步进式工件输送机设计

西南科技大学应用技术学院 西南科技大学应用技术学院 《机械基础》 课 程 设 计 说 明 书 设计目：步进式工件输送机设计 专业： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 完成日期： 2010年12月 目 录 第1章 课程设计任务书 1.1 设计题目…………………………………………3 1.2 工作原理…………………………………………3 1.3 已知条件…………………………………………3 1.4 设计要求…………………………………………3 1.5 设计任务…………………………………………4 第2章 机构选型设计 2.1 传动…………………………………………5 第3章 机构尺度综合 3.1 整体的设计思路…………………………………7 3.3 曲柄摇杆机构的设计尺寸………………………7 3.2 偏重式推爪的设计尺寸…………………………7 第4章 机构动力学 4.1 机构的运动分析…………………………………8 4.2 曲柄摇杆机构的动力学分析……………………8 4.3 确定铰链中心A点的位置………………………9 4.4 设计减速器…………………………………… 12 第5章 几何尺寸的计算 5.1 计算分度圆直径……………………………… 16 5.2 计算中心距…………………………………… 16 5.3 计算齿轮的宽度……………………………… 16 第6章 绘制齿轮图……………………………… 16 第7章 电动机的选择…………………………… 16 附件1 大齿轮图…………………………………………… 17 附件2 小齿轮图……………………………………………… 18 附件3 工件输送机系统总图……………………………… 19 第1章 课程设计任务书 1.1设计题目：设计步进式工件运输机 1.2 工作原理 步进式工件输送机能间歇的工作，电动机能过通过传动装置，工件机构驱动滑架往返移动。工作行程是滑架上的推爪推动工件前移一个步长，滑架返回时，由于推爪与轴间有扭簧，因此推爪从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推动时，推爪一复位，并推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工件前移。起传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成。 1.3 已知条件 1. 工作阻力Fr(N)：2500 2. 往返次数N(min):30 3. 形成速比系数K:1.15 4. 步长S(mm):475 5. 滑架宽度d(mm)：260 6. 高度H（mm）：800—1000 7. 工作机构效率：0.95 8. 使用年限（年）：5 9. 工作制度（班/日）：2 10. 载荷：中等载荷 11. 使用电源：三相交流电源 1.4 设计要求 1. 设计出满足已知条件要求工件主要的部分 2. 滑架往复次数误差 ≤±0.05 3. 机构最小传动角r≥40° 4. 摇杆的摆角初选40°～50°，再由步长确定摇杆的长度。 5. 推荐取LCD≈(0.6～0.7)LDE LEF≈(0.3～0.6)LDE. 6. 根据形成速比系数及传动角要求确定绞点A的位置及曲柄，连杆的长度。 1.5 设计任务 1. 拟定出工作机构和传动系统运动方案，并进行多方面的分析。 2. 画出工件输送机系统的运动简图。 3. 工作行程时，对原动机曲柄每转30°时的工作机构的各位置进行运动和动力分析。 4. 设计绘制减速器总装配图一张 5. 设计绘制零件图各二张。 6. 设计绘制工件输送机的系统总图一张。 7. 编写设计说明书一份 第2章 机构选型设计 2.1传动方案 机构1：采用减速器 图2.3减速器机构 图2.1减速器机构 齿轮减速器通过齿轮间的传动，达到减速要求，它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴的运动和动力，并具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。故选择齿轮减速器。 —————摘自西北工业大学《机械原理（第七版）》 机构2: 采用曲柄摇杆机构。 图 2.2曲柄摇杆机构 平面四杆机构是主要的常用基本机构之一，应用十分广泛，也是其他多杆机构的基础，尤其是曲柄摇杆机构，在实际工程中应用十分广泛。曲柄摇杆机构支撑可靠、耐磨损、加工方便、有利于制造精度的提高。之所以不选择凸轮机构是因为凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，且制造较困难。而槽轮机构传动时尚存在柔性冲击，常用于速度不太高的场合。 ————摘自西北工业大学《机械原理（第七版）》 机构3：采用偏重式推爪机构 图2.2偏重式推爪机构 图2.3偏重式推爪机构 由机械设计任务书的两种推爪机构相比较，上下移动式推爪采用弹簧返回的摆动推爪机构，复位靠弹簧力结构较复杂，可靠性不高，且对润滑和维护的要求较高。