鐵板輸送機構設計原創(chuàng)

機械原理課程設計 實習報告 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 課題： 鐵板輸送機構設計 姓名： 學號： 班級序號： 指導老師： 曾小慧 實習時間： 2012.7.01-7.15 一、題目 3 二、原始數據和設計要求 3 三、動力源選擇 3 1.原動機選擇 3 四、方案設計......................................................................................................................5 1、輸送方案的對比和選定.................... .................................................5 五、運動循環(huán)圖................................................................. ....................................5 六、機械原理分析及構件尺寸的計算 5 1.輸送機構原理分析： 7 2.機構預期功能要求 7 3.輸送板料傳動分析及數據計算 7 七、建模 7 八、設計總結…………………………………………………………………………... 20 九、參考文獻……………………………………………………………………………25 十、附錄：源程序……………………………………………………………………..30 一、設計題目 設計剪板機的鐵板輸送機構和剪斷機構。 二、原始數據和設計要求 (1) 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度L=1900或2200mm（設計時任選一種）。 (2) 每次輸送鐵板到達規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機構將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍，以保證有較高的生產率。 (3) 輸送機構運轉應平穩(wěn)，振動和沖擊應盡量?。匆筝斔蜋C構從動件的加速度曲線連續(xù)無突變）。 三、動力源的選擇 原動機的選擇 由工作狀況，選擇低速型，故采用三相異步電動機，參考電工學知識，取額定轉速為750r/min。 四、方案設計 1.輸送方案的對比和選定 方案一：棘輪機構 圖1棘輪機構 圖示為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅動棘爪用轉動副相聯。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。但不宜用于高速，效率較低。 方案二：不完全齒輪機構 圖2不完全齒輪機構 在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據運動時間和停歇時間的要求在從動輪上作出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止圓弧定位使從動輪靜止，當主動輪做連續(xù)回轉運動時從動輪做間歇回轉運動。 不完全齒輪機構結構簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內變化。但是從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合，對材料的運輸的穩(wěn)定性無法作出保證。 方案三：槽輪機構 圖3槽輪機構 由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構，又稱馬爾他機構。它常被用來將主動件的連續(xù)轉動轉換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉動。槽輪機構有外嚙合和內嚙合以及球面槽輪等。外嚙合槽輪機構的槽輪和轉臂轉向相反,而內嚙合則相同，球面槽輪可在兩相交軸之間進行間歇傳動。 槽輪機構結構簡單，易加工，工作可靠，轉角準確，機械效率高。但是其動程不可調節(jié)，轉角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉速的增加或槽輪槽數的減少而加劇，故不宜用于高速。 方案四：差動輪系與四桿機構的組合機構 圖4差動輪系與四桿機構的組合機構 此方案采用由1、2、3、4組成的差動輪系與由A、B、C、D組成的曲柄搖桿機構的組合機構來實現間歇運動。其中AB桿與齒輪1鉸接于A點并隨齒輪的回轉而轉動形成曲柄，CD桿與齒輪2鉸接于D點形成搖桿。太陽輪4的運動由曲柄搖桿機構與差動輪系共同決定，實現間歇運動。太陽輪4與滾輪相連，實現滾輪的間歇周轉達到輸送板料的目的，并且滾輪可以將卷料壓平。 工業(yè)上常用的簡單間歇機構，如棘輪機構、槽輪機構和不完全齒輪機構等，雖具有結構簡單、制造方便。運動可靠等優(yōu)點，但在動力性能、動停比(運動時間和停歇時間之比)方面很難滿足設計要求。所以常用組合機構來滿足設計要求。 綜上所述，選擇方案四的差動輪系與四桿機構的組合機構。 