工件步进输送机设计.docx

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工件步进输送机设计

工件步进输送机设计

摘要

工件步进输送机用于间歇地输送工件，到达预定位置。

传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。

为了使装置结构紧凑，传动效率高，本文完成了采用行星减速器为传动系的步进输送机的设计与研究。

本文对工件步进输送机的研究要点如下：

（1）介绍了现有工件输送机的类型、发展趋势和研究本课题的目的、意义，分析了输送机国内外的研究现状。

（2）在完成对工作机构的设计、确定电动机的类型的情况下，建立了两种传动系减速方案，通过方案对比，择优选择出采用行星齿轮减速器的步进输送机传动方案，并对此方案的可行性进行了分析。

（3）进行了工件步进输送机的总体结构设计，重点设计了行星齿轮减速器总体及部分零件的结构，并详细绘制了关键零件的工作图。

（4）同时运用计算机辅助软件对工作机构及传动系进行运动仿真分析，为进一步改进传动结构提供理论依据。

关键词：

工件步进输送机电动机行星齿轮减速器设计仿真

Workpiecesteppingconveyordesign

Abstract

Workpiecesteppingconveyorusedintermittentlytransportationworkpiece,arrivedatthescheduledposition.Traditionalconveyorbyusingcommonreducermultistagevariablespeedmotors,transmissiondevicestructuresizerealization.Inordertoachievehightransmissionefficiency,wecompletedaplanetaryreducerfortransmissionbytheworkpiecesteppingconveyordesignandresearch.

Thisarticleonthesteppingconveyorresearchpointsasfollows:

（1）Introducesexistingworkpiece,thetypesofbeltconveyordevelopmenttrend,andstudyofthissubject,analyzesthepurposeandsignificanceoftheresearchsituationathomeandabroad.

（2）Afterfinishingthedesignofworkingmechanismanddeterminethetypeofsituationmotor,setuptwokindsoftransmissiondecelerationscheme,throughtheschemecontrast,technicalselectedtheplanetgearreducersteppingconveyortransmissionscheme,andthefeasibilityofthisplanareanalyzed.

（3）Underwentworkpiecesteppingconveyortheoverallstructuredesign,focusingontheplanetgearreducerdesignofthestructureofoverallandparts,anddetailedthekeypartsmappedtheworkingdrawing.

（4）Atthesametimeusingcomputer-aidedsoftwaretoworkinstitutionsanddrivetrainmotionsimulationanalysis,forfurtherimprovedtransmissionstructureprovidestheorybasis.

Keywords:

workpiecesteppingconveyor;motor;planetarygearreducer;design;simulation

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一九八五六三九七五五

1.绪论

1.1引言

随着科学技术的进步，我国传送装置制造行业有了长足的进步。

传送装置的成套性，自动化程度，定位精度和整体质量都明显提高，其应用范围正逐步扩大。

输送机是在一定线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。

它可进行水平、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。

输送机输送能力达，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。

工件步进输送机用于间歇地输送工件，到达预定位置。

工件步进输送机一般来说应具有电动机、联轴器、减速器、工作机构、滑架、推爪、辊道和机架等部分，其中减速器是工件步进输送机最关键的传动装置之一。

它在传送工件的过程中不仅担负着减速及增加转矩的功能，同时也降低了负载的惯量，是步进式输送机的核心部件之一。

1.1.1输送机的类型及特性介绍

一输送机一般按有无牵引件来进行分类：

（1）具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。

牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器（停止器）等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。

具有牵引件的输送机的结构特点是：

被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件（如输送带）上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。

这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、悬挂输送机和架空索道等。

（2）没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。

它们的结构特点是：

利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。

例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。

二．输送机械按使用的用途分可以分为:

