步进输送机设计计算说明书.doc
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步进输送机设计计算说明书
姓名：
学号：
20061150
班级：
机械11班
指导老师：
何朝明
2009年6月
26
目录
第1章问题的提出 2
1.1引言 2
1.2国内外输送机发展历史 2
1.3输送机的分类 3
第2章设计要求与设计数据 4
2.1设计要求 4
2.2性能数据要求 4
2.3设计用途 3
第3章机构选型设计 5
3.1设计方案1 5
3.2设计方案2 5
第4章机构尺度综合 7
4.1尺寸的得出 7
4.2机构尺寸计算结果 7
第5章机构运动分析 8
5.1步进输送机运动学方程 8
5.1.1步进输送机初始状态 8
5.1.2步进输送机平动过程 10
5.2运动学分析结果 15
第6章机构动力分析 16
6.1步进输送机的动力分析 16
6.1.1步进输送机的动力学方程 16
6.1.2步进输送机的动力学仿真图 17
6.2动力学分析结果 18
第7章结论 21
7.1方案特点 21
7.2设计方案特点 21
第8章收获与体会 22
第9章致谢 23
参考文献 24
附录1建模过程 14
附录2文献综述 15
附录3机构运动简图 1
第1章问题的提出
1.1引言
输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。
输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。
输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。
在现代的工业生产中，随处可见输送机的身影。
应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。
它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。
除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。
所以输送设备广泛应用于现代化的各种工业企业中。
1.2国内外输送机发展历史
图1-1带式输送机图1-2螺旋输送机
中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。
图1-3钢带输送机图1-4惯性输送机
1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。
此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。
1.3输送机的分类
带式输送机：
带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。
应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。
它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。
除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。
所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。
螺旋输送机：
螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。
输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米。
斗式提升机：
斗式提升机利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。
第2章设计要求与设计数据
2.1设计要求
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=300mm，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，又耗时时间T1移动距离a后间歇时间T2……考虑到动停时间之比K=T1/T2之值比较特殊，受力较大，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构直接实现上述要求，而应利用平面连杆机构轨迹曲线。
2.2性能数据要求
图2-1步进输送机模型图
根据上述所说的功能确定机械设计尺寸及要求如下：
1）输送平台距离地面的高度为80cm。
2）输送架上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线。
.
3）单次输送距离在300mm左右。
4）输送架在一定范围内保持平动。
5）轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为50mm。
2.3设计用途
可以进行产品生产线上的产品步进输送，而且步进输送有一段停顿的时间，在这段时间内，可以对产品进行加工处理。
同时，步进输送运动平稳，动作一般不会太快，方便精密工件的加工生产。
此种步进输送机，采用挡板推动，能产生较大的作用力，所以能适应不同重量的工件输送。
