步进送料机的设计及组装.doc

步进送料机的设计及组装实验指导书（18学时系列实验）宋宝玉 张 锋 编王连明 陈铁鸣 审哈尔滨工业大学机械基础实验中心2004年10月目录实验一 步进送料机的运动方案设计（6学时）.1实验二 步进送料机的仿真实验（4学时）.6实验三 步进送料机的零件检测（2学时）11实验四 步进送料机的安装调试（6学时）16实验一 步进送料机的运动方案设计一、实验目的 1）、培养学生运用知识分析问题、解决问题的能力和创造能力。 2）、培养学生的整体设计概念。 3）、提高学生的工程意识和设计能力。二、实验方法与步骤 机械运动方案设计是机械设计的重要环节，运动方案设计的优劣,决定了这部机械的性能、造价及市场前景，所谓运动方案的设计，即是设计者通过何种机构组合为一部完成特定工作任务的机械系统的全面构思。1、运动方案设计过程1）工艺参数的给定及运动参数的确定 工艺参数是一部机器进行方案设计和机构设计的原始依据。所以在设计之前，必须明确提出其工作任务，周边环境以及更详细的工艺要求。2）执行构件间运动关系的确定 有时一部机器的工作任务是由多个执行构件共同完成的，这是各执行构件间必然有一定协同动作关系，确定这宗关系的最直观的方法就是采用运动循环图。3）动力源的选择及执行机构的确定机械设备中应用的动力源主要是电、液、气动装置。因此原动机有电动机、液压马达、气压马达、直线油缸及气缸等.电动机应用最广泛.。执行机构的运动按其运动类型划分，主要有直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点运动及位到位运动，上述运动又分为连续运动和间歇运动两类，有些运动是单程的，有些运动是往复式的，不同的运动应由不同的机构或多种机构的组合乃至整个机器来实现。4）传动机构的确定常用的传动机构有以下几种：齿轮机构；螺旋机构；带传动及链传动；连杆机构；凸轮机构（表1-1列举了几种常有传动机构的基本特性）。5）方案的比较与决策一个设计可以由多个方案来实现，每个方案所使用的机构也不尽相同，有时甚至迥异。在达到性能指标的前提下，应根据机构组合的复杂程度对精度所造成的影响，并根据经济性和易维修性对不同方案进行比较和决策。重要的、复杂的机器的方案设计的取舍有时是在结构设计基本完成后进行的，因为此时强度、刚度、各机构间是否干涉、经济性和易维修性等许多问题才可能充分暴露出来。2、机构运动方案设计的一般原则1）传动链尽可能短。2）机械效率应尽可能高。3）传动比分配应尽可能合理。4）传动机构的顺序安排应尽可能恰当机械的安全运转必须保证。3、机械运动方案的评价实现同一工作任务且满足工艺要求和性能指标时，可以设计出多种机械运动方案，然后在经过充分的、细致的分析比较以决定取舍。最后保留的设计方案应是最优方案。每一部机器都是由原动机、执行机构及传动机构组成的，因此需分别对原动机及各机构进行评价，然后经综合可获得对一部机器整机的评价。三、实验内容 1、步进送料机的工作原理步进送料机概括的说就是能够实现间歇的输送工件的机器，它的种类繁多，工作原理也不尽相同。下面仅以一例进行说明，为学生设计时参考。图1-1为一种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，由于推爪与轴间有扭簧，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。图1-1 一种步进送料机的原理图2、已知条件本设计给定的已知条件包括：工作阻力，输送带宽度，工件高度，步长，每分钟往复次数，行程数比系数，摆角，最小传动角。根据已知条件可以确定出：电机功率，电机转速、减速器传动比等。还可以给定其它工作条件：使用折旧期五年，每天二班制工作，载荷有中等冲击，工作环境为室内，较清洁，三相交流电源，按一般机械厂制造小批量生产。3、设计要求要求输送机构简单，紧凑，工作可靠，运转灵活。4、设计工作量1）拟定出3组以上工作机构和传动系统运动方案，并进行多方案对比分析，选出优秀方案。2）画出运输机系统的运动简图。3）给定已知条件，对连杆机构进行运动学和动力学计算。4）画出重要零部件工作图。5）编写设计说明书。5 设计步骤1）根据已知条件，设计多种方案，并进行对比分析，选出合适的方案。2）电机的确定。3）减速装置的选取（减速器的确定）。4）连杆机构的运动学计算。5）连杆机构的动力学计算。6）工作部分的设计（包括零件结构的设计，形状设计，尺寸设计及强度校核。 