毕业设计（论文）步进输送机的设计.doc

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1、步进输送机的设计设计说明书学生姓名 XXX 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 12-2 指导教师 XXX 日 期 2012.06 XXXx大学教务处制前 言步进输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是装运的第一个环节。因此，步进输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，我国生产技术落后，目前设计生产的步进输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性低，寿命短。综合分析我国步进输送机的使用现状，设计制造高性能的步进输送机迫在眉睫。本文首先综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了往复型步进输送机。而后

2、，对往复型步进输送机进行了总体结构设计。通过对动力输送杆、输送滑架、推爪以及动力装置等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了往复型步进输送机的整体设计。此次设计的往复型步进输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小 ,不易出现堵塞，具有很强的适应性。由于本人缺乏经验、水平有限，设计中难免有错误和不妥之处，恳请各位老师提出宝贵意见，我会积极改正并在今后的学习中更加努力和认真。目 录1.绪论12.设计题目：步进输送机23.设计简介23.1工作原理23.2 原始数据及设计要求33.3 设计任务34.运动方案的拟定34.1 步进输送机构34.2运动方案的选定45.机构运动简图55.1运动

3、简图56.运动分析66.1输送机构的运动分析66.2 飞轮的转动惯量的计算106.3 工件停止在工位上的前冲量117.机构运动循环图118.动力装置的选用与设计118.1 电动机的选择118.1.1电动机类型和结构的选择118.1.2选电动机类型118.1.3选择电动机容量118.2 动力输送构件的设计与选用128.3 减速器的设计138.3.1确定总的传动比138.3.3 计算传动装置运动和动力参数138.3.4传动零件的设计计算149.步进输送机的运动分析2010.总结21致 谢23参考文献241.绪论输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜

4、和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。输送机的历史中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工

5、业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引

6、件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺

7、旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。输送机的发展趋势继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的带式输送道。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包

8、裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。2.设计题目：步进输送机 图2-1 原始的步进输送机模型3.设计简介3.1工作原理步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。图1为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点

9、位置又从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个步长。如此周而复始，实现工件的步进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。图3-1 步进输送机输送物件示意图 3.2 原始数据及设计要求（1） 输送工件形状和尺寸如图1，工件质量60kg，输送步长H840mm，允许误差0.2mm。（2） 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系

10、数也为0.15。（3） 滑架工作行程平均速度为0.42m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数K1.7。（4） 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2 kgm2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2 kgm2。（5） 允许速度不均匀速度为0.1。（6） 滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。（7） 电动机规格自选。3.3 设计任务（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；（2） 进行插断机构、步进输送机构的选型；（3） 机械运动方案的评定和选择；（4） 根据选定的原动机和

11、执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在报告上画出传动方案图；（5） 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；（6） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；（7） 画出机械运动方案简图； （8） 编写设计计算说明书。4.运动方案的拟定4.1 步进输送机构步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为推爪(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且均匀。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍拟定的几种方案。 图4-1 滑块摇杆机构如上图4-1所示，牛头刨床的主传动 机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块3与

12、导杆之间的传动角始终为90，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定推爪的导路位置，可以使压力角尽量小。如图4-2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在推爪往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律）。如图4-3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。导杆做往复摆动其速度有点波动，并且也具有急回特性。 图4-2 凸轮摇杆机构 图4-3 曲柄导杆机构 4、如图4-4所示，步进输送机的主

13、传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较低，在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆3的压力角是变化的。 图4-4 曲柄摇杆滑块机构4.2运动方案的选定经过从生产成本以及机构的难用程度和操作的简便性考虑。最终我决定选输送机构的方案1作为此次课程设计所要求的运动方案。5.机构运动简图 5.1运动简图图5-1 初始状态 图5-2工件输送阶段 图5-3 工件到达工位点图5-4 输送架回程阶段6.运动分析6.1输送机构的运动分析图6-1 输送机构核心构件（1）要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm, 滑架工作行程的平均速度为0.42m/s,

