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常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
工件步進(jìn)輸送機(jī)設(shè)計
摘要
工件步進(jìn)輸送機(jī)用于間歇地輸送工件，到達(dá)預(yù)定位置。傳統(tǒng)輸送機(jī)通過電動機(jī)采用普通減速器多級變速實(shí)現(xiàn)，傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。為了使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，本文完成了采用行星減速器為傳動系的步進(jìn)輸送機(jī)的設(shè)計與研究。
本文對工件步進(jìn)輸送機(jī)的研究要點(diǎn)如下：
（1） 介紹了現(xiàn)有工件輸送機(jī)的類型、發(fā)展趨勢和研究本課題的目的、意義，分析了輸送機(jī)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。
（2） 在完成對工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計、確定電動機(jī)的類型的情況下，建立了兩種傳動系減速方案，通過方案對比，擇優(yōu)選擇出采用行星齒輪減速器的步進(jìn)輸送機(jī)傳動方案，并對此方案的可行性進(jìn)行了分析。
（3） 進(jìn)行了工件步進(jìn)輸送機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，重點(diǎn)設(shè)計了行星齒輪減速器總體及部分零件的結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)繪制了關(guān)鍵零件的工作圖。
（4） 同時運(yùn)用計算機(jī)輔助軟件對工作機(jī)構(gòu)及傳動系進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，為進(jìn)一步改進(jìn)傳動結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：工件步進(jìn)輸送機(jī) 電動機(jī) 行星齒輪減速器 設(shè)計 仿真
Workpiece stepping conveyor design
Abstract
Workpiece stepping conveyor used intermittently transportation workpiece, arrived at the scheduled position. Traditional conveyor by using common reducer multistage variable speed motors, transmission device structure size realization. In order to achieve high transmission efficiency, we completed a planetary reducer for transmission by the workpiece stepping conveyor design and research.
This article on the stepping conveyor research points as follows:
(1) Introduces existing workpiece, the types of belt conveyor development trend, and study of this subject, analyzes the purpose and significance of the research situation at home and abroad.
(2) After finishing the design of working mechanism and determine the type of situation motor, set up two kinds of transmission deceleration scheme, through the scheme contrast, technical selected the planet gear reducer stepping conveyor transmission scheme, and the feasibility of this plan are analyzed.
(3) Underwent workpiece stepping conveyor the overall structure design, focusing on the planet gear reducer design of the structure of overall and parts, and detailed the key parts mapped the working drawing.
(4) At the same time using computer-aided software to work institutions and drivetrain motion simulation analysis, for further improved transmission structure provides theory basis.
Keywords: workpiece stepping conveyor; motor ;planetary gear reducer ;design; simulation
目錄
1. 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 輸送機(jī)的類型及特性介紹 1
1.1.2 工件步進(jìn)輸送機(jī)的工作原理 2
1.1.3 輸送機(jī)的發(fā)展趨勢 3
1.2 研究的目的和意義 3
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.4 主要研究內(nèi)容 4
1.4.1 課題任務(wù) 4
1.4.2 課題所要完成的主要工作 5
2. 步進(jìn)輸送機(jī)方案設(shè)計 6
2.1 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析 6
2.1.1 工作機(jī)構(gòu)型式的選擇 6
2.1.2 設(shè)計機(jī)構(gòu)的具體尺寸 6
2.1.3 機(jī)構(gòu)的速度分析 8
2.2 選擇電動機(jī) 9
2.2.1 選擇電動機(jī)的類型 9
2.2.2 選擇電動機(jī)的容量 9
2.3 傳動方案的對比分析及優(yōu)選 10
2.3.1 選擇傳動形式 10
2.3.2兩種傳動方案對比分析及優(yōu)選 10
3. 行星齒輪減速器性能參數(shù)設(shè)計 12
3.1 行星傳動的齒數(shù)分配 12
3.2 閉式圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算 12
3.2.1 高速級計算 12
3.2.2 幾何尺寸計算 13
3.2.3 驗算齒根彎曲強(qiáng)度（a-c輪） 14
3.2.4 齒輪的圓周速度 14
