同济大学机械原理课程设计步进输送机

1、机械原理课程设计 -步进输送机机械工程学院机械设计制造及其自动化专业 指导老师：虞红根姓名：施志祥 学号：101816设计人：徐青、施志祥、高瑜刚、李浩伦完成日期：2012年5月11日设计题目及要求题目：步进输送机设计（题二）工作原理：步进输送机是一种间歇输送工件的传送机械。工件由料仓卸落到轨道上。滑架作往复运动，滑架正行程时，使工件向前运动；滑架返回时，工件不动。当滑架又向前运动时，使下一个工件向前运动，可使工件保持一定的时间间隔卸落到轨道上。原始数据及设计要求：1） 输送工件的形状和尺寸，如下图所示。 单位：mm输送步长为H=840mm。2）滑架工作行程平均速度为0.42m/s。要求保证输

2、送速度尽可能的均匀，行程速比系数K值为1.7左右。3）滑架导轨水平线至安装平面的高度在1100mm以下。4 ）电动机功率可选用1.1kw, 1400r/min左右（如Y90S-4）。注意事项及难点提示：1） 机构的协调设计；2） 步进输送机构与插断机构的主要审计参数有些已给定，有些需要计算或自行确定。比如，可按已知行程，平均速度和行程速比系数确定曲柄转速。3） 步进输送机运动简图应进行多方案比较。工件的运送要求平稳和有较高的定位精度。进行方案评价是，侧重点应放在运动和动力功能质量方面（比如，工件停放在工位上之前的速度变化应尽量平缓）。工艺动作分解加料实现工件落到辊道上插断实现工件一个一个有序掉

3、落到辊道上输送循环运动，在正行程中实现步进输送机，并能急回机构选型加料：由工件做自由落体运动完成插断：插断机构 方案一：工作原理：运用凸轮加弹簧，使工件往下掉的开关始终与凸轮表面接触，从而与凸轮表面运行轨迹一致，实现开关一开一闭。优点：1. 只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到想要的 运动规律，易实现插断；2. 结构紧凑，计算简单。缺点：1. 加工两个凸轮，成本较高；2凸轮与推杆之间的点、线接触，是使得凸轮轮廓易磨损；3较难实现同步传递动力给两个凸轮。方案二：工作原理：利用双摆杆机构带动插板运动实现插断。优点：1. 均为连杆和滑块，加工成本低缺点：1. 杆件尺寸大，占用空间大，不便

4、安装；2. 机构工作时振动大，运动误差累计使两端难以同步插断；3. 计算繁琐。方案三：工作原理：下摆杆的竖直运动，使摆杆摆动，再通过套筒带动滑架运动，原动件可通过凸轮控制。优点：1. 结构简洁对称，易于计算；2. 传动路线短，可以快速反应；3. 都是连杆和滑块，成本低。缺点：1. 机构运动时，受到的冲击力大，连杆易磨损；2. 振动过大使得机构运动时，速度波动大，难以实现同步和准确插断；3. 原动件为凸轮，加工成本高。方案四：工作原理：由齿轮带动星型挡板转动，同时采用三页挡板卡住工件，做插断机构，可使工件一个一个有序掉下来。优点：1. 工件在下落过程中速度均匀，对插断机构的冲击几乎没有；2. 齿

5、轮传动比精确，两端易于实现同步和准确插断；3. 传动路线短，能快速反应；4. 磨损小，使用寿命长；5. 结构简洁，易于计算缺点：1. 齿轮和三页挡板加工成本高。输送：步进机构方案一：工作原理：采用凸轮机构和摇杆滑块机构，凸轮带动摆杆摆动，在通过摆杆带动滑块实现往复运动。优点：1. 可以实现急回；2. 往复行程大而机构尺寸小。缺点：1. 速度不均匀，惯性力大；2. 凸轮较难加工，加工成本高。方案二：工作原理：采用曲柄导杆机构，曲柄转动带动摆杆摆动，摆杆摆动转化为滑块的往复运动。优点：1. 结构简洁，易于计算；2. 有急回特性；缺点：1. 导杆做往复摆动其速度有波动；2. 惯性力大，难以平衡；3.

6、 要达到规定步长，机构尺寸大。方案三：工作原理：采用从动件圆柱凸轮机构，将凸轮的转动通过滑槽转化为滑块的往复运动。优点：1. 机构结构简洁，易于计算；2. 能较准确完成往复运动。缺点：1. 圆柱凸轮难加工，成本高；2. 达到规定的输送步长，工件尺寸大；3. 滑块易磨损，运动的累计误差大，使运动精确性降低；4. 无急回特性。方案四：工作原理：采用椭圆规机构，带动输送架上下左右往复运动，实现步进输送工件。优点：1. 机构结构简洁，易于计算；2. 能较准确完成往复运动；3. 速度变化较均匀，惯性力小；4. 工件对机构的冲击小，磨损小；5.有急回特性。缺点：1. 滑块滑槽难加工，成本高；2. 达到规定

