可推出，圓柱凸輪的基圓直徑可由下式算出
D2=2HVm/Q2htan?m。式中，Vm為最大無因次速度；?m為最大壓力角。
圓柱凸輪的外徑則為D2e?D2?b0 （取D2e=80mm），凸輪槽深度h一般應(yīng)
略大于滾子寬度b0。在確定凸輪寬度B2時(shí)，為了保證分度運(yùn)動(dòng)時(shí)的連續(xù)性，
應(yīng)有適當(dāng)?shù)膰Ш现丿B段為宜。在圖1所示的機(jī)構(gòu)中，B2的取值范圍為2
（100-r1）＞B2＞H （取B2=80） 凸輪中心線與分度盤基準(zhǔn)面的距離
取決于凸輪外徑D2e，滾子銷軸像尺寸和分度盤厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取，應(yīng)盡
量使凸輪外緣靠近分度底面，以減少滾子銷軸的懸臂長(zhǎng)度。
4.２盤形凸輪的設(shè)計(jì)
圖2 凸輪輪廓圖
4.２.1凸輪機(jī)構(gòu)類型
凸輪機(jī)構(gòu)型式：平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：直動(dòng)
從動(dòng)件類型：滾子從動(dòng)件
凸輪的封閉方式：形封閉
4.２.2凸輪機(jī)構(gòu)類型
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律
凸輪轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針方向
凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min
第1段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：余弦加速度
該段從動(dòng)件行程h＝40mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：0(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：60(°)
第2段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止
該段從動(dòng)件行程h＝40mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：60(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：120(°)
第3段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：正弦加速度（擺線）
該段從動(dòng)件行程h＝40mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：120(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：180(°)
第4段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止
該段從動(dòng)件行程h=40mm
相應(yīng)凸輪起始角度：180(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：360(°)
4.２.3凸輪輪廓數(shù)據(jù)
從動(dòng)件行程h： 40mm
從動(dòng)件偏距e：21mm
滾子半徑Rr：8mm
推程運(yùn)動(dòng)角β1：60度
遠(yuǎn)休止角β‘：60度
回程運(yùn)動(dòng)角β2：60度
基圓半徑Rb：40mm
凸輪轉(zhuǎn)角增量：5度
4.２.4凸輪輪廓數(shù)據(jù)
凸輪材料、公差及表面粗糙度
1 凸輪和從動(dòng)件接觸端常用材料、熱處理及極限應(yīng)力?H0
凸輪工作條件：低速輕載
凸輪材料：40、45、50
從動(dòng)件接觸端材料：45
凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min
在設(shè)計(jì)中，推桿機(jī)構(gòu)為垂直直線運(yùn)動(dòng)，且應(yīng)該有急回特性，所以
凸輪滾子直動(dòng)機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)有很好的優(yōu)點(diǎn)。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以
使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。當(dāng)然由于凸輪線與滾子之
間為線接觸，易磨損。
擬取凸輪軸基圓半徑r0=30 mm ，滾子半徑rr=8 mm，凸輪以等角速度沿順時(shí)
針方向回轉(zhuǎn)。在凸輪轉(zhuǎn)過角?1?60?，推桿按正弦加速度規(guī)律上升h=30 mm。凸
輪轉(zhuǎn)過?2?60?時(shí)，推桿距離保持不變。其后，凸輪再回轉(zhuǎn)角度?2?60?時(shí)，推
桿有按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降到啟始位置。最后的?3?180?轉(zhuǎn)動(dòng)中，直動(dòng)推桿
靜止不動(dòng)。由以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可得凸輪的設(shè)計(jì)行狀 如圖 1。
圖1 通過《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》軟件版3.0 的仿真程序仿真可以得到所設(shè)計(jì)的凸輪滾
'子直動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大壓力角?max=38.680，出現(xiàn)在?2?200.70�？芍獕毫谴笥谠S
用壓力角????300，上述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不合理。但通過上述仿真程序仿真可以得到一
組最優(yōu)解。同時(shí)考慮到直接用凸輪機(jī)構(gòu)作為推盒機(jī)構(gòu)在包裝機(jī)上的裝配上不好實(shí)
現(xiàn)。所以不考慮采用凸輪機(jī)構(gòu)直接推盒。
4.３平底直動(dòng)從動(dòng)件凸輪設(shè)計(jì)五、凸輪材料、公差及表面粗糙度
1 凸輪和從動(dòng)件接觸端常用材料、熱處理及極限應(yīng)力?H0
凸輪工作條件：低速輕載
凸輪材料：40、45、50
從動(dòng)件接觸端材料：45
凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min
二、凸輪機(jī)構(gòu)類型
凸輪機(jī)構(gòu)型式：平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：直動(dòng)
從動(dòng)件類型：平底從動(dòng)件
凸輪的封閉方式：力封閉
三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律
凸輪轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針方向
凸輪轉(zhuǎn)速n=15r/min
第1段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：正弦加速度
該段從動(dòng)件行程h＝20mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：0(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：60(°)
第2段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止
該段從動(dòng)件行程h＝20mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：60(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：120(°)
