步进送料机.doc

10届机械原理课程设计 步进送料机 学生姓名： 王朋 学 号 10321221 所属学院 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 10机制2W 指导老师 陈修翔 日 期 2012-5-24 目录第一章摘要与前言 1 第二章 课程设计内容 51.1设计题目51.2设计任务51.3设计提示5第三章 设计思路62.1连杆机构的特点62.2齿轮机构的特点6第四章 工作原理 73.1 传动机构:常用传动机构的基本特征73.2 传动机构的选择与比较 73.3 执行机构的选择与比较 83.4 机构运动简图 10第5章 机构组合 13第六章 运动协调设计14第七章 小结 17第八章 致谢 第九章 参考文献 第1章：机械原理课程设计摘要与前言1-1 ：摘要 中文摘要 机械原理课程设计是使学生较全面，系统和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，学生通过此次设计，学习机构运动方案的确定，培养分析设计机械的能力，以及开发创新的能力。以机械系统方案设计与拟订为结合点，进一步巩固和加深学生所学的理论知识，明确课程设计的目的、步骤，根据自己的设计题目对内容进行分析，确定输入，输出件运功型式（即功能原理分析） 英文摘要 Mechanical principle course design is to make student more overall ,has solid system and deepens the important link of method and the basic principle of mechanical principle course ,student studies the definite ,training analysis of organization . Sport scheme through designing this time to the ability of designing mechanical ability as well as development innovation .With mechanical systematic scheme design with Will count surely to combine ,it is further solid is deep additionally the theoretical knowledge that student student studies .The own design title of definite course ,determines purpose ,step and basic is analysed for designing content ,determines input and export sport type (function principle analysis)1-2 ：前言 进入21世纪以来， 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品设计中，首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识，根据使用要求和功能分析，选择合理的工艺动作过程，选用或创新机构型式并巧妙地组合成新的机械运动方案，从而设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、实用性强的机械产品。 企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等，使学生进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际结合的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。因此，机械原理课程设计在机械类专业学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。 本次我设计的是步进送料机，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对步进送料机的设计进一步了解机械原理课程设计的流程，为我们今后的设计课程奠定了基础。第2章 课程设计内容1 课程设计题目 步进送料机1.1设计题目设计某自动生产线的一部分步进送料机。如图25所示，加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a，在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时t1移动距离a后间歇时间t2。考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，而应设计平面连杆机构。图 1 步进送料机具体设计要求为：1、电机驱动，即必须有曲柄。2、输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下将该曲线简称为轨迹曲线）。3、轨迹曲线的AB段为近似的水平直线段，其长度为a，允差c（这段对应于工件的移动）；轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为b，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。有关数据见表1.14.在设计图中绘出机构的四个位置，AB 和CDE 各绘出两个位置，需要注明机构的全部几何尺寸。 方案号 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 41.2设计任务1. 步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构。2. 设计传动系统并确定其传动比分配。3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。4. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。5. 编写设计计算说明书。 6.完成步进式工件输送机的模型实验验证。1.3设计提示1. 由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合适。2. 由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。3. 由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构（虚约束）。第三章 设计思路2.1连杆机构的特点：1） 其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证机构的可靠性有利。2） 在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各机构的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。3） 在连杆机构中，在连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线，其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定的工作需要。