步进输送机设计计算说明书

步进输送机设计计算说明

书姓 名：学 号：20061150班 级：机械11班指导老师：何朝明2009年6月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章问题的提出 2\o"CurrentDocument"1.1弓1言 2\o"CurrentDocument"1.2国内外输送机发展历史 2\o"CurrentDocument"1.3输送机的分类 3\o"CurrentDocument"第2章 设计要求与设计数据 4\o"CurrentDocument"2.1设计要求 4\o"CurrentDocument"2.2性能数据要求 42.3设计用途 错误！未定义书签。\o"CurrentDocument"第3章 机构选型设计 5\o"CurrentDocument"3.1设计方案1 53.2设计方案2 错误！未定义书签。\o"CurrentDocument"第4章机构尺度综合 7\o"CurrentDocument"4.1尺寸的得出 7\o"CurrentDocument"4.2机构尺寸计算结果 7第5章 机构运动分析 错误！未定义书签。5.1步进输送机运动学方程 错误！未定义书签。5.1.1步进输送机初始状态 错误！未定义书签。\o"CurrentDocument"5.1.2步进输送机平动过程 10\o"CurrentDocument"5.2运动学分析结果 15第6章 机构动力分析 错误！未定义书签。6.1步进输送机的动力分析 错误！未定义书签。6.1.1步进输送机的动力学方程 错误！未定义书签。6.1.2步进输送机的动力学仿真图 错误！未定义书签。6.2动力学分析结果 错误！未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第7章结论 21\o"CurrentDocument"7.1方案特点 21\o"CurrentDocument"7.2设计方案特点 21\o"CurrentDocument"第8章收获与体会 22\o"CurrentDocument"第9章致谢 23参考文献 错误！未定义书签。附录1建模过程 错误！未定义书签。\o"CurrentDocument"附录2文献综述 25附录3机构运动简图 错误！未定义书签。第1章问题的提出1.1引言输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。在现代的工业生产中，随处可见输送机的身影。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。所以输送设备广泛应用于现代化的各种工业企业中。1.2国内外输送机发展历史图1-1带式输送机 图1-2螺旋输送机中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。图1-3钢带输送机 图1-4惯性输送机1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。1.3输送机的分类带式输送机：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。螺旋输送机：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。斗式提升机：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。第2章设计要求与设计数据2.1设计要求加工过程要求若十个相同的被输送的工件间隔相等的距离a=300mm,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,又耗时时间T1移动距离a后间歇时间T2……考虑到动停时间之比K=T1/T2之值比较特殊，受力较大，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构直接实现上述要求，而应利用平面连杆机构轨迹曲线。2.2性能数据要求图2-1步进输送机模型图根据上述所说的功能确定机械设计尺寸及要求如下：1） 输送平台距离地面的高度为80cm。2） 输送架上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线。.3） 单次输送距离在300mm左右。4） 输送架在一定范围内保持平动。5） 轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为50mm。2.3设计用途可以进行产品生产线上的产品步进输送，而且步进输送有一段停顿的时间，在这段时间内，可以对产品进行加工处理。同时，步进输送运动平稳，动作一般不会太快，方便精密工件的加工生产。此种步进输送机，采用挡板推动，能产生较大的作用力，所以能适应不同重量的工件输送。可靠，稳定……第3章机构选型设计3.1设计方案1方案（1）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。该机构结构简单，构造也较为普通，切运行时噪声低。运动行程一眼明了。缺点是该机构有两个自由度，所以运动难于控制，不够平稳。而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。图3-1步进输送机设计方案13.2设计方案2方案（2）：该方案完全采用连杆机构，运动连续，平稳。由于构件大部分是连杆，成本较低且维护，检修都较为简单。该机构只有一个自由度，运动易于控制。缺点是机构的零件较多，较为复杂。

