步进输送机设计说明书

摘要步进输送机是在一定的线路上间断输送物料的运输机械，在工业自动化生产线上应用极为广泛。可以进行生产线上产品的步进输送，步进输送有一段停顿时间，可以对产品进行加工处理。步进输送运动平稳，并能适应一定重量的工件输送，是一种被广泛应用于生产的输送设备。此次所设计的步进输送机是通过四连杆机构带动滑架进行来回的往复运动，滑架的两侧有间距相等的两排L型挡块，输送物品时由挡块进行推动，四连杆的往复摆动促使L型挡块回来的时候会从工件底部滑过，从而到达步进输送的目的。此次课题的设计内容主要包括了电动机选择、减速器的设计、开式齿轮的设计以及四连杆机构的设计。本次我是要通过机械原理、机械设计、机械制图等等一系列学习过的理论根底，加上一些对其他类似的输送机的结构了解，并且通过查找更多的相关资料进行方案的设计，并通过计算机制图，直观的描绘出步进输送机的结构及工作原理。选择步进输送机这种生产机械的设计作为毕业设计的选题，能培养了我的机械设计中的总体设计能力，将大学中所学的有关机械原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，与实际的联系更为紧密，以及独立解决工程实际问题的能力。它还增强了我的机械构思设计和创新设计能力。关键词：步进输送，四连杆机构，减速器。AbstractStepconveyortransportmachineryintermittenttransportofmaterialsincertainlines，productionlineapplicationsinindustrialautomationisextremelybroad.Canproductionlinestepperdeliverysteppingconveyingapausetime,toprocesstheproduct.Stepconveyormovementissmooth,andabletoadapttoacertainweightoftheworkpiececonveying,isawidelyusedintheproductionoftransportationequipment.Thedesignstepconveyorthroughthefour-barlinkagedrivencarriagebackandforthreciprocatingmotion,thetworowsofequallyspacedL-shapedblockonbothsidesofthecarriage,conveyinggoodsfromtheblocktopromote.Thefour-linkswingbackandforthtopromotetheL-shapedblockbackfromtheworkpiecebottomoftheslip,soastoachievethepurposeofsteppingtransportation.Thedesignofthesubjectincludingthemotorselection,geardesign,thedesignofopengearsandfour-barlinkagedesign.Themechanicalprinciples,mechanicaldesign,mechanicaldrawingaseriesoflearningthetheoreticalbasis,togetherwithsomeothersimilarconveyorstructuretounderstand,andbylookingformoreinformationonprogramdesign,andthroughcomputergraphics,intuitivedepictionofthestructureandworkingprincipleofstepperconveyor.Stepconveyorofthisproductionmachinerydesignasagraduatedesigntopics,tocultivatetheabilityofthemechanicaldesignoftheoveralldesign,thedesignofmechanicalprinciples,theUniversitymovementanddynamicsanalysis,mechanicalthecontentsofthecomponentdesigntheory,methods,structureandprocessdesigncombinesintegrateddesignpractice,training,closertotheactualcontact,aswellastheabilitytosolvepracticalengineeringproblemsindependently.Italsoenhancesthemechanicalconceptualdesignandinnovativedesigncapabilities.Keywords:Steppingtransportation,Four-barlinkage,Reducer目录TOC\o"1-2"\h\z\u1绪论1输送机的历史11.2输送机的分类21.3开展趋势32总体方案设计32.1课题的设计要求与主要技术参数32.2研究方案43执行装置的设计63.1总摩擦力的计算63.2输送总长的计算63.3机架的设计63.4平面四连杆机构的设计84传动装置的设计194.1电动机的选择194.2传动比确实定194.3各轴的转速计算204.4各轴的输入功率204.5各轴的输入转矩204.6蜗轮蜗杆减速器的设计214.7蜗杆轴的设计264.8蜗轮轴的设计304.9箱体的设计34传动机构的设计354.11高速轴的设计404.12低速轴的设计455三维建模496结论52参考文献53致谢541绪论步进输送机是输送机的其中一种，输送机可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。早在中国的古代，人们为了方便劳作就创造出了提水的翻车，可以说这是现代输送机的雏形[1]。输送机的原理应用，在十七世纪时也有记载，人们利用空中索道来运送散状的物料。输送机的类似原理应用一直持续到了19世纪。19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。1868年，在英国出现了带式输送机；随着工业的开展，动力设备出现，它们代替了原始动力为输送机提供驱动力，各种结构的输送机相继出现了[2]。输送机在十九世纪八十年代后期得到了快速开展，各种输送机在这段时间里相继出现。1887年美国人制造出了螺旋输送机，1905年瑞士人生产处了钢带式输送机。此后不到一年，英国人和德国人又推出了惯性输送机。输送机随着工业的开展而进步，进入二十世纪以后，机械制造、钢铁冶金等行业的技术不断提高，输送机产品也得到了逐步的完善，企业内部、企业之间乃至城际输送成为可能，输送机本身也在工业生产中扮演着越来越重要的角色，成为工业生产不可或缺的一局部。国外输送机技术的开展很快，其主要表现在两个方面：一方面是输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角的输送机、管状带式输送机、空间转弯式输送机等各种机型；另一方面是输送机本身的技术与装备有了巨大的开展，尤其是长距离、大运量、高速等大型输送机已成为开展的主要方向，其核心技术是开发应用于了输送机动态分析与监控技术，提高了输送机的运行性能和可靠性。例如北非撒哈拉大沙漠的磷矿石运输采用10台钢丝绳芯胶带输送机组成输送线，远距达100km；美国的河湖输送线长达169km；西德的莱茵褐煤矿山公司费尔图纳露天煤矿使用的是目前世界上带宽最宽，运输能力最大的胶带输送机，其带宽达，每小时输送能力达1.6万吨。而我国生产的输送机的水平也有很大的提高，如大倾角的长距离带式输送机成套设备，高产、高效工作面平巷可伸缩带式输送机均填补了一些国内的空白，并对输送机的一些关键技术及其主要部件进行了理论研究和产品开发，研究成功了许多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。我国正在通过不断的努力，缩小着与国外先进水平的差距。1.2输送机的分类输送机一般按有无牵引件来进行分类，具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等[3]。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。步进输送机与其他输送机相比，不仅具有输送方便、省力、高效等其他输送机都有的特点之外，最显著特点是当物件在运输的过程中可以有规律的间歇的停止一段时间，这段时间内工人可以对物件进行加工、清洗等等简单的工序，是一种如今较为广泛运用的加工机械。1.3开展趋势〔1〕会继续向大型化开展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。〔2〕扩大使用范围。开展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。〔3〕输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。〔4〕降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。〔5〕减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。2总体方案设计2.1课题的设计要求与主要技术参数〔1〕输送工件形状和尺寸如下图，工件宽为400mm，长为300mm，总高100mm，工件质量为80kg，输送步长H=850mm,允许误差±。图2-1输送工件外形图〔2〕辊道上允许输送工件最多为8件。