步進(jìn)送料機(jī)設(shè)計(jì)說明書

1、. v機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)送料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：院系：機(jī)械工程系專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 2013 級(jí)鐵道車輛 2 班姓名：姓名：賴鑫學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：20137562指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：何俊西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū). v目錄第第 1 1 章步進(jìn)送料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案擬定章步進(jìn)送料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案擬定 3 31.1 功能分析 31.2 步進(jìn)送料機(jī)原理設(shè)計(jì) 31.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 31.4 設(shè)計(jì)提示 31.5 設(shè)計(jì)思路 31.6 輸送方案 131.7 輸送方案 231.8 輸送方案 331.9 方案評(píng)選 3第二章機(jī)構(gòu)尺寸綜合及機(jī)構(gòu)仿真第二章機(jī)構(gòu)尺寸綜

2、合及機(jī)構(gòu)仿真 3 32.1 運(yùn)動(dòng)軌跡分析 32.2 桿長(zhǎng)綜合 32.3 桿長(zhǎng)檢驗(yàn)及仿真運(yùn)動(dòng)軌跡 32.4 機(jī)構(gòu)仿真 32.5 運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，速度，位移，加速度圖以及運(yùn)動(dòng)分析 3第三章動(dòng)力傳動(dòng)綜合第三章動(dòng)力傳動(dòng)綜合 3 33.1 工作原理 33.2 傳動(dòng)比與減速箱齒輪設(shè)計(jì) 33.3 電機(jī)選擇 3第四章第四章 PROEPROE 三維建模及幾何尺寸三維建模及幾何尺寸 3 3第五章實(shí)物搭建第五章實(shí)物搭建 3 3第六章設(shè)計(jì)總結(jié)第六章設(shè)計(jì)總結(jié) 3 3九、參考資料九、參考資料- - 3 3 - -. v第 1 章步進(jìn)送料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案擬定1.1 功能分析為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)送料機(jī)輸送工件的任務(wù)，輸送

3、架的運(yùn)動(dòng)功能可分解為兩種工藝動(dòng)作：1、輸送架送料過程，輸送架往前水平移動(dòng)，移動(dòng) a 距離，耗時(shí)，即工件動(dòng)的時(shí)間為1t。1t2、輸送架回程，輸送架往前水平移動(dòng) a 距離后，回到前的狀態(tài)，這時(shí)輸送架要進(jìn)行1t水平往后運(yùn)動(dòng)行程示意圖豎直方向上的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，以滿足設(shè)計(jì)要求的回程曲線，耗時(shí)，即工件停的時(shí)間為.2t2tt1=2s,t2=4 s；即速比系數(shù) K=t2/t1=2；因?yàn)?；由此可知極限夾角 =600；22412ttK1.2 步進(jìn)送料機(jī)原理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)某自動(dòng)生產(chǎn)線的一部分步進(jìn)送料機(jī)。如圖 1 所示，加工過程要求若干個(gè)相同的被輸送的工件間隔相等的距離 a，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動(dòng)，即每個(gè)零件耗時(shí) t1移動(dòng)距

4、離a 后間歇時(shí)間 t2?？紤]到動(dòng)停時(shí)間之比 K=t1/t2之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機(jī)構(gòu)，而應(yīng)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。圖 1.1 步進(jìn)送料機(jī)具體設(shè)計(jì)要求為：具體設(shè)計(jì)要求為：1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，即必須有曲柄。. v2、輸送架平動(dòng)，其上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為虛線所示閉合曲線（以下將該曲線簡(jiǎn)稱為軌跡曲線） 。3、軌跡曲線的 AB 段為近似的水平直線段，其長(zhǎng)度為 a，允差c（這段對(duì)應(yīng)于工件的移動(dòng)） ；軌跡曲線的 CDE 段的最高點(diǎn)低于直線段 AB 的距離至少為 b，以免零件停歇時(shí)受到輸送架的不應(yīng)有的回碰。有關(guān)數(shù)據(jù)見下表4、在設(shè)計(jì)圖中繪出機(jī)構(gòu)的四個(gè)位置，AB 段和 CDE

5、 段各繪出兩個(gè)位。需注明機(jī)構(gòu)的全部幾何尺寸。A（mm）C（mm）b（mm）t1（S）t2（S）4002050241.3 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 至少提出兩種運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)行方案分析評(píng)比，選出一種運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；2. 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3. 圖紙上畫出步進(jìn)送料機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4. 對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；驗(yàn)證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設(shè)計(jì)要求；求出機(jī)構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖。5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。6. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說

