步進(jìn)輸送機(jī)課程設(shè)計(jì)1

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)輸送機(jī)學(xué) 院：理 學(xué) 院專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械電子工程班 級(jí)：12學(xué) 號(hào)：020841206設(shè)計(jì)者：程滿(mǎn)2011指導(dǎo)教師：范奎 年5月26日湖北民族學(xué)院目錄一、設(shè)計(jì)題目 2二設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 32.1 工作原理 32.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 42.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 5三、運(yùn)動(dòng)方案的擬定 53.1 步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu) 53.2 下料機(jī)構(gòu)（插斷機(jī)構(gòu)） 73.3 運(yùn)動(dòng)方案的選定 8四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 8五、運(yùn)動(dòng)分析 115.1 輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 115.2 插斷機(jī)構(gòu)（下料機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動(dòng)分析 205.3 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 23六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 24七、減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24八、設(shè)計(jì)總

2、結(jié) 25九、參考文獻(xiàn) 25設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)輸送機(jī)二、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2.1 工作原理步進(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。圖1為運(yùn)動(dòng)示意圖，工件經(jīng)過(guò)隔斷板從料輪滑落到 根道上，隔斷板作間歇往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，工件按一定的時(shí)間間隔向下滑 落。輸送滑架作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，工作行程時(shí)，滑架上位于最左側(cè)的推 爪推動(dòng)始點(diǎn)位置工件向前移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，當(dāng)滑架返回時(shí)，始點(diǎn)位置又 從料輪接受了 一個(gè)新工件。由于推爪下裝有壓力彈簧，推爪返回時(shí)得以從工件底面滑過(guò)，工件保持不動(dòng)。當(dāng)滑架再次向前推進(jìn)時(shí)，該推爪早已復(fù)位并推動(dòng)新工件前移，與此同時(shí)，該推爪前方的推爪也推動(dòng)前 工位的工件一齊向前再移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)。如

3、此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)工件的步進(jìn)式傳輸。顯而易見(jiàn)，隔斷板的插斷運(yùn)動(dòng)必須與工件的移動(dòng)協(xié)調(diào)，在時(shí)間和空間上相匹配圖1步進(jìn)輸送機(jī)示意圖2.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)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(zhǎng)H=840mm允許誤差士 0.2mm(2)輻道上允許輸送工件最多8件。工件底面與輻道間的摩擦系數(shù) 0.15 (當(dāng)量值)，輸送滑架質(zhì)量為240kg,當(dāng)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)KA 1.7。(4)最大擺動(dòng)件線(xiàn)質(zhì)量為20 kg/m,質(zhì)心在桿長(zhǎng)中點(diǎn)，繞質(zhì)心線(xiàn)轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量為2 kg?n2/m,其余構(gòu)件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽

4、略不計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)到曲柄軸的傳動(dòng)系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(視曲柄為等效轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件)近似取為2 kg ?m2 o(5)允許速度不均勻速度為S =0.1。(6)滑架導(dǎo)路水平線(xiàn)與安裝平面高度允許在 1100mm下(7)電動(dòng)機(jī)規(guī)格自選。2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)(1)根據(jù)工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；(2)進(jìn)行插斷機(jī)構(gòu)、步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)的選型；(3)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇；(4)根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案, 分配傳動(dòng)比，并在報(bào)告上畫(huà)出傳動(dòng)方案圖；(5)進(jìn)行工件停止在工位上的慣性前沖量計(jì)算；(6)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算;(7)畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖；(8)編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。三、運(yùn)動(dòng)方

5、案的擬定3.1步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件是曲柄；從動(dòng)件為推爪(滑塊)，行程 中有急回特性；機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的動(dòng)力 特性及在工作進(jìn)程中速度要求較小且 均勻。要滿(mǎn)足這些要求，用單一的四桿機(jī)構(gòu)是難以實(shí)現(xiàn)的。下面介紹擬定的幾種方案。圖1-11.如上圖1-1所示，牛頭刨床的主傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連 桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的6桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊3與導(dǎo)桿之間的傳 動(dòng)角¥始終為90°,且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度 較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿(mǎn)足急回特性要求。適當(dāng)確定 推爪的導(dǎo)路位置，可以使壓力角色盡量小。2、如圖1-2所示，步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用

