步进式输送机设计

湖南工业大学

课 程 设 计

资 料 袋

机械工程 学院（系、部） 第 二 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 职称 教授 学生姓名 专业班级 机械01254 学号 032554215 题 目 步进式输送机设计 成 绩

目 录 清 单

目 录

0. 课程设计任务书…………………………………………2 1. 设计题目…………………………………………………3 2. 工作原理和工艺动作分解………………………………3 3. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5 4. 步进式输送机的功能分析与设计过程…………………6 5. 步进输式送机构与插断机构选型………………………8 6. 机械传动系统的速比和变速机构………………………11 7. 步进式输送机构的尺度设计……………………………12 8步进式输送机的运动分析………………………………13 9. 步进式输送机三维图设计………………………………16 10. 参考资料…………………………………………………17 11. 设计总结…………………………………………………18

课程设计任务书

2010 —2011 学年第 2 学期

学院（系、部）专业班级

课程名称： 机械原理课程设计

设计题目： 步进式输送机设计 完成期限：自 2011 年 6 月 27 日至 2011 年 7 月 3 日共 1 周

指导教师： 银金光 2011年7 月 1 日

1. 设计题目：步进式输送机设计

1.1设计原理：

工件通过隔断板释放，滑落到辊道上，带有推爪的滑架作往复直线运动，当向右运动时推爪推动工件的左端面一起运动，经过多次的往复运动，最终把工件运送到指定位置。

1.2设计要求

1）工件质量：70kg

2）输送步长H=860mm，可载5~8个工件

3）运输速度为0.44m/s，尽可能均匀，行程系数K ≥1.5 4）速度不均匀系数[δ]=0.1

5）滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm 以下。

2. 工作原理和工艺动作分解

2.1工作原理和工艺动作分解

根据工艺过程，机构应具有一个电动机和两个执行构件（滑架、隔断板）。

(1) 滑架 作往复直线运动，推程时推动工件向前运动，回程时，工件静止，工作行程

L=880mm，工作平均速度v=0.44m/s。

(2) 隔断板 作间隔往复直线运动，推程时隔板打开释放工件，回程时隔板关闭，处于

停歇状态，工作行程h=80mm,其运动准确性要求不高。

3. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图

拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。

以主动件的转角作为横坐标(0°、360°) ，以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。主动轴每转一圈为其准拟定的运动循环图如图所示：

s

H

o

图2-1 滑架机构运动循环图

S

O

图2-2 隔板机构运动循环图

δ

s 1

滑架机构

s 2

隔板机构

δ

图2-3 机构运动循环图

4. 步进式输送机的功能分析与设计过程

4.1步进式输送机的功能分析

由上述分析可知，步进式输送机的功能分析可作总结如图4-1所示

步进式输送机的功能分解

隔断板打开，工件下放至辊道后再关闭

滑架右运动，推爪推动工件左端运动

滑架返回，推爪滑过工件底面，回到起始点

图4-1步进式输送机的功能分析图

由功能分析图可知，其运动过程为下放工件→滑架运送工件→滑架空程返回（下放工件）起始位置。

4.2步进式输送机的设计过程

（1）隔断板做间隙往复直线运动，当滑架往右运输工件时，隔断板处于关闭停歇状态，当滑架回程时，隔断板往左运动下放工件，在滑架未回到起始位置前，隔断板右运动又关闭。故该机构要有两次间歇功能。 （2）辊道 两排间隙相等的辊轮，间隙s=90mm,两辊道相距一定距离使推爪能够顺利通过；辊道至少能承载(70x8)kg的工件, 辊道上允许最多8个工件。

（3）滑架做往复直线运动，要求工作行程平均速度为0.44m/s，输送速度尽可能均匀，且到终点位置时速度逐渐减为0m/s,以保证工件速度也变为0m./s,每个步长误差不超过±0.2mm ，行程速度变化系数K ≥1.5。滑架上装有8个推爪，间距为860mm, 误差±0.2mm 。为保证推爪在推动工件前保持推程状态，行程应比工件输送步长大20mm 左右，即滑架在起始位置时推爪距第一个工件左端面为20mm, 滑架行程为880mm ±0.2mm 。

5. 滑架机构与隔板机构的选型

5.1滑架机构的选型

根据往复直线运动的功能，可选

综合上述的方案，此机器的执行机构采用机构二曲柄摇杆机构比较合理。成本低、易制造、适应各种工厂中工件的传输、再加上该机构本身的特点等，所以选 取方案2为最优，其具体机构图如图所示：

滑架机构5-1

5.2隔断板机构的选型

隔断板机构做间隔往复直线运动，运动准确性要求不高，可选方案有：

1.