工件底面与辊道间的摩擦系数为0.15〔当量值〕，输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数可取为0.15。〔3〕滑架工作往复次数为30次/分,要求保证输送速度尽可能均匀，行程速度变化系数K≥1.2。2.2研究方案我设计的是步进输送机，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，可以进行生产线上产品的步进输送，其运动平稳，并能适应一定重量的工件输送，是一种被广泛应用于生产的输送设备。设计方案图如下图2-2机器结构简图如图步进输送机主要包括电动机、减速器、齿轮传动、平面连杆机构、滑架、挡块以及辊道。本机器设计的目的是为了输送工件。从结构简图可以看出本次课题主要计算是四连杆、减速器以及一对开式外啮合齿轮。工作原理如下：步进式输送机的步进式输送机的原理分解电动机转动，通过减速器带动平面连杆机构运动连杆机构带动滑架右运动，挡块推开工件左端移开工件滑架返回，挡块滑过工件底面，回到起始点从而实现对工件的步进输送。图2-3工作原理图3执行装置的设计3.1总摩擦力的计算〔3-1〕因为最多能运输8件货物，所以滑架的质量是240kg〔3-2〕〔3-3〕3.2输送总长的计算〔3-4〕输送总长需要大于等于滑架上共有8个滑块，间距850mm，为了保证滑块在推开工件前保持推程状态，行程应比输送步长大20mm左右，即滑架在起始位置时滑块离第一个工件左端20mm，所以滑架行程为870mm。3.3机架的设计横向机架：长1772mm，宽70mm，高80mm。竖直机架：长960mm，宽70mm，高80mm。机器总宽：808mm输送架：长6094mm，间隔滑块间隔：376mm。图3-1支撑架图3-2滑块图3-3滑架连接轴图3-4辊道3.4平面四连杆机构的设计平面四杆机构的根本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的根底上通过演化而成的。由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如下图，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。如果连架杆能绕轴线作360o的回转运动，称为曲柄；假设只能在某一角度(小于360°)内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种根本型式。(1)曲柄摇杆机构[4]定义：在铰链四杆机构中，假设两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。(2)双曲柄机构定义：铰链四杆机构中，假设两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构[5]。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。(3)双摇杆机构定义：铰链四杆机构中，假设两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构，当CD摇杆摆动时，连杆BC上悬挂重物的点M近似水平直线移动。根据课题，我需要的是曲柄摇杆机构。选定摆杆摆角初选摆角应该在40°~50°之间，所以取50°[6]，滑架行程为870mm，如下图，可由正弦定理算出摆杆长度图3-5求摆杆长简图〔3-5〕行程速度变化系数K≥1.2，所以〔3-6〕根据作图法求出各杆长度DE长1030mm，CD=〔0.6~0.7〕DE，EF=〔0.2~0.3〕DE×1030mm=618mm×1030mm=309mm图3-6作图法求四连杆杆长根据作图法算出：BC=732mm，AB=240mm，AD=750mm。校核最小传动角：在机构运动过程中，传动角的大小是不停变换的，为了保证机构的传动性能要求设计是应使，传递力矩较大时，应使。〔3-7〕所以满足最小传动角的要求。自由度自由度为1，有唯一确定的运动。求曲柄摇杆各支点速度与加速度往复次数为30次/分，所以(3-8)方向垂直于AB，与转向一致[7]。因为C和B同为杆件BC上，所以，可以用图解法画出，图3-7速度图解法速度比例尺可以定为〔3-9〕那么〔3-10〕因为E和C都在杆件DE上所以角速度相同，那么〔3-11〕〔3-12〕所以由图得〔3-13〕〔3-14〕加速度〔3-15〕方向B指向A。(3-16)表3-1ac方向C到D⊥CDB到AC到B⊥CB大小？√？可以用图解法画出：图3-8图解法求加速度由图可定加速度比例尺(3-17)由图可知，〔3-18〕因为E和C都在杆件DE上，所以(3-19)表3-2af参数方向水平向右√F→E⊥FE大小？√？当四连杆摆动到中间位置时加速度最大，那么(3-20)计算各杆的质量和转动惯量因为各杆都是拉压杆，要求力学的综合性能较高，所以选用45号钢，查表等45号钢的密度为[8]，各杆除了杆BC外，惯性力都可作用在机架上，在力分析时可以忽略不计。