總傳動圖如下： 五、 運動循環(huán)圖： 六、原理分析及構件尺寸的計算 1.輸送機構原理分析 本輸送機構由基礎機構和附加機構組成，基礎機構：齒輪2、3、4及系桿H組成的自由度為2的差動輪系如圖8：附加機構：曲柄搖桿機構ABCD如圖9。齒輪1和桿AB固結在一起，桿CD與系桿H是一個構件。主動輪1的運動一方面通過差動輪系傳遞給太陽輪4，一方面通過曲柄滑塊機構傳遞給系桿H。因此齒輪4所輸出的運動是以上兩種運動的合運動。 1 2 D A A B D C H 3 4 2 H 圖9 圖10 圖8 2.機構預期功能要求 通過電機的驅動給于曲柄一個繞定軸轉動的主動力，在該力的驅動下帶動連桿，同時曲柄與齒輪相連，差動輪系運轉帶動滾輪轉動，在摩擦力的帶動下，使鐵板向前運動，當輪系速度為0時剪切機構將其剪斷完成一個周期的送板與剪板動作。 3.輸送板料傳動分析及數據計算 （1）傳動分析： 根據設計要求，剪斷工藝為鐵板輸送周期的十五分之一，主動輪1轉一周為一個周期，故剪板工藝不少于： 而停歇時間不超過剪板工藝的1.5倍，這里取停歇時間為。 在齒輪1等速回轉一周時間內，從動齒輪4的運動規(guī)律如下：在齒輪1轉過前的的時間內，齒輪4 勻速回轉，此段時間內鐵板正好送到要求的長度，在齒輪1轉過的剩余內，從動齒輪4停歇不動，以待剪板。 （2）數據計算： ①輪系數據分析 在2、3、4、及系桿H組成的差動輪系里： -----------------------------------① 對定軸輪系： ---------------------------② 由①②得： -------------------------------------③ 兩邊乘以時間t得： 由此可知：齒輪4的輸出運動為齒輪1通過差動輪系2、3、4傳動給4和曲柄搖桿機構傳給系桿H的合運動，欲使主動齒輪1從某瞬時開始轉過之內構件4產生停歇，則應令 可得：= 由于主動輪1即為曲柄AB，系桿H即為桿CD，故上式正好反映了該組合機構中曲柄搖桿機構和差動輪系的關系。因此設計的四桿機構應滿足上式要求。 ② 輪系數據計算： 設主動輪1轉一周的時間為T，對③式兩邊積分得： 又 可知： 取滾輪轉300剛好送2m的板料 則有： 取Z1=50齒，則Z4=60齒 根據同軸條件： 取=20 則=20 取齒輪模數為5， 則齒輪的分度圓直徑分別為： 根據： 可得滾輪直徑為764.33mm。 ③曲柄搖桿機構尺寸計算： 曲柄搖桿激斗應該同時滿足三個條件： （1） 曲柄AB轉過30每一瞬間主從構件要滿足共識：=。 （2） 各桿長度應該滿足桿長條件的曲柄存在條件，即能保證主動桿AB能做整周回轉運動。 （3） 四桿機構的最小傳動角應該大于40以保證機械的傳動效率。 由以上可知此四桿機構的設計變?yōu)橐阎獌蛇B架桿的對應角位移來設計四桿機構。 由： 可知：當 得： 故取： 根據齒輪1和齒輪4確定四桿機構的機架4的長度為：mm，取曲柄AB=26.25mm用作圖法求其他桿長: A B D C 圖12 由圖12中測得 條件驗證： 1．曲柄存在條件的驗證： 故：曲柄存在。 2．最小壓力角的驗證： 故：符合要求。 七，機構的數學模型的建立 1建立機構的閉環(huán)矢量位置方程 在用矢量法建立機構的位置方程時，需將構件用矢量來表示，并作出機構的封閉矢量多邊形。如圖1所示，先建立一直角坐標系。設各構件的長度分別為L1 、L2 、L3 、L4 ，其方位角為 、 、 、 。以各桿矢量組成一個封閉矢量多邊形，即ABCDA。其個矢量之和必等于零。即： 式1 式1為圖1所示四桿機構的封閉矢量位置方程式。對于一個特定的四桿機構，其各構件的長度和原動件2的運動規(guī)律，即 為已知，而 =0，故由此矢量方程可求得未知方位角 、 。 角位移方程的分量形式為： 式2 閉環(huán)矢量方程分量形式對時間求一階導數（角速度方程）為： 式3 其矩陣形式為： 式4 聯立式3兩公式可求得： 式5 式6 閉環(huán)矢量方程分量形式對時間求二階導數（角加速度方程）矩陣形式為： 式7 由式7可求得加速度： 式8 式9 注：式1~式9中，Li(i=1,2,3,4）分別表示機架1、曲柄2、連桿3、搖桿4的長度； （i=1,2,3,4）是各桿與x軸的正向夾角，逆時針為正，順時針為負，單位為 rad; 是各桿的角速度， ，單位為 rad/s; 為各桿的角加速度，單位為 。 .2求解方法 （1）求導中應用了下列公式： 式10 （2）在角位移方程分量形式（式2）中，由于假定機架為參考系，矢量1與x軸重合， =0，則有非線性超越方程組： 式11 可以借助Matlab自帶的fsolve函數求出連桿3的角位移和搖桿4的角位移。 （3）求解具有n個未知量 （i=1,2,…,n）的線性方程組： 式12 式中，系列矩陣 是一個 階方陣： 式13 的逆矩陣為 ;常數項b是一個n維矢量： 式14 因此，線性方程組解的矢量為： 式15 式11是求解連桿3和搖桿4角速度和角加速度的依據。 