步进送料机机构设计C1

西南交通大学峨眉校区机械原理课程设计专业：工程机械班级：学生姓名：学号：指导教师：完成时间：2020年5月29日20097643机械原理１目录：机械原理设计任务书２第一章功能分析４第二章机构及动力源选用４2.1机构选用４2.2电机的选择７2.3蜗杆减速器的选择７第三章尺寸综合８第四章机构综合１１第五章运动协调设计１２5.1传动比设计１２第六章模型运动仿真１３6.1在ADAMS中对步进送料机的执行机构进行仿真１３6.2运动分析１７小结１９致谢１９20097643机械原理２机械原理设计任务书学生姓名阮经仟班级工机四班学号20097643设计题目：步进送料机机构设计一、设计题目简介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。有关数据见表1920097643机械原理３二、设计数据与要求方案号A（mm）c（mm）b（mm）t1（s）t2（s）C300206023三、设计任务1.至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.设计传动系统并确定其传动比分配。3.图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。4.对平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；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。5.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。6.编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。7.在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。四、设计提示1.由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合适。2.由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。3.由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构（虚约束）。完成日期：年月日指导教师20097643机械原理４第一章功能分析为实现步进送料机输送工件的任务，输送架的运动功能可分解为两种工艺动作：1、输送架送料过程输送架往前水平移动，移动a距离，耗时1t，即工件动的时间为1t。2、输送架回程输送架往前水平移动a距离后，回到1t前的状态，这时输送架要进行水平往后竖直方向上的复合运动，以满足设计要求的回程曲线，耗时2t，即工件停的时间为2t.t1=2s,t2=3s；即速比系数K=t2/t1=1.5；因为5.12312ttK；由此可知极限夹角θ=360；第二章机构及动力源选用2.1机构选用由于工件的移动在轨道上是一次间歇移动，送料过程要求输送架水平前移，回程时要求输送架要满足设计要求的曲线，避免工件停歇时受到输送架不应有的回碰。工件要求前移的时间为1t=2s,停歇时间为2t=3s，直线ab=300mm。且曲线cd的最低点距离直线ab的高度大于60mm，即Lab60mm.同时由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线。其20097643机械原理５轨迹如下图：图2.1方案1：采用凸轮摇杆机构，如下图所示：图2.2凸轮摇杆机构此机构虽然能够满足运动轨迹的要求，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，运动副多，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而且构件会损20097643机械原理６坏的非常快。同时由于题目要求耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮和凸轮，所以舍弃这个方案。方案2：连杆机构，如下图所示：图2.3连杆机构连杆机构的特点：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。3）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。20097643机械原理７4）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）自由度:12433F即只有一个运动输入既有确定的轨迹。经过激烈的讨论与研究，最终采用方案2。因为其结构就简单，运动副数目少，平衡性好，且改变运动的传递方向，扩大行程。2.2电机的选择机器中可用于运动和动力源的种类很多，有电动机、内燃机、液压马达、气动马达、蒸汽机、水轮机、气轮机等。但是电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。经过反复考虑，在这里选择Y2_132M2_6,其参数如下：2.3蜗杆减速器的选择型号功率(kW)效率（%）功率因数Cosφ起动电流倍数起动转矩倍数最大转矩倍数额定电流(A)额定转速(r/min)同步转速(r/min)噪声dB(A)振动(mm/sY2-132M2-65.584.00.776.52.12.112.9960691.820097643机械原理８蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比；通用性广，能与各种机械设备配套使用；能以单级传动获得较大的传动比，结构紧凑；互配性好，蜗轮蜗杆均按国家的标准制造，轴承、油封等均用标准件。