同濟(jì)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計步進(jìn)輸送機(jī)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計 -步進(jìn)輸送機(jī)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 指導(dǎo)老師：虞紅根姓名：施志祥 學(xué)號：101816設(shè)計人：徐青、施志祥、高瑜剛、李浩倫完成日期：2012年5月11日設(shè)計題目及要求題目：步進(jìn)輸送機(jī)設(shè)計（題二）工作原理：步進(jìn)輸送機(jī)是一種間歇輸送工件的傳送機(jī)械。工件由料倉卸落到軌道上?；茏魍鶑?fù)運(yùn)動，滑架正行程時，使工件向前運(yùn)動；滑架返回時，工件不動。當(dāng)滑架又向前運(yùn)動時，使下一個工件向前運(yùn)動，可使工件保持一定的時間間隔卸落到軌道上。原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求：1） 輸送工件的形狀和尺寸，如下圖所示。 單位：mm輸送步長為H=840mm。2）滑架工作行程平均速度為0.42m/s。要求保證輸

2、送速度盡可能的均勻，行程速比系數(shù)K值為1.7左右。3）滑架導(dǎo)軌水平線至安裝平面的高度在1100mm以下。4 ）電動機(jī)功率可選用1.1kw, 1400r/min左右（如Y90S-4）。注意事項(xiàng)及難點(diǎn)提示：1） 機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計；2） 步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)與插斷機(jī)構(gòu)的主要審計參數(shù)有些已給定，有些需要計算或自行確定。比如，可按已知行程，平均速度和行程速比系數(shù)確定曲柄轉(zhuǎn)速。3） 步進(jìn)輸送機(jī)運(yùn)動簡圖應(yīng)進(jìn)行多方案比較。工件的運(yùn)送要求平穩(wěn)和有較高的定位精度。進(jìn)行方案評價是，側(cè)重點(diǎn)應(yīng)放在運(yùn)動和動力功能質(zhì)量方面（比如，工件停放在工位上之前的速度變化應(yīng)盡量平緩）。工藝動作分解加料實(shí)現(xiàn)工件落到輥道上插斷實(shí)現(xiàn)工件一個一個有序掉

3、落到輥道上輸送循環(huán)運(yùn)動，在正行程中實(shí)現(xiàn)步進(jìn)輸送機(jī)，并能急回機(jī)構(gòu)選型加料：由工件做自由落體運(yùn)動完成插斷：插斷機(jī)構(gòu) 方案一：工作原理：運(yùn)用凸輪加彈簧，使工件往下掉的開關(guān)始終與凸輪表面接觸，從而與凸輪表面運(yùn)行軌跡一致，實(shí)現(xiàn)開關(guān)一開一閉。優(yōu)點(diǎn)：1. 只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到想要的 運(yùn)動規(guī)律，易實(shí)現(xiàn)插斷；2. 結(jié)構(gòu)緊湊，計算簡單。缺點(diǎn)：1. 加工兩個凸輪，成本較高；2凸輪與推桿之間的點(diǎn)、線接觸，是使得凸輪輪廓易磨損；3較難實(shí)現(xiàn)同步傳遞動力給兩個凸輪。方案二：工作原理：利用雙擺桿機(jī)構(gòu)帶動插板運(yùn)動實(shí)現(xiàn)插斷。優(yōu)點(diǎn)：1. 均為連桿和滑塊，加工成本低缺點(diǎn)：1. 桿件尺寸大，占用空間大，不便

4、安裝；2. 機(jī)構(gòu)工作時振動大，運(yùn)動誤差累計使兩端難以同步插斷；3. 計算繁瑣。方案三：工作原理：下擺桿的豎直運(yùn)動，使擺桿擺動，再通過套筒帶動滑架運(yùn)動，原動件可通過凸輪控制。優(yōu)點(diǎn)：1. 結(jié)構(gòu)簡潔對稱，易于計算；2. 傳動路線短，可以快速反應(yīng)；3. 都是連桿和滑塊，成本低。缺點(diǎn)：1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，受到的沖擊力大，連桿易磨損；2. 振動過大使得機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，速度波動大，難以實(shí)現(xiàn)同步和準(zhǔn)確插斷；3. 原動件為凸輪，加工成本高。方案四：工作原理：由齒輪帶動星型擋板轉(zhuǎn)動，同時采用三頁擋板卡住工件，做插斷機(jī)構(gòu)，可使工件一個一個有序掉下來。優(yōu)點(diǎn)：1. 工件在下落過程中速度均勻，對插斷機(jī)構(gòu)的沖擊幾乎沒有；2. 齒

