步进送料机机构综合2

发布于:2021-06-11 05:54:01

机械原理课程设计
步进送料机说明书

引言
进入 21 世纪以来, 随着科学技术、工业生产水*的不断发展和人们生活条件的不断 改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品, 而决定产品性能、质量、水*、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品

设计中, 首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、 各种传动机构和执行机构的选用和创 新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法 及其在系统中的作用等知识,根据使用要求和功能分析,选择合理的工艺动作过程,选用或 创新机构型式并巧妙地组合成新的机械运动方案,从而设计出结构简单、制造方便、性能优 良、工作可靠、实用性强的机械产品。

企业为了赢得市场,必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造,其中 设计是产品开发的第一步,是决定产品的性能、质量、水*、市场竞争力和经济效益的最主 要因素.机械原理课程设*岷弦恢旨虻セ鹘谢鞴δ芊治觥⒐ひ斩鞴倘范ā⒅葱 机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等,使学生进一步巩固、 掌握并初步运用机械原理的知识和理论,对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等 诸方面的独立工作能力进行初步的训练, 培养理论与实际结合的能力, 更为重要的是培养开 发和创新能力。因此,机械原理课程设计在机械类专业学生的知识体系训练中,具有不可替 代的重要作用。

这次我要做的机械原理课程设计是步进送料机,希望能够通过这次综合性的训练能让 自己从中掌握机械设计的流程,以及会运用一些软件。

编者 2010/10/30

目录
第一章
1.1

课程设计的内容 课程设计的内容
设计题目

1.2 1.3

设计要求 设计要求

第二章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

步进送料机的设计 步进送料机的设计
工作原理 常见的传动机构 传动方案比较及选择 执行机构的选择 机构的运动简图

第三章
3.1 3.2 3.3 3.4

步进送料机的选型及其组合协调
确定导引铰链四杆机构的尺寸 蜗杆参数 参数的 蜗杆参数的确定 轮参数的 蜗轮参数的确定 齿轮参数的确定

第四章
4.1 4.2

运动分析及运动仿真 运动分析及运动仿真
运动分析 构件的速度加速度, 构件的速度加速度,及位置仿真曲线

第五章 实验验证
5.1 5.2 搭建构件 拍摄照片及录制运动

第六章 参考文献

课程设计的内容 第一章 课程设计的内容

1.1 设计题目 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*面连杆机构。

图 1 步进送料机

1.2 设计要求 1、电机驱动,即必须有曲柄。 2、输送架*动,其上任一点的运动轨迹*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*似的水*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

300 1.3 设计任务

20

50

1

2

1. 步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构,提出可能的运动方案,进 行方案分析评比,选出一种运动方案进行设计; 2. 画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。 3. 对*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; 4、 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。 5、图纸上绘出最终方案的机构运动简图(可以是计算机图)并编写说明书。 6,由已知条件我们可以得出其运动轨迹,轨迹曲线的 AB 段为*似的水*直线段,轨迹图 如下,AB=a=300mm,BC 之间的距离为 50mm。

第二章 步进送料机的工作原理
2.1 工作原理 加工过程中若干个相同被输送的间隔为 300mm,在导轨上向左依次间歇移动,每个零 件向左移动 300mm 耗时 1s 后,间歇时间 2s。这样依次循环下去,就达到了把坯料或成品 从右输送到左端的目的。

该系统由电动机驱动,通过带蜗杆减速将运动传给齿轮,再由各级齿轮进行减速使其 转速符合要求。最后利用齿轮和连杆将运动传给输送架。

2.2 常见的传动机构 齿轮传动 其优点是传动比准确,外轮廓尺寸小,功率高,寿命长,功率及速度范围 广,适宜于短距离传动。 缺点是制造精度要求高

螺旋传动 其优点传动比大,可实现反向自锁,用于空间交错轴传动,传动*稳。 缺点是效率低。

带传动 载保护。

其优点中心距变化范围广,可用于长距离传动,可吸振,能起到缓冲及过

缺点是有打滑现象,轴上受力较大。

链传动

其优点中心距变化范围广,可用于长距离传动,*均传动比准确,特殊链

可用于传送物料。 缺点有振动冲击,有多边形效应。

连杆传动 其优点适用于宽广的载荷范围,可实现不同的运动轨迹,可用于急回、增 力,加大或缩小行程等。 缺点是设计复杂,不宜高速运动

凸轮传动

其优点能实现各种运动规律,机构紧凑。 缺点是易磨损,主要用于运动的传递。

2.3

传动方案比较及选择

方案 1:采用凸轮摇杆机构

图 2.1 凸轮摇杆机构 此机构虽然能够满足输送零件的要求, 但由于该机构有凸轮机构, 导致在机构的运动路线的 计算时非常复杂,而且凸轮机构易磨损,机构的*衡性不好,导致在机构运动时,产生很大 的噪声,而且构件会损坏的非常快,所以舍弃这个方案。 方案 2:采用从动件圆柱凸轮机构

