机械原理课程设计计算说明书(同济)

机械原理课程设计计算说明书设计题目步进输送机机械与能源工程学院机械系专业机械设计制造及其自动化组号设计人指导教师完成日期2014年6月8日同济大学2目录机械原理课程设计……………………………………………………………………………………………….1计算说明书…………………………………………………………………………………………………………1一、设计题目………………………………………………………………………………………………………..3二、执行机构初始设计…………………………………………………………………………………………51．工艺动作分解和机构分解……………………………………………………………………………….52.执行机构的选择及评价……………………………………………………………………………………..5三、总体方案设计………………………………………………………………………………………………111.往复移动平台的尺寸设计计算…………………………………………………………………………112.四杆机构设计………………………………………………………………………………………………….153.凸轮设计…………………………………………………………………………………………………………..16四、执行机构运动分析（图解法）…………………………………………………………………….18五、心得体会…………………………………………………………………………………………………………343一、设计题目1.设计题目：步进输送机运动简图设计2.工作原理及工艺动作简述：步进输送机是一种间歇输送工件的传送机械，工件由料仓卸落到辊道上，滑架作往复直线运动。滑架正行程时，通过棘钩使工件向前运动，滑架返回时，棘钩的弹簧被压下，棘钩从工件下面滑过，工件不动，当滑架又向前运动时，棘钩又钩住下一工件向前运动，从而实现工件的步进传送，插板作带停歇的往复运动，可使工件保持一定的时间间隔卸落到辊道上。3.原始数据及设计要求（1）输送步长：H=815mm。（2）滑架工作行程平均速度：0.42m/s，行程速比系数：K=1.6。（3）滑架导轨水平线至安装平面的高度在1100mm以下。（4）电动机功率可选用1.1KW，1400r/min左右。难点提示及注意事项（1）本机主运动机构是做往复直线运动的步进输送机构，其执行构件是随滑架作往复直线运动的推爪（推爪可被辊道上的工件压下或由弹簧顶起复位）。辅助运动机构是插断机构，其执行构件是插板，两者的协调运动关系是：起始点工位上的工件被输送机构的推爪推出后，即可开启插板放下一个新工件，当输送机构的推爪返回原位准备再推进时，新工件早已在起始点就位，且插板也早已关闭。为保证推爪在推进工作前保持推程状态，输送机构的行程应大于工件输送步长20cm左右。工作循环图应据此协调关系设计，并自行确定若干需要的协调运动参数。（2）步进输送机构与插断机构的主要设计参数有些已给定，有些需要计算或自行确定。比如，可按已知滑架行程，平均速度和行程速比系数确定曲柄转速；已知工件尺寸形状，可确定插板单向或双向的插入深度，据此并考虑机构的布局情况确定插断机构从动件的运动范围和运动规律。（3）步进输送机构运动简图应进行多方案比较。工件的运送要求平稳并有较高的定位精度。4进行方案评价时，侧重点应放在运动和动力功能质量方面（工件停止在工位上之前的速度变化应尽量平缓）。5二、执行机构设计1．工艺动作分解和机构分解步进输送机要求完成两个动作：（1）作往复直线运动的步进输送机构（2）插板的插断机构2．执行机构的选择及评价步进机构：①偏心轮为主动件，偏心轮转动带动外部轮平移，带动水平杆移动。优点：设计简单，构件数较少，水平杆经由滑块拖动滑架往复运动，可保持传动较为平稳。缺点：构件磨损较严重，在行程较大的机构中，构件的体积过大，不易进行快速回程运动。