五、讨论题：1）能够实现往复运动的机构有哪几种。2）能够实现间歇运动的机构有哪几种。3）你对例子中的传动方案有何看法。表1-1 常用传动机构的基本特性齿轮传动螺旋传动带传动链传动连杆传动凸轮传动螺旋传动优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离传动传动比大，可实现反向自锁，用于空间交错轴传动，传动平稳中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护中心距变化范围广，可用于长距离传动，平均传动比准确，特殊链可用于传送物料适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩小行程等能实现各种运动规律，机构紧凑可改变运动形式；转动变移动，传动比较大缺点制造精度要求高效率较低用打滑现象，轴上受力较大有振动冲击，有多边形效应设计复杂，不宜高速度运动易磨损，主要用于运动的传递滑动螺旋刚度较差，效率不高效率开式0.92-0.96闭式0.96-0.99开式0.5-0.7闭式0.7-0.9自锁0.4-0.45平带0.92-0.98V带0.92-0.94同步带0.96-0.98开式0.9-0.93闭式0.95-0.97在运动过程中随时发生变化随运动位置和压力角不同，效率也不同滑动0.3-0.6滚动0.85-0.98速度6级精度直齿v18m/s6级精度非直齿v36m/s5级精度直齿v200m/s滑动速度v15-35m/sV带v25m/s同步带v50m/s滚子链v15m/s齿形链v30m/s功率渐开线齿轮50000kw圆弧齿轮6000kw锥齿轮1000kw小于750kw常用于50kw以下V带40同步带200-750kw最大可达3500kw通常为100kw以下传动比一对圆柱齿轮i10通常i5一对圆锥齿轮i8通常i3开式i100常用i15-60闭式i60常用i10-40平带i5V带i7同步带i10滚子链i7-10齿形链i15其他主要用于传动主要用于传动常用于传动链的高速端常用于传动链中速度较低处既可为传动机构又可做为执行机构主要用于执行机构主要用于转变运动形式，可做为调整机构实验二 步进送料机的仿真实验一、实验目的1) 在设计出步进送料机方案的基础上,对其轴系零部件（减速器）进行虚拟设计及运动仿真2) 掌握拆装步进送料机部件的合理顺序3) 初步掌握轴系零部件设计的方法和步骤二、实验工具：计算机一台（配置建议如下）硬件：P800以上，200M硬盘空间，内存128M以上，显卡64M软件：Windows2000系统，IE5.0以上浏览器，安装VRML浏览器插件(Cortona VRML Client 4.2)，安装仿真实验软件（使用见附录） 三、实验内容及步骤 ：本系统提供的实验内容分两部分：步进送料机中轴系零部件虚拟设计实验和步进送料机的虚拟拆装实验 步进送料机中轴系零部件虚拟设计实验 本次实验是在前期进行方案设计的基础上，对步进送料机的轴系零部件（减速器部分），在专用虚拟实验平台上进行设计并进行装配仿真，其内容及步骤如下：1) 熟悉虚拟设计仿真实验平台2) 零部件虚拟设计： 电动机的选用联轴器的选用主、从动轴设计，轴的各部分结构和尺寸设计轴承端盖结构和尺寸设计密封件选择及结构设计大、小齿轮参数选择及结构设计轴承座设计键的结构及参数选择套筒尺寸设计轴承的选择等3) 装配运动仿真 完成虚拟设计的内容后，进入仿真部分，此平台下的装备仿真是自动完成的，其装配过程如下：第一步：主动轴部件装配：安装主动齿轮安装套筒安装两端轴承 第二步：重复以上步骤，完成从动轴部件的安装第三步：将密封圈安装于轴承端盖中 第四步：将主、从动轴部件安装于轴承座上 第五步：安装轴承座上盖第六步：安装轴承端盖第七步：将联轴器安装于主动轴第八步：将联轴器安装于电机轴第九步：连接电机和减速器 完成的装配后，界面效果如图21所示4) 若装配过程中出现错误或不合理的设计，请返回前面修改零件的尺寸设计5) 仿真正确后，记录设计参数于实验报告中。6) 关于轴系部件，选择一部分编制动力仿真程序。根据设计过程，从轴承寿命校核、轴的强度校核、齿轮强度校核等中任选一个，完成动力仿真程序设计。图21：完成装配仿真后的界面 步进送料机虚拟拆装实验 对步进式物料输送机进行虚拟拆装。可将整机分成若干部件，然后单独对部件进行拆卸。以轴系零部件拆卸为例，说明系统的拆装步骤。