步进式工件运输机设计-输送机械【5张cad图纸+文档全套资料】
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摘 要步进输送机是一种能间歇地输送工件并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。为了使装置结构紧凑，传动效率高，本文完成了采用二级圆柱减速器为传动系的步进输送机的设计与研究。介绍了现有工件输送机的类型、发展趋势和研究本课题的目的、意义，分析了输送机国内外的研究现状。在完成对工作机构的设计、确定电动机的类型的情况下，建立了两种传动系减速方案，通过方案对比，择优选择出采用二级圆柱齿轮减速器的步进输送机传动方案，并对此方案的可行性进行了分析。进行了工件步进输送机的总体结构设计，并详细绘制了关键零件的工作图。同时运用计算机辅助软件对工作机构及传动系进行运动仿真分析，为进一步改进传动结构提供理论依据。关键词：步进式工件运输机；电动机；设计；仿真ABSTRACTA stepping conveyor can transport the workpiece to intermittently spacing remain stable mechanical transmission step. By conventional conveyor motor using ordinary multi-speed reducer to realize large transmission structure size. To make the device compact, high transmission efficiency, design and research paper completed the drivetrain stepping conveyor using two cylindrical reducer is. Describes the type of an existing workpiece conveyor, trends and research purpose of this study, the significance analysis of the research status of the conveyor and abroad. In the case of the completion of the work organization design, determine the type of motor, gear transmission system established two programs by comparing the program, choose the best out using two cylindrical gear reducer drive stepper conveyor solutions and this feasibility of the program are analyzed. The overall structural design artifacts were stepping conveyor and detailed mapping of the key parts of the working drawings. While the use of computer-aided software working bodies and driveline motion simulation analysis, to provide a theoretical basis for the further improvement of the transmission structure.KEYWORDS: workpiece stepping conveyor; motor; design; simulationiv目 录摘 要iABSTRACTii目 录iii1 绪论11.1 引言11.2运输机的类型及特性介绍11.2.1工件运输机的分类11.2.2步进式工件运输机的工作原理31.2.3输送机的发展趋势31.3研究的目的和意义41.4国内外研究现状41.5主要研究内容51.5.1设计任务52运输机方案设计62.1方案比较62.2工作机构的设计与分析72.2.1工作机构型式的选择72.2.2平面曲柄摇杆机构82.2.3平面四连杆机构有曲柄的条件82.3连杆设计内容92.3.1摇杆的摆角初选92.3.2铰点位置和曲柄长度的设计92.3.3曲柄摇杆机构的设计92.3.4机构的速度分析112.4选择电动机122.4.1选择电动机的类型122.4.2选择电动机的容量122.5传动方案的选择122.5.1选择传动形式123二级圆柱齿轮性能参数设计143.1设计高速级齿轮143.1.1按齿面接触强度设计143.1.2按齿根弯曲强度设计173.1.3几何尺寸计算183.2设计低速级齿轮193.2.1按齿面接触疲劳强度设计193.2.2按齿根弯曲强度设计213.2.3几何尺寸计算223.2.4验算233.3中间轴设计及校核234步进式工件输送机总体设计275步进式工件运输机的三维设计及运动仿真285.1开式齿轮传动零件实体造型285.1.1小齿轮实体设计285.1.2大齿轮实体设计285.1.3曲柄实体设计295.1.4铰链支座实体设计295.1.5连杆实体设计295.1.6摇杆实体设计295.2开式齿轮传动零件、四杆机构装配295.3运动仿真及分析315.3.1设置运动环境315.3.2进行运动仿真335.3.3获取分析结果335.3.4分析运动仿真结果是否吻合35结 论37致 谢38参考文献391 绪论1.1 引言进入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。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。毕业论文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。1.2 运输机的类型及特性介绍1.2.1 工件运输机的分类（1）输送机一般按有无牵引件来进行分类：1）具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳； 承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、悬挂输送机和架空索道等。2）没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。