工件步進輸送機設計【含三維Proe】【8張CAD圖紙和文檔所見所得】【SJ系列】

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2011 屆本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目 工件步進輸送機設計 學 院 機械工程學院 年 級 2007 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 0706072 學 號 070607221 姓 名 曹興民 指導教師 金權洽 職 稱 副教授 畢業(yè)設計(論文)題目 工件步進輸送機設計 一、課題來源、研究的目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 隨著科學技術的進步，我國傳送裝置制造行業(yè)有了長足的進步。傳送裝置的成套性，自動化程度，定位精度和整體質(zhì)量都明顯提高，其應用范圍正逐步擴大。工件步進輸送機用于間歇地輸送工件，到達預定位置。傳統(tǒng)輸送機通過電動機采用普通減速器多級變速實現(xiàn)，傳動裝置結構尺寸大。由此可設想設計一套采用行星減速器為傳動系的工件步進輸送機。 行星齒輪傳動結構緊湊，三點對稱，受力均衡，傳動效率高，具有功率分流和動軸線的運動特性，由于在中心輪的周圍均勻分布著數(shù)個行星輪來共同分擔載荷，故使得每個齒輪所承受的負荷較小，所以可以采用較小的模數(shù)，從而縮小了其外廓尺寸，使其結構緊湊。行星齒輪傳動運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力的能力較強，延長了使用壽命，對維護保養(yǎng)的要求也大大降低了。行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點，這些已被我國越來越多的機械工程技術人員所了解和重視。由于在各種類型的行星齒輪傳動中均有效的利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理地采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率而且可用于低速、大轉矩的機械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其特殊的應用中；這些功用對于現(xiàn)代機械傳動發(fā)展有著重要意義。因此，行星齒輪傳動在起重運輸、工程機械、冶金礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器、和航空航天等工業(yè)部門均獲得了廣泛的應用。 世界上一些工業(yè)發(fā)達國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等，對行星齒輪傳動的應用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結構優(yōu)化、傳動性能，傳動功率、轉矩和速度等方面均處于領先地位，并出現(xiàn)一些新型的行星傳動技術，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動和微型行星齒輪傳動等早已在現(xiàn)代化的機械傳動設備中獲得了成功的應用。行星齒輪傳動在我國已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應用。然而，自20世紀60年代以來，我國才開始對行星齒輪傳動進行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無論是在設計理論方面，還是在試制和應用實踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學技術水平的進步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達國家引進了大量先進的機械設備和技術，經(jīng)過我國機械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時俱進，開拓創(chuàng)新地努力奮進，使我國的行星傳動技術有了迅速的發(fā)展。 研究本課題的意義： 通過對研究本課題，不僅可以使我對少齒差行星傳動減速器有個深入的了解，掌握其工作原理，提高自己對機械設計的了解，在設計的過程中我肯定會遇到大量的問題。如減速器的結構問題，中間的大量的數(shù)據(jù)計算，不過我會通過查閱資料或詢問老師來解決，提高自己解決困難的能力。而且了解其優(yōu)點，在自己的設計工作中充分地發(fā)揮其優(yōu)點，把其缺點降低到最低的限度，從而設計出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動裝置。這次畢業(yè)設計一定會對我今后的學習工作起到巨大的作用。 二、主要研究內(nèi)容 （1）完成開題報告； （2）英文專業(yè) 資料翻譯（不少于3000字）； （3）完成總體方案設計； （4）動力傳動部分減速器設計； （5）通過計算機輔助分析軟件進行仿真分析； （6））畢業(yè)設計說明書一份（不少于8000字）。 三、實驗方案、實驗方法及預期達到的目標 1. 步進輸送機總圖設計 2. 設計完整的減速器，結構合理； 3. 三維造型軟件進行三維造型； 4. 應用計算機輔助分析軟件進行運動仿真分析。 四、完成課題所需的條件、主要困難及解決辦法 1、需要參閱有大量的有關方面的文獻進行數(shù)據(jù)計算。主要困難是對行星齒輪減速器缺乏認識，可以通過相關書籍進行學習了解，從而運用。 2、對三維設計軟件比較陌生，在設計計算、繪制二維圖時應多多練習三維軟件設計，從而更方便的。 