机械原理课程设计——步进式工件输送机

西南科技大学机械设计基础课程设计1《机械设计基础》课程设计说明书设计题目：步进式工件输送机设计专业班级：机械制造与自动化1001学生姓名：王森学号：20107335指导老师：王宇完成日期：2011年12月西南科技大学机械设计基础课程设计2目录第一章绪论3第二章课题题目及主要技术参数说明32.1课题题目32.2主要技术参数说明42.3根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图4第三章传动机构和工作机构的选择53.1传动机构确定53.2工作机构设计方案6第四章减速器结构选择及相关性能参数计算84.1减速器结构84.2电动机选择84.3传动比分配94.4动力运动参数计算9第五章齿轮的设计计算115.1高速级齿轮传动的设计计算115.2低速级齿轮传动的设计计算17第六章、传动轴承和传动轴的设计236.1从动轴的设计236.2中间轴的设计计算296.3主动轴的设计326.4求轴上的载荷366.5按弯曲扭转合成应力校核轴的强度386.6精确校核轴的疲劳强度38第七章联轴器的选择417.1联轴器的功能417.2联轴器的类型特点417.3联轴器的选用417.4联轴器的材料42设计小结42参考文献42附图减速器装配图轴的零件图工件输送机系统总图西南科技大学机械设计基础课程设计3第一章绪论进入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。本次我设计的是步进送料机，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对步进送料机的设计进一步了解机械原理课程设计的流程，为我们今后的设计课程奠定了基础。第二章课题题目及主要技术参数说明2.1设计题目：步进式输送机设计2.1.1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。2.1.2设计要求西南科技大学机械设计基础课程设计41）工件质量：70kg2）输送步长H=400mm，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=1.254）工作阻力2500N5）往复次数406）滑架导路水平线与安装平面高度允许在800-1000mm。2.2工作原理和工艺动作分解2.2.1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=400mm，工作平均速度v=0.44m/s。2．3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滑架机构运动循环图如图所示：360°229°soδH西南科技大学机械设计基础课程设计5第三章传动机构和工作机构的选择3.1传动机构的确定常用的传动机构有以下几种：齿轮机构；螺旋机构；带传动及链传动；连杆机构；凸轮机构（表列举了几种常有传动机构的基本特性）。表1-1常用传动机构的基本特性齿轮传动螺旋传动带传动链传动连杆传动凸轮传动螺旋传动优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离传动传动比大，可实现反向自锁，用于空间交错轴传动，传动平稳中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护中心距变化范围广，可用于长距离传动，平均传动比准确，特殊链可用于传送物料适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩小行程等能实现各种运动规律，机构紧凑可改变运动形式；转动变移动，传动比较大缺点制造精度要求高效率较低用打滑现象，轴上受力较大有振动冲击，有多边形效应设计复杂，不宜高速度运动易磨损，主要用于运动的传递滑动螺旋刚度较差，效率不高效率开式0.92-0.96闭式0.96-0.99开式0.5-0.7闭式0.7-0.9自锁0.4-0.45平带0.92-0.98V带0.92-0.94同步带0.96-0.98开式0.9-0.93闭式0.95-0.97在运动过程中随时发生变化随运动位置和压力角不同，效率也不同滑动0.3-0.6滚动0.85-0.98速度6级精度直齿v≤18m/s6级精度非直齿v≤36m/s5级精度直齿v≤200m/s滑动速度v≤15-35m/sV带v≤25m/s同步带v≤50m/s滚子链v≤15m/s齿形链v≤30m/s功率渐开线齿轮≤50000kw圆弧齿轮≤6000kw锥齿轮≤小于750kw常用于50kw以下V带≤40同步带≤200-750kw最大可达3500kw通常为100kw以下西南科技大学机械设计基础课程设计61000kw传动比一对圆柱齿轮i≤10通常i≤5一对圆锥齿轮i≤8通常i≤3开式i≤100常用i≤15-60闭式i≤60常用i≤10-40平带i≤5V带i≤7同步带i≤10滚子链i≤7-10齿形链i≤15其他主要用于传动主要用于传动常用于传动链的高速端常用于传动链中速度较低处既可为传动机构又可做为执行机构主要用于执行机构主要用于转变运动形式，可做为调整机构根据以上分析，我们选择开始齿轮传动。3.2工作机构设计方案方案（1）采用液压凸轮机构为主，以达到设计要求。本方案采用液压动力装置以推动挡板左右往复运动。