机械原理课程设计—步进式送料机

机械原理课程设计—步进式送料机 -- 设计题目:步进式送料机 学院: 机械工程学院 班级: 11机设本二班 姓名: 向华 指导教师:向华 日期: 2012/12/04 - -- 目 录 第一章 课程设计内容 ?????????????????????????? 3 1.1 设计题目 ????????????????????????????????? 3 1.2 设计任务 ????????????????????????????????? 4 1.3 设计提示 ????????????????????????????????? 4 第二章 工作原理 ?????????????????????????????? 5 2.1 送料机工作原理 ???????????????????????? 5 2.2 传动机构:常用传动机构的基本特征??????? 5 2.3 传动机构的选择 ???????????????????????? 6 2.4 执行机构的选择 ???????????????????????? 8 2.5 动力源的选择及相应参数 ???????????????? 9 第三章 构件的运动分析及尺寸的确定 ???????????? 9 3.1 执行机构的运动轨迹 ???????????????????? 9 3.2 连杆机构的分析及尺寸的确定????????????? 10 3.3 蜗轮蜗杆参数的确定 ???????????????????? 11 3.4 齿轮参数与尺寸的确定 ?????????????????? 12 第四章 连杆机构运动简图及运动分析 ????????????13 4.1 连杆机构运动简图 ?????????????????????? 13 4.2 运动分析 ?????????????????????????????? 14 第五章 运动循环图 ????????????????????????????15 第六章 机构运转的整体流程 ????????????????????15 参考文献 ??????????????????????????????????????? 17 - -- 第一章 课程设计内容 1.1 设计题目 设计某自动生产线的一部分——步进送料机。如图1所示，加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a，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。考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，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，而应设计平面连杆机构。 图 1 步进式送料机 具体设计要求为: 1、电机驱动，即必须有曲柄。 2、输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线(以下将该曲线简称为轨迹曲线)。 3、轨迹曲线的AB段为近似的水平直线段，其长度为a，允差?c(这段对应于工件的移动);轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB - -- 的距离至少为b，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。(有关数据见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1.1) 4、在设计图中绘出机构的四个位置，AB段和CDE段各绘出两个位。需注明机构的全部几何尺寸。 表 1 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 号 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 4 1.2 设计任务 1. 步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构。 2. 设计传动系统并确定其传动比分配。 3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。 4. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析;验证输出构件的轨迹是否满足设计要求;求出机构中输出件的速度、加速度;画出机构运动线图。 5. 编写设计计算说明书。 1.3 设计提示 1. 由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合适。 - -- 2. 由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。 3. 由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构(虚约束)。 第二章 工作原理 2.1 送料机工作原理 图1为步进送料机的原理图。电动机通过传动装置驱动滑架往复移动，工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回时，四杆机构运动使推爪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，推爪已复位，向前推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移。其传动装置常使用减速器，有时也用其它传动装置。 2.2 传动机构:常用传动机构的基本特征 连杆机构的特点: 1.其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证机构的可靠性有利。 2.在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各机构的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 - -- 3.在连杆机构中，在连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线，其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定的工作需要。 4.利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的。 图 2 四杆机构 齿轮机构的特点: 齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大，传动功率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。 