毕
业
设
计
论
文
设计题目：步进式工件输送机设计
目录
内容摘要 ....................................................................................................................... 1
关键词 ........................................................................................................................... 1
1、绪论.......................................................................................................................... 1
1.1背景介绍........................................................................................................... 2
1.2方案比较........................................................................................................... 2
1.3设计方案综述................................................................................................... 3
2、连杆机构的设计...................................................................................................... 4
2.1 连杆机构的定义及特点.................................................................................. 4
2.2 平面曲柄摇杆机构.......................................................................................... 5
2.3 平面四连杆机构有曲柄的条件...................................................................... 5
2.4 连杆设计内容.................................................................................................. 6
2.4.1 摇杆的摆角初选.................................................................................. 6
2.4.2 铰点位置和曲柄长度的设计.............................................................. 8
2.4.3 曲柄摇杆机构的设计.......................................................................... 9
2.4.4 校核最小传动角.................................................................................. 9
3、机构的运动和动力分析........................................................................................ 10
3.1 概述................................................................................................................ 10
3.2 用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析........................................ 11
3.2.1 绘制机构运动简图............................................................................ 11
3.2.2 作速度分析........................................................................................ 13
3.3 用矢量方程图解法作平面连杆机构的动态静力分析................................ 14
3.3.1 对机构进行运动分析........................................................................ 15
3.3.2 确定各构件的惯性力和惯性力偶矩................................................ 15
4、 杆件的设计.......................................................................................................... 16
4.1 杆件的类型.................................................................................................. 16
4.2 钢材和截面的选择...................................................................................... 17
4.3 杆件间的联结.............................................................................................. 17
4.3.1 剪切强度计算.................................................................................. 17
4.3.2 挤压强度计算.................................................................................. 17
4.3.3 稳定性的校核.................................................................................. 18
5、 减速机的设计及选择.......................................................................................... 18
5.1 电动机的选择.............................................................................................. 18
5.1.1 选择电动机类型和机构形式.......................................................... 18
5.1.2 功率的计算...................................................................................... 18
5.1.3 电动机功率计算.............................................................................. 19
5.1.4 传动效率.......................................................................................... 19
5.1.5 确定电动机转速.............................................................................. 19
5.2 确定传动装置传动比.................................................................................. 19
5.2.1 总传动比.......................................................................................... 20
5.2.2 分配减速器的各级传动比.............................................................. 20
6、 机架的设计.................................................................................................. 20
6.1 机架钢材料的选择.............................................................................. 20
6.2 钢结构设计应满足的要求.................................................................. 20
