2022年机械原理课程设计方案步进送料机设计方案说明.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 12 届机械原理课程设计步进送料机设计说明书同学姓名 付振强学 号 8011208217 所属学院 机械电气化工程学院专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械 12-2 指导老师 张涵日 期 2022-06-30 前言名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 进入 21 世纪以来,随着科学技术、工业生产水平的不断进展和人们生活条件的不断改善市场 愈加需要各种各样性能优良、质量牢靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品,而打算产品性 能、质量、水平、市场竞争才能和经济效益的重要环节是产品设计；机械产品设计中,首要任务 是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计；这要求设计者 综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识,依据使用要求和功能分析,挑选合理的工艺动作过程,选用或创新机构型式并奇妙地组合成 新的机械运动方案,从而设计出结构简洁、制造便利、性能优良、工作牢靠、有用性强的机械产品；企业为了赢得市场,必需不断开发符合市场需求的产品；新产品的设计与制造,其中设计是产 品开发的第一步,是打算产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素 . 机械原理课程设计结合一种简洁机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构挑选、机械运动 方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等,使同学进一步巩固、把握并初步运用机械原理 的学问和理论,对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作才能进行初步的训练,培育理论与实际结合的才能,更为重要的是培育开发和创新才能；因此,机械原理课 程设计在机械类专业同学的学问体系训练中,具有不行替代的重要作用；本次我设计的是步进送料机,以小见大,设计并不是门简洁的课程,它需要我们理性的思维和丰富的空间想象才能；我们可以通过对步进送料机的设计进一步明白机械原理课程设计的流程,为我们今后的设计课程奠定了基础；2 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录前言 1第 1 章 课程设计内容 31.1 设计题目 3 1.2 设计任务 4 1.3 设计提示 4 第 2 章设计思路 4 2.1 连杆机构的特点 4 2.2 齿轮机构的特点 5 第 3 章 工作原理 63.1 传动机构 : 常用传动机构的基本特点 6 3.2 传动机构的挑选与比较 7 3.3 执行机构的挑选与比较 8 3.4 机构运动简图 10 第 4 章 运动循环图 11第 5 章 构件的运动分析及尺寸的确定 11第 6 章 机构运转的整体流程 15 第 7 章 机构的整体简图 16 第 8 章 小结 18 第 9 章 致谢 19 第 10 章 参考文献 20 第 11 章 附录 213 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 课程设计 步进送料机1.1 设计题目 设计某自动生产线的一部分 步进送料机；如图 25 所示,加工过程要求如干个相同的被输 送的工件间隔相等的距离 a,在导轨上向左依次间歇移动,即每个零件耗时 t1 移动距离 a 后间歇时间 t2；考虑到动停时间之比K=t1/t2 之值较特殊,以及耐用性、成本、修理便利等因素,不宜采纳槽轮、凸轮等高副机构,而应设计平面连杆机构；图 1 步进送料机详细设计要求为：1、电机驱动,即必需有曲柄；2、输送架平动,其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线 线）；<以下将该曲线简称为轨迹曲3、轨迹曲线的 AB 段为近似的水平直线段,其长度为 a,允差 ±c< 这段对应于工件的移动）；轨迹曲线的 CDE 段的最高点低于直线段 AB 的距离至少为 b,以免零件停留时受到输送架的不应有的回碰；有关数据见表 1.1 4 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 1.1 设计数据方案号 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 41.2 设计任务 1. 步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构；2. 设计传动系统并确定其传动比安排；3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图；4. 对平面连杆机构进行尺度综合,并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满意设计要求；求 出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图；5. 编写设计运算说明书；1.3 设计提示 1. 