步進(jìn)輸送機(jī)課程設(shè)計

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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計 設(shè)計計算說明書 設(shè)計題目：步進(jìn)輸送機(jī) 學(xué) 院:理 學(xué) 院 專 業(yè):機(jī)械電子工程 班 級： 12 學(xué) 號：020841206 設(shè)計者：程滿 指導(dǎo)教師：范奎 2011 湖北民族學(xué)院 年5月26日 目錄 一、設(shè)計題目 2 二設(shè)計簡介 3 2.1工作原理 3 2.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 4 2.3設(shè)計任務(wù) 5 三、 運(yùn)動方案的擬定 5 3.1 步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu) 5 3.2下料機(jī)構(gòu)（插斷機(jī)構(gòu)） 7 3.3運(yùn)動方案的選定 8 四、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 8 五、 運(yùn)動分析 11 5.1輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 11 5.2插斷

2、機(jī)構(gòu)（下料機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動分析 20 5.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算 23 六、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖 24 七、 減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 24 八、 設(shè)計總結(jié) 25 九、 參考文獻(xiàn) 25 設(shè)計題目：步進(jìn)輸送機(jī) 二、設(shè)計簡介 2.1工作原理 步進(jìn)輸送機(jī)是一種能間歇地輸送工件，并使其間距始終保持穩(wěn)定 步長的傳送機(jī)械。圖1為運(yùn)動示意圖，工件經(jīng)過隔斷板從料輪滑落到 輥道上，隔斷板作間歇往復(fù)直線運(yùn)動，工件按一定的時間間隔向下滑 落。輸送滑架作往復(fù)直線運(yùn)動，工作行程時，滑架上位于最左側(cè)的推 爪推動始點(diǎn)位置工件向前移動一個步長， 當(dāng)滑架返回時，始點(diǎn)位置又 從料輪接受了一個新工件。由于推

3、爪下裝有壓力彈簧，推爪返回時得 以從工件底面滑過，工件保持不動。當(dāng)滑架再次向前推進(jìn)時，該推爪 早已復(fù)位并推動新工件前移，與此同時，該推爪前方的推爪也推動前 工位的工件一齊向前再移動一個步長。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)工件的步 進(jìn)式傳輸。顯而易見，隔斷板的插斷運(yùn)動必須與工件的移動協(xié)調(diào)，在 時間和空間上相匹配。 840±0. 20 O O 圖1 步進(jìn)輸送機(jī)示意圖 2.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 (1) 輸送工件形狀和尺寸如圖 1, 工件質(zhì)量60kg，輸送步長H= 840mm允許誤差士 0.2mm (2) 輥道上允許輸送工件最多8件。工件底面與輥道間的摩擦系數(shù) 0.15 (當(dāng)量值)，輸送

4、滑架質(zhì)量為 240kg，當(dāng)量摩擦系數(shù)也為 0.15。 (3) 滑架工作行程平均速度為 0.42m/s，要求保證輸送速度盡可能 均勻,行程速比系數(shù)K> 1.7。 (4) 最大擺動件線質(zhì)量為20 kg/m，質(zhì)心在桿長中點(diǎn)，繞質(zhì)心線轉(zhuǎn)動慣量為2 kg?mVm，其余構(gòu)件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。發(fā) 動機(jī)到曲柄軸的傳動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量(視曲柄為等效轉(zhuǎn)動 構(gòu)件)近似取為2 kg ?mf。 (5) 允許速度不均勻速度為[5 ] = 0.1 o (6) 滑架導(dǎo)路水平線與安裝平面高度允許在 1100mm以下。 (7) 電動機(jī)規(guī)格自選。 2.3設(shè)計任務(wù) (1) 根據(jù)工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖；

