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摘 要
步進(jìn)輸送機(jī)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(zhǎng)的傳送機(jī)械。傳統(tǒng)輸送機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)采用普通減速器多級(jí)變速實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。為了使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，本文完成了采用二級(jí)圓柱減速器為傳動(dòng)系的步進(jìn)輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與研究。
介紹了現(xiàn)有工件輸送機(jī)的類(lèi)型、發(fā)展趨勢(shì)和研究本課題的目的、意義，分析了輸送機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。在完成對(duì)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、確定電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型的情況下，建立了兩種傳動(dòng)系減速方案，通過(guò)方案對(duì)比，擇優(yōu)選擇出采用二級(jí)圓柱齒輪減速器的步進(jìn)輸送機(jī)傳動(dòng)方案，并對(duì)此方案的可行性進(jìn)行了分析。進(jìn)行了工件步進(jìn)輸送機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)繪制了關(guān)鍵零件的工作圖。同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)工作機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，為進(jìn)一步改進(jìn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)；電動(dòng)機(jī)；設(shè)計(jì)；仿真
ABSTRACT
A stepping conveyor can transport the workpiece to intermittently spacing remain stable mechanical transmission step. By conventional conveyor motor using ordinary multi-speed reducer to realize large transmission structure size. To make the device compact, high transmission efficiency, design and research paper completed the drivetrain stepping conveyor using two cylindrical reducer is.
Describes the type of an existing workpiece conveyor, trends and research purpose of this study, the significance analysis of the research status of the conveyor and abroad. In the case of the completion of the work organization design, determine the type of motor, gear transmission system established two programs by comparing the program, choose the best out using two cylindrical gear reducer drive stepper conveyor solutions and this feasibility of the program are analyzed. The overall structural design artifacts were stepping conveyor and detailed mapping of the key parts of the working drawings. While the use of computer-aided software working bodies and driveline motion simulation analysis, to provide a theoretical basis for the further improvement of the transmission structure.
KEYWORDS: workpiece stepping conveyor; motor; design; simulation
iv
目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
目 錄 iii
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 運(yùn)輸機(jī)的類(lèi)型及特性介紹 1
1.2.1 工件運(yùn)輸機(jī)的分類(lèi) 1
1.2.2 步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)的工作原理 3
1.2.3 輸送機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3 研究的目的和意義 4
1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.5 主要研究?jī)?nèi)容 5
1.5.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2 運(yùn)輸機(jī)方案設(shè)計(jì) 6
2.1 方案比較 6
2.2 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析 7
2.2.1 工作機(jī)構(gòu)型式的選擇 7
2.2.2 平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 8
2.2.3 平面四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 8
2.3 連桿設(shè)計(jì)內(nèi)容 9
2.3.1 搖桿的擺角初選 9
2.3.2 鉸點(diǎn)位置和曲柄長(zhǎng)度的設(shè)計(jì) 9
2.3.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
2.3.4 機(jī)構(gòu)的速度分析 11
2.4 選擇電動(dòng)機(jī) 12
2.4.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 12
2.4.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 12
2.5 傳動(dòng)方案的選擇 12
2.5.1 選擇傳動(dòng)形式 12
3 二級(jí)圓柱齒輪性能參數(shù)設(shè)計(jì) 14
3.1 設(shè)計(jì)高速級(jí)齒輪 14
3.1.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 14
3.1.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 17
3.1.3 幾何尺寸計(jì)算 18
3.2 設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪 19
3.2.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 19
3.2.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 21
3.2.3 幾何尺寸計(jì)算 22
3.2.4 驗(yàn)算 23
3.3 中間軸設(shè)計(jì)及校核 23
4 步進(jìn)式工件輸送機(jī)總體設(shè)計(jì) 27
5 步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)的三維設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 28
5.1 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)零件實(shí)體造型 28
