步进输送机课程设计651.pdf

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1、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：设计者：程满 指导教师：范奎 2011 年 5 月 26 日 湖北民族学院 目录 一、设计题目2 二设计简介3 工作原理3 原始数据及设计要求4 设计任务5 三、运动方案的拟定5 步进输送机构5 下料机构插断机构7 运动方案的选定8 四、机构运动简图8 五、运动分析11 输送机构的运动分析11 插断机构下料机构的运动分析20 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 一、设计题目：步进输送机 二、设计简介 工作原理 步进

2、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

3、间上相匹配;图 1 步进输送机示意图 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 H840mm,允许误差;（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当量值,输送滑架质量为 240kg,当量摩擦系数也为;（3）滑架工作行程平均速度为 s,要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数 K;（4）最大摆动件线质量为 20kg/m,质心在杆长中点,绕质心线转动惯量为 2kgm2/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2kgm2;（5）允许速度不均匀速度为;（6）滑架导路水平线与安装平

4、面高度允许在 1100mm 以下;（7）电动机规格自选;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 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

5、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 1-1 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90o,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;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 图 2-2 运动方案的选定 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作为此次课程设计所要求的

7、运动方案;四、机构运动简图 运动简图 1.初始状态 2.工件输送阶段 3.工件到达工位点 4.输送架回程及下料阶段 五、运动分析 输送机构的运动分析 图要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm,滑架工作行程的平均速度为s,输送速度尽可能均匀,行程速比系数K;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=180K-1/K+1=60,即O2O4A=30;由输送架工作行程平均速度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=s=回程时间 t2=t1/2=,有 Wt=知 W=s;转速 n=

8、60W/2=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+860cos30/2 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-arcsin860-860cos30/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,=;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=200mmO4B=860mmO2O4=500mmO2A=250mm;

9、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A3=A2 而A2=22O Al=s 求4AV的速度：A4=A3+A4A3 方向：BO4AO2BO4 大小：22O Al 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 B

10、O4,大小未知;在图上任取一点 P,作A3的方向线pO3,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=s A4A3=0 求 BO4的角速度4：4=VA4/4AOl=s VB=4BO4=s 求 C 点的速度c：c=B+CB 方向：X-XBO4BC 大小：4lO4B 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

11、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=s,CB=0;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 include/包含头文件/include include constdoublePI=;/圆周率/全局变量/doubleL10;/存

12、储杆长/doubleX10,Y10;/存储各点x,y坐标/doubleV10,U10;/存储各点x,y方向速度分量/doubleA10,B10;/存储各点x,y方向加速度分量/doubleF10,W10,E10;/存储各杆转 角,角速度,角加速度/doubleS10,C10;/中间计算变量/计算主程序/voidmain intii,Index,iFlag；doublep1,F9,Res3,N1;p1=PI/180;L1=250;2=0;L3=860;L4=0;N1=;/初始参数/X1=0;Y1=500;X4=0;Y4=0;printfL1=60,L2=0,L3=200,L4=0,W1=30 E

13、1=0n;printfF1Deg,F3Deg,W4/s,SmmVm/s Am/S2n;W1=N1PI/30;forii=0;ii=12;ii+F1=ii30p1;F9=0;Mcrank1,1,1,2,F9;iFlag=Mrpr2,3,4,2,2,4,3,1,Res;ifiFlag=1 printf%,%,%,%,%,%10.2f,%n,F1/p1,F3/p1,W3,E3,Res0,Res1/10 00,Res2/1000;else printfBecauseofwrongdata,theCaculation failedn;计算结果：L1=250mmL2=0L3=900mmL4=0W1=sE1

14、=0 F1Deg F4Deg W4rad/s Smm Vm/s am/S2 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 L1 表示曲柄的长度,L3 表示导杆的长度,W1 表示曲柄的转速,F1 表示曲柄转过的角度,F4 表示导杆的转角,W4 表示导杆的角速度,S 表示滑块在导杆上的位移,V 表示滑块沿导杆的滑动,A 表示滑块的沿导杆的加速度;5.用 solidworks 仿真绘制速度、加速度、位移曲线;推爪滑块的速度曲线 推爪滑块的加速度曲线 推爪滑块的位移曲线 插断机构下料机构的运动分析 1.凸轮的设计 凸轮的远休止角=40,近休止角=240,

15、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;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：3.凸轮的压力角计算 摆动滚子从动件凸轮机构压力角的计算公式：tan=acos+0-l1-d/d/asin+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;=h103/3-154/4-65/5是表示摆杆的摆角,其中是推程运动角,是凸轮的转角;用 ma

16、tlab 可以算出凸轮机构的最大压力角max=,满足摆动从动件许用压力角=3050 先建立 m 函数 Functionf=myfunx f=cosd+10 x3/403-15x4/403+6x5/40330 x2/403-60 x3/403+30 x4/405/sind+10 x3/403-15x4/403+6x5/403;再在 matlab 程序中输入 x=fminbndmyfun,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;飞轮的转动惯量的计算 等效驱动力矩 Md为常数,在一个运转周期内做的功等于该周期内运动机构运动所需要的功;2Md=81/2

17、m1v2+m1g1+2m2g2+81/2m2v2 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=,2=s;Jf=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;工件停止在工位上的前冲量 冲量 Ft=mv=60=9 六、机构运动循环图 七、减速机构的设计 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 i

18、34=4,二级传动比 i34=;总传动比 i=i12i34i34=执行机构曲柄的转速 n=1/i1400r/min=min,曲柄的角速度 w=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 2006 2、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