步進輸送機課程設計

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1、 機械原理課程設計 設計計算說明書 設計題目：步進輸送機 學 院:理 學 院 專 業(yè):機械電子工程 班 級： 12 學 號：020841206 設計者：程滿 指導教師：范奎 2011 湖北民族學院 年5月26日 目錄 一、設計題目 2 二設計簡介 3 2.1工作原理 3 2.2原始數(shù)據(jù)及設計要求 4 2.3設計任務 5 三、 運動方案的擬定 5 3.1 步進輸送機構(gòu) 5 3.2下料機構(gòu)（插斷機構(gòu)） 7 3.3運動方案的選定 8 四、 機構(gòu)運動簡圖 8 五、 運動分析 11 5.1輸送機構(gòu)的運動分析 11 5.2插斷

2、機構(gòu)（下料機構(gòu)）的運動分析 20 5.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算 23 六、 機構(gòu)運動循環(huán)圖 24 七、 減速機構(gòu)的設計 24 八、 設計總結(jié) 25 九、 參考文獻 25 設計題目：步進輸送機 二、設計簡介 2.1工作原理 步進輸送機是一種能間歇地輸送工件，并使其間距始終保持穩(wěn)定 步長的傳送機械。圖1為運動示意圖，工件經(jīng)過隔斷板從料輪滑落到 輥道上，隔斷板作間歇往復直線運動，工件按一定的時間間隔向下滑 落。輸送滑架作往復直線運動，工作行程時，滑架上位于最左側(cè)的推 爪推動始點位置工件向前移動一個步長， 當滑架返回時，始點位置又 從料輪接受了一個新工件。由于推

3、爪下裝有壓力彈簧，推爪返回時得 以從工件底面滑過，工件保持不動。當滑架再次向前推進時，該推爪 早已復位并推動新工件前移，與此同時，該推爪前方的推爪也推動前 工位的工件一齊向前再移動一個步長。如此周而復始，實現(xiàn)工件的步 進式傳輸。顯而易見，隔斷板的插斷運動必須與工件的移動協(xié)調(diào)，在 時間和空間上相匹配。 840±0. 20 O O 圖1 步進輸送機示意圖 2.2原始數(shù)據(jù)及設計要求 (1) 輸送工件形狀和尺寸如圖 1, 工件質(zhì)量60kg，輸送步長H= 840mm允許誤差士 0.2mm (2) 輥道上允許輸送工件最多8件。工件底面與輥道間的摩擦系數(shù) 0.15 (當量值)，輸送

4、滑架質(zhì)量為 240kg，當量摩擦系數(shù)也為 0.15。 (3) 滑架工作行程平均速度為 0.42m/s，要求保證輸送速度盡可能 均勻,行程速比系數(shù)K> 1.7。 (4) 最大擺動件線質(zhì)量為20 kg/m，質(zhì)心在桿長中點，繞質(zhì)心線轉(zhuǎn)動慣量為2 kg?mVm，其余構(gòu)件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。發(fā) 動機到曲柄軸的傳動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量(視曲柄為等效轉(zhuǎn)動 構(gòu)件)近似取為2 kg ?mf。 (5) 允許速度不均勻速度為[5 ] = 0.1 o (6) 滑架導路水平線與安裝平面高度允許在 1100mm以下。 (7) 電動機規(guī)格自選。 2.3設計任務 (1) 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；

5、 (2) 進行插斷機構(gòu)、步進輸送機構(gòu)的選型； (3) 機械運動方案的評定和選擇； (4) 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案， 分配傳動比，并在報告上畫出傳動方案圖； (5) 進行工件停止在工位上的慣性前沖量計算； (6) 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算； (7) 畫出機械運動方案簡圖； (8) 編寫設計計算說明書。 三、運動方案的擬定 3.1步進輸送機構(gòu) 步進輸送機的主傳動機構(gòu)的原動 件是曲柄；從動件為推爪(滑塊),行程 中有急回特性；機構(gòu)應有較好的動力 特性及在工作進程中速度要求較小且 均勻。要滿足這些要求，用單一的四桿機構(gòu)是難以實現(xiàn)

6、的。下面介紹 擬定的幾種方案。 圖1-1 1. 如上圖1-1所示，牛頭刨床的主傳動 機構(gòu)采用導桿機構(gòu)、連 桿滑塊機構(gòu)組成的6桿機構(gòu)。采用導桿機構(gòu)，滑塊3與導桿之間的傳 動角 始終為90°,且適當確定構(gòu)件尺寸，可以保證機構(gòu)工作行程速度 較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當確定 推爪的導路位置，可以使壓力角 盡量小。 2、 如圖1-2所示，步進輸送機的主傳動機構(gòu)采用凸輪機構(gòu)和搖 桿滑塊機構(gòu)。適當選擇凸輪運動規(guī)律，設計出凸輪廓線，可以實現(xiàn)刨 頭的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性；在推爪往 復運動的過程中，避免加減速度的突變發(fā)生（采用正弦加速度運動規(guī) 律）。

