步进输送机课程设计

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：步进输送机学 院:理 学 院 专 业:机械电子工程班 级：12学 号：020841206设计者：程满指导教师：范奎2011湖北民族学院年5月26日目录一、设计题目 2二设计简介 32.1工作原理 32.2原始数据及设计要求 42.3设计任务 5三、运动方案的拟定 53.1 步进输送机构 53.2下料机构（插断机构） 73.3运动方案的选定 8四、机构运动简图 8五、运动分析 115.1输送机构的运动分析 115.2插断机构（下料机构）的运动分析205.3飞轮的转动惯量的计算 23六、机构运动循环图 24七、减速机构的设计 24八、设计总结 25九、参考文献 25设计题目：步进输送机二、设计简介2.1工作原理步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定 步长的传送机械。图1为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到 辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑 落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推 爪推动始点位置工件向前移动一个步长， 当滑架返回时，始点位置又 从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得 以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，该推爪 早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前 工位的工件一齐向前再移动一个步长。如此周而复始，实现工件的步 进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在 时间和空间上相匹配。8400. 20OO图1步进输送机示意图2.2原始数据及设计要求(1) 输送工件形状和尺寸如图1, 工件质量60kg，输送步长H=840mm允许误差士 0.2mm(2) 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数0.15 (当量值)，输送滑架质量为 240kg，当量摩擦系数也为0.15。(3) 滑架工作行程平均速度为 0.42m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数K 1.7。(4) 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2 kg?mVm，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发 动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量(视曲柄为等效转动 构件)近似取为2 kg ?mf。(5) 允许速度不均匀速度为5 = 0.1 o(6) 滑架导路水平线与安装平面高度允许在 1100mm以下。(7) 电动机规格自选。2.3设计任务(1) 根据工艺动作要求拟定运动循环图；(2) 进行插断机构、步进输送机构的选型；(3) 机械运动方案的评定和选择；(4) 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案， 分配传动比，并在报告上画出传动方案图；(5) 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；(6) 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；(7) 画出机械运动方案简图；(8) 编写设计计算说明书。三、运动方案的拟定3.1步进输送机构步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为推爪(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且均匀。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍 拟定的几种方案。 图1-11. 如上图1-1所示，牛头刨床的主传动 机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块3与导杆之间的传 动角 始终为90,且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度 较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定 推爪的导路位置，可以使压力角尽量小。2、如图1-2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇 杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨 头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在推爪往 复运动的过程中，避免加减速度的突变发生（采用正弦加速度运动规 律）。3、如图1-3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。导杆做往复摆动其速度有点波动，并且也具有急回特性。图1-2图1-34、如图1-4所示，步进输送机的主传动机构采用曲柄摇杆机构 和摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较 低,在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆 3的压力角 是变化的3.2下料机构（插断机构）一种方案是采用齿轮与齿条的配合（图 2-1 ）（图 2-1 ）而另一种方案是采用从动件盘形凸轮与摇杆机构的组合图（2-2）,利 用弹簧的弹力使滚子从动件始终紧靠在凸轮上3.3运动方案的选定1和插断机构的方案2经过小组讨论最终确定选输送机构的方案作为此次课程设计所要求的运动方案。四、机构运动简图运动简图31.初始状态02.工件输送阶段3.工件到达工位点五、运动分析5.1输送机构的运动分析图 1. 要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm架工作行程的平均速度为0.42m/s,输送速度尽可能均匀，行程速比系数K 1.7。2. 制定参数：令K=2,推爪(滑块)的导路X-X在导杆运动弧长的平 分线上。极为夹角 B =180X (K-1)/(K+1)=60 ，即/ QC4A=3O。由输送架工作行程平均速度0.42m/s,且输送步长S=860mn可得导杆Q4B 的长度 QB=860mm工作进程的时间 t i=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程时间 t2= t i/2=1.0238s , 有 Wt= 0 知 W=2.0457 rad/s。转速 n二60W/(2*3.14)=19.5r/min 。