s=s ψ

A

图 2.2 从动圆柱凸轮机构 该凸轮机构虽然能实现工件的移动, 但不满足设计要求的输送爪的运动轨迹, 所以该方案舍 弃。 方案 3:采用齿轮与齿条的配合

s=s ψ
A

ω
图 2.3 齿轮与齿条配合 该机构虽然能实现工件在工作台上的间歇运动, 也能满足设计要求的时间间隔, 但该机构的 传送装置为环状的传送带,不满足得及要求的曲线,所以该方案舍弃。 方案 4:采用铰链四杆机构

图 2.4 曲柄连杆机构

这种曲柄连杆机构可以实现很多的轨迹,可以通过调整杆件的长度比例来实现所需要 的运动轨迹,通过比较最后选择方案四的传动机构。 2.4 执行机构的选择 本题中我们我们已经给出了使用输送抓而不是带传动,因为带传动有许多的弊端,比如,容 易磨损 2.5 机构的整体 整体简图 机构的整体简图 (1) )

(2)其运动流程 电机运行时,蜗杆 1 转动,带动蜗轮 2 转动,接着齿轮 3 转动,继而齿轮 4,4’转动, 然后传给齿轮 5,5’。把力传到曲柄 AB。然后连杆 BE,BC 转动,最终使得传送架运动。 即达到设计要求。

第三章

步进送料机的参数及其组合协调 步进送料机的参数及其组合协调 参数

(1) 确定导引铰链四杆机构的尺寸

AB 杆的角度 0——120 120——360

输送爪工作情况 进给 回程

工件运动情况 进给 静止

K=t1/t2=1/2 可以得出此机构的极位夹角为 60 。曲柄从开始的 0 ? 120 是 E 点走过工作行程 a 的
0 0 0

角度。此时我们可以用试凑法来求解各个杆长。

已知 EE1 = 280 ~ 320, (a = 280 ~ 320 ).CAC1 是 60 。已知三个点,E, E1 , E 2 , E 2
0

到 EE1 的距离是 50mm, EE1 = 300mm ,即行程的始末两点,再在刚体*面的第一个 位置上自定一个动铰链点 B 点, 再用作图法 (自己拟定角度, (E, ) E1 , 1 ) E 2 , θ , ( θ (

θ 2 )在刚体角位置的标线上取一点 e,由 ?BEe ? ?B1 E 1e1 )找出 B1 且要满足 BAB1 是
120 0 , 即是惟一的 B1 , 同样的方法可以找到 B2 , 两两连接做垂直*分线, 交点即是 A。
在 AB 的延长线上取 C,令 BC=550mm,由 B C = B1C1 ,在 B1 A 的延长线上可以找到

C1 。由 ?BEC ? ?B 2 E 2 C 2 ,即可得到 C 2 ,把 C, C1 , C 2 两两相连,做垂直*分线
相交于一点即为 D 点。按比例量出的尺寸, BC=550 AB=120 AD=320 CD=550 BE=250 EC=350

(2) 蜗杆的参数确定

简要介绍蜗杆传动的特点。1 传动比大,且精确。2 传动*稳,无噪声。3 当蜗杆的螺旋 升角小于啮合面的当量摩擦角时,可以实现自锁。4 啮合面有较大的滑动速度,会产生 严重的摩擦磨损。 蜗杆头数为 Z1 ( Z1 =1~4) ,蜗轮齿数为 Z 2 ( Z 2 =30~80), 主要参数蜗杆头数 Z1 ,模数 m a1 ,压力角 a a1 ,分度圆直径 d 1 由蜗杆的分度圆直径预期模数的匹配标准系列可知: 模数为 2 的时候,分度圆直径可选为 22.4。

主要参数

Z1
1

ma1
2

a a1
20 0

d1
22.4

数值

(3) 蜗轮的参数确定

主要参数

Z2
30

ma 2
2

aa2
20 0

d2
60

数值

由以上参数可知该减速机构的传动比为 z2/z1=30 齿轮的参数与尺寸 由方案可知: 输出构件每分钟循环运动的次数为:60/(1+2)=20 次

(4) 齿轮参数的确定 渐开线标准齿轮的正确啮合条件是两齿轮分度圆的模数和压力角分别相等

m1 = m2 = m a 2 = 2, a1 = a 2 = a a 2 = 20 0
由于齿轮 3 与蜗轮 2 连在同一轴上,所以这两个齿轮的转速 w 与蜗轮的转速一致。 齿轮 5 与 5’,4 与 4’齿轮并不影响传动比,两两完全相同,所以该直齿圆柱齿轮组的参数可