3程序流程圖 （詳細程序見附錄中的源程序） 4程序運行結果輸出 >> * * * * * * 平面四桿機構的運動分析 * * * * * * 曲柄轉角 連桿轉角-搖桿轉角-連桿角速度-搖桿角速度-連桿加速度-搖桿加速度 1.0e+004 * 0 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458 0.0005 0.0042 0.0094 -0.0126 -0.0107 0.2300 5.5630 0.0010 0.0039 0.0092 -0.0124 -0.0086 0.8946 6.0520 0.0015 0.0037 0.0091 -0.0119 -0.0065 1.4143 6.2982 0.0020 0.0034 0.0090 -0.0114 -0.0043 1.7801 6.3174 0.0025 0.0032 0.0089 -0.0107 -0.0021 2.0027 6.1467 0.0030 0.0030 0.0089 -0.0100 0.0000 2.1046 5.8339 0.0035 0.0028 0.0089 -0.0093 0.0020 2.1134 5.4272 0.0040 0.0026 0.0090 -0.0085 0.0038 2.0566 4.9687 0.0045 0.0025 0.0091 -0.0078 0.0054 1.9578 4.4918 0.0050 0.0023 0.0092 -0.0072 0.0069 1.8356 4.0198 0.0055 0.0022 0.0093 -0.0065 0.0082 1.7040 3.5680 0.0060 0.0021 0.0095 -0.0060 0.0094 1.5725 3.1450 0.0065 0.0019 0.0097 -0.0055 0.0104 1.4474 2.7545 0.0070 0.0018 0.0099 -0.0050 0.0113 1.3328 2.3968 0.0075 0.0017 0.0102 -0.0045 0.0121 1.2307 2.0702 0.0080 0.0017 0.0104 -0.0041 0.0128 1.1425 1.7716 0.0085 0.0016 0.0107 -0.0037 0.0134 1.0687 1.4971 0.0090 0.0015 0.0110 -0.0034 0.0138 1.0095 1.2426 0.0095 0.0014 0.0112 -0.0030 0.0142 0.9653 1.0035 0.0100 0.0014 0.0115 -0.0027 0.0145 0.9364 0.7752 0.0105 0.0013 0.0118 -0.0024 0.0148 0.9232 0.5530 0.0110 0.0013 0.0121 -0.0020 0.0149 0.9269 0.3319 0.0115 0.0013 0.0124 -0.0017 0.0150 0.9485 0.1069 0.0120 0.0012 0.0127 -0.0014 0.0150 0.9899 -0.1276 0.0125 0.0012 0.0130 -0.0010 0.0149 1.0530 -0.3773 0.0130 0.0012 0.0133 -0.0006 0.0147 1.1404 -0.6481 0.0135 0.0012 0.0136 -0.0002 0.0145 1.2544 -0.9455 0.0140 0.0012 0.0139 0.0002 0.0141 1.3967 -1.2743 0.0145 0.0012 0.0142 0.0008 0.0136 1.5677 -1.6368 0.0150 0.0012 0.0144 0.0013 0.0129 1.7648 -2.0314 0.0155 0.0012 0.0147 0.0020 0.0121 1.9807 -2.4495 0.0160 0.0013 0.0149 0.0027 0.0112 2.2018 -2.8735 0.0165 0.0013 0.0151 0.0035 0.0101 2.4071 -3.2754 0.0170 0.0014 0.0153 0.0044 0.0089 2.5697 -3.6186 0.0175 0.0015 0.0155 0.0053 0.0076 2.6616 -3.8650 0.0180 0.0016 0.0156 0.0063 0.0063 2.6609 -3.9849 0.0185 0.0018 0.0157 0.0072 0.0049 2.5591 -3.9674 0.0190 0.0019 0.0158 0.0080 0.0035 2.3638 -3.8244 0.0195 0.0021 0.0159 0.0088 0.0022 2.0959 -3.5866 0.0200 0.0023 0.0159 0.0095 0.0010 1.7823 -3.2931 0.0205 0.0025 0.0159 0.0100 -0.0001 1.4487 -2.9815 0.0210 0.0027 0.0159 0.0105 -0.0011 1.1152 -2.6809 0.0215 0.0029 0.0159 0.0108 -0.0020 0.7942 -2.4103 0.0220 0.0031 0.0158 0.0111 -0.0028 0.4916 -2.1794 0.0225 0.0033 0.0158 0.0112 -0.0035 0.2086 -1.9913 0.0230 0.0036 0.0157 0.0112 -0.0042 -0.0565 -1.8450 