步进送料机.doc

机械原理课程设计机械原理设计任务书学生姓名： 李然 指导老师： 何俊 班级： 铁车2班 学号：20097806 完成日期：2011.12.8西南交通大学峨眉校区机械工程系 目录前言3一、设计题目及要求41.1、设计题目41.2、设计数据与要求41.3、设计任务41.4、设计提示4二、设计方案52.1、工作原理52.2、传动方案的设计52.3、执行方案的设计6三、机构运动简图7四、运动循环图7五、构件的运动分析及尺寸的确定85.1解析法综合铰链四杆机构：85.2仿真试验法：9六、电机的选择126.1、选择电动机的类型126.2、选择电动机的功率126.3、选择电动机的转速13七、减速装置137.1、一级蜗轮蜗杆减速137.2、圆柱齿轮减速13八、机构运转的整体流程：13十、运动仿真14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。一、设计题目及要求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。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191.2、设计数据与要求方案号A（mm）c（mm）b（mm）t1（s）t2（s）C3002060231.3、设计任务1. 至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；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.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 7. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。1.4、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）。二、设计方案2.1、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=300mm后间歇时间t2=3s功能原理：步进送料机的工作原理分解如图所示， 原动机传动机构执行机构图2.1步进送料机的工作原理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。2.2、传动方案的设计方案一：采用齿轮连杆机构图2.2 齿轮连杆机构铰链四杆机构的特点：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。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。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方案二：采用齿轮与齿条的配合图2.3 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。鉴于齿轮传动具有传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离的优点以及连杆传动具有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。故应该选择方案一。2.3、执行方案的设计方案一：带传动 2.4 带传动示意图利用皮带送料，但是此方法的运动是贴在皮带上，利用皮带的摩擦力做到送料动作，所以此方法的运动轨迹不能达到题目的要求方案二：机械爪2.5机械爪示意图机械爪连接比较灵活，方便与四杆机构连接，并能够很好的卡住输送物品。但是此机构也有一个缺点，它对输送的物品的长度有要求，要达到规定长度才可行，并且不能运送散料，例如：煤渣就不可行。根据题意，选择机械爪作为运送机构。综合比较皮带传送与机械爪传送的特点，再结合设计题目的要求，应该选择机械爪。三、机构运动简图图3.1 机构运动简图该机构不仅满足构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，而且可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速，再加一级蜗杆蜗轮减速，使机构的结构更加紧凑。另外，采用对称结构（虚约束），提高了整个机构的刚度和运动的平稳性。四、运动循环图以曲柄AB的转角为横坐标，绘制的运动循环图如下图所示：图4.1 运动循环图五、构件的运动分析及尺寸的确定5.1解析法综合铰链四杆机构：根据题意，行程速度变化系数；所以极为夹角： 在CAD中的轨迹曲线，然后在该轨迹图上按序依次取8个点（Pi，i=1，2,3,4,5,6,7,8），找出各自的坐标，然后根据实现给定点轨迹的四杆机构综合的方法，列出方程，进而对其求解。轨迹曲线示意图及四杆机构示意图如下所示：图5.1 轨迹曲线示意图图5.2 连杆示意图设计方程如下：其中P1（204.5，141），P2（285.7，141），P3（359.5，141），P4（438，141），P5（514.5，141），P6（514.5，76），P7（359.5，15）,P8（204.5，76） （保证P1到P5的运动时间为运动周期的2/5） i=1，2，8。 其中，为点Pi的横纵坐标。，为点P通过Pi点时，连杆上B、C点的横纵坐标。联立以上方程，利用数学软件解出,可得出各连杆长度。 由于在求解过程中不易得出正确解，得出解后的各根杆有可能有不满足曲柄摇杆机构的杆长条件，所以我采用另外的方法。5.2仿真试验法：根据题意，行程速度变化系数；所以极为夹角：用急回曲柄摇杆机构作图法进行四杆机构综合，如下图所示。 其中，我们不妨令摇杆及其摆角分别为。图5.1 作图法确定四杆机构尺寸示意图由图上尺寸可知，AD=166.91mm曲柄 AB=66.12mm连杆 BC=185.49mm进行圆整后可得：AD=166mm AB=66mm BC=185mm AD=200mm在adams里面进行一系列实验的仿真，最后可以找到符合题目要求的P点的轨迹，进而可以确定P点的位置。图5.2 adams仿真示意图由adams仿真所得到的轨迹参数为：图5.3 轨迹参数理论上a=300mm,要求允差c=20mm,实验所得的实际值为290mm,显然在题目所要求的误差范围之内。理论上b60mm，实际值b=73mm,显然也是满足要求的。因此，该四杆机构的综合以及P点位置的确定是合乎题目要求的，是可取的。现将该铰链四杆机构在adams中的坐标值显示如下：它是在原铰链四杆机构的基础上，绕A点进行逆时针旋转所得。图5.4 原铰链四杆机构图5.5 经旋转后的铰链四杆机构及其坐标值六、电机的选择6.1、选择电动机的类型由于生产单位一般多用三相交流电源，所以选择三相异步交流电动机。根据题意，不需要对电动机有太多的要求，做到不易燃、易爆即可，故选择结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便的Y系列三相异步封闭自扇冷式电动机。6.2、选择电动机的功率 电动机功率的选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量过小，不能保证工作机构正常工作，或使用电动机因超载而过早损坏；而选用功率过大，则电动机价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其功率和效率因数都较低，增加电能消耗而浪费，所以要选择合适的功率。鉴于此题目未给出运动过程中所受阻力的大小，所以只给出功率公式：其中：工作的有效功率，即输出功率，F为所受阻力，v是输送机构的速度。当知道受力大小时，只需将力代入即可。6.3、选择电动机的转速 根据题目要求，工作2秒，停顿3秒，即是5秒一个运动循环，一分钟转动12圈。又因为题目要求使用一级蜗轮蜗杆和齿轮机构进行减速，查机械设计书可知，对于一级蜗轮蜗杆减速机构，可取传动比 ，圆柱齿轮传动比。对于此题，选择蜗轮蜗杆传动比为60，圆柱齿轮传动比为1.6，所以转速为：七、减速装置7.1、一级蜗轮蜗杆减速之前选用依据电动机转速时选择蜗轮蜗杆的传动比为60，选择蜗杆头数，涡轮齿数选择，剩余参数如下表：蜗杆主要参数蜗杆主要参数 齿数z1 模数 压力角 分度圆直径数