7、3、如圖1-3所示，步進輸送機主傳動機構(gòu)采用曲柄導桿機構(gòu)機 構(gòu)。導桿做往復擺動其速度有點波動，并且也具有急回特性。 圖1-2 圖1-3 4、如圖1-4所示，步進輸送機的主傳動機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu) 和搖桿滑塊機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)可以滿足工作進給時推爪的速度較 低,在運動過程中曲柄搖桿機構(gòu)的從動件搖桿 3的壓力角 是變化的 3.2下料機構(gòu)（插斷機構(gòu)） 一種方案是采用齒輪與齒條的配合（圖 2-1 ） （圖 2-1 ） 而另一種方案是采用從動件盤形凸輪與搖桿機構(gòu)的組合圖 （2-2）,利 用彈簧的彈力使?jié)L子從動件始終緊靠在凸輪上

8、 3.3運動方案的選定 1和插斷機構(gòu)的方案2 經(jīng)過小組討論最終確定選輸送機構(gòu)的方案 作為此次課程設計所要求的運動方案。 四、機構(gòu)運動簡圖 運動簡圖 3 1.初始狀態(tài) 0 2.工件輸送階段 3.工件到達工位點  五、運動

9、分析 5.1輸送機構(gòu)的運動分析 圖 1. 要求條件：輸送滑架輸送步長S=840mm+20mm=860mm架工作行 程的平均速度為0.42m/s,輸送速度盡可能均勻，行程速比系數(shù)K > 1.7。 2. 制定參數(shù)：令K=2,推爪(滑塊)的導路X-X在導桿運動弧長的平 分線上。 極為夾角 B =180°X (K-1)/(K+1)=60 °，即/ QC4A=3O°。 由輸送架工作行程平均速度0.42m/s,且輸送步長S=860mn可得導桿 Q4B 的長度 QB=860mm 工作進程的時間 t i=0.86m/0.42m/s=2.0476s 回程時間 t2= t i/2=1.

10、0238s , 有 Wt= 0 知 W=2.0457 rad/s。 轉(zhuǎn)速 n二60W/(2*3.14)=19.5r/min 。 由/ OC4A=30° 知 QA=OC4/2, 又X-X在導路所在弧長的平分線上，取 H約為(860+860*cos30 ° )/2 即令 H=802m。 又要求工作過程中傳動平穩(wěn)，速度均勻，即 BC桿的傳動角丫越大越 好。 最大的傳動角丫 =90° -arcsin[(860-860*cos30 ° )/BC]。為保證機構(gòu) 的傳力效果，應使傳動角的最小值丫 min大于或等于其許用值[丫 ],即 丫 min> [ Y ]。一般機械中，推薦[Y ]=40 °

11、-50 °。 取 BC=200mm,Y =74.38 °。 推爪形狀如下圖： 尺寸如上圖所示，單位：cm 由上述結(jié)論，確定輸送架運動的6桿機構(gòu)的長度分別為: BC=200mm (B=860mm OC4=500mm QA=250mm。 3. 用相對運動圖解法做平面機構(gòu)的運動分析 將曲柄端點的運動軌跡的圓周12等份，初始位置為1如上圖例如計算滑塊處于位置8時機構(gòu)的速度、加速度。 1、求C點的速度： ⑴確定構(gòu)件3上A點的速度： 構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動副A相聯(lián)，所以U A3= U A2 而 u A2= 2lO2A=0.51m/s ⑵求Va4的速度： U A4 =

12、= U A3 + U A4A3 方向： 丄BQ 丄AQ // BQ 大小： ? 2lQ2A ? 用圖解法求解如圖1: 式中U A3、U A4表示構(gòu)件3和構(gòu)件4上A點的絕對速度，U A4A3表示構(gòu)件 4上A點相對于構(gòu)件3上A點的速度，其方向平行于線段 BO,大小 未知；構(gòu)件4上A點的速度方向垂直于線段 BQ,大小未知。在圖上 任取一點P,作U A3的方向線P03，方向垂直于AQ,指向與3 2的方 向一致，長度等于u A3/卩v,（其中八為速度比例尺）。過點p作直線 垂直于 BO代表u A4的方向線，再過 Q作直線平行于線段BO代表 u A4A3的方向線這兩條