6.3 传输机附件的设计.............................................................................. 20
参考文献 ..................................................................................................................... 21
致谢 ............................................................................................................................. 22
内容摘要：
在科技越来越发达的今天，各行各业中生产效率便显得更加重要。
为提高生产效率，各行业对设备的自动化程度提出了更高的要求，各种输送机的用途也越来越大，与此同时对输送机的要求也越来越高。在本次工件输送机的设计里，对输送机的输送距离、输送速度及其精确度都提出较高的要求。本次设计对步进式工件输送机的各个部分进行选择和分析，并对产品的经济性和质量的稳定性方面，也做了重要的把握。
关键词：输送机；连杆机构；齿轮传动。
1 绪论
1.1背景介绍
进入21世纪以来， 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。
企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等，使学生进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际结合的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。因此，毕业论文设计在机械类专业学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。
本次我设计的是步进式工件输送机，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对步进式工件输送机的设计进一步了解机械设计的流程，为我们今后的设计工作奠定了基础。
1.2方案比较
经过反复调查研究，查阅相关资料，我们根据工件传输机的工作状况的要求，提出了以下四种方案：
方案一：直接用带传动和步进电动机来实现滑架的往返运动，通过步进电动机的正反转控制往返运动，通过单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。
方案二：运用齿轮齿条和步进电动机来实现滑架的往复运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现滑架的往返运动。
方案三：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。
方案四：运用连杆机构，减速机，普通电动机。通过普通电动机可以获得运动所需要的动力，减速机调整相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速度比，节奏，步长和滑架的运动轨迹。
经过可行性调研，我们发现方案一中步进电机的功率和工作状况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且步进电机拥有一个很明显的优点，就是它有精确的正反转功能，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移，或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载的变化而影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简
单，而且低速精度高。虽然如今步进电机已经被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规条件下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。方案二也存在类似的问题，方案三机构结构简单，构造也较为普通，且运行时噪声低。运动行程十分明了，缺点是该机构有两个自由度，所以运动难遇控制，不够平稳。而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。而方案四对于方案一方案二的问题有了很好的实现，而且普通电动机容易选择，减速机和连杆机构，结构可靠，稳定性高,可以承受一定的冲击，所以此方案较合理。
在整个设计过程中，连杆机构的设计和分析应是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括工作机构和传动系统的运动分析，连杆机构的运动和动力分析，减速机及电机的选择设计。本课题的难点是连杆机构的分析和动力运动的分析。
1.3设计方案综述
工件输送机是一种实现往复传送可以间歇性地输送工件的机械，通过传动装置，电动机驱动滑架往复移动工件，行程时，滑架上的推爪推动工件前进一个步长，当滑架返回的时候，因为推爪下部有压缩弹簧，所以推爪从工件底面滑过，工件保持不动，当滑架再次向前推进时，已复位，就这样往返推动工件前移。
设计意义：工件传输机在自动化流水线上的充分运用能提高工厂的生产率，减轻工人的劳动强度，保障工人的生命安全，为实现车间无人化提供了可靠的条件。
2 连杆机构的设计
2.1 连杆机构的定义及特点
连杆机构是一种应用非常广泛的机构，折叠伞的收放机构，机械手的传动机构以及人体假肢的设计等，都是连杆机构。
连杆机构的定义：(1)某原动件的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件才能传动从动件，中间构件称为连杆。这些机构统称为连杆机构。(2)这些机构中的运动副一般均为低副。故连杆机构也称低副机构。
连杆机构的特点：
(1) 连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单，故容易加工。
(2) 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平面一般运动的连杆、作往复直线移动的滑块等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。
(3) 在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。
(4) 连杆曲线具有多样性。连杆机构中的连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展的一个平面，该平面称为连杆平面。在机构的运动过程中，固接在连杆平面上的各点，将描绘出各种不同形状的曲线，这些曲线称为连杆曲线。
(5) 在连杆机构的运动过程中，一些构件（如连杆）的质心在作变速运动，由此产生的惯性力不好平衡，因而会增加机构的动载荷，使机构产生强迫振动。所以连杆机构一般不适于用在高速场合。
(6) 连杆机构中运动的传递要经过中间构件，而各构件的尺寸不可能做得绝对准确，再加上运动副间的间隙，故运动传递的累积误差比较大。
2.2 平面曲柄摇杆机构
在铰链四连杆机构中，若两个连架杆中一个为摇杆，另一个为曲柄，那么这个四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可以把曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，此种机构应用比较广泛。
2.3 平面四连杆机构有曲柄的条件
(1)杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。
(2)在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为整转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。
(3)在有整转副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为整转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连构件为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。
(4)如果四杆机构不满足杆长之和条件，则不论选取哪个构件为机架，所得
到机构均为双摇杆机构。
综上所述：平面四杆机构中曲柄存在的条件是四个杆的长度关系，谁做机架决定是否会存在曲柄。
2.4 连杆设计内容
输送机的工作阻力Fr=5000N，步长S=450mm，往复次数N=40 次/分，行程速
比系数K=1.3，高度H=800mm。输送时滑架受到的阻力Fr视为常数，滑架宽度为250mm，使用折旧期为5年，每天二班制工作，载荷里有中等冲击，工作环境清洁，室内，三相交流电源，工作机构效率为0.95，用于小批量生产。
2.4.1 摇杆的摆角初选
根据设计的常识一般初选摆角为40°-50°左右,再由步长定摇杆长度,一般取LCD≈(0.6-0.7) LDE , LEF≈(0.2-0.3) LDE。
2.4.2 铰点位置和曲柄长度的设计
根据行程速比和传动角要求铰点A的位置及曲柄连杆长度。根据所给条件以及现场的要求，和行程速比系数K，在设计四连杆时，可利用机构在极位时的几何关系，再运用其它辅助条件进行设计。
2.4.3 曲柄摇杆机构的设计
通过摆角及行程速比系数K=1.3和摇杆长度来设计该机构。首先按公式θ=180°(K-1)/(K+1)算出极位夹角θ为23.5°。
然后任取一点D,再用此点为顶点作等腰三角形,使两腰的长度等于CD, ∠C1DC2=φ。作C2N使∠C2C1N=90°-θ,再作C2M⊥C1C2, C2M与C1N的交点P。作△PC2C1的外接圆,那么圆弧C1PC2上任一点A到C1和C2的连线所形成的夹角∠C1AC2都等于极位夹角θ ,所以曲柄的轴心A应在这个圆弧上。
