机械原理课程设计——步进式送料机

机械原理课程设计

说明书

设计题目：步进式送料机

学院：机械工程学院

班级：09机制四班

姓名：宋海龙

指导教师：苏和平

日期：2011/12/04

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

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

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

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：

输出构件每分钟循环运动的次数为：60/（2+4）=10次

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

⑴系统总传动比 i=（960·2л/60）X（60/10·2л）=96

⑵曲柄连杆机构杆件尺寸

E1E2=400mm EE’’=50mm w2=2*3.14*10/60=1.05rad/s

K=(180。+θ)/ (180。—θ)=t1 /t2=2

=>θ=60。

E1E22=AE12+AE22-2AE1AE2cos60。

AE1=2BC-AB AE 2=2BC+AB

4BC2+3AB2=E1E22

DE-DE’’=EE’’

DE’’=(AE’’2-AD’’2)1/2 DE=(BE2-BD2)1/2

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（u v = 0.0021 m/s/mm）

V E= V B + V EB;

V B =ω2·AB=1.05*0.08=0.084 m/s

V E=0.0021*pb=0.0021*40=0.1115m/s

(4)输出点在E’是的加速度（u a = 0.00105 m/s2 /mm）

a E’= a n B+ a t B+ a n E’B+ a t E’B

其中a t B = 0, a n EB = 0, a n B =ω22 *AB=1.05^2*0.008=0.0693 m/s2 a E’=0.00105*p’a’=0.00105*83=0.07349m/s2

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

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