6、明書，其中應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模型建立過程以及效果分析等。7. 在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。. v1.4 設(shè)計(jì)提示1. 由于設(shè)計(jì)要求構(gòu)件實(shí)現(xiàn)軌跡復(fù)雜并且封閉的曲線，所以輸出構(gòu)件采用連桿機(jī)構(gòu)中的連桿比較合適。2. 由于對(duì)輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有嚴(yán)格的要求，可以在電機(jī)輸出端先采用齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速。如果再加一級(jí)蝸桿蝸輪減速，會(huì)使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。3. 由于輸出構(gòu)件尺寸較大，為提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，可以考慮采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)（虛約束） 。1.5 設(shè)計(jì)思路連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：1）其運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤(rùn)滑好，磨損小，加工制造容易

7、，且連桿機(jī)構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對(duì)保證機(jī)構(gòu)的可靠性有利。2）在連桿機(jī)構(gòu)中，在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，可用改變各機(jī)構(gòu)的相對(duì)長(zhǎng)度來使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3）在連桿機(jī)構(gòu)中，在連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同的形狀的曲線，其形狀隨著各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來滿足一些特定的工作需要。利用連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向，擴(kuò)大行程，實(shí)現(xiàn)增力和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等目的。圖 1.2 連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：齒輪機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它依靠輪齒齒廓直接接觸來傳. v遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有傳遞功率圍大，傳動(dòng)功率高，傳動(dòng)

8、比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。圖 1.3 齒輪機(jī)構(gòu)考慮到動(dòng)停時(shí)間之比 K=t1/t2 之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機(jī)構(gòu)，故采用應(yīng)平面連桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。1.6 輸送方案 1把需要實(shí)現(xiàn)的走行軌跡做成槽形凸輪固定在機(jī)架上，有主動(dòng)件曲柄帶動(dòng)輸送架左右往返運(yùn)動(dòng)，輸送架在左右往返的同時(shí)由滾子沿著槽形凸輪軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸送架對(duì)被輸送物品的間歇?jiǎng)油］斔凸δ?。如圖所示。方案 1 圖例1.7 輸送方案 2送料爪的動(dòng)作時(shí)是通過 “搖桿”的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過搖桿外伸端的點(diǎn)循環(huán)擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)送料。但是外伸端的承載較差,且只有當(dāng)搖桿足夠長(zhǎng)時(shí)，才能使輸送工件的軌跡 A

9、B 近似為直線1.8 輸送方案 3這是由曲柄遙桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，主動(dòng)件遙桿整周回轉(zhuǎn)通過三角形的連桿于擺桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，三角形連桿的一端帶動(dòng)輸送架運(yùn)動(dòng)。為了增加機(jī)構(gòu)的剛度，改善受力，保持傳動(dòng)的可靠性，選用兩幅曲柄遙機(jī)構(gòu)。1.9 方案評(píng)選方案 1 與方案 3 都有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，桿件由轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸接，耐磨潤(rùn)滑好承載力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn). v單加工制造容易。并且可以通過更改桿長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)多種軌跡多種輸送行程的輸送動(dòng)作。方案 1 種存在槽形凸輪導(dǎo)路，槽形凸輪導(dǎo)路能精確實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，卻導(dǎo)致在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路線的計(jì)算時(shí)非常復(fù)雜，而且滾子易磨損，產(chǎn)生很大的噪聲，構(gòu)件會(huì)損壞的非?？臁ｈb于題目要求耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪和凸

10、輪。方案 3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)副少，桿件計(jì)算相對(duì)方案 1 簡(jiǎn)單。綜上所述，選擇方案 3。. v第二章機(jī)構(gòu)尺寸綜合及機(jī)構(gòu)仿真2.1 運(yùn)動(dòng)軌跡分析由題意可知，步進(jìn)送料機(jī)需要實(shí)現(xiàn)間歇送料作業(yè)，輸送時(shí)間 t1=2s，回程時(shí)間 t2=4s，動(dòng)停比 K=t1/t2=1/2。輸送軌跡 AB 長(zhǎng)度為 400mm 加減 20mm 的直線，避免輸送架在回程對(duì)被輸送物的不良回碰 BC 的高度大于 50mm，可以大致得到步進(jìn)輸送機(jī)輸送架需要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)軌跡大如圖所示。運(yùn)動(dòng)軌跡分析圖2.2 桿長(zhǎng)綜合K=1/2 = 1800 * ( K - 1 ) / ( K + 1 ) = 1800 * ( 0.5- 1 ) / (0.5