3.3 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計及校核 14
3.3.1 高速軸設(shè)計 14
3.3.2 行星輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 17
3.3.3 低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
3.4 滾動軸承的選擇與校核 18
3.4.1 確定軸承型號 18
3.4.2 根據(jù)壽命校核 18
3.5 減速器其他主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
3.5.1 內(nèi)齒圈浮動 18
3.5.2 行星架結(jié)構(gòu) 18
4. 工件步進(jìn)輸送機(jī)總體設(shè)計 20
5. 減速器傳動零件的三維設(shè)計及運(yùn)動仿真 21
5.1 減速器傳動零件實(shí)體造型 21
5.1.1 高速軸實(shí)體設(shè)計（圖5.1.1） 21
5.1.2 行星輪實(shí)體設(shè)計（圖5.1.2） 21
5.1.3 行星架實(shí)體設(shè)計（圖5.1.3） 21
5.1.4 內(nèi)齒輪b實(shí)體設(shè)計（圖5.1.4） 21
5.1.5 內(nèi)齒輪e實(shí)體設(shè)計（圖5.1.5） 22
5.1.6 齒輪聯(lián)軸器實(shí)體設(shè)計(圖5.1.6) 22
5.1.7 低速軸實(shí)體設(shè)計（圖5.1.7） 22
5.2 傳動零件、四桿機(jī)構(gòu)裝配 22
5.3 運(yùn)動仿真及分析 23
5.3.1 設(shè)置運(yùn)動環(huán)境 23
5.3.2 進(jìn)行運(yùn)動仿真 25
5.3.3 獲取分析結(jié)果 25
5.3.4 分析運(yùn)動仿真結(jié)果，驗證輸入/輸出值與計算值是否吻合 27
結(jié)語 29
參考文獻(xiàn) 30
致謝 31
IV
1.緒論
1.1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國傳送裝置制造行業(yè)有了長足的進(jìn)步。傳送裝置的成套性，自動化程度，定位精度和整體質(zhì)量都明顯提高，其應(yīng)用范圍正逐步擴(kuò)大。輸送機(jī)是在一定線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱連續(xù)輸送機(jī)。它可進(jìn)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(jī)輸送能力達(dá)，運(yùn)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。工件步進(jìn)輸送機(jī)用于間歇地輸送工件，到達(dá)預(yù)定位置。
工件步進(jìn)輸送機(jī)一般來說應(yīng)具有電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、工作機(jī)構(gòu)、滑架、推爪、輥道和機(jī)架等部分，其中減速器是工件步進(jìn)輸送機(jī)最關(guān)鍵的傳動裝置之一。它在傳送工件的過程中不僅擔(dān)負(fù)著減速及增加轉(zhuǎn)矩的功能，同時也降低了負(fù)載的慣量，是步進(jìn)式輸送機(jī)的核心部件之一。
1.1.1 輸送機(jī)的類型及特性介紹
一 輸送機(jī)一般按有無牽引件來進(jìn)行分類：
（1）具有牽引件的輸送機(jī)一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用輸送帶、牽引鏈或鋼絲繩； 承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動裝置給輸送機(jī)以動力，一般由電動機(jī)、減速器和制動器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟龋员ＷC輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。
具有牽引件的輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：被運(yùn)送物料裝在與牽引件連結(jié)在一起的承載構(gòu)件內(nèi)，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運(yùn)送物料的有載分支和不運(yùn)送物料的無載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運(yùn)動輸送物料。
這類的輸送機(jī)種類繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車式輸送機(jī)、 自動扶梯、自動人行道、刮板輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、斗式輸送機(jī)、懸掛輸送機(jī)和架空索道等。
（2）沒有牽引件的輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)組成各不相同， 用來輸送物料的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù)運(yùn)動，或利用介質(zhì)在管 道中的流動使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)樱佔(zhàn)?作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動以沿料槽推送物料；振動輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動以輸送置 于其中的物料等。
二．輸送機(jī)械按使用的用途分可以分為:
（1）帶式輸送機(jī)由驅(qū)動裝置拉緊裝置輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它，可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)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(yùn)輸線。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。 在礦山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中，廣泛應(yīng)用帶式輸送機(jī)。它用于水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸。
