步进输送机课程设计汇总Word文档下载推荐.docx
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一、设计题目：
步进输送机
二、设计简介
2.1工作原理
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。
图1为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。
输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工件。
由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时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，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个步长。
如此周而复始，实现工件的步进式传输。
显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。
图1步进输送机示意图
2.2原始数据及设计要求
（1）输送工件形状和尺寸如图1，工件质量60kg，输送步长H＝840mm，允许误差±
0.2mm。
（2）辊道上允许输送工件最多8件。
工件底面与辊道间的摩擦系数0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数也为0.15。
（3）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≥1.7。
（4）最大摆动件线质量为20kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2kgּm2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。
发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2kgּm2。
。
（5）允许速度不均匀速度为[δ]＝0.1。
（6）滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。
（7）电动机规格自选。
2.3设计任务
（1）根据工艺动作要求拟定运动循环图；
（2）进行插断机构、步进输送机构的选型；
（3）机械运动方案的评定和选择；
（4）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在报告上画出传动方案图；
（5）进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；
（6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（7）画出机械运动方案简图；
（8）编写设计计算说明书。
三、运动方案的拟定
3.1步进输送机构
步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；
从动件为推爪（滑块）,行程中有急回特性；
机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且均匀。
要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。
下面介绍拟定的几种方案。
图1-1
1.如上图1-1所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。
采用导杆机构，滑块3与导杆之间的传动角
始终为
o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。
适当确定推爪的导路位置，可以使压力角
尽量小。
2、如图1-2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。
适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；
在推爪往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生（采用正弦加速度运动规
律）。
3、如图1-3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。
导杆做往复摆动其速度有点波动，并且也具有急回特性。
图1-2图1-3
4、如图1-4所示，步进输送机的主传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。
曲柄摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较低，在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆3的压力角
是变化的。
3.2下料机构（插断机构）
一种方案是采用齿轮与齿条的配合（图2-1）。
（图2-1）
而另一种方案是采用从动件盘形凸轮与摇杆机构的组合图（2-2），利
用弹簧的弹力使滚子从动件始终紧靠在凸轮上
图2-2
3.3运动方案的选定
经过小组讨论最终确定选输送机构的方案1和插断机构的方案2作为此次课程设计所要求的运动方案。
四、机构运动简图
运动简图
1.初始状态
2.工件输送阶段
3.工件到达工位点
4.输送架回程及下料阶段
五、运动分析
5.1输送机构的运动分析
图5.1.1
1.要求条件：