（2）输送机械按使用的用途分可以分为:1）带式输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。它用于水平运输或倾斜运输。2）螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米1。输送原理：旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。使物料不与 螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。结构特点：螺旋输送机旋转轴上焊有螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。双螺旋输送机就是有两根分别焊有旋转叶片的旋转轴的螺旋输送机。说白了，就是把两个螺旋输送机有机的结合在一起，组成一台螺旋输送机。 螺旋输送机旋转轴的旋向，决定了物料的输送方向，但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。当反向输送时，会大大降低输送机的使用寿命。 3）斗式提升机 利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，本提升机适于输送粉状，粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环行链条，因此允许输送温度较高的材料(物料温度不超过250)。一般输送高度最高可达40米。1.2.2 步进式工件运输机的工作原理步进式工件输送机用于间歇的传送工件，如图1.1所示，电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。工作行程时，滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回时，由于推爪与轴间装有扭簧，因此推爪从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进是，推爪已复位，并推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移。 图1.1 步进式工件运输机传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。由此可设想设计一套采用二级圆柱齿轮减速器为传动系的工件步进输送机。1.2.3 输送机的发展趋势（1） 继续向大型化发展、大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的带式输送道。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。（2） 扩大输送机的使用范围。 发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。（3） 使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。 如邮局 所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。（4） 降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。（5） 减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。1.3 研究的目的和意义通过对研究本课题，不仅可以使我对工件输送机总体结构有宏观把握，而且对二级齿轮传动减速器有了深入的了解，掌握其工作原理，提高自己对机械设计的了解，在设计的过程中我肯定会遇到大量的问题。如减速器的结构问题，中间的大量的数据计算，不过我会通过查阅资料或询问老师来解决，提高自己解决困难的能力。而且了解其优点，在自己的设计工作中充分地发挥其优点，把其缺点降低到最低的限度，从而设计出性能优良的齿轮轮传动装置。这次毕业设计一定会对我今后的学习工作起到巨大的作用。1.4 国内外研究现状步进式输送机其核心部分之一就是减速器，传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大，若采用行星齿轮减速器，则可使输送机结构紧凑，传动效率高。因此对减速器的选择是设计步进输送机的关键。齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位。1.5 主要研究内容1.5.1 设计任务工件步进输送机用于间歇地输送工件，到达预定位置。传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。 主要任务：设计一套采用行星减速器为传动系的工件步进输送机。 主要参数：工件输送时滑架受到的工作阻力Fr=2800N，滑架宽度为，高度，步长，往复次数，行程速比系数，四杆机构摆角，最小传动角rmin ，工作机构效率为0.95。2 运输机方案设计2.1 方案比较经过反复调查研究，查阅相关资料，我们根据工件传输机的工作状况的要求，提出了以下四种方案：方案一：直接用带传动和步进电动机来实现滑架的往返运动，通过步进电动机的正反转控制往返运动，通过单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。方案二：运用齿轮齿条和步进电动机来实现滑架的往复运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现滑架的往返运动。方案三：采用液压凸轮机构为主，以达到设计要求。本方案采用液压动力装置以推动挡板左右往复运动。再采用凸轮机构推动挡板做上下的往复运动。该机构由液压机构和凸轮机构相互配合，使挡板做曲线运动。方案四：运用连杆机构，减速机，普通电动机。通过普通电动机可以获得运动所需要的动力，减速机调整相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速度比，节奏，步长和滑架的运动轨迹。经过可行性调研，我们发现方案一中步进电机的功率和工作状况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且步进电机拥有一个很明显的优点，就是它有精确的正反转功能，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移，或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载的变化而影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简单，而且低速精度高。