5.1.1 小齒輪實(shí)體設(shè)計(jì) 28
5.1.2 大齒輪實(shí)體設(shè)計(jì) 28
5.1.3 曲柄實(shí)體設(shè)計(jì) 29
5.1.4 鉸鏈支座實(shí)體設(shè)計(jì) 29
5.1.5 連桿實(shí)體設(shè)計(jì) 29
5.1.6 搖桿實(shí)體設(shè)計(jì) 29
5.2 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)零件、四桿機(jī)構(gòu)裝配 29
5.3 運(yùn)動(dòng)仿真及分析 31
5.3.1 設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境 31
5.3.2 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 33
5.3.3 獲取分析結(jié)果 33
5.3.4 分析運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果是否吻合 35
結(jié) 論 37
致 謝 38
參考文獻(xiàn) 39
1 緒論
1.1 引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展和人們生活條件的不斷改善市場(chǎng)愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價(jià)格低廉、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
企業(yè)為了贏得市場(chǎng)，必須不斷開(kāi)發(fā)符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，其中設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的第一步，是決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的最主要因素.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)合一種簡(jiǎn)單機(jī)器進(jìn)行機(jī)器功能分析、工藝動(dòng)作過(guò)程確定、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)定、機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、掌握并初步運(yùn)用機(jī)械原理的知識(shí)和理論，對(duì)分析、運(yùn)算、繪圖、文字表達(dá)及技術(shù)資料查詢(xún)等諸方面的獨(dú)立工作能力進(jìn)行初步的訓(xùn)練，培養(yǎng)理論與實(shí)際結(jié)合的能力，更為重要的是培養(yǎng)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力。畢業(yè)論文設(shè)計(jì)在機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用。
1.2 運(yùn)輸機(jī)的類(lèi)型及特性介紹
1.2.1 工件運(yùn)輸機(jī)的分類(lèi)
（1）輸送機(jī)一般按有無(wú)牽引件來(lái)進(jìn)行分類(lèi)：
1）具有牽引件的輸送機(jī)一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用輸送帶、牽引鏈或鋼絲繩； 承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟龋员ＷC輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。
具有牽引件的輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：被運(yùn)送物料裝在與牽引件連結(jié)在一起的承載構(gòu)件內(nèi)，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過(guò)各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運(yùn)送物料的有載分支和不運(yùn)送物料的無(wú)載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)輸送物料。
這類(lèi)的輸送機(jī)種類(lèi)繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車(chē)式輸送機(jī)、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、刮板輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、斗式輸送機(jī)、懸掛輸送機(jī)和架空索道等。
2）沒(méi)有牽引件的輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來(lái)輸送物料的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或利用介質(zhì)在管道中的流動(dòng)使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)?，輥?zhàn)幼餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以沿料槽推送物料；振動(dòng)輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以輸送置于其中的物料等。
（2）輸送機(jī)械按使用的用途分可以分為:
1）帶式輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置拉緊裝置輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動(dòng)以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它，可以將物料在一定的輸送線(xiàn)上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過(guò)程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線(xiàn)。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。在礦山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場(chǎng)及選礦廠中，廣泛應(yīng)用帶式輸送機(jī)。它用于水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸。
2）螺旋輸送機(jī)俗稱(chēng)絞龍，適用于顆?；蚍蹱钗锪系乃捷斔?，傾斜輸送，垂直輸送等形式。輸送距離根據(jù)畸形不同而不同，一般從2米到70米[1]。輸送原理：旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行螺旋輸送機(jī)輸送。使物料不與 螺旋輸送機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對(duì)物料的摩擦阻力。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上焊有螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實(shí)體面型、帶式面型、葉片面型等型式。螺旋輸送機(jī)的螺旋軸在物料運(yùn)動(dòng)方向的終端有止推軸承以隨物料給螺旋的軸向反力，在機(jī)長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)加中間吊掛軸承。雙螺旋輸送機(jī)就是有兩根分別焊有旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送機(jī)。說(shuō)白了，就是把兩個(gè)螺旋輸送機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，組成一臺(tái)螺旋輸送機(jī)。 螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的旋向，決定了物料的輸送方向，但一般螺旋輸送機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都是按照單項(xiàng)輸送來(lái)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)葉片的。當(dāng)反向輸送時(shí)，會(huì)大大降低輸送機(jī)的使用壽命。