表3-3各杆根本参数杆件长度〔m〕面积〔〕质量〔kg〕转动惯量〔〕6×77×8续表3-3杆件长度〔m〕面积〔〕质量〔kg〕转动惯量〔〕××杆件BC上的惯性力和惯性力矩：各杆件的受力分析杆EF，如图：图3-9EF杆受力分析图Fr与EF杆夹角为30°如图可以得出(3-21)对F点取矩得：(3-22)对E点取矩得：(3-23)图3-10力的矢量图由矢量图可测得：杆ED和BC视为一个整体进行分析。如图：图3-11ED杆和BC杆受力图对B点取矩得：再将杆件ED单独拿出进行分析图3-12ED杆受力分析图图3-13BC杆受力分析图杆AB分析图3-14AB杆受力分析图所以功率为(3-24)各杆的校核表3-4杆件材料的质量系数材料〕EGPa45600350167800206〔1〕截面尺寸校核：根据上面各轴之间力的计算可以知道各杆所受的外力，根据强度条件可以确定所需要的横截面面积[9]。(3-25)其中许用应力，式中平安系数S=1.3，所以(3-26)杆BC：所以故之前选的横截面面积合理杆EF：所以故之前选的横截面面积合理杆DE：所以故之前选的横截面面积合理杆AB：所以故之前选的横截面面积合理〔2〕剪切强度的计算根据受力情况来看，销轴上主要受剪切力的作用。在工程力学计算中，通常都假设剪切面上的剪应力都是均匀分布的。剪切面上的剪应力不得超过连接件上的许用剪应力，即要求，(3-27)杆EF：杆DE：杆BC：杆AB：所以符合要求。〔3〕稳定性的校核当作用在细长杆上的轴向力到达或超过一定的限度的时候，杆件可能会突然产生弯曲，即失稳现象。因此，对于轴向受压杆件，应该考虑他的稳定问题。杆EF：(3-28)45钢的屈服应力为350MPa，所以杆的压缩屈服所需的轴向压力为，一般中等冲击条件，所以(3-29)所以稳定性满足。杆DE：;杆BC：;杆AB：所以都满足要求4传动装置的设计4.1电动机的选择传动装置的效率为[10]：所以传动装置的总效率为(4-1)所以电动机功率为电机的种类有许多种，我想选用三相异步电机。三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组〔有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构〕。定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜〔即异步转柜〕，使电动机旋转。我准备选择Y2系列电动机，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。具有设计新颖、造型美观、噪声低、效率高、转矩高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等特点。整机采用F级绝缘，且按国际惯例的绝缘结构评定方法设计，从而大大提高了整机平安可靠性[11]。根据功率要求，选择电动机型号为表4-1Y90S-4型电动机参数电动机型号额定功率(KW)电动机转速〔r/min〕额定转矩同步转速满载转速Y90S-4150014004.2传动比确实定根据电机满载转速和输出端转速可以得到总传动比为(4-2)蜗杆传动的一般传动比i=10~40，所以我取i=20，那么齿轮局部传动比为(4-3)4.3各轴的转速计算第一根轴的转速：(4-4)第二根轴的转速：第三根轴的转速：第四根轴的转速：4.4各轴的输入功率第一根轴的输入功率：(4-5)第二根轴的输入功率：第三根轴的输入功率：第四根轴的输入功率：4.5各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩：(4-6)第一根轴的输入转矩：第二根轴的输入转矩：第三根轴的输入转矩：第四根轴的输入转矩：将上面的结果填入表格表4-2各轴主要数据表轴名功率〔KW〕转速r/min转矩传动比效率电动机轴140011第一根轴〔蜗杆〕8914007.4319第二根轴〔蜗轮轴〕702200.735第三根轴〔高速轴〕7071第四根轴〔低速轴〕453026044.6蜗轮蜗杆减速器的设计减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比拟不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成〔1〕齿轮、轴及轴承组合〔2〕箱体〔3〕减速器附件常见减速器的种类有：〔1〕蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。〔2〕谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比拟差。输入转速不能太高。〔3〕行星减速器其优点是结构比拟紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。