包装工程专业课程设计扭结机械手设计说明书一、设计要求1、本机械手用于糖果的扭结包装，在工序盘停歇时刻抓住糖果纸的两端进行扭结工作2、 糖果尺寸：圆柱型糖①12X30mm；3、 报装纸尺寸:80X52mm （长X宽）;4、 生产能力： 120次/分；5、 机械手类型：双自由度（回转+伸缩）臂部，齿轮齿条杠杆式常闭型手部；6、 臂部回转运动：连续回转，糖果纸有效扭结三540°；7、 臂部伸缩运动：最大伸缩行程212mm；二、工序盘与机械手布局及有关尺寸如下图所示三、扭结机械手的机构简图备选方案（a） （b） （c）再上图所示的的三种扭结机械手备选方案中（a） 方案易于满足高速运动的要求，圆柱槽凸轮易于形成封闭，运动的时候不易脱轨c）方案在手指夹紧时凸轮会与滚子脱离接触b） 方案介于（a）方案和（c）方案之间，所以选择（b）方案四、有关机构工作循环图0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°手臂的回转与伸缩和张合的运动规律:① 手臂的回转（共3圈）：扭结手一直旋转，有效旋转要求为一周半（540°），工作传动比为3:1,所以要求手臂的有效回转为180°。
② 手臂伸缩运动：手臂收缩至90°停止，150°时开始扭结伸长；直到300°扭结结束，并停止伸缩，伸缩量是21mm③ 手指的张闭运动：手指在340°时张开，直到10°时张开完成130°时手指开始闭合，并在160°时闭合完成； 160°至340°又再次张开五、设计计算1、 确定传动参数取齿条的传动比i=3，齿轮模数m=2，令小齿轮的齿数为zl (为了防止根切现象zl三 17),大齿轮的齿数为z2， d1=2*z1, d2=2*z2，在考虑到齿条轴距底距离为275mm, 初定 zl=26， z2=78则：小齿轮 d1==52mm da1 =56mm df1=47mm b1=42mm 大齿轮 d2=156mm da2=160mm df2=151mm b2=13mm 中心距 a=( d1+d2) /2=104mm2、 手臂的伸缩运动根据试验可知，对于上述条件的糖和糖纸在扭结的过程中单侧缩短量大约为10mm取手指的右极限到糖纸的距离为5mm被夹糖纸的长度为 6mm则手指的最大行程为21mm摆杆的总长度为 208mm摆杆的最大摆角为a =arc tg21/208=5.76°3、 手指的开合运动取手指的长度 l=45mm，两手指的回转中心距 a0=34mm则闭合时两手指间的夹角为B =2arctsin17/45=44°4、 齿轮条传动取模数m=1，齿轮齿条的中心距a1=a0/2=15mm因为齿条轴的最大直径d=16mm，所以取齿条轴有齿部分的分度圆直径d11=11mm，扇形齿轮得分度圆直径d12=19mm 由于糖果的直径为12mm，则手指的最小张角Y =arcsin12/2/45=7.6°齿条的最小相对行程 Lmin= (7°/360°) *n *d12=1.16mm 取 L=3mm齿距 p=n *m=n所以扇形齿轮的最少齿数Nmin=Lmin/P=0.37取N=5扇形齿轮的角度& =(5/19)*360° =95°齿条轴有齿部分: d11=11mm da11=13mm df11=8.8mm 扇形齿轮 : d12=19 da12=21mm df12=16.5mm5、 弹簧的计算根据工作条件和工艺要求，确定最大工作载荷P2=20N，最小工作载荷P1=10N，工作 行程I =2.5mm，圆柱形螺旋压缩弹簧钢丝的直径d=1.6mm，弹簧钢丝为C级II类弹簧, 弹簧的末端磨平。
考虑到圆柱弹簧是套在轴径为12mm的轴上取弹簧的中径D2=18mm节距 t=( 0.3—0.4) D2 ,取 t=0.25*D2=5.95mm 取 t=6mm由4中可知弹簧的工作行程厶S=L=2.5mm压缩弹簧的曲度系数k=(PO—P1)仏S=4 弹簧的旋绕比 C=P2/d=10.625 (4WCW16) 取 C=9所需弹簧的圈数 n=G*D/6 *C3*K=5.48 取 n=6 则 n1=n+2=8 弹簧刚度 k=(20-10)*5.48/2.5/6=3.653N/mm当工作压力为最大值20N时,弹簧的变形量I 1= P2/k=5.475mm 当工作行程I =2.5mm时弹簧的初压力P0=P2-i *k=10.8675N 满足要求初变形量I O=I 1-I =2.975mm弹簧未压缩时的自由长度H=n*(t-d) + (nl —0.5)d=38.4mm 取H=40mm 弹簧的安装高度 H0=H-I 0=37.025mm6、 凸轮的计算 ⑴伸缩凸轮本设计滚子的最大截面直径为 d=17mm 所以取凸轮的槽宽为 12mm 由手指在水平方向上的最大行程为 21mm, 可知凸轮滚子在水平方向上的最大行程为 S1=10.714mm 手指的左极限位置在距糖纸边缘5mm处，手指像前伸到糖纸边缘向内6mm 取伸缩凸轮的摆杆长度为 208mm在此过程中摆杆转过的角度8 l=arcsin(5+6)/208=3.0315° 接下来开始闭合扭糖在扭糖的过程中手指向前伸了1 0mm 则摆杆的最大摆角8 =arcsin21/208=5.76°取伸缩凸轮的宽度为 50mm 凸轮的最大直径 D=70mm 周长 l=n *D=219.9mm⑵张合凸轮 张合凸轮除了在张开闭合的时候与伸缩凸轮产生一个相对运动完成手指的张开与闭 合之外, 平时也要与伸缩凸轮一体运动,齿条轴的相对行程 L=3mm 当伸缩凸轮向前伸的时候张合凸轮开始闭合在此过程中摆杆上的特制螺栓在水平方 向上的位移 L0=11-2.5=8.5mm取摆杆的长度为 198mm 则在此过程中摆杆摆过的角度8 2=arcsin8.5/208=2.3421° 当扭糖结束时摆杆摆过的总角度8 3=arcsin(10+8.5)/208=5.1028° 接下来张合凸轮摆杆推动齿条轮向前移动3mm则张合凸轮的最大摆角8 0=arcsin(10+8.5+2.5)/208=5.79° 与此凸轮配合的滚子的最大截面直径与伸缩凸轮的相同 取伸缩凸轮的长度为 50mm凸轮的最大直径 D=70mm周长 l=n *D=219.9mm ⑶摆杆的旋转角度与凸轮轴的旋转角度之间的对应关系凸轮轴转角(°)伸缩凸轮张合凸轮摆杆转角(°)摆杆转角(°)00.00000.1260100.17400.0000200.67670.1073301.45000.4106402.39730.8630503.40261.4000604.35001.9360705.12302.3893805.62672.6926905.80002.80001005.80002.80001105.80002.80001205.80002.80001305.76132.80001405.66462.80001505.49062.80001605.26832.76261704.98802.69261804.65932.60861904.30162.47802003.96332.32402103.51862.14602203.13201.96002302.73561.76862402.39731.58202502.04931.40002601.76901.25062701.54671.12002801.37261.02602901.27670.94733001.23730.96603101.15030.88203200.92800.72803300.61860.57403400.30930.51303500.08700.38263600.00000.1260六、参考资料(1)《机械设计课程设计手册》, 第二版 , 吴宗泽，罗圣国主编，高等教育出版社, 1999(2)《机械设计基础》， 第六版 ，卢玉明主编，高等教育出版社，1998。