5、 (2) 進(jìn)行插斷機(jī)構(gòu)、步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)的選型； (3) 機(jī)械運(yùn)動方案的評定和選擇； (4) 根據(jù)選定的原動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案， 分配傳動比，并在報告上畫出傳動方案圖； (5) 進(jìn)行工件停止在工位上的慣性前沖量計算； (6) 對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸計算； (7) 畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖； (8) 編寫設(shè)計計算說明書。 三、運(yùn)動方案的擬定 3.1步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu) 步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動機(jī)構(gòu)的原動 件是曲柄；從動件為推爪(滑塊),行程 中有急回特性；機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的動力 特性及在工作進(jìn)程中速度要求較小且 均勻。要滿足這些要求，用單一的四桿機(jī)構(gòu)是難以實(shí)現(xiàn)

6、的。下面介紹 擬定的幾種方案。 圖1-1 1. 如上圖1-1所示，牛頭刨床的主傳動 機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連 桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的6桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊3與導(dǎo)桿之間的傳 動角 始終為90°,且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度 較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當(dāng)確定 推爪的導(dǎo)路位置，可以使壓力角 盡量小。 2、 如圖1-2所示，步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)和搖 桿滑塊機(jī)構(gòu)。適當(dāng)選擇凸輪運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計出凸輪廓線，可以實(shí)現(xiàn)刨 頭的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性；在推爪往 復(fù)運(yùn)動的過程中，避免加減速度的突變發(fā)生（采用正弦加速度運(yùn)動規(guī) 律）。

7、3、如圖1-3所示，步進(jìn)輸送機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)采用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī) 構(gòu)。導(dǎo)桿做往復(fù)擺動其速度有點(diǎn)波動，并且也具有急回特性。 圖1-2 圖1-3 4、如圖1-4所示，步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以滿足工作進(jìn)給時推爪的速度較 低,在運(yùn)動過程中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的從動件搖桿 3的壓力角 是變化的 3.2下料機(jī)構(gòu)（插斷機(jī)構(gòu)） 一種方案是采用齒輪與齒條的配合（圖 2-1 ） （圖 2-1 ） 而另一種方案是采用從動件盤形凸輪與搖桿機(jī)構(gòu)的組合圖 （2-2）,利 用彈簧的彈力使?jié)L子從動件始終緊靠在凸輪上

8、 3.3運(yùn)動方案的選定 1和插斷機(jī)構(gòu)的方案2 經(jīng)過小組討論最終確定選輸送機(jī)構(gòu)的方案 作為此次課程設(shè)計所要求的運(yùn)動方案。 四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 運(yùn)動簡圖 3 1.初始狀態(tài) 0 2.工件輸送階段 3.工件到達(dá)工位點(diǎn)  五、運(yùn)動

9、分析 5.1輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 圖 1. 要求條件：輸送滑架輸送步長S=840mm+20mm=860mm架工作行 程的平均速度為0.42m/s,輸送速度盡可能均勻，行程速比系數(shù)K > 1.7。 2. 制定參數(shù)：令K=2,推爪(滑塊)的導(dǎo)路X-X在導(dǎo)桿運(yùn)動弧長的平 分線上。 極為夾角 B =180°X (K-1)/(K+1)=60 °，即/ QC4A=3O°。 由輸送架工作行程平均速度0.42m/s,且輸送步長S=860mn可得導(dǎo)桿 Q4B 的長度 QB=860mm 工作進(jìn)程的時間 t i=0.86m/0.42m/s=2.0476s 回程時間 t2= t i/2=1.

10、0238s , 有 Wt= 0 知 W=2.0457 rad/s。 轉(zhuǎn)速 n二60W/(2*3.14)=19.5r/min 。 由/ OC4A=30° 知 QA=OC4/2, 又X-X在導(dǎo)路所在弧長的平分線上，取 H約為(860+860*cos30 ° )/2 即令 H=802m。 又要求工作過程中傳動平穩(wěn)，速度均勻，即 BC桿的傳動角丫越大越 好。 最大的傳動角丫 =90° -arcsin[(860-860*cos30 ° )/BC]。為保證機(jī)構(gòu) 的傳力效果，應(yīng)使傳動角的最小值丫 min大于或等于其許用值[丫 ],即 丫 min> [ Y ]。一般機(jī)械中，推薦[Y ]=40 °