输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm,滑架工作行程的平均速度为0.42m/s,输送速度尽可能均匀，行程速比系数K≥1.7。
2.制定参数：
令K=2，推爪（滑块）的导路X-X在导杆运动弧长的平分线上。
极为夹角θ=180°
×
（K-1）/（K+1）=60°
，即∠O2O4A=30°
由输送架工作行程平均速度0.42m/s,且输送步长S=860mm可得导杆O4B的长度O4B=860mm。
工作进程的时间t1=0.86m/0.42m/s=2.0476s
回程时间t2=t1/2=1.0238s，有Wt=θ知W=2.0457rad/s。
转速n=60W/（2*3.14）=19.5r/min。
由∠O2O4A=30°
知O2A=O2O4/2,
又X-X在导路所在弧长的平分线上，取H约为（860+860*cos30°
）/2即令H=802mm。
又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即BC杆的传动角γ越大越好。
最大的传动角γ=90°
-arcsin[（860-860*cos30°
）/BC]。
为保证机构的传力效果，应使传动角的最小值γmin大于或等于其许用值[γ],即γmin≥[γ]。
一般机械中，推荐[γ]=40°
-50°
取BC=200mm,γ=74.38°
推爪形状如下图：
尺寸如上图所示，单位：
cm
由上述结论，确定输送架运动的6杆机构的长度分别为：
BC=200mmO4B=860mmO2O4=500mmO2A=250mm。
3.用相对运动图解法做平面机构的运动分析
将曲柄端点的运动轨迹的圆周12等份，初始位置为1如上图5.1.1
例如计算滑块处于位置8时机构的速度、加速度。
1、求C点的速度：
⑴确定构件3上A点的速度：
构件2与构件3用转动副A相联，所以υA3=υA2
而υA2=
=0.51m/s
⑵求
的速度：
υA4=υA3+υA4A3
方向：
⊥BO4⊥AO2∥BO4
大小：
？
？
用图解法求解如图1：
、
式中υA3、υA4表示构件3和构件4上A点的绝对速度，υA4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；
构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。
在图上任取一点P，作υA3的方向线pO3，方向垂直于AO2，指向与ω2的方向一致，长度等于υA3/μv，（其中μv为速度比例尺）。
过点p作直线垂直于
BO4代表υA4的方向线，再过O3作直线平行于线段BO4代表υA4A3的方向线这两条直线的交点为O4，则矢量pO4和O3O4分别代υA4和υA4A3。
易知PO3、PO4同向，由速度多边形PO3O4得：
υA4=0.51m/s
υA4A3=0
3求BO4的角速度
：
=VA4/
=0.68rad/s
VB=
BO4=0.59m/s
⑷求C点的速度υc：
υc=υB+υCB
方向：
∥X-X⊥BO4⊥BC
ω4lO4B ？
速度图见图2：
式中υc、υB表示点的绝对速度。
υCB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB，大小未知，点C的速度方向平行于X-X，大小未知，图上任取一点p作代表υB的矢量pb其方向垂直于BO4指向于
转向相反，长度等于
（
为速度比例尺）。
过点p作直线平行于X-X，代表υc的方向线，再点b作直线垂直于BC代表υCB的方向线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表υc、υCB
则C点的速度为：
υc=0.58m/s，υCB=0。
加速度也可按相对图解法计算。
4.编制程序计算各点的速度，加速度，位置。
1）主程序源代码如下
#include"
stdio.h"
/*包含头文件*/
stdlib.h"
math.h"
constdoublePI=3.14159;
/*圆周率*/
/*全局变量*/
doubleL[10];
/*存储杆长*/
doubleX[10],Y[10];
/*存储各点x，y坐标*/
doubleV[10],U[10];
/*存储各点x，y方向速度分量*/
doubleA[10],B[10];
/*存储各点x，y方向加速度分量*/
doubleF[10],W[10],E[10];
/*存储各杆转
角，角速度，角加速度*/
doubleS[10],C[10];
/*中间计算变量*/
/*计算主程序*/
voidmain（）
{
intii,Index,iFlag；
doublep1,F9,Res[3],N1;
p1=PI/180;
L[1]=250;
[2]=0;
L[3]=860;
L[4]=0;
N1=117.2;
/*初始参数*/
X[1]=0;
Y[1]=500;
X4]=0;
Y[4]=0;
printf（"
L
（1）=60，L
（2）=0，L（3）=200，L（4）=0，W
（1）=30
E
（1）=0\n"
）;
F
（1）Deg，F（3）Deg，W（4）/s，SmmVm/s
Am/S^2\n"
/
W[1]=N1*PI/30;
for（ii=0;
ii<
=12;
ii++）
F[1]=ii*30*p1;
F9=0;
Mcrank（1,1,1,2,F9）;
iFlag=Mrpr（2,3,4,2,2,4,3,1,Res）
;
if（iFlag==1）
%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.
2f,%10.2f\n"
F[1]/p1,F[3]/p1,W[3],E[3],Res[0],Res[1]/10