五、參考文獻 (參考文獻書寫順序：[序號] 作者.文章名.學術刊物名.年，卷（期）：引用起止頁) [1] 孫恒，陳作模. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2005. [2] 李書全. 機械工程師手冊 [M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2000. [3] 成大先．機械設計手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004 [4] 陳華良. 施工升降機的設計與分析[D]. 西華大學,2007 [5] 邊巍. 基于S o l i d W o r k s 周轉輪系幾何建模與運動仿真[J]. 機械工程師,2010(8):88-92 [6] 運輸機械設計與選用手冊編輯委員會. 運輸機械設計與選用手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，1999 起止日期 論文工作進度（主要內(nèi)容、完成要求） 2010-11-16 /11-30 雙向選擇課題，完成選題表及選題審核 2010-12-1 /12-15 下達書面任務書 2010-12-16/ 12-31 完成開題報告、英文資料翻譯 2011-01-01/ 03-05 方案設計，總體設計 2011-03-06/ 04-05 減速器設計 2011-04-02/04-09 中期畢業(yè)設計進度檢查。 2011-04-06/ 04-20 計算機輔助分析 2011-04-21/ 04-28 整理撰寫畢業(yè)設計說明書 2011-04-29/ 04-30 上交畢業(yè)設計材料、準備答辯 2011-05-08/ 05-11 畢業(yè)答辯 指 導 教 師 意 見 指導教師（簽字）： 年 月 日 所在系 意 見 系主任（簽字）： 年 月 日 學院 審 核 意 見 教學院長（簽字、公章）： 年 月 日 本科畢業(yè)設計（論文） 題目 工件步進輸送機設計 學 院 機械工程學院 年 級 07級 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 0706072 學 號 070607221 學生姓名 曹興民 指導教師 金權洽 職 稱 副教授 論文提交日期 2011-05-15 常熟理工學院 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 工件步進輸送機設計 摘要 工件步進輸送機用于間歇地輸送工件，到達預定位置。傳統(tǒng)輸送機通過電動機采用普通減速器多級變速實現(xiàn)，傳動裝置結構尺寸大。為了使裝置結構緊湊，傳動效率高，本文完成了采用行星減速器為傳動系的步進輸送機的設計與研究。 本文對工件步進輸送機的研究要點如下： （1） 介紹了現(xiàn)有工件輸送機的類型、發(fā)展趨勢和研究本課題的目的、意義，分析了輸送機國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。 （2） 在完成對工作機構的設計、確定電動機的類型的情況下，建立了兩種傳動系減速方案，通過方案對比，擇優(yōu)選擇出采用行星齒輪減速器的步進輸送機傳動方案，并對此方案的可行性進行了分析。 （3） 進行了工件步進輸送機的總體結構設計，重點設計了行星齒輪減速器總體及部分零件的結構，并詳細繪制了關鍵零件的工作圖。 （4） 同時運用計算機輔助軟件對工作機構及傳動系進行運動仿真分析，為進一步改進傳動結構提供理論依據(jù)。 關鍵詞：工件步進輸送機 電動機 行星齒輪減速器 設計 仿真 Workpiece stepping conveyor design Abstract Workpiece stepping conveyor used intermittently transportation workpiece, arrived at the scheduled position. Traditional conveyor by using common reducer multistage variable speed motors, transmission device structure size realization. In order to achieve high transmission efficiency, we completed a planetary reducer for transmission by the workpiece stepping conveyor design and research. This article on the stepping conveyor research points as follows: (1) Introduces existing workpiece, the types of belt conveyor development trend, and study of this subject, analyzes the purpose and significance of the research situation at home and abroad. (2) After finishing the design of working mechanism and determine the type of situation motor, set up two kinds of transmission deceleration scheme, through the scheme contrast, technical selected the planet gear reducer stepping conveyor transmission scheme, and the