设曲柄的长度为a,连杆的长度为b，那么AC1=b+a, AC2 =b-a.所以
a=(AC1-AC2)/2于是以A为圆心,以为AC2为半径作圆弧交AC1于点E,则得出a=EC1/2,b=AC1-EC1/2。设计时应注意,曲柄的轴心A不能选在弧段上,否则机构将不能满足运动连续性的要求。
根据上面的方法可以算出平面四连杆机构的杆长分别为a=115mm，b=385mm，c=380mm，d=380mm。
2.4.4 校核最小传动角
在机构运动过程中,传动角的大小是不停变化的,为了保证机构的传动性能要求,设计时应使γmin≥40°传递力矩比较大时，则应使γmin≥50°；对于一些受
力很小或者不经常使用的操纵机构，则可允许传动角小一些，只要不发生自锁就可以。最小传动角与机构中各杆的长度有关。
所以满足最小传动角的要求。
因此可以定出该要求设计的机构的总体尺寸,即LAB=a=115mm，
LBC=b=385mm,LCD =c=380mm,LAD =d=380mm,LDE =550mm,LEF=180mm。
上面的LAB是杆件AB的长度，LBC是杆件BC的长度，LCD是杆件CD的长度，LAD是杆件AD的长度，LDE是杆件DE的长度，LEF是杆件EF的长度。曲柄摇杆机构的运动简图见下图1-1。
图1-1 曲柄摇杆机构的运动简图
3 机构的运动和动力分析
3.1 概述
用矢量方程图解法进行机构的速度和加速度的分析, 矢量方程图解法依据的基本原理是理论力学中的运动合成原理。对机构进行速度和加速度的分析时,首先要根据运动合成原理列出机构运动的矢量方程,然后再根据该方程来作图进行解决.
3.2 用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析
根据构件上已知的一点的速度和加速度能够求出另外的点的速度和加速度(包括大小和方向),所以在以图解法作机构的速度和加速度的分析的时候,应该先从具备这个条件的构件着手,再分析与该构件依次相连的其他各构件。
在用图解法作机构的运动分析时，需要先绘出该机构的运动简图，然后再根据运动简图进行速度和加速度的分析，求解的步骤说明如下：
3.2.1 绘制机构运动简图
根据前面所描绘的方法和步骤，选取尺寸比例尺μL=LABAB(m/mm)，并按照比例尺准确地绘制出机构的运动简图如图1-1所示。
3.2.2 作速度分析
根据用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析可知，速度求解的步骤应依次求出相应各点的速度和杆件的角速度。
1、求vB
40vB=LABω1=0.115m⨯60rad/s=0.077m/s (3.1)
方向垂直于AB，指向与ω1的转向一致。 2、求vC因点C及点B都为同一构件2上的点，故得
vC = vB + vCB
式中vC及vCB的大小未知，所以用图解法求解。
图3-2 速度分析图
vB，那么速度比如图3-2所示，取点P作为速度多边行的极点，并作pb 代表
vCB，vC的方向线，两例尺。再分别自点B，P作垂直于BC，CD的直线bc,pc,代表
pc线交于点C，则矢量，bc分别代表vC和vCB，于是得
(3—2) vC=μVpcm/s==210mm⨯0.077200(m/s)/mm=0.08085m/s
3）求vE 由于E点和C点都在杆件3上，杆件3上的点的角速度都相同，所以
vE=LCD⋅vC=0.126m/s
4）求vF
vF = vE + vFE
(3—3) vF=μV⋅pfm/s=255mm⨯200(m/s)=0.0982
于是有
μVbcLCB
ω2=
VCBLCB
=
⨯45
rad/s=0.000385=0.045rad/s (3—4) 0.385
0.000385⨯210
ω3=ω4=
VCDCD
=
μVpcCD
rad/s==0.2128rad/s (3—5)
VEF
EF
=
μVpfEF
rad/s=
0.000385⨯255
=0.5454rad/s (3—6)
3.3 用矢量方程图解法作平面连杆机构的动态静力分析
动态静力分析是根据达朗贝尔原理将惯性力和外力加在机构的相应构件上，用静力平衡的条件求出各运动副中的反力和原动件上的平衡力的一种比较常用的工程方法。进行动态静力分析首先是求出个构件的惯性力,并把它们当作外力加于产生这些惯性力的构件上面。然后再根据静定条件将机构分解为若干个平衡力和构件组作用的构件。而进行力分析的顺序一般是由离受平衡力作用的构件的
最远构件组开始,逐步推算到平衡力作用的构件上。
3.3.1 对机构进行运动分析
在之前的运动分析里，已经用选定好的长度比例尺μI,速度比例尺μv,加速度比例尺μa,绘出了机构简图及其速度多边形和加速度多边形。
3.3.2 确定各构件的惯性力和惯性力偶矩
在对机械进行动态静力分析时需要求出各构件的惯性力,在新机械的设计中,机构中各构件的结构尺寸,质量和转动惯量等参数都尚未确定,根据设计经验先给出各构件的质量和转动惯量等参数,再进行静力分析,在这个基础上进行各构件的强度验算,再根据验算的结果对构件尺寸进行修正,最后定出构件的结构尺寸。
（1）计算各杆的质量及转动惯量
因为各杆都是拉压杆件,要求力学综合性能较高,所以选45号钢,各杆应初选直径。见表3-1
表3-1 杆件质量特性表
各杆中除了杆2外,惯性力都可以作用在机架上,因此在进行动态静力分析时可以忽略不计,作用在连杆2上的惯性力及惯性力偶矩为：
PI2=m2as2=m2μaps2=7.646kg⨯0.000255(m/s2)/mm⨯113mm=0.220N
(3—14)
0.000255
MI2=JS2α2=JS2aCBt/LBC=JS2μan2'c'/LBC=0.00597⨯234⨯0.385=0.0009N⋅m
(3—15)
将PI2及MI2合并成一个总惯性力PI2',其作用线从质心S2处偏移一距离h2，
其值为h2=MI2/PI2=0.0009 (3—16) 0.220=0.0041m=4.1mm
4 杆件的设计
根据上一章已经计算出来的杆件受力情况和工作状况，现在要求分析杆的类型和一系列的稳定性以及截面的设计。
4.1 杆件的类型
杆件是四连杆结构,根据受力的方向得知，属于拉压杆。
4.2 钢材和截面的选择
1、因为拉压杆的综合性能要求比较高，根据用途选45钢，有关物理属性见下表4-1。
表4-1 杆件材料的质量系数
2、选择截面尺寸
根据上一章各轴之间力的计算可以知道拉压杆所受的外力，根据强度条件可以确定所需要的横截面面积。
式中S为大于1的安全系数取S=1.3 其中σ为极限屈服系数。
选连杆2作校核由于所选的是圆形杆件，所以确定直径为 基于制造困难和稳定性的考虑，于是取d2为初选的参数。
ο
4.3 杆件间的联结
拉压杆与其它构件之间，或者一般构件与构件之间，常采用销轴，耳片，螺栓等相联接。连结件的受力与变形都比较复杂，在工程实际中，我们常常采用简化分析的方法。他的要点是：对连接件的受力与应力分布进行简化，然后计算出各部分的名义应力。以下为计算轴和耳片。
4.3.1 剪切强度计算
考虑图中所示的轴销，它的受力情况如图所示，可以看出，作用在轴销上面
的外力有以下几个特点：外力垂直作用于轴销的轴线，且作用线之间的距离很小（轴销一般都是短而粗的）。根据受力情况可以看出，轴销上主要受剪切力的作用。在工程力学计算中，通常都假设剪切面上的剪应力是均匀分布的。剪切面上的剪应力不得超过连接件上的许用剪应力[τ]，即要求
Q=P (4—1)
其中许用剪切应力[τ]表示为连接件的剪切极限应力除以安全系数。
4.3.2 挤压强度计算
在外力作用下,孔与销轴直接接触,接触面上的应力称为挤压应力。当挤压应力过大时,在孔和销接触的局部区域内,将产生明显的塑性变形,导致影响孔,销孔的直径为d ,耳片的厚度为t ,根据实验分析结果得知
:
间的正常配合。最大挤压应力σbs发生在该表面的中部。挤压应力为Fbs,销或
图4-1 轴销受力示意图
σbs≈Ftd
b
(4—2)
Td表示受压圆柱面在相应径向平面上的投影；
σbs表示最大挤压应力,数值上与径向截面的平均压应力相等。
由上述分析可知,为了防止挤压造成破坏,最大挤压应力σbs不得超过连接
件的许用压应力[σbs],即要求
[σbs]表示连接件的挤压极限应力除以安全系数。
因此，从挤压强度考虑, 接头的许用载荷是
[P]=td[σbs]=40⨯30⨯300=360KN
4.3.3 稳定性的校核
当作用在细长杆上的轴向力达到或超过一定限度的时候，杆件可能会突然产生弯曲，即失稳现象。因此，对于轴向受压杆件，除了应考虑它的强度和刚度问题外，还应考虑它的稳定问题。 1、临界载荷
该连杆为两端铰支细长压杆。 2、校核
钢的屈服应力 ，所以，连杆压缩屈服所需的轴向压力
由以上的分析可以得知,为了保证压杆在轴向压力的作用下不被导致失稳,必须满足下面的稳定条件。
式中： 代表稳定安全系数； 代表稳定许用压力。 工况为一般的中度冲击。
上述表明，细长杆的承压能力是由稳定性的要求确定的。
5减速机的设计及选择
减速机是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。
选用减速机时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速机的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速机。减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。
5.1 电动机的选择
5.1.1 选择电动机类型和机构形式
电动机是常用的原动机，并且是标准化和系列化的产品。机械设计中要根据工作机的工作情况和运动，动力参数等，选择合适的电动机类型，结构形式，传递的功率和转速,再根据这些确定电动机的型号。
电动机有交流电动机和直流电动机之分,工业上常采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中普通笼型异步电动机在平时应用最广泛。在一般的设计中，优先选用Y系列笼型三相异步电动机，因为它具有高效，噪音小，振动小，节能，安全可靠的特点,而且安装尺寸和功率等级符合国际标准,适用于那些无特殊要求的各种机械设备。