图5-2

此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，但机构外观复杂，体积相对较大

2.

图5-3

机构符合间隙运动要求，但机构复杂，槽机构动力传递性能差，锥齿轮较难造，制造成本高。

3.

图5.4

机构简单，此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，机构体积小，外观美。

综合上述，隔断板机构应选方案3 5.3机构简图

图5-5 机构简图

6. 机械传动的速比和变速机构

6.1传动方案的确定

各分传动比i Ⅰ = n 电 / n执 = d1′/d1 * Z2′/Z2 * Z6/Z5

1 =720/12= 60…………………………………………○

i Ⅱ = n电/n执 = d1′/d1 * z3′/z3 * z6/z5 = 720/15 = 48… ② i Ⅲ= n电/n执 = d1′/d1 * z4′/z4 * z6/z5 = 720/20 = 36… ③

由中心距的关系有：1/2 m*( Z 2 +Z2′) = 1/2 m*(Z3 + Z 3′)

= 1/2 m*(Z4 + Z4′) …………………………….. ④

取模数M = 4mm 且 Z 5应大于17 故: 取 Z 5 =18 ， Z 6 = 72，

d 1′= 418mm d1 = 100 mm 。

由①②③式及以上已知条件可得

Z 4′/Z4 = 3/2 ， Z3′/Z3 = 2 ， Z2′/Z2 = 5/2

且 定 变速齿轮的中心距a = 210 mm

由以上可得下列数据

带传动 齿轮传动

d d ’ n Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 4 Z 4 Z 5 Z 6 模数 M

’

’

’

100 418 720

mm mm r/min 30 75 35 70 42 63 18 72 4 mm

7. 步进式输送机机的尺度设计计算

7.1滑架机构的尺度设计

取AO=300mm,滑架实际行程H=860+20=880mm,滑架板长900mm, 则有：

最大摆动件线质量为20kg/m,对质心转动惯量为2㎏. ㎡，由

J=(1/12)*m*L*L，得：

AC=L=1062.65mm,

θ=2*arcsin(H/2)/L=2*24.46°=48.92°, k=(180°+θ)/( 180°-θ)=1.75

0B=AO sin(θ/2)=124.22mm, 7.2插断凸轮机构的尺度设计

隔断板运动时，推程和回程均做等加速等减速运动，行程h=80mm,取凸轮基圆r 0=100mm,

如图所示

8步进式输送机的运动分析

1. t=H/v0=0.88/0.44=2(s),

w=(180°+θ)/t=114.46°/s ,即n=19r/min.

2. 滑架的位移即为C 点在水平方向的位移，设速度为V , 则有： 速度 V B2=V B1 + V B2B1

大小 ？ W 1*OB ² ？ 方向 √ √ √

V B2=VB1 sinB=VB1 COS arcsin(OA sinβ/OB),

V C =AC*VB2/AB=AC*VB1* COSarcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)

V =v c

COS β= AC*VB1* COS β*COS arcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β

+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)

W 2=VC /AC= V B1* COSarcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β+(OB ² -OA ² sinB ²) ½)

加速度

a nb3 + a tb3 = a b2 + a b3b2 + a kb3b2

大小 w 2*AB ² × w*OB ² × 2*w2*V B3B2 方向 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ 得：

a B3=((aB2sinarcsin(OAsinβ/OB) －a kB3B2) ²＋a nB3 ²) ½ =((w*OB *OA*sinβ－2*w2*VB3B2) ²＋(w2*AB ²) ²) ½

九．步进式输送机三维图设计

1齿轮、凸轮和摇杆

2. 传动系统

3. 步进式输送机

十. 考资料

湖南工业大学

课 程 设 计

资 料 袋

机械工程 学院（系、部） 第 二 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 职称 教授 学生姓名 专业班级 机械01254 学号 032554215 题 目 步进式输送机设计 成 绩