14、 输送速度尽可能均匀， 行程速比系数K1.7。（2）制定参数：令K=2，推爪（滑块）的导路X-X在导杆运动弧长的平分线上。极为夹角=180(K-1)/(K+1)=60，即O2O4A=30。please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings推爪形状如下图： 图6-2 输送爪尺寸如上图所示，单位：mm由上述结论，确定输送架运动的6杆机构的长度分别为：BC=200mm O4B=860mm O2O4=500mm O2A=250mm 。（3）用相对运动图解法做平面机构的运动分析将曲柄端点的运动轨迹的圆周12等份，初始位置为1如上图6-1例

15、如计算滑块处于位置8时机构的速度、加速度。（4）求C点的速度：确定构件3上A点的速度：构件2与构件3用转动副A相联，所以A3=A2而A2=0.51m/s（5）求的速度： A4 = A3 + A4A3 方向： BO4 AO2 BO4 大小： X Y 图6-3 矢量求解图用图解法求解如图5-3：、式中A3、A4表示构件3和构件4上 A点的绝对速度，A4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。在图上任取一点P，作A3 的方向线pO3 ，方向垂直于AO2，指向与2的方向一致，长度等于A3/v，（其中v为速度比例尺

16、）。过点p作直线垂直于BO4 代表A4的方向线，再过O3作直线平行于线段BO4 代表A4A3的方向线这两条直线的交点为O4，则矢量pO4和O3O4分别代A4和A4A3 。易知PO3、PO4同向，由速度多边形PO3O4得：A4=0.51m/sA4A3=0 求BO 4的角速度：=VA4/=0.68rad/sVB=BO4=0.59m/s 求C点的速度c：c = B + CB方向： X-X BO4 BC 大小： X 4lO4B Y图6-4 适度矢量图速度图见图5-4：式中c 、B 表示点的绝对速度。CB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB，大小未知，点C的速度方向平行于X-X，大小未知，图上

17、任取一点p作代表B的矢量pb其方向垂直于BO4指向于转向相反，长度等于（为速度比例尺）。过点p作直线平行于X-X，代表c的方向线，再点b作直线垂直于BC代表CB的方向线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表 c、CB则C点的速度为：c=0.58m/s，CB=0。4.用solidworks仿真绘制速度、加速度、位移曲线。输送爪的速度曲线图6-5 输送爪的速度曲线由图5-5可以看出，输送爪的速度在一定的范围内波动，且具有突然加速的功能，这与急回运动中的急回时刻重合，满足设计需要。输送爪的加速度曲线图6-6 输送爪加速度曲线由加速度曲线可以看出，输送爪在输送过程中在一定程度上有加速度的变化，该

18、变化与凸轮摇杆的急回运动吻合，可以满足设计需要。输送爪的位移曲线图5-7 输送爪的位移曲线由位移曲线可以可以看出输送爪在做往复运动，满足设计需要。6.2 飞轮的转动惯量的计算等效驱动力矩Md为常数，在一个运转周期内做的功等于该周期内运动机构运动所需要的功。2*Md=8*(1/2m1v2)+m1g1+2m2g2+8*(1/2m2v2)Md=115.4465Nm安装在曲柄轴上的转动惯量为：Jf=(Emax-Emin)/ (*22)而Emax-Emin=61.74J要求的速度不均匀系数=0.1, 2=2.0457rad/s。Jf=147.5308kgm2由以上计算可以看出，飞轮装在减速箱的输出轴上是

19、可以满足的。6.3 工件停止在工位上的前冲量由冲量的计算公式可以得知：冲量F*t=mv=60*0.15=9N.S7.机构运动循环图 图7-1 机构运动循环图8.动力装置的选用与设计8.1 电动机的选择8.1.1电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：工作机空载启动，有轻微振动，经常满载，单向运转,单班制工作，使用期限10年，每年工作300天,运输机允许速度误差5%。8.1.2选电动机类型按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。8.1.3选择电动机容量电动机所需工作功率按式：P= KW P= 17.85 KW因此： P= KW 由电动机至运输带的传动总效率

