铁板输送机构设计-原创.docx

机械原理课程设计实习报告专业：机械设计制造及其自动化课题：铁板输送机构设计:姓名：学号：曾小慧9012.7.01-7.15班级序号:指导老师:实习时间:一、题目3二、原始数据和设计要求3三、动力源选择31.原动机选择3四、方案设计51、输送方案的对比和选定5五、运动循环图5六、机械原理分析及构件尺寸的计算51.输送机构原理分析：72 .机构预期功能要求83 .输送板料传动分析及数据计算8七、建模20八、设计总结20九、参考文献25十、附录：源程序30一、设计题目设计剪板机的铁板输送机构和剪断机构。二、原始数据和设计要求原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度L=1900或220OmIn（设计时任选一种）。每次输送铁板到达规定长度后，铁板稍停，以待剪板机构将其剪断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一。建议铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的L5倍，以保证有较高的生产率。（3）输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小（即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变）。三、动力源的选择原动机的选择由工作状况，选择低速型，故采用三相异步电动机，参考电工学知识，取额定转速为750rmin0四、方案设计1.输送方案的对比和选定方案一：棘轮机构图1棘轮机构图示为机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。但不宜用于高速，效率较低。方案二：不完全齿轮机构在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止，当主动轮做连续回转运动时从动轮做间歇回转运动。不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。但是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合，对材料的运输的稳定性无法作出保证。方案三：槽轮机构图3槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。方案四:差动轮系与四杆机构的组合机构图4差动轮系与四杆机构的组合机构此方案采用由1、2、3、4组成的差动轮系与由A、B、C、D组成的曲柄摇杆机构的组合机构来实现间歇运动。其中AB杆与齿轮1较接于A点并随齿轮的回转而转动形成曲柄，CD杆与齿轮2较接于D点形成摇杆。太阳轮4的运动由曲柄摇杆机构与差动轮系共同决定，实现间歇运动。太阳轮4与滚轮相连，实现滚轮的间歇周转达到输送板料的目的，并且滚轮可以将卷料压平。工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便。运动可靠等优点，但在动力性能、动停比（运动时间和停歇时间之比）方面很难满足设计要求。所以常用组合机构来满足设计要求。综上所述，选择方案四的差动轮系与四杆机构的组合机构。总传动图如下:五、运动循环图:六、原理分析及构件尺寸的计算1 .输送机构原理分析本输送机构由基础机构和附加机构组成，基础机构：齿轮2、3、4及系杆H组成的自由度为2的差动轮系如图8：附加机构：曲柄摇杆机构ABCD如图9。齿轮1和杆AB固结在一起，杆CD与系杆H是一个构件。主动轮1的运动一方面通过差动轮系传递给太阳轮4,一方面通过曲柄滑块机构传递给系杆H。因此齿轮4所输出的运动是以上两种运动的合运动。2 .机构预期功能要求通过电机的驱动给于曲柄一个绕定轴转动的主动力，在该力的驱动下带动连杆，同时曲柄与齿轮相连，差动轮系运转带动滚轮转动，在摩擦力的带动下，使铁板向前运动，当轮系速度为O时剪切机构将其剪断完成一个周期的送板与剪板动作。3 ,输送板料传动分析及数据计算(1)传动分析：根据设计要求，剪断工艺为铁板输送周期的十五分之一，主动轮1转一周360。为一个周期，故剪板工艺不少于：360。X七=24。而停歇时间不超过剪板工艺的1.5倍，这里取停歇时间为30%在齿轮1等速回转一周时间内，从动齿轮4的运动规律如下:在齿轮1转过前330。的的时间内，齿轮4匀速回转，此段时间内铁板正好送到要求的长度，在齿轮1转过的剩余30。内，从动齿轮4停歇不动，以待剪板。(2)数据计算:轮系数据分析在2、3、4、及系杆H组成的差动轮系里:_(i)2Ct)H_Z2Z241_CDaCDhCO4=1+-C0uC0IZJ4对定轴轮系：小詈=3=2 ZlZ12=lZ2由得:两边乘以时间t得:夕4=(1+?