根据所给条件中工作场地的要求:每天二班制工作，载荷中有中度冲击，工作环境清洁，室内，三相交流电源。所以选择电动机为Y系列380V 三相笼型异步电动机。
5.1.2 功率的计算
电动机在功率方面的选择是否合适将直接影响到电动机在工作性能和经济性能方面的体现。如果选用的电动机额定功率小于工作机所要求的功率,那么工作机就不能正常工作, 而且容易是电动机因为长期过载而导致过早损坏,如果选用的电动机额定功率大于工作机所要求的,那么相比于电动机的价格，没有得到充分的应用，而导致浪费。
在设计过程中,由于工件传输机一般为长期连续运转,载荷不变或很少变化的机械,并且传递功率较小，故只需使电动机的额定功率Ped等于或梢大于电动机的实际输出功率Pd ,即P这样电动机在工作时就不会过热,一般不需要对ed>Pd。电动机进行热平衡计算和校核启动力矩。
5.1.3 电动机功率计算
w
P=电动机所需工作功率为dηa
P
式中：Pw工作机所需工作功率,指工作机主动端运输带所需功率。
ηa由电动机至工作机主运动端运输带的总效率。
工作机所需工作功率,应由机器工作阻力和运动参数计算 T—工作机的阻力矩 ω—工作机的角速度
5.1.4 传动效率
传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,η=η1∙η2∙η3…ηn
其中:分别为每一传动副,每对轴承,每个连轴器的效率.传动副的效率数值可按下列选取,轴承及连轴器效率的概略值为: 滚动轴承0.98-0.995，滑动轴承0.97-0.99，弹性连轴器0.99-0.995，齿轮连轴器0.99，万向连轴器0.97-0.98
5.1.5 确定电动机转速
容量相同的同类电动机,有几种不同的转速系列供使用者选择,如三相异步电动机常用的有四种同步转速,即3000,1500,1000,750r/min(相应的电动机定子绕组的极对数为2,4,6,8)。同步转速为由电流频率与极对数而定的磁场转速,电动机空转时才可能达到同步转速,负载时的转速都低于同步转速。
为了合理的设计传动装置，根据工作机的主轴转速要求和各传动比范围，可推算出电动机装速的可选范围，其中包括电动机可选转速范围，传动装置总传动比的合理范围，以及工作机主轴转速。
选定电动机类型,结构,对电动机可选的转速进行比较,选定电动机转速并计算出所需容量后,即可在电动机产品目录中查出所要的电动机。根据工况和计算所选电动机见下表5-1。
表5-1 电动机参数表
5.2 确定传动装置传动比 5.2.1 总传动比
由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速,可得到传动装置的总传动比
nm
i=为 an
其中nm为选择电动机的满载转速,n为工作机主动轴转速。该设计中nm为960r/min,n为40r/min。所以
ia=
nm
n
r/min=96040r/min=24 (5—2)
总传动比为各级传动比i1,i2,i3…in的乘积，即ia=i0⋅i1
i0，i1分别为减速器各级传动比。
5.2.2 分配减速器的各级传动比
考虑润滑的条件我们选用闭式布置，,为使两级大齿轮直径相近,可由二级圆柱齿轮减速器传动比分配图资料查得i0=6.2，则i1=i/i0=24/6.2=3.87。
6机架的设计
机器的全部重量将通过机架传至基础上.机架零件还负有承受机器工作时的作用力和使机器稳定在基础上的作用。运输机的机架的设计:机架的设计使用槽钢焊接成,根据实际情况和工作需要选取、滑架部分轴加滚套的形式来实现工件在工作台上的滑动,工作行程时滑架上的推爪下部有压缩弹簧,推爪得以从工件底面滑过,工件保持不动,推爪已复位,并推动新的工件前移,前方推爪也推动前一工件前移,如此周而复始,工件不断前移。减速机和曲柄之间用连轴器来传递扭矩和转速。
对于机架零件一般要有以下要求：1、足够的强度和刚度；2、形状简单,便于制造；3、便于在机架上安装附件。对于带有缸体,导轨等的机架零件,还应有良好的耐磨性,以保证机器有足够的使用寿命，.高速机器的机架零件还应满足振动稳定性的要求。
强度和刚度是评判机架零件工作能力的基本准则。机架的零件的形状复杂,受外界的因素的影响很多,设计时通常都是先根据机器的工作要求和类型相近的机器拟订机架的结构形状和尺寸,然后进行初略计算以核验其危险截面的强度。
6.1 机架钢材料的选择
在工程结构中，钢结构是应用比较广泛的一种建筑结构，一些高度或跨度比较大的结构，载荷或吊起重量很大的结构，有较大的结构，有较大的振动的结构，高温车间的结构等等，采用其他建筑材料，目前尚有困难或不很经济，则可考虑用钢结构，而本设计中用到的钢结构用于整个传动装置的支承的主框架结构，用这种钢结构具有以下的几个优点：
1、材料强度高
在相同的载荷条件下，采用钢结构时，结构的自重较小，当跨度和满载相同时，由于重量轻，便于运输安装。
2、安全可靠
钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性。 3、工业化生产程度高
与其它结构相比，钢结构工业化生产程度高，能成批大量生产，制造精度高，
采用工厂制造，工地安装的施工方法，可缩短周期，降低造价，提高经济效益。
4、具有一定的耐热性
温度在35度以内钢的性质变化很小，温度达到30 度以后强度逐渐下降达到45度～60度时，强度为零。一般用于温度不高于25 度的场合。该机器工作场合是室内,所以符合要求。
6.2 钢结构设计应满足的要求
1、结构必须有足够的强度，钢性和稳定性；
2、要符合工作机的使用要求，要有良好的耐久性；
3、尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；
4、尽可能缩短制造安装时间，节约劳动时间；
5、结构要便于运输、维护；
6、可能条件下，尽量注意美观，特别是外露机构。
根据以上各项要求，钢结构设计应该重视贯彻和研究节约钢材，降低造价的各种措施，做到技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。
根据以上各原则和工作机器的工况要求,我选择槽钢及方管。
6.3 传输机附件的设计
由于该工件传送机需要实现来回往复运动,因此在设计时运用滑架在机架中的滑动，用连杆来联接滑架，提供往返滑动的轨迹和动力，滑架放置在机架上的滑槽内。
1、辊子的设计
工件在传动的时候,需要减少其运动带来的阻力,因此在设计时,采用了若干辊子使工件可以在辊子上滚动,从而实现了滚动摩擦代替滑动摩擦,减少了工件和工作机之间的摩擦,提高了工作效率。
2、推爪和压缩弹簧簧的设计
在滑架上端的辊子上的工件需要一个向前的推动力，在滑架的两侧设计两个推爪来推动工件的向前滑动。工作行程时滑架上推爪推动工件前移一个步长，推爪的后端设计成方形，前端设计成圆形，由于是往返输送工件，所以要求推爪有
复位装置,在推爪下部装有压缩弹簧，可以在滑架返回时使推爪可以从工件的底部滑过，工件保持不变,当滑架再次向前时，推爪已复位，并推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移，如此周而复始，工件不断前移。
在自由状态下，压缩弹簧的各弹簧圈间应留有少量间隙（δ≈0.5mm）。否则，在弹簧工作时，各圈将彼此接触并产生摩擦和磨损。
由于压缩弹簧的弹簧丝主要受弯曲作用，所以从材料利用方面看，以采用方形弹簧丝制造扭转弹簧较为合理，但因圆弹簧丝容易获得，故仍以圆弹簧丝用得普遍。
参考文献
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[8].郭慧慧.机械设计课程图册.2002年.第26期.P48
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[11].刘小飞，吴天河.齿轮设计与维护[M].大连：大连理工出版社，1995．
致谢
在做本次毕业设计中，先是拟定了设计方案，通过电动机获得动力，通过减速器控制转速，通过连杆机构控制步长，根据给定的一些数据，先是对连杆机构进行分析计算，将各杆的长度和速度计算出来，然后再根据这些计算所需要的动力，再由生产的环境，要求等选择合适的减速器和电动机。在这些都定下以后就是对整个机构的各个部分进行验算。最后根据这些条件画出装备图和零件图。
利用连杆机构设计的输送机，不仅仅在使生产效率提高方面有很大的提高，同时在财力，人力方面也有很大的节省，在越来越注重效益的生产中有着很大的发展前景。
本设计包括了以下内容:决定传动装置的总体设计方案;选择电动机;计算传动装置的运动和动力参数;传动零件,连接件,连轴器的选择和效验计算;机体结构及其附件的设计。
毕
业
设
计
论
文
设计题目：步进式工件输送机设计
目录
内容摘要 ....................................................................................................................... 1
关键词 ........................................................................................................................... 1
1、绪论.......................................................................................................................... 1
1.1背景介绍........................................................................................................... 2
1.2方案比较........................................................................................................... 2
