机械综合课程设计步进送料机传动系统设计Word文档下载推荐.docx
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运动行程示意图
竖直方向上的复合运动，以满足设计要求的回程曲线，耗时
，即工件停的时间为
.
t1=2s,t2=4s；
即速比系数K=t2/t1=2；
因为
；
由此可知极限夹角
θ=600；
1.2步进送料机原理设计
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1.1步进送料机
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。
有关数据见下表
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。
A（mm）
C（mm）
b（mm）
t1（S）
t2（S）
400
20
50
2
4
1.3设计任务
1.至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；
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.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
6.编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。
7.在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。
1.4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）。
1.5
设计思路
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。
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1.2
连杆机构
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。
图1.3
齿轮机构
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。
1.6输送方案1
把需要实现的走行轨迹做成槽形凸轮固定在机架上，有主动件曲柄带动输送架左右往返运动，输送架在左右往返的同时由滚子沿着槽形凸轮轨迹运动，实现输送架对被输送物品的间歇动停输送功能。
如图所示。
方案1图例
1.7输送方案2
送料爪的动作时是通过“摇杆”的运动来实现的。
结构简单，通过摇杆外伸端的点循环摆动来实现送料。
但是外伸端的承载较差,且只有当摇杆足够长时，才能使输送工件的轨迹AB近似为直线
1.8输送方案3
这是由曲柄遥杆机构构成，主动件遥杆整周回转通过三角形的连杆于摆杆做往复运动，三角形连杆的一端带动输送架运动。
为了增加机构的刚度，改善受力，保持传动的可靠性，选用两幅曲柄遥机构。
1.9方案评选
方案1与方案3都有曲柄连杆机构，杆件由转动副铰接，耐磨润滑好承载力大，结构简单加工制造容易。
并且可以通过更改杆长实现多种轨迹多种输送行程的输送动作。
方案1种存在槽形凸轮导路，槽形凸轮导路能精确实现运动轨迹，却导致在机构的运动路线的计算时非常复杂，而且滚子易磨损，产生很大的噪声，构件会损坏的非常快。
鉴于题目要求耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮和凸轮。
方案3结构简单，运动副少，杆件计算相对方案1简单。
综上所述，选择方案3。
第二章机构尺寸综合及机构仿真
2.1运动轨迹分析
由题意可知，步进送料机需要实现间歇送料作业，输送时间t1=2s，回程时间t2=4s，动停比K=t1/t2=1/2。
输送轨迹AB长度为400mm加减20mm的直线，避免输送架在回程对被输送物的不良回碰BC的高度大于50mm，可以大致得到步进输送机输送架需要实现的运动轨迹大如图所示。
运动轨迹分析图
2.2杆长综合
K=1/2
=1800*（K-1）/（K+1）
=1800*（0.5-1）/（0.5+1）
=-600
00——1200输送架输送工件a，耗时t1。
1200——3600输送架回程运动，耗时t2。
该机构的极位夹角为θ=60°
曲柄从开始的0°
~120°
是输送架走过工作行程a的角度。
此时我们可以用试凑法来求解各个杆长。
