步进输送机课程设计

1、机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：步进输送机学院：理学院专业：机械电子工程班级：12学号：020841206设计者：程满2011指导教师：范奎年5月26日湖北民族学院目录一、设计题目2二设计简介32.1 工作原理32.2 原始数据及设计要求42.3 设计任务5三、运动方案的拟定53.1 步进输送机构53.2 下料机构（插断机构）73.3 运动方案的选定8四、机构运动简图8五、运动分析115.1 输送机构的运动分析115.2 插断机构（下料机构）的运动分析205.3 飞轮的转动惯量的计算23六、机构运动循环图24七、减速机构的设计24八、设计总结25九、参考文献25设计题目：步进输送机二、

2、设计简介2.1 工作原理步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。图1为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到根道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时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，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个步长。如此周而复始，实现工件的步进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须

3、与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配图1步进输送机示意图2.2 原始数据及设计要求(1)输送工件形状和尺寸如图1,工件质量60kg,输送步长H=840mm允许误差士0.2mm(2)辐道上允许输送工件最多8件。工件底面与辐道间的摩擦系数0.15(当量值)，输送滑架质量为240kg,当量摩擦系数也为0.15。(3)滑架工作行程平均速度为0.42m/s,要求保证输送速度尽可能均匀，行程速比系数KA1.7。(4)最大摆动件线质量为20kg/m,质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2kg?m2/m,其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量(视曲柄为等效转动构件)近似取为2k

4、g?m2。(5)允许速度不均匀速度为S=0.1。(6)滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mmU下。(7)电动机规格自选。2.3设计任务(1)根据工艺动作要求拟定运动循环图；(2)进行插断机构、步进输送机构的选型；(3)机械运动方案的评定和选择；(4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案,分配传动比，并在报告上画出传动方案图；(5)进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；(6)对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；(7)画出机械运动方案简图；(8)编写设计计算说明书。三、运动方案的拟定3.1步进输送机构步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为推爪(滑块)，行程中有

5、急回特性；机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且均匀。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍拟定的几种方案。图1-11.如上图1-1所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块3与导杆之间的传动角始终为90°,且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定推爪的导路位置，可以使压力角尽量小。2、如图1-2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；

6、在推爪往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生（采用正弦加速度运动规律）。3、如图1-3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。导杆做往复摆动其速度有点波动，并且也具有急回特性。图1-2图1-34、如图1-4所示，步进输送机的主传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较低,在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆3的压力角是变化的3.2 下料机构（插断机构）一种方案是采用齿轮与齿条的配合（图2-1）s=s6（图2-1）而另一种方案是采用从动件盘形凸轮与摇杆机构的组合图（2-2）,利用弹簧的弹力使滚子从动件始终紧靠在凸轮上3.3 运动方案的选定经过小组

7、讨论最终确定选输送机构的方案1和插断机构的方案2作为此次课程设计所要求的运动方案。四、机构运动简图运动简图1.初始状态2.工件输送阶段3.工件到达工位点五、运动分析5.1输送机构的运动分析图5.1.11.要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm架工作行程的平均速度为0.42m/s,输送速度尽可能均匀，行程速比系数K>1.7O2 .制定参数：令K=2,推爪(滑块)的导路X-X在导杆运动弧长的平分线上。极为夹角8=180X(K-1)/(K+1)=60,即/QQA=30。由输送架工作行程平均速度0.42m/s,且输送步长S=860mmf得导杆O4B的长度O4B=860mm

8、工作进程的时间ti=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程时间12=ti/2=1.0238s,有Wt=0知W=2.0457rad/s。转速n=60W/(2*3.14)=19.5r/min。由/OQA=30知OA=OO/2,又X-X在导路所在弧长的平分线上，取H约为(860+860*cos300)/2即令H=802mm又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即BC杆的传动角丫越大越好。最大的传动角丫=90-arcsin(860-860*cos30)/BC。为保证机构的传力效果，应使传动角的最小值丫min大于或等于其许用值丫,即"in引丫。一般机械中，推荐丫=40-50O取BC=20

9、0mm,T=74.38。推爪形状如下图：尺寸如上图所示，单位：cm由上述结论，确定输送架运动的6杆机构的长度分别为:BC=200mm4B=860mmOO=500mmOA=250mm。3 .用相对运动图解法做平面机构的运动分析将曲柄端点的运动轨迹的圆周12等份，初始位置为1如上图5.1.1例如计算滑块处于位置8时机构的速度、加速度。1、求C点的速度：确定构件3上A点的速度：构件2与构件3用转动副A相联，所以UA3=UA2而uA2=2102A=0.51m/s求VA4的速度：UA4=uA3+uA4A3方向：±B0±A02/B0大小：？2lO2A?图1用图解法求解如图1:、式中UA

10、3、UA4表不构件3和构件4上A点的绝对速度，UA4A3表不构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段B0,大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段B0,大小未知。在图上任取一点P,作UA3的方向线P03,方向垂直于A0,指向与32的方向一致，长度等于uA3/以v,（其中WV为速度比例尺）。过点p作直线垂直于BO代表uA4的方向线，再过Q作直线平行于线段BO代表UA4A3的方向线这两条直线的交点为Q,则矢量p。和QQ分别代UA4和UA4A3。易知PO、PO同向，由速度多边形POO得：uA4=0.51m/sUA4A3=0求BQ的角速度4：4=VA4/1Ao彳=0.68rad/sVb