1.3设计方案综述................................................................................................... 3
2、连杆机构的设计...................................................................................................... 4
2.1 连杆机构的定义及特点.................................................................................. 4
2.2 平面曲柄摇杆机构.......................................................................................... 5
2.3 平面四连杆机构有曲柄的条件...................................................................... 5
2.4 连杆设计内容.................................................................................................. 6
2.4.1 摇杆的摆角初选.................................................................................. 6
2.4.2 铰点位置和曲柄长度的设计.............................................................. 8
2.4.3 曲柄摇杆机构的设计.......................................................................... 9
2.4.4 校核最小传动角.................................................................................. 9
3、机构的运动和动力分析........................................................................................ 10
3.1 概述................................................................................................................ 10
3.2 用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析........................................ 11
3.2.1 绘制机构运动简图............................................................................ 11
3.2.2 作速度分析........................................................................................ 13
3.3 用矢量方程图解法作平面连杆机构的动态静力分析................................ 14
3.3.1 对机构进行运动分析........................................................................ 15
3.3.2 确定各构件的惯性力和惯性力偶矩................................................ 15
4、 杆件的设计.......................................................................................................... 16
4.1 杆件的类型.................................................................................................. 16
4.2 钢材和截面的选择...................................................................................... 17
4.3 杆件间的联结.............................................................................................. 17
4.3.1 剪切强度计算.................................................................................. 17
4.3.2 挤压强度计算.................................................................................. 17
4.3.3 稳定性的校核.................................................................................. 18
5、 减速机的设计及选择.......................................................................................... 18
5.1 电动机的选择.............................................................................................. 18
5.1.1 选择电动机类型和机构形式.......................................................... 18
5.1.2 功率的计算...................................................................................... 18
5.1.3 电动机功率计算.............................................................................. 19
5.1.4 传动效率.......................................................................................... 19
5.1.5 确定电动机转速.............................................................................. 19
5.2 确定传动装置传动比.................................................................................. 19
5.2.1 总传动比.......................................................................................... 20
5.2.2 分配减速器的各级传动比.............................................................. 20
6、 机架的设计.................................................................................................. 20
6.1 机架钢材料的选择.............................................................................. 20
6.2 钢结构设计应满足的要求.................................................................. 20
6.3 传输机附件的设计.............................................................................. 20
参考文献 ..................................................................................................................... 21
致谢 ............................................................................................................................. 22
内容摘要：
在科技越来越发达的今天，各行各业中生产效率便显得更加重要。
为提高生产效率，各行业对设备的自动化程度提出了更高的要求，各种输送机的用途也越来越大，与此同时对输送机的要求也越来越高。在本次工件输送机的设计里，对输送机的输送距离、输送速度及其精确度都提出较高的要求。本次设计对步进式工件输送机的各个部分进行选择和分析，并对产品的经济性和质量的稳定性方面，也做了重要的把握。
关键词：输送机；连杆机构；齿轮传动。
1 绪论
1.1背景介绍
进入21世纪以来， 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。
