步進(jìn)輸送機(jī)課程設(shè)計(jì).doc

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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)輸送機(jī) 學(xué) 院 ：理 學(xué) 院專 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 指導(dǎo)教師：范奎 2011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5 3.1 步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)5 3.2 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)總結(jié)25九、參考文獻(xiàn)25一、 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)過隔斷板從料輪滑落到輥道上，隔斷板作間歇往復(fù)直線運(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，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)。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)工件的步進(jìn)式傳輸。顯而易見，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)H840mm，允許誤差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(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)K1.7。（4） 最大擺動(dòng)件線質(zhì)量為20 kg/m，質(zhì)心在桿長(zhǎng)中點(diǎn)，繞質(zhì)心線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2 kgm2/m，其余構(gòu)件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(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 kgm2。（5） 允許速度不均勻速度為0.1。（6） 滑架導(dǎo)路水平線與安裝平面高度允許在1100mm以下。（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） 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖； （8） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。三、運(yùn)動(dòng)方案的擬定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1-1 1.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o，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，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1-3 4、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)可以滿足工作進(jìn)給時(shí)推爪的速度較低，在運(yùn)動(dòng)過程中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件搖桿3的壓力角是變化的。 3.2 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）。（圖2-1）而另一種方案是采用從動(dòng)件盤形凸輪與搖桿機(jī)構(gòu)的組合圖（2-2），利用彈簧的彈力使?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)4.輸送架回程及下料階段五、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, 滑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)K1.7。2.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)的平分線上。極為夾角=180(K-1)/(K+1)=60，即O2O4A=30。由輸送架工作行程平均速度0.42m/s,且輸送步長(zhǎng)S=860mm可得導(dǎo)桿O4B的長(zhǎng)度O4B=860mm。工作進(jìn)程的時(shí)間t1=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程時(shí)間t2= t1/2=1.0238s， 有Wt=知W=2.0457 rad/s。轉(zhuǎn)速n=60W/(2*3.14)=19.5r/min。由O2O4A=30知O2A=O2O4/2,又X-X在導(dǎo)路所在弧長(zhǎng)的平分線上，取H約為(860+860*cos30)/2即令H=802mm。又要求工作過程中傳動(dòng)平穩(wěn)，速度均勻，即BC桿的傳動(dòng)角越大越好。最大的傳動(dòng)角=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min大于或等于其許用值,即min。一般機(jī)械中，推薦=40-50。取BC=200mm, =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 O4B=860mm O2O4=500mm O2A=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。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A3=A2而A2=0.51m/s求的速度： A4 = A3 + A4A3 方向： BO4 AO2 BO4 大?。?？ ？ 用圖解法求解如圖1：、式中A3、A4表示構(gòu)件3和構(gòu)件4上 A點(diǎn)的絕對(duì)速度，A4A3表示構(gòu)件4上A點(diǎn)相對(duì)于構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度，其方向平行于線段BO4，大小未知；構(gòu)件4上A點(diǎn)的速度方向垂直于線段BO4，大小未知。在圖上任取一點(diǎn)P，作A3 的方向線pO3 ，方向垂直于AO2，指向與2的方向一致，長(zhǎng)度等于A3/v，（其中v為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線垂直于BO4 代表A4的方向線，再過O3作直線平行于線段BO4 代表A4A3的方向線這兩條直線的交點(diǎn)為O4，則矢量pO4和O3O4分別代A4和A4A3 。易知PO3、PO4同向，由速度多邊形PO3O4得：A4=0.51m/sA4A3=03 求BO 4的角速度：=VA4/=0.68rad/sVB=BO4=0.59m/s 求C點(diǎn)的速度c：c = B + CB方向： X-X BO4 BC 大小： ？ 4lO4B ？速度圖見圖2：式中c 、B 表示點(diǎn)的絕對(duì)速度。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，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B的矢量pb其方向垂直于BO4指向于轉(zhuǎn)向相反，長(zhǎng)度等于（為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線平行于X-X，代表c的方向線，再點(diǎn)b作直線垂直于BC代表CB的方向線，這兩方向線的交點(diǎn)為C則矢量pc和bc便代表 c、CB則C點(diǎn)的速度為：c=0.58m/s，CB=0。