機械原理課程設(shè)計-步進輸送機.doc

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步進輸送機設(shè)計計算說明書姓 名：學(xué) 號：20091370班 級：車輛七班指導(dǎo)老師：何朝明2012年6月第1章 問題的提出21.1引言21.2設(shè)計簡介31.2.1國內(nèi)外步進機發(fā)展史31.2.2工作原理7第2章 設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù)82.1 設(shè)計要求82.2 性能數(shù)據(jù)要求82.3 設(shè)計用途9第3章 設(shè)計方案93.1 設(shè)計方案193.2 設(shè)計方案29第4章 機構(gòu)尺度綜合104.1尺寸的得出104.2機構(gòu)尺寸計算結(jié)果10第5章 機構(gòu)運動分析115.1步進輸送機運動學(xué)方程115.1.1 步行輸送機初始狀態(tài)12求解方程組，以求得BP和CP的長度值。135.1.2步行輸送機平動過程145.2運動學(xué)分析結(jié)果19第6章 機構(gòu)動力分析206.1步行輸送機的動力學(xué)分析206.1.1步行輸送機的動力學(xué)方程206.1.2步行輸送機的動力學(xué)仿真圖216.2動力學(xué)分析結(jié)果24第7章 結(jié)論267.1方案特點267.2設(shè)計方法特點26第8章 收獲與體會28第9章 致謝29第1章 問題的提出1.1引言輸送機是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(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)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。1.2設(shè)計簡介1.2.1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(jì)中，開始應(yīng)用架空索道輸送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的輸送機相繼出現(xiàn)。1868年，在英國出現(xiàn)了帶式輸送機；1887年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機；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。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。1.2.2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輥道上，隔斷板作間歇往復(fù)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(fù)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(dāng)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(dāng)滑架再次向前推進時，該推爪早已復(fù)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(fù)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。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(dǎo)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，又耗時時間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） 輸送架上任一點的運動軌跡近似為虛線所示閉合曲線。.3） 單次輸送距離在300mm左右。4） 輸送架在一定范圍內(nèi)保持平動。5） 軌跡曲線的CDE段的最高點低于直線段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?，穩(wěn)定第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，并通過采用局部自由度來減少構(gòu)件之間的摩擦，能夠?qū)崿F(xiàn)并適應(yīng)復(fù)雜的工作要求與條件，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)。由于構(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，運動易于控制。缺點是機構(gòu)的零件較多，較為復(fù)雜。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）較好，比較適合設(shè)計要求。所以選擇方案（2）作為設(shè)計方案。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段的最高點低于直線段AB的距離至少為50mm，以免零件停歇時受到輸送架的不應(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，一點A為坐標(biāo)（0,0）得坐標(biāo)如下圖：對于AB的長度有式子：對于BC杠有：對于CE杠有：對于CD杠有：對于BD杠有：設(shè)AB的轉(zhuǎn)速為w,則B點的運動軌跡為 ，由機架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，于是有。于是根據(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，對于D的運動有 ，對于其加速度也要考慮，有 ，在y軸方向有，于是結(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700mm 底板的長度為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280mm 鉸鏈點距離O點的長度為334mm電機主軸距離O點的距離為165mm BC=400MM鉸鏈點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279.5mm第5章 機構(gòu)運動分析5.1步進輸送機運動學(xué)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(zhǔn)備開始第二次的重復(fù)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)圖5-3 輸送機運動分析圖設(shè)A點坐標(biāo)為(0,-182),D點的坐標(biāo)為（350，0），AB長為182，BC長為364，CD的長為420.