3）斗式提升機(jī) 利用均勻固接于無(wú)端牽引構(gòu)件上的一系列料斗，豎向提升物料的連續(xù)輸送機(jī)械。斗式提升機(jī)具有輸送量大，提升高度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，壽命長(zhǎng)顯著優(yōu)點(diǎn)，本提升機(jī)適于輸送粉狀，粒狀及小塊狀的無(wú)磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水泥、石塊、砂、粘土、礦石等，由于提升機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是環(huán)行鏈條，因此允許輸送溫度較高的材料(物料溫度不超過(guò)250℃)。一般輸送高度最高可達(dá)40米。
1.2.2 步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)的工作原理
步進(jìn)式工件輸送機(jī)用于間歇的傳送工件，如圖1.1所示，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置、工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)移動(dòng)。工作行程時(shí)，滑架上的推爪推動(dòng)工件前移一個(gè)步長(zhǎng)，當(dāng)滑架返回時(shí)，由于推爪與軸間裝有扭簧，因此推爪從工件底面滑過(guò)，工件保持不動(dòng)。當(dāng)滑架再次向前推進(jìn)是，推爪已復(fù)位，并推動(dòng)新的工件前移，前方推爪也推動(dòng)前一工位的工件前移。
圖1.1 步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)
傳統(tǒng)輸送機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)采用普通減速器多級(jí)變速實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。由此可設(shè)想設(shè)計(jì)一套采用二級(jí)圓柱齒輪減速器為傳動(dòng)系的工件步進(jìn)輸送機(jī)。
1.2.3 輸送機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
（1） 繼續(xù)向大型化發(fā)展、大型化包括大輸送能力、大單機(jī)長(zhǎng)度和大輸送傾角等幾個(gè)方面。水力輸送裝置的長(zhǎng)度已達(dá)440公里以上。帶式輸送機(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺(tái)組成聯(lián)系甲乙兩地的"帶式輸送道"。不少?lài)?guó)家正在探索長(zhǎng)距離、大運(yùn)量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。
（2） 擴(kuò)大輸送機(jī)的使用范圍。 發(fā)展能在高溫、低溫條件下、有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結(jié)團(tuán)、粘性的物料的輸送機(jī)。
（3） 使輸送機(jī)的構(gòu)造滿(mǎn)足物料搬運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制對(duì)單機(jī)提出的要求。 如郵局 所用的自動(dòng)分揀包裹的小車(chē)式輸送機(jī)應(yīng)能滿(mǎn)足分揀動(dòng)作的要求等。
（4） 降低能量消耗以節(jié)約能源，已成為輸送技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)科研工作的一個(gè)重要方面。已將1噸物料輸送1公里所消耗的能量作為輸送機(jī)選型的重要指標(biāo)之一。
（5） 減少各種輸送機(jī)在作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的粉塵、噪聲和排放的廢氣。
1.3 研究的目的和意義
通過(guò)對(duì)研究本課題，不僅可以使我對(duì)工件輸送機(jī)總體結(jié)構(gòu)有宏觀把握，而且對(duì)二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速器有了深入的了解，掌握其工作原理，提高自己對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的了解，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我肯定會(huì)遇到大量的問(wèn)題。如減速器的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，中間的大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，不過(guò)我會(huì)通過(guò)查閱資料或詢(xún)問(wèn)老師來(lái)解決，提高自己解決困難的能力。而且了解其優(yōu)點(diǎn)，在自己的設(shè)計(jì)工作中充分地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，把其缺點(diǎn)降低到最低的限度，從而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的齒輪輪傳動(dòng)裝置。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定會(huì)對(duì)我今后的學(xué)習(xí)工作起到巨大的作用。
1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
步進(jìn)式輸送機(jī)其核心部分之一就是減速器，傳統(tǒng)輸送機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)采用普通減速器多級(jí)變速實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸大，若采用行星齒輪減速器，則可使輸送機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。因此對(duì)減速器的選擇是設(shè)計(jì)步進(jìn)輸送機(jī)的關(guān)鍵。
齒輪傳動(dòng)在我國(guó)已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)才開(kāi)始對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無(wú)論是在設(shè)計(jì)理論方面，還是在試制和應(yīng)用實(shí)踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。近20多年來(lái)，尤其是我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過(guò)我國(guó)機(jī)械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我國(guó)的行星傳動(dòng)技術(shù)有了迅速的發(fā)展。
世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)和俄羅斯等，對(duì)齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動(dòng)性能，傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位。
1.5 主要研究?jī)?nèi)容
1.5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
工件步進(jìn)輸送機(jī)用于間歇地輸送工件，到達(dá)預(yù)定位置。傳統(tǒng)輸送機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)采用普通減速器多級(jí)變速實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。
主要任務(wù)：設(shè)計(jì)一套采用行星減速器為傳動(dòng)系的工件步進(jìn)輸送機(jī)。
主要參數(shù)：工件輸送時(shí)滑架受到的工作阻力Fr=2800N，滑架寬度為，高度，步長(zhǎng)，往復(fù)次數(shù)，行程速比系數(shù)，四桿機(jī)構(gòu)擺角，最小傳動(dòng)角rmin ≥，工作機(jī)構(gòu)效率為0.95。
