步行输送机课程设计说明书

步进输送机设计计算说明

书

姓 名：

学 号：2010050104 班 级：机械104班 指导老师：王涛

2011年12月

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 ...................................................................... 错误！未定义书签。

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 ................................................................... 错误！未定义书签。

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 .......................................................................... 错误！未定义书签。

5.1步进输送机运动学方程 ............................................... 错误！未定义书签。 5.1.1 步进输送机初始状态 ............................................... 错误！未定义书签。 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 .......................................................................... 错误！未定义书签。

6.1步进输送机的动力分析 ............................................... 错误！未定义书签。 6.1.1步进输送机的动力学方程 ........................................ 错误！未定义书签。 6.1.2步进输送机的动力学仿真图 .................................... 错误！未定义书签。 6.2动力学分析结果 ........................................................... 错误！未定义书签。

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 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 附录1 建模过程 ................................................................................... 错误！未定义书签。 附录2 文献综述 ................................................................................................................... 24 附录3 机构运动简图 ........................................................................... 错误！未定义书签。

I

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。

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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

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??

3

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 步行输送机设计方案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。

4

图3-2 步行输送机设计方案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。

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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

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第5章 机构运动分析

5.1步行输送机运动学方程

根据对步行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 步行输送机初始状态

图5-2 输送机连杆示意图

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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xp,yp，B点坐标为?xb,yb?

???xb?AB?cos?则B点的轨迹为? （5-1）

y?AB?sin??b22?x?x??cb???yc?yb??BC另设C点坐标为?xc,yc?则：? ?C?xc,yc? （5-2）222???xc?xd??yc?DC'y?y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：pp

??x?x?2??y?y??BP2pb?pb? （5-3） 22???xp?xc???yp?yc??PC通过CAD绘制结构零件图，可知当?=??6,??3时，yp?y'p。

?132?在此情况下，B1??2,?19.5??,B2?6.5,?24.258?

??则B1C1,B2C2的中垂线方程为：

??x?x?2??kx?b?y?2??x?x?2??kx?b?y?21c1p1p?1c?（5-4） 2 '2'2'2??x2?xc???kx2?b?yc???x2?xp???kx2?b?yp??

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分析可得图5-3中中心圆的转角，应同图5-2中B1C1,B2C2的中垂线的夹角相等。

???arctank1?arctank2'' （5-5）即?

??arctank?arctank?12?1?1k1?,k2?kb1c1kb2c2'；1k?y1?ypx1?xp,k?'2y2?ypx2?xp

求解方程组，以求得BP和CP的长度值。

5.1.2步行输送机平动过程

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：

?xA,yA?、?xB,yB?、?xC,yC?、?xD,yD?、?xE,yE?。同时设

AB的角速度为?AB，角加速度?1，为

1?AB,?BC,?CD,?BD,?CE为杆件与水平面的夹角，各杆件的长度分别为：lAB,lBC,lCE,lBD,lCD,lCC，?AB为初始角。

根据杆件的运动列出B点的运动方程：

?xB?xA?lABcos?AB??yB?yA?lABsin?AB

（5-6）

其中，?xA,yA?已知，初始角?AB，杆长lAB已知，所以，可以求出B点的坐标。对式5-6

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分别进行一次，二次求导，可得到B点的速度和加速度方程。

??vBx?lAB?ABsin?AB? (5-7) v?l?cos??ByABABAB?2?a?l??BxABABcos?AB?lAB?1sin?AB?2 （5-8） a?l?sin??l?cos???ByABABABAB1AB

dongtai::weizhiA (度)485.8544935435.8544935385.8544935335.8544935量285.8544935测235.8544935185.8544935135.854493585.8544934835.854493480510152025时间(秒)

图5-5 点B的位置导出图

dongtai::suduB ((deg/sec))40.1640501735.1640501730.16405017量测25.1640501720.1640501715.1640501710.164050170510152025时间(秒)图5-6 点B的速度导出图

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dongtai::jiasuduB ((deg/sec^2))10.685000958.6850009546.6850009544.685000954测量2.6850009540.685000954-1.3149990460-3.314999046-5.314999046时间(秒)510152025

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：

?xC?xB?lBCcos?BC? （5-9） y?y?lsin?BBCBC?C?xD?xB?lBDcos?BD? ?yD?yB?lBDsin?BD （5-10）

222?x?x?y?y?l????ECEC?EC?22 2 （5-11）???xD?xC???yD?yC??lDC??vCx?lBC?BCsin?BC? (5-12) v?l?cos??CyBCBCBC?2?a?l??CxBCBCcos?BC?lBC?2sin?BC?2a?l???CyBCBCsin?BC?lBC?2cos?BC （5-13）

