同济大学 机械原理课程设计 步进输送机说明书.docx
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同济大学机械原理课程设计步进输送机说明书
机械原理课程设计说明书
——————步进输送机
学院：
机械工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
机械2班
设计者：
15组
组长：
***
组员：
******
***
辅导老师：
李小江
同济大学
2011年5月
前言
人们在长期的生产实践和社会生活中，为了节省劳动，提高效率，不断改进所使用的工具从而创造和发明了机械和机械科学。
然而在当今社会，使用机器进行生产的水平已成为衡量一个国家生产技术水平和现代化程度的标志之一。
其中机械设计扮演着很重要的角色。
本书以市场为导向，采用详图详解的方式对步进输送机进行精刨，通俗易解。
为业余爱好者及商家提供了解的平台。
通观总过程，设计本着以下原则：
1.满足功能性要求：
机械设计的目的就是要实现预定的目标，本设计也步2例外，经过对数位著名教授所编书籍的精读，确定最终方案。
2.满足可靠性要求：
为不使机械在于预期时间内发生破坏、零件过度磨损、变形而导致失效，强烈的震动和冲击而损坏机器的工作性能，为保证人身和财产安全，对机械的整体设计及零部件的强度设计都做了严格的要求。
3.满足经济要求：
机械产品的经济体现在设计、制造、销售和使用的全过程，产品的成本很大程度上取决于设计阶段。
本设计在保证机器质量的前提下，降低了原材料的消耗；在满足要求的前提下，采用了价格低廉的原材料；采用标准零部件，并充分考虑其工艺性以减少加工成本。
此次课程本组主要设计步进输送机，通过本组成员的努力，我们设计出了三种方案并对教材中的方案进行了理论分析和数据计算，理论数据和分析详见说明书
编者
2011-5-10
目录
前言…………………………………………………………2
第一章课程设计的内容………………………………….................4
一、设计题目
二、设计的要求及原始数据
第二章方案设计………………………………………..……………………….5
一、步进输料机的主要设计过程
二、机构分析
三、方案初步设计
四、方案初步设计
第三章机构的尺寸计算………………………………………………..……10
一、杆件计算
二、凸轮计算
第四章不同时段机构的状态图及分析………………….……...12
第五章曲线分析………………………………………………………….….……16
第六章心得体会……………………………………………………………..……19
第七章参考文献……………………………………………………………..……19
第一章课程设计的内容
一、设计题目
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。
二、设计要求及其原始数据
输送工件的形状和尺寸如图所示，输送步长H=800mm。
（1）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。
（2）滑架导轨水平线至安装平面的高度在1100mm一下。
（3）电动机功率可选用1.1kw，1400r/min左右（Y90s-4）。
（4）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。
第二章方案设计
一、步进输料机的主要设计过程
二、机构分析
针对教材中的机构简图，我们做如下分析
1.间歇运动
教材中使用的是凸轮实现间隙运动，我们认为也可以使用其他机构，如不完全齿轮、槽轮等实现。
但需要考虑其受力情况，不能存在过强的刚性冲击和过大的力矩。
2.滑架的往复运动
实现往复运动的机构有很多，我们考虑可以使用四连杆机构来实现往复运动，但要考虑四连杆机构的急回运动，行程速比系数需要在规定的区间内。
3.控制下料机构
教材中使用连杆机构实现，我们认为也可以使用特殊凸轮机构或滑块机构来实现。
三、方案初步设计
1.利用滑块改变下料机构（见图1）
2.利用槽轮改变凸轮间歇运动，利用四连杆机构实现滑架往复运动（见图2）
3.利用不完全齿轮实现间歇运动，利用特殊凸轮机构改变下料机构（见图3）
四、三种方案分析
1.方案一利用滑块改变下料机构，滑块的运动靠滚子的重力作用带动，整体机构的设计比较合理，无过强的刚性冲击，机构简单易行，便于制造。
但当滚子处于最底点向上运动时，受到横向的摩擦力，此时凸轮对滚子的力很大，存在柔性冲击，这对凸轮要求较高，另外，实际中应尽量减少滑块受到的摩擦力。
此方案未采用滑架，将滑架改为圆环型导轨，并利用大齿轮与齿条传动来进行传动，可大量节省空间。