5、輪傳動比精確，兩端易于實(shí)現(xiàn)同步和準(zhǔn)確插斷；3. 傳動路線短，能快速反應(yīng)；4. 磨損小，使用壽命長；5. 結(jié)構(gòu)簡潔，易于計算缺點(diǎn)：1. 齒輪和三頁擋板加工成本高。輸送：步進(jìn)機(jī)構(gòu)方案一：工作原理：采用凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪帶動擺桿擺動，在通過擺桿帶動滑塊實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：1. 可以實(shí)現(xiàn)急回；2. 往復(fù)行程大而機(jī)構(gòu)尺寸小。缺點(diǎn)：1. 速度不均勻，慣性力大；2. 凸輪較難加工，加工成本高。方案二：工作原理：采用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，曲柄轉(zhuǎn)動帶動擺桿擺動，擺桿擺動轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：1. 結(jié)構(gòu)簡潔，易于計算；2. 有急回特性；缺點(diǎn)：1. 導(dǎo)桿做往復(fù)擺動其速度有波動；2. 慣性力大，難以平衡；3.

6、 要達(dá)到規(guī)定步長，機(jī)構(gòu)尺寸大。方案三：工作原理：采用從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪的轉(zhuǎn)動通過滑槽轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：1. 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡潔，易于計算；2. 能較準(zhǔn)確完成往復(fù)運(yùn)動。缺點(diǎn)：1. 圓柱凸輪難加工，成本高；2. 達(dá)到規(guī)定的輸送步長，工件尺寸大；3. 滑塊易磨損，運(yùn)動的累計誤差大，使運(yùn)動精確性降低；4. 無急回特性。方案四：工作原理：采用橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)，帶動輸送架上下左右往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)輸送工件。優(yōu)點(diǎn)：1. 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡潔，易于計算；2. 能較準(zhǔn)確完成往復(fù)運(yùn)動；3. 速度變化較均勻，慣性力??；4. 工件對機(jī)構(gòu)的沖擊小，磨損??；5.有急回特性。缺點(diǎn)：1. 滑塊滑槽難加工，成本高；2. 達(dá)到規(guī)定

7、的輸送步長，工件尺寸大；結(jié)論：綜合上述各方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析，考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)送平穩(wěn)性和定位精確性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性（結(jié)構(gòu)簡潔，傳動路線短等），及機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等，我們最終選擇插斷機(jī)構(gòu)方案四和輸送機(jī)構(gòu)四，組成一個步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)。步進(jìn)輸送機(jī)工作原理圖工作循環(huán)圖如圖為步進(jìn)輸送機(jī)圓周式運(yùn)動循環(huán)圖。它以輸送機(jī)構(gòu)中的曲柄為定標(biāo)構(gòu)件，曲柄每轉(zhuǎn)一周為一個運(yùn)動循環(huán)（在此期間，插斷機(jī)構(gòu)中的三頁擋板轉(zhuǎn)過120°）。它描述了輸送機(jī)構(gòu)中的滑塊和棘鉤分別在推程、回程中的動作時間長短機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算電動機(jī)類型及參數(shù)根據(jù)題目要求，選用Y90S-4型電動機(jī)，其額定功率為1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min。輸送機(jī)構(gòu)1. 橢圓

8、規(guī)機(jī)構(gòu)尺寸l 軌跡設(shè)計根據(jù)工件的步進(jìn)輸送的步長H=840mm，以及工件的高度尺寸綜合分析可知，推動工件的構(gòu)件必須滿足以下幾個條件。1） 與構(gòu)件相對靜止的點(diǎn)（即滾子）的軌跡必須是封閉曲線。2） 軌跡在水平方向的最大距離為840mm，在豎直方向的最大距離為160mm。3） 有明顯的上升段與下降段，并且軌跡曲線必須是凸性的。最終選定長軸為840mm，短軸為160mm的橢圓軌跡作為執(zhí)行構(gòu)件（或者滾子）的軌跡。其軌跡的優(yōu)點(diǎn)在于形狀規(guī)則，便于計算，并且便于機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。軌跡如圖所示：l 連桿和執(zhí)行點(diǎn)設(shè)計軌跡實(shí)現(xiàn)如圖所示：可知AC應(yīng)為長半軸，BC應(yīng)為短半軸，即：AC=420mm，BC=80mm。連桿長度BC=A

