直线步进机械设备的槽轮机构.doc

陕西科技大学课程设计说明书 1 目 录 1 课程设计的任务及要求 1 1 1 课程设计的目的及意义 1 1 2 设计题目 1 1 3 设计任务 1 1 3 1 设计参数 1 1 3 2 设计内容 1 1 3 3 设计主要任务 1 2 方案分析 2 2 1 驱动直线步进机械设备的槽轮机构设计分析 2 2 2 方案最终确定 2 3 各机构尺寸的确定 3 3 1 动静比的计算 3 3 1 1 槽轮的转角 3 3 1 2 曲柄的转角 3 3 2 拨销的选取 4 3 3 功率的计算 5 3 3 1 平均转矩的计算 5 3 3 2 驱动功率的计算 6 3 4 角速度与角加速度的动态指标及槽轮参数的确定 6 3 4 1 槽轮参数 6 3 4 2 加速度与角加速度分析 9 4 轴承的选择 12 5 键的选取和较核 12 5 1 键的选取 12 5 2 键的较核 12 6 总 结 13 7 参考文献 14 陕西科技大学课程设计说明书 1 1 课程设计的任务及要求 1 1 课程设计的目的及意义 自动机械课程是这门课程是机械专业的一门主要专业课程 学习完这门课后同学 们在脑中应该对机械系统设计有一门总体的框架 为了加深对这门课程的更深入的理 解及远用 培养学生对理论知识的综合应用能力和实践动手能力 安排课程设计这一 教学环节 通过课程设计进一步培养学生的设计能力 理论联系实际的能力 同时巩固复习 前面学过的理论知识 为后续的毕业设计打下一定的理论基础 1 2 设计题目 驱动直线步进机械设备的槽轮机构设计 8 一个外啮合 8 槽轮槽轮机构 带动一水平循环的传送带设备做步进运动 1 3 设计任务 1 3 1 设计参数 1 间歇移动的距离为 H 200mm 2 运动 停歇的周期时间为 10s 3 槽轮机构的传动效率为 0 9 4 槽轮轴立式发装 工作台通过一组轴承与机架相连 转臂轴与槽轮轴的中 心距设定为 150mm 1 3 2 设计内容 1 根据要求 确定工作台的静止和转位时间 2 计算主动拨销的转速 3 对槽轮进行运动学分析 列出槽轮的角位移 角速度和角加速度的方程 并做出相应的曲线图 4 对槽轮进行受力分析 计算转臂轴上需要的最大驱动力矩和平均功率 确 定驱动电机的功率 求出拨销和转臂之间的最大反力 校核转臂轴直径和槽轮轴直径 是否满足强度和刚度的要求 1 3 3 设计主要任务 1 槽轮及转臂组件的装配图 含箱体 2 转臂 拨销 拨销轴和槽轮的零件图 陕西科技大学课程设计说明书 2 2 方案分析 2 1 驱动直线步进机械设备的槽轮机构设计分析 方案一 槽轮机构可用一个拨销 带动槽轮盘转动 拨销用套筒 方案二 槽轮机构可用二个拨销 带动槽轮盘转动 拨销采用滚动轴承 2 2方案最终确定 经过后期的排除 方案二中的二个拨销带动槽轮转动时 达不到题目所要求的动静 比 故排除二个拨销 又因其设计结构采用简单设计 选用套筒做为拨销 方案最终 确定为一方案 陕西科技大学课程设计说明书 3 3 各机构尺寸的确定 3 1 动静比的计算 3 1 1 槽轮的转角 rad 0 z 槽数为 8 代入公式得 0 8 22 5 3 1 2 曲柄的转角 即转臂或拨销盘的转角 0 1 2 1 z 槽数为 8 代入公式 得 0 67 5 3 8 将值代入式 cos 和 r l 2 0 tg z d t T 0 1 j t T 0 2 2 z 0 将式 代入上两式 得 0 1 2 1 z d t T 1 2 1 z 11 28 3015 84 d ts j t T 1111 228z 陕西科技大学课程设计说明书 4 s 5025 84 j t 2 2 j t d t z k tz 82 82 63 105 3 2 拨销的选取 2是多拨销存在的必要条件 i r 0 2 i r 0 0 2 2 z z 当拨销数为 m 时 应满足下列条件 1 2 m i i r 2 mz z 即 m 2 667 2 2 z z 28 82 X 16 6 采用多拨销槽轮机构 可以在不提高拨销盘转速 即不增加惯性力矩 情况下 使槽 轮 在拨销盘转一周时 转过 2的倍数 或者能够得到静止时间相等式不相等的两次转 0 角 但些时静止时间将减少 由表 3 1 得 槽数 z 8 时 最多 2 圆销数 m 1 max m m 2 k 3 3 5 k 3 d j t k t 2 2 2 m z zm z 1 n 230 j z zt 8230 15 8 4 陕西科技大学课程设计说明书 5 104 30 