《机械设计课程设计-步进送料机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课程设计-步进送料机（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械设计(课程设计专业班级:机电二班老师: x老师名字: xxxxxx 学号: xxxxxxxx 题目:步进送料机C目录一设计背景 (2二设计要求 (2三设计数据与要求 (3四设计任务 (3五工作原理 (3六选择运动机构 (4七设计思路 (5八四杆机构的设置 (6九运动图 (10十参数计算 (11十一体会与心得 (30十二附录 (31机械原理设计任务书设计题目:步进送料机机构设计C一设计背景进入21世纪以来,随着科学技术、工业生产水平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、水平、市场竞争能力和经济效益的
2、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、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动
3、作过程确定、执行机构选择、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。二设计要求设计某自动生产线的一部分步进送料机。如图所示,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
4、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。具体设计要求为: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。三设计数据与要求方案号a(mmc(mmb(mmt1(st2(sC 300 20 60 2 3四设计任务1、至
5、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、确定电动机的功率与转速;3、设计传动系统中各机构的运动尺寸,绘制推包机的机构运动简图;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。五工作原理功能要求: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,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=300mm后间歇时间t2=3s 功能原理:步进送料机的工作原理分解如图1所示,该系统由电动机驱动,通过带
6、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。最后利用连杆将运动传给输送架。电动机传动机构执行机构蜗杆齿轮减速机构 六选择运动机构通过翻阅资料对连杆机构和凸轮等其他机构作比较。并选出确定满足该送料机构作用的机构,作为最后设计的方案,对其参数的设计和电机的选择。5.1、连杆的特点:1其运动副元素为面接触,压力较小,承载能力较大,润滑好,磨损小,加工制造容易,且连杆机构中的低副一般是几何封闭,对保证机构的可靠性有利。2在连杆机构中,在原动件的运动规律不变的条件下,可用改变各机构的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。在连杆机构中,在连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线,其形状随着
7、各构件的相对长度的改变而改变,故连杆曲线的形式多样,可用来满足一些特定的工作需要。利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方向,扩大行程,实现增力和远距离传动等目的5.2、齿轮的特点:齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力,并具有传递功率范围大,传动功率高,传动比准确,使用寿命长,工作可靠等优点。5.3、凸轮的特点:凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。然而根据题中明确说明及耐用性、成本、维修方便等因素,不宜采用槽轮、凸轮等高副机构。因而只能采用连杆机或者齿轮。根据
8、上面各个机构的特点我提出两种运动方案。方案一的运动简图如图2所示: 图 2该方案主要采用的是平面连杆机构中的曲柄摇杆机构。能够满足送料机的运动规律和时间要求。方案二的运动简图如图3所示: 图 3该方案是曲柄连杆机构对两种方案的分析:两种方案的实质几乎差不多,但是方案二有一个缺点就是以滑块为输送架,在运动中会受到很大的冲击力,这样容易使导轨等损坏,而且不能满足工作要求。因此,我采用方案二最为最后的设计方案。七设计思路由于电动机的运转速度比较快,所以需要一个减速装置来传动。同时在采用曲柄摇杆机构时会出现传动角为零的情况,需要采用机构错位的方法来消除死点的。具体的设计见图4。 图 4根据设计图4,可
