機械原理課程設(shè)計步進送料機終稿

1、12屆機械原理課程設(shè)計步進送料機設(shè)計說明書學(xué)生姓名 付振強 學(xué) 號 8011208217 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化班 級 機械12-2 指導(dǎo)教師 張涵 日 期 2010-06-30 前言 進入21世紀以來， 隨著科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展和人們生活條件的不斷改善市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價格低廉、效率高、能耗低的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計。機械產(chǎn)品設(shè)計中，首要任務(wù)是進行機械運動方案的設(shè)計和構(gòu)思、各種傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計。這要求設(shè)計者綜合應(yīng)用各類典型機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運動原理

2、、工作特點、設(shè)計方法及其在系統(tǒng)中的作用等知識，根據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動作過程，選用或創(chuàng)新機構(gòu)型式并巧妙地組合成新的機械運動方案，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實用性強的機械產(chǎn)品。 企業(yè)為了贏得市場，必須不斷開發(fā)符合市場需求的產(chǎn)品。新產(chǎn)品的設(shè)計與制造，其中設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)的第一步，是決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、水平、市場競爭力和經(jīng)濟效益的最主要因素.機械原理課程設(shè)計結(jié)合一種簡單機器進行機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構(gòu)選擇、機械運動方案評定、機構(gòu)尺度綜合、機構(gòu)運動方案設(shè)計等，使學(xué)生進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文字表達及技術(shù)

3、資料查詢等諸方面的獨立工作能力進行初步的訓(xùn)練，培養(yǎng)理論與實際結(jié)合的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新能力。因此，機械原理課程設(shè)計在機械類專業(yè)學(xué)生的知識體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用。 本次我設(shè)計的是步進送料機，以小見大，設(shè)計并不是門簡單的課程，它需要我們理性的思維和豐富的空間想象能力。我們可以通過對步進送料機的設(shè)計進一步了解機械原理課程設(shè)計的流程，為我們今后的設(shè)計課程奠定了基礎(chǔ)。目錄前言 1 第1章 課程設(shè)計內(nèi)容 31.1設(shè)計題目31.2設(shè)計任務(wù)41.3設(shè)計提示4第2章 設(shè)計思路42.1連桿機構(gòu)的特點42.2齒輪機構(gòu)的特點5第3章 工作原理 63.1 傳動機構(gòu):常用傳動機構(gòu)的基本特征63.2

4、 傳動機構(gòu)的選擇與比較 73.3 執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較 83.4 機構(gòu)運動簡圖 10第4章 運動循環(huán)圖 11第5章 構(gòu)件的運動分析及尺寸的確定11第6章 機構(gòu)運轉(zhuǎn)的整體流程 15第7章 機構(gòu)的整體簡圖 16第8章 小結(jié) 18第9章 致謝 19第10章 參考文獻 20第11章 附錄 211 課程設(shè)計 步進送料機1.1設(shè)計題目設(shè)計某自動生產(chǎn)線的一部分步進送料機。如圖25所示，加工過程要求若干個相同的被輸送的工件間隔相等的距離a，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動，即每個零件耗時t1移動距離a后間歇時間t2?？紤]到動停時間之比K=t1/t2之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副

5、機構(gòu)，而應(yīng)設(shè)計平面連桿機構(gòu)。圖 1 步進送料機具體設(shè)計要求為：1、電機驅(qū)動，即必須有曲柄。2、輸送架平動，其上任一點的運動軌跡近似為虛線所示閉合曲線（以下將該曲線簡稱為軌跡曲線）。3、軌跡曲線的AB段為近似的水平直線段，其長度為a，允差±c（這段對應(yīng)于工件的移動）；軌跡曲線的CDE段的最高點低于直線段AB的距離至少為b，以免零件停歇時受到輸送架的不應(yīng)有的回碰。有關(guān)數(shù)據(jù)見表1.1表1.1 設(shè)計數(shù)據(jù) 方案號 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 41.2設(shè)計任務(wù)1. 步進送料機一般至少包括連桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)二種常用機構(gòu)。2. 設(shè)計傳動系統(tǒng)

6、并確定其傳動比分配。3. 圖紙上畫出步進送料機的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4. 對平面連桿機構(gòu)進行尺度綜合，并進行運動分析；驗證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設(shè)計要求；求出機構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機構(gòu)運動線圖。5. 編寫設(shè)計計算說明書。 1.3設(shè)計提示1. 由于設(shè)計要求構(gòu)件實現(xiàn)軌跡復(fù)雜并且封閉的曲線，所以輸出構(gòu)件采用連桿機構(gòu)中的連桿比較合適。2. 由于對輸出構(gòu)件的運動時間有嚴格的要求，可以在電機輸出端先采用齒輪機構(gòu)進行減速。如果再加一級蝸桿蝸輪減速，會使機構(gòu)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。3. 由于輸出構(gòu)件尺寸較大，為提高整個機構(gòu)的剛度和運動的平穩(wěn)性，可以考慮采用對稱結(jié)構(gòu)（虛約束）。2 設(shè)計思路2.1連桿

