【文章內(nèi)容簡介】 實現(xiàn)滑架的往復運動，通過步進電機的正反轉(zhuǎn)，齒條固定在滑架上，利用齒輪齒條間的傳動來實現(xiàn)滑架的往返運動。 方案三：采用液壓凸輪機構(gòu)為主，以達到設(shè)計要求。本方案采用液壓動力裝置以推動擋板左右往復運動。再采用凸輪機構(gòu)推動擋板做上下的往復運動。該機構(gòu)由液壓機構(gòu)和凸輪機構(gòu)相互配合，使擋板做曲線運動。 方案四：運用連桿機構(gòu)，減速機，普通電動機。通過普通電動機可以獲得運動所需要的動力，減速機調(diào) 整相應(yīng)的速度和節(jié)奏，連桿機構(gòu)實現(xiàn)不同的速度比，節(jié)奏，步長和滑架的運動軌跡。 經(jīng)過可行性調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)方案一中步進電機的功率和工作狀況要求中的中度沖擊問題對步進電機的影響不能很好的解決，而且步進電機擁有一個很明顯的優(yōu)點，就是它有精確的正反轉(zhuǎn)功能，因為步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移，或線位移的開環(huán)控制元件，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載的變化而影響，即給電機加一個脈沖信號 ,電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有同期性的誤差而無累積誤差等 特點，使得在速度控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常簡單，而且低速精度高。雖然如今步進電機已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)條件下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。方案二也存在類似的問題，方案三機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造也較為普通，且運行時噪聲低。運動行程十分明了，缺點是該機構(gòu)有兩個自由度，所以運動難遇控制，不夠平穩(wěn)。而且液壓機構(gòu)成本太高，且維護檢修復雜。而方案四對于方案一方案二的問題有了很好的實現(xiàn)，而且普通電動機容易選擇，減速機和連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，穩(wěn)定 性高 ,可以承受一定的沖擊，所以此方畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 7 案較合理。 在整個設(shè)計過程中，連桿機構(gòu)的設(shè)計和分析應(yīng)是本課題的重點，運用機械設(shè)計和機械原理的相關(guān)內(nèi)容來設(shè)計，設(shè)計的主要內(nèi)容應(yīng)包括工作機構(gòu)和傳動系統(tǒng)的運動分析，連桿機構(gòu)的運動和動力分析，減速機及電機的選擇設(shè)計。本課題的難點是連桿機構(gòu)的分析和動力運動的分析。 工作機構(gòu)的設(shè)計與分析 該步進輸送機通過工作機構(gòu)驅(qū)動滑架往復移動，要求工作機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造方便，成本較低。 工作機構(gòu)型式的選擇 主要機構(gòu)確定為曲柄搖桿機構(gòu)，如圖 所示。其中曲柄 1 連接的是減速器的輸出軸，作整周回轉(zhuǎn) ，搖桿 3 做擺動控制推爪水平運動。 該機構(gòu)的優(yōu)缺點：運動副都是低副，因此運動副元素都是面接觸，壓強較小，可承受較大的載荷，有利于潤滑，故磨損較??；此外，運動副元素的幾何形狀都比較簡單，便于加工制造；易獲得較高的精度，還可以改變各構(gòu)件的相對長度使從動件得到不同的運動規(guī)律。缺點是傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使機械效率降低，不利于高速運動。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 8 圖 曲柄搖桿機構(gòu) 平面曲柄搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四連桿機構(gòu)中，若兩個連架桿中一個為搖桿，另一個為曲柄，那么這個四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。在曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲 柄為原動件，搖桿為從動件時，可以把曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動，此種機構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。 平面四連桿機構(gòu)有曲柄的條件 （ 1） 桿長之和條件：平面四桿機構(gòu)的最短桿和最長桿的長度之和小于或者等于其余兩桿長度之和。 （ 2） 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果某個轉(zhuǎn)動副能夠成為整轉(zhuǎn)副，則它所連接的兩個構(gòu)件中，必有一個為最短桿，并且四個構(gòu)件的長度關(guān)系滿足桿長之和條件。 （ 3） 在有整轉(zhuǎn)副存在的鉸鏈四桿機構(gòu)中，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動副均為整轉(zhuǎn)副。此時，如果取最短桿為機架，則得到雙曲柄機構(gòu)；若取最短桿的任何一個相連構(gòu)件為機架，則得到曲柄搖桿 機構(gòu)；如果取最短桿對面構(gòu)件為機架，則得到雙搖桿機構(gòu)。 （ 4） 如果四桿機構(gòu)不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個構(gòu)件為機架，所得畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 9 到機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。 綜上所述：平面四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件是四個桿的長度關(guān)系，誰做機架決定是否會存在曲柄。 連桿設(shè)計內(nèi)容 輸送機的工作阻力 r=3000FN，步長 360mmS? ，往復次數(shù) 56n? 次 /分，行程速比系數(shù) ? ，高度 800mmH? 。輸送時滑架受到的阻力 rF 視為常數(shù)，滑架寬度為 250mm，用于小批量生產(chǎn)。 搖桿的擺角初選 根據(jù)設(shè)計的常識一般初選擺角為 0040 50: 左右 ,再由步長定搖桿長度 ,一般取( )CDL ? : DEL , ( )EFL ? : DEL 。 鉸點位置和曲柄長度的設(shè)計 根據(jù)行程速比和傳動角要求鉸點 A 的位置及曲柄連桿長度。根據(jù)所給條件以及現(xiàn)場的要求，和行程速比系數(shù) K，在設(shè)計四連桿時，可利用機構(gòu)在極位時的幾何關(guān)系，再運用其它輔助條件進行設(shè)計。 曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計 通 過擺角及行程速比系數(shù) ? 和搖桿長度來設(shè)計該機構(gòu)。首先按公式0180?? ， (K1)/(K+1)算出極位夾角 ? 為 。 然后任取一點 D,再用此點為頂點作等腰三角形 ， 使兩腰的長度等于 CD, 12CDC ???。 2CN使 012 90C C D ?? ? ?， 再作 1 1 2CM CC? ， 2CM與 1CN的交點 P。作 21PCCV 的外接圓 ,那么圓弧 1CPC 上任一點 A 到 1C 和 2C 的連線所形成的夾角21CACV 都等于極位夾角 ? ,所以曲柄的軸心 A 應(yīng)在這個圓弧上。 設(shè)曲柄的長度為 a,連桿的長度為 b，那么 2=b+aAC ， 1=b+aAC , 2=baAC ， 所以 a=( 1AC 2AC )/2 于是以 A 為圓心 ,以為 2AC 為半徑作圓弧交 1AC 于點 E,則得出a=EC /2,b= 1AC 1EC /2。設(shè)計時應(yīng)注意 ,曲柄的軸心 A 不能選在弧段上 ,否則機構(gòu)將畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 10 不能滿足運動連續(xù)性的要求。 根據(jù)上面的方法可以算出平面四連桿機構(gòu)的桿長分別為 a=125mm， b=395mm，c=390mm， d=390mm。 圖 機構(gòu)運動簡圖 因鉸鏈 A 的高度為自己確定，則需驗證最小傳動角是否滿足題意，如圖 所示，在 AUTOcad 上作圖，當 A、 B、 D 三點共線時，此機構(gòu)傳動角最小。 經(jīng)驗證， 0045 40DCB? ? ?，滿足要求。 曲柄隨減速器輸出軸作勻速圓周運動，驅(qū)動連桿，搖桿以固定鉸鏈為圓心，自由端運動至右極限位置，輸送爪將工件送至待加工位置，搖桿再向左運動至左極限位置，成為一個工作循環(huán)，機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置?？傮w來講，該傳動方案滿足工作機的性能要求，適應(yīng)工作條件，工作可靠，此外結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，成本低，效率較高。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 11 圖 機構(gòu)運動簡圖 機構(gòu)的速度分析 由往復次數(shù) N 及步長可求得工件平均速度 0v =360? 2/（ 60/65） =780mm/s。 由 速 度 矢 量 圖 可 知 搖 桿 運 動 到 豎 直 位 置 時 Ev = 0v =780mm/s ，則Cv = Ev =468mm/s。 又 Bv = Cv + BCv ，用圖解法作速度矢量圖，如圖 所示，得 Bv =469mm/s。 又 ABrvr?? 得曲柄 AB 的轉(zhuǎn)速 ? =。 則減速器輸出軸轉(zhuǎn)速 n 出 =ω/2π=。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 12 圖 速度矢量圖 選擇電動機 選擇電動機的類型 按工作要求和條件，選用三相籠形異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V， Y型。 選擇電動機的容量 電動機所需工作功率 Pd=Pw/η總 Pw=Fv/1000 則 Pd=Fv/（ 1000η總 ） = Fv/（ η1η2） 。 其中 η1 為工作機構(gòu)效率 ， η2 為減速器效率 。 則 ( 2 8 0 0 0 . 4 9 3 3 ) / ( 1 0 0 0 0 . 9 5 0 . 