步进输送机设计说明书.docx

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1、III步进输送机设计摘要步进输送机是在一定的线路上间断输送物料的运输机械，在工业自动化生产线上应用极为广泛。可以进行生产线上产品的步进输送，步进输送有一段停顿时间，可以对产品进行加工处理。步进输送运动平稳，并能适应一定重量的工件输送，是一种被广泛应用于生产的输送设备。此次所设计的步进输送机是通过四连杆机构带动滑架进行来回的往复运动，滑架的两侧有间距相等的两排 L 型挡块，输送物品时由挡块进行推动，四连杆的往复摆动促使L 型挡块回来的时候会从工件底部滑过，从而达到步进输送的目的。此次课题的设计内容主要包括了电动机选择、减速器的设计、开式齿轮的设计以及四连杆机构的设计。本次我是要通过机械原理、机械

2、设计、机械制图等等一系列学习过的理论基础，加上一些对其他类似的输送机的结构了解，并且通过查找更多的相关资料进行方案的设计，并通过计算机制图，直观的描绘出步进输送机的结构及工作原理。选择步进输送机这种生产机械的设计作为毕业设计的选题，能培养了我的机械设计中的总体设计能力，将大学中所学的有关机械原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，与实际的联系更为紧密，以及独立解决工程实际问题的能力。它还增强了我的机械构思设计和创新设计能力。关键词： 步进输送，四连杆机构，减速器。AbstractStep conveyor transport

3、 machinery intermittent transport of materials in certain lines， production line applications in industrial automation is extremely broad. Can production line stepper delivery stepping conveying a pause time, to process the product. Step conveyor movement is smooth, and able to adapt to a certain we

4、ight of the work piece conveying, is a widely used in the production of transportation equipment.The design step conveyor through the four-bar linkage driven carriage back and forth reciprocating motion, the two rows of equally spaced L-shaped block on both sides of the carriage, conveying goods fro

5、m the block to promote. The four-link swing back and forth to promote the L-shaped block back from the work piece bottom of the slip, so as to achieve the purpose of stepping transportation. The design of the subject including the motor selection, gear design, the design of open gears and four-bar l

6、inkage design.The mechanical principles, mechanical design, mechanical drawing a series of learning the theoretical basis, together withsomeothersimilarconveyorstructuretounderstand,andbylookingformore information on program design,and through computer graphics, intuitive depiction of the structure

7、and working principle of stepper conveyor.Step conveyor of this production machinery design as a graduate design topics, to cultivate the ability of the mechanical design of the overall design, the design of mechanical principles, the University movement and dynamics analysis, mechanicalthe contents

8、 of the component design theory, methods, structure and process design combines integrated design practice, training, closer to the actual contact, as well as the ability to solve practical engineering problems independently. It also enhances the mechanical conceptual design and innovative design ca

9、pabilities.Keywords: Stepping transportation, Four-bar linkage, Reducer目录1 绪论11.1 输送机的历史11.2 输送机的分类11.3 发展趋势22 总体方案设计32.1 课题的设计要求与主要技术参数32.2 研究方案33 执行装置的设计53.1 总摩擦力的计算53.2 输送总长的计算53.3 机架的设计53.4 平面四连杆机构的设计74 传动装置的设计184.1 电动机的选择184.2 传动比的确定184.3 各轴的转速计算194.4 各轴的输入功率194.5 各轴的输入转矩194.6 蜗轮蜗杆减速器的设计204.7 蜗

10、杆轴的设计254.8 蜗轮轴的设计294.9 箱体的设计334.10 传动机构的设计344.11 高速轴的设计394.12 低速轴的设计445 三维建模486 结论51参考文献52致谢532步进输送机设计1 绪论1.1 输送机的历史步进输送机是输送机的其中一种，输送机可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。早在中国的古代，人们为了方便劳作就发明出了提水的翻车，可以说这是现代输送机的雏形1。输送机的原理应用，在十七世纪时也有记载，人们利用空中索道来运送散状的物料。输送机的类似原理应用一直持续到了 19 世纪。19 世纪中叶，各种现代结构