设计如下

主要参数

齿数

模数

压力角

分度圆直径

齿轮 3

30

2

20

60

齿轮 4

45

2

20

90

齿轮 4’

55

2

20

110

齿轮 5,5’

20

2

20

40

输出构件每分钟循环运动的次数为:60/(1+2)=20 次,即 AB 的转速为 20r/min,即齿轮 5, 5’的转速为 20r/min,齿轮 4,4’不影响传动比,这样齿轮 3 到齿轮 5,5’的传动比为 20/30 计算电机转速为 20 ×

20 × 30 = 400r / min 30

所以只要电机转速到达 400r/min,齿轮 5,5’的输出转速就可以满足 20r/min,等于设计要求 的转速。故该传动系的设计是合理且符合要求的。

第四章

运动分析及运动仿真 运动分析及运动仿真

4.1

运动分析

设个点的坐标分别为:( x A , y A ) 、xB , yB ) 、xC , yC ) 、xD , yD ) 、xE , yE ) 。同时设 AB 的 ( ( ( ( 角速度为 ω AB ,角加速度 α1 ,为 ? AB , ? BC , ?CD , ? BD , ?CE 为杆件与水*面的夹角,各杆件的 长度分别为: l AB , lBC , lCE , lBD , lCD , lCC1 , ? AB 为初始角。 根据杆件的运动列出 B 点的运动方程:

? xB = xA + l AB cos ? AB ? ? yB = y A + l AB sin ? AB
(4-1)分别进行一次,二次求导,可得到 B 点的速度和加速度方程。

(4-1)

其中, ( x A , y A ) 已知,初始角 ? AB ,杆长 l AB 已知,所以,可以求出 B 点的坐标。对式

?vBx = l ABω AB sin ? AB ? ? ?vBy = l ABω AB cos ? AB ?
2 ?aBx = l ABω AB cos ? AB ? l ABα1 sin ? AB ? ? 2 ?aBy = l ABω AB sin ? AB + l ABα1 cos ? AB ?

(4-2)

(4-3)

4-2 和 4-3 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:

? xC = xB + lBC cos ? BC ? ? yC = yB + lBC sin ? BC ? xD = xB + lBD cos ? BD ? ? yD = yB + lBD sin ? BD
2 ?( xE ? xC )2 + ( yE ? yC )2 = lEC ? ? 2 2 2 ?( xD ? xC ) + ( yD ? yC ) = lDC ?

(4-4)

(4-5)

(4-6)

?vCx = lBC ω BC sin ? BC ? ? ?vCy = lBC ω BC cos ? BC ?
2 ?aCx = lBCωBC cos ? BC ? lBCα 2 sin ? BC ? ? 2 ?aCy = lBCωBC sin ? BC + lBCα 2 cos ? BC ?

(4-7)

(4-8)

?vDx = lBDω BD sin ? BD ? ? ?vDy = lBDω BD cos ? BD ?
2 ?aDx = lBDωBD cos ? BD ? lBDα 3 sin ? BD ? ? 2 ?aDy = lBDωBD sin ? BD + lBDα 3 cos ? BD ?

(4-9)

(4-10)

4.2

构件的速度加速度, 构件的速度加速度,及位置仿真曲线

(1)这是步进送料机的三维运动图,运动见视频 1

(2)在 proe 编程中可以直接点 B,C,E 输出它们的运动曲线,从而达到对它们的运动分 析。其动画见视频 2 首先讨论执行机构机械抓上的点,E 点的运动曲线图如下 E 点的运动位置

E 点速度曲线

E 点加速度曲线

B 点的位置曲线

B 点速度曲线

B 点加速度曲线

C 点的位置曲线

C 点的速度曲线

C 点的加速度曲线

第五章 实验验证
实验室机构搭建的图片

第六章 参考文献
[1].《机械原理》 冯鉴 何俊 雷智翔 主编 西南交通大学出版社

[2].《机械原理课程设计指导书》 裘建新 主编 [3].《机械原理与机械设计》 张策 主编 [4].《ProE 技术入门与案例应用》 唐人科技 编著 [5].《ProE 基础与实例教程》


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