機械原理課程設(shè)計_——步進輸送機

1、步進輸送機設(shè)計計算說明 書 姓 名： 學 號：20091370 班 級：車輛七班 指導老師：何朝明 2012年6月1 第 1 章問題的提出. 2 1.1 引言 . 2 1.2 設(shè)計簡介 . 3 1.2.1 國內(nèi)外步進機發(fā)展史 . 3 1.2.2 工作原理 . 6 第 2 章設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù) . 8 2.1 設(shè)計要求 . 8 2.2 性能數(shù)據(jù)要求 . 8 2.3 設(shè)計用途 . 8 第 3 章 設(shè)計方案 . 9 3.1 設(shè)計方案 1 . 9 3.2 設(shè)計方案 2 . 9 第 4 章 機構(gòu)尺度綜合 . 11 4.1 尺寸的得出 . 11 4.2 機構(gòu)尺寸計算結(jié)果 . 11 第 5 章機構(gòu)運動分析.

2、 13 5.1 步進輸送機運動學方程 . 13 5.1.1 步行輸送機初始狀態(tài) . 13 求解方程組，以求得 BP和 CP的長度值。 . 15 5.1.2 步行輸送機平動過程 . 15 5.2 運動學分析結(jié)果 . 21 第 6 章機構(gòu)動力分析. 22 6.1 步行輸送機的動力學分析 . 22 6.1.1 步行輸送機的動力學方程 . 22 6.1.2 步行輸送機的動力學仿真圖 . 23 6.2 動力學分析結(jié)果 . 26 第 7 章結(jié)論. 28 7.1 方案特點 . 28 7.2 設(shè)計方法特點 . 28 第 8 章收獲與體會. 29 第 9 章致謝. 302 第1章問題的提出 1.1引言 輸送機是

3、在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，乂稱連續(xù)輸 送機。輸送機可進行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸 送線路一般是固定的。輸送機輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同 時完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，隨處可 見輸送機的身影。應(yīng)用它，可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料 點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進行碎散物料的 輸送，也可以進行成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸送外，還可以與 各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè) 運輸線。所以輸送設(shè)備廣泛應(yīng)用丁現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。 3 1.2設(shè)計簡介 1.2.

4、1國內(nèi)外步進機發(fā)展史 在我國古代，作為灌溉的高轉(zhuǎn)筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代斗式提升機 和 刮 板 輸 送 機 的 雛 形 在17世紀中，開始應(yīng)用架空索道輸送散狀物料;4 19世紀中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的輸送機相繼出現(xiàn) 了帶式輸送機； 1868年，在英國出現(xiàn) 5 1905年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機; 1906年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機 6 此后，輸送機受到機械制造、電機、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進步的影響, 不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的輸送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之 間甚至城市之間的物料搬運，成為 物 料 搬 運 系 統(tǒng) 機 械 化 和 自 動 化 不 可 缺 少 的 組 成 部 分 。 1.

5、2.2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。工件經(jīng)過隔斷板從料輪滑落到輻道上， 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7 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

6、與工件的移動協(xié)調(diào)，在時間和空間上相匹配。 8 第2章設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù) 2.1設(shè)計要求 加工過程要求若干個相同的被輸送的工件間隔相等的距離 a=300mm,在導 軌上向左依次間歇移動，即每個零件耗時T1移動距離a后間歇時間T2, 乂耗時 時間T1移動距離a后間歇時間T2考慮到動停時間之比 K=T1/T2之值比較 特殊，受力較大，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等 高副機構(gòu)直接實現(xiàn)上述要求，而應(yīng)利用平面連桿機構(gòu)軌跡曲線。 2.2性能數(shù)據(jù)要求 圖2-1步進輸送機模型圖 根據(jù)上述所說的功能確定機械設(shè)計尺寸及要求如下： 1） 輸送平臺距離地面的高度為80cm 2） 輸送架上任一點的

7、運動軌跡近似為虛線所示閉合曲線。 . 3） 單次輸送距離在300mmfc右。 4） 輸送架在一定范圍內(nèi)保持平動。 5） 軌跡曲線的CD毀的最高點低丁直線段 AB的距離至少為50mm 2.3設(shè)計用途 可以進行產(chǎn)品生產(chǎn)線上的產(chǎn)品步進輸送，而且步進輸送有一段停頓的時間， 在這段時間內(nèi)，可以對產(chǎn)品進行加工處理。同時，步進輸送運動平穩(wěn)，動作一般 不會太快，方便精密工件的加工生產(chǎn)。此種步進輸送機，采用擋板推動，能產(chǎn)生 較大的作用力，所以能適應(yīng)不同重量的工件輸送?？煽浚€(wěn)定 9 第3章 設(shè)計方案 3.1設(shè)計方案1 方案一采用凸輪機構(gòu)做為原動件，并通過采用局部白由度來減少構(gòu)件 之間的摩擦，能夠?qū)崿F(xiàn)并適應(yīng)復雜的