夕+年明Z4Z4由此可知：齿轮4的输出运动为齿轮1通过差动轮系2、3、4传动给4和曲柄摇杆机构传给系杆H的合运动，欲使主动齿轮1从某瞬时开始转过。尸3。之内构件4产生停歇，则应令阴二°°可得：'(pH=bZ2+Z41由于主动轮1即为曲柄AB,系杆H即为杆CD,故上式正好反映了该组合机构中曲柄摇杆机构和差动轮系的关系。因此设计的四杆机构应满足上式要求。轮系数据计算：设主动轮1转一周的时间为T,对式两边积分得：=J；(1+J；Z劭Z4Z4又13&=6：-忒=O。4=旨Aa可知：Z4取滚轮转300°刚好送2m的板料幺=马二皿/则有：/Z43606取Zi=50齿，则Z4=60齿根据同轴条件：Z4=Z2+2Z3取Z3=2o则Z2=2o取齿轮模数为5,则齿轮的分度圆直径分别为：DLmZ尸5x50=25°Z)2=mz2=5×20=100Z=72Z3=5x20=100D?=mZ3=5×60=300300°d-=2000根据：360。可得滚轮直径为764.33mm0曲柄摇杆机构尺寸计算：曲柄摇杆激斗应该同时满足三个条件：(1)曲柄AB转过30。每一瞬间主从构件要满足共识：zT'。(2)各杆长度应该满足杆长条件的曲柄存在条件，即能保证主动杆AB能做整周回转运动。(3)四杆机构的最小传动角应该大于40°以保证机械的传动效率。由以上可知此四杆机构的设计变为已知两连架杆的对应角位移来设计四杆机构。aZia50a5a由:WL二"际W=9可知：当S30。得：峥“=18.75。(O=9.375°卜=18.75°故取：*H12h2,0=15°外2403=9.375°4_D+Z775根据齿轮1和齿轮4确定四杆机构的机架4的长度为：2mm,取曲柄AB=26.25mm用作图法求其他杆长：图1277由图12中测得BC=93XL=I62.75ZmCo=28x=49机？22条件验证：1 .曲柄存在条件的验证：BC+CD=162.75+49=211.75而+而=26.25+175=201.25<211.75故：曲柄存在。2 .最小压力角的验证：-arccos户。2-(/+/)62.752+49，(26.252+1752)_4221。n2bc2×162.75×49故：符合要求。七，机构的数学模型的建立1建立机构的闭环矢量位置方程在用矢量法建立机构的位置方程时，需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示，先建立一直角坐标系。设各构件的长度分别为Ll、L2、L3、L4,其方位角为%、%、%、.以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形，即ABCDA。其个矢量之和必等于零。即：1.2+L3=L1+L4式1式1为图1所示四杆机构的封闭矢量位置方程式。对于一个特定的四杆机构，其各构件的长度和原动件2的运动规律，即昆为已知，而司=0,故由此矢量方程可求得未知方位角a、。角位移方程的分量形式为:1.2COSg+%CoSg=L1COSg+4COSa%sing+Z3sin名=Z1sing+%sin8、闭环矢量方程分量形式对时间求一阶导数(角速度方程)为:-L3CDisinz+Sina=L2%Sin&2Li0COSg-AqCOSg=-Z2<¾COSg(-LiSInq&sinU(<、cosq-4smJl/rO2L2Sin¾+<Z2CoSa+域4CoSq一同CoSa、一O2L2sin¾+曷Z3sing+izZ3sin¾一媛4sn)其矩阵形式为:'-Z3sing&Sina)(6)(、Z3cosg_4SinqJloJ(一4cosg/联立式3两公式可求得:¾二-G2L2sn(¾-¾)Z3SinC-4)。4=¾Sine-)44sin©-i)闭环矢量方程分量形式对时间求二阶导数(角加速度方程)矩阵形式为:由式7可求得加速度：-瑟L2CoSe-)-cos(qq)+战£4%=4sin(¾-4)式§CoSe另)COS©q)+.44sin(¾¾)式9注：式1式9中，Li(i=l,2,3,4)分别表示机架1、曲柄2、连杆3、摇杆4的长度；目(i=l,2,3,4)是各杆与X轴的正向夹角，逆时针为正，顺时针为负，单位为rad;凡是/=也G=妈=用各杆的角速度，成，单位为rad/s;dtdt为各杆的角加速度，单位为rad!sio.2求解方法(1)求导中应用了下列公式：dsin6d6八z.=cos8=0cosdtdCOSedtdtd,Sine=-OsinBdt=VU+uv式10(2)在角位移方程分量形式(式2)中，由于假定机架为参考系，矢量1与X轴重合,=0,则有非线性超越方程组：J(¾,¾)=L2cos¾+Z3cos¾-Z1-Z4COSa=WGO=Z2sing+Z3snqsinq=0可以借助Matlab自带的fsolve函数求出连杆3的角位移和摇杆4的角位移。