湖南工业大学机械原理课程设计

1、湖南工业大学 课 程 设 计 资 料 袋 机械工程 学院（系、部） 第 20132014 学年第 2 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 银金光 职称 教授 学生姓名 专业班级 学号 题 目 步进式输送机的设计 成 绩 起止日期 2014年 06 月 09 日 2014 年 06月 13 日 目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸若干 15张456 机械原理课程设计任务书20132014学年第二学期 机械工程 学院 机械 专业 机械1202 班 课程名称： 机械原理 设计题目： 步进式输送机的设计 完成期限：自 2014 年 0

2、6 月 09 日至 2014年 06 月 13 日共 1 周内容及任务一、工作原理及工艺动作简介 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。图1为其示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个

3、步长。如此周而复始，实现工件的步进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。二、原始数据及设计要求(1) 输送工件形状和尺寸如图1，工件质量80kg，输送步长H880mm，允许误差±0.2mm。(2) 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数也为0.15。(3) 滑架工作行程平均速度为0.48m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数K1.5。(4) 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2 kgm2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动

4、机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2 kg.m2。(5) 允许速度不均匀速度为0.1。三、设计任务(1) 根据工艺动作要求拟定运动循环图；(2) 进行插断机构、步进输送机构的选型；(3) 机械运动方案的评定和选择；(4) 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并进行主要传动几何尺寸计算，画出传动系统方案图；(5) 执行机构运动尺寸计算；(6) 画出机构运动见图；(7) 编写设计计算说明书。进度安排起止日期工作内容2014.06.092014.06.09工作原理分析、工艺动作分析、执行机构选型和拟定 2014.06.102014.06.

5、10运动规律和运动协调设计、绘制运动循环图 2014.06.112014.06.11机构尺度设计、运动分析 2014.06.122014.06.12动力分析、绘制机构运动方案简图2014.06.132014.06.13整理设计说明书、设计小结主要参考资料1、 朱理主编，机械原理，高等教育出版社2、 郑文纬主编.机械原理，高等教育出版社3、 孙桓主编. 机械原理，高等教育出版社4、 戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社5、 罗洪田主编.机械原理课程设计指导书，高等教育出版社 指导教师（签字）： 银金光 2014 年 06 月 13 日 机 械 原 理 课程设计设计说明书 步进式输送机的设计

6、 起止日期： 2014 年 06 月 09日 至 2014 年 06 月 13日 学生姓名班级机械1202学号成绩指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2014年 06月13日 目 录1. 设计题目：步进式输送机设计12. 工作原理和工艺动作分解 13. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 24. 步进式输送机的功能分析与设计过程 35. 滑架机构与隔板机构的选型 46. 机械传动的速比和变速机构 67. 步进式输送机机的尺度设计计算 98. 步进式输送机的运动分析 119. 机构简图及机构运转流程图 1210. 步进式输送机三维图设计 1511.参考资料 2012.设计总结 211.设计题

7、目：步进式输送机设计1.1设计原理：步进式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。工件经过隔断板从料轮落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮处接受了一个新的工件。1.2设计要求：1) 输送工件形状和尺寸如图1.1所示，工件质量为80kg，输送步长H=880mm，允许误差±0.30mm。2) 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数也为0.

8、15。3) 滑架工作行程平均速度为0.48m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数K1.5。4) 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为 2 kgm2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2 kgm2。5) 允许速度不均匀速度为0.1。6) 滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。7) 电动机规格自选。2.工作原理和工艺动作分解2.1 工作原理和工艺动作分解根据工艺过程，机构应具有一个电动机和两个执行构件（一个隔断板、一个推爪）。两个执行构件的运动形式如下所示：1) 隔断板作

9、间歇往复直线运动，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。工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑。这样就可以控制其输送为步进式输送。因为其输送步长为880±0.3mm,滑架的平均速度为0.48m/s，故其行程周期约为1.83s。其简图和位移线图如图2-1所示：T（s） S（m）图2-12) 工作行程时，滑架上的推爪推动工件移动一个步长。 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，并复位。若机构完成一个运动循环则其简图和位移线图如图2-2所示：T（s） S（m）图2-2推爪位移图3.根据