（2）螺旋輸送機(jī)俗稱絞龍，適用于顆?；蚍蹱钗锪系乃捷斔停瑑A斜輸送，垂直輸送等形式。輸送距離根據(jù)畸形不同而不同，一般從2米到70米[1]。 輸送原理：旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行螺旋輸送機(jī)輸送。使物料不與 螺旋輸送機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對物料的摩擦阻力。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上焊有螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實(shí)體面型、帶式面型、葉片面型等型式。螺旋輸送機(jī)的螺旋軸在物料運(yùn)動 方向的終端有止推軸承以隨物料給螺旋的軸向反力，在機(jī)長較長時，應(yīng)加中間吊掛軸承。雙螺旋輸送機(jī)就是有兩根分別焊有旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送機(jī)。說白了，就是把兩個螺旋輸送機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，組成一臺螺旋輸送機(jī)。 螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的旋向，決定了物料的輸送方向，但一般螺旋輸送機(jī)在設(shè)計時都是按照單項輸送來設(shè)計旋轉(zhuǎn)葉片的。當(dāng)反向輸送時，會大大降低輸送機(jī)的 使用壽命。
（3）斗式提升機(jī) 利用均勻固接于無端牽引構(gòu)件上的一系列料斗，豎向提升物料的連續(xù)輸送機(jī)械。斗式提升機(jī)具有輸送量大，提升高度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，壽命長顯著優(yōu)點(diǎn)，本提升機(jī)適于輸送粉狀，粒狀及小塊狀的無磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、 水泥、石塊、砂、粘土、礦石等，由于提升機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是環(huán)行鏈條，因此允許輸送溫度較高的材料(物料溫度不超過250℃)。一般輸送高度最高可達(dá)40米。
1.1.2 工件步進(jìn)輸送機(jī)的工作原理
步進(jìn)式工件輸送機(jī)用于間歇的傳送工件，如圖1.1所示，電動機(jī)通過傳動裝置、工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動滑架往復(fù)移動。工作行程時，滑架上的推爪推動工件前移一個步長，當(dāng)滑架返回時，由于推爪與軸間裝有扭簧，因此推爪從工件底面滑過，工件保持不動。當(dāng)滑架再次向前推進(jìn)是，推爪已復(fù)位，并推動新的工件前移，前方推爪也推動前一工位的工件前移。
圖1.1 工件步進(jìn)輸送機(jī)
傳統(tǒng)輸送機(jī)通過電動機(jī)采用普通減速器多級變速實(shí)現(xiàn)，傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。由此可設(shè)想設(shè)計一套采用行星減速器為傳動系的工件步進(jìn)輸送機(jī)。
1.1.3 輸送機(jī)的發(fā)展趨勢
（1） 繼續(xù)向大型化發(fā)展。大型化包括大輸送能力、大單機(jī)長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達(dá)440公里以上。帶式輸送機(jī)的單機(jī)長度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺組成聯(lián)系甲乙兩地的"帶式輸送道"。不少國家正在探索長距離、大運(yùn)量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。
（2） 擴(kuò)大輸送機(jī)的使用范圍。 發(fā)展能在高溫、低溫條件下、有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結(jié)團(tuán)、粘性的物料的輸送機(jī)。
（3） 使輸送機(jī)的構(gòu)造滿足物料搬運(yùn)系統(tǒng)自動化控制對單機(jī)提出的要求。 如郵局 所用的自動分揀包裹的小車式輸送機(jī)應(yīng)能滿足分揀動作的要求等。
（4） 降低能量消耗以節(jié)約能源，已成為輸送技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)科研工作的一個重要方面。已將1噸物料輸送1公里所消耗的能量作為輸送機(jī)選型的重要指標(biāo)之一。
（5） 減少各種輸送機(jī)在作業(yè)時所產(chǎn)生的粉塵、噪聲和排放的廢氣。
1.2 研究的目的和意義
通過對研究本課題，不僅可以使我對工件輸送機(jī)總體結(jié)構(gòu)有宏觀把握，而且對行星傳動減速器有了深入的了解，掌握其工作原理，提高自己對機(jī)械設(shè)計的了解，在設(shè)計的過程中我肯定會遇到大量的問題。如減速器的結(jié)構(gòu)問題，中間的大量的數(shù)據(jù)計算，不過我會通過查閱資料或詢問老師來解決，提高自己解決困難的能力。而且了解其優(yōu)點(diǎn)，在自己的設(shè)計工作中充分地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，把其缺點(diǎn)降低到最低的限度，從而設(shè)計出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動裝置。這次畢業(yè)設(shè)計一定會對我今后的學(xué)習(xí)工作起到巨大的作用。
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
步進(jìn)式輸送機(jī)其核心部分之一就是減速器，傳統(tǒng)輸送機(jī)通過電動機(jī)采用普通減速器多級變速實(shí)現(xiàn)，傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸大，若采用行星齒輪減速器，則可使輸送機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。因此對行星減速器的研究是設(shè)計步進(jìn)輸送機(jī)的關(guān)鍵。
行星齒輪傳動在我國已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀(jì)60年代以來，我國才開始對行星齒輪傳動進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無論是在設(shè)計理論方面，還是在試制和應(yīng)用實(shí)踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過我國機(jī)械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我國的行星傳動技術(shù)有了迅速的發(fā)展。
世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等，對行星齒輪傳動的應(yīng)用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動性能，傳動功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位，并出現(xiàn)一些新型的行星傳動技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動和微型行星齒輪傳動等早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。