减速器:简言之，一般机器的功率在设计并制造出来后，其额定功率就不在改变，这时，速度越大，那么扭矩〔或扭力〕越小；速度越小，那么扭力越大。根据本课题的需要，我将选择涡轮蜗杆减速器。4选择蜗杆精度、类型、材料因为是步进输送机，所以其工作载荷较稳定，中等冲击，工作时间为每天8小时，工作寿命为10年〔每年工作日300天〕。根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆〔ZI〕，考虑到蜗杆传动功率不大，故采用45钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属摸制造。[12]4.6.2传动中心距(4-7)〔1〕确定作用在蜗轮上的转矩〔2〕确定载荷系数K因为工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数，由表11-5选取使用系数，由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数，那么：(4-8)〔3〕确定弹性影响系数因为选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故〔4〕确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值，那么从图11-18中可查得〔5〕确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可从表11-7中查得蜗轮的根本许用应力应力循环次数(4-9)寿命系数(4-10)那么(4-11)〔6〕计算中心距a取125cm，那么根据表11-2的根本参数可以选取，模数m=5，蜗杆分度圆直径，这时，从图11-18中可查得接触系数，因此以上计算结果可用。表4-3蜗轮蜗杆参数表中心距a/mm模数m/mm分度圆直径/mm蜗杆头数直径系数q分度圆导程角蜗轮齿数变位系数125550125021011°18414.6〔1〕蜗杆轴向齿距(4-12)直径系数q=10齿顶圆直径〔4-13〕齿根圆直径〔4-14〕分度圆导程角蜗杆轴向齿厚〔4-15〕〔2〕蜗轮蜗轮齿数，变位系数，验证传动比，这时的传动比误差为是允许的，所以之前的数据可行。蜗轮分度圆直径〔4-16〕蜗轮喉圆直径〔4-17〕蜗轮齿根圆直径〔4-18〕蜗轮咽喉母圆半径〔4-19〕顶圆直径〔4-20〕4.6〔4-21〕当量齿数〔4-22〕根据螺旋角系数〔4-23〕许用弯曲应力〔4-24〕从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用弯曲应力。寿命系数〔4-25〕所以弯曲强度是满足的。4.6〔4-26〕〔4-27〕从表11-18中用插值法查得，代入式中得大于原本的5，所以可行。4.6考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8fGB/T100891988。4.7蜗杆轴的设计〔1〕初步确定蜗杆轴的最小直径，选取45钢，调质处理，根据表15-3取，于是得[13]最小直径是安装联轴器的。为了是所选的轴的直径，为了与其相配，需要选择与其孔径相适应的联轴器，联轴器的计算转矩为，查表14-1得，所以〔4-28〕按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册选用LT2型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为16000，半联轴器的孔径，故取，。〔2〕轴的结构设计1〕为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2段的右端需要制出一轴肩，故取。2〕初步选择角接触球轴承。根据，可以选择型号7305C，其根本尺寸数值为，故，。3〕段为蜗杆，因为变为系数，所以蜗杆齿宽，把的数据代入，又因为m<10mm，所以，所以，且蜗杆齿顶高，而蜗杆的齿根直径为。4〕轴承端盖总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端的间距为30mm，故。5〕因为蜗杆和蜗轮啮合，蜗轮的顶圆直径所以取，蜗轮顶圆直径距离箱体内壁距离a=16mm，所以蜗杆左端距离箱体内壁距离为，所以，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，去s=8mm，，，，表4-4蜗杆轴参数轴名〔蜗杆轴〕直径(mm)长度(mm)123219502562325060/387832602526图4-1蜗杆简图〔3〕轴上零件的轴向定位联轴器与轴的轴向定位采用平键连接，根据轴段的数据查表6-1的平键截面为，配合为。