步进输送机设计说明书.docx
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步进输送机设计说明书
一、设计任务书···············································
1.设计题目··················································
2.原始数据及设计要求········································
二、方案设计·················································
1.工作原理的分析与说明······································
2.最终方案··················································
三、机构的尺寸计算···········································
1.已知参数··················································
2.杆件······················································
3.凸轮······················································
4.电动机和减速箱············································
四、机构的状态参数及分析··································
1.滑架······················································
2.凸轮······················································
五、运动分析校验·············································
1.运动循环图················································
2.滑架分析(每隔5度)·······································
六、设计心得体会·············································
七、主要参考文献·············································
八、小组备用方案·············································
九、小组分工情况·············································
一、设计任务书
1.设计题目
步进输送机是一种间歇输送工件的传送机械,如图1所示。
工件由料仓卸落到辊道上,滑架作往复直线运动。
滑架的正行程时,通过棘钩使工件向前运动;滑架返回时,棘钩的弹簧被压下,棘钩从工件下面滑过,工件不动。
当滑架又向前运动时,棘钩又钩住下一个工件向前运动,从而实现工件的步进传送,插板作带停歇的往复运动,可使工件保持一定的时间间隔卸落到辊道上。
2.原始数据及设计要求
1)输送工件的形状和尺寸如图1所示,输送步长H=830mm。
2)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K值为1.65左右。
3)滑架导轨水平线至安装平面的高度在1200mm以下。
4)电动机功率可选用1.1KW,1400r/min左右(如,Y90s-4)。
5)为保证推爪在推动工件前保持推程状态,输送机构的行程应大于工件输送步长20mm左右。
二、方案设计
1.工作原理的分析与说明
1)滑架作往复直线运动
将发动机的圆周运动转化为直线运动,可以采用曲柄摇杆、齿轮齿条等机构,但考虑到任务书中行程速比系数,即要求有急回特性,故在曲柄摇杆机构中选择。
曲柄摇杆机构演化出曲柄滑块、导杆等机构。
曲柄滑块机构加工方便,但是容易产生死点,且要求杆件强度高,否则容易折断。
而导杆机构不容易产生死点。
从牛头刨床机构和任务书的参考资料来看,导杆机构比曲柄滑块机构更有优势。
2)插板作带停歇的往复运动
把圆周运动转化为周期性的直线运动,可以采用凸轮机构,再加上连杆机构。
任务书参考资料提供的组合机构运用了凸轮、连杆、滑块等多种机构,较为繁琐,因此,在任务书的基础上,本小组决定加以简化和改进。
2.最终方案
导杆机构实现滑架作往复直线运动。
凸轮和滑块的组合机构实现插板作带停歇的往复运动。
总结构图:
三、机构的尺寸计算
1.已知参数
1)输送步长
2)时间
局部示意图:
3)摆角计算
2.杆件
取
3.凸轮
1)凸轮轨迹
取实际廓线最小半径
取关闭时转角
根据对心平底推杆盘形凸轮机构的直角坐标方程公式,工作廓线的轨迹有如下关系:
其中:
s表示推杆产生的位移
表示凸轮转过的角度
x表示工作廓线的横坐标
y表示工作廓线的纵坐标
t等于,关于t的表达式均为程序代码
1)当0°<≤110°时
注:
s随凸轮转角变化,满足三角方程函数,故传动平稳,没有刚性冲击,下同。
x=sin(t*pi/180)*(210+110*sin(t*pi/110-pi/2))+cos(t*pi/180)*pi*cos(t*pi/110-pi/2)
y=cos(t*pi/180)*(210+110*sin(t*pi/110-pi/2))-sin(t*pi/180)*pi*cos(t*pi/110-pi/2)
2)当110°<≤124°时
320*sin(t*pi/180)
320*cos(t*pi/180)
3)当124°<≤234°时
x=sin(t*pi/180)*(210+110*sin(-t*pi/110+179*pi/110))+cos(t*pi/180)*pi*cos(-t*pi/110+179*pi/110)
y=cos(t*pi/180)*(210+110*sin(-t*pi/110+179*pi/110))+sin(t*pi/180)*pi*cos(-t*pi/110+179*pi/110)
4)当234°<≤360°时
x=100*sin(t*pi/180)
y=100*cos(t*pi/180)
将上述代码输入Solidworks软件,则生成图像:
2)其他参数
当接触点为实际廓线最大半径时,和水平,
当接触点为实际廓线最小半径时,移动的距离为
-267-
则取=117.71mm,此时开关完全打开,物体下落
4.电动机和减速箱
1.电动机
型号:
Y90S-4,功率P=1.1KW,n’=1400r/min
2.减速箱
示意图:
1)齿数
2)模数
m=2.5
3)半径
大圆半径:
=300mm,小圆半径:
=120mm
4)校验
,故满足要求。
四、机构的状态参数及分析
1.滑架
利用Solidworks-motion软件模拟仿真系统,得到滑架的位移、速度和加速度的大致情况。
1)位移
分析:
在一个周期()内,滑架的位移为
2)速度
分析:
纵轴每一小格代表238.5m/s,则左边的起始点的速度大约为0m/s。
在一个周期内,最大速度为0.597m/s,出现在行程阶段,最小速度为1.313m/s,出现在回程阶段。