可靠，稳定……
第3章机构选型设计
3.1设计方案1
方案
（1）采用液压凸轮机构为主，以达到设计要求。
本方案采用液压动力装置以推动挡板左右往复运动。
再采用凸轮机构推动挡板做上下的往复运动。
该机构由液压机构和凸轮机构相互配合，使挡板做曲线运动。
该机构结构简单，构造也较为普通，切运行时噪声低。
运动行程一眼明了。
缺点是该机构有两个自由度，所以运动难于控制，不够平稳。
而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。
图3-1步进输送机设计方案1
3.2设计方案2
方案
（2）：
该方案完全采用连杆机构，运动连续，平稳。
由于构件大部分是连杆，成本较低且维护，检修都较为简单。
该机构只有一个自由度，运动易于控制。
缺点是机构的零件较多，较为复杂。
图3-2步进输送机设计方案2
通过两个方案的比较分析，选择方案
（2）较好，比较适合设计要求。
所以选择方案
（2）作为设计方案。
第4章机构尺度综合
4.1尺寸的得出
根据设计要求，相同的被输送工件间隔相等的距离为300mm，轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为50mm，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。
4.2机构尺寸计算结果
图4-1输送机机构示意图
根据CAD造型模拟得到的尺寸数据：
底板架的高度为——700mm
底板的长度为——1800mm
底板的宽度为——400mm
杆AB的长度为——170mm
杆CC1的长度为——791mm
杆BD的长度为——518mm
杆CE的长度为——399.5mm
杆CD的长度为——279.5mm
铰链点距离O点的长度为——334.1mm
电机主轴距离O点的距离为——165mm
铰链点E与E1之间的距离为——791mm
点D与D1间的距离为——791mm
点C1与D1之间的距离为——279.5mm
第5章机构运动分析
5.1步进输送机运动学方程
根据对步进输送机结构的设计要求，对机构的尺寸进行分析，计算。
机构的运动只要分为两个阶段，第一阶段是输送机的平动阶段，即输送机的工作阶段，此时输送机的挡板推动工件向左移动。
第二阶段是输送机的向下回转曲线运动阶段，此阶段输送机挡板向下运动同时慢慢向后移动，最后再次回到原运动平面，准备开始第二次的重复运动。
图5-1步进输送机运动分析简图
5.1.1步进输送机初始状态
图5-2输送机连杆示意图
图5-3输送机运动分析图
设A点坐标为（0,-182）,D点的坐标为（350，0），AB长为182，BC长为364，CD的长为420.设P点坐标为，B点坐标为
则B点的轨迹为（5-1）
另设C点坐标为则：
C（5-2）
由设计要求得，在一段进程中，P点做直线运动，则在这段时间内：
（5-3）
通过CAD绘制结构零件图，可知当=时，。
在此情况下，
则的中垂线方程为：
（5-4）
分析可得图5-3中中心圆的转角，应同图5-2中的中垂线的夹角相等。
即（5-5）
；
求解方程组，以求得BP和CP的长度值。
5.1.2步进输送机平动过程
图5-4结构示意图
图5-4所示，各标注点为机构设计中的个铰链点。
其中杆AB为绕A点旋转的驱动件。
A,E，E1点固结在机架上，D,D1点连接挡板。
设个点的坐标分别为：
。
同时设AB的角速度为，角加速度，为为杆件与水平面的夹角，各杆件的长度分别为：
，为初始角。
根据杆件的运动列出B点的运动方程：
（5-6）
其中，已知，初始角，杆长已知，所以，可以求出B点的坐标。
对式5-6分别进行一次，二次求导，可得到B点的速度和加速度方程。
（5-7）
（5-8）
图5-5点B的位置导出图
图5-6点B的速度导出图
图5-7点B的加速度导出图
5-7和5-8式中只有速度和加速度是未知数，可以求出。
同理，可以列出C,D,E点的位置，速度，加速度方程：
（5-9）
（5-10）
（5-11）
（5-12）
（5-13）
图5-8点C的位置导出图
图5-9点C的速度导出图
图5-10点C的加速度导出图
图5-11点D的位置导出图
（5-14）
（5-15）
图5-12点D的速度导出图
图5-13点D的加速度导出图
5.2运动学分析结果
C1,D1,E1点的速度，加速度与点C,D,E点对应相等，所以不再计算。
挡板机构先进行300mm左右的平动，然后下行，同时逐步后退，再上升到原平面，这样完成一次周期运动。
整个运动过程，AB杆绕A点运动，作为驱动，BCD构成的三角形杆组在A，E的制约下运动，使得D点在一个运动周期内有一段时间做直线运动。
从pro/e的仿真可以看出，该机构运动平稳，速度变化也较平缓，可以满足各种设计要求。
第6章机构动力分析
6.1步进输送机的动力学分析
对该机构进行动力学分析，根据动力学分析简图以及各杆件的受力情况列出动力学方程，用PRO/E软件进行模拟仿真，检测机构在运动过程中的受力情况，看这个机构是否正确。
该机构的传动角主要考察各个连杆之间的传动角是否瞒住要求，如果传动角太小的话，传动效率会降低很多。
如果所有的传动角都满足传动角的要求，才能稳定工作。
6.1.1步进输送机的动力学方程
图6-1步进输送机示意图
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