0.0235 0.0038 0.0156 0.0111 -0.0048 -0.3071 -1.7375 0.0240 0.0040 0.0155 0.0110 -0.0054 -0.5475 -1.6650 0.0245 0.0042 0.0154 0.0108 -0.0060 -0.7817 -1.6233 0.0250 0.0044 0.0153 0.0104 -0.0065 -1.0139 -1.6089 0.0255 0.0046 0.0151 0.0100 -0.0071 -1.2479 -1.6181 0.0260 0.0048 0.0150 0.0096 -0.0077 -1.4868 -1.6480 0.0265 0.0050 0.0148 0.0090 -0.0082 -1.7336 -1.6955 0.0270 0.0052 0.0146 0.0084 -0.0088 -1.9905 -1.7574 0.0275 0.0054 0.0145 0.0076 -0.0095 -2.2588 -1.8304 0.0280 0.0055 0.0143 0.0068 -0.0101 -2.5391 -1.9100 0.0285 0.0056 0.0141 0.0058 -0.0108 -2.8305 -1.9910 0.0290 0.0057 0.0138 0.0048 -0.0115 -3.1300 -2.0660 0.0295 0.0058 0.0136 0.0037 -0.0122 -3.4326 -2.1255 0.0300 0.0059 0.0133 0.0024 -0.0130 -3.7297 -2.1572 0.0305 0.0059 0.0131 0.0011 -0.0137 -4.0091 -2.1451 0.0310 0.0059 0.0128 -0.0004 -0.0145 -4.2538 -2.0696 0.0315 0.0059 0.0125 -0.0019 -0.0152 -4.4419 -1.9079 0.0320 0.0058 0.0122 -0.0035 -0.0158 -4.5473 -1.6352 0.0325 0.0058 0.0119 -0.0051 -0.0163 -4.5411 -1.2273 0.0330 0.0056 0.0115 -0.0066 -0.0166 -4.3954 -0.6661 0.0335 0.0055 0.0112 -0.0081 -0.0167 -4.0889 0.0551 0.0340 0.0053 0.0109 -0.0095 -0.0166 -3.6129 0.9243 0.0345 0.0051 0.0105 -0.0106 -0.0161 -2.9781 1.9058 0.0350 0.0049 0.0102 -0.0115 -0.0152 -2.2178 2.9395 0.0355 0.0047 0.0099 -0.0122 -0.0140 -1.3857 3.9473 0.0360 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458 5圖像輸出： 八、設計總結 隨著放假日子的到來，課程設計也接近了尾聲。經過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這兩年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 在此要感謝我們的指導老師佟老師對我們悉心的指導，感謝老師們給我們的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在這次設計過程中進一步培養(yǎng)了我的機械設計的能力立正確的設計思想，常用的機械零件掌握，機械傳動裝置和簡單機械設計的方法總的來說，所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。 九、參考文獻 [1]劉毅.機械原理課程設計[M].華中科技大學出版社.2008. [2]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社.2006. [3]華大年.連桿機構設計[M].上海：上海科學技術出版社.1995. [4]姜琪.機械運動方案課程設計[M].北京：機械工業(yè)出版社.1991. 十、附錄： 源程序： 首先創(chuàng)建函數FoutBarPosition，函數fsolve通過他確定 。 