11、=4BO=0.59m/s求C点的速度uc：Uc=UB+UCB方向：/X-X，BO±BC大小：?341O4B?速度图见图2:式中uc、UB表示点的绝对速度。uCB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB大小未知，点C的速度方向平行于X-X,大小未知，图上任取一点p作代表UB的矢量pb其方向垂直于BO指向于2转向相反，长度等于Vb/v（v为速度比例尺）。过点p作直线平行于X-X,代表Uc的方向线，再点b作直线垂直于BC代表UCB的方向线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表uc、ucb则C点的速度为：uc=0.58m/s,ucb=0。加速度也可按相对图解法计算。4 .编制程序

12、计算各点的速度，加速度，位置1)主程序源代码如下#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#include"math.h"constdoublePI=3.14159;/*全局变量*/doubleL10;doubleX10,Y10;doubleV10,U10;/*doubleA10,B10;/*doubleF10,W10,E10;/*包含头文件*/*圆周率*/*存储杆长*/*存储各点x, y坐标*/存储各点x, y方向速度分量*/存储各点x, y方向加速度分量*/*存储各杆转角，角速度，角加速度*/*中间计算

13、变量*/double S10,C10;void main() int ii,Index,iFlag/*计算主程序*/doublep1,F9,Res3,N1;p1=PI/180;L1=250;2=0;L3=860;L4=0;N1=117.2;/*初始参数*/X1=0；Y1=500;X4=0;Y4=0;printf("L(1)=60,L(2)=0,L(3)=200,L(4)=0,W(1)=30E(1)=0'n");printf("F(1)Deg,F(3)Deg,W/s,SmmVm/sAm/SA2n");W1=N1*PI/30;for(ii=0;ii&

14、lt;=12;ii+)F1=ii*30*p1;F9=0;Mcrank(1,1,1,2,F9);iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,Res)；if(iFlag=1)printf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2fn",F1/p1,F3/p1,W3,E3,Res0,Res1/1000,Res2/1000);elseprintf("Becauseofwrongdata,theCaculationfailed!n");计算结果：L(1)=250mmL(2)=0L(3)=900mmL

15、(4)=0W(1)=2.0457rad/sE(1)=0F(1)DegF(4)DegW(4)rad/sSmmVm/sam/SA2063.430.41559.020.46-0.383070.890.59661.440.34-0.576080.100.66727.330.00-0.709090.000.68750.000.00-0.7012099.900.66727.33-0.18-0.67150109.110.59661.44-0.34-0.57180116.560.41559.02-0.46-0.38210120.000.00433.01-0.51-0.00240113.79-0.98309.8

16、3-0.410.9227090.00-2.05250.00-0.002.1030066.21-0.98309.830.410.9233060.00-0.00433.010.510.0036063.430.41559.020.46-0.38L(1)表示曲柄的长度，L(3)表示导杆的长度，W表示曲柄的转速，F(1)表示曲柄转过的角度,F(4)表示导杆的转角，W(4)表示导杆的角速度，S表示滑块在导杆上的位移，V表示滑块沿导杆的滑动，A表示滑块的沿导杆的加速度。5 .用solidworks仿真绘制速度、加速度、位移曲线推爪（滑块）的速度曲线推爪（滑块）的加速度曲线ausL:-r_:=三；-WWW推爪

17、（滑块）的位移曲线！=W34三f5.2插断机构（下料机构）的运动分析回程运动角二40O,推程运动角二40° ,凸轮轮廓的最大圆半径（远休止部分），最小圆半径（近休止部分）即基圆半径ro=120mm凸轮的回程、推程轮廓采用五次多项式运动规律的曲线过渡。因为五次运动规律的曲线既不存在刚性冲击也不存在柔性冲击，运动平稳性好。2.摆动滚子从动件的滚子在凸轮上的位移曲线为:i?d.oo_flQ_(Il婚_SL吃一5-i5tg一iO.0O_135.130.0t>-70C.TiJ|.IQF10J.D</卸giNnr11fnni滚子在凸轮上的速度曲线为:7u口eg工hgvi.l:：M6d

18、$urw?frim，3*c，加速度曲线为:3.凸轮的压力角计算摆动滚子从动件凸轮机构压力角的计算公式:tan%=a*cos（乎+，o）-l（1-d乎/dt）/a*sin（乎+1°）a表示机架之间的距离l表示摆杆的长度，乎0表示摆杆的初始的摆角。W=h(10*03/03)-(15*04/4)-(6*05/5)是表示摆杆的摆角，其中是推程运动角，0是凸轮的转角。用matlab可以算出凸轮机构的最大压力角ma>=28.12°,满足摆动从动件许用压力角%=30°50°先建立m函数Functionf=myfun(x)f=0.5*cosd(14.28+0.04

19、0*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(40A3)+6*xA5/(40A3)-0.420*(1-0.040*117.2*(30*xA2/(40A3)-60*xA3/(40A3)+30*xA4/(40A5)/0.500/(sind(14.28+0.040*(10*xA3/(40A3)-15*xA4/(40A3)+6*xA5/(40A3);再在matlab程序中输入x=fminbnd(myfun,0,40)1.1 轮曲率半径的校核运动仿真时有滚子的位移曲线知五次曲线的曲率半径满足要求。5.3 飞轮的转动惯量的计算等效驱动力矩M为常数，在一个运转周期内做的功等于该周期内运动机构运动所需要的功。2兀*Md=8*(1/2m1vj+mgi+2mg2+8*(1/2m2v2)M=115.4465Nm安装在曲柄轴上的转动惯量为：Jf=(Ema)rEmin)/(6*心3 2=2.0457rad/s而Emin=61.74J要求的速度不均匀系数S=0.1,2Jf=147.5308kgm2若安装在曲柄上的飞轮转动惯量过大，也可以把飞轮安装在电动机于曲柄轴之间的变速机构的轴上。5.4 工件停止在工位上的前冲量冲量F*t=mv=60*0.15=9NI-s六、机构运动循环图输送架输送一件回程插断机构近休止开始下料远休止停止下料V24002