9、以得到机械运转的整体流程见图5。八 四杆机构的设置【1】、曲柄摇杆的设计首先从图4中提取出曲柄摇杆见图6所示:涡轮2转动电动机 转动带动蜗杆1转动齿轮3 转动齿轮4、4转动齿轮5、5 转动 齿轮6、6 转动执行构件输送爪运动 图 5 机械运转的整体流程 abcd图 6由题中的条件: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 。计算图6中AF 、AB 、BD 、CF 的长度。由如下公式:(在这里的运动比较特殊,所以是180180-+1218023180t K t -=+ 计算出:=36由此可以计算
10、出图6中的杆件a 的角速度w=72rad/s 。D 点的运动轨迹图,见图7:30060图 7 D 点的运动轨迹和相关参数通过用solidedge对平面连杆在草图环境按照曲柄连杆的设计过程,画出草图,并非给它以约束,量取各个杆件的长度见表格1所示表格 1 杆件的长度杆件 a b c d线段AB BC CD CF AF 长度(mm148.36 204.19 150 220.32 185.61整数值148 204 150 220 186【2】、对四杆机构的优化设计根据曲柄连杆的特性做出如下的所示的运动分析图:【3】、减速转置的参数设置由于我们选用的步进电机的转速为720r/min,而a杆的转速为12
11、r/min。所以总的传动比为60。因此我们设想蜗杆1和蜗轮2的传动比=1220i;而蜗轮2与齿轮3为同轴传动,即传动比为=231i;齿轮3与齿轮44、转动比=341.5i。齿轮44、与齿轮55、转动比= 562i其齿轮的参数详细计算详见第八节步进送料机实体模型图如图8(除去涡轮蜗杆的三维图【减速箱和四杆机构的图】 图8 步进送料机的实体模型 蜗轮蜗杆的装配图如上图9所示。 上图为实体模型的一个角度图。其他角度的实体图详见文件夹:模型图例九运动图【1】加速度图见图9 图11 加速度图【2】速度图见图10 图12速度图【3】位移图见图11 图13 位移图十参数计算1、步进电机的选择1、电动机特点的
12、比较,选出电动机类型经过查资料比较出常用原动机的类型及主要特点,具体见表格2所示表格2常用电动机的类型及主要特点原动机类型主要特点三相异步电动机结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用;能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动;但启动转矩小,调速困难。一般机械系统中应用最多。同步电动机能在功率因子cos=1的状态下运行,不从电网吸收无功功率,运行可靠,保持恒速运行;但结构较异步电动机复杂,造价较高,转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。直流电动机能在恒功率下进行调速,调速性能好,调速范围宽,启动转矩大;但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高;机械特性较软、需直流电
13、源。控制电动机能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻;具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力,其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。根据经济、性能、精度等要求,所以我们优选三相异步电动机。2、电动机容量的选择电动机容量额定功率来表示,其大小主要由运行的发热条件、工作机容量来确定。工作机所需电动机功率fvWr wPP=其中:P r工作机所需电动机功率,W;P W工作机所需有效功率,W;f工作机的阻力,N;v工作机的速速,m/s;传动系统的总效率。传动装置的总效率组成传动装置的各部分运动副效率之积,即n 321=其中工件的平均速度为0.6/5=0.12m/s
14、其中总的效率=0.80.980.950.990.74,其中分别为蜗轮蜗杆传动效率为0.8,一二级齿轮传动为0.98、0.95,其中还有其他消耗功率为0.99。根据上述可以看出和前面的实体建模可以看出工件在运动一周主要是克服摩擦力做功和在输送爪的重力势能的上升的提高的所以:W=W1+W2设输送抓的重力为500N ,所以W1=500*0.07=35J设以每个工件的质量M 为100Kg ,总共5个同时工件,而且阻尼比为0.9,我们认为阻尼比和与压力成正比关系,并且压力F=N*M*g 。所以W2=5*100*10*0.9*0.3=1500J即W=1535W所以Pr=1535/5/0.71KW 。故电动
15、机选择1KW 电动机 2、 减速器运动和动力参数计算【1】、减速转置的参数设置由于我们选用的步进电机的转速为720r/min ,而a 杆的转速为12r/min 。所以总的传动比为60。因此我们设想蜗杆1和蜗轮2的传动比=1220i ;而蜗轮2与齿轮3为同轴传动,即传动比为=231i ;齿轮3与齿轮44、转动比=34 1.5i 。齿轮44、与齿轮55、转动比=562i【2】、轴的功率和转矩计算 其中电机功率和各个级的是常值(1电机主轴的参数(即为蜗杆的参数(此轴记做轴1:000001720/min 955013.26ed P P kW n n r P T N m n = 其中01ed P P kW =是电机的额定功率(2连接蜗轮的轴参数(即为蜗轮与齿轮3同轴