〔4〕校核1〕求轴上的载荷对于角接触球轴承，型号7305C，其根本尺寸数值为，所以作为简支梁的轴的支跨距为L1=126.76mm，L2=106.24mm，L3=作用在蜗杆处的力为：〔4-29〕那么支反力F为〔水平面〕：对D点取距：〔4-30〕对B点取距：〔垂直面〕对D点取距：〔4-31〕对B点取距：那么最后对C点取距〔4-32〕〔4-33〕所以〔4-34〕所以按弯扭合成应力结果为：〔4-35〕式中因为轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故a取0.6，因为轴的材料为45钢，所以查表得，因此，故平安。2〕键的校核平键截面为，〔4-36〕故平安。3〕轴承的校核角接触球轴承，型号7305C，〔4-37〕〔4-38〕其中〔4-39〕所以合理。图4-2弯、扭矩图4.8蜗轮轴的设计〔1〕初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理，根据根据表15-3取，于是得，此需要安装一个联轴器，联轴器的计算转矩为，查表14-1得，所以按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册选取WH5型滑块式联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径为d=28mm，所以，。〔2〕轴结构设计1〕为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2的左边需要制出一轴肩，所以。2〕初步选择角接触球轴承，根据，可以选择型号7208C，其根本尺寸为，故，。左端的滚动轴承采用轴肩定位，h=6mm，所以。3〕取安装蜗轮处的直径为，蜗轮的右端与轴承之间采用套筒定位。蜗轮的宽度为，所以最宽局部为55mm，所以，蜗轮的左端需要用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，所以轴环处，轴环宽度b>1.4h，那么取。4〕轴承端盖总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端的间距为30mm，故。5〕因为蜗杆的齿顶高为60mm，蜗轮最宽处直径为55mm，所以中选蜗轮最宽处需要距离箱体内壁距离16mm时，蜗杆也不会碰到内壁，所以合理。所以，。表4-5蜗轮轴参数蜗轮轴直径〔mm〕长度〔mm〕2860355040534651561052184029图4-3蜗轮轴简图〔3〕轴上零件的周向定位蜗轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接，根据，查表可以选择平键的参数为，配合为，半联轴器处可选，配合为。〔4〕校核1〕角接触球轴承，可以选择型号7208C，其根本尺寸为，所以作为简支梁的支撑跨距为L1=，L2=78mm，L3=。从设计中可以看出危险截面在B处的蜗轮处。所以要计算出截面B处的的值。，对C点取矩〔水平面〕对A点取矩：垂直面对A点取矩：对C点取矩：那么最后对B点取距所以所以按弯扭合成应力结果为：式中因为轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故a取0.6，因为轴的材料为45钢，所以查表得，因此，故平安。2〕键的校核平键截面为，故平安。3〕轴承的校核角接触球轴承，型号7208C，根本额定载荷36.8KN。其中，故平安。图4-4弯、扭矩图4.9箱体的设计表4-6箱体参数名称符号数值箱座壁厚8mm箱盖壁厚8mm箱座凸缘厚度b12mm箱盖凸缘厚度12mm箱底座凸缘厚度20mm地脚螺栓直径20mm地脚螺栓数目n4轴承旁连接螺栓直径10箱盖与箱座连接螺栓直径12连接螺栓d2的间距l315轴承盖螺钉直径6视孔盖螺钉直径6mm定位销直径d6至外箱壁距离52至凸缘边缘距离24mm凸台高度h51mm至外箱壁距离10mm蜗轮外圆距离箱体内壁距离16mm蜗杆齿顶距离箱体内壁距离27轴承端盖外径D2128mm4.10传动机构的设计〔1〕带传动带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确〔滑动率在2%以下〕；同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等[14]。〔2〕链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；本钱高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。〔3〕螺旋传动螺旋传动利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。〔4〕齿轮传动齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。〔5〕蜗轮蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆[15]。