825 6 r min 1 2 n 5 rad s 采用双拨销时 s 2 2 j zm z t mz 1 30 n s 2 d z t z 1 30 n s s 代入后与原设计参数不符 故不能用双拨销 j t 25 4 d t 15 4 1 n 3 3 功率的计算 3 3 1 平均转矩的计算 在传送带上 机械设备一般都 在低速情况下工作 计算扭矩时 通常可忽略惯性力矩 而仅考虑摩擦阻力矩 功率相等原理有 F h d 2 M d 0 2 2 00 H h FdM d FH 2 2 M 0 2 0 2 FH M F nmgf 取 g 9 8 f 0 2 n 40 m 20kg 2 m s 40 20 9 8 0 2 1568 N 133 1 N m 2 M 1568 0 2 3 2 8 313 6 2 356 为平均转矩 2 M 拨销盘支承轴上的转矩 2 0 1 c MM 陕西科技大学课程设计说明书 6 133 1 36 97N m 2 80 0 9 2 20 maxc M max 00 1 2 fwH 1 0 2 20 40 0 2 0 62 2 0 9 8 91 69 N m 3 3 2 驱动功率的计算 主动拨销盘轴上的平均扭矩求得后 即可算出所需的驱动电机功率 N 00 10209750 cc MMn AA 代入 36 97N m c M 6r min 得 0 n 0 0244 kW N 如果拨销盘由专用电动机通过减速装置驱动 上式求出的需除以减速装置的传N 动效率后选择驱动电机的额定功率 N 0 2771 kW 0 9 N 选取电动机时 选择功率为 2 2 kW 转速 710r min 有效功率 80 5 3 4 角速度与角加速度的动态指标及槽轮参数的确定 3 4 1 槽轮参数 tan 10 210 sin cos RAB O BLR 令 把它代入上式 得 1 R L arctan 0 0 sin 1cos L 中心距 L 取 150mm 为圆销的回转半径 1 R 1 O A sin sin sin 1 R L 0 z 8 将式 对时间 t 求一价和二阶导数 得 陕西科技大学课程设计说明书 7 d dt 0 2 cos 1 2 cos A 2 2 d dt 2 2 0 22 1 sin 1 2 cos A rad s 01 22612n 为曲柄转角 若槽轮机构运动平稳无冲击的要求 则拨销在进入退出槽轮的速度和加速度为最小值 于是 由式 7 20 得 0 k 0 2 cos 1 2 cos A 即 cos 时 所以当曲柄拨销在垂直角 r进入时可以避免第一冲击 r l 2 O A 些时槽轮的角加速度由式 7 21 可得 k 2 2 0 22 1 sin 1 2 cos A 式中 rad 为拨销进入槽轮时的角速度 2 s 将 cos代入上式可得 0 cot 可见 曲柄销进入槽轮时存在角速度产生的第二冲击 k 0 A 2 0 0 6197 max0 2 1 1 2 A 0 1 A 0 对定位精度要求较高时 刚可主动转臂上锁止弧所对中心角 应与槽轮在静止时的 转臂转角相等 故 2 2 陕西科技大学课程设计说明书 8 销止弧的半径应为 0 R 0T RRbR R 拨盘上圆销中心的轨迹半径 b 槽轮在槽口处的长度 拨盘上回销的半径 T R 槽轮的名义外圆半径是指当圆销开始进入槽轮 即当圆销中心 A 处在 2 O A 位置 如图 3 11 a 所示时槽轮轴心到滚子中心 A 之间的距离为 12 O AO A 2 O Lcos 150 0 923 138 58 如果槽轮 l cos为外圆半径则当圆销进入槽轮时 将 2 O A A 与轮槽两侧顶端有一间隙 如图 3 11 b 所示 使冲击加剧 因些槽轮实际外圆半A 径应是槽轮轴心到轮槽边延长线与圆销切点 D 之间的距离 即 D 2 R 2 O 2 R 2 O 138 8mm 22 2 ADO A 22 cos T RL 拨盘上的圆销半径 T R L 中心距 1 2 O O 槽轮运动角之半 取 8mm 当较小时 可近似取 cos T R T R 2 Rl sin 150 sin22 5 57 4 mm 1 Rl 22 5 取拨销与轮槽底部的径向间隙一般选 3 6 mm 本设计取 5mm h 138 8 57 4 150 8 5 59 2mm 1 R 2 Rl T R 圆销中心轨迹半径 即曲柄长 h 槽轮的槽深 1 R 拨盘的回转轴如果支承在槽轮的二侧面 则其轴颈 2 L 如果结构上不允许上式 1 d 2 R 成立 