2 運(yùn)輸機(jī)方案設(shè)計(jì)
2.1 方案比較
經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)查研究，查閱相關(guān)資料，我們根據(jù)工件傳輸機(jī)的工作狀況的要求，提出了以下四種方案：
方案一：直接用帶傳動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑架的往返運(yùn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制往返運(yùn)動(dòng)，通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路來(lái)設(shè)置相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
方案二：運(yùn)用齒輪齒條和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，齒條固定在滑架上，利用齒輪齒條間的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑架的往返運(yùn)動(dòng)。
方案三：采用液壓凸輪機(jī)構(gòu)為主，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本方案采用液壓動(dòng)力裝置以推動(dòng)擋板左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。再采用凸輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)擋板做上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)由液壓機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)相互配合，使擋板做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
方案四：運(yùn)用連桿機(jī)構(gòu)，減速機(jī)，普通電動(dòng)機(jī)。通過(guò)普通電動(dòng)機(jī)可以獲得運(yùn)動(dòng)所需要的動(dòng)力，減速機(jī)調(diào)整相應(yīng)的速度和節(jié)奏，連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的速度比，節(jié)奏，步長(zhǎng)和滑架的運(yùn)動(dòng)軌跡。
經(jīng)過(guò)可行性調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)方案一中步進(jìn)電機(jī)的功率和工作狀況要求中的中度沖擊問(wèn)題對(duì)步進(jìn)電機(jī)的影響不能很好的解決，而且步進(jìn)電機(jī)擁有一個(gè)很明顯的優(yōu)點(diǎn)，就是它有精確的正反轉(zhuǎn)功能，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移，或線(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載的變化而影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有同期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常簡(jiǎn)單，而且低速精度高。雖然如今步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)條件下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。方案二也存在類(lèi)似的問(wèn)題，方案三機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造也較為普通，且運(yùn)行時(shí)噪聲低。運(yùn)動(dòng)行程十分明了，缺點(diǎn)是該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，所以運(yùn)動(dòng)難遇控制，不夠平穩(wěn)。而且液壓機(jī)構(gòu)成本太高，且維護(hù)檢修復(fù)雜。而方案四對(duì)于方案一方案二的問(wèn)題有了很好的實(shí)現(xiàn)，而且普通電動(dòng)機(jī)容易選擇，減速機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，穩(wěn)定性高,可以承受一定的沖擊，所以此方案較合理。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析應(yīng)是本課題的重點(diǎn)，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容應(yīng)包括工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，減速機(jī)及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)。本課題的難點(diǎn)是連桿機(jī)構(gòu)的分析和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的分析。
2.2 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析
該步進(jìn)輸送機(jī)通過(guò)工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)移動(dòng)，要求工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造方便，成本較低。
2.2.1 工作機(jī)構(gòu)型式的選擇
主要機(jī)構(gòu)確定為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖2.1所示。其中曲柄1連接的是減速器的輸出軸，作整周回轉(zhuǎn)，搖桿3做擺動(dòng)控制推爪水平運(yùn)動(dòng)。
該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副都是低副，因此運(yùn)動(dòng)副元素都是面接觸，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，有利于潤(rùn)滑，故磨損較??；此外，運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀都比較簡(jiǎn)單，便于加工制造；易獲得較高的精度，還可以改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。缺點(diǎn)是傳遞路線(xiàn)較長(zhǎng)，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時(shí)也使機(jī)械效率降低，不利于高速運(yùn)動(dòng)。
圖2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
2.2.2 平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
在鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中一個(gè)為搖桿，另一個(gè)為曲柄，那么這個(gè)四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可以把曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)，此種機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。
2.2.3 平面四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件
（1）桿長(zhǎng)之和條件：平面四桿機(jī)構(gòu)的最短桿和最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或者等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。
（2）在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副能夠成為整轉(zhuǎn)副，則它所連接的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)為最短桿，并且四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度關(guān)系滿(mǎn)足桿長(zhǎng)之和條件。