2.3 传动机构的选择 考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，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，故采用应平面连杆机构和齿轮机构。 鉴于传动机构的特点，我们小组提出了四种方案: 方案 1 :采用凸轮摇杆机构 - -- 图 3 凸轮摇杆机构 此机构虽然能够满足运动轨迹的要求，但由于该机构有凸轮机构，导致在机构的运动路线的计算时非常复杂，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而且构件会损坏的非常快，所以舍弃这个方案。 方案 2 :采用从动件圆柱凸轮机构 s=sψA 图(3-1)图 4 圆柱凸轮机构 该凸轮机构虽然能实现工件的移动，但不满足设计要求的输送爪的运动轨迹，所以该方案舍弃。 方案 3 :采用齿轮与齿条的配合 - -- s=sψ A ω 图 5 齿轮与齿条配合 该机构虽然能实现工件在工作台上的间歇运动，也能满足设计要 求的时间间隔，但该机构的传送装置为环状的传送带，不满足得及要 求的曲线，所以该方案舍弃。 方案 4 :采用齿轮连杆机构 d 1 a c 2 b 5 3 d 4 a c b 图 6 齿轮连杆机构 经过详细的对比、研究，我们最终决定采用方案 4。 2.4 执行机构的选择 方案 1 :带传动 - -- OO21 图 7 带传动 方案 2 :机械爪 图 8 机械爪 经过研究、比较，为了实现间歇送料，并且保证工作的稳定性和准确性，最终决定采用方案 2 。 2.5 动力源的选择及相应参数(原动机) 型号:Y132M2-6 功率:7.5KW 频率:50HZ 电压:380V 电流:15.6A 接法: ? 转速:960r/min 第三章 构件的运动分析及尺寸的确定 - -- 3.1 执行构件的运动轨迹 因为执行构件(即输出构件)要满足如下的运动轨迹，所以运动 构件必须要满足如图的运动路径。 400 55 图 9 执行机构运动轨迹 3.2 连杆机构的分析 为了使机架得到给定的运动轨迹，连杆机构应为四连杆机构:(如 下图) d a c b b’ 图 10 连杆机构 连杆尺寸的确定 由机械原理课本四连杆运动轨迹图谱可查得，杆a、b、b’c、d 长度比例为:1:5:2.5:4:3 - -- a杆与该机构的平动轨迹的长度比为1:5. 因为输出机构要满足题目要求的轨迹， 表 2 方案号 a c b t1 t2 /mm /mm /mm /s /s F 400 20 55 2 4 即平动轨迹要求长度为400mm，根据查表来的比例数据可得各个杆的长度为: 表 3 杆号 a b b‘ c d 杆长(mm) 80 400 200 320 240 3.3 蜗杆参数的确定 由蜗杆的分度圆直径预期模数的匹配 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 系列可知: 模数为2的时候，分度圆直径可选为22.4。 表 4 主要参数 齿数z1 模数 压力角 分度圆直径 数值 1 2 20 22.4 蜗轮2,3的参数的确定 表 5 主要参数 齿数z1 模数 压力角 分度圆直径 - -- 数值 60 2 20 120 由以上参数可知该减速机构的传动比为z2/z1=60 3.5 齿轮参数与尺寸的确定 由方案可知: )=10次 输出构件每分钟循环运动的次数为:60/(2+4 根据齿轮的标准模数系列表: 表 6 第1系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第2系列 1.75 2.25 2.75 (325) 3.5 (3.75) 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 36 45 可得 由于6,7齿轮与蜗轮2,3连在同一轴上，所以这两个齿轮的转速w与 蜗轮的转速一致。 齿轮1与4,,6与7为对称齿轮，两两完全相同，所以 该直齿圆柱齿轮组的参数为 表 7 - -- 主要参数 齿数 模数 压力角 分度圆直径 齿轮1，4 80 1 20 80 齿轮6，7 50 1 20 50 动力由6,7齿轮传动到1,4齿轮上，传动比为80/50=1.6 所以齿轮1,4的转速w=960r/min/60/1.6=10r/min 即在一分钟内，齿轮1和4转动10周，所以连杆a也转动10周，即 该连杆机构循环运动10周，等于设计要求的转速。故该传动系的设 计是合理且符合要求的。 第四章 连杆机构运动简图及运动分析 4.1 连杆机构运动简图 图 11 机构运动简图 - -- 4.2 运动分析 如图 11 所示 ?系统总传动比 i=(960?2л/60)X(60/10?2л)=96 ?曲柄连杆机构杆件尺寸 EE=400mm EE’’=50mm w=2*3.14*10/60=1.05rad/s 122 。。K=(180+θ)/ (180—θ)=t /t=2 12 。 =>θ=60 222。EE=AE+AE-2AEAEcos60121212 AE=2BC-AB AE=2BC+AB 21 222 4BC+3AB=EE12 DE-DE’’=EE’’ 221/2 221/2 DE’’=(AE’’-AD’’) DE=(BE-BD) AE’’=AB+2BC AD=AB+BD BE=2BC 令AB=80mm =>BC=180mm BD=25mm (3)输出点在E点时的速度 (uv = 0.0021 m/s/mm) VE= VB + VEB; VB =ω?AB=1.05*0.08=0.084 m/s 2 - -- VE=0.0021*pb=0.0021*40=0.1115m/s 2 (4)输出点在E’是的加速度 (ua = 0.00105 m/s/mm) ntnt a a a a aE’=B+B+E’B+E’B 2 tnn2 其中 a= 0, a= 0, a=ω*AB=1.05^2*0.008=0.0693 m/s 2B EB B 2 a=0.00105*p’a’=0.00105*83=0.07349m/sE’ 第五章 运动循环图 图 12 运动循环图 第六章 机构运转的整体流程 - -- 电动机转动 蜗杆转动 蜗轮 齿轮1、4 齿轮6、7 2、3 转动 连杆a转动连杆b、c转动 动 执行构件输送爪运动 图 12 机构运动的整体流程 - -- 参考文献 【1】 孙桓，陈作模(机械原理[M](北京:高等教育出版社，2005 【2】 裘建新(主编)机械原理课程设计指导书?高等教育出版社 2007年 11月 【3】 李学荣，朱桥等(编制)连杆曲线图谱(第一版)重庆出版社 1993年 【4】 张卫国 饶芳(主编)―机械设计基础篇华中?科技大学出版社2006?9 【5】 王为 汪建晓(主编)吴昌林(主审)―机械设计?华中科技大学 出版社2007?2 【6】 宋昭祥(主编)―机械制造基础?机械工业出版1998?10 -