目 录 清 单

目 录

0. 课程设计任务书…………………………………………2 1. 设计题目…………………………………………………3 2. 工作原理和工艺动作分解………………………………3 3. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5 4. 步进式输送机的功能分析与设计过程…………………6 5. 步进输式送机构与插断机构选型………………………8 6. 机械传动系统的速比和变速机构………………………11 7. 步进式输送机构的尺度设计……………………………12 8步进式输送机的运动分析………………………………13 9. 步进式输送机三维图设计………………………………16 10. 参考资料…………………………………………………17 11. 设计总结…………………………………………………18

课程设计任务书

2010 —2011 学年第 2 学期

学院（系、部）专业班级

课程名称： 机械原理课程设计

设计题目： 步进式输送机设计 完成期限：自 2011 年 6 月 27 日至 2011 年 7 月 3 日共 1 周

指导教师： 银金光 2011年7 月 1 日

1. 设计题目：步进式输送机设计

1.1设计原理：

工件通过隔断板释放，滑落到辊道上，带有推爪的滑架作往复直线运动，当向右运动时推爪推动工件的左端面一起运动，经过多次的往复运动，最终把工件运送到指定位置。

1.2设计要求

1）工件质量：70kg

2）输送步长H=860mm，可载5~8个工件

3）运输速度为0.44m/s，尽可能均匀，行程系数K ≥1.5 4）速度不均匀系数[δ]=0.1

5）滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm 以下。

2. 工作原理和工艺动作分解

2.1工作原理和工艺动作分解

根据工艺过程，机构应具有一个电动机和两个执行构件（滑架、隔断板）。

(1) 滑架 作往复直线运动，推程时推动工件向前运动，回程时，工件静止，工作行程

L=880mm，工作平均速度v=0.44m/s。

(2) 隔断板 作间隔往复直线运动，推程时隔板打开释放工件，回程时隔板关闭，处于

停歇状态，工作行程h=80mm,其运动准确性要求不高。

3. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图

拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。

以主动件的转角作为横坐标(0°、360°) ，以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。主动轴每转一圈为其准拟定的运动循环图如图所示：

s

H

o

图2-1 滑架机构运动循环图

S

O

图2-2 隔板机构运动循环图

δ

s 1

滑架机构

s 2

隔板机构

δ

图2-3 机构运动循环图

4. 步进式输送机的功能分析与设计过程

4.1步进式输送机的功能分析

由上述分析可知，步进式输送机的功能分析可作总结如图4-1所示

步进式输送机的功能分解

隔断板打开，工件下放至辊道后再关闭

滑架右运动，推爪推动工件左端运动

滑架返回，推爪滑过工件底面，回到起始点

图4-1步进式输送机的功能分析图

由功能分析图可知，其运动过程为下放工件→滑架运送工件→滑架空程返回（下放工件）起始位置。

4.2步进式输送机的设计过程

（1）隔断板做间隙往复直线运动，当滑架往右运输工件时，隔断板处于关闭停歇状态，当滑架回程时，隔断板往左运动下放工件，在滑架未回到起始位置前，隔断板右运动又关闭。故该机构要有两次间歇功能。 （2）辊道 两排间隙相等的辊轮，间隙s=90mm,两辊道相距一定距离使推爪能够顺利通过；辊道至少能承载(70x8)kg的工件, 辊道上允许最多8个工件。

（3）滑架做往复直线运动，要求工作行程平均速度为0.44m/s，输送速度尽可能均匀，且到终点位置时速度逐渐减为0m/s,以保证工件速度也变为0m./s,每个步长误差不超过±0.2mm ，行程速度变化系数K ≥1.5。滑架上装有8个推爪，间距为860mm, 误差±0.2mm 。为保证推爪在推动工件前保持推程状态，行程应比工件输送步长大20mm 左右，即滑架在起始位置时推爪距第一个工件左端面为20mm, 滑架行程为880mm ±0.2mm 。

5. 滑架机构与隔板机构的选型

5.1滑架机构的选型

根据往复直线运动的功能，可选

综合上述的方案，此机器的执行机构采用机构二曲柄摇杆机构比较合理。成本低、易制造、适应各种工厂中工件的传输、再加上该机构本身的特点等，所以选 取方案2为最优，其具体机构图如图所示：

滑架机构5-1

5.2隔断板机构的选型

隔断板机构做间隔往复直线运动，运动准确性要求不高，可选方案有：

1.