7、機構(gòu)的特點：1） 其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證機構(gòu)的可靠性有利。2） 在連桿機構(gòu)中，在原動件的運動規(guī)律不變的條件下，可用改變各機構(gòu)的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律。3） 在連桿機構(gòu)中，在連桿上各點的軌跡是各種不同的形狀的曲線，其形狀隨著各構(gòu)件的相對長度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來滿足一些特定的工作需要。利用連桿機構(gòu)還可以很方便地改變運動的傳遞方向，擴大行程，實現(xiàn)增力和遠距離傳動等目的圖2.1 連桿機構(gòu)2.2齒輪機構(gòu)的特點：齒輪機構(gòu)是在各種機構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動機構(gòu)。它依靠輪齒齒廓直

8、接接觸來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有傳遞功率范圍大，傳動功率高，傳動比準(zhǔn)確，使用壽命長，工作可靠等優(yōu)點。圖2.2 齒輪機構(gòu)考慮到動停時間之比K=t1/t2之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機構(gòu)，故采用應(yīng)平面連桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。3 工作原理功能要求：加工過程要求若干個相同的被輸送的工件間隔相等的距離a，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動，即每個零件耗時t1=2s移動距離a=400mm后間歇時間t2=4s功能原理：步進送料機的工作原理分解如圖4所示， 該系統(tǒng)由電動機驅(qū)動，通過帶蝸桿減速將運動傳給齒輪，再由各級齒輪進行減速使其轉(zhuǎn)速符合要求。最后利用齒輪和連桿將運動

9、傳給輸送架。原動機的選擇：經(jīng)過計算與討論，最終我們選擇轉(zhuǎn)速為960r/min的電動機，因為經(jīng)過比較在此轉(zhuǎn)速下的電動機能夠充分滿足動力要求而且不會造成機器的浪費。圖3.1工作原理分解圖3.1傳動機構(gòu)：齒輪傳動：優(yōu)點傳動比準(zhǔn)確，外廓尺寸小，功率高，壽命長，功率及速度范圍廣，適宜于短距離。 缺點制造精度要求高。 主要用于傳動。帶傳動：優(yōu)點中心距變化范圍廣，可用于長距離傳動，可吸振，能起到緩沖及過載保護。 缺點有打滑現(xiàn)象，軸上受力較大。 常用于傳動鏈的高速端。連桿傳動：優(yōu)點適用于寬廣的載荷范圍，可實現(xiàn)不同的運動軌跡，可用于急回、增力，加大或縮曉行程。 缺點設(shè)計復(fù)雜，不宜高速度運動。 既可為傳動機構(gòu)又可

10、做為執(zhí)行機構(gòu)。凸輪機構(gòu)：優(yōu)點能實現(xiàn)各種運動規(guī)律，機構(gòu)緊湊。 缺點易磨損，主要用于運動的傳遞。 主要用于執(zhí)行機構(gòu)。3.2傳動機構(gòu)的選擇與比較：鑒于傳動機構(gòu)的特點，我們小組提出了四種方案：方案1：采用凸輪搖桿機構(gòu)圖3.2 凸輪搖桿機構(gòu)此機構(gòu)雖然能夠滿足運動軌跡的要求，但由于該機構(gòu)有凸輪機構(gòu)，導(dǎo)致在機構(gòu)的運動路線的計算時非常復(fù)雜，而且凸輪機構(gòu)易磨損，機構(gòu)的平衡性不好，導(dǎo)致在機構(gòu)運動時，產(chǎn)生很大的噪聲，而且構(gòu)件會損壞的非?？?，所以舍棄這個方案。方案2：采用從動件圓柱凸輪機構(gòu)圖3.3從動圓柱凸輪機構(gòu)該凸輪機構(gòu)雖然能實現(xiàn)工件的移動，但不滿足設(shè)計要求的輸送爪的運動軌跡，所以該方案舍棄。方案3：采用齒輪與齒條

11、的配合圖3.4 齒輪與齒條配合該機構(gòu)雖然能實現(xiàn)工件在工作臺上的間歇運動，也能滿足設(shè)計要求的時間間隔，但該機構(gòu)的傳送裝置為環(huán)狀的傳送帶，不滿足得及要求的曲線，所以該方案舍棄。方案4：采用齒輪連桿機構(gòu)圖3.5 齒輪連桿機構(gòu)經(jīng)過激烈的討論與研究，我們最終采用方案四。33執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較：方案1：帶傳動：圖3.6 帶傳動圖示方案2：機械爪圖3.7 機械爪經(jīng)過慎重考慮與比較，最終我們選擇了方案2。3.4機械運動簡圖：圖3.8 機械運動簡圖4運動循環(huán)圖以連桿a的轉(zhuǎn)角位橫坐標(biāo)，繪制如下的運動循環(huán)圖： 圖4.1 運動循環(huán)圖5 構(gòu)件的運動分析及尺寸的確定因為執(zhí)行構(gòu)件（即輸出構(gòu)件）要滿足如下的運動軌跡，所以運