設(shè)P點坐標(biāo)為，B點坐標(biāo)為則B點的軌跡為 （5-1）另設(shè)C點坐標(biāo)為則：C （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)： （5-3）通過CAD繪制結(jié)構(gòu)零件圖，可知當(dāng)=時，。在此情況下，則的中垂線方程為： （5-4）分析可得圖5-3中中心圓的轉(zhuǎn)角，應(yīng)同圖5-2中的中垂線的夾角相等。即 （5-5）；求解方程組，以求得BP和CP的長度值。5.1.2步行輸送機平動過程圖5-4 結(jié)構(gòu)示意圖圖5-4 所示，各標(biāo)注點為機構(gòu)設(shè)計中的個鉸鏈點。其中桿AB為繞A點旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動件。A,E，E1點固結(jié)在機架上，D,D1點連接擋板。設(shè)個點的坐標(biāo)分別為：。同時設(shè)AB的角速度為，角加速度，為為桿件與水平面的夾角，各桿件的長度分別為：，為初始角。根據(jù)桿件的運動列出B點的運動方程： （5-6）其中，已知，初始角，桿長已知，所以，可以求出B點的坐標(biāo)。對式5-6分別進行一次，二次求導(dǎo)，可得到B點的速度和加速度方程。 (5-7) （5-8）圖5-5 點B的位置導(dǎo)出圖圖5-6 點B的速度導(dǎo)出圖圖5-7 點B的加速度導(dǎo)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） （5-10） （5-11） (5-12) （5-13）圖5-8 點C的位置導(dǎo)出圖圖5-9 點C的速度導(dǎo)出圖圖5-10 點C的加速度導(dǎo)出圖圖5-11 點D的位置導(dǎo)出圖 (5-14) （5-15）圖5-12 點D的速度導(dǎo)出圖圖5-13 點D的加速度導(dǎo)出圖5.2運動學(xué)分析結(jié)果B1，C1,D1,E1點的速度，加速度與點B，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。第6章 機構(gòu)動力分析6.1步行輸送機的動力學(xué)分析對該機構(gòu)進行動力學(xué)分析，根據(jù)動力學(xué)分析簡圖以及各桿件的受力情況列出動力學(xué)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(xué)方程圖6-1 步進輸送機示意圖 對于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(xué)方程有： (6-1) 對于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)對于坐標(biāo)值所產(chǎn)生的力矩如下： (6-2) 對于CD杠，在x方向受到BD，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)對于xy坐標(biāo)系的力矩，由此得到如下式子：6.1.2步行輸送機的動力學(xué)仿真圖圖6-2 點B的徑向力分析導(dǎo)出圖圖6-3 點B的徑向力矩分析導(dǎo)出圖圖6-4 點C的徑向力分析導(dǎo)出圖圖6-5 點C的徑向力矩分析導(dǎo)出圖圖6-6 點D的徑向力分析導(dǎo)出圖圖6-7 點D的徑向力矩分析導(dǎo)出圖6.2動力學(xué)分析結(jié)果通過上面的soildworks的動力學(xué)仿真導(dǎo)出圖可以知道，各個鉸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(xué)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。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(fù)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。可以說這個設(shè)計是用簡單的方法實現(xiàn)了復(fù)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(biāo)尺寸，然后使用PRO/E仿真，得出運動學(xué)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(dǎo)出個點的運動速度、加速度和位移等，為設(shè)計節(jié)省了大量的時間和工作。 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(xué)們的互相幫助與學(xué)習(xí)下，初步學(xué)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(rèn)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(rèn)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(xué)習(xí)中結(jié)合本次設(shè)計工作的一些實際情況，并且運用用自己平時學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)工作我想都會有很大的幫助。在學(xué)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(xué)交流各自的想法，增強了自己團隊合作的能力，并與同學(xué)之間取長補短，相互幫助，相互學(xué)習(xí)。第9章 致謝 在這一個機械設(shè)計的過程中，首先發(fā)現(xiàn)了自己很多不足，自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(dǎo)老師的指導(dǎo)與教育，和同學(xué)們在對我作圖還有模擬運動上的幫助，以及上屆學(xué)長的一些建議。沒有老師和同學(xué)學(xué)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(dǎo)過我的老師及同學(xué)，特別感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，以及各位同學(xué)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。參考文獻1 邢俊文. 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