8、工作要求與條件， 但是凸輪制造 費用高，承載能力有限，不可避免的會受到一些沖擊。 3.2設(shè)計方案2 方案（2）:該方案完全采用連桿機構(gòu)，運動連續(xù)，平穩(wěn)。由丁構(gòu)件大部分是 連桿，成本較低且維護，檢修都較為簡單。該機構(gòu)只有一個自由度，運動易丁控 制。缺點是機構(gòu)的零件較多，較為復雜。10 圖3-2步進輸送機設(shè)計方案2 通過兩個方案的比較分析, 選擇方案（2）作為設(shè)計方案。/ 選擇方案（2）較好，比較適合設(shè)計要求。所以 11 第4章機構(gòu)尺度綜合 4.1尺寸的得出 根據(jù)設(shè)計要求，相同的被輸送工件間隔相等的距離為 300mm,軌跡曲線的 CDE段的最高點低丁直線段 AB的距離至少為50mm,以免零件停歇時

9、受到輸送 架的不應(yīng)有的回碰。 4.2機構(gòu)尺寸計算結(jié)果 圖4-1輸送機機構(gòu)示意圖 采用作圖法求尺寸，如圖, 點 A為坐標（0,0）得坐標如下圖: 12 對丁 AB 的長度有式子：(Xb-Xa)&(yb-ya)2=lab 對丁 BC 杠有：(xb - Xc ) + ( yb - yc ) lbc 對丁 CE 杠有：(Xc-Xe)2 +(yc- ye)2 =修 對丁 CD 杠有：(Xc-Xd)2 +(yc- yd)2 =l* 對丁 BD 杠有：(Xd - Xb)2 +(yd-yb)2 =lbd 設(shè)AB的轉(zhuǎn)速為w,則B點的運動軌跡為XB=labcoswt , yB = labcoswt 由機架

10、的尺度限制和尺寸限制，取 AB長度為170mm , 根據(jù)運動要求和規(guī)律，我們知道 AB杠要實現(xiàn)完整的圓轉(zhuǎn)動，也就是說 AB 杠為曲柄，丁是有l(wèi)ab +lae Wbc +lce。丁是根據(jù)運動規(guī)律我們暫時取 BC=400,則 由不等式，可知，EC=400 再根據(jù)運動規(guī)律，點在最高點時要實現(xiàn)平動一段距離，以將運輸物品傳送， 對丁 D的運動有VxD =義 ，VyD =業(yè),對丁其加速度也要考慮，有 dt y dt d2 d2v . . a、D =學，在y軸萬向有ayD =，丁是結(jié)合AB與BC以及EC長度， 我們可知BD=518 終上所述，對各個值取定后在soidworks上做圖模擬，最終對數(shù)據(jù)進行修正

11、后實現(xiàn)了要求的運動，得到數(shù)據(jù)如下： 底板架的高度為一一700mm 底板的長度為一一1800mm 底板的寬度為 - 400mm 桿AB的長度為 -170mm 桿BD的長度為 - 518mm桿CE的長度為 -400mm 桿CD的長度為一一280mm皎鏈點距離O點的長度為一一334mm 電機主軸距離。點的距離為 165mm BC=400MM 皎鏈點E與E1之間的距離為 791mm 點D與D1間的距離為 791mm 點C1與D1之間的距離為 279.5mm13 第5章機構(gòu)運動分析 5.1步進輸送機運動學方程 根據(jù)對步進輸送機結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求， 對機構(gòu)的尺寸進行分析，計算。機構(gòu)的 運動只要分為兩個階段，第

12、一階段是輸送機的平動階段，即輸送機的工作階段， 此時輸送機的擋板推動工件向左移動。第二階段是輸送機的向下回轉(zhuǎn)曲線運動階 段，此階段輸送機擋板向下運動同時慢慢向后移動，最后再次回到原運動平面， 準備開始第二次的重復運動。 圖5-1步進輸送機運動分析簡圖 5.1.1步行輸送機初始狀態(tài)14 設(shè)A點坐標為(0,-182),D點的坐標為(350, 0) , AB長為182, BC長為364, CD的長為420.設(shè)P點坐標為(Xp, yp ), B點坐標為(Xb，Yb) (5-1) 2 2 Xc 一 Xb yc - yb = BC 另設(shè) C 點坐標為(xc,yc)則： 2 2 2 nC(Xc,yc) Xc