8 ) 1 . 8 2dp K w? ? ? ? ?。 查《機械設(shè)計簡明手冊》表 108 可選擇電動機型號為 Y112M4，額定功率為4KW，轉(zhuǎn)速 1440r/min。 傳動方案的選擇 選擇傳動形式 由電動機輸入軸轉(zhuǎn)速 n 入 =1440r/min， n 出 =則總傳動比 /i i n?入 出 =1440/= 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 13 根據(jù)此傳動比，查《機械設(shè)計簡明手冊》可選用二級展開式圓柱齒輪減速器，如圖 所示，其傳動比范圍 i=8～ 60。 圖 圓柱齒輪減速機。它的第一印象就是結(jié)構(gòu)簡單，修理非常方便，而且從價格的因素考慮，它比較便宜，肯定容易獲得更多的客戶，而且圓柱齒輪減速機用起來很穩(wěn)定的，不容易出現(xiàn)什么故障，這也給大家?guī)砹朔奖悖驗橐慌_機器如果兩三天就出現(xiàn)一個故障，會給大 家?guī)砗艽蟮穆闊? 但是 圓柱齒輪減速機 雖然有這么多的優(yōu)點，并不代表它沒有一絲缺點，事實上，它還是有一些缺點的，比如它一個缺點就是體積是比較大的，所以造成它的占地面積也比較大，因此齒面膠合這個事就很容易在這個減速機上面出現(xiàn)。購買減速機就應(yīng)該比較綜合的考慮所有的因素，然后做出一個相對合理的決 定。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 14 3 二級圓柱齒輪性能參數(shù)設(shè)計 設(shè)計高速級 齒輪 （ 1） 確定齒輪類型．兩齒輪均為標準圓柱斜齒輪。 （ 2） 材料選擇。由 機械設(shè)計 表 10— 1選擇小齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，大齒輪材料為 45鋼 (正火 )，硬度為 200HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 （ 3） 運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度 (GB 10095— 88)。 （ 4） 選小齒輪齒數(shù) 1Z =24，大齒輪齒數(shù) 2Z ＝ 1iZ高 ＝ 24=,取2Z =103。 5)選取螺旋角。初選螺旋角 14?? o ，左旋。 按齒面接觸強度設(shè)計 按 《機械設(shè)計》 式（ 10－ 21）試算，即1 2 1 23 ()[]tt HEt dHkT ZZud u??????? （ 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1） 試選 ? 2） 由圖 10－ 30，選取區(qū)域系數(shù) ? 3） 由圖 10－ 26 查得 1 ?? ? 12 ? ? ?? ? ?? ? ? 4） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 1 20280T ?出 Nmm? 5） 由 《機械設(shè)計》 表 10－ 7 選取齒寬系數(shù) 1d?? 6） 由 《機械設(shè)計》 表 10－ 6 查得材料的彈性影響系數(shù) MPa? 7） 由 《機械設(shè)計》 圖 10－ 21ｄ按齒面硬度查 得小齒輪的接觸疲勞強度極限lim1 550H MPa? ? ，大齒輪的接觸疲勞強度極限 lim 2 390H MPa? ? 8） 由式 10－ 13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 6 0 6 0 1 4 4 0 1 ( 2 8 3 0 0 1 0 ) 4 .1 4 7 2 1 0hN n jL? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 992 4 . 1 4 7 2 1 0 / 4 . 3 3 1 0 . 9 5 7 6 1 0N ? ? ? ? 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 Q Q 3 6 2 9 6 5 1 8 原 創(chuàng) 通 過 答 辯 15 9） 由 圖 10－ 19 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù) 1 ? 2 ? 10） 計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由 《機械設(shè)計》 式 10－ 12 得 1 l im 11[ ] 0. 92 55 0 50 6H N HH K M P a M P aS?? ? ? ? ?2 l im 22[ ] 1. 10 39 0 42 9H N HH K M P a M P aS?? ? ? ? ?12[ ] ( [ ] [ ] ) / 2 ( 5 0 6 4 2 9 ) / 2 4 6 7 . 5H H H M P a M P a? ? ?? ? ? ? ? （ 2） 計算 1） 試算小齒輪分度圓直徑 1td ，由計算公式得 2431 2 1. 6 2. 02 8 10 5. 33 1 2. 43 3 18 9. 8 36 .0 0 m m1 1. 67 4. 33 1 46 7. 5td ? ? ? ???? ? ? ???? ?? 2） 計算圓周速度 11 3 6 .0 0 1 4 4 0 2 .7 1 m /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnvs? ? ??? ? ??? 3） 計算齒寬 b 及模數(shù) ntm 1 1 3 6 . 0