（拆装界面使用说明见附录）拆装步骤：共分九步，具体内容请参阅实验说明界面第一步：浏览虚拟实验环境仪器放置在工作台上，工作台处在虚拟实验室中，点击play控件，系统自动运行：接近设备，接通电动机电源开关，浏览整机运转以及大小齿轮啮合情况。第二步：拆电动机底脚螺钉、电动机以及和电动机相连的联轴器电动机型号：Y112MY系列三相异步电动机伸出轴段上的普通平键A型(GB1096-90)联轴器型号：HL2HL型弹性柱销联轴器GB5014-85第三步：拆轴承端盖和调整垫圈 松开轴承端盖上螺钉，将轴承端盖从轴承座中移出，主、从动轴右侧轴承端盖和调整垫圈可直接拆掉，左侧稍候拆除第四步：拆轴承座左右上盖 轴承座螺栓：六角头螺栓-C级（GB5780-1986）轴承座螺母：型六角螺母-C级（GB41-1986）第五步：拆与主动轴相连半联轴器第六步：拆主动轴轴段1上的键键类型：普通平键A型第七步：拆轴承端盖和调整垫圈第八步：拆轴承 轴承类型：深沟球轴承（GB/T276-1994），轴承代号：6207第九步：拆套筒、键和主动轴，并演示小齿轮的结构小齿轮结构：实心直齿圆柱齿轮四、实验报告 按实验报告要求完成实验报告，并提交动力仿真源程序。五、思考题1) 轴系部件的设计应注意哪些问题？2) 开式齿轮传动和闭式齿轮传动各有什么特点？应用于什么场合？3) 轴承部件的支承形式有哪几种？你在设计中采用的是哪种？为什么采用这种方式？4) 如果你设计的齿轮强度不够，应该怎样修改设计？步进送料机的仿真实验实验报告一、实验目的二、实验内容与步骤三、实验记录1、轴的结构参数主动轴（mm）从动轴（mm）轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5轴段6轴段7轴段8轴段9轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5轴段6轴段7轴段8轴段9DL左倒角右倒角左圆角右圆角键槽尺寸2、齿轮的设计参数主动齿轮从动齿轮齿轮的结构形式齿数z模数m螺旋角齿宽B四、绘制主动轴和从动齿轮的结构图（另附图纸）五、思考题1) 轴系部件的设计应注意哪些问题？2) 开式齿轮传动和闭式齿轮传动各有什么特点？应用于什么场合？3) 轴承部件的支撑形式有哪几种？你在设计中采用的是哪种？为什么采用这种方式？4) 如果你设计的齿轮强度不够，应该怎样修改设计？实验三 步进送料机的零件检测一、实验目的1）学会千分尺、尺厚卡尺及公法线千分尺等测量工具的使用。2）学会齿轮及轴的检验方法。二、实验仪器（工具）说明1）千分尺外形如图3-1所示，固定套上刻有主尺，其中最小刻度为0.5mm，旋转微分筒T一周，测微螺杆尺就向前移动0.5mm。显然，当每转动一个分度，测微螺杆就向前移动0.5/50=0.01mm图3-1 千分尺2）公法线千分尺外形与普通千分尺有些不同，但其内部结构，使用方法和读数原则与普通千分尺完全相同。图3-2为公法线千分尺。图3-2 公法线千分尺3）齿厚卡尺由互相垂直的两个游标尺组成.测量时以齿轮顶圆作为测量基准，垂直游标用于按分度圆弦齿高公称值h确定被测部位，水平游标尺则用于测量分度圆弦齿厚实际值S实际.齿厚卡尺的读数方法同一般游标卡尺相同。图3-3为齿厚卡尺。图3-3 齿厚卡尺三、测量原理：1、公法线长度公法线长度变动W是指在被测齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。公法线平均长度偏差是指在被测齿轮一周范围内，所有实际公法线长度的平均值与公法线长度公称值之差。1）标准齿轮测量标准直齿圆柱齿轮的公法线长度时的跨齿数n按下式计算 式中 z-齿轮的齿数 -齿轮的基本齿廓角n的计算指通常不为整数，而在计算公法线长度公称值和测量齿轮时，n必须是整数，因此应将n的计算值化整为最接近计算值的整数。 公法线长度公称值W按下式计算式中inv-渐开线函数，2）变位齿轮对于变位直齿圆柱齿轮，跨齿数n按下式计算式中，=,m、x、d和分别是模数、变位系数、分度圆直径和基圆直径。公法线长度公称值按下式计算2、齿厚偏差齿厚偏差Es是指被测齿轮分度圆柱面上的齿厚实际值与公称值之差。1）标准齿轮对于标准直齿圆柱齿轮，其模数为m，齿数为z,则分度圆弦齿高公称值和弦齿厚公称值按下列值计算2）变位齿轮对变位直齿圆柱齿轮，其模数为m，齿数z，基本齿廓角为，变为系数为x,则分度圆弦齿高公称值和弦齿厚公称值按下式计算四、测量步骤：1、轴的测量分别在轴上取三个截面（两边和中间），在每个截面互相垂直的两个方向上进行测量。