13、 - Xd yc = DC (5-2) 由設(shè)計要求得，在一段進程中，P點做直線運動，則在這段時間內(nèi)：Vp = Vp 2 2 Xp Xb yp 一 yb = BP 2 2 (Xp -Xc) +(yp - yc )= PC (5-3) _(13扼 _ _ 則 B 點 的 軌 跡 為 ” Xb = ABJcos yb = ABsin : 冗 3T 通過CAD繪制結(jié)構(gòu)零件圖，可知當a 6，一 3 時，yp = yp 圖5-3輸送機運動分析圖 15 在此情況下，B | 二一，T9.5 , B2 (6.5, -24.258 ) L 2 I 則B1C1, B2C2的中垂線方程為:i5 2 2 2 2 X -

14、 Xc kxi b - yc = X1 - Xp kx b - y ,2 , 2 , 2 2 X2-Xc kx2 b-yc = X2-Xp 底 b-yp (5-4) 分析可得圖5-3中中心圓的轉(zhuǎn)角，應(yīng)同圖5-2中BiCi,B2C2的中垂線的火角相 等。 p = arctank1 - arctank2 =arctank1 - arctan k2 (5-5) , -i , -i , yi 一 yp 丁 V2 一七 k1 = ,k2 = : k1 = - ,k2 = - kg kb2c2 Xi - Xp X2 - Xp 求解方程組，以求得BP和CP的長度值。 5.i.2步行輸送機平動過程 圖5-4所

15、示，各標注點為機構(gòu)設(shè)計中的個皎鏈點。其中桿 AB為繞A點旋 轉(zhuǎn)的驅(qū)動件。A,E, Ei點固結(jié)在機架上，D,Di點連接擋板。設(shè)個點的坐標分別16 為：（XA，YA 卜（XBYB 卜（Xc，yc HXD，YD ）、（XE，yE）。同時設(shè) AB 的角速度為 %，角 加速度c（i，為段CfeE,甲 為桿件與水平面的火角，各桿件的長度分別為: 1 AB, 1 BC ,lCE ,l BD ,l CD ,l CC1 ，中 AB 為初始角。 根據(jù)桿件的運動歹0出B點的運動方程: =XA l AB COS： AB （XA,VA ）已知，初始角 %,桿長IAB已知，所以，可以求出B點的坐 標。對式5-6分別進行一

16、次，二次求導，可得到 B點的速度和加速度方程。 VBX = l AB AB sin AB J . 一 VBy l AB AB COS AB (5-7) aBX = l AB AB COS AB TAB- 1 sin AB .aBy = l AB AB Sin AB l A 1 COS AB (5-8) 圖5-5點B的位置導出圖yB (5-6) 其中, =VA lABSin AB dongtai:weizhiA ( 度) 17 圖5-7點B的加速度導出圖 5-7和5-8式中只有速度和加速度是未知數(shù)，可以求出。同理，可以列出C,D,E 點的位置，速度，加速度方程： (5-9)圖5-6點B的速度導出

17、圖 10.68500095 -5.314999046 XB I BC C0S BC yc yB fcsin BC dongtai:jiasuduB (deg/secA2) 8.685000954 6.685000954 4.685000954 0.685000954 -1.314999046 0 -3.314999046 時間 （秒） 俞 2.685000954 18 XD = XB IBD COS BD yD = yB 1 BD sin BD (5-10) 2 2 2 XE - XC yE - yC T EC 2 2 2 XD - XC yD - yc TDC (5-11) VCx = IB

18、C BC sin BC VCy = lBC BC COS BC (5-12) aCx = 1 BC BC COS BC 一 lB 2 Sin BC 2 aCy lBC BC Sin BC 屁 一 2 COS BC (5-13) 圖5-8點C的位置導出圖 dongtai:weizhiC ( 度) 102.1771077 92.1771077 82.1771077 量 72.1771077 測 62.1771077 52.1771077 42.1771077 32.1771077 19 圖5-9點C的速度導出圖 10.65958472 8.659584715 6.659584715 4.65958