feasibility of this plan are analyzed. (3) Underwent workpiece stepping conveyor the overall structure design, focusing on the planet gear reducer design of the structure of overall and parts, and detailed the key parts mapped the working drawing. (4) At the same time using computer-aided software to work institutions and drivetrain motion simulation analysis, for further improved transmission structure provides theory basis. Keywords: workpiece stepping conveyor; motor ;planetary gear reducer ;design; simulation 目錄 1. 緒論 1 1.1 引言 1 1.1.1 輸送機的類型及特性介紹 1 1.1.2 工件步進輸送機的工作原理 2 1.1.3 輸送機的發(fā)展趨勢 3 1.2 研究的目的和意義 3 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 1.4 主要研究內(nèi)容 4 1.4.1 課題任務 4 1.4.2 課題所要完成的主要工作 5 2. 步進輸送機方案設計 6 2.1 工作機構的設計與分析 6 2.1.1 工作機構型式的選擇 6 2.1.2 設計機構的具體尺寸 6 2.1.3 機構的速度分析 8 2.2 選擇電動機 9 2.2.1 選擇電動機的類型 9 2.2.2 選擇電動機的容量 9 2.3 傳動方案的對比分析及優(yōu)選 10 2.3.1 選擇傳動形式 10 2.3.2兩種傳動方案對比分析及優(yōu)選 10 3. 行星齒輪減速器性能參數(shù)設計 12 3.1 行星傳動的齒數(shù)分配 12 3.2 閉式圓柱齒輪傳動的設計計算 12 3.2.1 高速級計算 12 3.2.2 幾何尺寸計算 13 3.2.3 驗算齒根彎曲強度（a-c輪） 14 3.2.4 齒輪的圓周速度 14 3.3 軸的結構尺寸設計及校核 14 3.3.1 高速軸設計 14 3.3.2 行星輪軸結構設計 17 3.3.3 低速軸結構設計 18 3.4 滾動軸承的選擇與校核 18 3.4.1 確定軸承型號 18 3.4.2 根據(jù)壽命校核 18 3.5 減速器其他主要零部件結構設計 18 3.5.1 內(nèi)齒圈浮動 18 3.5.2 行星架結構 18 4. 工件步進輸送機總體設計 20 5. 減速器傳動零件的三維設計及運動仿真 21 5.1 減速器傳動零件實體造型 21 5.1.1 高速軸實體設計（圖5.1.1） 21 5.1.2 行星輪實體設計（圖5.1.2） 21 5.1.3 行星架實體設計（圖5.1.3） 21 5.1.4 內(nèi)齒輪b實體設計（圖5.1.4） 21 5.1.5 內(nèi)齒輪e實體設計（圖5.1.5） 22 5.1.6 齒輪聯(lián)軸器實體設計(圖5.1.6) 22 5.1.7 低速軸實體設計（圖5.1.7） 22 5.2 傳動零件、四桿機構裝配 22 5.3 運動仿真及分析 23 5.3.1 設置運動環(huán)境 23 5.3.2 進行運動仿真 25 5.3.3 獲取分析結果 25 5.3.4 分析運動仿真結果，驗證輸入/輸出值與計算值是否吻合 27 結語 29 參考文獻 30 致謝 31 IV 1.緒論 1.1 引言 隨著科學技術的進步，我國傳送裝置制造行業(yè)有了長足的進步。傳送裝置的成套性，自動化程度，定位精度和整體質(zhì)量都明顯提高，其應用范圍正逐步擴大。輸送機是在一定線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(xù)輸送機。它可進行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。輸送機輸送能力達，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應用十分廣泛。工件步進輸送機用于間歇地輸送工件，到達預定位置。 工件步進輸送機一般來說應具有電動機、聯(lián)軸器、減速器、工作機構、滑架、推爪、輥道和機架等部分，其中減速器是工件步進輸送機最關鍵的傳動裝置之一。它在傳送工件的過程中不僅擔負著減速及增加轉矩的功能，同時也降低了負載的慣量，是步進式輸送機的核心部件之一。 1.1.1 輸送機的類型及特性介紹 一 輸送機一般按有無牽引件來進行分類： （1）具有牽引件的輸送機一般包括牽引件、承載構件、驅(qū)動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用輸送帶、牽引鏈或鋼絲繩； 承載構件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動裝置給輸送機以動力，一般由電動機、減速器和制動器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使牽引件保持一定的張力和垂度，以保證輸送機正常運轉；支承件用以承托牽引件或承載構件，可采用托輥、滾輪等。 具有牽引件的輸送機的結構特點是：被運送物料裝在與牽引件連結在一起的承載構件內(nèi)，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運送物料的有載分支和不運送物料的無載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運動輸送物料。 