机械原理课程设计——步进式工件输送机...doc

《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：12机械1班
学生姓名：冯剑
学 号：1200101112
完成日期：2013年12月

第一章：设计题目
设计题目：步进式输送机设计
设计原理：
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。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。
设计要求
1）工件质量：70kg
2）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=1.25
4）工作阻力2500N
5）往复次数40
6）滑架导路水平线与安装平面高度允许在800
-1000mm。

第二章：原动机的选择
减速器结构
展开式二级圆柱直齿轮减速器。
电动机选择
（一）工作机的功率Pw
=、 、
选用

（二）总效率

查《课程设计手册》表1—7
（三）所需电动机功率

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—6 n满 = 960r/min

传动比分配
工作机的转速：

n满为电动机满载转速，n为转轴转速。
取 则
i齿 =i2×i3
i带=i1=3；i2=3；i3=3.2

动力运动参数计算
转速n
==960r/min

转矩T
=59.79(N﹒m)

=808.26(N﹒m )

第三章：总功能定义及功能分解

运动和动力参数

轴名
功率P KW
转矩T Nm
转速r/min
输入
输出
输入
输出
电动机轴

4

117
960
1轴
3.92
3.8
117
340
320
2轴
3.8
3.69
340
1057
107
3轴
3.69
3.58
1057
1026
34
4轴
3.58
3.58
1026
1026
34

第四章：工作原理及工艺动作分解

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。

第五章：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：

第六章：执行机构的选型与评价
减速器结构选择及相关性能参数计算
.1 减速器结构
展开式二级圆柱直齿轮减速器。
.2 电动机选择
（一）工作机的功率Pw
=、 、
选用

（二）总效率

查《课程设计手册》表1—7
（三）所需电动机功率

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—6 n满 = 960r/min

.3 传动比分配
工作机的转速：

n满为电动机满载转速，n为转轴转速。
取 则
i齿 =i2×i3
i带=i1=3；i2=3；i3=3.2

.4 动力运动参数计算
（一）转速n
==960r/min

（二）功率P

（三）转矩T
=59.79(N﹒m)

=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P KW
转矩T Nm
转速r/min
输入
输出
输入
输出
电动机轴

4

117
960
1轴
3.92
3.8
117
340
320
2轴
3.8
3.69
340
1057
107
3轴
3.69
3.58
1057
1026
34
4轴
3.58
3.58
1026
1026
34

齿轮的设计计算
.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：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24
高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=iZ1 Z2=3×24=72 取Z=72
② 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

确定各参数的值:
①试选=1.3
②见参考文献［机械设计］公式10-13计算应力值环数
N=60nj =60×320×1×（2×8×300×9）
=8.3×10h
N= =N1/i2=8.3×10h /3=2.8×10h #(3为齿数比,即3=)
③见参考文献［机械设计］ 10-19图得：K=0.95 K=1
④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］公式10-12得:

许用接触应力

⑤见参考文献［机械设计］见参考文献［机械设计］表10-6得： =189.8MP
由表10-7得: =1
T=95.5×10×=95.5×10×3.278/304
=1.03×10N.m
3.设计计算
①小齿轮的分度圆直径d

=
②计算圆周速度

③计算齿宽b和模数
计算齿宽b
b==67.1mm
计算摸数m
=
④计算齿宽与高之比

计算载荷系数K
使用系数=1
根据,7级精度, 查课本由图10-8得
动载系数K=1.05,
见参考文献［机械设计］由表10-4得K的计算公式:
K=1
见参考文献［机械设计］由图10-13得: K=1
见参考文献［机械设计］由表10-2 得: K==1
故载荷系数:
K＝K K K K =1×1.05×1×1.423=1.494
按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

计算模数

4. 齿根弯曲疲劳强度设计
由弯曲强度的设计公式
≥

⑴确定公式内各计算数值
①小齿轮传递的转矩＝102N·m
确定齿数z
因为是硬齿面，故取
z＝24，z＝i z＝3.03×24＝72
传动比误差 
i＝u＝z/ z＝78/24＝3.03
Δi＝0.032％5％，允许

初选齿宽系数
按对称布置，由表查得＝1
载荷系数K

查取齿形系数Y和应力校正系数Y
见参考文献［机械设计］由表10-5得:
齿形系数Y＝2.65 Y＝2.236
应力校正系数Y＝1.58  Y＝1.754
计算大小齿轮的
安全系数由表查得S＝1.25
见参考文献［机械设计］由图10-20c得到弯曲疲劳强度极限           
小齿轮 大齿轮
见参考文献［机械设计］由图10-18得弯曲疲劳寿命系数:
K=0.9；K=0.94
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4

大齿轮的数值大.选用.
⑵设计计算
① 计算模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=70.29来计算应有的齿数.于是由:
z==28
取z=28
那么z=3×28=84
② 尺寸计算
计算大.小齿轮的分度圆直径

2.计算中心距

计算齿轮宽度

取，
5.2低速级齿轮传动的设计计算
1.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
（1）齿轮材料及热处理
① 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数
高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS

② 齿轮精度
按GB/T10095－1998，选择7级，齿根喷丸强化。
２．初步设计齿轮传动的主要尺寸
按齿面接触强度设计

确定各参数的值:
① =1.3
② 参考文献［机械设计］公式10-13计算应力值环数

③ 参考文献［机械设计］ 10-19图得：K=0.98 K=1
④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］公式10-12得:

许用接触应力

⑤见参考文献［机械设计］由表10-6得：
由表10-7得: =1

3.设计计算
①小齿轮的分度圆直径

②计算圆周速度

③计算齿宽b和模数
计算齿宽b

计算摸数m

计算载荷系数K
使用系数=1
根据,7级精度, 见参考文献［机械设计］由图10-8得
动载系数K=1
见参考文献［机械设计］由表10-4得K的计算公式:
K= +0.23×10×b
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×49.53
=1.423
见参考文献［机械设计］由图10-13得: K=1.3
见参考文献［机械设计］由表10-2 得: K==1.0927
故载荷系数:

按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径
d=d=83.58×=88.42
计算模数

4. 齿根弯曲疲劳强度设计
由弯曲强度的设计公式
≥

（一）式内的各参数值
1.由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；
2.由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数，
3.计算弯曲疲劳许用应力；
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，应力修正系数,得

4.计算载荷系数K

5.查取齿形系数、和应力修正系数、
由《机械设计》表查得
；；；
6.计算大、小齿轮的并加以比较；

大齿轮大
7.设计计算

对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的魔术大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.07并就进圆整为标准值=3mm 接触强度算得的分度圆直径=96mm，算出小齿数

大齿轮
（二）几何尺寸设计
1.计算分圆周直径、

2.计算中心距

3.计算齿轮宽度

取，。

带齿轮各设计参数附表齿轮各设计参数附表
1.各传动比
V带
高速级齿轮
低速级齿轮
3
3
3.2
表5-1
 2. 各轴转速n
(r/min)
(r/min)
(r/min)

(r/min)
320
107
34
34
表5-2
3. 各轴输入功率 P
（kw）
（kw）
（kw）
(kw)
3.92
3.8
3.69
3.58
表5-3
4. 各轴输入转矩 T

(N·m)
(N·m)
(N·m)
(N·m)
117
340
1057
1026

第七章：传动机构的选型与评价
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0.92-0.98
V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/s
6级精度非直齿v≤36m/s
5级精度直齿v≤200m/s
滑动速度v≤15-35m/s
V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≤1000kw
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

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≤5
V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。
第八章：机械运动方案的选择与评价
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。
2） 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。

参考文献
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机械设计基础课程设计 26