图5-2

此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，但机构外观复杂，体积相对较大

2.

图5-3

机构符合间隙运动要求，但机构复杂，槽机构动力传递性能差，锥齿轮较难造，制造成本高。

3.

图5.4

机构简单，此机构简单，动力传递性能较好，能达到间歇运动的要求，造价低廉，机构体积小，外观美。

综合上述，隔断板机构应选方案3 5.3机构简图

图5-5 机构简图

6. 机械传动的速比和变速机构

6.1传动方案的确定

各分传动比i Ⅰ = n 电 / n执 = d1′/d1 * Z2′/Z2 * Z6/Z5

1 =720/12= 60…………………………………………○

i Ⅱ = n电/n执 = d1′/d1 * z3′/z3 * z6/z5 = 720/15 = 48… ② i Ⅲ= n电/n执 = d1′/d1 * z4′/z4 * z6/z5 = 720/20 = 36… ③

由中心距的关系有：1/2 m*( Z 2 +Z2′) = 1/2 m*(Z3 + Z 3′)

= 1/2 m*(Z4 + Z4′) …………………………….. ④

取模数M = 4mm 且 Z 5应大于17 故: 取 Z 5 =18 ， Z 6 = 72，

d 1′= 418mm d1 = 100 mm 。

由①②③式及以上已知条件可得

Z 4′/Z4 = 3/2 ， Z3′/Z3 = 2 ， Z2′/Z2 = 5/2

且 定 变速齿轮的中心距a = 210 mm

由以上可得下列数据

带传动 齿轮传动

d d ’ n Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 4 Z 4 Z 5 Z 6 模数 M

’

’

’

100 418 720

mm mm r/min 30 75 35 70 42 63 18 72 4 mm

7. 步进式输送机机的尺度设计计算

7.1滑架机构的尺度设计

取AO=300mm,滑架实际行程H=860+20=880mm,滑架板长900mm, 则有：

最大摆动件线质量为20kg/m,对质心转动惯量为2㎏. ㎡，由

J=(1/12)*m*L*L，得：

AC=L=1062.65mm,

θ=2*arcsin(H/2)/L=2*24.46°=48.92°, k=(180°+θ)/( 180°-θ)=1.75

0B=AO sin(θ/2)=124.22mm, 7.2插断凸轮机构的尺度设计

隔断板运动时，推程和回程均做等加速等减速运动，行程h=80mm,取凸轮基圆r 0=100mm,

如图所示

8步进式输送机的运动分析

1. t=H/v0=0.88/0.44=2(s),

w=(180°+θ)/t=114.46°/s ,即n=19r/min.

2. 滑架的位移即为C 点在水平方向的位移，设速度为V , 则有： 速度 V B2=V B1 + V B2B1

大小 ？ W 1*OB ² ？ 方向 √ √ √

V B2=VB1 sinB=VB1 COS arcsin(OA sinβ/OB),

V C =AC*VB2/AB=AC*VB1* COSarcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)

V =v c

COS β= AC*VB1* COS β*COS arcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β

+(OB ² -OA ²sinB ²) ½)

W 2=VC /AC= V B1* COSarcsin(OA sin β/OB)/(OACOS β+(OB ² -OA ² sinB ²) ½)

加速度

a nb3 + a tb3 = a b2 + a b3b2 + a kb3b2

大小 w 2*AB ² × w*OB ² × 2*w2*V B3B2 方向 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ 得：

a B3=((aB2sinarcsin(OAsinβ/OB) －a kB3B2) ²＋a nB3 ²) ½ =((w*OB *OA*sinβ－2*w2*VB3B2) ²＋(w2*AB ²) ²) ½

九．步进式输送机三维图设计

1齿轮、凸轮和摇杆

2. 传动系统

3. 步进式输送机

十. 考资料