由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线,所以输出构件采纳连杆机构中的连杆比较合 适；2. 由于对输出构件的运动时间有严格的要求,可以在电机输出端先采纳齿轮机构进行减速；假如 再加一级蜗杆蜗轮减速,会使机构的结构更加紧凑；3. 由于输出构件尺寸较大,为提高整个机构的刚度和运动的平稳性,可以考虑采纳对称结构 <虚 约束）；2 设计思路2.1 连杆机构的特点 ：1） 其运动副元素为面接触,压力较小,承载才能较大,润滑好,磨损小,加工制造简洁,且连 杆机构中的低副一般是几何封闭,对保证机构的牢靠性有利；2） 在连杆机构中,在原动件的运动规律不变的条件下,可用转变各机构的相对长度来使从动件 得到不同的运动规律；3） 在连杆机构中,在连杆上各点的轨迹是各种不同的外形的曲线,其外形随着各构件的相对长 度的转变而转变,故连杆曲线的形式多样,可用来满意一些特定的工作需要；利用连杆机构仍可以很便利地转变运动的传递方向,扩大行程,实现增力和远距离传动等目 的5 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2.1 连杆机构 2.2 齿轮机构的特点：齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构；它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空 间任意两轴间的运动和动力,并具有传递功率范畴大,传动功率高,传动比精确,使用寿命 长,工作牢靠等优点；图 2.2 齿轮机构 考虑到动停时间之比 K=t1/t2 之值较特殊,以及耐用性、成本、修理便利等因素,不宜采纳槽 轮、凸轮等高副机构,故采纳应平面连杆机构和齿轮机构；6 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 工作原理功能要求：加工过程要求如干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a,在导轨上向左依次间歇移动,即每个零件耗时 t1=2s 移动距离 a=400mm 后间歇时间 t2=4s 功能原理：步进送料机的工作原理分解如图 4 所示,该系统由电动机驱动,通过带蜗杆减速将运动传给齿轮,再由各级齿轮进行减速使其转速符合要求；最终利用齿轮和连杆将运动传给输送架；原动机的挑选：经过运算与争论,最终我们挑选转速为960r/min 的电动机,由于经过比较在此转速下的电动机能够充分满意动力要求而且不会造成机器的铺张；图 3.1 工作原理分解图3.1 传动机构 ：齿轮传动：优点传动比精确,外廓尺寸小,功率高,寿命长,功率及速度范畴广,相宜于短距 离；缺点制造精度要求高；主要用于传动；带传动：优点中心距变化范畴广,可用于长距离传动,可吸振,能起到缓冲及过载爱护；缺点有打滑现象,轴上受力较大；常用于传动链的高速端；连杆传动：优点适用于宽广的载荷范畴,可实现不同的运动轨迹,可用于急回、增力,加大或缩 晓行程；缺点设计复杂,不宜高速度运动；既可为传动机构又可做为执行机构；凸轮机构：优点能实现各种运动规律,机构紧凑；缺点易磨损,主要用于运动的传递；主要用于执行机构；7 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2 传动机构的挑选与比较：鉴于传动机构的特点,我们小组提出了四种方案：方案 1：采纳凸轮摇杆机构图 3.2 凸轮摇杆机构 此机构虽然能够满意运动轨迹的要求,但由于该机构有凸轮机构,导致在机构的运动路线的运算 时特别复杂,而且凸轮机构易磨损,机构的平稳性不好,导致在机构运动时,产生很大的噪声,而且构件会损坏的特别快,所以舍弃这个方案；方案 2：采纳从动件圆柱凸轮机构s=s A图 3.3 从动圆柱凸轮机构该凸轮机构虽然能实现工件的移动,但不满意设计要求的输送爪的运动轨迹,所以该方案舍弃；方案 3：采纳齿轮与齿条的协作s=s A图 3.4 齿轮与齿条协作 该机构虽然能实现工件在工作台上的间歇运动,也能满意设计要求的时间间隔,但该机构的 传送装置为环状的传送带,不满意得及要求的曲线,所以该方案舍弃；8 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案 4：采纳齿轮连杆机构 1 a 2 d b c 5 3 4 a d b c图 3.5 齿轮连杆机构经过猛烈的争论与争论,我们最终采纳方案四；33 执行机构的挑选与比较：9 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案 1：带传动 ：O1 O2图 3.6 带传动图示方案 2：机械爪图 3.7 机械爪经过谨慎考虑与比较,最终我们挑选了方案 2；10 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.4 机械运动简图执行机构动机 1 a d b c 2 5 3 4 a d b c：图 3.8 机械运动简图11 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 运动循环图以连杆 a 的转角位横坐标,绘制如下的运动循环图：输送爪工作行程回程工件进给 120 °静止 360 ° a 杆的转角 0°图 4.1 运动循环图5 构件的运动分析及尺寸的确定由于执行构件 <即输出构件）要满意如下的运动轨迹,所以运动构件必需要满意如图的运动路径；图 5.1 运动轨迹12 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由连杆曲线图谱可查得图 5.2 连杆曲线图谱满意该路径的四连杆机构为 a d b c b 图 5.3 四连杆机构13 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由图谱所给定的参数可查得,杆a,b,b ,c,d的长度比例为：1：5：2.5：4：3 a杆与该机构的平动轨迹的长度比为 由于输出机构要满意题目要求的轨迹,1：5. 表 2 方案号 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 4即平动轨迹要求长度为 400mm ,依据查表来的比例数据可得各个杆的长度为：表 3 杆号 a b b c d杆长 <mm> 80 400 200 320 240 蜗杆的参数确定：由蜗杆的分度圆直径预期模数的匹配标准系列可知：模数为 2 的时候,分度圆直径可选为 22.4；表 4 主要参数齿数 z1 模数压力角分度圆直径数值 1 2 20 22.4 涡轮 2,3 的参数的确定表 5 主要参数齿数 z1 模数压力角分度圆直径数值 60 2 20 120 由以上参数可知该减速机构的传动比为 z2/z1=60 齿轮的参数与尺寸由方案可知：输出构件每分钟循环运动的次数为：60/<2+4 ）=10 次依据齿轮的标准模数系列表：14 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 6 第 1 系列1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第 2 系列5.5 <6.5 1.75 2.25 2.75 <325） 3.5 <3.75） 4.5 ） 7 9 11> 14 18 22 28 36 45 可得由于 6,7 齿轮与涡轮2,3 连在同一轴上,所以这两个齿轮的转速w 与涡轮的转速一样；齿轮 1 与 4,6 与 7 为对称齿轮,两两完全相同,所以 该直齿圆柱齿轮组的参数为表 7 主要参数齿数模数压力角分度圆直径齿轮 1,4 80 1 20 80 齿轮 6,7 50 1 20 50 动力由 6,7 齿轮传动到1,4 齿轮上,传动比为80/50=1.6 所以齿轮 1,4 的转速 w 为 W=960r/min/60/1.6=10r/min 即在一分钟内,齿轮1 和 4 转动 10 周,所以连杆a也转动 10 周,即该连杆机构循环运动10 周,等于设计要求的转速；故该传动系的设计是合理且符合要求的；15 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6 机构运转的整体流程：电动机转动 蜗杆转动涡轮齿轮 1,2齿轮 6,72,3转动连杆 a转动连杆b,c 转动执行构件输送爪运动图 6.1 机械运转的整体流程16 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7 机构的整体简图电动机 1 a d b c b 2 57 3 4 a d b c图 7.1 机械整体简图图中 1,4,6,7 为四个齿轮, 2,3 为两个涡轮, 2 为蜗杆, 3 和 7 装在同一轴上,2 和 6 装在同一轴上；17 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其中执行机构的运动轨迹为下图图 7.2 运动轨迹图此轨迹与设计要求的轨迹一样,符合要求；可以作为执行机构的运动轨迹；18 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 小结我们的这个设计运用平面连杆机构、齿轮机构以及涡轮蜗杆减速机构的联合；这些组合机构很好 的完成了设计的轨迹要求；为明白决对输出构件对时间和频率的要求,我们在电动机后加置了减 速蜗杆机构,该机构的引入,解决了电动机转速与输出构件运动频率差值过大的问题；为了克服 输出构件运动的不平稳性,提高整个机构的刚度和运动的平稳性,我们采纳了使用对称结构,大 大增加了机构的运转效率和稳固性；19 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 致谢本次设计由张涵老师细心指导批阅,引导我们整理出设计思路,指出多出不当之处,全程辅导我们完成本次设计；在这里,特殊向张老师致谢；20 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献【1】 裘建新 <主编）机械原理课程设计指导书· 高等训练出版社 2007 年 11 月【2】 李学荣,朱桥等 <编制）连杆曲线图谱 <第一版）重庆出版社 1993 年 4 月【3】 孙桓,陈作模,葛文杰 <主编）机械原理 <第七版）,西北工业高校机械原理及机械零件教研室编 高等训练出版社 2006 年 5 月【4】 张卫国 饶芳 主编 >机械设计基础篇华中· 科技高校出版社 2006·9 【5】 王为 汪建晓 主编 >吴昌林 主审 >机械设计· 华中科技高校出版社 2007· 2 【6】 宋昭祥 主编 >机械制造基础· 机械工业出版 1998·10 【7】 张定华 主编 >工程力学· 高等训练出版社 2003 【8】 陆金贵 主编 >凸轮制造技术· 机械工业出版 1996 【9】 张策 主编 >机械原理与机械设计· 机械工业出版 2004 【10】 黄纯颖 主编 >工程设计方法· 中国科学技术高校出版社 1999 【11】吴宗泽 主编 >高等机械零件· 清华高校出版社 1998 21 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 22 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 22 页