11、 + 1 ) =-600001200輸送架輸送工件 a，耗時(shí) t1。12003600輸送架回程運(yùn)動(dòng)，耗時(shí) t2。該機(jī)構(gòu)的極位夾角為 =60。曲柄從開始的 0 120是輸送架走過工作行程 a 的角度。此時(shí)我們可以用試湊法來求解各個(gè)桿長(zhǎng)。先定一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)部分的長(zhǎng) a=EE=400 的水平距離，E,E位置出現(xiàn)極位夾角，E 到 EE距離 50，在 E,E.E 位置是運(yùn)動(dòng)軌跡上的點(diǎn)，通過 proe 軟件輔助做圖解法與試湊法，多次計(jì)算求得合適的 AB 的長(zhǎng)度和三角形 BCE 邊長(zhǎng)，便可以連接 B,B,B ，和C,C,C 確定 A 和 D 的位置。求得結(jié)果如圖所示. v桿長(zhǎng)綜合結(jié)果圖最終尺寸確定為：AB=9

12、8.48,mmBC=550mmBE=EC=300mmCD=1043mmAD=592.77mm 2.3 桿長(zhǎng)檢驗(yàn)及仿真運(yùn)動(dòng)軌跡因?yàn)?AB 是曲柄是最短桿，且有符合格拉霍夫定理：ABCDBCAD98.48+1043592.77+550。在 simpack 仿真后是可以動(dòng)的。并且通過 matlab 做的運(yùn)動(dòng)軌跡。模型中選擇機(jī)構(gòu)圖示中紅色圈 1 處為標(biāo)志點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行軌跡跟蹤，得到如圖所示運(yùn)動(dòng)軌跡，因?yàn)檩斔图艿陌惭b點(diǎn)就在 1 處，所以，1 處的運(yùn)動(dòng)軌跡就是輸送架的運(yùn)動(dòng)軌跡。圖 2 運(yùn)動(dòng)軌跡中，滿足 AB 段近似直線，水平位移，經(jīng)過測(cè)量，最寬處為 400mm 多一點(diǎn)，(水平移動(dòng)距離在題中是允許加減 20m

13、m 誤差的)從我桿件綜合步驟可知，連桿會(huì)經(jīng)過水平距離 400mm 的兩端端點(diǎn)，所以水平傳送距離是符合要求的高度位移大約為 100mm，可見，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是符合設(shè)計(jì)期望運(yùn)動(dòng)軌跡要求的。所以，我認(rèn)為桿件長(zhǎng)度與機(jī)構(gòu)是合理可以用的。. v 機(jī)構(gòu)圖運(yùn)動(dòng)軌跡目的軌跡2.4 機(jī)構(gòu)仿真在 simpack 中，按桿長(zhǎng)搭建模型，設(shè)置運(yùn)動(dòng)副后即可仿真運(yùn)動(dòng)。2.5 運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，速度，位移，加速度圖以及運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu) 3 個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖ABCD,AB1C1D 屬于 AB 段的兩個(gè)位置，AB2C2D 屬于 CDE 段的位置。通過通過 solidworkssolidworks 建模之后導(dǎo)入建模之

14、后導(dǎo)入 matlabmatlab 做運(yùn)動(dòng)分析模型如下做運(yùn)動(dòng)分析模型如下易知機(jī)構(gòu)在易知機(jī)構(gòu)在 xyxy 平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)位移圖：位移圖：速度圖（分別為速度圖（分別為 XYZXYZ，速度，速度 10r/s10r/s，6s6s 一個(gè)周期，單位是一個(gè)周期，單位是 M/sM/s）：）：由圖易知前 2sX 方向上為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，速度加快，快到達(dá) 2s 是速度驟然下降到 0，2S 后方向緩慢增加為回程 4s。6s 一個(gè)周期。加速度圖（加速度圖（xzyxzy 方向，單位是方向，單位是 M/sM/s）：）：放大前放大后由放大前的圖易知在 2s 階段的 XY 的驟變是因?yàn)檫M(jìn)給與回程的轉(zhuǎn)變. v1 根據(jù)位移圖 X 軸上