（1）带式输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。

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。

在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。

它用于水平运输或倾斜运输。

（2）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[1]。

输送原理：

旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。

使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。

结构特点：

螺旋输送机旋转轴上焊有螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。

螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。

双螺旋输送机就是有两根分别焊有旋转叶片的旋转轴的螺旋输送机。

说白了，就是把两个螺旋输送机有机的结合在一起，组成一台螺旋输送机。

螺旋输送机旋转轴的旋向，决定了物料的输送方向，但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。

当反向输送时，会大大降低输送机的使用寿命。

（3）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。

斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，本提升机适于输送粉状，粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：

煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环行链条，因此允许输送温度较高的材料（物料温度不超过250℃）。

一般输送高度最高可达40米。

1.1.2工件步进输送机的工作原理

步进式工件输送机用于间歇的传送工件，如图1.1所示，电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。

工作行程时，滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回时，由于推爪与轴间装有扭簧，因此推爪从工件底面滑过，工件保持不动。

当滑架再次向前推进是，推爪已复位，并推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移。

图1.1工件步进输送机

传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。

由此可设想设计一套采用行星减速器为传动系的工件步进输送机。

1.1.3输送机的发展趋势

（1）继续向大型化发展。

大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。

水力输送装置的长度已达440公里以上。

带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的"带式输送道"。

不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。

（2）扩大输送机的使用范围。

发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。

（3）使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。

如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。

（4）降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。

已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。

（5）减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。

1.2研究的目的和意义

通过对研究本课题，不仅可以使我对工件输送机总体结构有宏观把握，而且对行星传动减速器有了深入的了解，掌握其工作原理，提高自己对机械设计的了解，在设计的过程中我肯定会遇到大量的问题。

如减速器的结构问题，中间的大量的数据计算，不过我会通过查阅资料或询问老师来解决，提高自己解决困难的能力。

而且了解其优点，在自己的设计工作中充分地发挥其优点，把其缺点降低到最低的限度，从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置。

这次毕业设计一定会对我今后的学习工作起到巨大的作用。

1.3国内外研究现状

步进式输送机其核心部分之一就是减速器，传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大，若采用行星齿轮减速器，则可使输送机结构紧凑，传动效率高。

因此对行星减速器的研究是设计步进输送机的关键。

行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。

然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。

无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。

近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。

世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。

1.4主要研究内容

1.4.1课题任务

工件步进输送机用于间歇地输送工件，到达预定位置。

传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现，传动装置结构尺寸大。

主要任务：

设计一套采用行星减速器为传动系的工件步进输送机。

主要参数：

工件输送时滑架受到的工作阻力Fr=2800N，滑架宽度为250mm，高度H=800~1000mm，步长S=370mm，往复次数N=40/min，行程速比系数K=1.2，四杆机构摆角φ=45°，最小传动角rmin≥40°，工作机构效率为0.95。

1.4.2课题所要完成的主要工作

（1）完成总体方案设计；

（2）动力传动部分减速器设计；

（3）步进输送机总图设计；

（4）减速器主要零件三维造型；

（5）通过计算机辅助分析软件进行运动仿真分析。

2.步进输送机方案设计

2.1工作机构的设计与分析

该步进输送机通过工作机构驱动滑架往复移动，要求工作机构结构简单紧凑，制造方便，成本较低。

2.1.1工作机构型式的选择

主要机构确定为曲柄摇杆机构，如图2.1.1所示。

其中曲柄1连接的是减速器的输出轴，作整周回转，摇杆3做摆动控制推爪水平运动。

该机构的优缺点：

运动副都是低副，因此运动副元素都是面接触，压强较小，可承受较大的载荷，有利于润滑，故磨损较小；此外，运动副元素的几何形状都比较简单，便于加工制造；易获得较高的精度，还可以改变各构件的相对长度使从动件得到不同的运动规律。

缺点是传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低，不利于高速运动。

图2.1.1曲柄摇杆机构

2.1.2设计机构的具体尺寸

已知行程速比系数K=1.2，则可用图解法求各杆长，如图2.1.2

（1）所示。

由步长F1F2=370mm，摆角φ=45°，令CD=0.6DE，由三角形几何关系可求得CD=290mm，DE=483.43mm，EF=0.2DE=96.69mm。