图3-2步进输送机设计方案2通过两个方案的比较分析，选择方案（2）较好，比较适合设计要求。所以选择方案（2）作为设计方案。第4章机构尺度综合4.1尺寸的得出根据设计要求，相同的被输送工件间隔相等的距离为300mm，轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为50mm，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。4.2机构尺寸计算结果图4-1输送机机构示意图根据CAD造型模拟得到的尺寸数据：底板架的高度为——700mm底板的长度为 1800mmTOC\o"1-5"\h\z底板的宽度为 400mm杆AB的长度为 170mm杆CC1的长度为——791mm杆BD的长度为 518mm杆CE的长度为——399.5mm杆CD的长度为——279.5mm铰链点距离O点的长度为——334.1mm电机主轴距离O点的距离为一一165mm铰链点E与E1之间的距离为——791mm点D与D1间的距离为——791mm点C1与D1之间的距离为——279.5mm

第5章机构运动分析5.1步进输送机运动学方程根据对步进输送机结构的设计要求，对机构的尺寸进行分析，计算。机构的运动只要分为两个阶段，第一阶段是输送机的平动阶段，即输送机的工作阶段，此时输送机的挡板推动工件向左移动。第二阶段是输送机的向下回转曲线运动阶段，此阶段输送机挡板向下运动同时慢慢向后移动，最后再次回到原运动平面，准备开始第二次的重复运动。图5-1步进输送机运动分析简图5.1.1步进输送机初始状态图5-2输送机连杆示意图

图5-3图5-3输送机运动分析图设A点坐标为(0,-182),D点的坐标为(350,0),AB长为182,BC长为364,CD的长为420.设P点坐标为G,y),B点坐标为G,V)pp bb则B点的轨迹为则B点的轨迹为Sx=ABDcosay=ABOsinab(5-1)TOC\o"1-5"\h\z(x-x)2+(y-y)=BC2 / \另设C点坐标为(x,y)则：，c\cb nC(x,y) (5-2)cc1(x-x)2+y2=DC2 cccd c由设计要求得，在一段进程中，P点做直线运动，则在这段时间内:(5-3)(x一x)+(y-y)=BP(5-3)(x-x,》+(y-y)=PC2丸丸通过CAD绘制结构零件图，可知当a=一广?时，在此情况下，B1在此情况下，B1(13^/2 )丁,-19.5<2 ),B2(6.5,-24.258)则B^/BC2的中垂线方程为:(x-x)2+(kx+b-y)2=(x-x》+(kx+b-yI(5-4)1c 1 c 1p(5-4)(x—x，》+(kx+b—y，》=(x—x，》+(kx+b—y、 2c 2 c 2p 2 p

分析可得图5-3中中心圆的转角，应同图5-2中3"2€：2的中垂线的夹角相等。即V'①=arctan①=arctank一arctank21k'-1arctank'2（5-5）k1-1= ,k=匕211-1一k'=； 1y1一yp,k'=2y2一ypkb2c2x1—xpx2—xp求解方程组，以求得BP和CP的长度值。5.1.2步进输送机平动过程图5-4结构示意图图5-4所示，各标注点为机构设计中的个铰链点。其中杆AB为绕A点旋转的驱动件。A,E，E1点固结在机架上，D,D1点连接挡板。设个点的坐标分别为：G,y）、G,y）、G,y）、G,y）、G,y）。同时设AB的角速度为tt，角加速度a，为AA BB CC DD EE AB 19,9,9,9,9为杆件与水平面的夹角，各杆件的长度分别为：l,l,l,l,l,l，ABBCCDBDCE ABBCCEBDCDCC]9为初始角。根据杆件的运动列出B点的运动方程：尤=x+lcos9y=y+lsin9 （5-6）其中，（x,y）已知，初始角9，杆长l已知，所以，可以求出B点的坐标。对式5-6AA A A

(5-7)分别进行一次，二次求导，可得到B点的速度和加速度方程。(5-7)r ,一a=lr ,一a=l①2cosT一lasinT<Bx ABABABAB1ABa=l①2sinT+lacosT〔By ABABABAB1AB（5-8）dongtai::weizhiA(度)时间（秒）图图5-5点B的位置导出图图5-6图5-6点B的速度导出图rV二l①sinT<BxABABABV二l①cosT IByABABAB