13、直線的交點為 Q,則矢量pQ和QQ分別代u A4 禾口 u A4A3。 易知PQ、PQ同向，由速度多邊形PQO得： u A4=0.51m/s u A4A3=0 ⑶求BQ的角速度 4 : 4 二VA4/IaQ =0.68rad/s Vb= 4 BQ=0.59m/s ⑷求C點的速度u c： u c = u B + u CB 方向： // X-X 丄BQ 丄BC 大?。? ? 3 4| Q4B ? 速度圖見圖2: 式中u c、u B表示點的絕對速度。u CB表示點C相對點B的相對速度 其方向垂直于構(gòu)件CB大小未知，點C的速度方向平行于X-X

14、,大小 未知，圖上任取一點p作代表U B的矢量pb其方向垂直于BQ指向于2 轉(zhuǎn)向相反，長度等于Vb/ v （ v為速度比例尺）。過點p作直線平行 于X-X,代表u c的方向線，再點b作直線垂直于BC代表u cb的方向 線，這兩方向線的交點為 C則矢量pc和be便代表 u c、u cb 則 C點的速度為：u e=0.58m/s , u cb=O。 加速度也可按相對圖解法計算。 4.編制程序計算各點的速度，加速度，位置。 1）主程序源代碼如下 #i nclude "stdio.h" /* 包含頭文件*/ #i nclude "stdlib.h" #i nclude "mat

15、h.h" const double Pl=3.14159; /* 圓周率*/ /*全局變量*/ double L[10]; /* 存儲桿長*/ double X[10], Y[10]; /* 存儲各點x, y坐標*/ double V[10],U[10]; /* 存儲各點 x, y方向速度分量*/ double A[10],B[10]; /* 存儲各點x ,y方向加速度分量*/ double F[10],W[10],E[10]; /* 存儲各桿轉(zhuǎn) 角，角速度，角加速度*/ double S[10],C[10]; /* 中間計算變量 */ /

16、*計算主程序*/ void mai n() { int ii,I ndex,iFlag ; double p1,F9,Res[3],N1; p1= PI/180; L[1]=250; [2]=0; L[3]=860; L[4]=0; N1 = 117.2; /* 初始參數(shù)*/ X[1]=0； Y [1]=500; X4]=0; Y [4]=0; printf("L(1)=60 丄(2)=0 丄(3)=200 , L(4)=0 , W(1)=30 E(1)=0\n"); printf("F(1) Deg , F(3)Deg , W(4)/s , S mm V m/s A

17、m/SA2\n"); W[1]=N1*PI/30; for(ii=0;ii<=12;ii++) { F[1]=ii*30*p1; F9=0; Mera nk(1,1,1,2,F9); iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,Res) if(iFlag==1) prin tf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10. 2f,%10.2f\n", F[1]/p1,F[3]/p1,W[3],E[3],Res[0],Res[1]/10 00,Res[2]/1000); else printf("Beeause of wr

18、ong data, the Caeulation failed!' n"); } } 計算結(jié)果： L(1)=250mm L(2)=0 L(3)=900mm L(4)=0 W(1)=2.0457rad/s E(1)=0 F(1) Deg F(4) Deg W(4)rad/s S mm V m/s a m/ SA2 0 63.43 0.41 559.02 0.46 -0.38 30 70.89 0.59 661.44 0.34 -0.57 60 80.10 0.66 727.33 0.00 -0.70 90 90.00 0.68

19、750.00 0.00 -0.70 120 99.90 0.66 727.33 -0.18 -0.67 150 109.11 0.59 661.44 -0.34 -0.57 180 116.56 0.41 559.02 -0.46 -0.38 210 120.00 0.00 433.01 -0.51 -0.00 240 113.79 -0.98 309.83 -0.41 0.92 270 90.00 -2.05 250.00 -0.00 2.10 300 66.21 -0.98 309.83 0.41 0.

20、92 330 60.00 -0.00 433.01 0.51 0.00 360 63.43 0.41 559.02 0.46 -0.38 L(1)表示曲柄的長度， L(3)表示導桿的長度， W(1)表示曲柄的轉(zhuǎn)速， F(1)表示曲柄轉(zhuǎn)過的角度, F(4)表示導桿的轉(zhuǎn)角， W(4)表示導桿的角速度， S表示滑塊在導桿上的位移， V表示滑塊沿導桿的滑動， A表示滑塊的沿導桿的加速度。 5.用solidworks仿真繪制速度、加速度、位移曲線 推爪（滑塊）的速度曲線

21、 推爪（滑塊）的加速度曲線 -I a us JU* 5--=上___?_二-??口總-- 推爪（滑塊）的位移曲線 1: sx--- 5.2插斷機構(gòu)（下料機構(gòu)）的運動分析 1. 凸輪的設計 ,推程運動角①=40°, 回程運動角①