7、的输送步长，工件尺寸大；结论：综合上述各方案的优缺点分析，考虑机构的运送平稳性和定位精确性，系统结构的合理性（结构简洁，传动路线短等），及机构的经济性等，我们最终选择插断机构方案四和输送机构四，组成一个步进输送机构。步进输送机工作原理图工作循环图如图为步进输送机圆周式运动循环图。它以输送机构中的曲柄为定标构件，曲柄每转一周为一个运动循环（在此期间，插断机构中的三页挡板转过120°）。它描述了输送机构中的滑块和棘钩分别在推程、回程中的动作时间长短机构的设计计算电动机类型及参数根据题目要求，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1kw，满载转速为1400r/min。输送机构1. 椭圆

8、规机构尺寸l 轨迹设计根据工件的步进输送的步长H=840mm，以及工件的高度尺寸综合分析可知，推动工件的构件必须满足以下几个条件。1） 与构件相对静止的点（即滚子）的轨迹必须是封闭曲线。2） 轨迹在水平方向的最大距离为840mm，在竖直方向的最大距离为160mm。3） 有明显的上升段与下降段，并且轨迹曲线必须是凸性的。最终选定长轴为840mm，短轴为160mm的椭圆轨迹作为执行构件（或者滚子）的轨迹。其轨迹的优点在于形状规则，便于计算，并且便于机构实现。轨迹如图所示：l 连杆和执行点设计轨迹实现如图所示：可知AC应为长半轴，BC应为短半轴，即：AC=420mm，BC=80mm。连杆长度BC=A

9、C+BC=500mm两个滑块的行程都为S=1000mm。2. 驱动机构设计l 极位夹角根据行程行程速比系数K为1.7，得：极位夹角l 曲柄和连杆的长度如上图所示：曲柄长度为R，连杆长度为L，滑块行程S=1000mm。根据三角形余弦公式得：得取R=425mm代入公式得L=790mm，且偏距l 验证杆长条件满足杆长条件。l 确定转向推程角应大于回程角，工件从左向右移动，因而曲柄应顺时针回转。l 确定曲柄转速平均速度为420mm/s，推程为840mm，因而推程所占时间回程所占时间周期曲柄转速3. 竖直滑道的位置竖直轨道距水平滑轨的距离4. 输送架设计输送架如下图所示，具体尺寸已标出插断机构1.三页挡

10、板轴间距L如下图，三页挡板由三个相邻夹角为120°的挡板组成。可利用挡板刚好完全卡住工件的参数来计算三页挡板轴间距L。h=50mm,a=270mm单位：mml 三页挡板与工件边缘距离：s=h/2*tan(/2)=50/2*tan(120°/2)mm=14.4338mm由校核计算可知：图示位置为极限位置，当且仅当工件和挡板相对位置如图时会发生卡住情况，为避免此种情况的发生，将s圆整为15.00mm。l 两三页挡板中心距离为L=a+2s=270+2*15 mm=300.00mm2.三页挡板宽度d如下图，可根据，当第一个工件开始做自由落体运动的时候，三页挡板顶住第二个工件这一要求

11、，求出三页挡板宽度d。H=80mm，s=15mm 单位：mm由图可列方程：s=dcosdsin+dsin(120-)=H解得d=47.26mm圆整得d=47mm3. 三页挡板轴心高度h0为使工件前进时与三页挡板不干涉，h0=d+H=47+80=127mm适当增大一点距离，选h0=130mm4.传动齿轮为了实现三页挡板的谐调运动等速反向运动, 选择两直径相等的直尺圆柱齿轮作为传动机构。l 齿轮直径d1=d2=L/2x2=300/2x2=300mml 齿轮转速由于输送机构一个周期是插断机构的三个周期，则转速n=n/3=r/minl 确定转向为了实现工件依次掉下来，应该设置左边齿轮顺时针转动。机构协

12、调性设计从输送机构的曲柄到插断机构的齿轮的协调设计曲柄转速=19r/min,三页挡板转速=r/min,过渡机构采用两级圆柱齿轮减速器，如图：如图按照减速器传动顺序各齿轮分别为齿轮1、2、3、4，设其齿数分别为、，转速分别为、.取齿轮1、2的模数=3mm，齿轮3、4的模数=4mm.有图有：=19r/min，=r/min.又已知齿轮4的直径为300mm，齿轮1的轴和齿轮4的轴距离为500mm.经编程计算，取=40，=120，=75.减速器设计 l 取皮带轮传动比为2.95:1，其中dd1=95mm，dd2=280mm.l 如图按照减速器传动顺序各齿轮分别为齿轮1、2、3、4，设其 齿数分别为、，转

13、速分别为、.取齿轮的模数m=3mm则：=475r/min又=19r/mini=25故可取=20，=100.C+编程#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<<"请输入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)-(