第3段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：正弦加速度（擺線）
該段從動(dòng)件行程h＝20mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：120(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：180(°)
第4段運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止
該段從動(dòng)件行程h＝20mm
相應(yīng)凸輪起始轉(zhuǎn)角：180(°)
相應(yīng)凸輪終止轉(zhuǎn)角：360(°)
四、凸輪輪廓數(shù)據(jù)
從動(dòng)件行程h： 20mm
從動(dòng)件偏距e：21mm
推程運(yùn)動(dòng)角β1：60度
遠(yuǎn)休止角β‘：60度
回程運(yùn)動(dòng)角β2：60度
基圓半徑Rb：40mm
凸輪轉(zhuǎn)角增量：5度
由于機(jī)械手臂送料頻率為15r/min,所以它在一分鐘內(nèi)做１５個(gè)來回轉(zhuǎn)動(dòng)，那么要求軸的轉(zhuǎn)速也要達(dá)到15r/min，
設(shè)計(jì)總結(jié)
1）本文研究的自動(dòng)送料機(jī)械手在結(jié)構(gòu)上，其手指、手臂及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單緊湊，寬度也不大， 但是要整體思考機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，還要考慮它的裝配。
這種自動(dòng)送料機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧、制造工藝要求不高，估計(jì)用此自動(dòng)送料機(jī)械手成本不高，而耗功率少，也可降低運(yùn)行作業(yè)費(fèi)用， 使該設(shè)備在工廠得到廣泛應(yīng)用，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化程度。
2）這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己的四年的大學(xué)生活做出總結(jié),同時(shí)為將來工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，為今后自己的工作和生活打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。但是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的確顯得有點(diǎn)心有余而力不足:
首先；是自己的心態(tài)問題,以為這次課程設(shè)計(jì),可以像以前課程設(shè)計(jì)一樣地通過,這次由于學(xué)校要接受教學(xué)評(píng)估,全校上下都在齊心協(xié)力準(zhǔn)備,所以要求比較嚴(yán)格.
其次；就是基本知識(shí)問題,專業(yè)知識(shí)掌握的不夠扎實(shí)，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)中困難重重,在一次又次的打擊與挫折下,不免有些喪失信心,在老師和同學(xué)們的幫助下強(qiáng)迫自己去前進(jìn)，終于做完了這次設(shè)計(jì)!
同時(shí)從這次設(shè)計(jì)也看出了一些問題:
1.心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅(jiān)持冷靜獨(dú)立的解決問題
2.基礎(chǔ):認(rèn)真學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí),扎實(shí)自己的基礎(chǔ)知識(shí),使面對(duì)問題時(shí)不會(huì)遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來越不想搞這設(shè)計(jì),應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí),一步一步的來,不要急功近利!就算以后的工作中也應(yīng)該不斷的去學(xué)習(xí)，充實(shí)自己。
3.樹立自己的良好形象,樂觀的面對(duì)生活,堅(jiān)持自己的想法和意識(shí),積極的面對(duì)工作和生活中的問題。
總的說來,雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績(jī),但同
時(shí)也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,以后的日子以后
自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!
參考文獻(xiàn)
１．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（中冊(cè)）第二版， 化學(xué)工業(yè)出版社。
２．余夢(mèng)生、吳宗澤主編 機(jī)械零部件設(shè)計(jì)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社。
３．吳宗澤主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 高等教育出版社.
４． 濮良貴 主編 機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社.
5． 朱冬梅主編.畫法幾何及機(jī)械制圖. 高等教育出版社.
６.劉昌祺、曹西京 主編 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社
７．陸祥生、楊秀蓮 主編 機(jī)械手理論及應(yīng)用 中國(guó)鐵道出版社
8. 數(shù)字化手冊(cè)編委會(huì) 編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版
致 謝
經(jīng)過幾個(gè)月的努力，每天從早上八點(diǎn)奮戰(zhàn)到晚上十點(diǎn)，沒有絲毫松懈，全力
以撲，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，我的內(nèi)心無比的激動(dòng)，雖然它不是完美的，也不是最好的，但在我心里，它是最珍貴的，是我用心用汗水去澆注的，它的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都是自己親自動(dòng)腦，動(dòng)手做出來的，它是我四年大學(xué)的一個(gè)總結(jié)。
在這里我鄭重的向培養(yǎng)我的每一位老師表示由衷的感謝！感謝他們的辛勤教
導(dǎo)，讓我的知識(shí)面得到拓廣，綜合素質(zhì)提升，為踏入社會(huì)打下好我基礎(chǔ)。
在這里我還要特別感謝我的指導(dǎo)老師，在我遇到問題時(shí)，總能夠循循善誘，
指點(diǎn)迷津，使我的設(shè)計(jì)得以繼續(xù)下去。
另外，我還要感謝班級(jí)上的一些同學(xué)也給了我不少的幫助和支持，在此，我
也對(duì)這些同學(xué)致以衷心的感謝！
雖然每個(gè)同學(xué)的任務(wù)不同，但是我們發(fā)揮了團(tuán)體的力量，面對(duì)困難大家互相
幫助達(dá)到共同勝利。給了我們生活啟迪，學(xué)會(huì)發(fā)揮團(tuán)體的力量。
學(xué)生簽名：
【自動(dòng)送料機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)】相關(guān)文章：
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