1.4 主要研究內(nèi)容
1.4.1 課題任務(wù)
工件步進(jìn)輸送機(jī)用于間歇地輸送工件，到達(dá)預(yù)定位置。傳統(tǒng)輸送機(jī)通過電動機(jī)采用普通減速器多級變速實(shí)現(xiàn)，傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸大。
主要任務(wù)：設(shè)計一套采用行星減速器為傳動系的工件步進(jìn)輸送機(jī)。
主要參數(shù)：工件輸送時滑架受到的工作阻力Fr=2800N，滑架寬度為250mm，高度H=800~1000mm，步長S=370mm，往復(fù)次數(shù)N=40/min，行程速比系數(shù)K=1.2，四桿機(jī)構(gòu)擺角φ=45°，最小傳動角rmin ≥40°，工作機(jī)構(gòu)效率為0.95。
1.4.2 課題所要完成的主要工作
（1） 完成總體方案設(shè)計；
（2） 動力傳動部分減速器設(shè)計；
（3） 步進(jìn)輸送機(jī)總圖設(shè)計；
（4） 減速器主要零件三維造型；
（5） 通過計算機(jī)輔助分析軟件進(jìn)行運(yùn)動仿真分析。
2. 步進(jìn)輸送機(jī)方案設(shè)計
2.1 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析
該步進(jìn)輸送機(jī)通過工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動滑架往復(fù)移動，要求工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造方便，成本較低。
2.1.1 工作機(jī)構(gòu)型式的選擇
主要機(jī)構(gòu)確定為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖2.1.1所示。其中曲柄1連接的是減速器的輸出軸，作整周回轉(zhuǎn)，搖桿3做擺動控制推爪水平運(yùn)動。
該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：運(yùn)動副都是低副，因此運(yùn)動副元素都是面接觸，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，有利于潤滑，故磨損較?。淮送猓\(yùn)動副元素的幾何形狀都比較簡單，便于加工制造；易獲得較高的精度，還可以改變各構(gòu)件的相對長度使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。缺點(diǎn)是傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使機(jī)械效率降低，不利于高速運(yùn)動。
圖2.1.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
2.1.2 設(shè)計機(jī)構(gòu)的具體尺寸
已知行程速比系數(shù)K=1.2，則可用圖解法求各桿長，如圖2.1.2（1）所示。
由步長F1F2 =370mm，擺角φ=45°，令CD=0.6DE，由三角形幾何關(guān)系可求得CD=290mm，DE=483.43mm，EF=0.2DE=96.69mm。
又極位夾角θ=180°*（K-1）/（K+1）=180°*（1.2-1）/（1.2+1）=16.4
在AUTO cad 上用圖解法可確定鉸鏈A在三角形C1C2M的外接圓上，再令鉸鏈A與D的垂直高度h=150mm，則A點(diǎn)位置可確定。
由此可得曲柄AB=（AC1-AC2）/2=99.65
連桿BC=（AC1+AC2）/2=317.31
將各桿長度圓整后得：AB=100mm
BC=317mm
CD=290mm
DE=483mm
EF=97mm
圖2.1.2（1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖
因鉸鏈A的高度為自己確定，則需驗證最小傳動角是否滿足題意，如圖2.1.2（2）所示，在AUTOcad上作圖，當(dāng)A、B、D三點(diǎn)共線時，此機(jī)構(gòu)傳動角最小。
經(jīng)驗證，∠DCB=43°＞40°，滿足要求。
曲柄隨減速器輸出軸作勻速圓周運(yùn)動，驅(qū)動連桿，搖桿以固定鉸鏈為圓心，自由端運(yùn)動至右極限位置，輸送爪將工件送至待加工位置，搖桿再向左運(yùn)動至左極限位置，成為一個工作循環(huán)，機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。
總體來講，該傳動方案滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件，工作可靠，此外結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，成本低，效率較高。
圖2.1.2（2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖
2.1.3 機(jī)構(gòu)的速度分析
由往復(fù)次數(shù)N及步長可求得工件平均速度v0=3702/（60/40）=493.33mm/s
由速度矢量圖可知搖桿運(yùn)動到豎直位置時vE=v0=493.33mm/s，則vc=0.6vE=296mm/s
又vB=vc+vBC，用圖解法作速度矢量圖，如圖2.1.3所示，得vB=296.43mm/s
又vB=rABω 得曲柄AB的轉(zhuǎn)速ω=2.975rad/s
則減速器輸出軸轉(zhuǎn)速n出=ω/2π=0.474r/s=28.42r/min。
圖2.1.3 速度矢量圖
2.2 選擇電動機(jī)
2.2.1 選擇電動機(jī)的類型
按工作要求和條件，選用三相籠形異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型。
2.2.2 選擇電動機(jī)的容量
電動機(jī)所需工作功率 Pd=Pw/η總
Pw=Fv/1000 則 Pd=Fv/（1000η總）= Fv/（η1η2）
其中η1為工作機(jī)構(gòu)效率0.95，η2為減速器效率0.8
則Pd=（2800×0.4933）/（10000.950.8）=1.82Kw
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》表10-8 可選擇電動機(jī)型號為Y112M-6，額定功率為2.2Kw，轉(zhuǎn)速940r/min
電動機(jī)主要外形和安裝尺寸如圖2.2.2所示。
圖2.2.2 Y112M-6型電動機(jī)
2.3 傳動方案的對比分析及優(yōu)選
2.3.1 選擇傳動形式
由電動機(jī)輸入軸轉(zhuǎn)速n入=940r/min，n出=28.42r/min
則總傳動比i=n入/n出=940/28.42=33.03
根據(jù)此傳動比，查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》可選用二級展開式圓柱齒輪減速器，如圖2.3.1（1）所示，其傳動比范圍i=8～60。
圖2.3.1（1）二級展開式圓柱齒輪減速器運(yùn)動簡圖
此外，我們可以查《漸開線齒輪行星傳動的設(shè)計與制造》表1-1，選擇NGWN型齒輪減速器，其傳動簡圖如圖2.3.1（2）所示。其中c、d為行星輪，a、b、e為太陽輪，其傳動比范圍i=20～100.