利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的2.2齿轮机构的特点：齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大，传动功率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。 图2.2 齿轮机构 图2.1 连杆机构 考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，故采用应平面连杆机构和齿轮机构。第四章 工作原理功能要求：加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a，在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时t1=2s移动距离a=400mm后间歇时间t2=4s功能原理：步进送料机的工作原理分解如图4所示， 图3.1工作原理分解图 原动机该系统由电动机驱动，通过带蜗杆减速将运动传给齿轮，再由各级齿轮进行减速使其转速符合要求。最后利用齿轮和连杆将运动传给输送架。原动机的选择：经过计算与讨论，最终我们选择转速为960r/min的电动机，因为经过比较在此转速下的电动机能够充分满足动力要求而且不会造成机器的浪费。 传动机构：齿轮传动：优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。 缺点制造精度要求高。 主要用于传动。带传动：优点中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护。 缺点有打滑现象，轴上受力较大。 常用于传动链的高速端。连杆传动：优点适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩晓行程。 缺点设计复杂，不宜高速度运动。 凸轮机构：既可为传动机构又可做为执行机构。 优点能实现各种运动规律，机构紧凑。缺点易磨损，主要用于运动的传递。 主要用于执行机构。传动机构的选择与比较：鉴于传动机构的特点，我们小组提出了四种方案：方案1：采用凸轮摇杆机构 凸轮摇杆机构此机构虽然能够满足运动轨迹的要求，但由于该机构有凸轮机构，导致在机构的运动路线的计算时非常复杂，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而且构件会损坏的非常快，所以舍弃这个方案。方案2：采用从动件圆柱凸轮机构 从动圆柱凸轮机构该凸轮机构虽然能实现工件的移动，但不满足设计要求的输送爪的运动轨迹，所以该方案舍弃。方案3：采用齿轮与齿条的配合 齿轮与齿条配合该机构虽然能实现工件在工作台上的间歇运动，也能满足设计要求的时间间隔，但该机构的传送装置为环状的传送带，不满足得及要求的曲线，所以该方案舍弃。 方案4：曲柄摇杆机构 利用简单的机械机构获得往复直线运动过！来推动滑架在导轨上往复运动。 曲柄摇杆机构 传动机构分析比较： 曲柄摇杆机构：利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的不完全齿轮齿条传动：优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩晓行程。 不完全齿轮齿条机构： 它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大，传动功率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。缺点制造精度要求高。凸轮机构：此机构虽然能够满足运动轨迹的要求，但由于该机构有凸轮机构，导致在机构的运动路线的计算时非常复杂，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而且构件会损坏的非常快，所以舍弃这个方案。 综上述，选取曲柄摇杆方案！执行机构执行机构的选择与比较：方案一：槽轮式。通过槽轮的间歇运动特性，使皮带驱动轮间歇转动，从而使工件步进输送。方案二：皮带式。利用普通皮带通过传动机构的控制实现皮带的间歇运行。图3.6 带传动图示 方案三：推爪式通过推爪的向前运动，推动工件移动；当推爪停止并向后回位时，由于推爪与轴间有扭簧，推爪得以从工件底面滑过，工件保持不动，当推爪再次向前推进时，推爪已经复位，向前推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移 工作机构分析比较： 推爪式结构简单，制造成本低。工件输送平稳。 皮带式输送工件，在皮带停止或启动时，工件易产生打滑，效率不高，运行不平稳。 槽轮式结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适合高速运动场合。从而使工件运行不平稳。 综上述，选取推爪方案！第五章 机构组合 由于该机执行机构之间有动作顺序要求，即动作之间有严格的时间和空间联系。设计这种工况的自动机通常采用机械式集中控制方式，即用一个原动机集中驱动，并用一根分配轴连接个执行机构。 机械运动简图 ：其中曲柄8、杆9、输送架11及滑块组成导杆机构，控制输送架的水平移动，凸轮10则控制着输送架竖直方向上的运动。其作业过程如下：电动机1经皮带将动力传给轴12，再经齿轮4与齿轮5啮合将动力传给轴13，再经过涡轮蜗杆将动力传给轴14，将动力分配给曲柄8与凸轮10。通过曲柄带通杆9使输送架水平前移，此时凸轮在其圆柱面上工作，当前移距离达到a时，导杆机构带动输送架回程，此时凸轮在其曲线凹槽中工作，通过水平与竖直方向上的复合运动，达到设计要求。第六章 运动协调设计 6.1传动比设计 机械运动简图 传动比计算：=960/60=16 r/s按设计要求轴14的转速=1/3 r/s实际传动比i=/=48根据传动比设计轮直径：取轮2直径为60mm,轮2直径为120mm(带传动)采用标准齿轮 取m=5齿轮4齿数Z4=24 内齿轮5齿数Z5=48 蜗杆6齿数Z6=1且为左旋 蜗轮7齿数Z7=12. 传动比计算： =1/2，=1/2，=1/12总传动比=48 所以 i= 6.2 杆件尺寸设计机构运动方案简图如图机械运动简图所示。根据前述各机构的选择情况及运动要求，个构件尺寸确定如下：固定短A与B的距离为150mm曲柄8长为75mm杆9长为300mm取直径为100mm的圆柱，再其柱面上挖出凹槽，凹槽轨迹根据输送架上任意一点的轨迹的要求设计，凹槽最低端距离圆柱面的距离要大于50mm（以免零件停歇时受到输送架不应有的回碰），凸轮远休角度为120度，其余240度按回程轨迹要求设计。 图 3如图3所示，三角形ADC为等边三角形，曲柄在图示位置开始顺时针旋转120度，凸轮也同时旋转120度（此时凸轮在远休区域内工作），输送架水平前进距离为300mm ; 曲柄再继续转过240度，凸轮同样转过240度（此时凸轮在凹槽中运动），此时输送架的运动轨迹为水平与竖直方向上的复合运动，轨迹如图3上所示。 6.3 运动循环图如图3所示，曲柄在此时开始顺时针旋转，如图4为曲柄转过角度与输送架竖直方向上的位移。 图 4 图 5 图5为圆形运动循环图小结 我们的这个设计运用平面连杆机构、齿轮机构以及涡轮蜗杆减速机构的联合。这些组合机构很好的完成了设计的轨迹要求。为了解决对输出构件对时间和频率的要求，我们在电动机后加置了减速蜗杆机构，该