构件及移动副：共有3个活动构件，4个平面低副。自由度：F=3×3-2×4=1运动说明：凸轮1为原动件，凸轮1转动带动焊接件2整体向左运动，同时滑块C在杆3上作上下滑动，由此再带动平台作作用滑动。6②优点：电动机输出动力，主动件做周转运动，带动摆杆在一定可控角度内作摆转运动，运转相对稳定，且保证了输送滑架的往复运动。摆杆摆动角度区间可根据需要制定，滑块保证了不存在过强的刚性冲击以及过大的力矩。缺点：机构不具有明显的急回特性，所需传递力矩大。构件及移动副：5个构件，A、B、C、D四个转动副，三个移动副，共7个低副无高副；自由度:F=3×5－2×6—1×0=1；运动说明：构件5为原动件，曲柄，曲柄转动带动构件4在构件3杆上滑动，摆杆3左右摆动在A点构成转动副因此构件2上下滑动同时可以带动平台1实现左右滑动。7③优点：运行较平稳，无明显刚性冲击缺点：需要弹簧提供较大的弹力，凸轮大小不易把握构件及移动副：运动副A：转动副；运动副B：移动副；构件1凸轮；构件2开启门；构件3机架；2个低副，1个高副；自由度：F=2*3-2*2-1=1；运动说明:利用凸轮机构实现步进装置的往复运动，有凸轮转速控制平台移动速度。8送料机构：①原理说明：1.当凸轮转至远休止时，杆向下打开移动，使物体落下；2.当凸轮转至近休止时，杆向上抬升移动，阻挡住物体。；3.两侧悬挂重物保证凸轮时刻能与杆3接触4.两侧为对称结构确保同步运转。优点：结构比较简单，开关门动作迅速；缺点:杆最下方无法保持水平，受力为一点，承重有限。（分析一侧）构件及移动副：3个构件，1个移动副，3个转动副，无高副；自由度：F=3×3—2×4=1；运动说明：电机同步转动，转向相反，两个凸轮A和C为主动件，如图时刻为近休止处，恰好打开送料口，当凸轮继续转动直到远休止，杆3左端抬升，送料口打开，当转过远休止时杆5在重物作用下始终保证与凸轮A接触。9②优点：运动平稳，只需改变凸轮轮廓形状即可实现对运动的控制。缺点：步进机构的凸轮尺寸需设计很大，实际不可行。构件及移动副：运动副A：转动副；运动副B：移动副；构件1凸轮；构件2开启门；构件3机架；2个低副，1个高副；自由度：F=2*3-2*2-1=1；运动说明：利用凸轮机构实现步进装置的往复运动，有凸轮转速控制平台移动速度。凸轮A为原动件，远休止时压缩弹簧推动构件2向左滑动，实现送料机构运作开启。近休止时，弹簧伸长推动构件2向右滑动实现关闭送料口。10③优点：主要通过对心直动滚子推杆盘形凸轮机构实现对下料的控制，当远休止时，两边滑块压缩弹簧下料口恰好完全打开，凸轮再转过一点小角度下料口在弹簧弹力的作用下开始关闭当到达近休止时已完全关闭。可通过调整凸轮形状以及滑块距离下料口的距离、弹簧劲度系数实现以上要求。整体无过强的刚冲击。缺点：两侧滑块收到的摩擦力可能较大。滚子与凸轮接触为线接触，滚子易打滑。构件及移动副：7个构件，转动副7个，移动副3个，共9个低副1个高副，其中滚子5带来局部自由度1个；自由度：F=3×7—2×9—1—1=1运动说明：凸轮E为原动件，当转至远休止时，推动滚子5向上，同时杆7向上运动使得杆3与杆4张角增大，1、2滑块同时向两侧滑动打开送料口，挡板恰不影响送料，当凸轮向近休止转动时，滑块1、2在弹簧的作用下向中心滑动，挤压杆3、4，使其夹角减小，同时杆7向下运动使滚子始终与凸轮接触，至近休止处，送料口完全被挡板挡住。方案确定：略。（按照题目要求方案进行设计）11三、总体方案设计往复移动平台的尺寸设计计算：参数：K=1.6，H=815mm。=54.4116.116.118011180KK77.202由图可见行程为D1D2，取定C点距离平台1200mm，在允许范围内取A点距离C点的垂直距离为700mm。由此算得曲柄的长度SAK=SAC)2sin(=7000.3546=248.22mm。