6、凸輪機(jī)構(gòu)和搖 桿滑塊機(jī)構(gòu)。適當(dāng)選擇凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)出凸輪廓線(xiàn)，可以實(shí)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(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，避免加減速度的突變發(fā)生（采用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī) 律）。3、如圖1-3所示，步進(jìn)輸送機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī) 構(gòu)。導(dǎo)桿做往復(fù)擺動(dòng)其速度有點(diǎn)波動(dòng)，并且也具有急回特性。圖1-2圖1-34、如圖1-4所示，步進(jìn)輸送機(jī)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以滿(mǎn)足工作進(jìn)給時(shí)推爪的速度較低,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件搖桿 3的壓力角D3.2下料機(jī)構(gòu)（插斷機(jī)構(gòu)）一種方案是采用齒輪與齒條的配合（圖 2-1 ）。s=s63- 一 一

7、- j(2-2),利（圖 2-1 ）而另一種方案是采用從動(dòng)件盤(pán)形凸輪與搖桿機(jī)構(gòu)的組合圖用彈簧的彈力使?jié)L子從動(dòng)件始終緊靠在凸輪上圖2-23.3運(yùn)動(dòng)方案的選定經(jīng)過(guò)小組討論最終確定選輸送機(jī)構(gòu)的方案 1和插斷機(jī)構(gòu)的方案2 作為此次課程設(shè)計(jì)所要求的運(yùn)動(dòng)方案。四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.初始狀態(tài)2.工件輸送階段3.工件到達(dá)工位點(diǎn)五、運(yùn)動(dòng)分析5.1輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析圖 5.1.11.要求條件：輸送滑架輸送步長(zhǎng)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>1.7O2 .制定參數(shù)：令K=2,推爪(滑塊)的導(dǎo)路X-X在導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)弧長(zhǎng)的平 分線(xiàn)上。

8、極為夾角 9 =180 X (K-1)/(K+1)=60,即/ QQA=30 。由輸送架工作行程平均速度0.42m/s,且輸送步長(zhǎng)S=860mmf得導(dǎo)桿O4B 的長(zhǎng)度 O4B=860mm工作進(jìn)程的時(shí)間 t i=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程時(shí)間 12= t i/2=1.0238s , 有 Wt= 0 知 W=2.0457 rad/s 。轉(zhuǎn)速 n=60W/(2*3.14)=19.5r/min 。由/ OQA=30 知 OA=OO/2,又X-X在導(dǎo)路所在弧長(zhǎng)的平分線(xiàn)上，取 H約為(860+860*cos300 )/2 即令 H=802mm又要求工作過(guò)程中傳動(dòng)平穩(wěn)，速度均勻，即BC桿

9、的傳動(dòng)角丫越大越好。最大的傳動(dòng)角丫 =90 -arcsin(860-860*cos30° )/BC。為保證機(jī)構(gòu)的傳力效果，應(yīng)使傳動(dòng)角的最小值 丫 min大于或等于其許用值丫,即 丫 min引丫 。一般機(jī)械中，推薦丫 =40 -50 O取 BC=200mm,T =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(yùn)動(dòng)的 6桿機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度分別為:BC=200mm 4B=860mm OO=500mm OA=250mm。3 .用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法做平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析將曲柄端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡的圓周12等份，初始位置為1如上圖5.1.1例如計(jì)算滑塊處于位置8時(shí)機(jī)構(gòu)的速度、加速度

10、。1、求C點(diǎn)的速度：確定構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度：構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動(dòng)副A相聯(lián)，所以U A3= U A2而 u A2=62102A =0.51m/s求VA4的速度：U A4 = u A3 + u A4A3方向：±B0±A02/B0大?。??Q 2102A?用圖解法求解如圖1:、式中U A3、U A4表不構(gòu)件3和構(gòu)件4上A點(diǎn)的絕對(duì)速度，U A4A3表不構(gòu)件4上A點(diǎn)相對(duì)于構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度，其方向平行于線(xiàn)段 B0,大小未知；構(gòu)件4上A點(diǎn)的速度方向垂直于線(xiàn)段 B0,大小未知。在圖上任取一點(diǎn)P,作UA3的方向線(xiàn)P03,方向垂直于A0,指向與3 2的方 向一致，長(zhǎng)度等于U A3/以V,（其