(3)求解具有n个未知量(i=l,2,.,n)的线性方程组：%与+%勺+%4=¾¾+12+=¾>xl÷c¾l2x2÷÷l=J式12式中，系列矩阵是一个阶方阵：Zi%/A=:Ad喂)的逆矩阵为；常数项b是一个n维矢量：=(¾-,)r因此，线性方程组解的矢量为：X=(x1,x2,xs)r=4r式11是求解连杆3和摇杆4角速度和角加速度的依据。式13式14式15式113程序流程图开始（详细程序见附录中的源程序）4程序运行结果输出»*平面四杆机构的运动分析*曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度1.0e÷004*00.00440.0097-0.0125-0.0125-0.54784.84580.00050.00420.0094-0.0126-0.01070.23005.56300.00100.00390.0092-0.0124-0.00860.89466.05200.00150.00370.0091-0.0119-0.00651.41436.29820.00200.00340.0090-0.0114-0.00431.78016.31740.00250.00320.0089-0.0107-0.00212.00276.14670.00300.00300.0089-0.01000.00002.10465.83390.00350.00280.0089-0.00930.00202.11345.42720.00400.00260.0090-0.00850.00382.05664.96870.00450.00250.0091-0.00780.00541.95784.49180.00500.00230.0092-0.00720.00691.83564.01980.00550.00220.0093-0.00650.00821.70403.56800.00600.00210.0095-0.00600.00941.57253.14500.00650.00190.0097-0.00550.01041.44742.75450.00700.00180.0099-0.00500.01131.33282.3968O.0075O.0017O.0102-O.00450.01211.23072.0702O.0080O.00170.0104-O.00410.01281.14251.7716O.0085O.00160.0107-O.00370.01341.06871.4971O.0090O.00150.0110-O.00340.01381.00951.2426O.0095O.00140.0112-O.0030O.0142O.96531.00350.0100O.00140.0115-O.00270.0145O.9364O.77520.0105O.00130.0118-O.0024O.0148O.9232O.55300.0110O.00130.0121-O.00200.0149O.9269O.33190.0115O.0013O.0124-O.00170.0150O.9485O.10690.0120O.00120.0127-O.00140.0150O.9899-0.12760.0125O.00120.0130-O.OOlO0.01491.0530-O.37730.0130O.00120.0133-O.00060.01471.1404-O.64810.0135O.00120.0136-O.0002O.01451.2544-O.94550.0140O.00120.0139O.00020.01411.3967-1.27430.0145O.00120.0142O.00080.01361.5677-1.63680.0150O.0012O.0144O.0013O.01291.7648-2.03140.0155O.00120.0147O.00200.01211.9807-2.4495O.0160O.0013O.0149O.00270.01122.2018-2.87350.0165O.00130.0151O.00350.01012.4071-3.27540.0170O.00140.0153O.0044O.00892.5697-3.61860.0175O.00150.0155O.0053O.00762.6616-3.86500.0180O.00160.0156O.0063O.00632.6609-3.98490.0185O.00180.0157O.0072O.00492.5591-3.9674O.0190O.00190.0158O.0080O.00352.3638-3.82440.0195O.00210.0159O.0088O.00222.0959-3.5866O.0200O.00230.0159O.0095O.OOlO1.7823-3.2931O.0205O.00250.0159O.OlOO-O.OOOl1.4487-2.9815O.0210O.00270.01590.0105-O.OOll1.1152-2.6809O.0215O.00290.01590.0108-O.0020O.7942-2.4103O.0220O.00310.01580.0111-O.0028O.4916-2.1794O.0225O.00330.01580.0112-O.0035O.2086-1.9913O.0230O.00360.01570.0112-O.0042-O.0565-1.8450O.0235O.00380.01560.0111-O.0048-O.3071-1.7375O.0240O.00400.01550.0110-O.0054-O.5475-1.6650O.0245O.00420.0154O.0108-O.0060-O.7817-1.6233O.0250O.00440.01530.0104-O.0065-1.0139-1.6089O.0255O.00460.01510.0100-O.0071-1.2479-1.6181O.0260O.00480.0150O.0096-O.0077-1.4868-1.6480O.0265O.0050O.0148O.0090-O.0082-1.7336-1.6955O.0270O.00520.0146O.0084-O.0088-1.9905-1.7574O.0275O.0054O.0145O.0076-O.0095-2.2588-1.8304O.0280O.0055O.0143O.0068-0.0101-2.5391-1.9100O.0285O.00560.0141O.0058-O.0108-2.8305-1.9910O.0290O.00570.0138O.0048-0.0115-3.1300-2.0660O.0295O.00580.0136O.0037-O.0122-3.4326-2.1255O.0300O.00590.0133O.0024-0.0130-3.7297-2.1572O.0305O.00590.0131O.OOll-O.0137-4.0091-2.1451O.0310O.00590.0128-O.0004-0.0145-4.2538-2.0696O.0315O.00590.0125-O.0019-0.0152-4.4419-1.9079O.0320O.00580.0122-O.0035-O.0158-4.5473-1.6352O.0325O.00580.0119-O.0051-0.0163-4.5411-1.2273O.0330O.00560.0115-O.0066-O.0166-4.3954-O.66610.03350.00550.0112-0.0081-0.0167-4.08890.05510.03400.00530.0109-0.0095-0.0166-3.61290.92430.03450.00510.0105-0.0106-0.0161-2.97811.90580.03500.00490.0102-0.0115-0.0152-2.21782.93950.03550.00470.0099-0.0122-0.0140-1.38573.94730.03600.00440.0097-0.0125-0.0125-0.54784.84585图像输出:连杆3的几个位置点-100-50050100150200250300水平方向角位移线图O 50100150200250300350Oooo O O O 64208642 1 1 1 4O主动件转角度）Oooooooo 0 5 0 5 5 0 5 2 11 -11 rs Js¢s八、设计总结随着放假日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这两年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我们的指导老师佟老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在这次设计过程中进一步培养了我的机械设计的能力立正确的设计思想，常用的机械零件掌握，机械传动装置和简单机械设计的方法总的来说，所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。九、参考文献1刘毅.机械原理课程设计M.华中科技大学出版社.2008.2孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社.2006.3华大年.连杆机构设计M.上海：上海科学技术出版社.1995.4姜琪.机械运动方案课程设计M.北京：机械工业出版社.199L十、附录:源程序：首先创建函数FoUtBarPOSitiorb函数fsolve通过他确定。