10、工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。以主动件的转角作为横坐标(0°、360°)，以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。主动轴每转一圈为其准拟定的运动循环图如下图所示：输送机构隔断板图3-1 机构运动循环图4.步进式输送机的功能分析与设计过程4.1步进式输送机的功能分析由上述分析可知，步进式输送机的功能分析可作总结如图4-1所示步进式输送机的功能分解隔断板打开，工件下放至辊道后再关闭滑架右运动，推爪推动工件左端运动滑架返回，推爪滑过工件底面，回到起始点图4-1步进式输送机的功能分析图由功能

11、分析图可知，其运动过程为下放工件滑架运送工件滑架空程返回（下放工件）起始位置。4.2步进式输送机的设计过程（1）隔断板做间隙往复直线运动，当滑架往右运输工件时，隔断板处于关闭停歇状态，当滑架回程时，隔断板往左运动下放工件，在滑架未回到起始位置前，隔断板右运动又关闭。故该机构要有两次间歇功能。（2）辊道 两排间隙相等的辊轮，间隙s=90mm,两辊道相距一定距离使推爪能够顺利通过；辊道至少能承载(80x8)kg的工件,辊道上允许最多8个工件。（3）滑架做往复直线运动，要求工作行程平均速度为0.48m/s，输送速度尽可能均匀，且到终点位置时速度逐渐减为0m/s,以保证工件速度也变为0m./s,每个步

12、长误差不超过±0.3mm，行程速度变化系数K1.5。滑架上装有8个推爪，间距为880mm,误差±0.3mm。为保证推爪在推动工件前保持推程状态，行程应比工件输送步长大20mm左右，即滑架在起始位置时推爪距第一个工件左端面为20mm,滑架行程为900mm±0.3mm。5.滑架机构与隔板机构的选型5.1滑架机构的选型根据往复直线运动的功能，可选1曲柄滑块机构2曲柄摇杆机构3双滑块曲柄机构机构图特点机构无急回特性，传动的行程可调，但可调的行程过大时，影响各件的刚度或对传递的工件有一定的限制。但此机构传动较平稳。机构具有急回特性，传动的行程可调，刚性比较好，易传递较大的工

13、件。改变机架的长度，可以使设计出来的机械体积不是很大，传动比较平稳。机构无急回特性，传动的行程可调。但可调的行程过大时，影响各件的钢度或对传递的工件有一定的限制。但设计出来的机器由于导轨的存在，使整个机器显得笨重。综合上述的方案，此机器的执行机构采用机构二曲柄摇杆机构比较合理。成本低、易制造、适应各种工厂中工件的传输、再加上该机构本身的特点等，所以选 取方案2为最优，其具体机构图如图所示：滑架机构5-15.2隔断板机构的选型隔断板机构做间隔往复直线运动，运动准确性要求不高，可选方案有：1.图5-2此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，但机构外观复杂，体积相对较大2.图5

14、-3机构符合间隙运动要求，但机构复杂，槽机构动力传递性能差，锥齿轮较难造，制造成本高。3. 图5.4机构简单，此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，机构体积小，外观美。综合上述，隔断板机构应选方案35.3 输送机构的设计选项实现输送运动的机构应有下面几种基本功能：输送进程中尽量平稳，速度均匀。 由于工件质量较大，所以输送机构要有好力学传动性。 输送完一个步长后，滑架要进行复位，再进行下一轮的输送。 我们常用的输送机构类型有皮带传送，机械爪传动等等；一下列举这两种输送机构。（1） 方案一采用带传动，带传动能够进行连续传动，在工业生产中广泛应用，但是在步进式输送机中，输送质

15、量比较大，为了工件的平稳性，在此我们不采用方案一；（2） 方案二采用机械推爪形式输送，工件在固定的辊道上，通过推爪的推动使得工件输送一个步长，这样传送过程比较平稳，能够达到我们的设计要求。如果我们采用机械推爪来输送，同样需要一个传动机构来使得推爪往复直线运动，能实现推爪往复运动的机构有曲柄摇杆机构，齿轮齿条机构，移动从动件凸轮机构等等，在此我选用的是曲柄摇杆机构，其传动的示意图如下；当工件落在辊道上，经过4的传动作用，使得滑架向前，工件因此可以移动一个步长，同时，在回程时，由于推爪下装有扭力弹簧，推爪返回时可以从工件底部滑过，工件保持不动。6.机械传动的速比和变速机构传动方案的确定设计内容传动