由/ OC4A=30 知 QA=OC4/2,又X-X在导路所在弧长的平分线上，取 H约为(860+860*cos30 )/2 即令 H=802m。又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即BC杆的传动角丫越大越好。最大的传动角丫 =90 -arcsin(860-860*cos30 )/BC。为保证机构 的传力效果，应使传动角的最小值丫 min大于或等于其许用值丫 ,即 丫 min Y 。一般机械中，推荐Y =40 -50 。取 BC=200mm,Y =74.38 。推爪形状如下图：尺寸如上图所示，单位：cm由上述结论，确定输送架运动的6杆机构的长度分别为:BC=200mm (B=860mm OC4=500mm QA=250mm。3. 用相对运动图解法做平面机构的运动分析将曲柄端点的运动轨迹的圆周12等份，初始位置为1如上图例如计算滑块处于位置8时机构的速度、加速度。1、求C点的速度：确定构件3上A点的速度：构件2与构件3用转动副A相联，所以U A3= U A2而 u A2= 2lO2A=0.51m/s求Va4的速度：U A4=U A3+U A4A3方向：丄BQ丄AQ/ BQ大小：?2lQ2A?用图解法求解如图1:式中U A3、U A4表示构件3和构件4上A点的绝对速度，U A4A3表示构件 4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段 BO,大小 未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段 BQ,大小未知。在图上 任取一点P,作U A3的方向线P03，方向垂直于AQ,指向与3 2的方 向一致，长度等于u A3/卩v,（其中八为速度比例尺）。过点p作直线 垂直于 BO代表u A4的方向线，再过 Q作直线平行于线段BO代表 u A4A3的方向线这两条直线的交点为 Q,则矢量pQ和QQ分别代u A4 禾口 u A4A3。易知PQ、PQ同向，由速度多边形PQO得：u A4=0.51m/su A4A3=0求BQ的角速度4 :4 二VA4/IaQ =0.68rad/sVb=4 BQ=0.59m/s求C点的速度u c：u c =u B+u CB方向：/ X-X丄BQ丄BC大小：?3 4| Q4B?速度图见图2:式中u c、u B表示点的绝对速度。u CB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB大小未知，点C的速度方向平行于X-X,大小 未知，图上任取一点p作代表U B的矢量pb其方向垂直于BQ指向于2 转向相反，长度等于Vb/ v （ v为速度比例尺）。过点p作直线平行 于X-X,代表u c的方向线，再点b作直线垂直于BC代表u cb的方向 线，这两方向线的交点为 C则矢量pc和be便代表 u c、u cb 则 C点的速度为：u e=0.58m/s , u cb=O。加速度也可按相对图解法计算。4.编制程序计算各点的速度，加速度，位置。1）主程序源代码如下#i nclude stdio.h/*包含头文件*/#i nclude stdlib.h#i nclude math.hconst double Pl=3.14159;/*圆周率*/*全局变量*/ double L10;/*存储杆长*/double X10, Y10;/*存储各点x, y坐标*/double V10,U10;/*存储各点x, y方向速度分量*/double A10,B10;/*存储各点x,y方向加速度分量*/double F10,W10,E10;/*存储各杆转角，角速度，角加速度*/double S10,C10;/*中间计算变量 */*计算主程序*/void mai n()int ii,I ndex,iFlag ;double p1,F9,Res3,N1;p1= PI/180;L1=250; 2=0;L3=860;L4=0;N1 = 117.2;/*初始参数*/X1=0；Y 1=500;X4=0;Y 4=0;printf(L(1)=60 丄(2)=0 丄(3)=200 , L(4)=0, W(1)=30E(1)=0n);printf(F(1) Deg , F(3)Deg , W(4)/s, S mm V m/sA m/SA2n);W1=N1*PI/30;for(ii=0;ii_i刖-oo_12560130.0t_mC. TiJ| .IQr 10J.D=28.12 ，满足摆动 从动件许用压力角a =30 50先建立m函数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)+30*xA4/(40A5)/0.500/(s in d(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(40A3)+6*xA5/(40A3);再在 matlab 程序中输入 x=fminbnd(myfun,0,40)4. 凸轮曲率半径的校核运动仿真时有滚子的位移曲线知五次曲线的曲率半径满足要求。5.3飞轮的转动惯量的计算等效驱动力矩M为常数，在一个运转周期内做的功等于该周期内运动 机构运动所需要的功。2 22 n *Md=8*(1/2m iv )+mg 卩 i+2mg 卩 2+8*(1/2m 2v )M=115.4465Nm安装在曲柄轴上的转动惯量为：Jf (E max-E min)/ (S * 3 22)而 Emax Emin=61.74 J要求的速度不均匀系数5 =0.1,3 2=2.0457rad/s 。Jf=147.5308kgm2若安装在曲柄上的飞轮转动惯量过大，也可以把飞轮安装在电动机于 曲柄轴之间的变速机构的轴上。5.4工件停止在工位上的前冲量冲量 F*t=mv=60*0.15=9 N - s六、机构运动循环图輪送架输送工件回程插断机构近休止开始下料远休止停止下料02413280320360七、减速机构的设计1440r / min减速机构采用三级减速。电动机的转速为1400r/min,减速机机构的一级传动采用皮带传动，二级、三级减速都采用齿轮传动。设定每级传动的传动效率都为1，即n 1= n 2= n 3= n 4= n 5= n 6=1。皮带轮的传动比i 12=3；齿轮减速的一级传动比i 34=4,二级传动比i 34=6.14。总传动比 i= i 12 *i 34 *i 34=73.68执行机构(曲柄)的转速 n=(1/i)*1400r/mi n=19.54r/mi n,曲柄的角速度 w=2.0457rad/s。八、设计总结在这次课程设计中，我看到了我们班同学团结互助的精神， 也看 到了同学们刻苦钻研的学习精神。课程设计是对我们思维能力的一种 锻炼，也是理论与实践结合的一次过渡，同学们兴趣浓厚，并有着创 新的意识。同时通过本次课程设计，在完成设计任务的同时能够进一 步理解和巩固所学课程内容，并将所学知识综合运用到实际设计中， 不仅加强了学习更锻炼了实际操作能力和设计经验。 在设计计算过程 中，通过组内的讨论和交流，加深了对基础知识的理解；在老师的细 心指导下，让我们了解到更多的机械实际设计方面的知识，开阔了视野。通过这次课程设计，我才发现理论知识的重要性，好的设计是建 立在塌实的理论知识之上的。九、参考文献1、机械原理高等教育出版社孙桓等主编（第七版）2、机械原理课程设计 科学出版社，王淑仁主编 20063、机械原理课程设计手册 高等教育出版社，邹慧君主编200620074、其它机械原理课程设计书籍和有关机械方案设计手册