2.3.1（2）3K 行星齒輪減速器傳動簡圖
2.3.2兩種傳動方案對比分析及優(yōu)選
二級圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，高速級齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平衡的場合。
缺點(diǎn)是齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度；此外，高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒，制造安裝較復(fù)雜。
NGWN型行星減速器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，三點(diǎn)對稱，受力均衡，傳動效率高，具有功率分流和動軸線的運(yùn)動特性，由于在中心輪的周圍均勻分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷，故使得每個齒輪所承受的負(fù)荷較小，所以可以采用較小的模數(shù)，從而縮小了其外廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊。行星齒輪傳動運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力的能力較強(qiáng)，延長了使用壽命，對維護(hù)保養(yǎng)的要求也大大降低了。
綜上所述，行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，故確定傳動形式為3K型行星傳動結(jié)構(gòu)。
3. 行星齒輪減速器性能參數(shù)設(shè)計
3.1 行星傳動的齒數(shù)分配
確定輪系類型為3K型，由=33.03，取行星輪個數(shù)=3。
（1）查《行星差動傳動裝置》表3-2，選取=72，e=3。
（2）分配傳動比
（3）計算各齒輪齒數(shù)
（為=3的倍數(shù)），
（4）驗算傳動比
（5）檢驗鄰接條件
由，查表2-4滿足鄰接條件。
此外，由總傳動比i=33.03，查《機(jī)械設(shè)計手冊》表17.2-9，選擇不需要變位的一組，可得各輪齒數(shù)za=18，zb=72，zc=27，zd=21，ze=66同樣可得相同的結(jié)果。
3.2 閉式圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算
3.2.1 高速級計算
按接觸強(qiáng)度初算a-c 傳動的中心距和模數(shù)。
輸入轉(zhuǎn)矩 T入=9550P/n入=95502.2/940=22.35Nm
設(shè)載荷不均與系數(shù)Kc=2（e輪浮動，查《機(jī)械設(shè)計手冊》表17.2-17）
在一對a-c傳動中，小輪（太陽輪）傳遞的轉(zhuǎn)矩Ta=KcT入/nw=222.35/3=14.9Nm，其中nw=3為行星輪個數(shù)。
查《機(jī)械設(shè)計手冊》表17.2-31得接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)K=3
齒數(shù)比u=zc/za=27/18=1.5
太陽輪和行星輪材料用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56~60HRC
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》圖6-12選取σHlim=1300MPa，查圖6-13取σFlim=400MPa
取齒寬系數(shù)φa=b/a=0.5
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.2-20中的公式計算中心距
模數(shù) mm 取m=2mm。
3.2.2 幾何尺寸計算
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表13-1-16計算。
（1） a-c輪傳動
中心距
分度圓直徑
齒頂高 ha=m=2mm
齒根高 hf=1.25m=1.252=2.5mm
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒寬 b= 取b2=25mm b1=30mm
（2） c-b輪傳動
分度圓直徑 db=mzb=272=144mm
齒頂高
齒根高 hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）2=2.5mm
齒頂圓直徑 da2=d2-2ha2=144-21.79=140.42mm
齒根圓直徑 df2=d2+2hf=144+22.5=149mm
（3）d-e輪傳動
分度圓直徑
齒頂高 ha1=m=2mm
齒根高 hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）2=2.5mm
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=42+22=46mm
da2=d2-2ha2=132-21.77=128.46mm
齒根圓直徑
3.2.3 驗算齒根彎曲強(qiáng)度（a-c輪）
由
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》表6-23 ，取SF=1.6
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》圖6-7得齒形系數(shù) YF1=3.02，YF2=2.66
則
故安全。
3.2.4 齒輪的圓周速度
，可選用8級精度。
其余各輪同理。（驗證略）
3.3 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計及校核
3.3.1 高速軸設(shè)計