企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等，使学生进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际结合的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。因此，毕业论文设计在机械类专业学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。
本次我设计的是步进式工件输送机，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对步进式工件输送机的设计进一步了解机械设计的流程，为我们今后的设计工作奠定了基础。
1.2方案比较
经过反复调查研究，查阅相关资料，我们根据工件传输机的工作状况的要求，提出了以下四种方案：
方案一：直接用带传动和步进电动机来实现滑架的往返运动，通过步进电动机的正反转控制往返运动，通过单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。
方案二：运用齿轮齿条和步进电动机来实现滑架的往复运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现滑架的往返运动。
方案三：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。
方案四：运用连杆机构，减速机，普通电动机。通过普通电动机可以获得运动所需要的动力，减速机调整相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速度比，节奏，步长和滑架的运动轨迹。
经过可行性调研，我们发现方案一中步进电机的功率和工作状况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且步进电机拥有一个很明显的优点，就是它有精确的正反转功能，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移，或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载的变化而影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简
单，而且低速精度高。虽然如今步进电机已经被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规条件下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。方案二也存在类似的问题，方案三机构结构简单，构造也较为普通，且运行时噪声低。运动行程十分明了，缺点是该机构有两个自由度，所以运动难遇控制，不够平稳。而且液压机构成本太高，且维护检修复杂。而方案四对于方案一方案二的问题有了很好的实现，而且普通电动机容易选择，减速机和连杆机构，结构可靠，稳定性高,可以承受一定的冲击，所以此方案较合理。
在整个设计过程中，连杆机构的设计和分析应是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括工作机构和传动系统的运动分析，连杆机构的运动和动力分析，减速机及电机的选择设计。本课题的难点是连杆机构的分析和动力运动的分析。
1.3设计方案综述
工件输送机是一种实现往复传送可以间歇性地输送工件的机械，通过传动装置，电动机驱动滑架往复移动工件，行程时，滑架上的推爪推动工件前进一个步长，当滑架返回的时候，因为推爪下部有压缩弹簧，所以推爪从工件底面滑过，工件保持不动，当滑架再次向前推进时，已复位，就这样往返推动工件前移。
设计意义：工件传输机在自动化流水线上的充分运用能提高工厂的生产率，减轻工人的劳动强度，保障工人的生命安全，为实现车间无人化提供了可靠的条件。
2 连杆机构的设计
2.1 连杆机构的定义及特点
连杆机构是一种应用非常广泛的机构，折叠伞的收放机构，机械手的传动机构以及人体假肢的设计等，都是连杆机构。
连杆机构的定义：(1)某原动件的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件才能传动从动件，中间构件称为连杆。这些机构统称为连杆机构。(2)这些机构中的运动副一般均为低副。故连杆机构也称低副机构。
连杆机构的特点：
(1) 连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单，故容易加工。
(2) 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平面一般运动的连杆、作往复直线移动的滑块等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。
(3) 在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。
(4) 连杆曲线具有多样性。连杆机构中的连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展的一个平面，该平面称为连杆平面。在机构的运动过程中，固接在连杆平面上的各点，将描绘出各种不同形状的曲线，这些曲线称为连杆曲线。
(5) 在连杆机构的运动过程中，一些构件（如连杆）的质心在作变速运动，由此产生的惯性力不好平衡，因而会增加机构的动载荷，使机构产生强迫振动。所以连杆机构一般不适于用在高速场合。
(6) 连杆机构中运动的传递要经过中间构件，而各构件的尺寸不可能做得绝对准确，再加上运动副间的间隙，故运动传递的累积误差比较大。
2.2 平面曲柄摇杆机构
在铰链四连杆机构中，若两个连架杆中一个为摇杆，另一个为曲柄，那么这个四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可以把曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，此种机构应用比较广泛。
2.3 平面四连杆机构有曲柄的条件
(1)杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。
(2)在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为整转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。
(3)在有整转副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为整转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连构件为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。
(4)如果四杆机构不满足杆长之和条件，则不论选取哪个构件为机架，所得
到机构均为双摇杆机构。
综上所述：平面四杆机构中曲柄存在的条件是四个杆的长度关系，谁做机架决定是否会存在曲柄。
2.4 连杆设计内容
输送机的工作阻力Fr=5000N，步长S=450mm，往复次数N=40 次/分，行程速
比系数K=1.3，高度H=800mm。输送时滑架受到的阻力Fr视为常数，滑架宽度为250mm，使用折旧期为5年，每天二班制工作，载荷里有中等冲击，工作环境清洁，室内，三相交流电源，工作机构效率为0.95，用于小批量生产。
2.4.1 摇杆的摆角初选
根据设计的常识一般初选摆角为40°-50°左右,再由步长定摇杆长度,一般取LCD≈(0.6-0.7) LDE , LEF≈(0.2-0.3) LDE。
2.4.2 铰点位置和曲柄长度的设计
根据行程速比和传动角要求铰点A的位置及曲柄连杆长度。根据所给条件以及现场的要求，和行程速比系数K，在设计四连杆时，可利用机构在极位时的几何关系，再运用其它辅助条件进行设计。
2.4.3 曲柄摇杆机构的设计
通过摆角及行程速比系数K=1.3和摇杆长度来设计该机构。首先按公式θ=180°(K-1)/(K+1)算出极位夹角θ为23.5°。
然后任取一点D,再用此点为顶点作等腰三角形,使两腰的长度等于CD, ∠C1DC2=φ。作C2N使∠C2C1N=90°-θ,再作C2M⊥C1C2, C2M与C1N的交点P。作△PC2C1的外接圆,那么圆弧C1PC2上任一点A到C1和C2的连线所形成的夹角∠C1AC2都等于极位夹角θ ,所以曲柄的轴心A应在这个圆弧上。
设曲柄的长度为a,连杆的长度为b，那么AC1=b+a, AC2 =b-a.所以
a=(AC1-AC2)/2于是以A为圆心,以为AC2为半径作圆弧交AC1于点E,则得出a=EC1/2,b=AC1-EC1/2。设计时应注意,曲柄的轴心A不能选在弧段上,否则机构将不能满足运动连续性的要求。
根据上面的方法可以算出平面四连杆机构的杆长分别为a=115mm，b=385mm，c=380mm，d=380mm。
2.4.4 校核最小传动角
在机构运动过程中,传动角的大小是不停变化的,为了保证机构的传动性能要求,设计时应使γmin≥40°传递力矩比较大时，则应使γmin≥50°；对于一些受
力很小或者不经常使用的操纵机构，则可允许传动角小一些，只要不发生自锁就可以。最小传动角与机构中各杆的长度有关。
所以满足最小传动角的要求。
因此可以定出该要求设计的机构的总体尺寸,即LAB=a=115mm，
LBC=b=385mm,LCD =c=380mm,LAD =d=380mm,LDE =550mm,LEF=180mm。
上面的LAB是杆件AB的长度，LBC是杆件BC的长度，LCD是杆件CD的长度，LAD是杆件AD的长度，LDE是杆件DE的长度，LEF是杆件EF的长度。曲柄摇杆机构的运动简图见下图1-1。
图1-1 曲柄摇杆机构的运动简图
3 机构的运动和动力分析
3.1 概述
用矢量方程图解法进行机构的速度和加速度的分析, 矢量方程图解法依据的基本原理是理论力学中的运动合成原理。对机构进行速度和加速度的分析时,首先要根据运动合成原理列出机构运动的矢量方程,然后再根据该方程来作图进行解决.
