精密机械设计课程说明书

精密机械课程设计说明书二自由度机械手

学院光电学院

班级测控1302

小组组长耿华婧2013010413

小组成员李庆龄2013010415

马文 2013010418

孙亚培 2013010420

指导老师闫光

课设日期2016.1

前言

机械手工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科，它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新，机械手的研究、制造和应用水平，是一种机体独立，动作自由度较多，自动化程度高的自动操作机械。机械手的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。

通常把传送机构的运动称为传送机构的自由度。从力学的角度分析，物件在空间只有6个自由度。因此为抓取和传送在空间不同位置和方位物件，传送机构也应具有6个自由度。常用的机械手传送机构的自由度还多为少于6个的。一般的专用机械手只有2～4个自由度，而通用机械手则多数为3～6个自由度（这里所说的自由度数目，均不包括手指的抓取动作）。

我们小组选择设计一个二自由度机械手，通过齿轮和齿条的传动，以及电机旋转的带动作用，实现上下移动和绕轴旋转这两个自由度。具体设计情况见后文。

目录

一、设计任务及小组分配 (5)

1.课程设计目的 (5)

2.主要任务 (6)

二、结构设计说明 (7)

1.初始方案草图 (7)

2.存在问题及解决方案 (8)

三、主要参数计算过程及结果 (10)

1.各部分材料选择说明 (10)

2.底座外形尺寸及质量初步估计 (11)

3.齿轮和直齿条的相关计算 (12)

4.电机的选择 (14)

5.联轴器的相关计算 (16)

6.电机处四个螺栓的计算 (17)

7.板材右侧及左侧配重的计算 (17)

四、其它技术说明 (18)

五、改进设想 (18)

六、设计小结 (19)

一、设计任务及小组分配

1.课程设计目的

“精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。学生在这个环节中不仅是完成一项指定任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。学生在课程设计中应该定位为设计者。设计者要进行方案筛选论证，要考虑装配关系，考虑结构工艺性，考虑选材。整个设计采用Solidworks完成，从3D建模到2D图纸。我们要求每人拿出至少一张可用于加工的图纸。这样的图纸，仅仅图形表达正确是远远不够的。图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和形位公差，要正确选择材料，要有技术要求。总之，通过课程设计要使学生知道，设计过程包括那些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子。

其目的是：

（1）具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础；

（2）掌握正确的设计思想。通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。机械产品设计，一般其主要过程为：接受）设计任务－（拟定）设计方案－设计计算－绘制装配图－绘

制零件图设计过程中需注意以下内容：1）满足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求3）熟悉有关规范、标准、手册设计中涉及到的零件材料、结构等，均需按照有关标准选零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准；制图也要符合一定的规范。因此在课程设计过程中要求同学学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。

2.主要任务

在分析功能要求及参考图的基础上：

（1）进行方案设计与计算，并绘制方案草图和正式图。包括示平移、升降、抓取等机构的设计、计算及其相互连接，零位设计及其误差估计；

（2）典型零件的设计计算，并绘制零件图；编写说明书。总体装配模型如图所示：

二、结构设计说明

1.初始方案草图

简要说明：

（1）选用一个有一定高度小桌作为整体的底座，桌面上放一个低速旋转的电机，齿轮套在电机的轴上，电机转动带动齿轮转动。

（2）齿轮再带动直齿条的上下移动，从而实现沿上下方向移动的一个自由度。

（3）为了对直齿条起固定作用，我们制作一个箱体，并在箱体上开槽固定。

（4）直齿条上端和一块板A相固定，直齿条的上下移动带动板A的上下移动。

（5）板A上连接一根轴，该轴一端与电机轴用联轴器连接，另一端连接机械手。电机转动带动轴和机械手的转动，从而实现另一个自由度——旋转。

（6）整个结构的材料使用Q235钢。

2.存在问题及解决方案

（1）电机的转速偏高，可能会在传动过程中由于转速太快导致整个装配结构不稳定，直齿条会飞出。我们的解决方案是加一个减速机构，减速器的一般类型有：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、齿轮-蜗杆减速器、轴装式减速器、组装式减速器、轴装式减速器、联体式减速器。我们选择一级圆柱齿轮减速器，即在原来的齿轮和齿条之间再加一个齿数为原齿轮二倍的大齿轮，使传动比为2，从而实现减速。

（2）装配的大部分零件位于偏右的位置，可能会由于重心不在中间使得整个装配体向右倾斜。我们的解决方案是在底

座的左侧加一块与右侧质量相同的配重块。配重块是用于增加自身重量来保持平衡的重物。

（3）直齿条和板A的固定问题在一开始没有确定。我们的解决方案是在直齿条的上端部分用平面代替齿面，并将上端部分和板A用螺钉固定。

（4）右侧电机的固定问题。右侧电机选用低速电机，并用螺钉将其固定在板A的右侧。

（5）右侧电机轴和机械手轴的联接问题。我们的解决方案是使用联轴器。联轴器用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

三、主要参数计算过程及结果

1.各部分材料选择说明

底座、联轴器、螺栓、下方板材、配重材料选用Q235钢。Q235是碳素结构钢，通常情况下，该钢不经过热处理直接进行使用，具有良好的塑性和焊接性能，成型能力很好，