functiont=fourbarposition(th,th2,L2,L3,L4,LI)t=L2*cos(th2)+L3*cos(th(l)-L4*cos(th(2)-Ll1.2*sin(th2)+L3*sin(th(D)-L4*sin(th(2);主程序如下：disp,*平面四杆机构的运动分析*1.l=175jL2=26.25jL3=162.75;L4=49;th2=0:l/6:2*pi;th34=zeros(length(th2),2);options=optimsetCdisplay*,off,);form=l:length(th2)th34(m,)=fsolve(,fourbarposition,1options,th2(m),L2,L3,L4,LI);endy=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1);x=L2*cos(th2)+L3*cos(th34(:,1);xx=L2*cos(th2);yy=L2*sin(th2);figured)plot(xjxx,yyy,k,OLl,O0,，k一",x,y,ko,xx,yy,ks,)title('连杆3的几个位置点')xlabelC水平方向')ylabel(,垂直方向')%给定己知量，各杆长L1,L2,L3,L4%曲柄输入角度从。至360度，步长为pi/6先建立一个N行2列的零矩阵，第一列存放% _3,第二列存放 _3第建立for循环，求解0_3, 0_41,%调用fsove函数求解关于9_3, 0_4%的非线性超越方程，结果保存在th34中%连杆3的C端点Y坐标值%连杆3的C端点X坐标值%连杆3的B端点X坐标值%连杆3的B端点Y坐标值%绘制连杆3的儿个位置点axis equal%XY坐标均衡th2=0:2/72:2*pi;%重新细分曲柄输入角度2,步长为5度th34=zeros(length(th2),2);Options=Optimset(,display','off,);form=l:length(th2)th34(m,:)=fsolveCfourbarposition,11,options,th2(m),L2,L3,L4,Li);endfigure(2)plot(th2*180pi,th34(:,1),th2*180pi,th34(:,2)先绘制连杆3的角位移关于曲柄2的角位移图plot(th2*180pi,th34(:,l)*180pi,%绘制摇杆4的角位移关于曲柄2的角位移图为确定XY边界值%图形加网格先设定曲柄角速度th2*180pi,th34(:,2)*180/pi)axis(O3600170)gridxlabel(,主动件转角theta_2(度)ylabel(,从动件角位移(度)title('角位移线图')text(120,120,'摇杆4角位移')text(150,40,'连杆3角位移')w2=250;fori=l:length(th2)A=-L3*sin(th34(i,1)L4*sin(th34(i,2);-1.3*cos(th34(i,1)-L4*cos(th34(i,2);B=w2*L2*sin(th2(i);-w2*L2*cos(th2(i)w=inv（八）*B;w3(i)=w(l);w4=W；endfigure(3)plot(th2*180pi,w3,th2*180pi,w4);%绘制角速度线图axis(0360-175200)text(50,160,摇杆4角速度(omega4)')text(220,130,连杆3角速度(omega_3)')gridXlabelC主动件转角theta_2(度)')ylabel(,从动件角速度(radcdots"-l),)title('角速度线图')fori=l:length(th2)C=-L3*sin(th34(i,I)L4*sin(th34(i,2);1.3*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)w22*L2*sin(th2(i)+w3(i)2*L3*sin(th34(i,l)-w4(i)2*L4*sin(th34(i,2);a=inv(C)*D;a3(i)=a(l);a4(i)=a(2);endfigure(4)plot(th2*180pi,a3,th2*180pi,a4);%绘制角加速度线图axis(0360-7000065000)text(50,50000,摇杆4角加速度(alpha-4)')text(220,12000/连杆3角加速度(alpha,3),)gridXIabeI（'从动件角加速度'）ylabel(,从动件角加速度(radcdots*-2)')title('角加速度线图')disp'曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度'ydcs=th2,*180pi,th34(:,1)*180pi,th34(:,2)*180pi,w3,w4,a3,a4,;disp(ydcs)