图5-7点B的加速度导出图5-7和5-8式中只有速度和加速度是未知数，可以求出。同理，可以列出C,D,E点的位置，速度，加速度方程：x=x+lcos9<CB BC BCy=y+lsin9（5-9）lCB BC BC(x=x+lcos9<DB BD BDy=y+lsin9（5-10）lDB BD BDf(x-x)2+(y-y)2=l2<EC E CEC(x-x)2+(y-y)2=l2（5-11）IDC D CDC(v=lssin91CxBCBC BCv=lscos9(5-12)lCyBCBC BCra=ls2cos9一lasin9<CxBCBC BCBC2BCa=ls2sin9 +lacos9（5-13）ICyBCBC BCBC2BC图5-10点C的加速度导出图

v=lssin9JDx BDBDBDv=lscos9IDy BDBDBD(5-14)(5-14)ra=ls2cos9—l以sin9JDxBDBDBDBD3BDa=ls2sin9+l以cos9 (5-15)〔DyBDBDBDBD3BD

5.2运动学分析结果C1,D1,E1点的速度，加速度与点C,D,E点对应相等，所以不再计算。挡板机构先进行300mm左右的平动，然后下行，同时逐步后退，再上升到原平面，这样完成一次周期运动。整个运动过程，AB杆绕A点运动，作为驱动，BCD构成的三角形杆组在A，E的制约下运动，使得D点在一个运动周期内有一段时间做直线运动。从pro/e的仿真可以看出，该机构运动平稳，速度变化也较平缓，可以满足各种设计要求。第6章机构动力分析6.1步进输送机的动力学分析对该机构进行动力学分析，根据动力学分析简图以及各杆件的受力情况列出动力学方程，用PRO/E软件进行模拟仿真，检测机构在运动过程中的受力情况，看这个机构是否正确。该机构的传动角主要考察各个连杆之间的传动角是否瞒住要求，如果传动角太小的话，传动效率会降低很多。如果所有的传动角都满足传动角的要求，才能稳定工作。6.1.1步进输送机的动力学方程图6-1图6-1步进输送机小意图FABx+"x+FBC广0(6-1)LiFABy+FDCy+f广0(6-1)T+F(X-X)+F(X-X)-F (Y-Y)-F(Y-Y)=0lBCBCYS3BBCYDBBCXS3BDCXCBLxV"0(6-2)-X)-F(Y-Y)-F(Y(6-2)-X)-F(Y-Y)-F(Y-Y)=0B DBXS3B DXCBT+F(X—X)+F(XlBDBDYS3BDBYDTOC\o"1-5"\h\zFBCx+"x+FCCX=011 1(6-3)l〈F+F+F=0(6-3)CC1 BCyD1C1y CC〔yT+F(X-X)+F(X-X)-F(Y-Y)-F (Y-Y)=0ICC1 CC1Y s3 C CC1Y C1 CB CC1X s3C D1C1X C1 C

lCDFBdLFBCx+FCD广lCD(6-4)<FBDy+FBCy+L广0(6-4)T+F(X-X)+F(X-X)-F (Y-Y)-F(Y-Y)=0ICDCDyS7CBDyDCCDxS7C BDxDC6.1.2步进输送机的动力学仿真图AnalysisDefinition1::liC(inIbm/sec"2)时间（秒）图6-4点C的径向力分析导出图AnalysisDefinition1::liD(inlbm/sec"2)时间（秒）图6-6点D的径向力分析导出图AnalysisDefinition1::lijuD(inlbm/sec"2)图6-7点D的径向力矩分析导出图6.2动力学分析结果通过上面的PRO/E的动力学仿真导出图可以知道，各个铰链点的受力情况都呈现了一个比较稳定的变化规律，而且在工件的输送过程中，机构的受力平稳，杆件的力矩变化也比较稳定。符合机构的动力学受力条件。只要合适的选择机构构件的材料，并且精确制造各个构件，就可以很好的满足机构的工作要求了。图6-8步进输送机动力学分析截图

