【《辊子输送机设计》8100字（论文）】

第页辊子输送机设计目录TOC\o"1-3"\h\u250731绪论 2169101.1引言 2178141.2研究意义 2102581.3国内外研究状况 3284971.4输送机的发展趋势 3275662辊子输送机总体设计 3260392.1设计要求 3148282.2方案设计 418722.2.1工作原理分析 4200482.2.2方案设计 410852.2.3方案选定 5144273连杆机构设计 6302713.1各杆的尺寸结构设计 6230523.1.1摆角的初选 645223.1.2铰点与曲柄的相关设计 6203293.1.3曲柄摇杆机构的设计 6325933.1.4校核传动角 7121233.2运动受力分析 8118843.2.1运动分析 8226233.2.2动态静力分析 1399853.3杆件形状设计 19204493.3.1杆件的类型 19267203.3.2钢材的选择 19125973.3.3稳定性的校核 20319183.4杆件间的联结设计 22208733.4.1剪切强度计算 22290763.4.2挤压强度计算 23103164电动机的选用 25101204.1选择电机类型 25183914.1.1选择电机容量 25133934.1.2计算电机转速 27205764.2选择电动机 27150245减速机构的设计 29223945.1总传动比 29267135.2传动比的分配 29206645.3运动和动力参数计算 3052755.3.1各轴的转速 30102735.3.3各轴的转矩 3134375.3.4整理列表 3214395.4高速齿轮设计 32198965.4.1选精度等级、材料和齿数 32103845.4.2按齿面接触疲劳强度设计 32284345.4.3按齿根弯曲强度设计 3413045.4.4几何尺寸计算 351绪论1.1引言辊子步进输送机由各种动力源，机械部件机械传动构件，执行机构，等各种各样的练剑组装成的，其中输送机的减速装置，是辊子输送机最重要的传动零部件。减速机在运送零件的过程中，负肩着降低转速及提高扭矩的功能，同时也减小了负载的转动惯量，因此，减速器是辊子输送机的核心零部件。1.2研究意义辊子输送机是在规定的线路上做持续的线性运动，从而可以输送物料的运输机械，正常的情况下输送机的特点，是运动工作结构简单、高效的运行、便宜的造价，还有一些更为高端智能的输送机，在输送零部件的同时对工件进行加工，因此工件输送机在世界上各种产业中都被运用。而我设计的这款辊子式工件输送机，与之前的相比，最大的改进方案，就是它并非是一直处于持续输送模式，而是将运送的产品零件，输送一段距离之后停下来，等待一段时间后，然后继续将零件往前运输，这样设计的好处可以提高生产效率。1.3国内外研究状况辊子输送机在欧美国家已经有了很多的研究，尤其是在一些发达国家早都已经研究实现，大载荷运输，快速输送，斜坡输送的技术。在我国，辊子输送机的发明和运用，相比与发达国家的差距很大，我们研发的辊子输送机的种类比较多；最近几年，国家扶持了一个输送机的项目——“一条龙服务‘日产万吨综采设备’”的支持下，我国运输输送机技术迅速发展。其中也由很多各种样式的新型辊子输送机，由PLC控制的自动化生产，还有气液驱动可以变速的辊子输送机。1.4输送机的发展趋势现在，辊子输送机已经在向大型化方向研发。很多的发达国家在工厂的生产线，几乎都在研发新能更高，大负载还有连续输送生产产品零件的辊子输送机。因此，才能让辊子输送机的性能和外观满足工厂使用要求。就像当今的快递分拣公司所使用的快件运输机，在运输的时候还得实现分拣操作。为了响应国家号召，低碳环保，节约资源，因此，需要降低能量的消耗，能耗方面已成为输送技术领域内的一个非常重要的方面了。根据国家标准规定，将一定质量的货物输送一定的距离所需要的能量作为输送机的重要指标。尽可能的输送机在辊子时所产生的污染物质，如，废气、粉尘等。2辊子输送机总体设计2.1设计要求辊子输送机工作阻力：步长：每分钟往返次数：次行程速比系数：高度：滑架宽度为：阻力为常数，载荷有中等冲击，每天二班制工作，使用折旧期为5年，工作机构效率为0.95，三相交流电源，工作环境室内，用于小批量生产。2.2方案设计2.2.1工作原理分析辊子输送机是一种辊子输送工件，并且具有持续运送功能的传送机械。辊子输送机的一大优点，在于它可以不间断的持续输送，用于传送工件，如图1.1所示，动力从电机发出后，被联轴器和轴，输送到整台机器的各个部分，从而驱动机器上的滑台做直线往复运行。工作在进行的时候，滑架上的推爪带动运输的产品前进一个工步，在结束一次拨爪的推进后，当推抓和滑台返回起始点的时候，根据推爪与传递轴间压紧扭簧的弹性力，推抓可以直接滑过去，所有运输的产品可以保持不动。当滑块再次带动工件一定的时候，推抓机构以及回复原位，准备进行下一次推动，并推动下一个物品前移，前面的拨爪也继续推动上一个零件前进。图2.1工件辊子输送机2.2.2方案设计根据这些原理选定可通过如下四种方案实现：方案一：步进电机作驱动元件，齿轮传动做传动系统，如果利用PLC控制伺服电机的正反转，来控制推抓的前景和后退。方案二：步进电机做驱动元件，带轮传动做传动系统，通过plc控制伺服电机的正反转和改变扭矩来带动推抓的运动方式。方案三：利用液压系统与机械结构凸轮相配合，从而实现滑台的往复运动。方案四：用普通电机做驱动元件，减速机来控制速度和节奏，曲柄连杆机构来实现推爪的左右往复运动如图2.2上坡时机器受力示意图所示。2.2.3方案选定查阅相关资料，有经过对比，我觉得方案四可行性最强：选择合适的电动机做驱动动力源，在通过减速器控制各构件的速度和节奏，然后在用连杆机构来实现规律的工步、速度比以及滑架的运动规律和轨迹。方案图如下：图2.2辊子输送机方案图在辊子输送机运行过程中，动力源有电动机产生，转矩通过联轴器传递和轴的输送，将动力带到减速机，经减速后，输出的低转速大扭矩，又带动连杆运行，由于连杆与滑台连接在一起，从而使滑台也做运动，最后滑台做来回直线运动。推爪安装在滑架上，推爪带动滑架上的工件往前推，每次往前进一个确定的步长。随后滑架返回到辊子输送机的开始地方，此时利用安装在推爪和传递轴之间的压紧扭簧，从而使推爪从工件下返回，并且不移动工件，而此时，前方的推爪也回到了原先的位置，它可以再次推动工件往前移一个步长。这就是辊子输送机的原理。3连杆机构设计3.1各杆的尺寸结构设计3.1.1摆角的初选根据机械设计所学，一般摇杆机构的摆角为左右，然后通过步进式工件输送机每次工作的步长确定摇杆长度，一般取，。3.1.2铰点与曲柄的相关设计通过之前的条件行程速比系数和要求传动角大小可以计算出绞点A、曲柄和连杆的长度。利用星辰速比计算曲柄在各个极位的参数。最后根据环境条件等设计出完整的曲柄摇杆机构，机构运动示意如图。3.1.3曲柄摇杆机构的设计根据极位夹角和行程速比的公式，还有已知的行程速比系数，得到极位夹角。然后取一点D，作等腰三角形，两腰分别为DC1、DC2，并且DC1、DC2的长度等于DC，设。作C2N使，设曲柄的杆件的长度为a，连架杆的运行的长度为b，那么，，所以于是以A为圆心，以为AC2为半径作圆弧交AC1于点E，则得出，。但设计时要注意，曲柄的轴心A不能选在弧段上，否则机构将不能连续工作。根据上述分析的原理计算出各个杆长分别为，，。图2.3机构的运动3.1.4校核传动角在曲柄摇杆机构运动的时候，通过计算传动角的大小是不断改变的，但传动角并不是没有要求，一般情况下确保传动角即可，而传动力矩较大时，应使传动角。在一些受力相对较小或是使用次数相对较少的环境中，可以是连杆机构的传动角变小，但是绝对不能发生自锁。计算最小传动角由余弦定理可知：(3.1)代入得：根据计算结果发现，上述的曲柄摇杆机构中，每个杆长满足机械原理当中的最小传动角技术要求。因此可以根据设计经验，定出该要求设计的机构的总体尺寸，即，，，，，。3.2运动受力分析3.2.1运动分析在工程力学中分析运动的变化率，矢量图法是最常用的，运用矢量图法可以直观的对速度和加速度进行分析求解，而力的合成与分解就是矢量图法的核心，根据机械原理的杆件的运用，如果要求速度和加速度，必须要知道，其他杆部件的速度参数，然后再列矢量方程求解，最后画出速度分析图示。（1）用矢量图解法分析整个运动最开始要做的步骤是，在任意一个连杆上找一个点，速度和加速度都已知的情况下，利用机械原理的矢量计算法则，可以计算出相应的其他速度和加速度。因此，在进行矢量分析时，需要先画出对应得整个机构的简图，再根据机械原理中的图解法来分析这个连杆机构的运动情况，具体步骤如下：（2）机构运动简图画简图最重要的是要选取合适的比例尺，一般比例尺的大小为，然后根据相应的比例画出曲柄摇杆机构的运动简图。图2.4速度分析图①求(3.2)式中：—AB杆长；—主动件的角速度。代入得：②求，所以可以得到以下方程=+方向⊥CD⊥AB⊥CB大小√及方向已知，大小未知，用图解法可以求出、的大小。根据速度分析图，将点看P作该连杆机构速度多边行的极点，并作代表，然后用速度比例尺算出。并且由矢量，分别代表和，最终求的：(3.3)式中：—速度比例尺；—PC的长度。代入得：③求，由图可知点E和点C都在同一杆件上，所以点E和点C的角速度的是相同的，得到和的关系如下(3.4)式中：—CD的长度；—C点的切向速度。代入得：④求=+方向∥FE√⊥大小√于是有(3.5)(3.6)(3.7)式中：—速度比例尺；、、—BC、PC、PF的矢量；、、—CB、CD、EF的长度。代入得：（4）作加速度分析加速度和速度的计算方式基本一样，也可以用图解法分析，先画出加速度分析图，然候在图上找一个速度和方向都已知的点，先依次求出,,。然后再求解,,。①求由于曲柄作等速旋转，所以没有线加速度。(3.8)式中：—AB的长度；—主动件AB的角速度。代入得：方向：B→A。②求由上述分析得到几个点之间的相对关系=+=++方向⊥CDB→AC→B⊥CB大小√式中和的方向都已知但是大小未知，根据图解法求出大小。图4加速度分析分析加速度可知，将点看作是连杆机构加速度的原点，并作代表，根据比例尺算出，，再根据相应的比例画出，其中代表，其大小为：(3.9)式中：—比例尺；—矢量加速度的长度。代入得：③求由于点E、点C在连杆机构的统一杆件上，因此可以得到(3.10)式中：—DE的长度；—CD的长度。代入得：④求根据点E和点F在连杆机构中的相对运动关系列出下式＝++方向√F→E⊥FE大小水平向右√由上式可发现式中的方向和的大小未知，用作图法求解。(3.11)式中：—加速度比例尺；—PF的对应长度。代入得：⑤求，，。由连杆杆件长度和相应的比例尺计算出角加速度逆时针(3.12)顺时针(3.13)顺时针(3.14)3.2.2动态静力分析（1）对机构进行运动分析根据对连杆机构计算选出的长度比例尺，速度比例尺，加速度比例尺画出机构简图和速度多边形。（2）确定惯性力以及惯性力偶矩一般情况下，设计一台新机器，最核心的是设计出机器中单个小零件的相应尺寸，而在确定小零件尺寸首先要对各个进行受力静力分析，转动惯量计算和强度校核，最后才能确定各部件的大小尺寸。分析出各杆的重量及转动惯量.因为辊子输送机中大多数辊子都承受拉力或压力和弯矩，根据工程力学的基本要求，因此我首选45号钢作为设计的材料。通过查询机械才材料手册得到45号钢的密度为。根据质量，转动惯量，计算结果见表1。表1杆件质量特性表杆件长度直径质量惯量1151007.045385505.8965508021.564180807.057根据机构示意图发现在连杆机构中，各杆件除了BC杆外，其余各杆的惯性力都在机架上，所以可以忽略不计。BC杆各个参数为：(3.15)式中：—BC的质量，取；—BC杆的质心加速度，取。代入得：(3.16)式中：—BC杆对质心的转动惯量，取；—BC杆的角加速度，取。代入得：把惯性力和惯性力偶合并成一个总惯性力，但合成后的总惯性力与质心并不在一个点上，与质心的距离，(3.17)代入得：（3）机构的动态受力分析①杆件EF的整体分析：图5杆EF受力情况根据机构时处于一个平衡状态的，因此，，可以列出方程：方向∥EF⊥EF√√∥EF⊥EF大小√√上式中未知量有、、、，其中可以先求出的是和F点取力矩(3.18)式中：—AD杆的重力，取；—AD的长度，取。