這類的輸送機種類繁多，主要有帶式輸送機、板式輸送機、小車式輸送機、 自動扶梯、自動人行道、刮板輸送機、埋刮板輸送機、斗式輸送機、懸掛輸送機和架空索道等。 （2）沒有牽引件的輸送機的結構組成各不相同， 用來輸送物料的工作構件亦不相同。它們的結構特點是：利用工作構件的旋轉運動或往復運動，或利用介質(zhì)在管 道中的流動使物料向前輸送。例如，輥子輸送機的工作構件為一系列輥子，輥子 作旋轉運動以輸送物料；螺旋輸送機的工作構件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉運 動以沿料槽推送物料；振動輸送機的工作構件為料槽，料槽作往復運動以輸送置 于其中的物料等。 二．輸送機械按使用的用途分可以分為: （1）帶式輸送機由驅(qū)動裝置拉緊裝置輸送帶中部構架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。帶式輸送機是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物料的機械。應用它，可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有 節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線。所以帶式輸送機廣泛應用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。 在礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中，廣泛應用帶式輸送機。它用于水平運輸或傾斜運輸。 （2）螺旋輸送機俗稱絞龍，適用于顆?；蚍蹱钗锪系乃捷斔停瑑A斜輸送，垂直輸送等形式。輸送距離根據(jù)畸形不同而不同，一般從2米到70米[1]。 輸送原理：旋轉的螺旋葉片將物料推移而進行螺旋輸送機輸送。使物料不與 螺旋輸送機葉片一起旋轉的力是物料自身重量和螺旋輸送機機殼對物料的摩擦阻力。結構特點：螺旋輸送機旋轉軸上焊有螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實體面型、帶式面型、葉片面型等型式。螺旋輸送機的螺旋軸在物料運動 方向的終端有止推軸承以隨物料給螺旋的軸向反力，在機長較長時，應加中間吊掛軸承。雙螺旋輸送機就是有兩根分別焊有旋轉葉片的旋轉軸的螺旋輸送機。說白了，就是把兩個螺旋輸送機有機的結合在一起，組成一臺螺旋輸送機。 螺旋輸送機旋轉軸的旋向，決定了物料的輸送方向，但一般螺旋輸送機在設計時都是按照單項輸送來設計旋轉葉片的。當反向輸送時，會大大降低輸送機的 使用壽命。 （3）斗式提升機 利用均勻固接于無端牽引構件上的一系列料斗，豎向提升物料的連續(xù)輸送機械。斗式提升機具有輸送量大，提升高度高，運行平穩(wěn)可靠，壽命長顯著優(yōu)點，本提升機適于輸送粉狀，粒狀及小塊狀的無磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、 水泥、石塊、砂、粘土、礦石等，由于提升機的牽引機構是環(huán)行鏈條，因此允許輸送溫度較高的材料(物料溫度不超過250℃)。一般輸送高度最高可達40米。 1.1.2 工件步進輸送機的工作原理 步進式工件輸送機用于間歇的傳送工件，如圖1.1所示，電動機通過傳動裝置、工作機構驅(qū)動滑架往復移動。工作行程時，滑架上的推爪推動工件前移一個步長，當滑架返回時，由于推爪與軸間裝有扭簧，因此推爪從工件底面滑過，工件保持不動。當滑架再次向前推進是，推爪已復位，并推動新的工件前移，前方推爪也推動前一工位的工件前移。 圖1.1 工件步進輸送機 傳統(tǒng)輸送機通過電動機采用普通減速器多級變速實現(xiàn)，傳動裝置結構尺寸大。由此可設想設計一套采用行星減速器為傳動系的工件步進輸送機。 1.1.3 輸送機的發(fā)展趨勢 （1） 繼續(xù)向大型化發(fā)展。大型化包括大輸送能力、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達440公里以上。帶式輸送機的單機長度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺組成聯(lián)系甲乙兩地的"帶式輸送道"。不少國家正在探索長距離、大運量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機結構。 （2） 擴大輸送機的使用范圍。 發(fā)展能在高溫、低溫條件下、有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結團、粘性的物料的輸送機。 （3） 使輸送機的構造滿足物料搬運系統(tǒng)自動化控制對單機提出的要求。 如郵局 所用的自動分揀包裹的小車式輸送機應能滿足分揀動作的要求等。 （4） 降低能量消耗以節(jié)約能源，已成為輸送技術領域內(nèi)科研工作的一個重要方面。已將1噸物料輸送1公里所消耗的能量作為輸送機選型的重要指標之一。 （5） 減少各種輸送機在作業(yè)時所產(chǎn)生的粉塵、噪聲和排放的廢氣。 1.2 研究的目的和意義 通過對研究本課題，不僅可以使我對工件輸送機總體結構有宏觀把握，而且對行星傳動減速器有了深入的了解，掌握其工作原理，提高自己對機械設計的了解，在設計的過程中我肯定會遇到大量的問題。如減速器的結構問題，中間的大量的數(shù)據(jù)計算，不過我會通過查閱資料或詢問老師來解決，提高自己解決困難的能力。而且了解其優(yōu)點，在自己的設計工作中充分地發(fā)揮其優(yōu)點，把其缺點降低到最低的限度，從而設計出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動裝置。這次畢業(yè)設計一定會對我今后的學習工作起到巨大的作用。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 步進式輸送機其核心部分之一就是減速器，傳統(tǒng)輸送機通過電動機采用普通減速器多級變速實現(xiàn)，傳動裝置結構尺寸大，若采用行星齒輪減速器，則可使輸送機結構緊湊，傳動效率高。因此對行星減速器的研究是設計步進輸送機的關鍵。 行星齒輪傳動在我國已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應用。然而，自20世紀60年代以來，我國才開始對行星齒輪傳動進行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無論是在設計理論方面，還是在試制和應用實踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學技術水平的進步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達國家引進了大量先進的機械設備和技術，經(jīng)過我國機械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時俱進，開拓創(chuàng)新地努力奮進，使我國的行星傳動技術有了迅速的發(fā)展。 世界上一些工業(yè)發(fā)達國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等，對行星齒輪傳動的應用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結構優(yōu)化、傳動性能，傳動功率、轉矩和速度等方面均處于領先地位，并出現(xiàn)一些新型的行星傳動技術，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動和微型行星齒輪傳動等早已在現(xiàn)代化的機械傳動設備中獲得了成功的應用。 1.4 主要研究內(nèi)容 1.4.1 課題任務 工件步進輸送機用于間歇地輸送工件，到達預定位置。傳統(tǒng)輸送機通過電動機采用普通減速器多級變速實現(xiàn)，傳動裝置結構尺寸大。 主要任務：設計一套采用行星減速器為傳動系的工件步進輸送機。 主要參數(shù)：工件輸送時滑架受到的工作阻力Fr=2800N，滑架寬度為250mm，高度H=800~1000mm，步長S=370mm，往復次數(shù)N=40/min，行程速比系數(shù)K=1.2，四桿機構擺角φ=45°，最小傳動角rmin ≥40°，工作機構效率為0.95。 1.4.2 課題所要完成的主要工作 （1） 完成總體方案設計； （2） 動力傳動部分減速器設計； （3） 步進輸送機總圖設計； （4） 減速器主要零件三維造型； （5） 通過計算機輔助分析軟件進行運動仿真分析。 2. 步進輸送機方案設計 2.1 工作機構的設計與分析 該步進輸送機通過工作機構驅(qū)動滑架往復移動，要求工作機構結構簡單緊湊，制造方便，成本較低。 2.1.1 工作機構型式的選擇 主要機構確定為曲柄搖桿機構，如圖2.1.1所示。其中曲柄1連接的是減速器的輸出軸，作整周回轉，搖桿3做擺動控制推爪水平運動。 該機構的優(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，故磨損較小；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。 圖2.1.1 曲柄搖桿機構 2.1.2 設計機構的具體尺寸 已知行程速比系數(shù)K=1.2，則可用圖解法求各桿長，如圖2.1.2（1）所示。 由步長F1F2 =370mm，擺角φ=45°，令CD=0.6DE，由三角形幾何關系可求得CD=290mm，DE=483.43mm，EF=0.2DE=96.69mm。 又極位夾角θ=180°*（K-1）/（K+1）=180°*（1.2-1）/（1.2+1）=16.4 在AUTO cad 上用圖解法可確定鉸鏈A在三角形C1C2M的外接圓上，再令鉸鏈A與D的垂直高度h=150mm，則A點位置可確定。 由此可得曲柄AB=（AC1-AC2）/2=99.65 連桿BC=（AC1+AC2）/2=317.31 將各桿長度圓整后得：AB=100mm BC=317mm CD=290mm DE=483mm EF=97mm 圖2.1.2（1）機構運動簡圖 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2.1.2（2）所示，在AUTOcad上作圖，當A、B、D三點共線時，此機構傳動角最小。 經(jīng)驗證，∠DCB=43°＞40°，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)，機構可在預定時間將工件送至待加工位置。 總體來講，該傳動方案滿足工作機的性能要求，適應工作條件，工作可靠，此外結構簡單，尺寸緊湊，成本低，效率較高。 圖2.1.2（2）機構運動簡圖 2.1.3 機構的速度分析 由往復次數(shù)N及步長可求得工件平均速度v0=3702/（60/40）=493.33mm/s 由速度矢量圖可知搖桿運動到豎直位置時vE=v0=493.33mm/s，則vc=0.6vE=296mm/s 又vB=vc+vBC，用圖解法作速度矢量圖，如圖2.1.3所示，得vB=296.43mm/s 又vB=rABω 得曲柄AB的轉速ω=2.975rad/s 則減速器輸出軸轉速n出=ω/2π=0.474r/s=28.42r/min。 圖2.1.3 速度矢量圖 2.2 選擇電動機 2.2.1 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，封閉式結構，電壓380V，Y型。 