11、-50 °。 取 BC=200mm,Y =74.38 °。 推爪形狀如下圖： 尺寸如上圖所示，單位：cm 由上述結(jié)論，確定輸送架運(yùn)動的6桿機(jī)構(gòu)的長度分別為: BC=200mm (B=860mm OC4=500mm QA=250mm。 3. 用相對運(yùn)動圖解法做平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 將曲柄端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡的圓周12等份，初始位置為1如上圖例如計算滑塊處于位置8時機(jī)構(gòu)的速度、加速度。 1、求C點(diǎn)的速度： ⑴確定構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度： 構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動副A相聯(lián)，所以U A3= U A2 而 u A2= 2lO2A=0.51m/s ⑵求Va4的速度： U A4 =

12、= U A3 + U A4A3 方向： 丄BQ 丄AQ // BQ 大?。? ? 2lQ2A ? 用圖解法求解如圖1: 式中U A3、U A4表示構(gòu)件3和構(gòu)件4上A點(diǎn)的絕對速度，U A4A3表示構(gòu)件 4上A點(diǎn)相對于構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度，其方向平行于線段 BO,大小 未知；構(gòu)件4上A點(diǎn)的速度方向垂直于線段 BQ,大小未知。在圖上 任取一點(diǎn)P,作U A3的方向線P03，方向垂直于AQ,指向與3 2的方 向一致，長度等于u A3/卩v,（其中八為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線 垂直于 BO代表u A4的方向線，再過 Q作直線平行于線段BO代表 u A4A3的方向線這兩條

13、直線的交點(diǎn)為 Q,則矢量pQ和QQ分別代u A4 禾口 u A4A3。 易知PQ、PQ同向，由速度多邊形PQO得： u A4=0.51m/s u A4A3=0 ⑶求BQ的角速度 4 : 4 二VA4/IaQ =0.68rad/s Vb= 4 BQ=0.59m/s ⑷求C點(diǎn)的速度u c： u c = u B + u CB 方向： // X-X 丄BQ 丄BC 大?。? ? 3 4| Q4B ? 速度圖見圖2: 式中u c、u B表示點(diǎn)的絕對速度。u CB表示點(diǎn)C相對點(diǎn)B的相對速度 其方向垂直于構(gòu)件CB大小未知，點(diǎn)C的速度方向平行于X-X

14、,大小 未知，圖上任取一點(diǎn)p作代表U B的矢量pb其方向垂直于BQ指向于2 轉(zhuǎn)向相反，長度等于Vb/ v （ v為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線平行 于X-X,代表u c的方向線，再點(diǎn)b作直線垂直于BC代表u cb的方向 線，這兩方向線的交點(diǎn)為 C則矢量pc和be便代表 u c、u cb 則 C點(diǎn)的速度為：u e=0.58m/s , u cb=O。 加速度也可按相對圖解法計算。 4.編制程序計算各點(diǎn)的速度，加速度，位置。 1）主程序源代碼如下 #i nclude "stdio.h" /* 包含頭文件*/ #i nclude "stdlib.h" #i nclude "mat

15、h.h" const double Pl=3.14159; /* 圓周率*/ /*全局變量*/ double L[10]; /* 存儲桿長*/ double X[10], Y[10]; /* 存儲各點(diǎn)x, y坐標(biāo)*/ double V[10],U[10]; /* 存儲各點(diǎn) x, y方向速度分量*/ double A[10],B[10]; /* 存儲各點(diǎn)x ,y方向加速度分量*/ double F[10],W[10],E[10]; /* 存儲各桿轉(zhuǎn) 角，角速度，角加速度*/ double S[10],C[10]; /* 中間計算變量 */ /

16、*計算主程序*/ void mai n() { int ii,I ndex,iFlag ; double p1,F9,Res[3],N1; p1= PI/180; L[1]=250; [2]=0; L[3]=860; L[4]=0; N1 = 117.2; /* 初始參數(shù)*/ X[1]=0； Y [1]=500; X4]=0; Y [4]=0; printf("L(1)=60 丄(2)=0 丄(3)=200 , L(4)=0 , W(1)=30 E(1)=0\n"); printf("F(1) Deg , F(3)Deg , W(4)/s , S mm V m/s A