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，假设蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。在这些传动机构中我想选用齿轮传动，其优点是适用的圆周速度和功率范围广；传动比准确、稳定、效率高。工作可靠性高、寿命长，可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。相比之下，带传动具有弹性滑动，不能保证恒定的传动比，外形轮廓过于庞大，结构不够紧凑，带的寿命短，需要经常更换，十分不便。链传动虽然传递的功率很大效率也高，但是会产生动载荷和冲击，无过载保护作用，磨损后容易脱落。螺杆传动那么是因为结构较为复杂，尺寸较大，制造技术要求较高，所以制造的本钱太高。蜗轮蜗杆传动轴向力大、易发热、效率低，只能单向传动。所以选择齿轮传动较为合理。图4-5传动简图4选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数〔1〕选用直齿圆柱齿轮传动,〔2〕此输送机为一般工作机器，速度不高，应选用7级精度〔GB10095—88〕〔3〕材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr〔调质〕，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢〔调质〕硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。〔4〕选择小齿轮齿数，大齿轮齿数4.10由公式〔4-40〕〔1〕确定公式内的各计算数值1〕试选载荷系数2〕计算小齿轮传递的转矩3〕由表10-7选取齿宽系数4〕由表10-6查得材料的弹性影响系数5〕由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限6〕计算应力循环次数〔4-41〕7〕由图10-19取接触疲劳寿命系数8〕计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，平安系数S=1，得〔4-42〕〔2〕计算1〕试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2〕计算圆周速度v〔4-43〕3〕计算齿宽b(4-44)4〕计算齿宽和齿高之比模数(4-45)齿高(4-46)5〕计算载荷系数根据v=0.622m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时由，查得图10-13得，故载荷系数为(4-47)6〕按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径〔4-48〕7〕计算模数m4.10由公式〔4-49〕〔1〕确定公式内给计算数值1〕由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限N为2〕由图10-18去弯曲疲劳寿命系数3〕计算弯曲疲劳许用应力。去弯曲疲劳平安系数S=1.4，那么可以得到〔4-50〕4〕计算载荷系数K。〔4-51〕5〕查取齿形系数由表10-5查得6〕查取应力校正系数由表10-5查得7〕计算大、小齿轮的并加以比拟〔4-52〕大齿轮的数值大〔2〕设计计算比照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数就近取整数3。按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数：大齿轮齿数，这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，防止浪费。4.〔1〕计算分度圆直径〔4-53〕〔2〕计算中心距〔4-54〕〔3〕计算齿轮宽度所以选取小齿轮齿顶圆直径为184mm，齿根圆直径为175大齿轮齿顶圆直径为427mm，齿根圆直径为4184.11高速轴的设计〔1〕初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取，于是得轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了与其相配，需要选择与其孔径相适应的联轴器，联轴器的计算转矩为，查表14-1得，那么按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计课程设计一书后可以选用WH5型联轴器，其公称转矩为280000N﹒mm，半联轴器的孔径故，半联轴器轴孔长度L=62mm，所以轴的长度为〔2〕轴的结构设计1〕为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段的右边需要制出一轴肩，故取轴2-3段的直径为2〕初步选择滚动轴承，因为同时承受径向力和轴向力的作用，所以选用单列圆锥滚子轴承，根据，初步选择30208，尺寸，那么可以知道轴，所以轴3〕取安装齿轮处的直径为，齿轮的左端与左轴承之间采用轴套定位，为了使轴套可以紧压齿轮，所以轴的长度应略短于齿轮宽度，齿宽为，所以轴段的长度为×，那么轴环处直径为，轴环宽度b>1.4h，那么b>7，那么。