11、的输送机相继出现。1868 年，在英国出现了带式输送机；随着工业的发展，动力设备出现，它们代替了原始动力为输送机提供驱动力，各种结构的输送机相继出现了2。输送机在十九世纪八十年代后期得到了快速发展，各种输送机在这段时间里相继出现。1887 年美国人制造出了螺旋输送机，1905 年瑞士人生产处了钢带式输送机。此后不到一年，英国人和德国人又推出了惯性输送机。输送机随着工业的发展而进步，进入二十世纪以后，机械制造、钢铁冶金等行业的技术不断提高，输送机产品也得到了逐步的完善，企业内部、企业之间乃至城际输送成为可能，输送机本身也在工业生产中扮演着越来越重要的角色，成为工业生产不可或缺的一部分。国外输送机

12、技术的发展很快，其主要表现在两个方面：一方面是输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角的输送机、管状带式输送机、空间转弯式输送机等各种机型；另一方面是输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高速等大型输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了输送机动态分析与监控技术，提高了输送机的运行性能和可靠性。例如北非撒哈拉大沙漠的磷矿石运输采用 10 台钢丝绳芯胶带输送机组成输送线，远距达 100km；美国的河湖输送线长达169km；西德的莱茵褐煤矿山公司费尔图纳露天煤矿使用的是目前世界上带宽最宽，运输能力最大的胶带输送机，其带宽达 6.4m，每小时输送能力达 1.6

13、万吨。而我国生产的输送机的水平也有很大的提高，如大倾角的长距离带式输送机成套设备，高产、高效工作面平巷可伸缩带式输送机均填补了一些国内的空白，并对输送机的一些关键技术及其主要部件进行了理论研究和产品开发，研究成功了许多种软起动和制动装置以及以 PLC 为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。我国正在通过不断的努力，缩小着与国外先进水平的差距。1.2 输送机的分类输送机一般按有无牵引件来进行分类，具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或

14、吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等3。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道

15、等。没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。步进输送机与其他输送机相比，不仅具有输送方便、省力、高效等其他输送机都有的特点之外，最显著特点是当物件在运输的过程中可以有规律的间歇的停止一段时间， 这段时间内工人可以对物件进行加工、清洗等等简单的工序，是一种如今较为广泛运用的加工机

16、械。1.3 发展趋势（1） 会继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。（2） 扩大使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。（3） 输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。（4） 降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将 1 吨物料输送 1 公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。（5） 减少各

17、种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。步进输送机设计32 总体方案设计2.1 课题的设计要求与主要技术参数（1） 输送工件形状和尺寸如图所示，工件宽为 400mm，长为 300mm，总高 100mm， 工件质量为 80kg，输送步长 H=850mm,允许误差0.2mm。图 2-1 输送工件外形图（2） 辊道上允许输送工件最多为 8 件。工件底面与辊道间的摩擦系数为 0.15（当量值），输送滑架质量为 240kg，当量摩擦系数可取为 0.15。（3） 滑架工作往复次数为30 次/分,要求保证输送速度尽可能均匀，行程速度变化系数 K1.2。2.2 研究方案我设计的是步进输送机，是一种能间

18、歇地输送工件并使其间距始终保持稳定步长的传送机械，可以进行生产线上产品的步进输送，其运动平稳，并能适应一定重量的工件输送，是一种被广泛应用于生产的输送设备。设计方案图如下图 2-2 机器结构简图如图步进输送机主要包括电动机、减速器、齿轮传动、平面连杆机构、滑架、挡块以及辊道。本机器设计的目的是为了输送工件。从结构简图可以看出本次课题主要计算5步进输送机设计是四连杆、减速器以及一对开式外啮合齿轮。工作原理如下：步进式输送机的原理分解电动机转动，通过减速器带动平面连杆机构运动连杆机构带动滑架右运动，挡块推动工件左端移动工件滑架返回，挡块滑过工件底面，回到起始点从而实现对工件的步进输送。图 2-3