代入得：E点取力矩(3.19)式中：—AD杆质心距离机架的高度，取；代入得：根据上面求出的和画出杆件BC的受力情况图6杆BC力的分析从图上测量得到,。②对ED和CB受力分析图7ED受力分析方向√√⊥DE∥DE√√⊥BC∥BC大小√√√√在方程中，、、、都是未知量，其中可以直接求出的是和，再根据这两个量来求得其他两个量。B点力矩(3.20)式中：—CD杆的内力，取；—CD杆上的质心距机架的高度，取；—AD杆质心距机架的高度，取；—AB杆的重力，取；—AB杆的质心距离机架的高度，取；—AB杆的内力，取；—AB杆的质心距离机架的高度，取。代入得：E点力矩(3.21)式中：—AB杆的质心距离机架的高度，取；—AD杆质心距机架的高度，取；—AB杆的重力，取；—AB杆的质心距离机架的高度，取；—BC杆所受得重力，取；—AB杆的质心距离机架的高度，取；代入得：其负号说明的方向与原来假设方向相反。然后根据上述画出受力合成图。图8力的合成图从图上测量得到,。③根据上述求出的值再分析杆件CB的受力情况设点M为CB杆的中点，对点M取矩(3.22)式中：—EG杆质心距离机架得高度；—BG杆质心距离机架得高度；—AB杆所受重力。代入得：图9对杆件CB的受力分析再画出杆件CB的力矢量图图10连杆CB的受力从上图测量得到④计算连杆机构的平衡力对杆件1进行受力分析图11连杆AB的平衡图取(3.23)式中：—AB杆所受得内力；—杆AB质心所受得重力；—AB杆质心距离机架得高度；—AB杆得长度。代入得：3.3杆件形状设计3.3.1杆件的类型在前面我已经把连杆机构中所有杆件的受力情况都分析好了，然后要根据受力情况和工作环境来算出杆件的截面。曲柄摇杆机构在步进式工件输送机中每个杆件都只受到拉力或压力，根据工程力学，四杆机构的零件都可以看成是拉压杆件。3.3.2钢材的选择（1）拉压杆的受力主要受到轴向的拉压力的运动作用，更加机械工程材料学，在悬着杆件材料的同时，要考虑杆件对力学性能的要求，联合经验设计方法，刚才的力学性能较为优质，最后确定的材料为45号钢，45号钢的各项力学性能如下45号钢力学性能45号钢600350167800206（2）选择截面尺寸在之前我已经计算出了曲柄摇杆机构中各个杆件受到的力，根据理论力学和材料力学所学即可求出杆件的最小横截面积，计算公式如下(3.24)式中：—杆件所受得最大轴力，取；—许用应力，安全系数S必须大于1，取，因此取。代入得：为方便计算，先假设连杆CB的截面是圆形的，直径为(3.25)式中：—杆件所受得最大轴力，取。代入得：从制造方面和结构稳定等因素考虑，基于制造困难和稳定性的考虑取为初选参数3.3.3稳定性的校核在曲柄连杆机构中，作用在杆件上的力过大时，杆件可能会出现失稳的现象。失稳的具体表现就是杆件发生变形弯曲.一旦发生失稳现象，输送机将发生重大的工作误差，甚至瘫痪。因此机器工作时，必须要避免失稳的发生。下面就来计算杆件的稳定性。图12轴销的受力分析图（1）临界载荷要用欧拉公式计算曲柄摇杆中的杆件可以看作是铰支压杆，在之前的理论力学和材料力学中学过铰支压杆临界载荷的计算。（3.25）式中：—铰支压杆的长度，取；—铰支压杆的直径，取；—弹性模量，取。代入得：（2）稳定性校核查表得到，再算出杆件所能承受的最大轴向压应力。(3.26)式中：—45号钢的屈服应力，取。代入得：铰支压杆在受到轴向力，并且不会丧失稳定性的条件。受到的极限轴向力P不能高于，计算公式如下(3.27)式中：—稳定安全系数；—稳定性许用压力。代入得：辊子输送机在工作时，杆件受到的冲击属于中等冲击，因此取4。(3.28)根据上述计算，杆件的最大承受压力已经确定。3.4杆件间的联结设计3.4.1剪切强度计算在一般情况下，两根杆件相连一般采用销轴连接等方式。在辊子输送机的结构设计中，我模仿以往的周晓式链接方案，作为各辊子和曲柄摇杆机构的各杆件之间的链接。