又极位夹角θ=180°*（K-1）/（K+1）=180°*（1.2-1）/（1.2+1）=16.4

在AUTOcad上用图解法可确定铰链A在三角形C1C2M的外接圆上，再令铰链A与D的垂直高度h=150mm，则A点位置可确定。

由此可得曲柄AB=（AC1-AC2）/2=99.65

连杆BC=（AC1+AC2）/2=317.31

将各杆长度圆整后得：

AB=100mm

BC=317mm

CD=290mm

DE=483mm

EF=97mm

图2.1.2

（1）机构运动简图

因铰链A的高度为自己确定，则需验证最小传动角是否满足题意，如图2.1.2

（2）所示，在AUTOcad上作图，当A、B、D三点共线时，此机构传动角最小。

经验证，∠DCB=43°＞40°，满足要求。

曲柄随减速器输出轴作匀速圆周运动，驱动连杆，摇杆以固定铰链为圆心，自由端运动至右极限位置，输送爪将工件送至待加工位置，摇杆再向左运动至左极限位置，成为一个工作循环，机构可在预定时间将工件送至待加工位置。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，此外结构简单，尺寸紧凑，成本低，效率较高。

图2.1.2

（2）机构运动简图

2.1.3机构的速度分析

由往复次数N及步长可求得工件平均速度v0=370

2/（60/40）=493.33mm/s

由速度矢量图可知摇杆运动到竖直位置时vE=v0=493.33mm/s，则vc=0.6vE=296mm/s

又vB=vc+vBC，用图解法作速度矢量图，如图2.1.3所示，得vB=296.43mm/s

又vB=rAB

ω得曲柄AB的转速ω=2.975rad/s

则减速器输出轴转速n出=ω/2π=0.474r/s=28.42r/min。

图2.1.3速度矢量图

2.2选择电动机

2.2.1选择电动机的类型

按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。

2.2.2选择电动机的容量

电动机所需工作功率Pd=Pw/η总

Pw=Fv/1000则Pd=Fv/（1000η总）=Fv/（η1η2）

其中η1为工作机构效率0.95，η2为减速器效率0.8

则Pd=（2800×0.4933）/（1000

0.95

0.8）=1.82Kw

查《机械设计简明手册》表10-8可选择电动机型号为Y112M-6，额定功率为2.2Kw，转速940r/min

电动机主要外形和安装尺寸如图2.2.2所示。

图2.2.2Y112M-6型电动机

2.3传动方案的对比分析及优选

2.3.1选择传动形式

由电动机输入轴转速n入=940r/min，n出=28.42r/min

则总传动比i=n入/n出=940/28.42=33.03

根据此传动比，查《机械设计简明手册》可选用二级展开式圆柱齿轮减速器，如图2.3.1

（1）所示，其传动比范围i=8～60。

图2.3.1

（1）二级展开式圆柱齿轮减速器运动简图

此外，我们可以查《渐开线齿轮行星传动的设计与制造》表1-1，选择NGWN型齿轮减速器，其传动简图如图2.3.1

（2）所示。

其中c、d为行星轮，a、b、e为太阳轮，其传动比范围i=20～100.

2.3.1

（2）3K行星齿轮减速器传动简图

2.3.2两种传动方案对比分析及优选

二级圆柱齿轮减速器结构的优缺点：

结构简单，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。

用于载荷比较平衡的场合。

缺点是齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度；此外，高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿，制造安装较复杂。

NGWN型行星减速器的优点：

结构紧凑，三点对称，受力均衡，传动效率高，具有功率分流和动轴线的运动特性，由于在中心轮的周围均匀分布着数个行星轮来共同分担载荷，故使得每个齿轮所承受的负荷较小，所以可以采用较小的模数，从而缩小了其外廓尺寸，使其结构紧凑。

行星齿轮传动运动平稳、抗冲击和振动能力的能力较强，延长了使用寿命，对维护保养的要求也大大降低了。

综上所述，行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，故确定传动形式为3K型行星传动结构。