19、4715 俞 2.659584715 0.659584715 -1.340415285 -3.340415285 -5.340415285 圖5-10點C的加速度導出圖dongtai:suduC (deg/sec) 時間 （秒） dongtai:jiasuduC (deg/secA2) 時間 （秒） 20 137.2662209 137.2662209 137.2662209 特 137.2662209 137.2662209 137.2662209 137.2662209 137.2662209 圖5-11點D的位置導出圖 VDx = lBD BD sin BD VDy = 1BD BD C

20、os BD (5-14) 2 aDx = lBD BD Cos BD 一 島 一 3 Sin BD 2 aDy lBD BD sin BD l BD 3 Cos BD (5-15) 20.16049887 15.16049887 10.16049887 折 5.160498865 0.160498865 -4.839501135 -9.839501135 dongtai:weizhiD ( 度) 時間 （秒） dongtai:suduD (deg/sec) 21 圖5-12點D的速度導出圖 圖5-13點D的加速度導出圖 5.2運動學分析結(jié)果 B1, C1,D1,E 1點的速度，加速度與點B ,

21、 C,D,E點對應(yīng)相等，所以不再計算。 擋板機構(gòu)先進行300mm左右的平動，然后下行，同時逐步后退，再上升到 原平面，這樣完成一次周期運動。整個運動過程，AB桿繞A點運動，作為驅(qū)動, BCD構(gòu)成的三角形桿組在 A, E的制約下運動，使得D點在一個運動周期內(nèi)有 一段時間做直線運動。從soildworks的仿真可以看出，該機構(gòu)運動平穩(wěn)，速度變 化也較平緩，可以滿足各種設(shè)計要求。22 第6章機構(gòu)動力分析 6.1步行輸送機的動力學分析 對該機構(gòu)進行動力學分析，根據(jù)動力學分析簡圖以及各桿件的受力情況列出 動力學方程，用soildworks軟件進行模擬仿真，檢測機構(gòu)在運動過程中的受力情 況，看這個機構(gòu)是否

22、正確。 該機構(gòu)的傳動角主要考察各個連桿之間的傳動角是否瞞住要求， 如果傳動角 太小的話，傳動效率會降低很多。如果所有的傳動角都滿足傳動角的要求， 才能 穩(wěn)定工作。 6.1.1步行輸送機的動力學方程 對丁 BC杠，在x方向受到AB , DC對它的力，還有本身運動存在的力； 在y方向受到AB , DC對它的力。從轉(zhuǎn)矩角度考慮，由x與y方向各桿件對它 的分力所產(chǎn)生的力矩可得，因此 BC桿件動力學方程有： FABx * FDCX * FBCX = lBC FABy . FDCy . FBCy = 0 丁BC * FBCY (XS3 一 XB ) * FBCY (X D 一 ) - Fx 怎3 - YB

23、 ) - Fx (Y 一 YB) = 0 BC BCY S3 B BCY D B BCX S3 B DCX C B (6-1)23 對丁 BD桿件，在x方向受到來自AB, DC對它作用的力；同時在y方向， 也受到來自AB , DC對它的力作用。在轉(zhuǎn)矩方面，在各個方向受到的力現(xiàn)對丁 坐標值所產(chǎn)生的力矩如下： FABX - FDX FBDX = 0 1 BDFABy * FDy * FBDy = 0 LTBD + FBDY (XS3 - XB) + FDBY (XD - XB) - FDBX (YS3 - YB) - FDX (YC - YB) = 0 (6-2) 對丁 CD杠，在x方向受到BD,

24、 BC桿件對它所產(chǎn)生的力作用，同時在 y 方向，也會受到BD和BC對它所產(chǎn)生的分力；在各個方向的分力作用下會產(chǎn)生 現(xiàn)對丁 xy坐標系的力矩，由此得到如下式子： FBDX 十 FBCX 十 FCDX = 0 1 CD ： FBDy FBCy FCDy = 0 、TCD + FcDy(Xs7 一 XC) + FBDy(XD - XC) - FCDX(YS7 一 YC) 一 FBDX% 一 YC) = 0 6.1.2步行輸送機的動力學仿真圖 圖6-2點B的徑向力分析導出圖2.92524E+13 Ana1ysisDefinition1:1 iB (in Ibm / secA2) 2.42524E+13

25、 1.92524E+13 量 測 1.42524E+13 9.25242E+12 4.25242E+12 24 圖6-3點B的徑向力矩分析導出圖 AnalysisDefinition1:liC (in lbm / secA2) 時間 （秒） 圖6-4點C的徑向力分析導出圖 25 圖6-5點C的徑向力矩分析導出圖 AnalysisDefinition1:liD (in lbm / secA2) 時間 （秒） 圖6-6點D的徑向力分析導出圖 26 AnalysisDefinition1:lijuD (in Ibm / sec人2) 圖6-7點D的徑向力矩分析導出圖 6.2動力學分析結(jié)果 通過上面的