20、为： 式中：，分别为联轴器、滚子轴承、齿轮、滚动轴承的传动效率。取=0.995（联轴器），=0.98（滚子承轴），=0.97（齿轮需要精度8级），=0.97（滑动轴承）则 所以 确定飞轮的工作转速：按机械设计课程设计设计指导书P2表1，二级圆柱齿轮减速器的传动比Ia=8-40故电动机的转速的可选范围为：符合这一范围的同步转速为： ， ， 根据容量和转速，由机械设计课程设计手册查出的电动机型号，因此有以下3种传动比选择方案，如下： 表8-1 电动机数据方案电动机型号额定功率同步转速满载转速电动机量1Y160L-218.5300029301472Y180M-222300029401803Y180L

21、-42215001470190本参考比价仅供参考，表中数值为相对值。查机械设计课程设计手册P170表126。综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量，价格以及传动比，可见第三种方案比较合适，因此选定电动机的型号是Y180L-4。其主要性能如下表表8-2 确定选用的电动机参数型号额定功率满载转速最大转矩额定转矩Y180L-422147022.2该电动机的主要外型和安装尺寸如下表：（装配尺寸图参考设计文献表12-3）表8-3 部分数据中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸18067043035527927915351108.2 动力输送构件的设计与选用图8-1 动力机构构件示意图如图8-1，

22、在选择设计构件时，由于AO2杆件是与动力输出装置即减速箱直接连接的，考虑到使用的平稳性与冲击性，所以该杆件使用飞轮代替，用飞轮来代替直杆，这样使用寿命与运动的平稳性都大大增加了。图8-2 飞轮 对于构件O4B 和BC和，应为所受到的力比较平稳，考虑到造价与加工的简便性，最终选用杆件。8.3 减速器的设计8.3.1确定总的传动比由选定的电动机满载转速和工作机的主轴的转速 n，可得传动装置的总的传动比是： i在624范围内可以选用故采用耳机展开式齿轮传动减速器，为使两大齿轮浸油深度相近，故取 7.3.2分配传动比校核实际传动比：传动比误差：8.3.3 计算传动装置运动和动力参数如图7-3，减速箱内

23、三根轴的转速如下：I轴：II轴：please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 8.3.4传动零件的设计计算减速器箱内的圆柱齿轮传动的设计计算 ：由前面传动比计算可知： 校核实际传动比 所以，高速级用斜齿圆柱齿轮传动，低速级用直齿圆柱齿轮传动。计算齿轮转矩 ： 选择齿轮材料精度等级四个齿轮均用45钢制造，调质处理，软齿面 一般减速器，中速中载，取8级精度。设计低速级齿轮：低速级负荷大，对外部尺寸影响大，故先设计低速级低速级直齿圆柱齿轮传动初选载荷系数：非对称布置，软齿面：取 查表107 （）材料的弹性影响系数，钢钢： 查表1

24、06 （）标准直齿轮：=20 （）计算 ：应力循环系数： 接触疲劳寿命系数: 查图1019 弯曲疲劳寿命系数 查图1018 取1.4 =651MP=477 MP=661.2 MPMP将的较小值代入,计算dt3计算中心距 m 和齿数及圆周速度V 取250 m=0.015=0.015250=3.75 取m=3.75 取25 取计算宽度: 取93计算螺旋角=arcos 计算 计算k值 查表10-2 （） 查图10-8查得动载系数V=1.63查表10-4（插入法）非对称布置，软齿面。8级精度设计汇总： 低速级齿轮弯曲疲劳强度校核：由：Z=29 查表105 用插入法得 = 2.53 = 1.62 则 高