00,Res[2]/1000）;
else
Becauseofwrongdata,theCaculation
failed!
\n"
}
}
计算结果：
L
（1）=250mmL
（2）=0L（3）=860mmL（4）=0W
（1）=2.0457rad/sE
（1）=0
F
（1）Deg
F（4）Deg
W（4）rad/s
Smm
Vm/s
am/S^2
63.43
0.41
559.02
0.46
-0.38
30
70.89
0.59
661.44
0.34
-0.57
60
80.10
0.66
727.33
0.00
-0.70
90
90.00
0.68
750.00
120
99.90
-0.18
-0.67
150
109.11
-0.34
180
116.56
-0.46
210
120.00
433.01
-0.51
-0.00
240
113.79
-0.98
309.83
-0.41
0.92
270
-2.05
250.00
2.10
300
66.21
330
60.00
0.51
360
L
（1）表示曲柄的长度，
L（3）表示导杆的长度，
W
（1）表示曲柄的转速，
F
（1）表示曲柄转过的角度，
F（4）表示导杆的转角，
W（4）表示导杆的角速度，
S表示滑块在导杆上的位移，
V
表示滑块沿导杆的滑动，
A表示滑块的沿导杆的加速度。
5.用solidworks仿真绘制速度、加速度、位移曲线。
推爪（滑块）的速度曲线
推爪（滑块）的加速度曲线
推爪（滑块）的位移曲线
5.2插断机构（下料机构）的运动分析
1.凸轮的设计
凸轮的远休止角Φ=40°
，近休止角Φ=240°
推程运动角Φ=40°
，回程运动角Φ=40°
凸轮轮廓的最大圆半径（远休止部分），最小圆半径（近休止部分）即基圆半径r0=120mm。
凸轮的回程、推程轮廓采用五次多项式运动规律的曲线过渡。
因为五次运动规律的曲线既不存在刚性冲击也不存在柔性冲击，运动平稳性好。
2.摆动滚子从动件的滚子在凸轮上的位移曲线为：
滚子在凸轮上的速度曲线为：
加速度曲线为：
3.凸轮的压力角计算
摆动滚子从动件凸轮机构压力角的计算公式：
tanα=[a*cos（Ψ+Ψ0）-l（1-dΨ/dθ）]/[a*sin（Ψ+Ψ0）]
a表示机架之间的距离
l表示摆杆的长度，Ψ0表示摆杆的初始的摆角。
Ψ=h[（10*θ3/Φ3）-（15*θ4/Φ4）-（6*θ5/Φ5）]是表示摆杆的摆角，其中Φ是推程运动角，θ是凸轮的转角。
用matlab可以算出凸轮机构的最大压力角αmax=28.12°
，满足摆动从动件许用压力角[α]=30°
～50°
先建立m函数
Functionf=myfun（x）
f=0.5*cosd（14.28+0.040*（10*x^3/（40^3）-15*x^4/（40^3）+6*x^5/（40^3）））-0.420*（1-0.040*117.2*（30*x^2/（40^3）-60*x^3/（40^3）+30*x^4/（40^5）））/0.500/（sind（14.28+0.040*（10*x^3/（40^3）-15*x^4/（40^3）+6*x^5/（40^3））））;
再在matlab程序中输入x=fminbnd（@myfun,0,40）
4.凸轮曲率半径的校核
运动仿真时有滚子的位移曲线知五次曲线的曲率半径满足要求。
5.3飞轮的转动惯量的计算
等效驱动力矩Md为常数，在一个运转周期内做的功等于该周期内运动机构运动所需要的功。
2π*Md=8*（1/2m1v2）+m1gμ1+2m2gμ2+8*（1/2m2v2）
Md=115.4465Nm
安装在曲柄轴上的转动惯量为：
Jf=（Emax-Emin）/（δ*ω22）
而Emax-Emin=61.74J
要求的速度不均匀系数[δ]=0.1,ω2=2.0457rad/s。
Jf=147.5308kgm2
若安装在曲柄上的飞轮转动惯量过大，也可以把飞轮安装在电动机于曲柄轴之间的变速机构的轴上。
5.4工件停止在工位上的前冲量
冲量F*t=mv=60*0.15=9N·
s
六、机构运动循环图
七、减速机构的设计
减速机构采用三级减速。
电动机的转速为1400r/min,减速机机构的一级传动采用皮带传动，二级、三级减速都采用齿轮传动。
设定每级传动的传动效率都为1，即η1=η2=η3=η4=η5=η6=1。
皮带轮的传动比i12=3；
齿轮减速的一级传动比i34=4，二级传动比i34=6.14。
总传动比i=i12*i34*i34=73.68
执行机构（曲柄）的转速n=（1/i）*1400r/min=19.54r/min,曲柄的角速度w=2.0457rad/s。
八、设计总结
在这次课程设计中，我看到了我们班同学团结互助的精神，也看到了同学们刻苦钻研的学习精神。
课程设计是对我们思维能力的一种锻炼，也是理论与实践结合的一次过渡，同学们兴趣浓厚，并有着创新的意识。
同时通过本次课程设计，在完成设计任务的同时能够进一步理解和巩固所学课程内容，并将所学知识综合运用到实际设计中，不仅加强了学习更锻炼了实际操作能力和设计经验。
在设计计算过程中，通过组内的讨论和交流，加深了对基础知识的理解；
在老师的细心指导下，让我们了解到更多的机械实际设计方面的知识，开阔了视野。
通过这次课程设计，我才发现理论知识的重要性，好的设计是建立在塌实的理论知识之上的。
九、参考文献
1、《机械原理》高等教育出版社孙桓等主编（第七版）2006
2、《机械原理课程设计》科学出版社，王淑仁主编2006
3、《机械原理课程设计手册》高等教育出版社，邹慧君主编2007
4、其它机械原理课程设计书籍和有关机械方案设计手册
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