19、工作原理图3 执行装置的设计3.1 总摩擦力的计算G = mg = 80kg 9.8N / kg = 784NF = f G = 0.15 784N = 117.6N（3-1）因为最多能运输 8 件货物，所以F= 117.6 8 = 940.8N货摩滑架的质量是 240kg，所以G= mg = 240kg 9.8N / kg = 2352 N滑架F= 0.15 2352N = 352.8N（3-2）滑架摩擦F总摩擦= F+ F货摩滑架摩擦= 940.8N + 352.8N = 1293.6N（3-3）3.2 输送总长的计算(850mm 0.2mm) 7 + 300 = 6250mm 1.4mm

20、（3-4）输送总长需要大于等于6250mm 1.4mm滑架上共有 8 个滑块，间距 850 mm，为了保证滑块在推动工件前保持推程状态，行程应比输送步长大 20 mm 左右，即滑架在起始位置时滑块离第一个工件左端 20 mm，所以滑架行程为 870 mm。3.3 机架的设计横向机架：长 1772mm，宽 70mm，高 80mm。竖直机架：长 960mm，宽 70mm，高 80mm。机器总宽：808mm输送架：长 6094mm，间隔 330mm。滑块间隔：376mm。步进输送机设计6图 3-1 支撑架图 3-2 滑块图 3-3 滑架连接轴图 3-4 辊道步进输送机设计73.4 平面四连杆机构的设

21、计平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示，机构中固定不动的构件 AD 称为机架，与机架相连的构件 AB 和 CD 称为连架杆。如果连架杆能绕轴线作360 o 的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于 360)内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件 BC 称为连杆。铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。(1) 曲柄摇杆机构4定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转

22、运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。(2) 双曲柄机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构5。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。(3) 双摇杆机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆

23、摆动时，通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构，当CD 摇杆摆动时，连杆BC 上悬挂重物的点 M 近似水平直线移动。根据课题，我需要的是曲柄摇杆机构。3.4.1 选定摆杆摆角初选摆角应该在 4050之间，所以取 506，滑架行程为 870 mm，如图所示， 可由正弦定理算出摆杆长度步进输送机设计8图 3-5 求摆杆长简图870mmXsin 50 = sin 65已知行程速度变化系数 K1.2，所以X 1030mm（3-5）q = 180 K - 1 = 180 1.2 -1 16K + 11.2 + 1（3-6）3.4.2 根据作图法求出各杆长度DE 长 1030mm，CD

24、=（0.60.7）DE，EF=（0.20.3）DE CD=0.61030mm=618mm，EF=0.31030mm=309mm根据作图法算出：图 3-6 作图法求四连杆杆长步进输送机设计9BC=732mm，AB=240mm，AD=750mm。minmin校核最小传动角：在机构运动过程中，传动角的大小是不停变换的，为了保证机构的传动性能要求设计是应使g 40，传递力矩较大时，应使l 50。g = arccos BC 2 + CD 2 - ( AD- AB )22 BC CD= 7322 + 6182 - (750 - 240)22 732 618 43 40（3-7）所以满足最小传动角的要求。自

25、由度F = 3N - 2P- PLH= 3 5 - 2 7 = 1自由度为 1，有唯一确定的运动。3.4.3 求曲柄摇杆各支点速度与加速度已知往复次数为 30 次/分，所以v= LbABw 2p = 0.24m 30 2p 0.75（4160m / s)(3-8)方向垂直于 AB，与w 1转向一致7。ccbcbv 因为 C 和 B 同为杆件 BC 上，所以v= v+ v，可以用图解法画出，图 3-7 速度图解法速度比例尺可以定为u= vb= 0.754m / s = 0.00377(m / s) / mmmmv200pb则（3-9）pcv= ucv = 0.00377 204mm = 0.76

26、9m / s（3-10）因为 E 和 C 都在杆件 DE 上所以角速度相同，则步进输送机设计所以由图得v=Lv= 0.618m 0.769m / s = 0.475m / seCDcv= v+ vfeef10（3-11）（3-12）pfv= u fv= 0.00377 92mm = 0.347m / s（3-13）w= vCB= uv bc= 0.00377 44mm = 0.227m / s2LLCBCB0.732w= vCD= uv pc= 0.00377 204mm = 1.244m / s3LLCDCD0.618w= vEF= uv fe= 0.00377 24mm = 0.293m