虽然如今步进电机已经被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规条件下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。方案二也存在类似的问题，方案三机构结构简单，构造也较为普通，且运行时噪声低。运动行程十分明了，缺点是该机构有两个自由度，所以运动难遇控制，不够平稳。而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。而方案四对于方案一方案二的问题有了很好的实现，而且普通电动机容易选择，减速机和连杆机构，结构可靠，稳定性高,可以承受一定的冲击，所以此方案较合理。在整个设计过程中，连杆机构的设计和分析应是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括工作机构和传动系统的运动分析，连杆机构的运动和动力分析，减速机及电机的选择设计。本课题的难点是连杆机构的分析和动力运动的分析。2.2 工作机构的设计与分析该步进输送机通过工作机构驱动滑架往复移动，要求工作机构结构简单紧凑，制造方便，成本较低。2.2.1 工作机构型式的选择主要机构确定为曲柄摇杆机构，如图2.1所示。其中曲柄1连接的是减速器的输出轴，作整周回转，摇杆3做摆动控制推爪水平运动。该机构的优缺点：运动副都是低副，因此运动副元素都是面接触，压强较小，可承受较大的载荷，有利于润滑，故磨损较小；此外，运动副元素的几何形状都比较简单，便于加工制造；易获得较高的精度，还可以改变各构件的相对长度使从动件得到不同的运动规律。缺点是传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低，不利于高速运动。图2.1 曲柄摇杆机构2.2.2 平面曲柄摇杆机构在铰链四连杆机构中，若两个连架杆中一个为摇杆，另一个为曲柄，那么这个四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可以把曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，此种机构应用比较广泛。2.2.3 平面四连杆机构有曲柄的条件（1）杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。（2）在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为整转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。（3）在有整转副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为整转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连构件为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。（4）如果四杆机构不满足杆长之和条件，则不论选取哪个构件为机架，所得到机构均为双摇杆机构。综上所述：平面四杆机构中曲柄存在的条件是四个杆的长度关系，谁做机架决定是否会存在曲柄。2.3 连杆设计内容输送机的工作阻力，步长，往复次数 次/分，行程速比系数，高度。输送时滑架受到的阻力视为常数，滑架宽度为250mm，用于小批量生产。2.3.1 摇杆的摆角初选根据设计的常识一般初选摆角为左右,再由步长定摇杆长度,一般取 , 。2.3.2 铰点位置和曲柄长度的设计根据行程速比和传动角要求铰点A的位置及曲柄连杆长度。根据所给条件以及现场的要求，和行程速比系数K，在设计四连杆时，可利用机构在极位时的几何关系，再运用其它辅助条件进行设计。2.3.3 曲柄摇杆机构的设计通过摆角及行程速比系数和摇杆长度来设计该机构。首先按公式 ，(K-1)/(K+1)算出极位夹角为。然后任取一点D,再用此点为顶点作等腰三角形，使两腰的长度等于CD, 。使，再作，与的交点P。作的外接圆,那么圆弧上任一点A到和的连线所形成的夹角都等于极位夹角,所以曲柄的轴心应在这个圆弧上。设曲柄的长度为a,连杆的长度为b，那么，, ，所以a=(-)/2于是以A为圆心,以为为半径作圆弧交于点E,则得出a=/2,b=/2。设计时应注意,曲柄的轴心A不能选在弧段上,否则机构将不能满足运动连续性的要求。根据上面的方法可以算出平面四连杆机构的杆长分别为a=125mm，b=395mm，c=390mm，d=390mm。图2.2机构运动简图因铰链A的高度为自己确定，则需验证最小传动角是否满足题意，如图2.3所示，在AUTOcad上作图，当A、B、D三点共线时，此机构传动角最小。经验证，满足要求。曲柄随减速器输出轴作匀速圆周运动，驱动连杆，摇杆以固定铰链为圆心，自由端运动至右极限位置，输送爪将工件送至待加工位置，摇杆再向左运动至左极限位置，成为一个工作循环，机构可在预定时间将工件送至待加工位置。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，此外结构简单，尺寸紧凑，成本低，效率较高。图2.3机构运动简图2.3.4 机构的速度分析由往复次数N及步长可求得工件平均速度=3602/（60/65）=780mm/s。由速度矢量图可知摇杆运动到竖直位置时=780mm/s，则=0.6=468mm/s。又=+，用图解法作速度矢量图，如图2.1.3所示，得=469mm/s。又 得曲柄AB的转速=3.55rad/s 。则减速器输出轴转速n出=/2=0.474r/s=50.46r/min。图2.4 速度矢量图2.4 选择电动机2.4.1 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2.4.2 选择电动机的容量电动机所需工作功率 Pd=Pw/总Pw=Fv/1000 则 Pd=Fv/（1000总）= Fv/（12）。其中1为工作机构效率0.95，2为减速器效率0.8。则。查机械设计简明手册表10-8 可选择电动机型号为Y112M-4，额定功率为4KW，转速1440r/min。2.5 传动方案的选择2.5.1 选择传动形式由电动机输入轴转速n入=1440r/min，n出=28.42r/min则总传动比=1440/28.42=33.03根据此传动比，查机械设计简明手册可选用二级展开式圆柱齿轮减速器，如图2.5所示，其传动比范围i=860。