（1）選擇材料，確定許用應(yīng)力
材料選用45鋼，正火處理。
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》表7-1，材料強(qiáng)度極限；對稱循環(huán)狀態(tài)下許用應(yīng)力。
（2） 計算基本直徑
查《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》表7-11，C=110,（軸端彎矩較小）
由于安裝聯(lián)軸器處有鍵槽，故軸需加大（4~5）%。則
d≥13.711.05=14mm，粗估d=20mm。
（3）繪制結(jié)構(gòu)簡圖（圖3.4.1）
圖3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖
（4）確定各軸段直徑
1段：d1=20mm，估算。
2段：d2=18mm，退刀槽21mm。
3段：d3=20mm，與深溝球軸承配合。
4、8段：d4=18mm，同2段。
5段：d5=25mm，軸向定位深溝球軸承。
6段：d6=40mm，因小齒輪da2d，故做成齒輪軸。
7段：d7=25mm，同5段。
9段：d9=20mm，與深溝球軸承配合，同3段。
（5）確定軸上各軸段長度
1段：l1=70mm，與聯(lián)軸器TL4相連，長度大于52mm。
2、4、8段：l2=2mm，退刀槽寬度。
3段：l3=30mm，兩個深溝球軸承寬度和套筒長度之和。
5段：l5=5mm，軸向定位深溝球軸承。
6段：l6=30mm，小齒輪齒寬。
7段：l7=35mm，大于內(nèi)齒輪齒寬。
9段：l9=35mm，大于兩軸承寬度及套筒長度。
總軸長 L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=213mm。
各軸段直徑、長度確定后，即軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計完成。是否能用，還需要校核危險截面，最后做結(jié)論。主要是據(jù)設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸，按彎扭組合強(qiáng)度校核。
（6）校核軸的強(qiáng)度
a. 輸入軸上的扭矩
軸的受力分析如圖3.4.1（a）所示
圖3.4.1 軸的校核分析圖
對齒輪軸，圓周力
徑向力
垂直面支反力
水平面支反力
b.求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖（3.4.1（b）（c））
c. 合成彎矩（圖3.4.1（d））
a-a 截面
d. 做扭矩圖（圖3.4.1（e））
T入=18.5N?m
由圖可知危險截面在齒輪軸左端面。
e. 求當(dāng)量彎矩
取折合系數(shù)（脈動扭矩，常啟動停車），則
f. 強(qiáng)度校核
考慮鍵槽的影響，d=14.1105%=14.8mm=25mm，所以原設(shè)計強(qiáng)度足夠，安全。
3.3.2 行星輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)《漸開線行星齒輪傳動的設(shè)計與制造》一書，按照廣泛使用的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計，行星輪軸承設(shè)置在行星架上，行星輪軸直徑，可選內(nèi)孔直徑為20mm的滾動軸承。行星輪軸直徑為20mm。
3.3.3 低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
查《漸開線行星齒輪傳動的設(shè)計與制造》，低速軸軸伸直徑可按公式，查此書表6-11，表6-12可得
則
可粗估低速軸軸伸直徑。
3.4 滾動軸承的選擇與校核
3.4.1 確定軸承型號
軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，通過軸徑d=20mm確定軸承型號為6204深溝球軸承。
已知高速軸轉(zhuǎn)速n=940r/min，軸承所受徑向載荷=374N，要求使用壽命=29200h，工作溫度以下。
3.4.2 根據(jù)壽命校核
對深溝球軸承，由《機(jī)械設(shè)計簡明手冊》式（8-4）知徑向基本額定載荷
由表8-23查得6204軸承基本額定動載荷=12.8kN，查表8-14得=1，查表8-15得=1.2，對球軸承，=3，將以上有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，可求得
P=901.4N
故在規(guī)定條件下，6204軸承可承受的最大徑向載荷為901.4N，遠(yuǎn)大于軸承實(shí)際承受的載荷374N。所選軸承合格。
其余軸承校核同理（略）。
3.5 減速器其他主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.5.1 內(nèi)齒圈浮動
設(shè)計雙齒輪聯(lián)軸器將內(nèi)齒圈與機(jī)體連接，是內(nèi)齒圈浮動，同是連接內(nèi)齒輪和輸出軸（設(shè)計成齒輪軸，其模數(shù)、齒數(shù)、中心距與齒輪聯(lián)軸器相同，其具體結(jié)構(gòu)見裝配圖）。
內(nèi)齒圈浮動的主要優(yōu)點(diǎn)是可使結(jié)構(gòu)軸向尺寸較小，增強(qiáng)均載效果。
3.5.2 行星架結(jié)構(gòu)
行星架是行星齒輪傳動裝置中的主要構(gòu)件之一。本次設(shè)計將行星架做成一個整體，即雙臂整體式行星架。（見零件圖）
優(yōu)點(diǎn)：雙臂整體式行星架的剛性好。這種結(jié)構(gòu)如果采用整體鍛造則切削加工量很大，因此可用鑄造和焊接方法得到結(jié)構(gòu)和尺寸接近成品的毛坯，但應(yīng)注意消除鑄造和焊接缺陷和內(nèi)應(yīng)力，否則將影響行星架的剛度和和加工質(zhì)量，使用時可能產(chǎn)生變形。具體結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖。