26、soildworks的動力學仿真導出圖可以知道，各個皎鏈點的受力情 況都呈現(xiàn)了一個比較穩(wěn)定的變化規(guī)律， 而且在工件的輸送過程中，機構(gòu)的受力平 穩(wěn)，桿件的力矩變化也比較穩(wěn)定。符合機構(gòu)的動力學受力條件。只要合適的選擇 機構(gòu)構(gòu)件的材料，并且精確制造各個構(gòu)件，就可以很好的滿足機構(gòu)的工作要求了。 27 28 第7章結(jié)論 7.1方案特點 本次步進輸送機的主要特點：一、采用了連桿機構(gòu)來完成機構(gòu)的設(shè)計，二、 采用電動機作為機構(gòu)的動力裝置。主要優(yōu)點是：架構(gòu)簡單，動力強勁，很好的保 護了電動機，負載能力強，連桿組的結(jié)構(gòu)可以很好的保證擋板可以進行一段水平 運動。在運動過程中，擋板能夠適時的退到平臺以下， 可以保證步

27、進輸送機的平 穩(wěn)輸送貨物。機構(gòu)采用桿組結(jié)構(gòu)，鏈接安全可靠，維護方便可以大量節(jié)約成本。 而其它幾種方案，要么成本太高，要么結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。都有各自的缺陷?？梢哉f 這個設(shè)計是用簡單的方法實現(xiàn)了復雜的運動過程，并且操作運用都較為簡單、 7.2設(shè)計方法特點 本次設(shè)計采用的是CAD畫平面圖定坐標尺寸，然后使用 PRO/E仿真，得 出運動學仿真結(jié)果，隨后列出運動方程。使用CAD作圖的好處是精確度比較高， 修改方便，并且操作流程規(guī)范化，每個圖紙都有存根，方便以后的查看和修改。 使用soildworks仿真的話效果比較逼真，操作比較簡便實用，形象化，并可導出 個點的運動速度、加速度和位移等，為設(shè)計節(jié)省了大量的時

28、間和工作。29 第8章收獲與體會 在本次機械綜合設(shè)計中，接觸了很多以前都沒有接觸過的軟件，如， soildworks, PRO/E, ADAMS、CATIA等，在同學們的互相幫助與學習下，初步 學會了他們的使用方法，也通過借閱大量課外書籍和互聯(lián)網(wǎng)了解了輸送機設(shè)計方 面的很多知識以及輸送機發(fā)展歷史的認識，在這一過程中我看到了機械對于生 活、工作、勞動、社會發(fā)展的至關(guān)重要性，為人類的進步提供了強有力的保證和 力量。再次也認識到自己所從事的行業(yè)是多么重要與精妙。 在閱讀書籍和上網(wǎng)收集信息中，我看到了很多先進的設(shè)計理念，心中對設(shè) 計者精妙的的設(shè)計和計算感到欽佩，并在學習中結(jié)合本次設(shè)計工作的一些實際情

29、況，并且運用用自己平時學到的知識和課外知識相結(jié)合得到了自己的設(shè)計方法， 完成了這次課程的設(shè)計，心中倍受鼓舞。 在這過程中，收獲了很多實踐相關(guān)的知識和經(jīng)驗，并且提高了自己在學習 和設(shè)計工作中的信心，對自己在機械設(shè)計方面的能力有了很大的提高， 為以后的 學習工作我想都會有很大的幫助。 在學到很多專業(yè)知識的同時，我也更加明白了怎么樣才能與周圍的同學交 流各自的想法，增強了自己團隊合作的能力，并與同學之間取長補短，相互幫助, 相互學習。 30 第9章致謝 在這一個機械設(shè)計的過程中，首先發(fā)現(xiàn)了白己很多不足，白己的 能力在很大層面上還是欠缺，在設(shè)計中遇到了這樣那樣的問題， 這些 問題僅僅依靠我一個人是不可能解決的，但是幸好我得到了指導老師 的指導與教育，和同學們在對我作圖還有模擬運動上的幫助， 以及上 屆學長的一些建議。沒有老師和同學學長的幫助我肯定無法獨立完成 這一個工作，感謝在本次設(shè)計中所有幫助和指導過我的老師及同學， 特別感謝指導老師的指導，以及各位同學對本人在各種應(yīng)用軟件中的 幫助和在機構(gòu)設(shè)計中所提出的意見。31 參考