17、m/SA2\n"); W[1]=N1*PI/30; for(ii=0;ii<=12;ii++) { F[1]=ii*30*p1; F9=0; Mera nk(1,1,1,2,F9); iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,Res) if(iFlag==1) prin tf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10. 2f,%10.2f\n", F[1]/p1,F[3]/p1,W[3],E[3],Res[0],Res[1]/10 00,Res[2]/1000); else printf("Beeause of wr

18、ong data, the Caeulation failed!' n"); } } 計算結(jié)果： L(1)=250mm L(2)=0 L(3)=900mm L(4)=0 W(1)=2.0457rad/s E(1)=0 F(1) Deg F(4) Deg W(4)rad/s S mm V m/s a m/ SA2 0 63.43 0.41 559.02 0.46 -0.38 30 70.89 0.59 661.44 0.34 -0.57 60 80.10 0.66 727.33 0.00 -0.70 90 90.00 0.68

19、750.00 0.00 -0.70 120 99.90 0.66 727.33 -0.18 -0.67 150 109.11 0.59 661.44 -0.34 -0.57 180 116.56 0.41 559.02 -0.46 -0.38 210 120.00 0.00 433.01 -0.51 -0.00 240 113.79 -0.98 309.83 -0.41 0.92 270 90.00 -2.05 250.00 -0.00 2.10 300 66.21 -0.98 309.83 0.41 0.

20、92 330 60.00 -0.00 433.01 0.51 0.00 360 63.43 0.41 559.02 0.46 -0.38 L(1)表示曲柄的長度， L(3)表示導(dǎo)桿的長度， W(1)表示曲柄的轉(zhuǎn)速， F(1)表示曲柄轉(zhuǎn)過的角度, F(4)表示導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)角， W(4)表示導(dǎo)桿的角速度， S表示滑塊在導(dǎo)桿上的位移， V表示滑塊沿導(dǎo)桿的滑動， A表示滑塊的沿導(dǎo)桿的加速度。 5.用solidworks仿真繪制速度、加速度、位移曲線 推爪（滑塊）的速度曲線

21、 推爪（滑塊）的加速度曲線 -I a us JU* 5--=上___?_二-??口總-- 推爪（滑塊）的位移曲線 1: sx--- 5.2插斷機(jī)構(gòu)（下料機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動分析 1. 凸輪的設(shè)計 ,推程運(yùn)動角①=40°, 回程運(yùn)動角①

22、=40°。 凸輪輪廓的最大圓半徑（遠(yuǎn)休止部分），最小圓半徑（近休止部分） 即基圓半徑ro=12Omm 凸輪的回程、推程輪廓采用五次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律的曲線過渡。 因?yàn)槲?次運(yùn)動規(guī)律的曲線既不存在剛性沖擊也不存在柔性沖擊， 運(yùn)動平穩(wěn)性 好。 2. 擺動滾子從動件的滾子在凸輪上的位移曲線為: i?d.oo_ I 佛一 （Il co_ I藥-呼― 5 - ）5t oa _ i 曲-fi>_ i刖-oo_ 12560— 130.0t>_ m C. TiJ | .IQ r 10 J.D< i I 『巒I T. OD jU?F"g?Tiiml::砒f rum f wd

23、 滾子在凸輪上的速度曲線為: 加速度曲線為: 3. 凸輪的壓力角計算 擺動滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計算公式: tan a 二［a*cos（① +Wo）-l（1-d ①/d 0 ）］/［a*sin（ ① +W o）］ a表示機(jī)架之間的距離 l表示擺桿的長度，①0表示擺桿的初始的擺角。 ①=h[(10* 0 3/①‘)-(15* 0 4/①)-(6* 0 5/①5)]是表示擺桿的擺角，其 中①是推程運(yùn)動角，B是凸輪的轉(zhuǎn)角。 用matlab可以算出凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角a ma>=28.12 °，滿足擺動 從動件許用壓力角[a ]=30 °?50° 先建立m函數(shù)