減速器箱體及其他零部件結(jié)構(gòu)尺寸可參照標(biāo)準(zhǔn)件或其他一般設(shè)計原則進(jìn)行繪制。
4. 工件步進(jìn)輸送機(jī)總體設(shè)計
經(jīng)分析及查閱相關(guān)資料，設(shè)計的輸送機(jī)系統(tǒng)包括機(jī)架、六桿機(jī)構(gòu)、滑架、電動機(jī)、聯(lián)軸器及上文設(shè)計的行星減速器。
行星減速器總體長度、寬度及高度已設(shè)計出，容易繪制。
電動機(jī)型號為Y112-M6已確定，其安裝尺寸按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪制。
聯(lián)軸器根據(jù)電動機(jī)軸直徑及減速器輸入軸直徑選用彈性套柱銷聯(lián)軸器TL4，軸孔直徑分別為28mm和20mm，為標(biāo)準(zhǔn)件，按照國標(biāo)繪制。
六桿機(jī)構(gòu)各桿長以確定，各桿之間通過銷釘連接，連接處應(yīng)加銅套，EF桿與推爪鉸鏈連接，驅(qū)動滑架往復(fù)移動，滑架寬250mm。
具體結(jié)構(gòu)尺寸可參見步進(jìn)輸送機(jī)裝配總圖。
5. 減速器傳動零件的三維設(shè)計及運(yùn)動仿真
在對步進(jìn)輸送機(jī)完成二維圖繪制后，我們可以對其傳動零件進(jìn)行三維造型，再與工作機(jī)構(gòu)裝配起來進(jìn)行運(yùn)動仿真分析。
5.1 減速器傳動零件實(shí)體造型
5.1.1 高速軸實(shí)體設(shè)計（圖5.1.1）
圖5.1.1 齒輪軸 圖5.1.2 行星輪
根據(jù)零件圖用Pro/Engineer進(jìn)行三維實(shí)體造型，其中齒輪部分可先在caxa上調(diào)用漸開線齒廓曲線，然后在Pro/E里調(diào)入并拉伸至齒寬即可。其余各段可用“旋轉(zhuǎn)”特征造型。
5.1.2 行星輪實(shí)體設(shè)計（圖5.1.2）
設(shè)計成雙聯(lián)齒輪，大齒輪為c輪，小齒輪為d輪。
5.1.3 行星架實(shí)體設(shè)計（圖5.1.3）
圖5.1.3 雙臂整體式行星架 圖5.1.4 內(nèi)齒輪b
5.1.4 內(nèi)齒輪b實(shí)體設(shè)計（圖5.1.4）
內(nèi)齒輪b與箱體固定在一起，裝配時作為機(jī)架。
5.1.5 內(nèi)齒輪e實(shí)體設(shè)計（圖5.1.5）
圖5.1.5 內(nèi)齒輪e 圖5.1.6齒輪聯(lián)軸器 圖5.1.7 低速軸
此內(nèi)齒輪既與行星輪嚙合，又通過外齒與齒輪聯(lián)軸器嚙合，外齒模數(shù)。齒數(shù)與齒輪聯(lián)軸器相同。
5.1.6 齒輪聯(lián)軸器實(shí)體設(shè)計(圖5.1.6)
其實(shí)質(zhì)上為兩段內(nèi)齒輪，內(nèi)齒圈浮動。
5.1.7 低速軸實(shí)體設(shè)計（圖5.1.7）
設(shè)計成齒輪軸，以便與齒輪聯(lián)軸器相嚙合。另一端與工作機(jī)構(gòu)相連。
5.2 傳動零件、四桿機(jī)構(gòu)裝配
裝配順序為：內(nèi)齒輪b、齒輪軸（高速軸）、行星架、雙聯(lián)齒輪、內(nèi)齒輪e、齒輪聯(lián)軸器、齒輪軸（低速軸）、曲柄、連桿、搖桿、與工件鉸鏈連接的桿、機(jī)架、滑塊。
其中內(nèi)齒輪b和機(jī)架均為固定位置約束，滑塊與機(jī)架采用滑動桿連接，其余均為銷釘連接。裝配完成后如圖5.3所示。
圖5.3.1傳動系與工作機(jī)構(gòu)實(shí)體視圖
可生成爆炸視圖（圖5.3.2）
圖5.3.2 傳動系爆炸視圖
5.3 運(yùn)動仿真及分析
5.3.1 設(shè)置運(yùn)動環(huán)境
在裝配模型環(huán)境下裝配完成后，點(diǎn)擊菜單欄“應(yīng)用程序”后的“機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)環(huán)境。
接下來是三組齒輪副設(shè)置。單擊齒輪副設(shè)置選項，彈出圖5.3.1a所示齒輪副對話框。設(shè)置運(yùn)動軸，點(diǎn)擊箭頭，選擇齒輪軸，輸入齒輪1節(jié)圓直徑36mm，再點(diǎn)擊齒輪2標(biāo)簽，同樣填入?yún)?shù)，選擇齒輪軸線，然后單擊“應(yīng)用”，“確定”。
圖5.3.1a 設(shè)置齒輪副
這樣第一組齒輪副就設(shè)置完成了，同樣方法可以設(shè)置第二組、第三組齒輪副。
接著，設(shè)置伺服電動機(jī)。點(diǎn)擊伺服電動機(jī)圖標(biāo)，彈出伺服電動機(jī)對話框。如圖5.3.1b所示。
圖5.3.1b 設(shè)置電動機(jī)
在“類型”標(biāo)簽中點(diǎn)擊運(yùn)動軸，選擇齒輪軸軸線，然后點(diǎn)擊“輪廓”標(biāo)簽，如圖5.3.1c所示。
圖5.3.1c 定義伺服電動機(jī)
在“規(guī)范”中選擇速度，因為電動機(jī)轉(zhuǎn)速為940r/min，即5640，填入后點(diǎn)擊確定，則運(yùn)動環(huán)境設(shè)置完成。
5.3.2 進(jìn)行運(yùn)動仿真
點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”圖標(biāo)，按照默認(rèn)設(shè)置“運(yùn)動學(xué)”分析，設(shè)置運(yùn)動初始位置為搖桿左極限位置，并單擊“運(yùn)行”按鈕做動態(tài)仿真。
5.3.3 獲取分析結(jié)果
點(diǎn)擊“測量”圖標(biāo)，如圖5.3.3a所示