（3）在有整轉(zhuǎn)副存在的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。此時(shí)，如果取最短桿為機(jī)架，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取最短桿的任何一個(gè)相連構(gòu)件為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿對(duì)面構(gòu)件為機(jī)架，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。
（4）如果四桿機(jī)構(gòu)不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)之和條件，則不論選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，所得到機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。
綜上所述：平面四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件是四個(gè)桿的長(zhǎng)度關(guān)系，誰(shuí)做機(jī)架決定是否會(huì)存在曲柄。
2.3 連桿設(shè)計(jì)內(nèi)容
輸送機(jī)的工作阻力，步長(zhǎng)，往復(fù)次數(shù) 次/分，行程速比系數(shù)，高度。輸送時(shí)滑架受到的阻力視為常數(shù)，滑架寬度為250mm，用于小批量生產(chǎn)。
2.3.1 搖桿的擺角初選
根據(jù)設(shè)計(jì)的常識(shí)一般初選擺角為左右,再由步長(zhǎng)定搖桿長(zhǎng)度,一般取 , 。
2.3.2 鉸點(diǎn)位置和曲柄長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)
根據(jù)行程速比和傳動(dòng)角要求鉸點(diǎn)A的位置及曲柄連桿長(zhǎng)度。根據(jù)所給條件以及現(xiàn)場(chǎng)的要求，和行程速比系數(shù)K，在設(shè)計(jì)四連桿時(shí)，可利用機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系，再運(yùn)用其它輔助條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.3.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
通過(guò)擺角及行程速比系數(shù)和搖桿長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)。首先按公式 ，(K-1)/(K+1)算出極位夾角為。
然后任取一點(diǎn)D,再用此點(diǎn)為頂點(diǎn)作等腰三角形，使兩腰的長(zhǎng)度等于CD, 。使，再作，與的交點(diǎn)P。作的外接圓,那么圓弧上任一點(diǎn)A到和的連線(xiàn)所形成的夾角都等于極位夾角,所以曲柄的軸心應(yīng)在這個(gè)圓弧上。
設(shè)曲柄的長(zhǎng)度為a,連桿的長(zhǎng)度為b，那么，, ，所以a=(-)/2于是以A為圓心,以為為半徑作圓弧交于點(diǎn)E,則得出a=/2,b=/2。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意,曲柄的軸心A不能選在弧段上,否則機(jī)構(gòu)將不能滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的要求。
根據(jù)上面的方法可以算出平面四連桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)分別為a=125mm，b=395mm，c=390mm，d=390mm。
圖2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
因鉸鏈A的高度為自己確定，則需驗(yàn)證最小傳動(dòng)角是否滿(mǎn)足題意，如圖2.3所示，在AUTOcad上作圖，當(dāng)A、B、D三點(diǎn)共線(xiàn)時(shí)，此機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角最小。
經(jīng)驗(yàn)證，，滿(mǎn)足要求。
曲柄隨減速器輸出軸作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)連桿，搖桿以固定鉸鏈為圓心，自由端運(yùn)動(dòng)至右極限位置，輸送爪將工件送至待加工位置，搖桿再向左運(yùn)動(dòng)至左極限位置，成為一個(gè)工作循環(huán)，機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時(shí)間將工件送至待加工位置?？傮w來(lái)講，該傳動(dòng)方案滿(mǎn)足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件，工作可靠，此外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，成本低，效率較高。
圖2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.3.4 機(jī)構(gòu)的速度分析
由往復(fù)次數(shù)N及步長(zhǎng)可求得工件平均速度=3602/（60/65）=780mm/s。
由速度矢量圖可知搖桿運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí)==780mm/s，則=0.6=468mm/s。
又=+，用圖解法作速度矢量圖，如圖2.1.3所示，得=469mm/s。
又 得曲柄AB的轉(zhuǎn)速=3.55rad/s 。
則減速器輸出軸轉(zhuǎn)速n出=ω/2π=0.474r/s=50.46r/min。
圖2.4 速度矢量圖
2.4 選擇電動(dòng)機(jī)
2.4.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型
按工作要求和條件，選用三相籠形異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型。
2.4.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量
電動(dòng)機(jī)所需工作功率 Pd=Pw/η總
Pw=Fv/1000 則 Pd=Fv/（1000η總）= Fv/（η1η2）。
其中η1為工作機(jī)構(gòu)效率0.95，η2為減速器效率0.8。
則。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表10-8 可選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-4，額定功率為4KW，轉(zhuǎn)速1440r/min。
2.5 傳動(dòng)方案的選擇
2.5.1 選擇傳動(dòng)形式
由電動(dòng)機(jī)輸入軸轉(zhuǎn)速n入=1440r/min，n出=28.42r/min
則總傳動(dòng)比=1440/28.42=33.03
根據(jù)此傳動(dòng)比，查《機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》可選用二級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器，如圖2.5所示，其傳動(dòng)比范圍i=8～60。
圖2.5二級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
圓柱齒輪減速機(jī)。它的第一印象就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修理非常方便，而且從價(jià)格的因素考慮，它比較便宜，肯定容易獲得更多的客戶(hù)，而且圓柱齒輪減速機(jī)用起來(lái)很穩(wěn)定的，不容易出現(xiàn)什么故障，這也給大家?guī)?lái)了方便，因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)器如果兩三天就出現(xiàn)一個(gè)故障，會(huì)給大家?guī)?lái)很大的麻煩。