25、速级斜齿圆柱齿轮的设计 初选：初算中心距计算齿宽b及模数 取71 取3.5h=2.25mnt=2.253.5 =7.875mmb/h=71/7.875=9.015 则 又因为实际传动比:传动比误差=验算螺旋角 因为 所以精确计算设计汇总： 齿轮的结构设计：齿顶圆直径：齿根圆直径： 由已知得： b=14 轴：t=5.5 所以齿轮与轴以分开制造为合理。小齿轮： 可做成实心结构的齿轮大齿轮：可做成轮辐截面为“十”字形轮辐式结构的齿轮。由以上计算可知：设计汇总：表8-4设计总汇项目 低速级 高速级大齿轮小齿轮大齿轮小齿轮z1072510921d4069538875b94987177df395.9370

26、.17378.5665.87da412.8102.2401.381.6a 251 231m 3.75 3.5 =20 =8.10 =8.87齿轮的润滑：因为所以采用将大齿轮的齿轮浸入油中进行浸油润滑浸油深度为由下齿顶向上10mm 按10计算，若h10,则按一个齿计算V=5.35m/s (5-12.5)之间 查表10-12 45钢选用工业齿轮油SY117288 牌号100 查表10-119.步进输送机的运动分析图9-1 动力传动机构图9-2 滑块运动矢量分析图9-3 构件的加速度分析滑架的位移即为C点在水平方向的位移，设速度为V,则有：速度： VB2=VB1 + VB2B1大小 ？ W1*OB

27、？方向 VB2=VB1 sinB=VB1 COSarcsin(OA sin/OB),VC=AC*VB2/AB=AC*VB1* COSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB -OA sinB ) )V=vc COS= AC*VB1* COS*COSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB -OA sinB ) )W2=VC/AC= VB1* COSarcsin(OA sin/OB)/(OACOS+(OB -OA sinB ) )加速度：anb3 + atb3 = ab2 + ab3b2 + akb3b2大小 w2*AB w*OB 2*w2*VB3B2方向 得：a

28、B3=(aB2sinarcsin(OAsin/OB) akB3B2) anB3 ) (w*OB *OA*sin2*w2*VB3B2) (w2*AB )10.总结设计毕业设计十六周时间，在这段时间里我学习到了很多的知识，让我受益非浅。本次设计主要是根据现有的设计标准进行仿形设计，严格依据设计标准和有关规范进行设计与计算。毕业设计培养了我:1、综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；3、提高在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）

29、进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和机械CAD技术。 在设计中也出现了很多问题，学习是一个不断发现问题和不断解决问题的过程，出现问题是很正常的。学会发现问题然后解决问题，就学到了新的知识。各种各样的机械设备一般都要实现生产工艺过程和操作过程的自动化，这就要求进行各种机构的创新设计和常见机构的组合应用。因此，机械课程毕业设计对于培养学生对机械运动机构的构思和设计能力起到至关重要的作用。时间过的很快，毕业设计马上就要结束了，通过这段时间的努力，设计顺利的完成，从中还学到大量的知识，我相信在以后的学习和工作当中肯定会应用的到。致 谢please contact Q 305370306

30、1 give you more perfect drawings参考文献1 机械工程手册编辑委员会编机械设计手册M第3版北京：机械工业出版社，2008.2 唐金松.简明机械设计手册（第二版M. 上海：上海科学技术出版社,2002.63编组委.运输机械设计选用手册M. 北京：化学工业出版社,1999.14 机械设计手册编写组.机械设计手册M. 北京：化学工业出版社,2002.55 高英武,杨文敏.机械原理课程设计M. 上海：上海科学技术出版社,2002.96 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理 M. 北京：机械工业出版社,2005.77哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M. 北京：高等教育出版社,2001.58机械工业部北京其重运输机械研究所.机械手册M.北京：机械工业出版社，1994.109 吴宗泽，罗圣国编.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社,1999.10