摆杆CD的长度可由行程H=815mm计算得到如上图所示SCD=3546.05.407)2sin(2H1148mm。12综上SAC=700mm曲柄SAK=248.22mm，摆杆SCD=1148mm计算曲柄角速度：已知平台工作行程平均速度为：v=0.42m/s，行程为H=815mm。计算过程：循环一周时间为：t=2H/v=3.88s。凸轮角速度为：/t=1.62rad/s。平台运动规律图：1.位移图132.速度图143.加速度图15四杆机构设计：反转法设计四杆机构:取AB杆长为1200mm，由计算可得，左右两挡板移动距离约为70mm,则根据挡板移动距离以及AB杆与CD杆的初始位置（AB1与垂直方向约成15°，DE1与垂直方向约成30°），可以得出AB杆在旋转α1=4°，α2=8°时，CD杆转过的角度为φ1=12°，φ2=24°。根据α1与α2定出AB杆的位置AB2与AB3，连接B2D,B3D，根据反转法，将其分别绕D点反转-φ1与-φ2角度，得到B2'与B3'，则B1,B2',B3'三点确定的圆的圆心即为C1点的位置，连接B1，C1，D，则AB1C1D即为所求的四杆机构。16凸轮设计：由工件掉落与传输带的运动关系，绘制如下的运动循环图：凸轮设计:计算工件整体掉落的时间：由于工件的高度h=110mm，得220.110.159.8htsg由前面可知：ω=1.62rad/s,∴工件开关打开并停留凸轮转过角度1801.620.15t=13.92°≈14°由讨论得凸轮运动的一个周期规律曲线01234567050100150200250300凸轮转动角度36摆杆转动角度开关静止打开静止闭合传送带后退前进凸轮0~14°14°~127°127°~247°247°~360°17假定把凸轮一周以每份角度为20°划分，则可列表:1234567891011121314凸轮转角δ（°）020406080100120134154174194214234234摆杆转角φ（°）01234566543210根据表中数据通过逆转法得出凸轮图形18四、执行机构运动分析图解法：魏程：0度，邢成：72度，刘纪远：144度，邓长发：216度，陈钰：288度；魏程(𝛗𝟎°)：已知杆AK角速度为:=1.62rad/s做平台运动v,a分析,即等价于分析D点在x轴方向的速度和加速度。1.作机构运动简图192.速度分析取k点为动点，杆CD为动系。对k点做速度分析：reavvvCKCKAK//方向大小𝐿𝐴𝐾??未知量只有两个，用作图法求解：得：Ve=0m/s即：𝜔𝐶𝐷=0rad/s即：𝑉𝐷=0m/s得：平台速度V=𝑉𝐷𝑋=0m/s3.加速度分析取k点为动点，杆CD为动系。对k点做加速度分析：𝑎𝑎𝑎𝑒+𝑎𝑟+𝑎𝑐方向//AK//AK⊥CD无大小𝜔2𝐿𝐴𝐾??020未知量只有两个，用作图法求解：得𝑎𝑒𝑎𝑎=𝜔2𝐿𝐴𝐾得D点加速度𝑎𝐷𝑎𝑒∙(𝐿𝐶𝐷𝐿𝐶𝐵)=0.65m/𝑠2得平台加速度a=𝑎𝐷𝑋0.61m/𝑠2方向：水平向右。21邢成(𝛗𝟕𝟐°)：2223刘纪远(𝛗𝟏𝟒𝟒°)：当曲柄转过角度为144°时，如图所示：241.做速度分析根据已知条件，为求w2,速度分析应由C点开始，并取重合点C2和C1进行求解。由运动合成原理可知，重合点C2和C1有：1212ccccvvvBCACBC//方向?1wlAB？大小𝛎𝑪𝟏𝐥𝑨𝑪×𝛚𝟏𝟎𝟐𝟒𝟖×𝟏𝟔𝟐𝟎𝟒𝟎𝟐𝐦𝐬式子中只有两个未知量，故可以用作图法求解。取速度比例尺μ1=0.01(m/s)/mm，并取点p作为速度图极点，作速度图如图所示：于是得：𝜈𝑐2𝜇1×𝑝𝑐2001×65065𝑚𝑠𝜔2𝜈𝐶2𝑙𝐵𝐶0365091809𝑟𝑎𝑑𝑠再由重合点D2和D3求得滑架的速度，由运动的合成原理2323ddddvvvGDBDEF////方向大小？𝜔2𝑙𝐵𝐷?25式中有两个未知量，作图法求解，如图所示𝜈𝐷2𝜔2×𝑙𝐵𝐷09×1140457𝑚