??????? 但是圓柱齒輪減速機(jī)雖然有這么多的優(yōu)點(diǎn)，并不代表它沒(méi)有一絲缺點(diǎn)，事實(shí)上，它還是有一些缺點(diǎn)的，比如它一個(gè)缺點(diǎn)就是體積是比較大的，所以造成它的占地面積也比較大，因此齒面膠合這個(gè)事就很容易在這個(gè)減速機(jī)上面出現(xiàn)。購(gòu)買(mǎi)減速機(jī)就應(yīng)該比較綜合的考慮所有的因素，然后做出一個(gè)相對(duì)合理的決定。
3 二級(jí)圓柱齒輪性能參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)高速級(jí)齒輪
（1）確定齒輪類(lèi)型．兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜齒輪。
（2）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)表10—1選擇小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，大齒輪材料為45鋼(正火)，硬度為200HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（3）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度(GB 10095—88)。
（4）選小齒輪齒數(shù)=24，大齒輪齒數(shù)＝＝4.331×24=103.944,取=103。
5)選取螺旋角。初選螺旋角，左旋。
3.1.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10－21）試算，即
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選
2）由圖10－30，選取區(qū)域系數(shù)
3）由圖10－26查得
4）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－7選取齒寬系數(shù)
6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)
7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－21ｄ按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
8）由式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
9） 由圖10－19查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
10）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)
4）計(jì)算縱向重合度
5）計(jì)算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－8查得動(dòng)載荷系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－4查得
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－13查得
假定，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－3查得
故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式10－10a得
7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－19曲線(xiàn)1查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，
8）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
2）計(jì)算圓周速度v
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
5）計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－8查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè)，由表10－3查得
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－2查得使用系數(shù).25
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－13查得
故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式10－10a得
7）計(jì)算模數(shù)m
3.1.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－20c查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
，
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1.4，由式10－12得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
5）查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得，
6）取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得
7）計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)。
8）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)ｍ大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.33，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有，取。
大齒輪齒數(shù) 取。
3.1.3 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算齒根圓直徑
（3）計(jì)算中心距
將中心距圓整后取。
（4）計(jì)算齒寬
取
（5）驗(yàn)算
合適。
3.2 設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪
（1）確定齒輪類(lèi)型．兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪。
（2）材料選擇。小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（3）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度。
（4） 選小齒輪齒數(shù)＝24，大齒輪齒數(shù)＝＝3.332×24=79.968，取=80
3.2.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)計(jì)算公式10－9a進(jìn)行試算，即
（1）確定公式各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10－7選取齒寬系數(shù)
4）由表10—6查得材料的彈性影響系數(shù)
5）由圖10—21d按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10—13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－19曲線(xiàn)1查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，
8）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式《機(jī)械設(shè)計(jì)》10－12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
2）計(jì)算圓周速度v
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b／h
5）計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10－8查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－3查得
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－2查得使用系數(shù).25
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－4查得
由圖10－13查得
故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式10－10a得
7）計(jì)算模數(shù)
