步進輸送機課程設計.doc

機械原理課程設計 設計計算說明書設計題目：步進輸送機 學 院 ：理 學 院專 業(yè) ：機械電子工程班 級 ： 12 學 號： 020841206 設 計 者：程滿 指導教師：范奎 2011年5月26日湖北民族學院目錄一、設計題目 2二 設計簡介 32.1工作原理 32.2原始數(shù)據(jù)及設計要求 42.3 設計任務5三、運動方案的擬定5 3.1 步進輸送機構(gòu)5 3.2 下料機構(gòu)（插斷機構(gòu)）73.3運動方案的選定 8四、機構(gòu)運動簡圖8五、運動分析115.1輸送機構(gòu)的運動分析 115.2插斷機構(gòu)（下料機構(gòu)）的運動分析205.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算 23六、機構(gòu)運動循環(huán)圖 24七、減速機構(gòu)的設計24八、設計總結(jié)25九、參考文獻25一、 設計題目：步進輸送機二、 設計簡介2.1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。圖1為運動示意圖，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與工件的移動協(xié)調(diào)，在時間和空間上相匹配。圖1 步進輸送機示意圖 2.2 原始數(shù)據(jù)及設計要求（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（當量值），輸送滑架質(zhì)量為240kg，當量摩擦系數(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） 最大擺動件線質(zhì)量為20 kg/m，質(zhì)心在桿長中點，繞質(zhì)心線轉(zhuǎn)動慣量為2 kgm2/m，其余構(gòu)件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。發(fā)動機到曲柄軸的傳動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量（視曲柄為等效轉(zhuǎn)動構(gòu)件）近似取為2 kgm2。（5） 允許速度不均勻速度為0.1。（6） 滑架導路水平線與安裝平面高度允許在1100mm以下。（7） 電動機規(guī)格自選。2.3 設計任務（1） 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行插斷機構(gòu)、步進輸送機構(gòu)的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在報告上畫出傳動方案圖；（5） 進行工件停止在工位上的慣性前沖量計算；（6） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算；（7） 畫出機械運動方案簡圖； （8） 編寫設計計算說明書。三、運動方案的擬定3.1 步進輸送機構(gòu)步進輸送機的主傳動機構(gòu)的原動件是曲柄；從動件為推爪(滑塊),行程中有急回特性；機構(gòu)應有較好的動力特性及在工作進程中速度要求較小且均勻。要滿足這些要求，用單一的四桿機構(gòu)是難以實現(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 機構(gòu)采用導桿機構(gòu)、連桿滑塊機構(gòu)組成的6桿機構(gòu)。采用導桿機構(gòu)，滑塊3與導桿之間的傳動角始終為o，且適當確定構(gòu)件尺寸，可以保證機構(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。適當確定推爪的導路位置，可以使壓力角盡量小。2、如圖1-2所示，步進輸送機的主傳動機構(gòu)采用凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)。適當選擇凸輪運動規(guī)律，設計出凸輪廓線，可以實現(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；在推爪往復運動的過程中，避免加減速度的突變發(fā)生(采用正弦加速度運動規(guī) 律）。3、如圖1-3所示，步進輸送機主傳動機構(gòu)采用曲柄導桿機構(gòu)機構(gòu)。導桿做往復擺動其速度有點波動，并且也具有急回特性。 圖1-2 圖1-3 4、如圖1-4所示，步進輸送機的主傳動機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)可以滿足工作進給時推爪的速度較低，在運動過程中曲柄搖桿機構(gòu)的從動件搖桿3的壓力角是變化的。 3.2 下料機構(gòu)（插斷機構(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件盤形凸輪與搖桿機構(gòu)的組合圖（2-2），利用彈簧的彈力使?jié)L子從動件始終緊靠在凸輪上 圖2-23.3運動方案的選定經(jīng)過小組討論最終確定選輸送機構(gòu)的方案1和插斷機構(gòu)的方案2作為此次課程設計所要求的運動方案。四、機構(gòu)運動簡圖 運動簡圖1.初始狀態(tài)2.工件輸送階段3.工件到達工位點4.輸送架回程及下料階段五、運動分析5.1輸送機構(gòu)的運動分析 圖5.1.11.要求條件：輸送滑架輸送步長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）的導路X-X在導桿運動弧長的平分線上。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S=860mm可得導桿O4B的長度O4B=860mm。工作進程的時間t1=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程時間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在導路所在弧長的平分線上，取H約為(860+860*cos30)/2即令H=802mm。又要求工作過程中傳動平穩(wěn)，速度均勻，即BC桿的傳動角越大越好。最大的傳動角=90-arcsin(860-860*cos30)/BC。為保證機構(gòu)的傳力效果，應使傳動角的最小值min大于或等于其許用值,即min。