24、 Fun cti on f二myfun(x) f=0.5*cosd(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(40A3)+6*xA5/( 40AA2/(40A3)-60*xA3/(40A3)+3 0*xA4/(40A5)))/0.500/(s in d(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA 4/(40A3)+6*xA5/(40A3)))); 再在 matlab 程序中輸入 x=fminbnd(@myfun,0,40) 4. 凸輪曲率半徑的校核 運(yùn)動仿真時有滾子的位移曲線知五次曲線的曲率半徑滿足要求。 5.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量

25、的計算 等效驅(qū)動力矩M為常數(shù)，在一個運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)做的功等于該周期內(nèi)運(yùn)動 機(jī)構(gòu)運(yùn)動所需要的功。 2 2 2 n *Md=8*(1/2m iv )+mg 卩 i+2mg 卩 2+8*(1/2m 2v ) M=115.4465Nm 安裝在曲柄軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： Jf — (E max-E min)/ ( S * 3 22) 而 Emax" Emin=61.74 J 要求的速度不均勻系數(shù)[5 ]=0.1, 3 2=2.0457rad/s 。 Jf=147.5308kgm2 若安裝在曲柄上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量過大，也可以把飛輪安裝在電動機(jī)于 曲柄軸之間的變速機(jī)構(gòu)的軸上。 5.4工件停止在

26、工位上的前沖量 沖量 F*t=mv=60*0.15=9 N - s 六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖 輪送架 輸送工件 回程 插斷機(jī)構(gòu) 近休止 開始下料 遠(yuǎn)休止 停止下料 0° 241 3° 280° 320° 360° 七、減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 1440r / min 減速機(jī)構(gòu)采用三級減速。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1400r/min,減速機(jī)機(jī)構(gòu)的 一級傳動采用皮帶傳動，二級、三級減速都采用齒輪傳動。 設(shè)定每級傳動的傳動效率都為1，即n 1= n 2= n 3= n 4= n 5= n 6=1。 皮帶輪的傳動比i 12=3； 齒輪減速的一級傳動比i 34=4,二級傳動比i 3

27、4=6.14。 總傳動比 i= i 12 *i 34 *i 34=73.68 執(zhí)行機(jī)構(gòu)(曲柄)的轉(zhuǎn)速 n=(1/i)*1400r/mi n=19.54r/mi n, 曲柄的角 速度 w=2.0457rad/s。 八、設(shè)計總結(jié) 在這次課程設(shè)計中，我看到了我們班同學(xué)團(tuán)結(jié)互助的精神， 也看 到了同學(xué)們刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神。課程設(shè)計是對我們思維能力的一種 鍛煉，也是理論與實(shí)踐結(jié)合的一次過渡，同學(xué)們興趣濃厚，并有著創(chuàng) 新的意識。同時通過本次課程設(shè)計，在完成設(shè)計任務(wù)的同時能夠進(jìn)一 步理解和鞏固所學(xué)課程內(nèi)容，并將所學(xué)知識綜合運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計中， 不僅加強(qiáng)了學(xué)習(xí)更鍛煉了實(shí)際操作能力和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。 在設(shè)計計算過程 中，通過組內(nèi)的討論和交流，加深了對基礎(chǔ)知識的理解；在老師的細(xì) 心指導(dǎo)下，讓我們了解到更多的機(jī)械實(shí)際設(shè)計方面的知識， 開闊了視 野。通過這次課程設(shè)計，我才發(fā)現(xiàn)理論知識的重要性，好的設(shè)計是建 立在塌實(shí)的理論知識之上的。 九、參考文獻(xiàn) 1、 《機(jī)械原理》高等教育出版社孫桓等主編（第七版） 2、 《機(jī)械原理課程設(shè)計》 科學(xué)出版社，王淑仁主編 2006 3、 《機(jī)械原理課程設(shè)計手冊》 高等教育出版社，鄒慧君主編 2006 2007 4、 其它機(jī)械原理課程設(shè)計書籍和有關(guān)機(jī)械方案設(shè)計手冊