销轴连接受力情况如下图所示，从图中可以发现销轴在连接处主要受到的力是剪切力。理论力学和材料力学中剪切力的计算通常是将剪切力看作是均匀分布的。在销轴的剪切面上的作用的剪应力不允许超过许用剪应力：(3.29)许用剪切应力的计算如下：(3.30)式中：—剪切应力，取；—螺钉个数，取。代入得：(3.31)代入得：3.4.2挤压强度计算这个挤压应力过大时会是销轴发生形变，甚至断裂。因此这个销轴受到的挤压应力不得超过销轴所能承受的最大挤压应力。挤压应力为，销轴、孔的直径为d，耳片的厚度为t，最大挤压应力与所受挤压应力、销轴，孔的直径d及耳片厚度t的关系如下式：(3.32)式中：—表示销轴表面与孔接触部分的径向投影；—挤压正应力。代入得：当最大挤压应力超过销轴的许用压应力时，销轴就会被破坏。因此为了防止销轴被破坏，必须要求。的值由销轴的极限压应力和安全系数相除得到。杆件连接处的许用载荷(3.34)式中：—耳片的厚度，取；—孔的直径，取；代入得：4电动机的选用4.1选择电机类型电动机的类型根据机械设计手册，还有具体工况的条件下，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。4.1.1选择电机容量送料的机构部件在运行时的阻力为4000N，因此，送料机构进行受力分析如下图：图4.1送料机构受力分析图①如下方程为：(4.1)(4.2)(4.3)(4.4)式中：、—3杆和4杆之间的合力；、—2杆和3杆之间的合力；、—1杆和2杆之间的合力。代入得：②平面连杆送料机构工作所需功率：(4.5)式中：—曲柄盘转速；根据设计要求送料机每分钟往返次数：次，取。代入得：③传动部件的总效率为：(4.6)式中：—联轴器效率，取；—滚动轴承效率（一对），共五对，取；—闭式齿轮工作效率，取；—开式齿轮工作效率，取。代入得：④电动机所需工作功率为：(4.7)式中：—传动装置的总效率，取。代入得：根据上述分析本次设计所选用的电机，总功率为2.94kW，由《机械课程设计手册》表6-163，Y系列电动机技术数据，选则额定功率为3.0kW的电机。4.1.2计算电机转速电动机转速的范围为：(4.8)式中：—二级圆柱齿轮减速器减速比，取；—送料机构曲柄盘工作转速，取。代入得：故可选同步转速为。4.2选择电动机通过查阅资料，做出对比，有两种选择；利弊权衡，从体积、价格，实用性能以及总的传动比等考虑，本设计选用Y132S-8型电动机，该型电机性能良好，可以满足要求。查《运输机械设计选用手册》，它的主要性能参数如下表：表1Y132S-8型电动机主要性能参数型号额定功率kw满载转速r/min电流A效率％功率因数Y132S-6310007.2830.76起动电流/额定电流起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩重量kg6.52.02.2635减速机构的设计5.1总传动比已知n=30r/min，为1440r/min，则电机与曲柄之间的总传动比为：(5.1)式中：—曲柄盘转速，取；—电动机转速，取。代入得：5.2传动比的分配为使各部件协调、结构合理，则减速器的传动比：(5.2)式中：—开式齿轮传动比，取。代入得：高速齿轮和低速齿轮，运行时的工作传动比的值取为1.3，取，则：(5.3)式中：—减速器的传动比，取。代入得：(5.4)代入得：5.3运动和动力参数计算5.3.1各轴的转速1、2、3和曲柄轴的转速：(5.5)(5.6)(5.7)(5.8)式中：—电动机转速，取；—1轴的转速；—2轴的转速；—3轴的转速；—曲柄盘转速。带入得：；；；；5.3.3各轴的转矩1、2、3和曲柄轴的转矩：(5.9)(5.10)(5.11)(5.12)式中：—1轴的转矩；—2轴的转矩；—3轴的转矩。代入得：5.3.4整理列表表3设计的各种参数轴名功率转矩转速传动比1轴2.9729.5596012轴2.881114.6424043轴2.796356.02753.2电机轴2.685854.73302