16、方案示意图传动方案示意设计 简要说明该传动方案是由电动机的转动带动皮带轮转动，从而使三联滑移齿轮转动，通过齿轮的啮合实现了从动件的转动，其中三联滑移齿轮能实现三种不同速度的从动件转动（i=36 、i=48、i=60）。此机构在运动过程中运转较平稳，传动效率高、功率大。各分传动比i = n电 / n执 = d1/d1 * Z2/Z2 * Z6/Z5=720/12= 60i = n电/n执 = d1/d1 * z3/z3 * z6/z5 = 720/15 = 48 i= n电/n执 = d1/d1 * z4/z4 * z6/z5 = 720/20 = 36 由中心距的关系有：1/2 m*( Z2

17、+Z2) = 1/2 m*(Z3 + Z3) = 1/2 m*(Z4 + Z4).取模数M = 4mm 且 Z5应大于17 故: 取 Z5 =18 ， Z6 = 72，d1= 418mm d1 = 100 mm 。由式及以上已知条件可得Z4/Z4 = 3/2 ， Z3/Z3 = 2 ， Z2/Z2 = 5/2且 定 变速齿轮的中心距a = 210 mm由以上可得下列数据 带传动 齿轮传动 d d n Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 4 Z 4 Z 5 Z 6 模数 M 100 418 720 mm mm r/min 30 75 35 70 42 63 18 72 4 mm7.步进式输送机机

18、的尺度设计计算7.1滑架机构的尺度设计取AO=300mm,滑架实际行程H=860+20=880mm,滑架板长900mm,则有：最大摆动件线质量为20kg/m,对质心转动惯量为2. ，由J=(1/12)*m*L*L，得： AC=L=1062.65mm,=2*arcsin(H/2)/L=2*24.46°=48.92°,k=(180°+)/( 180°-)=1.750B=AO sin(/2)=124.22mm,7.2插断凸轮机构的尺度设计隔断板运动时，推程和回程均做等加速等减速运动，行程h=80mm,取凸轮基圆r0=100mm,如图所示8步进式输送机的运动分析

19、8.1滑架运动分析 1. t=H/v0=0.88/0.44=2(s),w=(180°+)/t=114.46°/s ,即n=19r/min.2.滑架的位移即为C点在水平方向的位移，设速度为V,则有： 速度 VB2=VB1 + VB2B1大小 ？ W1*OB ² ？方向 VB2=VB1 sinB=VB1 COSarcsin(OA sin/OB),VC=AC*VB2/AB=AC*VB1* COSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)V=vc COS= AC*VB1* COS*C

20、OSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)W2=VC/AC= VB1* COSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB ² -OA ² sinB ²) ½)加速度anb3 + atb3 = ab2 + ab3b2 + akb3b2大小 w2*AB ² × w*OB ² × 2*w2*VB3B2方向 得：aB3=(aB2sinarcsin(OAsin/OB) akB3B2) ²anB3 ²

21、)½ =(w*OB *OA*sin2*w2*VB3B2) ²(w2*AB ²)²)½8.2隔料板和推爪运动分析机构的主要执行构件为隔料板和输送推爪，所以，在设计的最后要对执行机构进行运动分析。 隔料板和推爪运动分析图如下；隔料板速度时间图 输送推爪的速度时间图 9 机构简图及机构运转流程图9.1机构简图9.2机构运转流程图电动机转动蜗杆涡轮转动齿轮3以及凸轮转动连杆传动隔料板以及输送爪运动10.步进式输送机三维图设计10.1齿轮、凸轮和摇杆10.2传动系统10.3步进式输送机11.参考资料1、戴娟 编著 机械原理课程设计2、孙桓、陈作模、葛文杰 编著机械原理3、哈尔滨工业大学理论力学教研室-编理论力学4、朱理 主编 机械原理5、王成涛 现代机械设计-思想与方法M.上海科技技术文献出版社，1999.6、机械手册12.设计总结这次的课程设计跟我们以前做的课程设计不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是