图2.5二级展开式圆柱齿轮减速器运动简图圆柱齿轮减速机。它的第一印象就是结构简单，修理非常方便，而且从价格的因素考虑，它比较便宜，肯定容易获得更多的客户，而且圆柱齿轮减速机用起来很稳定的，不容易出现什么故障，这也给大家带来了方便，因为一台机器如果两三天就出现一个故障，会给大家带来很大的麻烦。 但是圆柱齿轮减速机虽然有这么多的优点，并不代表它没有一丝缺点，事实上，它还是有一些缺点的，比如它一个缺点就是体积是比较大的，所以造成它的占地面积也比较大，因此齿面胶合这个事就很容易在这个减速机上面出现。购买减速机就应该比较综合的考虑所有的因素，然后做出一个相对合理的决定。3 二级圆柱齿轮性能参数设计3.1 设计高速级齿轮（1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱斜齿轮。（2）材料选择。由机械设计表101选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢(正火)，硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。（3）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB 1009588)。（4）选小齿轮齿数=24，大齿轮齿数4.33124=103.944,取=103。5)选取螺旋角。初选螺旋角，左旋。 3.1.1 按齿面接触强度设计按机械设计式（1021）试算，即（1）确定公式内的各计算数值1）试选 2）由图1030，选取区域系数3）由图1026查得4）计算小齿轮传递的转矩5）由机械设计表107选取齿宽系数6）由机械设计表106查得材料的弹性影响系数7）由机械设计图1021按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限8）由式1013计算应力循环次数9） 由图1019查得接触疲劳强度寿命系数10）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由机械设计式1012得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2）计算圆周速度3）计算齿宽b及模数4）计算纵向重合度5）计算载荷系数K已知使用系数根据，7级精度，由机械设计图108查得动载荷系数由机械设计表104查得由机械设计图1013查得假定，由机械设计表103查得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010a得7）由机械设计图1019曲线1查得接触疲劳强度寿命系数，8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由机械设计式1012得 （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值2）计算圆周速度v3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比 5）计算载荷系数K根据，7级精度，由机械设计图108查得动载荷系数假设，由表103查得由机械设计表102查得使用系数.25由机械设计图1013查得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010a得7）计算模数m3.1.2 按齿根弯曲强度设计由机械设计式105得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的计算数值1）由机械设计图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限2）由机械设计图1018查得弯曲疲劳寿命系数， 3）计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1.4，由式1012得4）计算载荷系数5）查取齿形系数由机械设计表105查得，6）取应力校正系数 由机械设计表105查得7）计算大小齿轮的，并比较大齿轮的数据。8）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数2.33，并就近圆整为标准值。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有，取。大齿轮齿数取。3.1.3 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算齿根圆直径（3）计算中心距将中心距圆整后取。（4）计算齿宽取（5）验算合适。 3.2 设计低速级齿轮（1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱直齿轮。（2）材料选择。小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（3）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。（4） 选小齿轮齿数24，大齿轮齿数3.33224=79.968，取=803.2.1 按齿面接触疲劳强度设计由机械设计设计计算公式109a进行试算，即（1）确定公式各计算数值1）试选载荷系数2）计算小齿轮传递的转矩3）由机械设计表107选取齿宽系数4）由表106查得材料的弹性影响系数5）由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限6）由机械设计式1013计算应力循环次数7）由机械设计图1019曲线1查得接触疲劳强度寿命系数，8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式机械设计1012得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值2）计算圆周速度v3）计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比 bh5）计算载荷系数K根据，7级精度，由图108查得动载荷系数假设，由机械设计表103查得由机械设计表102查得使用系数.25由机械设计表104查得 由图1013查得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010a得7）计算模数3.2.2 按齿根弯曲强度设计由机械设计式105得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的计算数值1）由机械设计图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限2）由机械设计图1018查得弯曲疲劳寿命系数， 3）计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1.4，由式1012得4）计算载荷系数5）查取齿形系数由机械设计表105查得，6）取应力校正系数由机械设计表105查得7）计算大小齿轮的，并比较大齿轮的数据（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数2.33，并就近圆整为标准值2.5。