11、中Wv為速度比例尺）。過(guò)點(diǎn)p作直線(xiàn) 垂直于1BCO代表u A4的方向線(xiàn)，再過(guò) Q作直線(xiàn)平行于線(xiàn)段BO代表 U A4A3的方向線(xiàn)這兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)為 Q,則矢量p。和QO分別代U A4 和 U A4A3 。易知PO、PO同向，由速度多邊形POO得：u A4=0.51m/sU A 4 A 3=0求BQ的角速度s 4 :4 =VA4/iAO4=0.68rad/sVb=4 BO=0.59m/s求C點(diǎn)的速度u c：U c =U B +U CB方向：/X-XLBQXBC大?。?？3 4l O4B?速度圖見(jiàn)圖2:式中u c、u B表示點(diǎn)的絕對(duì)速度。u CB表示點(diǎn)C相對(duì)點(diǎn)B的相對(duì)速度其方向垂直于構(gòu)件CB大小未知，

12、點(diǎn)C的速度方向平行于X-X,大小未知，圖上任取一點(diǎn)p作代表U B的矢量pb其方向垂直于BO指向于0 2 轉(zhuǎn)向相反，長(zhǎng)度等于Vb/人（巴為速度比例尺）。過(guò)點(diǎn)p作直線(xiàn)平行 于X-X,代表u c的方向線(xiàn)，再點(diǎn)b作直線(xiàn)垂直于BC代表u cb的方向 線(xiàn)，這兩方向線(xiàn)的交點(diǎn)為 C則矢量pc和bc便代表u c、u cb則 C點(diǎn)的速度為：u c=0.58m/s , u cb=0o 加速度也可按相對(duì)圖解法計(jì)算。4.編制程序計(jì)算各點(diǎn)的速度，加速度，位置 1)主程序源代碼如下#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#include "

13、math.h"const double PI=3.14159;/*全局變量*/double L10;double X10,Y10;double V10,U10;/*double A10,B10;/*/*包含頭文件*/*圓周率*/*存儲(chǔ)桿長(zhǎng)*/*存儲(chǔ)各點(diǎn)x, y坐標(biāo)*/存儲(chǔ)各點(diǎn)x, y方向速度分量*/存儲(chǔ)各點(diǎn)x, y方向加速度分量*/存儲(chǔ)各桿轉(zhuǎn)double S10,C10;/*計(jì)算主程序*/*角，角速度，角加速度*/中間計(jì)算變量*/void main() int ii,Index,iFlagdouble F10,W10,E10;/*double p1,F9,Res3,N1;p1=PI/

14、180;L1=250; 2=0;L3=860;L4=0;N1=117.2;/*初始參數(shù) */X1=0;Y1=500;X4=0;Y4=0;printf("L(1)=60， L(2)=0 ， L(3)=200 ， L(4)=0 ， W(1)=30E(1)=0n");printf("F(1) Deg ， F(3)Deg ， W(4)/s ， S mm V m/sA m/SA2n");W1=N1*PI/30;for(ii=0;ii<=12;ii+)F1=ii*30*p1;F9=0;Mcrank(1,1,1,2,F9);iFlag=Mrpr(2,3,4,2,

15、2,4,3,1,Res) ;if(iFlag=1)printf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2fn",F1/p1,F3/p1,W3,E3,Res0,Res1/1000,Res2/1000);elseprintf("Because of wrong data, the Caculationfailed!n");計(jì)算結(jié)果：L(1)=250mm L(2)=0 L(3)=860mm L(4)=0 W(1)=2.0457rad/s E(1)=0F(1) DegF(4) DegW(4)rad/sS m

16、mV m/sa m/ SA2063.430.41559.020.46-0.383070.890.59661.440.34-0.576080.100.66727.330.00-0.709090.000.68750.000.00-0.7012099.900.66727.33-0.18-0.67150109.110.59661.44-0.34-0.57180116.560.41559.02-0.46-0.38210120.000.00433.01-0.51-0.00240113.79-0.98309.83-0.410.9227090.00-2.05250.00-0.002.1030066.21-0.