27、/ s加速度4LLEFEF0.30930（3-14）方向 B 指向 A。a= Lw 2BAB1= 0.24m ()2 = 0.06m / s 260（3-15）a= a+ a = a+ a+ aCCDCDBCBCB(3-16)方向C 到 D 大小CD？表 3-1 ac 参数B 到 AC 到 BCB？Lw 2CD3Lw 2CB2可以用图解法画出：由图可定加速度比例尺图 3-8 图解法求加速度步进输送机设计u= aB11=0.06m / s 20.0003(m / s 2 ) / mm由图可知，apb200mm(3-17)a= u pc = 0.0003 108mm = 0.0324m / s 2

28、ca（3-18）因为 E 和 C 都在杆件 DE 上，所以a= LDE aeLc1030=0.03240.054m / s 2618(3-19)a= afeCD+ a+aFEFE方向大小水平向右？FELw 2FE？EF4表 3-2 af 参数当四连杆摆动到中间位置时加速度最大，则a= ufa pf = 0.0003 88mm = 0.0264m / s 2a= aCB= n2 cua116 0.0003= 0.0475m / s 22LLCBCB0.732a= aCD= n3cua36 0.0003= 0.0175m / s 23LLCDCD0.618a= aEF= n4 eua88 0.00

29、03= 0.0854m / s 24LLEFEF0.309(3-20)3.4.4 计算各杆的质量和转动惯量因为各杆都是拉压杆，要求力学的综合性能较高，所以选用45 号钢，查表等 45 号钢的密度为r = 7.8 103 kg / m3 8，各杆除了杆 BC 外，惯性力都可作用在机架上，在力分析时可以忽略不计。杆件长度（m）表 3-3面（ m 2）各杆基本参数积质量（kg）转动惯量（ kg m 2 ）L0.3090.0610.120.0805EF0.07L1.030.0744.993.9775ED0.08步进输送机设计12续表 3-3杆件长度（m）面积（m 2）质量（kg）转 动 惯 量（ kg

30、 m 2 ）LBC0.7320.06 0.0723.981.0707LAB0.240.060.077.860.0377杆件 BC 上的惯性力和惯性力矩：F= m aBCBCs= m u ps = 23.98 0.0003 100 = 0.7194NBCaM= J aBCBC2= 1.0707 0.0475 = 0.0509N m惯性力作用位置为h = M BCF= 0.0509 = 0.0707m0.7194BC3.4.5 各杆件的受力分析杆 EF，如图：Fr 与 EF 杆夹角为 30 如图可以得出图 3-9 EF 杆受力分析图对 F 点取矩得：Rt + RnEE+ G + RtF+ RnF+

31、 Fr = 0(3-21)Gh + RtE EF = 010.12 9.8 133.8 + RtEE 309 = 0对 E 点取矩得：Rt = -42.94N(3-22)步进输送机设计FrHr = Gh + RnF13 EF1293.6 154.6mm = 10.12 9.8 133.8 + RtF 309Rt = 604.27NF(3-23)由矢量图可测得：图 3-10 力的矢量图R= 400N，所以R nEE=R 2E- Rt 2E= 397.69N杆 ED 和 BC 视为一个整体进行分析。如图：对 B 点取矩得：图 3-11 ED 杆和 BC 杆受力图R hDBD+ F hBCFB= G

32、 hEDGBED+ G hBCGBBC+ Rn hER BE+ RtEheRtBR 444.31 + 0.7194 436.7D= 440.902 661.96 + 235.004 353.53 + 397.69 882.52 + 42.94 560.74RD = 1687.28N再将杆件 ED 单独拿出进行分析步进输送机设计14图 3-12 ED 杆受力分析图 F= 0 RnX E+ RtC+ Gt = RtD 397.69 + RtC+ 186.33 = 713.08 RtC= 129.06N F= 0 RtY E+ RnC+ Gn = RnD 42.94 + RnC+ 399.59 =