图6-9步进输送机动力学分析截图图6-10步进输送机动力学分析截图第7章结论7.1方案特点本次步进输送机的主要特点：一、采用了连杆机构来完成机构的设计，二、采用电动机作为机构的动力装置。主要优点是：架构简单，连杆组的结构可以很好的保证挡板可以进行一段水平运动。在运动过程中，挡板能够适时的退到平台以下，可以保证步进输送机的平稳输送货物。机构采用杆组结构，链接安全可靠，维护方便可以大量节约成本。而其它几种方案，要么成本太高，要么结构不够稳定。都有各自的缺陷。可以说这个设计是用简单的方法实现了复杂的运动过程，并且操作运用都较为简单、7.2设计方法特点本次设计采用的是CAD画平面图定坐标尺寸，然后使用PRO/E仿真，得出运动学仿真结果，随后列出运动方程。使用CAD作图的好处是精确度比较高，修改方便，并且操作流程规范化，每个图纸都有存根，方便以后的查看和修改。使用PRO/E仿真的话效果比较逼真，操作比较简便实用，形象化，并可导出个点的运动速度、加速度和位移等，为设计节省了大量的时间和工作。第8章收获与体会通过本次机械综合设计，接触了很多以前都没有接触过的软件，如，PRO/E,ADAMS、CATIA等，初步学会了他们的使用方法，也通过借阅大量课外书籍了解了输送机设计方面的很多知识，很多先进的设计理念，用自己平时学到的知识和课外知识相结合完成了这次课程的设计，在这过程中，收获了很多，对自己在机械设计方面的能力有了很大的提高，为以后的学习工作我想都会有很大的帮助。在学到很多专业知识的同时，我也学会了如何和周围的同学交流自己的想法，如何与同学之间取长补短，相互帮助，相互学习。第9章致谢感谢在本次设计中所有帮助和指导过我的老师及同学，特别感谢指导老师的指导，以及各位同学对本人在各种应用软件中的帮助和在机构设计中所提出的意见。参考文献邢俊文.MSC.ADAMS/Flex与AutoFlex培训教程.科学出版社，2006⑵交通部标准计量研究所.装卸机械技术性能手册.技术标准出版社，1982康鹏工作室.CATIAV5产品设计实例教程.清华大学出版社，2006Ames,C.1992.Classrooms,goals,structures,andstudentmotivation[J].JournalofEducationalPsychology84:267-271.邱宣怀.机械设计.第4版.高等教育出版社，1997Ausubel,D.1968.EducationalPsychology:ACognitiveView[M].NewYork:Holt,Rinehart&Winston.刘朝儒，彭福荫，高政一.机械制图.第4版.高等教育出版社，2000Bandura,A.1993.Perceivedself-efficacyincognitivedevelopmentandfunctioning[J].EducationalPsychologist28:117-148.王锦，朱宇，姬涛，彭岳林.无师自通CATIAV5之接触篇.北京航空航天大学出版社，2007宁涛，余强.Pro/E机械设计基础教程.清华大学出版社，2006杨家军.机械原理——专题篇.华中科技大学出版社，2006Browne,M.W.&R.Cudeck.1993.Alternativewaysofassessingmodelfit[A].InK.A.Bollen&J.S.Long(eds.).TestingStructuralEquationModels[C].ThousandOakes,CA:Sage.陈秀宁，施高义.机械设计课程设计.第2版.浙江大学出版社，2004谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理.高等教育出版社，2004陈奎生，麻健，容芷君.HydraulicsandPneumaticsTransmission.武汉大学出版社，2004附录1文献综述输送机一般按有无牵引件来进行分类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、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。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。扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、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、粘性物料的输送机发展趋向输送机的发展趋向是：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。输送机械按使用的用途分可以分为：1,散料输送机械（如：带式输送机'螺旋输送机'斗式提升机'大倾角输送机等）（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