步进送料机课程设计说明书.docx
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步进送料机课程设计说明书
机械原理课程设计说明书
设计题目：
步进送料机机构综合2
学生姓名：
杨小青
学号：
20116268
班级：
工程机械3班
指导老师：
冯鉴
日期：
2013年12月22日
引言
本次设计是步进送料机机构的综合。
根据题目要求必须有曲柄、且输送架平动，输送架上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线。
首先根据要求，先提出了多种方案，最终择优选取了铰链四杆机构实现运动要求。
通过图解法综合铰链四杆机构，确定该四杆的构尺寸位置以及尺寸。
并进行了三维建模，运动仿真，制作动画。
设计过程中运用多种软件，如在SolidWorks中三维建模，后在ADAMS中输出位移、速度加速度曲线等等。
一、题目简介
1.1、设计题目：
步进送料机机构综合
图1步进送料机
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。
1.2、具体设计要求：
（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。
设计数据
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。
二、方案拟定及评价
2.1方案一:
曲柄摇杆机构
图
（2）
送料爪的动作时是通过“摇杆”的运动来实现的。
优点：
结构简单，通过摇杆外伸端的点循环摆动来实现送料。
缺点：
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。
2.2方案二:
四杆机构
图（3）
采用两个四杆机构，通过连杆中间点的轨迹实现送料爪的运动。
优点：
结构简单，能够实现送料的要求
缺点：
该四杆机构综合出来的尺寸比较大，推得过程中将工件顶起工件，需较大的功率。
2.3方案三：
曲柄四连杆机构
图（4）
采用两个四杆机构，通过连杆外伸端的点轨迹实现送料爪的运动
优点：
能实现送料的要求，且机构尺寸较小
缺点：
外伸端杆的承载差。
综合三种方案，现选用第三种方案进行设计。
三、选择电机及分配传动比
3.1、选择电机
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400mm，在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时t1,=2s移动距离a后间歇时间t2=4s
机器中可用于运动和动力源的种类很多，有电动机、内燃机、液压马达、气动马达、蒸汽机、水轮机、气轮机等。
但是电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。
送料机曲柄工作转速
通常，二级减速器的传动比为
，这里我选用传动比为10的二级减速器，故我选用100r/min的电动机驱动，和机械原理实验指导书上一致。
3.2、减速齿轮的选择
从电动机的选择上我可以采用的是传动比
的二级减速器，这里我选用两对直齿轮配合，传动比分别为
。
齿轮依次为
，参数如下表:
Z1
Z2
Z3
Z4
齿数（mm）
40
100
25
100
模数
2.5
2.5
2
2
节园直径（mm）
100
250
50
200
内径（mm）
25
40
17
40
压力角（度）
20
20
20
20
厚度（mm）
30
30
30
30
表1减速齿轮的选择
四、传动原理图
传动原理图及有关参数如下：
图5传动原理图1
图6传动原理图2
五、机构运动尺寸综合
5.1尺寸综合
根据执行构件的运动轨迹，以及其参数即速比系数K=2，极限夹角θ=60°。
采用solidworks中绘图求解：
由题目已知
，其运动轨迹图如下：
图7运动轨迹图
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。
先确定一个水平距离400，即可以确定2个点，在这两个点上，自己确定了极角，再确定一个点，根据3个点，求解出杆长。
求得结果如图所示：
图8尺寸综合图
最终尺寸确定为：
5.2检验
因为AB是最短杆，且有
，所以AB为曲柄。
在adams中仿真后发现，位移在误差范围内是满足题意的。
六．运动循环图
因为输入材料过程中送料爪作平动，所以送料爪上每一点的速度、加速度相同。
在adams中得到的位移，速度，加速度图如下所示。
图（9）
图（10）位移图
图（11）速度曲线图
图（12）加速度曲线图
七、三维建模过程
机架是用槽钢焊接而成，下图是建模的装配体。
其他零件建模见建模过程截图。
图（13）机架
图（14）装配体实体
图（15）装配体二维图
八、设计总结
此设计运用的是平面连杆机构，较好的完成了给定的轨迹。
此次课程设计使我受益匪浅，查阅了很多的有关资料，熟悉了多种软件，拓展了自己的知识面，增强了自己解决实际问题的能力，有利于把学过的理论知识和实际联系起来。
在建模过程中运用了SolidWorks，在ADAMS中输出位移、速度和加速度曲线图。
并在adams中制作了仿真视频。
有一些零件的尺寸是自己定的，并不是特别的正确，也没有考虑到现实中的应用，因此，这次的设计只是，找到了一个简单地四杆机构来完成给定的运动。
也没有考虑各种零件的材料，只是建了个大概的模型。
九、参考资料
[1]冯鉴、何俊等，机械原理西南交通大学出版社，2008年8月
[2]王淑仁，机械原理课程设计科学出版社，2006年9月
[3]吴宗泽等，机械设计课程设计手册高等教育出版社，2008年12月
[4]江晓仑，理论力学中国铁道出版社，2004年7月
[5]詹迪维，SolidWorks高级应用教程机械工业出版社，2009年2月
十．部分截图
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