3.2.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－20c查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
，
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1.4，由式10－12得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
5）查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得，
6）取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得
7）計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)ｍ大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.33，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值ｍ＝2.5ｍｍ。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有，取
大齒輪齒數(shù) 取
3.2.3 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算齒根圓直徑
（3）計(jì)算中心距
將中心距圓整后取。
（4）計(jì)算齒寬
取
3.2.4 驗(yàn)算
合適
3.3 中間軸設(shè)計(jì)及校核
（1）中間軸上的功率
轉(zhuǎn)矩
（2）求作用在齒輪上的力
高速大齒輪:
低速小齒輪:
（3）初定軸的最小直徑 選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)表《機(jī)械設(shè)計(jì)》15－3，取，于是由式15－2初步估算軸的最小直徑
中間軸上有兩個(gè)鍵槽，最小軸徑應(yīng)增大10%~15%，取增大12%得，圓整的。這是安裝軸承處軸的最小直徑
(4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
1)初選型號(hào)6207的深溝球軸承 參數(shù)如下
，，，基本額定動(dòng)載荷 基本額定靜載荷，故。軸段1和5的長(zhǎng)度相同,故取。
2)軸段2上安裝高速級(jí)大齒輪,為便于齒輪的安裝,應(yīng)略大與,可取。齒輪左端用套筒固定,為使套筒端面頂在齒輪左端面上,即靠就近軸段2的長(zhǎng)度應(yīng)比齒輪轂長(zhǎng)略短,若轂長(zhǎng)與齒寬相同,已知齒寬，取。大齒輪右端用軸肩固定,由此可確定軸段3的直徑, 軸肩高度,取 ，。
3）軸段4上安裝低速級(jí)小齒輪,為便于齒輪的安裝, 應(yīng)略大與,可取。齒輪右端用套筒固定,為使套筒端面頂在齒輪右端面上,即靠緊,軸段4的長(zhǎng)度應(yīng)比齒輪轂長(zhǎng)略短,若轂長(zhǎng)與齒寬相同,已知齒寬，取。
取齒輪齒寬中間為力作用點(diǎn),則可得, ，
4）參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－2，取軸端為，各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3.1。
圖3.1 中間軸的結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖
（5）軸的受力分析、彎距的計(jì)算
1）計(jì)算支承反力：
在水平面上 ：
在垂直面上：
2）計(jì)算彎矩
在水平面上：
在垂直面上：
故
（4）作彎矩和扭矩圖3.2
圖3.2彎矩和扭矩圖
（5）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
由合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖知的處當(dāng)量彎矩最大，并且有較多的應(yīng)力集中危險(xiǎn)截面，
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-1查得
，校核安全。
4 步進(jìn)式工件輸送機(jī)總體設(shè)計(jì)
經(jīng)分析及查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)的輸送機(jī)系統(tǒng)包括機(jī)架、六桿機(jī)構(gòu)、滑架、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器及上文設(shè)計(jì)的二級(jí)圓柱齒輪減速器。
行星減速器總體長(zhǎng)度、寬度及高度已設(shè)計(jì)出，容易繪制。
電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112-M4已確定，其安裝尺寸按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制。
聯(lián)軸器根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸直徑及減速器輸入軸直徑選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器TL3，軸孔直徑分別為28mm和20mm，為標(biāo)準(zhǔn)件，按照國(guó)標(biāo)繪制。
六桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)以確定，各桿之間通過(guò)銷(xiāo)釘連接，連接處應(yīng)加銅套，EF桿與推爪鉸鏈連接，驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)移動(dòng)，滑架寬250mm。
具體結(jié)構(gòu)尺寸可參見(jiàn)步進(jìn)輸送機(jī)裝配總圖。
5 步進(jìn)式工件運(yùn)輸機(jī)的三維設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真
在對(duì)步進(jìn)輸送機(jī)完成二維圖繪制后，我們可以對(duì)其傳動(dòng)零件進(jìn)行三維造型，再與工作機(jī)構(gòu)裝配起來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。
5.1 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)零件實(shí)體造型
5.1.1 小齒輪實(shí)體設(shè)計(jì)（圖5.1）
圖5.1開(kāi)式小齒輪 圖5.2 開(kāi)式大齒輪
根據(jù)零件圖用Pro/Engineer進(jìn)行三維實(shí)體造型，其中齒輪部分可先在caxa上調(diào)用漸開(kāi)線(xiàn)齒廓曲線(xiàn)，然后在Pro/E里調(diào)入并拉伸至齒寬即可。其余各段可用“旋轉(zhuǎn)”特征造型。
5.1.2 大齒輪實(shí)體設(shè)計(jì)（圖5.2）
大齒輪的模數(shù)。
5.1.3 曲柄實(shí)體設(shè)計(jì)（圖5.3）
圖5.3 曲柄 圖5.4 鉸鏈支座
5.1.4 鉸鏈支座實(shí)體設(shè)計(jì)（圖5.4）
鉸鏈支座與底架固定在一起，裝配時(shí)作為機(jī)架。
5.1.5 連桿實(shí)體設(shè)計(jì)（圖5.5）
圖5.5 連桿 圖5.6 搖桿
連桿與曲柄相連接。
5.1.6 搖桿實(shí)體設(shè)計(jì)(圖5.6)
搖桿與鉸鏈支座相連接。
5.2 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)零件、四桿機(jī)構(gòu)裝配
裝配順序?yàn)椋旱准?、軸承座、軸承、小齒輪、輸入軸、鍵、軸承端蓋、開(kāi)式大齒輪、輸出軸、鍵、曲柄、連桿、搖桿、與工件鉸鏈連接的桿。
其中搖桿與底架架均為固定位置約束，滑塊與機(jī)架采用滑動(dòng)桿連接，其余均為軸銷(xiāo)連接。裝配完成后如圖6.7所示。
圖5.7傳動(dòng)系與工作機(jī)構(gòu)實(shí)體視圖
可生成爆炸視圖（圖5.8）
圖5.8 傳動(dòng)系爆炸視圖
5.3 運(yùn)動(dòng)仿真及分析
5.3.1 設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境
在裝配模型環(huán)境下裝配完成后，點(diǎn)擊菜單欄“應(yīng)用程序”后的“機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)環(huán)境。