33、1529.2 RnC= 1086.67N则R= 1094.3N，用力的合成法可知RCC和BC杆的夹角为6且因为ED杆和BC杆夹角为50，所以RC与BC杆的夹角为56图 3-13 BC 杆受力分析图 F= 0 RtX C+ F+ RtBCB= Gt 907.22 + 0.7194 + RtB= 226.996 RtB= -680.94N F= 0 RnY C= Gn + Rn B杆 AB 分析611.92 = 60.82 + RnB RnB= 551.1N步进输送机设计15图 3-14 AB 杆受力分析图 F= 0 RtX B+ RtA= GtAB 680.49 + RtA= 74.4 RtA=

34、 -606.09N F= 0 RnY B= RnA+ GnAB 551.1 = RnA+ 19.94 RnA= 531.16N所以功率为P =Tn= 680.94 0.24 30 = 0.513KW95509550(3-24)3.4.6 各杆的校核表 3-4 杆件材料的质量系数材料sMPa BsMPas%SSr (kg / m3 ）EGPa45600（1）截面尺寸校核：350167800206根据上面各轴之间力的计算可以知道各杆所受的外力，根据强度条件可以确定所需要的横截面面积9。s = s sA N max s(3-25)其中许用应力S ，式中安全系数 S=1.3，所以s = s s= 35

35、0= 269MPa杆 BC：sNA maxS= 907.222691.3(3-26)= 3.3mm 225步进输送机设计所以故之前选的横截面面积合理杆 EF：NsA max= 1293.6269= 4.8mm 2所以故之前选的横截面面积合理杆 DE：NsA max= 1687.28269= 6.27mm 2所以故之前选的横截面面积合理杆 AB：NsA max= 680.49269= 2.52mm 2所以故之前选的横截面面积合理（2） 剪切强度的计算根据受力情况来看，销轴上主要受剪切力的作用。在工程力学计算中，通常都假设剪切面上的剪应力都是均匀分布的。剪切面上的剪应力不得超过连接件上的许用剪应力

36、s ，即要求杆 EF：Ft =SA tt，tMPa400= s =4= 100MPa(3-27)Ft =S=400= 0.32MPa t 杆 DE：A3.14 202Ft =S=400= 0.32MPa t 杆 BC：A3.14 202Ft =S=1094.3= 0.87MPa t 杆 AB：A3.14 202Ft =S=876= 0.69MPa t 所以符合要求。A3.14 202（3） 稳定性的校核当作用在细长杆上的轴向力达到或超过一定的限度的时候，杆件可能会突然产生弯曲，即失稳现象。因此，对于轴向受压杆件，应该考虑他的稳定问题。杆 EF：p 2 E F=bh312cr(u1l)20.06

37、 0.073(3-28)3.142 2.06 1011 =(1 0.309)212= 3648KN45 钢的屈服应力为 350MPa，所以杆的压缩屈服所需的轴向压力为，F= 0.06 0.07 350 106 = 1470KNS一般中等冲击条件，所以nst = 4FF = ncrst所以稳定性满足。= 36484= 912 1470(3-29)杆 DE： F = 820.75 1960 ; 杆 BC： F = 1425 1470 ; 杆 AB： F = 1411 1470所以都满足要求4 传动装置的设计4.1 电动机的选择联轴器的效率：h1= 0.99每对轴承的效率：h2= 0.98蜗杆传动效

38、率：h3= 0.754传动装置的效率为10：圆柱齿轮的传动效率：h所以传动装置的总效率为= 0.98h= h总12 h 2 h h234(4-1)所以电动机功率为= 0.992 0.984 0.75 0.98 = 0.664P = 0.513 = 0.773KW 0.664电机的种类有许多种，我想选用三相异步电机。三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜（即异步转柜），使电动机旋转。我准备选择 Y2 系列电动机，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。具有设计新颖、造型美观、噪声低、效率高、转矩高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等特点。整机采用 F 级绝缘