3.2 用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析
根据构件上已知的一点的速度和加速度能够求出另外的点的速度和加速度(包括大小和方向),所以在以图解法作机构的速度和加速度的分析的时候,应该先从具备这个条件的构件着手,再分析与该构件依次相连的其他各构件。
在用图解法作机构的运动分析时，需要先绘出该机构的运动简图，然后再根据运动简图进行速度和加速度的分析，求解的步骤说明如下：
3.2.1 绘制机构运动简图
根据前面所描绘的方法和步骤，选取尺寸比例尺μL=LABAB(m/mm)，并按照比例尺准确地绘制出机构的运动简图如图1-1所示。
3.2.2 作速度分析
根据用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度分析可知，速度求解的步骤应依次求出相应各点的速度和杆件的角速度。
1、求vB
40vB=LABω1=0.115m⨯60rad/s=0.077m/s (3.1)
方向垂直于AB，指向与ω1的转向一致。 2、求vC因点C及点B都为同一构件2上的点，故得
vC = vB + vCB
式中vC及vCB的大小未知，所以用图解法求解。
图3-2 速度分析图
vB，那么速度比如图3-2所示，取点P作为速度多边行的极点，并作pb 代表
vCB，vC的方向线，两例尺。再分别自点B，P作垂直于BC，CD的直线bc,pc,代表
pc线交于点C，则矢量，bc分别代表vC和vCB，于是得
(3—2) vC=μVpcm/s==210mm⨯0.077200(m/s)/mm=0.08085m/s
3）求vE 由于E点和C点都在杆件3上，杆件3上的点的角速度都相同，所以
vE=LCD⋅vC=0.126m/s
4）求vF
vF = vE + vFE
(3—3) vF=μV⋅pfm/s=255mm⨯200(m/s)=0.0982
于是有
μVbcLCB
ω2=
VCBLCB
=
⨯45
rad/s=0.000385=0.045rad/s (3—4) 0.385
0.000385⨯210
ω3=ω4=
VCDCD
=
μVpcCD
rad/s==0.2128rad/s (3—5)
VEF
EF
=
μVpfEF
rad/s=
0.000385⨯255
=0.5454rad/s (3—6)
3.3 用矢量方程图解法作平面连杆机构的动态静力分析
动态静力分析是根据达朗贝尔原理将惯性力和外力加在机构的相应构件上，用静力平衡的条件求出各运动副中的反力和原动件上的平衡力的一种比较常用的工程方法。进行动态静力分析首先是求出个构件的惯性力,并把它们当作外力加于产生这些惯性力的构件上面。然后再根据静定条件将机构分解为若干个平衡力和构件组作用的构件。而进行力分析的顺序一般是由离受平衡力作用的构件的
最远构件组开始,逐步推算到平衡力作用的构件上。
3.3.1 对机构进行运动分析
在之前的运动分析里，已经用选定好的长度比例尺μI,速度比例尺μv,加速度比例尺μa,绘出了机构简图及其速度多边形和加速度多边形。
3.3.2 确定各构件的惯性力和惯性力偶矩
在对机械进行动态静力分析时需要求出各构件的惯性力,在新机械的设计中,机构中各构件的结构尺寸,质量和转动惯量等参数都尚未确定,根据设计经验先给出各构件的质量和转动惯量等参数,再进行静力分析,在这个基础上进行各构件的强度验算,再根据验算的结果对构件尺寸进行修正,最后定出构件的结构尺寸。
（1）计算各杆的质量及转动惯量
因为各杆都是拉压杆件,要求力学综合性能较高,所以选45号钢,各杆应初选直径。见表3-1
表3-1 杆件质量特性表
各杆中除了杆2外,惯性力都可以作用在机架上,因此在进行动态静力分析时可以忽略不计,作用在连杆2上的惯性力及惯性力偶矩为：
PI2=m2as2=m2μaps2=7.646kg⨯0.000255(m/s2)/mm⨯113mm=0.220N
(3—14)
0.000255
MI2=JS2α2=JS2aCBt/LBC=JS2μan2'c'/LBC=0.00597⨯234⨯0.385=0.0009N⋅m
(3—15)
将PI2及MI2合并成一个总惯性力PI2',其作用线从质心S2处偏移一距离h2，
其值为h2=MI2/PI2=0.0009 (3—16) 0.220=0.0041m=4.1mm
4 杆件的设计
根据上一章已经计算出来的杆件受力情况和工作状况，现在要求分析杆的类型和一系列的稳定性以及截面的设计。
4.1 杆件的类型
杆件是四连杆结构,根据受力的方向得知，属于拉压杆。
4.2 钢材和截面的选择
1、因为拉压杆的综合性能要求比较高，根据用途选45钢，有关物理属性见下表4-1。
表4-1 杆件材料的质量系数
2、选择截面尺寸
根据上一章各轴之间力的计算可以知道拉压杆所受的外力，根据强度条件可以确定所需要的横截面面积。
式中S为大于1的安全系数取S=1.3 其中σ为极限屈服系数。
选连杆2作校核由于所选的是圆形杆件，所以确定直径为 基于制造困难和稳定性的考虑，于是取d2为初选的参数。
ο
4.3 杆件间的联结
拉压杆与其它构件之间，或者一般构件与构件之间，常采用销轴，耳片，螺栓等相联接。连结件的受力与变形都比较复杂，在工程实际中，我们常常采用简化分析的方法。他的要点是：对连接件的受力与应力分布进行简化，然后计算出各部分的名义应力。以下为计算轴和耳片。
4.3.1 剪切强度计算
考虑图中所示的轴销，它的受力情况如图所示，可以看出，作用在轴销上面
的外力有以下几个特点：外力垂直作用于轴销的轴线，且作用线之间的距离很小（轴销一般都是短而粗的）。根据受力情况可以看出，轴销上主要受剪切力的作用。在工程力学计算中，通常都假设剪切面上的剪应力是均匀分布的。剪切面上的剪应力不得超过连接件上的许用剪应力[τ]，即要求
Q=P (4—1)
其中许用剪切应力[τ]表示为连接件的剪切极限应力除以安全系数。
4.3.2 挤压强度计算
在外力作用下,孔与销轴直接接触,接触面上的应力称为挤压应力。当挤压应力过大时,在孔和销接触的局部区域内,将产生明显的塑性变形,导致影响孔,销孔的直径为d ,耳片的厚度为t ,根据实验分析结果得知