17、98309.830.410.9233060.00-0.00433.010.510.0036063.430.41559.020.46-0.38L(1)表示曲柄的長(zhǎng)度，L(3)表示導(dǎo)桿的長(zhǎng)度，W表示曲柄的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)(1)表示曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度,F(4)表示導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)角，W(4)表示導(dǎo)桿的角速度，S表示滑塊在導(dǎo)桿上的位移，V表示滑塊沿導(dǎo)桿的滑動(dòng)，A表示滑塊的沿導(dǎo)桿的加速度。5.用solidworks仿真繪制速度、加速度、位移曲線(xiàn)推爪（滑塊）的速度曲線(xiàn)(1=推爪（滑塊）的加速度曲線(xiàn)推爪（滑塊）的位移曲線(xiàn)5.2插斷機(jī)構(gòu)（下料機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動(dòng)分析1 .凸輪的設(shè)計(jì)凸輪的遠(yuǎn)休止角=40° , 近休止角=240&

18、#176; ,推程運(yùn)動(dòng)角=40° , 回程運(yùn)動(dòng)角=40°。凸輪輪廓的最大圓半徑（遠(yuǎn)休止部分），最小圓半徑（近休止部分）即基圓半徑r°=120mm凸輪的回程、推程輪廓采用五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線(xiàn)過(guò)渡。 因?yàn)槲?次運(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線(xiàn)既不存在剛性沖擊也不存在柔性沖擊， 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 好。2 .擺動(dòng)滾子從動(dòng)件的滾子在凸輪上的位移曲線(xiàn)為:fanghan- I【宣鶴）滾子在凸輪上的速度曲線(xiàn)為:u _ （cinqhark_ I （颯考）加速度曲線(xiàn)為:3 .凸輪的壓力角計(jì)算擺動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計(jì)算公式:tan % =a*cos（乎+，o）-l（1-d乎/d t ）/a*sin

19、（乎+1°）a表示機(jī)架之間的距離l表示擺桿的長(zhǎng)度，空0表示擺桿的初始的擺角。W=h(10* 03/0 3)-(15*04/ 4)-(6* 05/ 5)是表示擺桿的擺角，其中是推程運(yùn)動(dòng)角，0是凸輪的轉(zhuǎn)角。用matlab可以算出凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角ma>=28.12° ,滿(mǎn)足擺動(dòng)從動(dòng)件許用壓力角%=30°50°先建立m函數(shù)Function f=myfun(x)f=0.5*cosd(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(40A3)+6*xA5/(40A3)-0.420*(1-0.040*117.2*(30*xA2/(40A

20、3)-60*xA3/(40A3)+30*xA4/(40A5)/0.500/(sind(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(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(yùn)動(dòng)仿真時(shí)有滾子的位移曲線(xiàn)知五次曲線(xiàn)的曲率半徑滿(mǎn)足要求。5 .3 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算等效驅(qū)動(dòng)力矩M為常數(shù)，在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)做的功等于該周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需要的功。2 兀 *Md=8*(1/2m1vj+mg i+2mg 2+8*(1/2m 2v2)Md=115.4465Nm安裝在曲柄軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jf = (Ema)rEmin)/ (S * GJ 2)3 2=2.0457rad/s而Emin=61.74 J要求的速度不均勻系數(shù)S=0.1,2Jf=147.5308kgm2若安裝在曲柄上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大，也可以把飛輪安裝在電動(dòng)機(jī)于 曲柄軸之間的變速機(jī)構(gòu)的軸上。6 .4工件停止在工位上的前沖量沖量 F*t=mv=60*0.15=9 NI - s六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖輸送架輸送工件回程插斷機(jī)構(gòu)近休止開(kāi)始下料遠(yuǎn)休止停止下料爐240&