12、動構(gòu)件必須要滿足如圖的運動路徑。圖5.1運動軌跡由連桿曲線圖譜可查得圖5.2 連桿曲線圖譜滿足該路徑的四連桿機構(gòu)為圖5.3 四連桿機構(gòu)由圖譜所給定的參數(shù)可查得，桿a,b,b,c,d的長度比例為：1：5：2.5：4：3a桿與該機構(gòu)的平動軌跡的長度比為1：5.因為輸出機構(gòu)要滿足題目要求的軌跡，表2 方案號 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 4即平動軌跡要求長度為400mm，根據(jù)查表來的比例數(shù)據(jù)可得各個桿的長度為：表3 桿號 a b b c d 桿長（mm) 80 400 200 320 240蝸桿的參數(shù)確定：由蝸桿的分度圓直徑預(yù)期模數(shù)的匹配標(biāo)準(zhǔn)

13、系列可知：模數(shù)為2的時候，分度圓直徑可選為22.4。表4 主要參數(shù) 齒數(shù)z1 模數(shù) 壓力角 分度圓直徑 數(shù)值 1 2 20 22.4渦輪2,3的參數(shù)的確定表5 主要參數(shù) 齒數(shù)z1 模數(shù) 壓力角 分度圓直徑 數(shù)值 60 2 20 120由以上參數(shù)可知該減速機構(gòu)的傳動比為z2/z1=60齒輪的參數(shù)與尺寸由方案可知：輸出構(gòu)件每分鐘循環(huán)運動的次數(shù)為：60/（2+4）=10次根據(jù)齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表：表6第1系列1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 810 12 16 20 25 32 40 50 第2系列 1.75 2.25 2.75 （325） 3.5 （3.75） 4.55.5 （6.

14、5） 7 9 (11) 14 18 22 2836 45可得由于6,7齒輪與渦輪2,3連在同一軸上，所以這兩個齒輪的轉(zhuǎn)速w與渦輪的轉(zhuǎn)速一致。齒輪1與4,6與7為對稱齒輪，兩兩完全相同，所以該直齒圓柱齒輪組的參數(shù)為表7 主要參數(shù) 齒數(shù) 模數(shù) 壓力角 分度圓直徑 齒輪1，4 80 1 20 80 齒輪6，7 50 1 20 50動力由6,7齒輪傳動到1,4齒輪上，傳動比為80/50=1.6所以齒輪1,4的轉(zhuǎn)速w為W=960r/min/60/1.6=10r/min即在一分鐘內(nèi)，齒輪1和4轉(zhuǎn)動10周，所以連桿a也轉(zhuǎn)動10周，即該連桿機構(gòu)循環(huán)運動10周，等于設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速。故該傳動系的設(shè)計是合理且符合要

15、求的。6 機構(gòu)運轉(zhuǎn)的整體流程：執(zhí)行構(gòu)件輸送爪運動連桿b,c轉(zhuǎn)動連桿a轉(zhuǎn)動齒輪1,2齒輪6,7渦輪2，3轉(zhuǎn)動電動機轉(zhuǎn)動蝸桿轉(zhuǎn)動圖6.1機械運轉(zhuǎn)的整體流程7 機構(gòu)的整體簡圖圖7.1 機械整體簡圖圖中1,4,6,7為四個齒輪，2,3為兩個渦輪，2為蝸桿，3和7裝在同一軸上，2和6裝在同一軸上。其中執(zhí)行機構(gòu)的運動軌跡為下圖圖7.2 運動軌跡圖此軌跡與設(shè)計要求的軌跡一致，符合要求。可以作為執(zhí)行機構(gòu)的運動軌跡。小結(jié) 我們的這個設(shè)計運用平面連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)以及渦輪蝸桿減速機構(gòu)的聯(lián)合。這些組合機構(gòu)很好的完成了設(shè)計的軌跡要求。為了解決對輸出構(gòu)件對時間和頻率的要求，我們在電動機后加置了減速蝸桿機構(gòu)，該機構(gòu)的引入

16、，解決了電動機轉(zhuǎn)速與輸出構(gòu)件運動頻率差值過大的問題。為了克服輸出構(gòu)件運動的不平穩(wěn)性，提高整個機構(gòu)的剛度和運動的平穩(wěn)性，我們采用了使用對稱結(jié)構(gòu)，大大增加了機構(gòu)的運轉(zhuǎn)效率和穩(wěn)定性。致謝本次設(shè)計由張涵老師精心指導(dǎo)審閱，引導(dǎo)我們整理出設(shè)計思路，指出多出不當(dāng)之處，全程輔導(dǎo)我們完成本次設(shè)計。在這里，特別向張老師致謝。參考文獻【1】 裘建新（主編）機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書·高等教育出版社2007年 11月【2】 李學(xué)榮，朱橋等（編制）連桿曲線圖譜（第一版）重慶出版社1993年4月【3】 孫桓，陳作模，葛文杰（主編）機械原理（第七版），西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編 高等教育出版社2006年5月【4】 張衛(wèi)國 饒芳(主編)機械設(shè)計基礎(chǔ)篇華中·科技大學(xué)出版社2006·9【5】 王為 汪建曉(