2.2.2 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為工作機構效率0.95，η2為減速器效率0.8 則Pd=（2800×0.4933）/（10000.950.8）=1.82Kw 查《機械設計簡明手冊》表10-8 可選擇電動機型號為Y112M-6，額定功率為2.2Kw，轉速940r/min 電動機主要外形和安裝尺寸如圖2.2.2所示。 圖2.2.2 Y112M-6型電動機 2.3 傳動方案的對比分析及優(yōu)選 2.3.1 選擇傳動形式 由電動機輸入軸轉速n入=940r/min，n出=28.42r/min 則總傳動比i=n入/n出=940/28.42=33.03 根據(jù)此傳動比，查《機械設計簡明手冊》可選用二級展開式圓柱齒輪減速器，如圖2.3.1（1）所示，其傳動比范圍i=8～60。 圖2.3.1（1）二級展開式圓柱齒輪減速器運動簡圖 此外，我們可以查《漸開線齒輪行星傳動的設計與制造》表1-1，選擇NGWN型齒輪減速器，其傳動簡圖如圖2.3.1（2）所示。其中c、d為行星輪，a、b、e為太陽輪，其傳動比范圍i=20～100. 2.3.1（2）3K 行星齒輪減速器傳動簡圖 2.3.2兩種傳動方案對比分析及優(yōu)選 二級圓柱齒輪減速器結構的優(yōu)缺點：結構簡單，高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣軸在轉矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平衡的場合。 缺點是齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度；此外，高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒，制造安裝較復雜。 NGWN型行星減速器的優(yōu)點：結構緊湊，三點對稱，受力均衡，傳動效率高，具有功率分流和動軸線的運動特性，由于在中心輪的周圍均勻分布著數(shù)個行星輪來共同分擔載荷，故使得每個齒輪所承受的負荷較小，所以可以采用較小的模數(shù)，從而縮小了其外廓尺寸，使其結構緊湊。行星齒輪傳動運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力的能力較強，延長了使用壽命，對維護保養(yǎng)的要求也大大降低了。 綜上所述，行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點，故確定傳動形式為3K型行星傳動結構。 3. 行星齒輪減速器性能參數(shù)設計 3.1 行星傳動的齒數(shù)分配 確定輪系類型為3K型，由=33.03，取行星輪個數(shù)=3。 （1）查《行星差動傳動裝置》表3-2，選取=72，e=3。 （2）分配傳動比 （3）計算各齒輪齒數(shù) （為=3的倍數(shù)）， （4）驗算傳動比 （5）檢驗鄰接條件 由，查表2-4滿足鄰接條件。 此外，由總傳動比i=33.03，查《機械設計手冊》表17.2-9，選擇不需要變位的一組，可得各輪齒數(shù)za=18，zb=72，zc=27，zd=21，ze=66同樣可得相同的結果。 3.2 閉式圓柱齒輪傳動的設計計算 3.2.1 高速級計算 按接觸強度初算a-c 傳動的中心距和模數(shù)。 輸入轉矩 T入=9550P/n入=95502.2/940=22.35Nm 設載荷不均與系數(shù)Kc=2（e輪浮動，查《機械設計手冊》表17.2-17） 在一對a-c傳動中，小輪（太陽輪）傳遞的轉矩Ta=KcT入/nw=222.35/3=14.9Nm，其中nw=3為行星輪個數(shù)。 查《機械設計手冊》表17.2-31得接觸強度使用的綜合系數(shù)K=3 齒數(shù)比u=zc/za=27/18=1.5 太陽輪和行星輪材料用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56~60HRC 查《機械設計簡明手冊》圖6-12選取σHlim=1300MPa，查圖6-13取σFlim=400MPa 取齒寬系數(shù)φa=b/a=0.5 按《機械設計手冊》表23.2-20中的公式計算中心距 模數(shù) mm 取m=2mm。 3.2.2 幾何尺寸計算 按《機械設計手冊》表13-1-16計算。 （1） a-c輪傳動 中心距 分度圓直徑 齒頂高 ha=m=2mm 齒根高 hf=1.25m=1.252=2.5mm 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬 b= 取b2=25mm b1=30mm （2） c-b輪傳動 分度圓直徑 db=mzb=272=144mm 齒頂高 齒根高 hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）2=2.5mm 齒頂圓直徑 da2=d2-2ha2=144-21.79=140.42mm 齒根圓直徑 df2=d2+2hf=144+22.5=149mm （3）d-e輪傳動 分度圓直徑 齒頂高 ha1=m=2mm 齒根高 hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）2=2.5mm 齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=42+22=46mm da2=d2-2ha2=132-21.77=128.46mm 齒根圓直徑 3.2.3 驗算齒根彎曲強度（a-c輪） 由 查《機械設計簡明手冊》表6-23 ，取SF=1.6 查《機械設計簡明手冊》圖6-7得齒形系數(shù) YF1=3.02，YF2=2.66 則 故安全。 3.2.4 齒輪的圓周速度 ，可選用8級精度。 其余各輪同理。