则只能采用悬臂式安装 槽轮轴的直径应满足 2 L 2 d 2 d 1T RR 2 150138 8 22 4mm 1 d 15057 485 159 2mm 2 d 因为该轴受弯矩不大 所以按扭转强度条件计算 轴的扭转强度为 3 9550000 0 2 TT T P T n Wd 式中 扭转切应力 T a MP T 轴所受的扭矩 N mm A 轴的抗扭截面系数 T W 3 mm n 轴的转速 r mm P 轴的传递的功率 kW d 计算截面处轴的直径 mm 许用扭转切应力 T a MP 陕西科技大学课程设计说明书 9 由上式可得轴的直径 d 33 0 955000 0 2 T PP A nn 轴选用 45 号钢 取 120 n 6r min 0 A 算出19 8mm 1 d 38 3mm 2 d 综合强度与经验公式选取小轴最小直径为 25mm 大轴的最小直径为 65mm 可免去 轴的较核 取槽轮在槽口处厚度 b 5mm 由式 得 01T RRbR 57 4 58 44 mm 0 R 22 2 max 11 arccos 2 44 22 2 1 0 38261 0 3826 arccos 2 4 0 38264 0 3826 arccos0 749 1 658 arccos0 90924 6 当槽轮时发生角加速度取最大值24 6 3 4 2 加速度与角加速度分析 1 角速度分析 0 386 0 2 cos 1 2 cos 当 0 时 代入后得 0 6196 0 当 11 25 时 代入后得 0 576 0 当 22 5 时 代入后得 0 4912 0 当 33 75 时 代入后得 0 336466 0 当 45 时 代入后得 0 0 205 0 当 56 25 时 代入后得 0 09170 0 陕西科技大学课程设计说明书 10 当 67 75 时 代入后得 0 0 2 角加速度分析 2 0 2 2 1 sin 1 22 cos 当 0 时 代入后得 0 2 当 11 25 时 代入后得 0 4050 2 当 22 5 时 代入后得 0 6474 2 当 33 75 时 代入后得 0 6963 2 当 45 时 代入后得 0 6305 2 当 56 25 时 代入后得 0 5220 2 当 67 75 时 代入后得 0 4131 2 0 0 陕西科技大学课程设计说明书 11 最大功率的计算 1max1 max 82 522 6 0 0576 95509550 0 9 Mn Nkw F 1max MA 1 R 57 4 mm 1 R F 1437 67 N 陕西科技大学课程设计说明书 12 4 轴承的选择 分别选为圆锥滚子轴承 32914 32906 圆珠滚子轴承 61913 61905 5 键的选取和较核 5 1 键的选取 根据机械零件手册表 7 1 选取 直径 60 的轴上选用 b h 18 11 深度 t 为公称尺寸 7mm 长度 L 22mm 直径70 的轴上选用 b h 20 12 深度 t 为公称尺寸 7 5mm 长度 L 22mm 直径30 的轴上选用 b h 8 7 深度 t 为公称尺寸 4 0mm 长度 L 40mm 5 2 键的较核 直径25 的轴上选用 b h 8 7 深度 t 为公称尺寸 4 0mm 长度 L 25mm 平键连接传递转矩时 连接中各零件的受力情况见图 6 6 对于采用常见的材料组合 和按标准选取尺寸的普通平键连接 静连接 其主要失效形式是工作面被压溃 除 非有严重的过载 一般不会出现键的剪断 图 6 6 中沿 a a 面前断 因此 通常 只按工作面上的挤压应力进行强度较核计算 假定载荷在键的工作面上均匀分布 普通平键连接的强度条件为 3 210 pp T kld 式中 T 传递的转矩 T FyF N m 2 d A k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 此处 h 为键的高度 mm l 键的工作长度 mm 圆头平键 l L b 平头平键 L 这里为键的公称长度 mm bl 为键的宽度 mm d 轴的直径 mm 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤夺应力 M 见表 6 2 p a P p 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用应力 M 见表 6 2 a P 根据公式代入 70 的轴上选用 b h 20