2.方案二利用槽轮改变凸轮间歇运动，利用四连杆机构实现滑架往复运动，滑块的运动仍靠滚子的重力作用带动，整体机构较为合理，机构也比较简单易行。
存在少量刚性冲击，另外对于曲柄摇杆机构，合理的行程速比系数尤为重要，需要合理计算及加工。
3.方案三利用不完全齿轮实现间歇运动，利用特殊凸轮机构改变下料机构，此方案较为复杂，需要不完全齿轮、凸轮及带传动，对加工要求很高，价格昂贵。
但整体传动很平稳，无较大冲击。
四连杆机构与方案二类似，需考虑行程速比系数。
三种方案各存在优缺点，选择时还要依实际情况。
故本组认为不存在最终方案。
方
案
一
方
案
二
方
案
三
第三章机构的尺寸计算
步进输送机尺寸确定
杆件计算：
1、确定杆2的摆角
，有行程速比系数k=1.8得
=51°。
2、确定滑架的长度L1，由输送步长H=830mm虑到为了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，所以取H=850mm。
L1=
=987mm。
3、取杆AB=200mm，求得AC=419mm，BC=464mm。
4、由滑架的平均速度v=0.42
，得到机构运动的周期T=
=4.05s。
原动件转速n=
=14.8
。
5、取杆3的长度为280mm，杆4的长度为1000mm，杆3和杆4之间的夹角为90°，经计算，O点到料仓底部的距离为605mm取杆3的长度为280mm，杆4的长度为1000mm，杆3和杆4之间的夹角为90°，经计算，O点到料仓底部的距离为605mm。
6、求件下落的时间t，取件做自由落体运动，为保证插板能够及时关闭，工件下落的位移s在50mm到80mm之间，所以根据t=
取g=10
，所以0.1凸轮计算：
1、在t这段时间。
凸轮转过的角度∅=8.9°~11.2°，取∅=10°。
取凸轮基圆半径100mm，最大半径180mm。
2、利用解析法可得出凸轮的理论曲线，如图
8、进而可求得凸轮实际曲线，如图
基圆半径和最大半径已求出，其他数据依实际情况确定
第四章不同时段机构的状态图及分析
转角为0°时
转角为90°时
转角为180°时
转角为270°时
第五章曲线分析
通过软件MAD可绘出各时间点机构的受力、速度、加速度情况，具体曲线分析如下：
图一滑架位移图（绝对值）
位移图显示滑架的步长和行程速比系数，
由图可知：
输送步长H=830mm，行程速比系数K=1.8，
符合要求。
图二滑架速度图
由图可知，滑架速度较为平稳，无速度的突变，使整个机构无较大的刚性冲击，速度范围为0~8000mm/s，符合要求。
图三滑架加速度图
由图可知，加速度较为合理，无加速度突变，使整个机构无柔性冲击，加速度范围为0~1200mm/s2，符合要求。
*以上所有图横坐标单位为°，纵坐标依次为
总结：
由三幅图可知机构的设计尺寸符合要求，该机构设计合理。
第六章心得体会
经过几天不断的努力，身体有些疲惫，但看到劳动后的硕果，心中又有几分喜悦。
总而言之，感触良多，收获颇丰。
通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：
机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情况而定，大致可以分为三个主要阶段：
产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。
值得注意的是：
机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止。
获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。
我们通过默契的配合，精细的分工，精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。
最后感谢本小组成员的认真参与和工作
第七章参考文献
参考文献：
1.濮良贵，纪名刚，机械设计（第八版），北京：
高等教育出版社，2006
.
2．孙桓，陈作模，机械原理（第七版），北京：
高等教育出版社，2006.
3．陆玉，冯立艳，机械设计课程设计（第四版），北京机械工业出版社，2006.
4.许连元，李强德，徐祖茂，机械制图，上海：
同济大学出版社，2003.
5.曲继芳等，机械原理课程设计，机械工业出版社。
1989
6.张永安等，机械原理课程设计指导，高等教育出版社，1995
7．孟宪源，现代机构手册，高等教育出版社，1996
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