9、C+BC=500mm兩個滑塊的行程都為S=1000mm。2. 驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計l 極位夾角根據(jù)行程行程速比系數(shù)K為1.7，得：極位夾角l 曲柄和連桿的長度如上圖所示：曲柄長度為R，連桿長度為L，滑塊行程S=1000mm。根據(jù)三角形余弦公式得：得取R=425mm代入公式得L=790mm，且偏距l(xiāng) 驗(yàn)證桿長條件滿足桿長條件。l 確定轉(zhuǎn)向推程角應(yīng)大于回程角，工件從左向右移動，因而曲柄應(yīng)順時針回轉(zhuǎn)。l 確定曲柄轉(zhuǎn)速平均速度為420mm/s，推程為840mm，因而推程所占時間回程所占時間周期曲柄轉(zhuǎn)速3. 豎直滑道的位置豎直軌道距水平滑軌的距離4. 輸送架設(shè)計輸送架如下圖所示，具體尺寸已標(biāo)出插斷機(jī)構(gòu)1.三頁擋

10、板軸間距L如下圖，三頁擋板由三個相鄰?qiáng)A角為120°的擋板組成?？衫脫醢鍎偤猛耆ㄗ」ぜ膮?shù)來計算三頁擋板軸間距L。h=50mm,a=270mm單位：mml 三頁擋板與工件邊緣距離：s=h/2*tan(/2)=50/2*tan(120°/2)mm=14.4338mm由校核計算可知：圖示位置為極限位置，當(dāng)且僅當(dāng)工件和擋板相對位置如圖時會發(fā)生卡住情況，為避免此種情況的發(fā)生，將s圓整為15.00mm。l 兩三頁擋板中心距離為L=a+2s=270+2*15 mm=300.00mm2.三頁擋板寬度d如下圖，可根據(jù)，當(dāng)?shù)谝粋€工件開始做自由落體運(yùn)動的時候，三頁擋板頂住第二個工件這一要求

11、，求出三頁擋板寬度d。H=80mm，s=15mm 單位：mm由圖可列方程：s=dcosdsin+dsin(120-)=H解得d=47.26mm圓整得d=47mm3. 三頁擋板軸心高度h0為使工件前進(jìn)時與三頁擋板不干涉，h0=d+H=47+80=127mm適當(dāng)增大一點(diǎn)距離，選h0=130mm4.傳動齒輪為了實(shí)現(xiàn)三頁擋板的諧調(diào)運(yùn)動等速反向運(yùn)動, 選擇兩直徑相等的直尺圓柱齒輪作為傳動機(jī)構(gòu)。l 齒輪直徑d1=d2=L/2x2=300/2x2=300mml 齒輪轉(zhuǎn)速由于輸送機(jī)構(gòu)一個周期是插斷機(jī)構(gòu)的三個周期，則轉(zhuǎn)速n=n/3=r/minl 確定轉(zhuǎn)向?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)工件依次掉下來，應(yīng)該設(shè)置左邊齒輪順時針轉(zhuǎn)動。機(jī)構(gòu)協(xié)

12、調(diào)性設(shè)計從輸送機(jī)構(gòu)的曲柄到插斷機(jī)構(gòu)的齒輪的協(xié)調(diào)設(shè)計曲柄轉(zhuǎn)速=19r/min,三頁擋板轉(zhuǎn)速=r/min,過渡機(jī)構(gòu)采用兩級圓柱齒輪減速器，如圖：如圖按照減速器傳動順序各齒輪分別為齒輪1、2、3、4，設(shè)其齒數(shù)分別為、，轉(zhuǎn)速分別為、.取齒輪1、2的模數(shù)=3mm，齒輪3、4的模數(shù)=4mm.有圖有：=19r/min，=r/min.又已知齒輪4的直徑為300mm，齒輪1的軸和齒輪4的軸距離為500mm.經(jīng)編程計算，取=40，=120，=75.減速器設(shè)計 l 取皮帶輪傳動比為2.95:1，其中dd1=95mm，dd2=280mm.l 如圖按照減速器傳動順序各齒輪分別為齒輪1、2、3、4，設(shè)其 齒數(shù)分別為、，轉(zhuǎn)

13、速分別為、.取齒輪的模數(shù)m=3mm則：=475r/min又=19r/mini=25故可取=20，=100.C+編程#include "iostream.h"#include "math.h"#define a 322.2#define l1 425，l2 790#define w1 1.9897void main()double A,x,v;cout<<"請輸入A(弧度):"cin>>A;x=l1*cos(A)+sqrt(l1*l1*cos(A)*cos(A)+l2*l2+2*a*l1*sin(A)-a*a-l

14、1*l1);v=(l1*w1*cos(A)*(a-l1*sin(A)/(x-l1*cos(A)-l1*w1*sin(A);cout<<"x="<<x<<endl;cout<<"v="<<v<<endl;cout<<"a="<<(l1*sin(A)-a)/(x-l1*cos(A)*(l1*w1*w1*sin(A)+(l1*l1*w1*w1+v*v+2*l1*w1*v*sin(A)/l2)*(a-l1*sin(A)/l2)-l1*w1*w1*cos(A)-(