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 /*包含頭文件*/#include stdlib.h#include math.hconst double PI=3.14159; /*圓周率*/*全局變量*/double L10; /*存儲(chǔ)桿長(zhǎng)*/double X10,Y10; /*存儲(chǔ)各點(diǎn)x，y坐標(biāo)*/double V10,U10; /*存儲(chǔ)各點(diǎn)x，y方向速度分量*/ double A10,B10; /*存儲(chǔ)各點(diǎn)x，y方向加速度分量*/double F10,W10,E10; /*存儲(chǔ)各桿轉(zhuǎn)角，角速度，角加速度*/ double S10,C10; /*中間計(jì)算變量*/*計(jì)算主程序*/void main()int ii,Index,iFlag；double p1,F9,Res3,N1;p1=PI/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)=30 E(1)=0n);printf(F(1) Deg ，F(xiàn)(3)Deg ， W(4)/s ，S mm V m/s A m/S2n);/W1=N1*PI/30;for(ii=0;ii=12;ii+)F1=ii*30*p1;F9=0;Mcrank(1,1,1,2,F9);iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,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);else printf(Because of wrong data, the Caculation failed!n); 計(jì)算結(jié)果：L(1)=250mm L(2)=0 L(3)=900mm L(4)=0 W(1)=2.0457rad/s E(1)=0F(1) DegF(4) DegW(4)rad/sS mmV m/s a m/ S2063.430.41559.020.46-0.38 30 70.890.59661.440.34-0.57 6080.100.66727.330.00-0.70 9090.000.68750.000.00-0.70 12099.900.66727.33-0.18-0.67 150109.110.59661.44-0.34-0.57 180116.560.41559.02-0.46-0.38 210120.000.00433.01-0.51-0.00 240113.79-0.98309.83-0.410.92 27090.00-2.05250.00-0.002.10 30066.21-0.98309.830.410.92 330 60.00-0.00433.010.510.00 36063.430.41559.020.46-0.38L(1)表示曲柄的長(zhǎng)度，L(3)表示導(dǎo)桿的長(zhǎng)度，W(1)表示曲柄的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)(1)表示曲柄轉(zhuǎn)過的角度，F(xiàn)(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。推爪（滑塊）的速度曲線推爪（滑塊）的加速度曲線推爪（滑塊）的位移曲線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,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r0=120mm。凸輪的回程、推程輪廓采用五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線過渡。因?yàn)槲宕芜\(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線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為：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(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(+0)-l(1-d/d)/a*sin(+0)a表示機(jī)架之間的距離l表示擺桿的長(zhǎng)度，0表示擺桿的初始的擺角。=h(10*3/3)-(15*4/4)-(6*5/5)是表示擺桿的擺角，其中是推程運(yùn)動(dòng)角，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max=28.12，滿足擺動(dòng)從動(dòng)件許用壓力角=3050先建立m函數(shù)Function f=myfun(x)f=0.5*cosd(14.28+0.040*(10*x3/(403)-15*x4/(403)+6*x5/(403)-0.420*(1-0.040*117.2*(30*x2/(403)-60*x3/(403)+30*x4/(405)/0.500/(sind(14.28+0.040*(10*x3/(403)-15*x4/(403)+6*x5/(403);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)有滾子的位移曲線知五次曲線的曲率半徑滿足要求。5.3 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算等效驅(qū)動(dòng)力矩Md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*Md=8*(1/2m1v2)+m1g1+2m2g2+8*(1/2m2v2)Md=115.4465Nm安裝在曲柄軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jf=(Emax-Emin)/ (*22)而Emax-Emin=61.74J要求的速度不均勻系數(shù)=0.1, 2=2.0457rad/s。Jf=147.5308kgm2若安裝在曲柄上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，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。5.4 工件停止在工位上的前沖量 沖量F*t=mv=60*0.15=9 Ns六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖七、減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)采用三級(jí)減速。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400r/min,減速機(jī)機(jī)構(gòu)的一級(jí)傳動(dòng)采用皮帶傳動(dòng)，二級(jí)、三級(jí)減速都采用齒輪傳動(dòng)。設(shè)定每級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)效率都為1，即1=2=3=4=5=6=1。皮帶輪的傳動(dòng)比i12=3；齒輪減速的一級(jí)傳動(dòng)比i34=4，二級(jí)傳動(dòng)比i34=6.14?？倐鲃?dòng)比i= i12 *i34 *i34=73.68執(zhí)行機(jī)構(gòu)（曲柄）的轉(zhuǎn)速n=(1/i)*1400r/min=19.54r/min,曲柄的角速度w=2.0457rad/s。八、設(shè)計(jì)總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，我看到了我們班同學(xué)團(tuán)結(jié)互助的精神，也看到了同學(xué)們刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神。課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們思維能力的一種鍛煉，也是理論與實(shí)踐結(jié)合的一次過渡，同學(xué)們興趣濃厚，并有著創(chuàng)新的意識(shí)。同時(shí)通過本次課程設(shè)計(jì)，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)能夠進(jìn)一步理解和鞏固所學(xué)課程內(nèi)容，并將所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中，不僅加強(qiáng)了學(xué)習(xí)更鍛煉了實(shí)際操作能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，通過組內(nèi)的討論和交流，加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解；在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，讓我們了解到更多的機(jī)械實(shí)際設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，開闊了視野。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)的重要性，好的設(shè)計(jì)是建立在塌實(shí)的理論知識(shí)之上的。九、參考文獻(xiàn)1、機(jī)械原理 高等教育出版社 孫桓等 主編 （第七版）20062、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社，王淑仁主編 20063、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 高等教育出版社，鄒慧君主編 20074、其它機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)書籍和有關(guān)機(jī)械方案設(shè)計(jì)手冊(cè)