15、的位移可知執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作行程中其不能沿著完全水平方向直線運(yùn)動(dòng)，而是有一定的起伏的近似，其最高值與最低值之間的差值5mm 左右，誤差不大。2 回程時(shí)曲線 c d e 的最低值到行程直線的距離為大于 50mm（大約為100mm 左右）符合設(shè)計(jì)要求。3 極位夾角 =600，K=2，00006018060180t1=（1800-600）/600=2s；t2=（1800+600）/600=4s；符合設(shè)計(jì)要求。4 根據(jù)運(yùn)動(dòng)加速度變化曲線可知在工作行程的最低點(diǎn)和回程的最低點(diǎn)分別有一個(gè)極小值，其中回程時(shí)最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)加速度的值為為最小值。從中可以觀察到工作行程時(shí)的平均速度變化率大于回程時(shí)的速度平均變化率。工作進(jìn)

16、程時(shí)的加速度變化率遠(yuǎn)大于回程時(shí)的加速度變化率（回程時(shí)加速度變化近似于一個(gè)定值） ，因此工作進(jìn)程中自行機(jī)構(gòu)所受的力變化很大，對(duì)機(jī)構(gòu)造成沖擊，這對(duì)機(jī)構(gòu)的損害很大應(yīng)當(dāng)盡量避免。. v第三章動(dòng)力傳動(dòng)綜合3.1 工作原理該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過聯(lián)軸器與齒輪軸將運(yùn)動(dòng)傳給齒輪，再由各級(jí)齒輪進(jìn)行減速使其轉(zhuǎn)速符合要求。最后利用齒輪和連桿將運(yùn)動(dòng)傳給輸送架。如圖示。運(yùn)動(dòng)傳遞圖3.2 傳動(dòng)比與減速箱齒輪設(shè)計(jì)N6=N6=60/（2+4）=10r/min，即曲柄要求的轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速 N=750/min減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 i=750/10=75減速箱采用 3 級(jí)齒輪減速，N2/N1=5, N4/N3=5，N6/N5=3?？紤]到裝

17、配尺寸齒輪的選擇:N1N1N2N2N3N3N4N4N5N5N6N6N6N6M3333555Z 252012520252012520302090209020齒輪減速機(jī)構(gòu)平面圖3.3 電機(jī)選擇選用高速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)重量較小，價(jià)格便宜，但是總的傳動(dòng)比較大，總體尺寸價(jià)格不一定低；選用低速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的重量較大，價(jià)格偏高，但是總的傳動(dòng)比小，總體尺寸價(jià)格卻不一定高。從體積、價(jià)格以及總的傳動(dòng)比等考慮，本設(shè)計(jì)決定采用 Y132S-6 型電動(dòng)機(jī)，. v該型電機(jī)性能良好，可以滿足要求。. v第四章 proe 三維建模及幾何尺寸共制作 30 個(gè)零件模型，專配 100 余個(gè)個(gè)零件。 （詳細(xì)見文件夾）機(jī)架曲柄連桿連架

18、桿一系列齒輪機(jī)架防塵護(hù)板爆炸圖電機(jī)裝配圖齒輪裝配圖機(jī)構(gòu)裝配爆炸圖各類軸零件幾何尺寸機(jī)架長(zhǎng) 2400mm，寬 1600mm，高 1380mm曲柄長(zhǎng) 98.5mm，寬 30mm，厚 30mm連桿550mm，300mm 300mm 的等腰三角形，厚 30mm連架桿長(zhǎng) 1043mm，厚 30mm輸送架整體高 900mm，爪長(zhǎng) 2000mm，爪寬 1680mm，架寬 600mm，均厚 30mm. v齒輪 1，3中心圓直徑 15mm，齒數(shù) 25，模數(shù) 3，分度圓直接 75mm齒輪 2,4中心圓直徑 25mm，齒數(shù) 125，模數(shù) 3，分度圓直接 375mm齒輪 6,6中心圓直徑 40mm，齒數(shù) 90，模數(shù) 5，分度圓直接 450mm齒輪 5中心圓直徑 50mm，齒數(shù) 30，模數(shù) 5，分度圓直接 150mm. v第五章實(shí)物搭建整機(jī)原理圖曲柄連桿連架桿拆機(jī)圖聯(lián)軸器和電機(jī). v第六章設(shè)計(jì)總結(jié)此設(shè)計(jì)運(yùn)用的是平面連桿機(jī)構(gòu)，較好的完成了給