步进输送机课程设计

机械原理课程设计 设计计算说明书

设计题目：步进输送机

学 院 ：理 学 院 专 业 ：机械电子工程 班 级 ： 12 学 号： 020841206

设 计 者：程满

指导教师：范奎 2011年5月26日

湖北民族学院

目录

一、设计题目 ………………………………………………………… 2 二 设计简介…………………………………………………………… 3

2.1工作原理……………………………………………………… 3 2.2原始数据及设计要求………………………………………… 4 2.3 设计任务………………………………………………………5 三、运动方案的拟定……………………………………………………5 3.1 步进输送机构…………………………………………………5 3.2 下料机构（插断机构）………………………………………7

3.3运动方案的选定……………………………………………… 8 四、机构运动简图………………………………………………………8 五、运动分析……………………………………………………………11

5.1输送机构的运动分析……………………………………… 11 5.2插断机构（下料机构）的运动分析…………………………20 5.3飞轮的转动惯量的计算…………………………………… 23 六、机构运动循环图………………………………………………… 24 七、减速机构的设计……………………………………………………24 八、设计总结……………………………………………………………25 九、参考文献……………………………………………………………25

一、 设计题目：步进输送机

二、 设计简介 2.1工作原理

步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。图1为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得

以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个步长。如此周而复始，实现工件的步进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。

图1 步进输送机示意图

2.2 原始数据及设计要求

（1） 输送工件形状和尺寸如图1，工件质量60kg，输送步长H＝

840mm，允许误差±0.2mm。

（2） 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数

0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数也为0.15。

（3） 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≥1.7。

（4） 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转

动惯量为2 kg m2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动

机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2 kg m2。。

（5） 允许速度不均匀速度为[δ]＝0.1。

（6） 滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。 （7） 电动机规格自选。 2.3 设计任务

（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图； （2） 进行插断机构、步进输送机构的选型； （3） 机械运动方案的评定和选择；

（4） 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在报告上画出传动方案图； （5） 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算； （6） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算； （7） 画出机械运动方案简图； （8） 编写设计计算说明书。 三、运动方案的拟定 3.1 步进输送机构

步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为推爪(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且

均匀。要满足这些要求，用单一的四

杆机构是难以实现的。下面介绍拟定的几种方案。 图1-1

1.如上图1-1所示，牛头刨床的主传动 机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块3与导杆之间的传动角 始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定推爪的导路位置，可以使压力角 尽量小。

2、如图1-2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在推爪往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规 律）。

3、如图1-3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。导杆做往复摆动其速度有点波动，并且也具有急回特性。

图1-2 图1-3

4、如图1-4所示，步进输送机的主传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较低，在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆3的压力角 是变化的。

3.2 下料机构（插断机构）

一种方案是采用齿轮与齿条的配合（图2-1）。

s=s

ψ

（图2-1）

而另一种方案是采用从动件盘形凸轮与摇杆机构的组合图（2-2），利

用弹簧的弹力使滚子从动件始终紧靠在凸轮上

图2-2

3.3运动方案的选定

经过小组讨论最终确定选输送机构的方案1和插断机构的方案2作为此次课程设计所要求的运动方案。

四、机构运动简图

运动简图

1.初始状态

2.工件输送阶段

3.工件到达工位点

4.输送架回程及下料阶段

五、运动分析

5.1输送机构的运动分析

图5.1.1

1.要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm, 滑架工作行程的平均速度为0.42m/s, 输送速度尽可能均匀， 行程速比系数K≥1.7。

2.制定参数：令K=2，推爪（滑块）的导路X-X在导杆运动弧长的平分线上。

极为夹角θ=180°³(K-1)/(K+1)=60°，即∠O2O4A=30°。 由输送架工作行程平均速度0.42m/s,且输送步长S=860mm可得导杆O4B的长度O4B=860mm。

工作进程的时间t1=0.86m/0.42m/s=2.0476s

回程时间t2= t1/2=1.0238s， 有Wt=θ知W=2.0457 rad/s。

转速n=60W/(2*3.14)=19.5r/min。 由∠O2O4A=30°知O2A=O2O4/2,

又X-X在导路所在弧长的平分线上，取H约为(860+860*cos30°)/2即令H=802mm。

又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即BC杆的传动角γ越大越好。

最大的传动角γ=90°-arcsin[(860-860*cos30°)/BC]。为保证机构的传力效果，应使传动角的最小值γγ

min

min

大于或等于其许用值[γ],即

≥[γ]。一般机械中，推荐[γ]=40°-50°。

取BC=200mm, γ=74.38°。 推爪形状如下图：

尺寸如上图所示，单位：cm

由上述结论，确定输送架运动的6杆机构的长度分别为： BC=200mm O4B=860mm O2O4=500mm O2A=250mm 。

3.用相对运动图解法做平面机构的运动分析

将曲柄端点的运动轨迹的圆周12等份，初始位置为1如上图5.1.1

例如计算滑块处于位置8时机构的速度、加速度。 1、求C点的速度：

⑴确定构件3上A点的速度：

构件2与构件3用转动副A相联，所以υA3=υ而υ

A2

A2

= 2lO2A=0.51m/s

⑵求VA4的速度： υ

A4

= υ

A3

+ υ

A4A3

方向： ⊥BO4 ⊥AO2 ∥BO4

大小： ？ 2lO2A ？

用图解法求解如图1：、 式中υ

A3、

图1

υ

A4

表示构件3和构件4上 A点的绝对速度，υ

A4A3

表示构件

4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。在图上任取一点P，作υ

A3

的方向线pO3 ，方向垂直于AO2，指向与ω2的方

向一致，长度等于υ垂直于 BO4 代表υ

A3

/μv，（其中μv为速度比例尺）。过点p作直线

A4

的方向线，再过O3作直线平行于线段BO4 代表

υ

A4A3

的方向线这两条直线的交点为O4，则矢量pO4和O3O4分别代υ

A4

和υ

A4A3

。

易知PO3、PO4同向，由速度多边形PO3O4得：

υA4=0.51m/s υ

A4A3

=0

⑶ 求BO 4的角速度 4：

4=VA4/lAO=0.68rad/s

4

VB= 4BO4=0.59m/s ⑷ 求C点的速度υc：

υ

c

= υ

B

+ υ

CB

方向： ∥X-X ⊥BO4 ⊥BC 大小： ？ ω4lO4B ？

图2

速度图见图2： 式中υ

c

、υ

B

表示点的绝对速度。υ

CB

表示点C相对点B的相对速度

其方向垂直于构件CB，大小未知，点C的速度方向平行于X-X，大小未知，图上任取一点p作代表υB的矢量pb其方向垂直于BO4指向于 2转向相反，长度等于VB/ v（ v为速度比例尺）。过点p作直线平行

于X-X，代表υc的方向线，再点b作直线垂直于BC代表υ线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表 υ则C点的速度为：υc=0.58m/s，υCB=0。 加速度也可按相对图解法计算。

4.编制程序计算各点的速度，加速度，位置。 1)主程序源代码如下

c、

CB

的方向

υCB

#include "stdio.h" /*包含头文件*/

#include "stdlib.h"

#include "math.h"

const double PI=3.14159; /*圆周率*/

/*全局变量*/

double L[10]; /*存储杆长*/

double X[10],Y[10]; /*存储各点x，y坐标*/

double V[10],U[10]; /*存储各点x，y方向速度分量*/

double A[10],B[10]; /*存储各点x，y方向加速度分量*/

double F[10],W[10],E[10]; /*存储各杆转

角，角速度，角加速度*/

double S[10],C[10]; /*中间计算变量*/

/*计算主程序*/

void main() {

int ii,Index,iFlag；

double p1,F9,Res[3],N1;

p1=PI/180;

L[1]=250; [2]=0; L[3]=860; L[4]=0; N1=117.2;

/*初始参数*/ X[1]=0; Y[1]=500; X4]=0; Y[4]=0;

printf("L(1)=60 ，L(2)=0 ，L(3)=200 ， L(4)=0 ， W(1)=30

E(1)=0\n");

printf("F(1) Deg ，F(3)Deg ， W(4)/s ，S mm V m/s

A m/S^2\n"); W[1]=N1*PI/30;

for(ii=0;ii<=12;ii++) {

F[1]=ii*30*p1;

F9=0;

Mcrank(1,1,1,2,F9);

iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,Res) ;

if(iFlag==1)

printf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.

2f,%10.2f\n",

F[1]/p1,F[3]/p1,W[3],E[3],Res[0],Res[1]/10

00,Res[2]/1000);

else printf("Because of wrong data, the Caculation

failed!\n");

} }

计算结果：

L(1)表示曲柄的长度， L(3)表示导杆的长度， W(1)表示曲柄的转速， F(1)表示曲柄转过的角度， F(4)表示导杆的转角， W(4)表示导杆的角速度， S表示滑块在导杆上的位移， V 表示滑块沿导杆的滑动，

A表示滑块的沿导杆的加速度。

5.用solidworks仿真绘制速度、加速度、位移曲线。

推爪（滑块）的速度曲线

推爪（滑块）的加速度曲线

推爪（滑块）的位移曲线

5.2插断机构（下料机构）的运动分析 1.凸轮的设计

凸轮的远休止角Φ=40°， 近休止角Φ=240°,推程运动角Φ=40°， 回程运动角Φ=40°。

凸轮轮廓的最大圆半径（远休止部分），最小圆半径（近休止部分）即基圆半径r0=120mm。

凸轮的回程、推程轮廓采用五次多项式运动规律的曲线过渡。因为五次运动规律的曲线既不存在刚性冲击也不存在柔性冲击，运动平稳性好。

2.摆动滚子从动件的滚子在凸轮上的位移曲线为：

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