一般機械中，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，確定輸送架運動的6桿機構(gòu)的長度分別為：BC=200mm O4B=860mm O2O4=500mm O2A=250mm 。3.用相對運動圖解法做平面機構(gòu)的運動分析將曲柄端點的運動軌跡的圓周12等份，初始位置為1如上圖5.1.1例如計算滑塊處于位置8時機構(gòu)的速度、加速度。1、求C點的速度：確定構(gòu)件3上A點的速度：構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動副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點的絕對速度，A4A3表示構(gòu)件4上A點相對于構(gòu)件3上A點的速度，其方向平行于線段BO4，大小未知；構(gòu)件4上A點的速度方向垂直于線段BO4，大小未知。在圖上任取一點P，作A3 的方向線pO3 ，方向垂直于AO2，指向與2的方向一致，長度等于A3/v，（其中v為速度比例尺）。過點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點的速度c：c = B + CB方向： X-X BO4 BC 大?。?？ 4lO4B ？速度圖見圖2：式中c 、B 表示點的絕對速度。CB表示點C相對點B的相對速度其方向垂直于構(gòu)件CB，大小未知，點C的速度方向平行于X-X，大小未知，圖上任取一點p作代表B的矢量pb其方向垂直于BO4指向于轉(zhuǎn)向相反，長度等于（為速度比例尺）。過點p作直線平行于X-X，代表c的方向線，再點b作直線垂直于BC代表CB的方向線，這兩方向線的交點為C則矢量pc和bc便代表 c、CB則C點的速度為：c=0.58m/s，CB=0。加速度也可按相對圖解法計算。4.編制程序計算各點的速度，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.h"const double PI=3.14159; /*圓周率*/*全局變量*/double L10; /*存儲桿長*/double X10,Y10; /*存儲各點x，y坐標*/double V10,U10; /*存儲各點x，y方向速度分量*/ double A10,B10; /*存儲各點x，y方向加速度分量*/double F10,W10,E10; /*存儲各桿轉(zhuǎn)角，角速度，角加速度*/ double S10,C10; /*中間計算變量*/*計算主程序*/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)表示曲柄的長度，L(3)表示導桿的長度，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)表示導桿的轉(zhuǎn)角，W(4)表示導桿的角速度，S表示滑塊在導桿上的位移，V表示滑塊沿導桿的滑動，A表示滑塊的沿導桿的加速度。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插斷機構(gòu)（下料機構(gòu)）的運動分析1.凸輪的設計凸輪的遠休止角=40， 近休止角=240,推程運動角=40， 回程運動角=40。凸輪輪廓的最大圓半徑（遠休止部分），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式運動規(guī)律的曲線過渡。因為五次運動規(guī)律的曲線既不存在剛性沖擊也不存在柔性沖擊，運動平穩(wěn)性好。2.擺動滾子從動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.凸輪的壓力角計算擺動滾子從動件凸輪機構(gòu)壓力角的計算公式：tan=a*cos(+0)-l(1-d/d)/a*sin(+0)a表示機架之間的距離l表示擺桿的長度，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，其中是推程運動角，是凸輪的轉(zhuǎn)角。用matlab可以算出凸輪機構(gòu)的最大壓力角max=28.12，滿足擺動從動件許用壓力角=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動仿真時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)動慣量的計算等效驅(qū)動力矩Md為常數(shù)，在一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)做的功等于該周期內(nèi)運動機構(gòu)運動所需要的功。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)動慣量過大，也可以把飛輪安裝在電動機于曲柄軸之間的變速機構(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、機構(gòu)運動循環(huán)圖七、減速機構(gòu)的設計減速機構(gòu)采用三級減速。電動機的轉(zhuǎn)速為1400r/min,減速機機構(gòu)的一級傳動采用皮帶傳動，二級、三級減速都采用齒輪傳動。設定每級傳動的傳動效率都為1，即1=2=3=4=5=6=1。皮帶輪的傳動比i12=3；齒輪減速的一級傳動比i34=4，二級傳動比i34=6.14。總傳動比i= i12 *i34 *i34=73.68執(zhí)行機構(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、設計總結(jié)在這次課程設計中，我看到了我們班同學團結(jié)互助的精神，也看到了同學們刻苦鉆研的學習精神。課程設計是對我們思維能力的一種鍛煉，也是理論與實踐結(jié)合的一次過渡，同學們興趣濃厚，并有著創(chuàng)新的意識。同時通過本次課程設計，在完成設計任務的同時能夠進一步理解和鞏固所學課程內(nèi)容，并將所學知識綜合運用到實際設計中，不僅加強了學習更鍛煉了實際操作能力和設計經(jīng)驗。在設計計算過程中，通過組內(nèi)的討論和交流，加深了對基礎(chǔ)知識的理解；在老師的細心指導下，讓我們了解到更多的機械實際設計方面的知識，開闊了視野。通過這次課程設計，我才發(fā)現(xiàn)理論知識的重要性，好的設計是建立在塌實的理論知識之上的。九、參考文獻1、機械原理 高等教育出版社 孫桓等 主編 （第七版）20062、機械原理課程設計 科學出版社，王淑仁主編 20063、機械原理課程設計手冊 高等教育出版社，鄒慧君主編 20074、其它機械原理課程設計書籍和有關(guān)機械方案設計手冊