输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。经过反复斟酌和考虑，以及网上查找的各型号蜗杆减速器的性能对比，这里采用WXJ_120蜗杆减速器，其转速不超过1500r/min,，可正反转，且有自锁器。其形状和参数如下：第三章尺寸综合根据执行构件的运动轨迹，以及其参数即速比系数K=1.5，极限夹角θ=360，，采用图解法在solidworks作图:在solidworks中画一条长为300mm直线作为运动轨迹中直线部分，并固定。然后取边长为300mm*300mm*550mm的三角形作为机型机构中的连杆，分别画在直线轨迹的两端为下面作为极值点的位置，（三角形的边长值为多次设计，综合考虑仿真后的运动轨迹及误差所得的值）。连接两三角形下角，并作中垂线，在中垂线上取一点作为曲柄的转动中心O1，连接转动中心和型号中心矩速比蜗杆头数蜗杆齿轮模数配用功率kwWXJ_1202525042.2~320097643机械原理９右边三角形的的下角L1。调整中垂线与L1形成的角度为720，同时调整L1与有边三角形的下边线重合即角度为1800，调整转动中心与左边三角形的下边线重合。此时以转动中心为圆心L1为半径画圆O1，同时以直线轨迹的中心为圆心，半径250mm画圆O2，两圆于圆O1的短圆弧上有交点,(若无交点说明仿真的真实轨迹不经过假设的直线轨迹的中点）。连接此交点与直线轨迹的中点，再以此边作为三角形300mm的边做一个全等三角形。以三个三角形的上角为圆上的三个点画圆O3。此时圆O1的半径为曲柄的长度，圆O3的半径为摇杆的长度。并且在solidworks中可以量取曲柄与摇杆的相对位置。删除辅助线，简化的：20097643机械原理１０在CAD中画出简图，并综合尺寸。如下：考虑到机械加工的精度，最终确定的尺寸如下a=91mm;b=300mm;c=300mm;d=356mm;20097643机械原理１１e=550mm;AB=304mm;第四章机构综合由于该机执行机构之间有动作顺序要求，即动作之间有严格的时间和空间联系。根据机构运转的整体流程，设计这种工况的自动机通常采用机械式集中控制方式，即用一个原动机集中驱动，并用一根分配轴连接个执行机构。如图1所示，步进送料机的机构运转的整体流程：图1如图所示为步进送料机的运动方案图。20097643机械原理１２其中发动机和蜗杆减速器的输出轴与齿轮3垂直第五章运动协调设计5.1传动比设计传动比计算：N电=960/60=16r/s按设计要求齿轮1和1’的N1=1/5r/s；实际传动比i=N电/N1=80;因为蜗杆减速器的的传动比为已知即：i涡=25；所以N3/N1=3.2;20097643机械原理１３分配齿轮之间的传动比：N1/N2=2;N2/N3=1.6;假设齿轮3的直径为60mm,齿轮2的直径为96mm，则齿轮1的直径也为192mm因此：i12=2,i23=1.6,i蜗杆=25;所以在不考虑其它误差的时候，当电机以16r/s输出功率是，齿轮1和1’的转为1/5r/s，符合设计要求。第六章模型运动仿真6.1在Adams中对步进送料机的执行机构进行仿真根据第四章采用图解法的方法求出各杆件的杆长以及其之间的位置关系，最总按照综合的尺寸在Adams中以杆的形式表达各构件。运动关系：曲柄与地面之间有一个转动副；曲柄与三角形机构之间有一个转动副；三角形机构与摇杆之间有一个转动副；摇杆与地面之间有一个转动副；执行机构与三角形机构之间有一个转动副；分别在两曲柄的转动中心施加一个转动速度为720/s的转动20097643机械原理１４其运动位置及关系如下图（期中白色为执行机构中心的轨迹路线）根据仿真的结果求出运动规律X轴上的位移20097643机械原理１５Y轴上的位移速度的变化曲线20097643机械原理１６加速度的变化曲线整体的运动轨迹以及与之相对应的运动速度和运动加速度其中红色实线为运动轨迹；蓝色虚线为运动速度；粉色虚线为运动加速度；20097643机械原理１７视频制作截图6.2运动分析1根据执行机构的中心在Y轴上的位移可知执行机构在工作行程中20097643机械原理１８其不能沿着水平方向直线运动，而是有一定的起伏，其最高值与最低值之间的差值为15mm。2回程时曲线cde的最低值到行程直线的距离为120mm60mm符合设计要求。3极位夹角θ=360，K=00003618036180=1.5，t1=（1800-360）/720=2s；t2=（1800+360）/720=3s；符合设计要求。4根据运动速度变化曲线可知工作行程时的平均速度比回程时的平均速度大，且在工作行程和回程的交接处速度有两个极小值，其中在回程到工作行程的交接处为速度的在最小值。5根据运动加速度变化曲线可知在工作行程的最低点和回程的最低点分别有一个极小值，其中回程时最低点的运动加速度的值为为最小值。从中可以观察到工作行程时的平均速度变化率大于回程时的速度平均变化率。工作进程时的加速度变化率远大于回程时的加速度变化率（回程时加速度变化近似于一个定值），因此工作进程中自行机构所受的力变化很大，对机构造成冲击，这对机构的损害很大应当尽量避免。20097643机械原理１９小结我们的这个设计运用平面连杆机构、齿轮机构以及涡轮蜗杆减速机构的联合。这些组合机构很好的完成了设计的轨迹要求。为了解决对输出构件对时间和频率的要求，我们在电动机后加置了减速蜗杆机构，该机构的引入，解决了电动机转速与输出构件运动频率差值过大的问题。为了克服输出构件运动的不平稳性，提高整个机构的刚度和运动的平稳性，我们采用了使用对称结构，大大增加了机构的运转效率和稳定性。致谢本次设计由冯鉴老师精心指导审阅，引导我们整理出设计思路，指出多出不当之处，全程辅导我们完成本次设计。在这里，特别向冯老师致谢。