根据任务要求，故选择偏重式推爪机构。 ————摘自西北工业大学《机械原理（第七版）》 第3章 机构尺度综合 3.1整体的设计思路 SHAPE \* MERGEFORMAT 3.2偏重式推爪的设计尺寸 由已知步长S＝475mm, 滑架宽度d＝260mm，为安全起见，设计该步进式工件输送机的步长为S＝475mm，d＝260mm。 3.3.曲柄摇杆机构的设计尺寸 往返一次的时间 由已知条件知偏重式推爪的往返次数为30次，且往返次数误差为≤±5%。所以经过计算得往返一次的时间为t1＝60/30＝2。符合误差范围的允许值。 第4章 机构动力学分析 4.1机构的运动分析 1.偏重式推爪的运动轨迹 2.曲柄摇杆机构的运动轨迹 3.运动学分析结果 4.2曲柄摇杆机构的动力学分析（详见计算步骤） 图4.1 由工件输送机的工作参数得步长S＝475，取E1E2＝480 Cos450＝DE12+DE22- E1E22/2DE1DE2,而DE1＝DE2＝DE 代入数字解得： Cos45O ＝ 2DE2-4802/2DE2＝0.707 则 DE ＝ 626.63mm 设AB＝L1 BC＝L 2 CD＝L3 AD＝L4 取L3＝0.6DE＝375.978mm≈376 mm 取摆角 ψ＝45o 行程变化系数K＝1.15 由θ＝180o×(K-1)/(K+1)得： 极位夹角θ ＝180o×（1.15-1）/(1.15+1)≈12.55o 4.3确定铰链中心A点的位置 ⑴由给定的行程速度变化系数K，求出极位夹角θ为12.55o ⑵如图4.2，任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度L3和摆角ψ，作出摇杆两个极限位置C1D和C2D。 ⑶连接C1和C2,并作C1M垂直于C1C2.。 ⑷∠C1C2N＝900-θ，C2N与C1M相交于P点，由图可见∠C1PC2＝θ.。 ⑸作△C1PC2的外接圆，在此圆周（弧C1C2和弧EF除外）上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连接AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故∠C1AC2＝∠C1PC2＝θ。 ⑹因极限位置处曲柄与连杆共线，故AC1＝ L 2 -L1 ，AC2＝ L 2 +L1，从而得曲柄长度L1＝（AC2 - AC1）/2＝115mm，连杆长度L 2＝（AC2 + AC1）/2＝565mm。由图量得L4＝AD＝480mm。 则cos∠BCD＝(L 22+L32- L12- L42+2 L1 L4cosψ)/2 L 2 L3 ＝(319225+141376-13225-230400+78053)/424880 ＝0.69 则∠BCD＞400满足设计要求。 图4.2 设定连杆EF与水平方向的夹角为β，设机架高100mm 由力学分析有： 图4.3 FEF cosβ＝Fr FBC cosβ＝FEF 设定机架高为100mm,工件输送机的高度取800mm. 而 sinβ＝ (700- LDE×cos22.5)/0.3LDE 解得 sinβ＝ 0.64 cosβ＝0.77 所以 FBC＝ 4.22KN FDE＝ FEF×cos（β-22.5°） ＝ 3.24×（cosβcos22.5°+sinβsin22.5°） ≈3.1KN 由杠杆原理FDE×LDE ＝ FDC×LDC得 FDC ≈ 5.2KN Sinγmin ＝ 0.69 由 LDB／Sinγmin ＝LDC／Sine＝3.5／0.68 推出 sine＝0.68 F垂直曲柄 ＝ FBC／sine ＝4.22／0.68 ＝6.202≈6.2KN 由转矩公式Me（N·m）＝ 9549Pkw／n（r／min）得 曲柄功率 P ＝ Me×n／9549 ＝6.2×121×30／9549 ＝2.35 ≈2.4KW 4.4设计减速器 一 、选定齿轮类型，精度等级，材料及齿轮数 1、按图示传动方案，选直齿轮圆柱齿轮传动 2、传输机为一般工作机器转速不高，故选8级工作精度（GB10095—88） 3、材料选择，由表11-1（教材），选小齿轮40Gr（调制）HBS＝280， 大齿轮45（调质）HBS＝240，二者材料HBS差为40 4、选小齿轮为Z＝24，设计传动μ＝3，Z2＝24×3＝72 二、按齿面接触强度设计，由公式11-3有： 1、确定公式中的参数 （1）选用载荷系数K＝1.5 （2）计算小齿轮传递的转矩 按功率传递η=90％计算，转速设计为n=1000r/min P小齿轮＝P／η≈2.8KW T1＝9.55×106×P／n ＝9.55×106×2.8／1000 ＝2.674×104 N／mm (3)由表10-6选定齿轮的齿宽系数 ； (4)由表10-4查得材料的弹性影响系数 ＝189.8 (5)由图10-1按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ＝600Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限 ＝550MPa (6)计算应力循环次数 ＝ ＝60 103×1×（2×5×300×8）＝1.44×109 ＝N1/u＝1.44×109/3＝0.48×109 （7）由图查疲劳寿命系数 ＝0.90 ＝0.95 （8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S＝1，得 ＝540MPa ＝522.5 MPa 2、计算接触疲劳许用应力。 （1）计算小齿轮分度圆直径 ，带入 中较小的值 ＝44.499mm （2）计算圆周的速度 ＝3.14×44.1×1000/60000＝2.328 m/s （3）计算齿宽b，齿宽系数Φd取1 ＝1 44.499mm＝44.499mm （4）计算齿宽和齿高之比b/h 模数m＝d1/z1＝44.499/24＝1.854mm 齿高 ＝2.25 1.854＝4.172mm 则 44.499/4.172＝10.67 (5）计算载荷系数。 根据V＝2.328mm/s，8级精度，可查得动载系数 ＝1.32（表11-3） 直齿轮 ＝1 由表查得使用系数 ＝1 用插图法查得，小齿轮相对支承非对称布置时， ＝1.423 由 10.7， ＝1.423 可得 ＝1.35 故载荷系数 ＝1.931 (6）按实际的载荷的系数校正所算得的分度圆直径 ＝48.407mm (7）计算模数m ＝48.407/24＝2.02mm 三、按齿根弯曲强度设计 1、弯曲强度的计算公式 ； （1）确定公式内各计算数值 由表11-1查小齿轮弯曲强度极限：ðlim =500MPa 由表11-1查大齿轮弯曲强度极限：ðlim =380MPa （2）查表可得弯曲疲劳寿命系数 ＝0.85, ＝0.88 （3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S＝1.4，由式可得 ＝0.85×500/1.4＝303.57 Mpa ＝ 0.88×380/1.4 ＝238.86Mpa （4）计算载荷系数K ＝1.878 （5）查取齿形系数 由图（11-8）查得 2.65 2.06 （6)查取应力校正系数。 查表可得 ＝ 1.58 ＝1.764 计算大、小齿轮的 并加以比较。 ＝2.65×1.58/303.57＝0.01329 ＝ 2.226×1.764/238.86 ＝0.01644 大齿轮的数值大。 2、设计计算。 计算模数： m≥ 3 2KT1／ΦdZ1² ×YFaYSa／﹝ðF﹞ 代入数据m＝2.86mm 小齿轮齿数Z1＝d1/m＝48.407/2.86＝16.925 取17 大齿轮齿数Z2＝uz1＝3×17＝51 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。 第5章 几何尺寸的计算 5.1计算分度圆直径 ＝ m＝17×2.86＝48.62 取48.6 ＝ m＝51×2.86＝145.86 取145.8 5.2计算中心距 ＝（48.6+14.58）/2＝97.2mm 5.3计算齿轮的宽度 48.6 mm 第6章 绘制齿轮图 见附件1、附件2 第7章 电动机的选择 P小齿轮＝2.8kw P电机＝2.8／0.9＝3.1 取3kw 曲柄摇杆机构 推爪实现工件输送 执行机构 齿轮传动动 减速器的变速 连杆b,c转动 电动机转动 连杆a转动 - 14 - _1234567905.unknown _1234567921.unknown _1234567929.unknown _1234567933.unknown _1234567937.unknown _1234567939.unknown _1234567940.unknown _1234567941.unknown _1234567938.unknown _1234567935.unknown _1234567936.unknown _1234567934.unknown _1234567931.unknown _1234567932.unknown _1234567930.unknown _1234567925.unknown _1234567927.unknown _1234567928.unknown _1234567926.unknown _1234567923.unknown _1234567924.unknown _1234567922.unknown _1234567913.unknown _1234567917.unknown _1234567919.unknown _1234567920.unknown _1234567918.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown