步进输送机课程设计副本.pdf

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1、 设计计算说明书 设计题目：步进式输送机 学 院：工程机械学院 专 业：机械设计制造及其自动化 目录 一、设计题目 2 二 设计简介3 3 原始数据及设计要求 4 2.3 设计任务5 三、运动方案的拟定5 3.1 步进输送机构5 3.2 下料机构（插断机构）7 8 四、机构运动简图8 五、运动分析11 11 5.2 插断机构（下料机构）的运动分析20 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 一、设计题目：步进输送机 二、设计简介 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

2、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。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

3、60kg，输送步长 H840mm，允许误差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 K1.7。（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 m2/m，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 m2。（5）允许速度不均匀速度为0.1。（6）滑架导路水平线与安装平面高度允许在 1100mm

4、 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

5、四杆机构是难以实现的。下面介绍拟定的几种方案。图 1-1 1.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o，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

6、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 1-3 4、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）。As=s （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 图 2-2 经过小组讨论最终确定选输送机构的方案 1 和插断机构的方案 2 作

7、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 五、运动分析 ：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm,滑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 K1.7。：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=180(K-1)/(K+1)=60，即O2O4A=30。由输送架工作行程平均速度 0.42m/s,且输送步长 S=860mm 可得导杆 O4B 的长度O4B=860mm。工作进程的时间 t1 回程时间 t2=t1/2=1.0238s，有 Wt=知 W=2.0457 rad/s。转速 n=60W/(2*3.1

8、4)=19.5r/min。由O2O4A=30知 O2A=O2O4/2,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=802mm。又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即 BC 杆的传动角越大越好。最大的传动角=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min大于或等于其许用值,即min。一般机械中，推荐=40-50。取 BC=200mm,=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 O4B=860mm O2O4=

9、500mm O2A=250mm 。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A3=A2 而A2=22O Al 求的速度：A4 =A3 +A4A3 方向：BO4 AO2 BO4 大小：？22O Al？图1 用图解法求解如图 1：、式中A3、A4表示构件 3 和构件 4 上 A 点的绝对速度，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 BO4，大小未知；构件 4 上 A 点的速度方向垂直于线段 BO4，大小未知。在图上任取一点 P，作A3的方向线pO3，

10、方向垂直于 AO2，指向与2的方向一致，长度等于A3/v，（其中v为速度比例尺）。过点p作直线垂直于 BO4 代表A4的方向线，再过O3作直线平行于线段 BO4 代表A4A3的方向线这两条直线的交点为 O4，则矢量pO4和O3O4分别代A4和A4A3。易知 PO3、PO4同向，由速度多边形 PO3O4得：A4 A4A3=0 求 BO 4的角速度4：4=VA4/4AOl VB=4BO4 求 C 点的速度c：c =B +CB 方向：X-XBO4 BC 大小：？4lO4B？图2 速度图见图 2：式中c 、B 表示点的绝对速度。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

11、 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B的矢量 pb 其方向垂直于 BO4指向于2转向相反，长度等于vBV/（v为速度比例尺）。过点 p 作直线平行于 X-X，代表c的方向线，再点 b 作直线垂直于 BC 代表CB的方向线，这两方向线的交点为 C 则矢量 pc 和 bc 便代表 c、CB 则 C 点的速度为：c=0.58m/s，CB=0。加速度也可按相对图解法计算。5.2 插断机构（下料机构）的运动分析 凸轮的远休止角=40，近休止角=240,推程运动角=40，回程运动角=40。凸轮轮廓的最大圆半径（远休止部分），最小圆半径（近休止部分）即基圆半径 r0=120mm

12、。凸轮的回程、推程轮廓采用五次多项式运动规律的曲线过渡。因为五次运动规律的曲线既不存在刚性冲击也不存在柔性冲击，运动平稳性好。2.摆动滚子从动件的滚子在凸轮上的位移曲线为：滚子在凸轮上的速度曲线为：加速度曲线为：摆动滚子从动件凸轮机构压力角的计算公式：tan=a*cos(+0)-l(1-d/d)/a*sin(+0)a 表示机架之间的距离 l 表示摆杆的长度，0表示摆杆的初始的摆角。=h(10*3/3)-(15*4/4)-(6*5/5)是表示摆杆的摆角，其中是推程运动角，是凸轮的转角。用 matlab 可以算出凸轮机构的最大压力角max=28.12，满足摆动从动件许用压力角=3050 先建立 m

13、 函数 Function f=myfun(x)f=0.5*cosd(14.28+0.040*(10*x3/(403)-15*x4/(403)+6*x5/(403)-0.420*(1-0.040*117.2*(30*x2/(403)-60*x3/(403)+30*x4/(405)/0.500/(sind(14.28+0.040*(10*x3/(403)-15*x4/(403)+6*x5/(403);再在 matlab 程序中输入 x=fminbnd(myfun,0,40)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 Md为常数，在一个运转周期

14、内做的功等于该周期内运动机构运动所需要的功。2*Md=8*(1/2m1v2)+m1g1+2m2g2+8*(1/2m2v2)Md 安装在曲柄轴上的转动惯量为：Jf=(Emax-Emin)/(*22)而 Emax-Emin J 要求的速度不均匀系数=0.1,2=2.0457rad/s。Jf=kgm2 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=9Ns 六、机构运动循环图 七、减速机构的设计 min/1440r 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

15、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1=2=3=4=5=6=1。皮带轮的传动比 i12=3；齿轮减速的一级传动比 i34=4，二级传动比 i34=6.14。总传动比 i=i12*i34*i34 执行机构（曲柄）的转速 n=(1/i)*1400r/min=19.54r/min,曲柄的角速度w=2.0457rad/s。八、设计总结 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）20062、机械原理课程设计 科学出版社，王淑仁主编 2006 3、机械原理课程设计手册 高等教育出版社，邹慧君主编 2007 4、其它机械原理课程设计书籍和有关机械方案设计手册