接下來(lái)是齒輪副設(shè)置。單擊齒輪副設(shè)置選項(xiàng)，彈出圖5.9所示齒輪副對(duì)話(huà)框。設(shè)置運(yùn)動(dòng)軸，點(diǎn)擊箭頭，選擇齒輪軸，輸入齒輪1節(jié)圓直徑36mm，再點(diǎn)擊齒輪2標(biāo)簽，同樣填入?yún)?shù)，選擇齒輪軸線(xiàn)，然后單擊“應(yīng)用”，“確定”。
圖5.9設(shè)置齒輪副
這樣第一組齒輪副就設(shè)置完成了，同樣方法可以設(shè)置第二組、第三組齒輪副。接著，設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)。點(diǎn)擊伺服電動(dòng)機(jī)圖標(biāo)，彈出伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)話(huà)框。如圖
如圖5.10所示
圖5.10設(shè)置電動(dòng)機(jī)
在“類(lèi)型”標(biāo)簽中點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)軸，選擇齒輪軸軸線(xiàn)，然后點(diǎn)擊“輪廓”標(biāo)簽，如圖5.11所示。
圖5.11定義伺服電動(dòng)機(jī)
在“規(guī)范”中選擇速度，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，填入后點(diǎn)擊確定，則運(yùn)動(dòng)環(huán)境設(shè)置完成。
5.3.2 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真
點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”圖標(biāo)，按照默認(rèn)設(shè)置“運(yùn)動(dòng)學(xué)”分析，設(shè)置運(yùn)動(dòng)初始位置為搖桿左極限位置，并單擊“運(yùn)行”按鈕做動(dòng)態(tài)仿真。
5.3.3 獲取分析結(jié)果
點(diǎn)擊“測(cè)量”圖標(biāo)，如圖5.12所示
單擊“創(chuàng)建新測(cè)量”按鈕，依次選擇輸入軸、輸出軸為“主體”進(jìn)行“角速度”測(cè)量，點(diǎn)擊“分別繪制測(cè)量圖形”，單擊“生成圖線(xiàn)”圖標(biāo)可得圖5.13所示曲線(xiàn)。
圖5.12測(cè)量結(jié)果分析驗(yàn)證
圖5.13輸入軸軸伸直徑一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)圖線(xiàn)
同理可創(chuàng)建新測(cè)量，選定工件上一點(diǎn)，依次創(chuàng)建“位移”“速度”“加速度”生成運(yùn)動(dòng)學(xué)圖線(xiàn)如圖5.14所示。
圖5.14 工件運(yùn)動(dòng)學(xué)圖線(xiàn)
5.3.4 分析運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果是否吻合
由圖線(xiàn)可知，輸入軸轉(zhuǎn)速r/min；輸出軸轉(zhuǎn)速r/min，與計(jì)算結(jié)果相同。而工件上的速度是變化的，工件往復(fù)一次為2.2s，其在0.5~0.6s之間速度大小為500mm/s左右，與計(jì)算得的結(jié)果493mm/s接近，在誤差允許范圍內(nèi)，可以用中點(diǎn)平均速度來(lái)計(jì)算。工件的加速度在左右兩極限位置時(shí)是最大的，中間位置逐漸減小。
通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，從而檢查機(jī)械的運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，也可直接分析各運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動(dòng)量及各運(yùn)動(dòng)副之間相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，關(guān)鍵部件的受力情況，從而可以將整機(jī)設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題消除在萌芽狀態(tài)，并大大縮短機(jī)械產(chǎn)品的更新周期。
38
結(jié) 論
在為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)到了很多東西，遇到了很多問(wèn)題，但通過(guò)努力，各個(gè)擊破，我想畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的過(guò)程，畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們解決問(wèn)題的能力。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿形設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我受益匪淺。
通過(guò)運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程，綜合機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)訓(xùn)練，比以往所做的課程設(shè)計(jì)難度加大，使所學(xué)知識(shí)得以鞏固。加深和拓展。
學(xué)習(xí)和掌握了通用機(jī)械零件、部件、機(jī)械傳動(dòng)及一般機(jī)械的基本設(shè)計(jì)方法和步驟，培養(yǎng)了工程設(shè)計(jì)能力和分析、解決問(wèn)題的能力。
各種各樣的機(jī)械設(shè)備一般都要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)程和操作過(guò)程的自動(dòng)化，這就要求進(jìn)行各種機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和常見(jiàn)機(jī)構(gòu)的組合應(yīng)用，因此機(jī)械設(shè)計(jì)方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力起至關(guān)重要作用。
提高了計(jì)算、繪圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)等）進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算及運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行實(shí)體造型、運(yùn)動(dòng)仿真的能力。
時(shí)間過(guò)得很快，畢業(yè)設(shè)計(jì)很快就要結(jié)束了，它是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，相信以后在工作中也會(huì)遇到很多類(lèi)似問(wèn)題，但有了畢業(yè)設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)，我們會(huì)更好更快的解決實(shí)際問(wèn)題。
致 謝
本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作是在王燕老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王燕老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝四年來(lái)王艷老師對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。
王燕老師悉心指導(dǎo)我們完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此向王燕老師表示衷心的謝意。
李克旺老師對(duì)于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）都提出了許多的寶貴意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝。
在撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）期間，岳文廣 、張彬等同學(xué)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的幫助，研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。
另外也感謝爸爸 ，他們的理解和支持使我能夠在學(xué)校專(zhuān)心完成我的學(xué)業(yè)。
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