單擊“創(chuàng)建新測量”按鈕，依次選擇輸入軸、輸出軸為“主體”進(jìn)行“角速度”測量，點(diǎn)擊“分別繪制測量圖形”，單擊“生成圖線”圖標(biāo)可得圖5.3.3b所示曲線。
圖5.3.3a 測量結(jié)果分析驗證
圖5.3.3b 輸入軸軸伸直徑一點(diǎn)運(yùn)動學(xué)圖線
同理可創(chuàng)建新測量，選定工件上一點(diǎn)，依次創(chuàng)建“位移”“速度”“加速度”生成運(yùn)動學(xué)圖線如圖5.3.3c所示。
圖5.3.3c 工件運(yùn)動學(xué)圖線
5.3.4 分析運(yùn)動仿真結(jié)果，驗證輸入/輸出值與計算值是否吻合
由圖線可知，輸入軸轉(zhuǎn)速n=5640/s=940r/min；輸出軸轉(zhuǎn)速n1=170/s=28.42r/min，與計算結(jié)果相同。而工件上的速度是變化的，工件往復(fù)一次為2.2s，其在0.5~0.6s之間速度大小為500mm/s左右，與計算得的結(jié)果493mm/s接近，在誤差允許范圍內(nèi)，可以用中點(diǎn)平均速度來計算。工件的加速度在左右兩極限位置時是最大的，中間位置逐漸減小。
通過計算機(jī)輔助進(jìn)行運(yùn)動仿真，從而檢查機(jī)械的運(yùn)動是否達(dá)到設(shè)計的要求，也可直接分析各運(yùn)動副與構(gòu)件在某一時刻的位置、運(yùn)動量及各運(yùn)動副之間相互運(yùn)動關(guān)系，關(guān)鍵部件的受力情況，從而可以將整機(jī)設(shè)計中可能存在的問題消除在萌芽狀態(tài)，并大大縮短機(jī)械產(chǎn)品的更新周期。
結(jié)語
在為期四個月的畢業(yè)設(shè)計過程中，我學(xué)到了很多東西，遇到了很多問題，但通過努力，各個擊破，我想畢業(yè)設(shè)計的過程就是不斷發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程，畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我們解決問題的能力。
本次畢業(yè)設(shè)計主要是根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿形設(shè)計，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計計算。從這次畢業(yè)設(shè)計中，我受益匪淺：
（1） 通過運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)基礎(chǔ)專業(yè)課程，綜合機(jī)械設(shè)計方法進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計訓(xùn)練，比以往所做的課程設(shè)計難度加大，使所學(xué)知識得以鞏固。加深和拓展。
（2） 學(xué)習(xí)和掌握了通用機(jī)械零件、部件、機(jī)械傳動及一般機(jī)械的基本設(shè)計方法和步驟，培養(yǎng)了工程設(shè)計能力和分析、解決問題的能力。
（3） 各種各樣的機(jī)械設(shè)備一般都要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程和操作過程的自動化，這就要求進(jìn)行各種機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計和常見機(jī)構(gòu)的組合應(yīng)用，因此機(jī)械設(shè)計方面的畢業(yè)設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)計能力起至關(guān)重要作用。
（4） 提高了計算、繪圖、運(yùn)用設(shè)計資料（機(jī)械設(shè)計手冊、圖冊等）進(jìn)行經(jīng)驗估算及運(yùn)用計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行實(shí)體造型、運(yùn)動仿真的能力。
時間過得很快，畢業(yè)設(shè)計很快就要結(jié)束了，它是大學(xué)四年所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，相信以后在工作中也會遇到很多類似問題，但有了畢業(yè)設(shè)計能力的基礎(chǔ)，我們會更好更快的解決實(shí)際問題。
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致謝
本文從選題、方案論證到課題的研究都是在導(dǎo)師金權(quán)洽教授的全面、悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計過程中，金老師耐心的傳授研究方法和思路，及時給予我指點(diǎn)，使我更容易的解決問題。無論是在設(shè)計過程中我取得的成績還是在我陷入困頓的時候，導(dǎo)師總是給予我最大的支持，并指點(diǎn)迷津，讓我得以很快的進(jìn)步。導(dǎo)師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道，實(shí)干的工作作風(fēng)，以及實(shí)事求是的做人準(zhǔn)則，將使我受益終身。在此謹(jǐn)向金權(quán)洽導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！
此外，還要衷心感謝在百忙之中抽出寶貴時間對本文進(jìn)行審閱的學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及專家。對那些我所引用的參考文獻(xiàn)的作者表示由衷的謝意。
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