22、=40°。 凸輪輪廓的最大圓半徑（遠休止部分），最小圓半徑（近休止部分） 即基圓半徑ro=12Omm 凸輪的回程、推程輪廓采用五次多項式運動規(guī)律的曲線過渡。 因為五 次運動規(guī)律的曲線既不存在剛性沖擊也不存在柔性沖擊， 運動平穩(wěn)性 好。 2. 擺動滾子從動件的滾子在凸輪上的位移曲線為: i?d.oo_ I 佛一 （Il co_ I藥-呼― 5 - ）5t oa _ i 曲-fi>_ i刖-oo_ 12560— 130.0t>_ m C. TiJ | .IQ r 10 J.D< i I 『巒I T. OD jU?F"g?Tiiml::砒f rum f wd

23、 滾子在凸輪上的速度曲線為: 加速度曲線為: 3. 凸輪的壓力角計算 擺動滾子從動件凸輪機構(gòu)壓力角的計算公式: tan a 二［a*cos（① +Wo）-l（1-d ①/d 0 ）］/［a*sin（ ① +W o）］ a表示機架之間的距離 l表示擺桿的長度，①0表示擺桿的初始的擺角。 ①=h[(10* 0 3/①‘)-(15* 0 4/①)-(6* 0 5/①5)]是表示擺桿的擺角，其 中①是推程運動角，B是凸輪的轉(zhuǎn)角。 用matlab可以算出凸輪機構(gòu)的最大壓力角a ma>=28.12 °，滿足擺動 從動件許用壓力角[a ]=30 °?50° 先建立m函數(shù)

24、 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)+3 0*xA4/(40A5)))/0.500/(s in d(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA 4/(40A3)+6*xA5/(40A3)))); 再在 matlab 程序中輸入 x=fminbnd(@myfun,0,40) 4. 凸輪曲率半徑的校核 運動仿真時有滾子的位移曲線知五次曲線的曲率半徑滿足要求。 5.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量

25、的計算 等效驅(qū)動力矩M為常數(shù)，在一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)做的功等于該周期內(nèi)運動 機構(gòu)運動所需要的功。 2 2 2 n *Md=8*(1/2m iv )+mg 卩 i+2mg 卩 2+8*(1/2m 2v ) M=115.4465Nm 安裝在曲柄軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： Jf — (E max-E min)/ ( S * 3 22) 而 Emax" Emin=61.74 J 要求的速度不均勻系數(shù)[5 ]=0.1, 3 2=2.0457rad/s 。 Jf=147.5308kgm2 若安裝在曲柄上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量過大，也可以把飛輪安裝在電動機于 曲柄軸之間的變速機構(gòu)的軸上。 5.4工件停止在

26、工位上的前沖量 沖量 F*t=mv=60*0.15=9 N - s 六、機構(gòu)運動循環(huán)圖 輪送架 輸送工件 回程 插斷機構(gòu) 近休止 開始下料 遠休止 停止下料 0° 241 3° 280° 320° 360° 七、減速機構(gòu)的設計 1440r / min 減速機構(gòu)采用三級減速。電動機的轉(zhuǎn)速為 1400r/min,減速機機構(gòu)的 一級傳動采用皮帶傳動，二級、三級減速都采用齒輪傳動。 設定每級傳動的傳動效率都為1，即n 1= n 2= n 3= n 4= n 5= n 6=1。 皮帶輪的傳動比i 12=3； 齒輪減速的一級傳動比i 34=4,二級傳動比i 3

27、4=6.14。 總傳動比 i= i 12 *i 34 *i 34=73.68 執(zhí)行機構(gòu)(曲柄)的轉(zhuǎn)速 n=(1/i)*1400r/mi n=19.54r/mi n, 曲柄的角 速度 w=2.0457rad/s。 八、設計總結(jié) 在這次課程設計中，我看到了我們班同學團結(jié)互助的精神， 也看 到了同學們刻苦鉆研的學習精神。課程設計是對我們思維能力的一種 鍛煉，也是理論與實踐結(jié)合的一次過渡，同學們興趣濃厚，并有著創(chuàng) 新的意識。同時通過本次課程設計，在完成設計任務的同時能夠進一 步理解和鞏固所學課程內(nèi)容，并將所學知識綜合運用到實際設計中， 不僅加強了學習更鍛煉了實際操作能力和設計經(jīng)驗。 在設計計算過程 中，通過組內(nèi)的討論和交流，加深了對基礎(chǔ)知識的理解；在老師的細 心指導下，讓我們了解到更多的機械實際設計方面的知識， 開闊了視 野。通過這次課程設計，我才發(fā)現(xiàn)理論知識的重要性，好的設計是建 立在塌實的理論知識之上的。 九、參考文獻 1、 《機械原理》高等教育出版社孫桓等主編（第七版） 2、 《機械原理課程設計》 科學出版社，王淑仁主編 2006 3、 《機械原理課程設計手冊》 高等教育出版社，鄒慧君主編 2006 2007 4、 其它機械原理課程設計書籍和有關(guān)機械方案設計手冊