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dongtai::weizhiC (度)102.177107792.177107782.1771077量72.1771077测62.177107752.177107742.177107732.17710770510152025时间(秒)图5-8 点C的位置导出图

dongtai::suduC ((deg/sec))20.1604988715.1604988710.16049887量测5.1604988650.1604988650510152025-4.839501135-9.839501135时间(秒)图5-9 点C的速度导出图

dongtai::jiasuduC ((deg/sec^2))10.659584728.6595847156.6595847154.659584715量测2.6595847150.659584715-1.3404152850510152025-3.340415285-5.340415285时间(秒)图5-10 点C的加速度导出图

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dongtai::weizhiD (度)137.2662209137.2662209137.2662209测量137.2662209137.2662209137.2662209137.2662209137.26622090510时间(秒)152025

图5-11 点D的位置导出图

??vDx?lBD?BDsin?BD? (5-14) v?l?cos??DyBDBDBD?

2?a?l??DxBDBDcos?BD?lBD?3sin?BD?2??aDy?lBD?BDsin?BD?lBD?3cos?BD （5-15）

dongtai::suduD ((deg/sec))20.1604988715.1604988710.16049887测量5.1604988650.1604988650-4.839501135-9.839501135时间(秒)510152025

图5-12 点D的速度导出图

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dongtai::jiasuduD ((deg/sec^2))10.659584728.6595847156.6595847154.659584715测量2.6595847150.659584715-1.3404152850-3.340415285-5.340415285时间(秒)510152025

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。

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第6章 机构动力分析

6.1步行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步行输送机的动力学方程

图6-1 步进输送机示意图

?FABx?FDCx?FBCx?0?lBC?FABy?FDCy?FBCy?0 (6-1)

??TBC?FBCY(XS3?XB)?FBCY(XD?XB)?FBCX(YS3?YB)?FDCX(YC?YB)?0

?FABx?FDx?FBDx?0?lBD?FABy?FDy?FBDy?0 (6-2)

??TBD?FBDY(XS3?XB)?FDBY(XD?XB)?FDBX(YS3?YB)?FDX(YC?YB)?0

?FBCx?FD1C1x?FCC1x?0?lCC1?FBCy?FD1C1y?FCC1y?0 (6-3)

??TCC1?FCC1Y(XS3?XC)?FCC1Y(XC1?XCB)?FCC1X(YS3?YC)?FD1C1X(YC1?YC)?0

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?FBDx?FBCx?FCDx?0?lCD:?FBDy?FBCy?FCDy?0 (6-4)

??TCD?FCDy(XS7?XC)?FBDy(XD?XC)?FCDx(YS7?YC)?FBDx(YD?YC)?0

6.1.2步行输送机的动力学仿真图

AnalysisDefinition1::liB (in lbm / sec^2)2.92524E+132.42524E+131.92524E+13量测1.42524E+139.25242E+124.25242E+120510152025时间(秒)

图6-2 点B的径向力分析导出图

AnalysisDefinition1::lijuB (in lbm / sec^2)2.92524E+132.42524E+131.92524E+13量测1.42524E+139.25242E+124.25242E+120510152025时间(秒)

图6-3 点B的径向力矩分析导出图

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AnalysisDefinition1::liC (in lbm / sec^2)2.49333E+132.39333E+132.29333E+132.19333E+132.09333E+13量测1.99333E+131.89333E+131.79333E+131.69333E+131.59333E+131.49333E+130510152025时间(秒)图6-4 点C的径向力分析导出图

AnalysisDefinition1::lijuC (in lbm / sec^2)3.88683E+133.38683E+132.88683E+13量测2.38683E+131.88683E+131.38683E+130510152025时间(秒)图6-5 点C的径向力矩分析导出图

AnalysisDefinition1::liD (in lbm / sec^2)1.08713E+149.87132E+138.87132E+137.87132E+136.87132E+13量测5.87132E+134.87132E+133.87132E+132.87132E+131.87132E+138.71322E+120510152025时间(秒)17

图6-6 点D的径向力分析导出图

AnalysisDefinition1::lijuD (in lbm / sec^2)1.08713E+149.87132E+138.87132E+137.87132E+136.87132E+13测量5.87132E+134.87132E+133.87132E+132.87132E+131.87132E+138.71322E+120510时间(秒)152025

图6-7 点D的径向力矩分析导出图

6.2动力学分析结果

通过上面的PRO/E的动力学仿真导出图可以知道，各个铰链点的受力情况都呈现了一个比较稳定的变化规律，而且在工件的输送过程中，机构的受力平稳，杆件的力矩变化也比较稳定。符合机构的动力学受力条件。只要合适的选择机构构件的材料，并且精确制造各个构件，就可以很好的满足机构的工作要求了。

图6-8 步行输送机动力学分析截图

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图6-9 步行输送机动力学分析截图

图6-10 步行输送机动力学分析截图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pq3a.html