先定一个直线运动部分的长a=EE’=400的水平距离，E,E’位置出现极位夹角，E’’到EE’距离50，在E,E’.E’’位置是运动轨迹上的点，通过proe软件辅助做图解法与试凑法，多次计算求得合适的AB的长度和三角形BCE边长，便可以连接B,B’,B’’，和C,C’,C’’确定A和D的位置。
求得结果如图所示
杆长综合结果图
最终尺寸确定为：
AB=98.48,mm
BC=550mm
BE=EC=300mm
CD=1043mm
AD=592.77mm
2.3杆长检验及仿真运动轨迹
因为AB是曲柄是最短杆，且有
符合格拉霍夫定理：
98.48+1043<
592.77+550。
在simpack仿真后是可以动的。
并且通过matlab做的运动轨迹。
模型中选择机构图示中红色圈1处为标志点，对其进行轨迹跟踪，得到如图所示运动轨迹，因为输送架的安装点就在1处，所以，1处的运动轨迹就是输送架的运动轨迹。
图2运动轨迹中，满足AB段近似直线，水平位移，经过测量，最宽处为400mm多一点，（水平移动距离在题中是允许加减20mm误差的）从我杆件综合步骤可知，连杆会经过水平距离400mm的两端端点，所以水平传送距离是符合要求的高度位移大约为100mm，可见，实际运动轨迹是符合设计期望运动轨迹要求的。
所以，我认为杆件长度与机构是合理可以用的。
机构图
运动轨迹
目的轨迹
2.4机构仿真
在simpack中，按杆长搭建模型，设置运动副后即可仿真运动。
2.5运动方案简图，运动循环图，速度，位移，加速度图以及运动分析
运动方案简图
机构3个位置的运动循环图
ABCD,AB1C1D属于AB段的两个位置，AB2C2D属于CDE段的位置。
通过solidworks建模之后导入matlab做运动分析模型如下
易知机构在xy平面运动
位移图：
速度图（分别为XYZ，速度10r/s，6s一个周期，单位是M/s）：
由图易知前2sX方向上为进给运动，速度加快，快到达2s是速度骤然下降到0，2S后方向缓慢增加为回程4s。
6s一个周期。
加速度图（xzy方向，单位是M/s）：
放大前放大后
由放大前的图易知在2s阶段的XY的骤变是因为进给与回程的转变
1根据位移图X轴上的位移可知执行机构在工作行程中其不能沿着完全水平方向直线运动，而是有一定的起伏的近似，其最高值与最低值之间的差值5mm左右，误差不大。
2回程时曲线cde的最低值到行程直线的距离为大于50mm（大约为100mm左右）符合设计要求。
3极位夹角θ=600，K=
=2，
t1=（1800-600）/600=2s；
t2=（1800+600）/600=4s；
符合设计要求。
4根据运动加速度变化曲线可知在工作行程的最低点和回程的最低点分别有一个极小值，其中回程时最低点的运动加速度的值为为最小值。
从中可以观察到工作行程时的平均速度变化率大于回程时的速度平均变化率。
工作进程时的加速度变化率远大于回程时的加速度变化率（回程时加速度变化近似于一个定值），因此工作进程中自行机构所受的力变化很大，对机构造成冲击，这对机构的损害很大应当尽量避免。
第三章动力传动综合
3.1工作原理
该系统由电动机驱动，通过联轴器与齿轮轴链接将运动传给齿轮，再由各级齿轮进行减速使其转速符合要求。
最后利用齿轮和连杆将运动传给输送架。
如图示。
运动传递图
3.2传动比与减速箱齿轮设计
N6=N6’=60/（2+4）=10r/min，即曲柄要求的转速
电机转速N=750/min
减速机构传动比i=750/10=75
减速箱采用3级齿轮减速，N2/N1=5,N4/N3=5，N6/N5=3。
考虑到装配尺寸齿轮的选择:
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N6’
M
3
5
Z
α
25
125
30
90
齿轮减速机构平面图
3.3电机选择
选用高速电动机，电动机重量较小，价格便宜，但是总的传动比较大，总体尺寸价格不一定低；
选用低速电动机，电动机的重量较大，价格偏高，但是总的传动比小，总体尺寸价格却不一定高。
从体积、价格以及总的传动比等考虑，本设计决定采用Y132S-6型电动机，该型电机性能良好，可以满足要求。
第四章proe三维建模及几何尺寸
共制作30个零件模型，专配100余个个零件。
（详细见文件夹）
机架
曲柄
连杆
连架杆
一系列齿轮
机架防尘护板爆炸图
电机装配图
齿轮装配图
机构装配爆炸图
各类轴
零件
几何尺寸
长2400mm，宽1600mm，高1380mm
长98.5mm，宽30mm，厚30mm
550mm，300mm300mm的等腰三角形，厚30mm
长1043mm，厚30mm
输送架
整体高900mm，爪长2000mm，爪宽1680mm，架宽600m
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