（驗證略） 3.3 軸的結構尺寸設計及校核 3.3.1 高速軸設計 （1）選擇材料，確定許用應力 材料選用45鋼，正火處理。 查《機械設計簡明手冊》表7-1，材料強度極限；對稱循環(huán)狀態(tài)下許用應力。 （2） 計算基本直徑 查《機械設計簡明手冊》表7-11，C=110,（軸端彎矩較?。? 由于安裝聯(lián)軸器處有鍵槽，故軸需加大（4~5）%。則 d≥13.711.05=14mm，粗估d=20mm。 （3）繪制結構簡圖（圖3.4.1） 圖3.4.1 軸的結構簡圖 （4）確定各軸段直徑 1段：d1=20mm，估算。 2段：d2=18mm，退刀槽21mm。 3段：d3=20mm，與深溝球軸承配合。 4、8段：d4=18mm，同2段。 5段：d5=25mm，軸向定位深溝球軸承。 6段：d6=40mm，因小齒輪da2d，故做成齒輪軸。 7段：d7=25mm，同5段。 9段：d9=20mm，與深溝球軸承配合，同3段。 （5）確定軸上各軸段長度 1段：l1=70mm，與聯(lián)軸器TL4相連，長度大于52mm。 2、4、8段：l2=2mm，退刀槽寬度。 3段：l3=30mm，兩個深溝球軸承寬度和套筒長度之和。 5段：l5=5mm，軸向定位深溝球軸承。 6段：l6=30mm，小齒輪齒寬。 7段：l7=35mm，大于內(nèi)齒輪齒寬。 9段：l9=35mm，大于兩軸承寬度及套筒長度。 總軸長 L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=213mm。 各軸段直徑、長度確定后，即軸的結構尺寸設計完成。是否能用，還需要校核危險截面，最后做結論。主要是據(jù)設計的結構尺寸，按彎扭組合強度校核。 （6）校核軸的強度 a. 輸入軸上的扭矩 軸的受力分析如圖3.4.1（a）所示 圖3.4.1 軸的校核分析圖 對齒輪軸，圓周力 徑向力 垂直面支反力 水平面支反力 b.求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖（3.4.1（b）（c）） c. 合成彎矩（圖3.4.1（d）） a-a 截面 d. 做扭矩圖（圖3.4.1（e）） T入=18.5N?m 由圖可知危險截面在齒輪軸左端面。 e. 求當量彎矩 取折合系數(shù)（脈動扭矩，常啟動停車），則 f. 強度校核 考慮鍵槽的影響，d=14.1105%=14.8mm=25mm，所以原設計強度足夠，安全。 3.3.2 行星輪軸結構設計 根據(jù)《漸開線行星齒輪傳動的設計與制造》一書，按照廣泛使用的典型結構設計，行星輪軸承設置在行星架上，行星輪軸直徑，可選內(nèi)孔直徑為20mm的滾動軸承。行星輪軸直徑為20mm。 3.3.3 低速軸結構設計 查《漸開線行星齒輪傳動的設計與制造》，低速軸軸伸直徑可按公式，查此書表6-11，表6-12可得 則 可粗估低速軸軸伸直徑。 3.4 滾動軸承的選擇與校核 3.4.1 確定軸承型號 軸承是標準件，通過軸徑d=20mm確定軸承型號為6204深溝球軸承。 已知高速軸轉速n=940r/min，軸承所受徑向載荷=374N，要求使用壽命=29200h，工作溫度以下。 3.4.2 根據(jù)壽命校核 對深溝球軸承，由《機械設計簡明手冊》式（8-4）知徑向基本額定載荷 由表8-23查得6204軸承基本額定動載荷=12.8kN，查表8-14得=1，查表8-15得=1.2，對球軸承，=3，將以上有關數(shù)據(jù)代入上式，可求得 P=901.4N 故在規(guī)定條件下，6204軸承可承受的最大徑向載荷為901.4N，遠大于軸承實際承受的載荷374N。所選軸承合格。 其余軸承校核同理（略）。 3.5 減速器其他主要零部件結構設計 3.5.1 內(nèi)齒圈浮動 設計雙齒輪聯(lián)軸器將內(nèi)齒圈與機體連接，是內(nèi)齒圈浮動，同是連接內(nèi)齒輪和輸出軸（設計成齒輪軸，其模數(shù)、齒數(shù)、中心距與齒輪聯(lián)軸器相同，其具體結構見裝配圖）。 內(nèi)齒圈浮動的主要優(yōu)點是可使結構軸向尺寸較小，增強均載效果。 3.5.2 行星架結構 行星架是行星齒輪傳動裝置中的主要構件之一。本次設計將行星架做成一個整體，即雙臂整體式行星架。（見零件圖） 優(yōu)點：雙臂整體式行星架的剛性好。這種結構如果采用整體鍛造則切削加工量很大，因此可用鑄造和焊接方法得到結構和尺寸接近成品的毛坯，但應注意消除鑄造和焊接缺陷和內(nèi)應力，否則將影響行星架的剛度和和加工質(zhì)量，使用時可能產(chǎn)生變形。具體結構尺寸見零件圖。 減速器箱體及其他零部件結構尺寸可參照標準件或其他一般設計原則進行繪制。 4. 工件步進輸送機總體設計 經(jīng)分析及查閱相關資料，設計的輸送機系統(tǒng)包括機架、六桿機構、滑架、電動機、聯(lián)軸器及上文設計的行星減速器。 行星減速器總體長度、寬度及高度已設計出，容易繪制。 電動機型號為Y112-M6已確定，其安裝尺寸按照國家標準繪制。 聯(lián)軸器根據(jù)電動機軸直徑及減速器輸入軸直徑選用彈性套柱銷聯(lián)軸器TL4，軸孔直徑分別為28mm和20mm，為標準件，按照國標繪制。 六桿機構各桿長以確定，各桿之間通過銷釘連接，連接處應加銅套，EF桿與推爪鉸鏈連接，驅(qū)動滑架往復移動，滑架寬250mm。 具體結構尺寸可參見步進輸送機裝配總圖。 5. 減速器傳動零件的三維設計及運動仿真 在對步進輸送機完成二維圖繪制后，我們可以對其傳動零件進行三維造型，再與工作機構裝配起來進行運動仿真分析。 5.1 減速器傳動零件實體造型 5.1.1 高速軸實體設計（圖5.1.1） 圖5.1.1 齒輪軸 圖5.1.2 行星輪 根據(jù)零件圖用Pro/Engineer進行三維實體造型，其中齒輪部分可先在caxa上調(diào)用漸開線齒廓曲線，然后在Pro/E里調(diào)入并拉伸至齒寬即可。其余各段可用“旋轉”特征造型。 5.1.2 行星輪實體設計（圖5.1.2） 設計成雙聯(lián)齒輪，大齒輪為c輪，小齒輪為d輪。 5.1.3 行星架實體設計（圖5.1.3） 圖5.1.3 雙臂整體式行星架 圖5.1.4 內(nèi)齒輪b 5.1.4 內(nèi)齒輪b實體設計（圖5.1.4） 內(nèi)齒輪b與箱體固定在一起，裝配時作為機架。 5.1.5 內(nèi)齒輪e實體設計（圖5.1.5） 圖5.1.5 內(nèi)齒輪e 圖5.1.6齒輪聯(lián)軸器 圖5.1.7 低速軸 此內(nèi)齒輪既與行星輪嚙合，又通過外齒與齒輪聯(lián)軸器嚙合，外齒模數(shù)。齒數(shù)與齒輪聯(lián)軸器相同。 5.1.6 齒輪聯(lián)軸器實體設計(圖5.1.6) 其實質(zhì)上為兩段內(nèi)齒輪，內(nèi)齒圈浮動。 5.1.7 低速軸實體設計（圖5.1.7） 設計成齒輪軸，以便與齒輪聯(lián)軸器相嚙合。另一端與工作機構相連。 5.2 傳動零件、四桿機構裝配 裝配順序為：內(nèi)齒輪b、齒輪軸（高速軸）、行星架、雙聯(lián)齒輪、內(nèi)齒輪e、齒輪聯(lián)軸器、齒輪軸（低速軸）、曲柄、連桿、搖桿、與工件鉸鏈連接的桿、機架、滑塊。 其中內(nèi)齒輪b和機架均為固定位置約束，滑塊與機架采用滑動桿連接，其余均為銷釘連接。裝配完成后如圖5.3所示。 圖5.3.1傳動系與工作機構實體視圖 可生成爆炸視圖（圖5.3.2） 圖5.3.2 傳動系爆炸視圖 5.3 運動仿真及分析 5.3.1 設置運動環(huán)境 在裝配模型環(huán)境下裝配完成后，點擊菜單欄“應用程序”后的“機構”，進入機構環(huán)境。 接下來是三組齒輪副設置。單擊齒輪副設置選項，彈出圖5.3.1a所示齒輪副對話框。設置運動軸，點擊箭頭，選擇齒輪軸，輸入齒輪1節(jié)圓直徑36mm，再點擊齒輪2標簽，同樣填入?yún)?shù)，選擇齒輪軸線，然后單擊“應用”，“確定”。 圖5.3.1a 設置齒輪副 這樣第一組齒輪副就設置完成了，同樣方法可以設置第二組、第三組齒輪副。 接著，設置伺服電動機。點擊伺服電動機圖標，彈出伺服電動機對話框。如圖5.3.1b所示。 圖5.3.1b 設置電動機 在“類型”標簽中點擊運動軸，選擇齒輪軸軸線，然后點擊“輪廓”標簽，如圖5.3.1c所示。 圖5.3.1c 定義伺服電動機 在“規(guī)范”中選擇速度，因為電動機轉速為940r/min，即5640，填入后點擊確定，則運動環(huán)境設置完成。 5.3.2 進行運動仿真 點擊“機構分析”圖標，按照默認設置“運動學”分析，設置運動初始位置為搖桿左極限位置，并單擊“運行”按鈕做動態(tài)仿真。 5.3.3 獲取分析結果 點擊“測量”圖標，如圖5.3.3a所示 單擊“創(chuàng)建新測量”按鈕，依次選擇輸入軸、輸出軸為“主體”進行“角速度”測量，點擊“分別繪制測量圖形”，單擊“生成圖線”圖標可得圖5.3.3b所示曲線。 圖5.3.3a 測量結果分析驗證 圖5.3.3b 輸入軸軸伸直徑一點運動學圖線 同理可創(chuàng)建新測量，選定工件上一點，依次創(chuàng)建“位移”“速度”“加速度”生成運動學圖線如圖5.3.3c所示。 圖5.3.3c 工件運動學圖線 5.3.4 分析運動仿真結果，驗證輸入/輸出值與計算值是否吻合 由圖線可知，輸入軸轉速n=5640/s=940r/min；輸出軸轉速n1=170/s=28.42r/min，與計算結果相同。而工件上的速度是變化的，工件往復一次為2.2s，其在0.5~0.6s之間速度大小為500mm/s左右，與計算得的結果493mm/s接近，在誤差允許范圍內(nèi)，可以用中點平均速度來計算。工件的加速度在左右兩極限位置時是最大的，中間位置逐漸減小。 通過計算機輔助進行運動仿真，從而檢查機械的運動是否達到設計的要求，也可直接分析各運動副與構件在某一時刻的位置、運動量及各運動副之間相互運動關系，關鍵部件的受力情況，從而可以將整機設計中可能存在的問題消除在萌芽狀態(tài)，并大大縮短機械產(chǎn)品的更新周期。 結語 在為期四個月的畢業(yè)設計過程中，我學到了很多東西，遇到了很多問題，但通過努力，各個擊破，我想畢業(yè)設計的過程就是不斷發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程，畢業(yè)設計培養(yǎng)了我們解決問題的能力。 本次畢業(yè)設計主要是根據(jù)現(xiàn)有的設計標準進行仿形設計，嚴格按照設計標準進行設計計算。從這次畢業(yè)設計中，我受益匪淺： （1） 通過運用大學四年所學基礎專業(yè)課程，綜合機械設計方法進行獨立設計訓練，比以往所做的課程設計難度加大，使所學知識得以鞏固。加深和拓展。 （2） 學習和掌握了通用機械零件、部件、機械傳動及一般機械的基本設計方法和步驟，培養(yǎng)了工程設計能力和分析、解決問題的能力。 （3） 各種各樣的機械設備一般都要實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程和操作過程的自動化，這就要求進行各種機構的創(chuàng)新設計和常見機構的組合應用，因此機械設計方面的畢業(yè)設計對于培養(yǎng)學生對機械運動機構的構思和設計能力起至關重要作用。 （4） 提高了計算、繪圖、運用設計資料（機械設計手冊、圖冊等）進行經(jīng)驗估算及運用計算機輔助軟件進行實體造型、運動仿真的能力。 時間過得很快，畢業(yè)設計很快就要結束了，它是大學四年所學知識的綜合運用，相信以后在工作中也會遇到很多類似問題，但有了畢業(yè)設計能力的基礎，我們會更好更快的解決實際問題。 參考文獻 [1] 孫恒, 陳作模. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社, 2005. 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