并填写表3-1表3-1 测量结果截面1截面2截面3X方向Y方向2、公法线的测量1）被测齿轮的模数m、齿数Z和基本齿廓角等参数计算跨齿数n 和公法线长度公称值。2）使用公法线千分尺测量，均布测6条公法线长度，从其中找出和，则公法线长度变动和公法线平均长度偏差按下式计算3）合格条件3、齿轮齿厚1）计算齿轮顶圆公称直径和分度圆弦齿高公称值、弦齿厚公称值。2）首先测量出齿轮顶圆实际直径。按的数值调整齿厚卡尺的垂直游标尺，然后将其游标加以固定。3）将齿轮卡尺置于被测齿轮上，使垂直游标尺的高度板与齿顶可靠地接触，然后移动水平游标尺的量爪，使之与齿面接触，从水平游标尺上读出弦齿厚实际值。这样依次对圆周上均布的几个齿进行测量。测得的齿厚实际值与齿厚公称值之差即为齿厚偏差。4）合格条件为实验四 步进送料机的安装调试一、实验目的 1）锻炼学生们的动手能力和工程实践能力。 2）掌握机器安装的基本知识。二、基础知识任何机器都是由零件和部件组成的。装配是生产中按规定的技术要求和精度将构成机器的零件结合成组件、部件、和产品的过程。装配是机械制造中的后期工作，是决定产品质量的关键环节。保证装配精度以质量合格的零件为先决条件。装配精度主要是指相关零件之间的位置精度，也包括结合面间接触情况和受力分布情况，以及由机器装配和运行过程中零件的变形而需要计及的形状精度。装配的准备工作有零件的清洗、尺寸和重量的分选及平衡等。装配工作的内容包括零件装入、各种方式的联接、部件装配、总装配过程中的检验调整等。1、装配工艺原则1）一切合格零件必须清除毛刺、清洗干净（符合清洁度要求并保证保存和防锈），才能进行装配。过盈配合或单配的零件在装配前对有关尺寸应严格复检，并打好配对标记。2）根据具体情况考虑装配的先后顺序 ，有利于保证装配精度，使工作顺利进行。装配的顺序，一般是先下后上；先内后外；先难后易；先重大后轻小（某些重大件会影响其他零件的装入，为了减少不必要的运输量则可放在后期装入）；先精密后一般（对于一些灵敏性零件或作业，则以尽可能放在一般作业的后面进行，以防损坏）；另外，处于同方位的装配作业应集中安排，避免或减少装配过程中翻身移位；使用同一工艺装配，或要求在特殊的环境作业，也应尽可能集中，以免设备重复设置或迂回运输。3）按产品装配的要求选择合适的工艺和设备。例如，对于过盈联接，选用力配法或热胀、冷缩法，并规定具体参数；调整、选配工作要选定合适的环节；校正时，采用对中找准方法，考虑如何调节，是否便于达到装配精度，并争取最大的精度储备，延长产品的使用寿命4）通常装配区域不宜安装切削加工设备，对不可避免的配钻、配绞或刮削等装配工序间的加工，要及时清理切屑、保持场地清洁。5）对特殊产品要考虑特殊措施。如装配精密仪器、轴承及机床时，装配区域除了要严格避免金属切屑及尘埃干扰外，安装配环境还要考虑空调、恒温、恒湿防尘隔振等措施；对有高精度要求的重大关键机件，需要具备超慢速的吊装设备；对重型的行走产品，如挖掘机等要考虑耐压耐磨的场地，防止压坏或起灰。2、装配工艺规程的设计步骤1）进行产品分析分析产品图样，掌握装配的技术要求和验收标准。对产品的结构进行尺寸分析和工艺分析。研究产品分解成“装配单元”的方案，以便组织平行、流水作业。2）确定装配的组织形式装配的组织形式分固定式和移动式两种。固定式是全部装配工作在一个或几个固定的工作地点完成。移动式是将零件、部件用运输小车或运输带从一个装配地点移动到下一个装配地点，在每一个装配地点上分别完成一部分装配工作，各装配地点装配工作的总和就是产品的全部装配工作。单件小批件生产或尺寸大、质量大的产品多采用固定式装配的组织形式，其余用移动装配的组织形式。3）确定装配工艺过程确定装配工作的具体内容。根据产品的结构和装配精度的要求可以确定各装配工序具体内容。确定装配工艺方法及设备。为进行装配工作，必须选择合适的装配方法及所需的设备、工具、夹具、量具等。所用的工艺参数可以参照经验数据或计算决定。确定装配顺序。各级装配单元装配时，先要确定一个基准件先进入装配，然后根据具体情况安排其他零件、组件、或部件进行装配。确定工时定额及工人的技术等级。4）编写装配工艺文件3、保证装配质量的综合措施1）加强装配质量检测和控制；2）严格执行装配标准规范；3）完善装配条件。三、实验内容：对如图4-1的步进式物料输送机进行拆装。图4-1 步进式物料输送机1、拆卸与安装拆卸与安装是两个相反的过程，当你了解其中的一个过程