而行程阶段的速度基本比回程快,有急回特性,满足要求。
3)加速度
分析:
在1.14s和1.52s之间(大约1.3s)的地方,出现向下的小缺口,可能是模拟系统的误差,可以排除在外。
总体看,加速度在-2.893m/到2.892m/之间,不考虑方向,则加速度不超过2.9,没有出现突变的地方,变化较为平缓,满足要求。
五、运动分析校验
1.运动循环图
2.滑架分析(每隔5度)
每隔5度,对滑架的位移、速度、加速进行分析。
0°时,处于初始位置,速度为0,位移也为0。
角度/°
位移/mm
速度/
加速度
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
340
345
350
355
360
0
2.923103
8.623914
16.82642
27.28525
39.78206
54.12194
70.12993
87.64797
106.5322
126.6506
147.8808
170.109
193.2277
217.135
241.7338
266.9303
292.634
318.7564
345.2113
371.9135
398.779
425.7243
452.6665
479.5225
506.2087
532.6411
558.7345
584.4024
609.5564
634.1055
657.9559
681.01
703.1656
724.3148
744.343
763.1273
780.5349
796.4208
810.6259
822.9737
833.2676
841.2874
846.7855
849.4834
849.0686
845.1932
837.4743
825.5001
808.8422
787.0788
759.8319
726.8212
687.9348
643.3104
593.4144
539.0941
481.5796
422.4141
363.3156
305.9945
251.9744
202.4574
158.2609
119.8236
87.26122
60.44614
39.08827
22.80455
11.17155
3.761482
0.164357
0
0
96.603895
154.9646667
207.5635479
255.0382466
297.948393
336.7735767
371.9208319
403.7329273
432.4966591
458.4508498
481.7935856
502.6885895
521.270703
537.6505352
551.9183566
564.1473282
574.3961481
582.7111945
589.1282311
593.6827282
596.3711405
597.2125372
596.2457852
593.4167552
588.7418544
582.1546222
573.6874231
563.9828786
552.3268369
536.4979049
519.9261178
501.1705682
480.0930942
456.5564117
430.3943846
401.4060404
369.3491487
333.9329148
294.8099476
251.5678732
203.7213436
150.705808
91.87539014
26.50867207
-46.17170283
-126.9568793
-216.574982
-315.5636852
-424.0818852
-541.6279287
-666.6992432
-796.4047261
-926.0975003
-1049.397223
-1158.289138
-1244.015106
-1298.620463
-1316.475555
-1295.650913
-1238.397897
-1150.586289
-1040.314739
-916.2683876
-786.351122
-656.8752756
-532.3104796
-415.427334
-307.637999
-209.3810626
-120.4637192
-40.32752279
0
1513.826
1361.9
1226.555
1106.383
999.2738
903.7503
818.0084
740.5476
670.0291
605.3047
545.3947
489.4706
436.835
386.9025
339.1821
293.2613
248.7922
205.48
163.0721
121.3494
82.26381
39.20151
6.258481
-42.6395
-83.2563
-124.508
-175.49
-226.529
-246.707
-287.001
-342.726
-391.32
-440.761
-493.632
-549.835
-610.083
-675.215
-746.222
-824.268
-910.699
-1007.05
-1115.01
-1236.38
-1372.93
-1526.2
-1697.05
-1885.09
-2087.74
-2298.91
-2507.59
-2695.39
-2835.94
-2894.34
-2834.08
-2603.04
-2187.77
-1580.61
-817.053
34.0707
881.1561
1634.111
2226.409
2626.927
2839.624
2893.026
2826.99
2681.807
2491.726
2282.524
2071.725
1870.072
1683.316
1513.218
六、设计心得体会
七、主要参考文献
1.《课程设计》高等教育出版社王昆、何小柏、汪信远主编1995年12月第1版
2.《机械设计课程设计》清华大学出版社李兴华编2012年4月第1版
3.《机械原理》第七版高等教育出版社2006年5月第7版
八、小组备用方案
在确定最终方案前,我们小组准备了四个方案,各有优缺点,分别如下:
方案一
自由度计算:
活动构件数n=11(凸轮和1杆焊接一体),转动副数=11,移动副数=4,高副数=1,局部自由度=1,自由度,F=3n-(2+)-=3×11-(2×11+2×4+1)-1=1。
优点:
结构简单,易加工制造;传递动力大。
缺点:
滑架速度不均匀,不好控制;不容易实现精确复杂的运动规律;低副中存在间隙,精度低。
方案二、
自由度计算:
活动构件数n=16(凸轮2和杆焊接在一起),转动副数=14,移动副数=8,故低副=22(杆13、杆14和杆7是复合铰链,算2个低副),高副数=2,局部自由度=1(轮3和杆7),故自由度。
优点:
滑架传动可靠,有急回特性,无死点。
缺点:
活动构件数较多,制作、安装麻烦;凸轮制作成本高。
方案三、
自由度计算:
活动构件数n=12(凸轮和杆3焊接在一起),转动副数=11,移动副数=6,故低副=16(杆6、杆7和杆8是复合铰链,算2个低副),高副数=2,局部自由度=1(轮5和杆6),故自由度。
优点:
采用的是曲柄滑块机构,结构比较简单,比较容易加工制造。
缺点:
曲柄滑块机构不够成熟,控制开关的机构受力可能较小,不易打开开关。