function t=fourbarposition(th,th2,L2,L3,L4,L1) t=[L2*cos(th2)+L3*cos(th(1))-L4*cos(th(2))-L1;… L2*sin(th2)+L3*sin(th(1))-L4*sin(th(2))]; 主程序如下： disp * * * * * * 平面四桿機構的運動分析 * * * * * * L1=175;L2=26.25;L3=162.75;L4=49; %給定已知量，各桿長L1,L2,L3,L4 th2=[0:1/6:2]*pi; %曲柄輸入角度從0至360度，步長為pi/6 th34=zeros(length(th2),2); %建立一個N行2列的零矩陣，第一列存放options=optimset(display,off); %θ_3,第二列存放θ_3 for m=1:length(th2) %建立for循環(huán)，求解θ_3，θ_4 th34(m,:)=fsolve(fourbarposition,[1 1],… %調用fsove函數求解關于θ_3，θ_4 options,th2(m),L2,L3,L4,L1); %的非線性超越方程，結果保存在th34中 end y=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1)); %連桿3的C端點Y坐標值 x=L2*cos(th2)+L3*cos(th34(:,1)); %連桿3的C端點X坐標值 xx=[L2*cos(th2)]; %連桿3的B端點X坐標值 yy=[L2*sin(th2)]; %連桿3的B端點Y坐標值 figure(1) plot([x;xx],[y;yy],k,[0 L1],[0 0],… %繪制連桿3的幾個位置點 k--^,x,y,ko,xx,yy,ks) title(連桿3的幾個位置點) xlabel(水平方向) ylabel(垂直方向) axis equal %XY坐標均衡 th2=[0:2/72:2]*pi; %重新細分曲柄輸入角度θ_2，步長為5度 th34=zeros(length(th2),2); options=optimset(display,off); for m=1:length(th2) th34(m,:)=fsolve(fourbarposition,[1 1],… options,th2(m),L2,L3,L4,L1); end figure(2) plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2) %繪制連桿3的角位移關于曲柄2的角位移圖 plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,… th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi) %繪制搖桿4的角位移關于曲柄2的角位移圖 axis([0 360 0 170]) %確定XY邊界值 grid %圖形加網格 xlabel(主動件轉角theta_2(度)) ylabel(從動件角位移(度)) title(角位移線圖) text(120,120,搖桿4角位移) text(150,40,連桿3角位移) w2=250; %設定曲柄角速度 for i=1:length(th2) A=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));… L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))]; B=[w2*L2*sin(th2(i)); -w2*L2*cos(th2(i))]; w=inv(A)*B; w3(i)=w(1); w4(i)=w(2); end figure(3) plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4); %繪制角速度線圖 axis([0 360 -175 200]) text(50,160,搖桿4角速度(omega_4)) text(220,130,連桿3角速度(omega_3)) grid xlabel(主動件轉角theta_2(度)) ylabel(從動件角速度(radcdot s^{-1})) title(角速度線圖) for i=1:length(th2) C=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));… L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))]; D=[w2^2*L2*cos(th2(i))+w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*cos(th34(i,2));... w2^2*L2*sin(th2(i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*sin(th34(i,2))]; a=inv(C)*D; a3(i)=a(1); a4(i)=a(2); end figure(4) plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4); %繪制角加速度線圖 axis([0 360 -70000 65000]) text(50,50000,搖桿4角加速度(alpha_4)) text(220,12000,連桿3角加速度(alpha_3)) grid xlabel(從動件角加速度) ylabel(從動件角加速度(radcdot s^{-2})) title(角加速度線圖) disp 曲柄轉角連桿轉角-搖桿轉角-連桿角速度-搖桿角速度-連桿加速度-搖桿加速度 ydcs=[th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3,w4,a3,a4]; disp(ydcs) .. ..