4〕因为轴承需要安装在一固定挡板内，此固定挡板的厚度为30mm，所以轴，。表4-7高速轴参数轴名〔高速轴〕直径mm长度mm28603573407047121552050304030图4-6高速轴简图〔3〕轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-1查得平键界面可以为，键槽用键槽铣刀加工，长为l=110mm，同时为了保证齿轮和轴配合有良好的对中性。同样，半联轴器与轴的连接，选用平键。〔4〕校核1)对于30208型圆锥滚子轴承，由手册查得a=17mm，因为安装齿轮处为危险截面，所以需要对这个截面进行强度校核，而且作为简支梁的轴L1=162mm，L2=101mm，L3=141mm作用在齿轮处的力为那么支反力F为〔水平面〕：对D点取距：对B点取距：垂直面对D点取距：对B点取距：对C点取矩:所以所以按弯扭合成应力结果为：式中因为轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故a取0.6，因为轴的材料为45钢，所以查表得，因此，故平安。2〕键的校核查得键的标准是，故平安。3〕轴承的校核30208型圆锥滚子轴承,根本额定载荷63KN。所以合理。图4-7弯、扭矩图4.12低速轴的设计〔1〕初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取，于是得此段因为直接与四连杆相连，所以就就近取整数直径，长度为〔2〕轴的设计在1-2段右边需要制出一轴肩，所以，此段需要安装轴承，根据直径可以选择单列圆锥滚子轴承，轴承代号30211，尺寸。取安装齿轮处的直径为，由于齿宽，所以此段的轴的长度应略短于齿轮宽度，故取，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，那么轴环处的直径为，轴环宽度为b>1.4h，那么b>7，所以。因为通过查手册得30211轴承的定位轴肩高h=6mm，所以轴，因为轴的2-3段和6-7段需要安装固定挡板，固定挡板厚度为30mm，所以表4-8低速轴参数轴名〔低速轴〕直径mm长度mm5060558262116721666325536图4-8低速轴简图〔3〕轴上零件的周向定位齿轮、四连杆与轴的周向定位均采用平键连接，按的直径参数查表6-1得选用平键截面为，同样与四连杆连接处，选用，并在轴心处开一个M12的内螺纹孔。〔4〕轴的校核1〕对于30211型圆锥滚子轴承，由手册查得a=21mm，因此安装齿轮处为危险截面，需要对这个截面进行校核。L1=110mm，L2=92mm，L3=作用在齿轮处的力为那么支反力F为〔水平面〕：对D点取距：对B点取距：垂直面对D点取距：对B点取距：对C点取矩:所以所以按弯扭合成应力结果为：式中因为轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故a取0.6，因为轴的材料为45钢，所以查表得，因此，故平安。2〕键的校核平键截面为，故平安。3〕轴承的校核30211型圆锥滚子轴承，根本额定载荷KN所以合理。图4-9弯、扭矩图5三维建模Solidworks是由美国SolidWorks公司开发的三维机械CAD软件，问世于1995年。因其强大的功能、易用性和创新性，在于同类软件的竞争中逐步确立了市场地位。SolidWorks提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳、特征阵列以及打孔等操作实现产品的设计，方便地添加特征、更改特征以及将特征重新排列，对特征和草图进行动态修改，并通过拖拽等方式实现实时设计修改。在进行装配设计时，可以直接参考其他零件并保持这种参考关系生成新零件可以动态装配体的所有运动，并对运动零部件进行动态的干预检查和间隙检查，还可以应用智能零件技术自动完成重复设计，运用智能化装配技术完成自动捕捉并定义装配关系。在进行工程图设计时，可以自动生成详细，准确的工程图样，且这种工程图样是全相关的，即在修改图样时，三维模型，各个视图，装配体都会自动进行更新。SolidWorks还提供了功能强大的全相关的钣金设计和模具设计能力，以及开放的二次开发工具。因为我首先要先设计零部件，之后通过装配将零部件组装成步进输送机，每个零部件我都会经过绘制草图、拉伸等等一系列的操作，最终形成我想要的零部件。所有零部件建模完成后，通过装配操作将他们组合装配起来，已完成步进输送机的三维建模。图5-1步进输送机总图图5-2步进输送机左视图〔局部〕图5-3步进输送机右视图〔局部〕图5-4输送