再采用凸轮机构推动挡板做上下的往复运动。该机构由液压机构和凸轮机构相互配合，使挡板做曲线运动。该机构结构简单，构造也较为普通，切运行时噪声低。运动行程一眼明了。缺点是该机构有两个自由度，所以运动难于控制，不够平稳。而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。方案（2）采用曲柄连杆机构。曲柄连杆机构的特点：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。西南科技大学机械设计基础课程设计72）在曲柄连杆机构中，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）在曲柄连杆机构中，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。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根据对比分析，我们选择曲柄连杆机构作为工作机构，实现步进式输送。西南科技大学机械设计基础课程设计8第四章减速器结构选择及相关性能参数计算4.1减速器结构展开式二级圆柱直齿轮减速器。4.2电动机选择（一）工作机的功率PwwP=FV1000KW、Tn9500wWPK、T1000wWPKW选用Tn9500wWPK1000v60nD10000.760 n33.439r/min3.1440080033 2.816km9500wP（二）总效率总234214==0.886总查《课程设计手册》表1—7（三）所需电动机功率dP2.83.16()0.886wdPPKW总Ped大于等于Pd查《机械零件设计手册》电动机选用三相异步电机笼型Y132M1—6n满=960r/min西南科技大学机械设计基础课程设计94.3传动比分配工作机的转速：601000v6010000.7n33.439r/min3.14400D96028.7/min33.439nirn满总n满为电动机满载转速，n为转轴转速。取3带i则28.79.573iii总齿带i齿=i2×i3i带=i1=3；i2=3；i3=3.24.4动力运动参数计算（一）转速n0n=满n=960r/min0I1n960320ii3nn满带12107minnnriⅡ2334minIIInnri（二）功率P西南科技大学机械设计基础课程设计1004()dPPkw10140.983.92()dPPPkw带211233.8()PPPkw齿轮轴承322233.69()PPPkw联轴器轴承4332343.58()PPPkw齿轮轴承（三）转矩T0955095503.379/912912dPTn满=59.79(N﹒m)1011117()TTiNm21232340(Nm)TTi﹒32233105(m7N)TTi﹒434310(m)26NTT﹒=808.26(N﹒m)运动和动力参数结果表3-1表3-1运动和动力参数轴名功率PKW转矩TNm转速r/min输入输出输入输出电动机轴41179601轴3.923.81173403202轴3.83.6934010571073轴3.693.5810571026344轴3.583.581026102634西南科技大学机械设计基础课程设计11第五章齿轮的设计计算5.1高速级齿轮传动的设计计算（一）齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线直齿轮齿轮材料及热处理①材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为小齿轮280HBS取小齿齿数1Z=24高速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为大齿轮240HBSZ2=iZ1Z2=3×24=72取Z2=72②齿轮精度按GB/T10095－1998，选择7级，齿根喷丸强化。（二）初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计2131)][(132.2HEdttZuuTKd确定各参数的值:①试选tK=1.3②见参考文献［机械设计］202P公式10-13计算应力值环数N1=60n1jhL=60×320×1×（2×8×300×9）西南科技大学机械设计基础课程设计12=8.3×108hN2==N1/i2=8.3×108h/3=2.8×108h#(3为齿数比,即3=12ZZ)③见参考文献［机械设计］207P10-19图得：K1=0.95K2=1④齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,见参考文献［机械设计］205P公式10-12得:1lim110.95600[]5701HNHHKMPaMPaS2lim221550[]5501HNHHKMPaMPaS许用接触应力12[]([][])/2(570550)/2560HHHMPa⑤见参考文献［机械设计］见参考文献［机械设计］201P表10-6得：EZ=189.8MPa由205P表10-7得:d=1T=95.5×105×11/nP=95.5×105×3.278/304=1.03×105N.m3.设计计算①小齿轮的分度圆直径dt12131)][(132.2HEdttZ