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有，取大齿轮齿数取3.2.3 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算齿根圆直径（3）计算中心距将中心距圆整后取。（4）计算齿宽取3.2.4 验算合适3.3 中间轴设计及校核（1）中间轴上的功率转矩（2）求作用在齿轮上的力高速大齿轮:低速小齿轮: （3）初定轴的最小直径 选轴的材料为45钢，调质处理。根据表机械设计153，取，于是由式152初步估算轴的最小直径中间轴上有两个键槽，最小轴径应增大10%15%，取增大12%得，圆整的。这是安装轴承处轴的最小直径(4）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)初选型号6207的深沟球轴承参数如下，基本额定动载荷基本额定静载荷，故。轴段1和5的长度相同,故取。2)轴段2上安装高速级大齿轮,为便于齿轮的安装,应略大与,可取。齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮左端面上,即靠就近轴段2的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。大齿轮右端用轴肩固定,由此可确定轴段3的直径, 轴肩高度,取 ，。3）轴段4上安装低速级小齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取。齿轮右端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮右端面上,即靠紧,轴段4的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得, ，4）参考机械设计表152，取轴端为，各轴肩处的圆角半径见图3.1。图3.1 中间轴的结构布置简图（5）轴的受力分析、弯距的计算1）计算支承反力： 在水平面上 ：在垂直面上：2）计算弯矩在水平面上：在垂直面上：故 （4）作弯矩和扭矩图3.2图3.2弯矩和扭矩图（5）按弯扭合成应力校核轴的强度由合成弯矩图和转矩图知的处当量弯矩最大，并且有较多的应力集中危险截面，由机械设计表5-1查得，校核安全。4 步进式工件输送机总体设计经分析及查阅相关资料，设计的输送机系统包括机架、六杆机构、滑架、电动机、联轴器及上文设计的二级圆柱齿轮减速器。行星减速器总体长度、宽度及高度已设计出，容易绘制。电动机型号为Y112-M4已确定，其安装尺寸按照国家标准绘制。联轴器根据电动机轴直径及减速器输入轴直径选用弹性套柱销联轴器TL3，轴孔直径分别为28mm和20mm，为标准件，按照国标绘制。六杆机构各杆长以确定，各杆之间通过销钉连接，连接处应加铜套，EF杆与推爪铰链连接，驱动滑架往复移动，滑架宽250mm。具体结构尺寸可参见步进输送机装配总图。5 步进式工件运输机的三维设计及运动仿真在对步进输送机完成二维图绘制后，我们可以对其传动零件进行三维造型，再与工作机构装配起来进行运动仿真分析。5.1 开式齿轮传动零件实体造型5.1.1 小齿轮实体设计（图5.1） 图5.1开式小齿轮 图5.2 开式大齿轮 根据零件图用Pro/Engineer进行三维实体造型，其中齿轮部分可先在caxa上调用渐开线齿廓曲线，然后在Pro/E里调入并拉伸至齿宽即可。其余各段可用“旋转”特征造型。5.1.2 大齿轮实体设计（图5.2）大齿轮的模数。5.1.3 曲柄实体设计（图5.3） 图5.3 曲柄 图5.4 铰链支座5.1.4 铰链支座实体设计（图5.4）铰链支座与底架固定在一起，装配时作为机架。5.1.5 连杆实体设计（图5.5） 图5.5 连杆 图5.6 摇杆 连杆与曲柄相连接。5.1.6 摇杆实体设计(图5.6)摇杆与铰链支座相连接。5.2 开式齿轮传动零件、四杆机构装配装配顺序为：底架、轴承座、轴承、小齿轮、输入轴、键、轴承端盖、开式大齿轮、输出轴、键、曲柄、连杆、摇杆、与工件铰链连接的杆。其中摇杆与底架架均为固定位置约束，滑块与机架采用滑动杆连接，其余均为轴销连接。装配完成后如图6.7所示。图5.7传动系与工作机构实体视图可生成爆炸视图（图5.8）图5.8 传动系爆炸视图5.3 运动仿真及分析5.3.1 设置运动环境在装配模型环境下装配完成后，点击菜单栏“应用程序”后的“机构”，进入机构环境。接下来是齿轮副设置。单击齿轮副设置选项，弹出图5.9所示齿轮副对话框。设置运动轴，点击箭头，选择齿轮轴，输入齿轮1节圆直径36mm，再点击齿轮2标签，同样填入参数，选择齿轮轴线，然后单击“应用”，“确定”。图5.9设置齿轮副这样第一组齿轮副就设置完成了，同样方法可以设置第二组、第三组齿轮副。接着，设置伺服电动机。点击伺服电动机图标，弹出伺服电动机对话框。如图如图5.10所示图5.10设置电动机在“类型”标签中点击运动轴，选择齿轮轴轴线，然后点击“轮廓”标签，如图5.11所示。图5.11定义伺服电动机在“规范”中选择速度，因为电动机转速为1440r/min，填入后点击确定，则运动环境设置完成。5.3.2 进行运动仿真点击“机构分析”图标，按照默认设置“运动学”分析，设置运动初始位置为摇杆左极限位置，并单击“运行”按钮做动态仿真。5.3.3 获取分析结果点击“测量”图标，如图5.12所示单击“创建新测量”按钮，依次选择输入轴、输出轴为“主体”进行“角速度”测量，点击“分别绘制测量图形”，单击“生成图线”图标可得图5.13所示曲线。图5.12测量结果分析验证图5.13输入轴轴伸直径一点运动学图线同理可创建新测量，选定
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