机械原理课程设计

目录。1 步进送料机设计的目的。

2 机械原理课程设计说明书。

1、设计题目（任务书、包括设计条件和要求）。

2、原动件的选择。

3、传动机构的选择和比较。

4、执行机构的选择和比较。

5、机械系统运动方案的拟定和比较。

6、步进送料机机构参数确定。

7、运动分析。

8、机械运动方案布置图和运动简图。

9、运动循环图。

§3 小结。

1 步进送料机设计的目的。

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、**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。

我们设计的是步进送料机，通过设计加深我们对送料机的了解，对它的工作原理有进一步的了解。通过课程设计，使学生较全面、系统地掌握和运用机械原理课程中的基本原理和方法，并得到“根据设计任务、确定机械运动方案、分析和设计机械的能力”及“创新设计能力”的基本训练。

2 机械原理课程设计的内容。

1、设计题目。

设计某自动生产线的一部分——步进送料机。如图11.1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、维修方便等同素，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出线）。

（3）轨迹曲线的 ab段为近似的水平直线段，其长度为 a，允许误差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11.1。

（4）在设计图中绘出机构的四个位置，ab段和cde段各绘出两个位置，需注明机构的全部几何尺寸。

图11.1 步进送料机

表11.2设计数据

步进送料机的工作原理。

步进送料机在加工过程中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。工作过程大致可以用下图表示。

该系统由电动机驱动，通过蜗杆减速将运动传给齿轮，再由各级齿轮进行减速使其转速符合要求，最后利用齿轮和连杆将运动传给输送架。

2、原动机的选择：

经过计算与讨论，我们选择400r/min的电动机（在下面讨论），在此转速下电动机能够充分满足动力要求而且不会造成机器的浪费。

3、传动机构的选择：

通过查书和资料得知传动机构可以分为以下几种：

齿轮传动：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。

缺点制造精度要求高。

主要用于传动。

带传动：优点中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护。

缺点有打滑现象，轴上受力较大。

常用于传动链的高速端。

连杆传动：优点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，加大或缩晓行程。

缺点设计复杂，不宜高速度运动。

既可为传动机构又可做为执行机构。

凸轮机构：优点能实现各种运动规律，机构紧凑。

缺点易磨损，主要用于运动的传递。

主要用于执行机构。

对于传动机构我们组有三种方案。

方案一：采用从动圆凸轮机构。

该凸轮机构虽然能实现工件的移动，但不满足设计的输送爪的运动轨迹，所以该方案舍弃。

方案二：采用齿轮与齿条的配合。

该机构虽然能实现工件在工作台上的间歇移动，也能满足设计的时间间隔，但机构的传送装置为环状的传送带，不满足要求的曲线，所以该方案舍弃。

方案三：采用铰链四杆机构。

该方案满足工件的移动要求与移动轨迹，能实现间歇移动，符合条件。

经过比较最终我们采用第三种方案。

4、执行机构的选择：

经过与实图的比较和讨论我们采用机械爪如下图所示。

5、方案的拟定。

对于设计数据我们采用了方案a，步进送料机的工作图大致如下：

其运动流程：

电动机运行时，蜗杆1转动，带动蜗轮2转动，接着齿轮3转动，继而齿轮4,4’转动，然后传给齿轮5,5’。把力传到曲柄ab。然后连杆be，bc转动，最终使得传送架运动。

6、步进送料机机构的参数确定。

1）、确定引导铰链丝杆机构的尺寸。

k=t1/t2=1/2

可以得出此机构的极位夹角为。曲柄从开始的是e点走过工作行程a的角度。此时我们可以用试凑法来求解各个杆长。

已知是。已知三个点，e，，，到的距离是50mm，，即行程的始末两点，再在刚体平面的第一个位置上自定一个动铰链点b点，再用作图法（自己拟定角度，（e，），在刚体角位置的标线上取一点e，由）找出且要满足是，即是惟一的，同样的方法可以找到，两两连接做垂直平分线，交点即是a。

在ab的延长线上取c，令bc=550mm，由=，在的延长线上可以找到。由，即可得到，把c，，两两相连，做垂直平分线相交于一点即为d点。按比例量出的尺寸，bc=550

ab=120

ad=320

cd=550

be=250

ec=350

2）、蜗杆的参数确定。

简要介绍蜗杆传动的特点。1传动比大，且精确。2传动平稳，无噪声。3当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。4啮合面有较大的滑动速度，会产生严重的摩擦磨损。

蜗杆头数为（=1~4），蜗轮齿数为 (=30~80),主要参数蜗杆头数，模数，压力角，分度圆直径。

由蜗杆的分度圆直径预期模数的匹配标准系列可知：

模数为2的时候，分度圆直径可选为22.4。

3）、蜗轮的参数确定。

由以上参数可知该减速机构的传动比为z2/z1=30

齿轮的参数与尺寸。

由方案可知：

输出构件每分钟循环运动的次数为：60/（1+2）=20次。

4）、齿轮参数的确定。

渐开线标准齿轮的正确啮合条件是两齿轮分度圆的模数和压力角分别相等。

由于齿轮3与蜗轮2连在同一轴上，所以这两个齿轮的转速w与蜗轮的转速一致。

齿轮5与5’,4与4’齿轮并不影响传动比，两两完全相同，所以该直齿圆柱齿轮组的参数可设计如下。

输出构件每分钟循环运动的次数为：60/（1+2）=20次，即ab的转速为20r/min，即齿轮5，5’的转速为20r/min，齿轮4，4’不影响传动比，这样齿轮3到齿轮5，5’的传动比为20/30

计算电机转速为。

所以只要电机转速到达400r/min，齿轮5，5’的输出转速就可以满足20r/min，等于设计要求的转速。故该传动系的设计是合理且符合要求的。

7、运动分析。

设个点的坐标分别为：。同时设ab的角速度为，角加速度，为为杆件与水平面的夹角，各杆件的长度分别为：，为初始角。

根据杆件的运动列出b点的运动方程：

其中，已知，初始角，杆长已知，所以，可以求出b点的坐标。对式（1）分别进行一次，二次求导，可得到b点的速度和加速度方程。

2和3式中只有速度和加速度是未知数，可以求出。同理，可以列出c,d,e点的位置，速度，加速度方程：

8、机械运动方案布置图和运动简图。

机械简图。9、运动循环图。

以连杆a的转角位横坐标，绘制如下的运动循环图：

a杆转角0度120度360度。

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