:
间的正常配合。最大挤压应力σbs发生在该表面的中部。挤压应力为Fbs,销或
图4-1 轴销受力示意图
σbs≈Ftd
b
(4—2)
Td表示受压圆柱面在相应径向平面上的投影；
σbs表示最大挤压应力,数值上与径向截面的平均压应力相等。
由上述分析可知,为了防止挤压造成破坏,最大挤压应力σbs不得超过连接
件的许用压应力[σbs],即要求
[σbs]表示连接件的挤压极限应力除以安全系数。
因此，从挤压强度考虑, 接头的许用载荷是
[P]=td[σbs]=40⨯30⨯300=360KN
4.3.3 稳定性的校核
当作用在细长杆上的轴向力达到或超过一定限度的时候，杆件可能会突然产生弯曲，即失稳现象。因此，对于轴向受压杆件，除了应考虑它的强度和刚度问题外，还应考虑它的稳定问题。 1、临界载荷
该连杆为两端铰支细长压杆。 2、校核
钢的屈服应力 ，所以，连杆压缩屈服所需的轴向压力
由以上的分析可以得知,为了保证压杆在轴向压力的作用下不被导致失稳,必须满足下面的稳定条件。
式中： 代表稳定安全系数； 代表稳定许用压力。 工况为一般的中度冲击。
上述表明，细长杆的承压能力是由稳定性的要求确定的。
5减速机的设计及选择
减速机是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。
选用减速机时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速机的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速机。减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。
5.1 电动机的选择
5.1.1 选择电动机类型和机构形式
电动机是常用的原动机，并且是标准化和系列化的产品。机械设计中要根据工作机的工作情况和运动，动力参数等，选择合适的电动机类型，结构形式，传递的功率和转速,再根据这些确定电动机的型号。
电动机有交流电动机和直流电动机之分,工业上常采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中普通笼型异步电动机在平时应用最广泛。在一般的设计中，优先选用Y系列笼型三相异步电动机，因为它具有高效，噪音小，振动小，节能，安全可靠的特点,而且安装尺寸和功率等级符合国际标准,适用于那些无特殊要求的各种机械设备。
根据所给条件中工作场地的要求:每天二班制工作，载荷中有中度冲击，工作环境清洁，室内，三相交流电源。所以选择电动机为Y系列380V 三相笼型异步电动机。
5.1.2 功率的计算
电动机在功率方面的选择是否合适将直接影响到电动机在工作性能和经济性能方面的体现。如果选用的电动机额定功率小于工作机所要求的功率,那么工作机就不能正常工作, 而且容易是电动机因为长期过载而导致过早损坏,如果选用的电动机额定功率大于工作机所要求的,那么相比于电动机的价格，没有得到充分的应用，而导致浪费。
在设计过程中,由于工件传输机一般为长期连续运转,载荷不变或很少变化的机械,并且传递功率较小，故只需使电动机的额定功率Ped等于或梢大于电动机的实际输出功率Pd ,即P这样电动机在工作时就不会过热,一般不需要对ed>Pd。电动机进行热平衡计算和校核启动力矩。
5.1.3 电动机功率计算
w
P=电动机所需工作功率为dηa
P
式中：Pw工作机所需工作功率,指工作机主动端运输带所需功率。
ηa由电动机至工作机主运动端运输带的总效率。
工作机所需工作功率,应由机器工作阻力和运动参数计算 T—工作机的阻力矩 ω—工作机的角速度
5.1.4 传动效率
传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,η=η1∙η2∙η3…ηn
其中:分别为每一传动副,每对轴承,每个连轴器的效率.传动副的效率数值可按下列选取,轴承及连轴器效率的概略值为: 滚动轴承0.98-0.995，滑动轴承0.97-0.99，弹性连轴器0.99-0.995，齿轮连轴器0.99，万向连轴器0.97-0.98
5.1.5 确定电动机转速
容量相同的同类电动机,有几种不同的转速系列供使用者选择,如三相异步电动机常用的有四种同步转速,即3000,1500,1000,750r/min(相应的电动机定子绕组的极对数为2,4,6,8)。同步转速为由电流频率与极对数而定的磁场转速,电动机空转时才可能达到同步转速,负载时的转速都低于同步转速。
为了合理的设计传动装置，根据工作机的主轴转速要求和各传动比范围，可推算出电动机装速的可选范围，其中包括电动机可选转速范围，传动装置总传动比的合理范围，以及工作机主轴转速。
选定电动机类型,结构,对电动机可选的转速进行比较,选定电动机转速并计算出所需容量后,即可在电动机产品目录中查出所要的电动机。根据工况和计算所选电动机见下表5-1。
表5-1 电动机参数表
5.2 确定传动装置传动比 5.2.1 总传动比
由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速,可得到传动装置的总传动比
nm
i=为 an
其中nm为选择电动机的满载转速,n为工作机主动轴转速。该设计中nm为960r/min,n为40r/min。所以
ia=
nm
n
r/min=96040r/min=24 (5—2)
总传动比为各级传动比i1,i2,i3…in的乘积，即ia=i0⋅i1
i0，i1分别为减速器各级传动比。
5.2.2 分配减速器的各级传动比
考虑润滑的条件我们选用闭式布置，,为使两级大齿轮直径相近,可由二级圆柱齿轮减速器传动比分配图资料查得i0=6.2，则i1=i/i0=24/6.2=3.87。
6机架的设计
机器的全部重量将通过机架传至基础上.机架零件还负有承受机器工作时的作用力和使机器稳定在基础上的作用。运输机的机架的设计:机架的设计使用槽钢焊接成,根据实际情况和工作需要选取、滑架部分轴加滚套的形式来实现工件在工作台上的滑动,工作行程时滑架上的推爪下部有压缩弹簧,推爪得以从工件底面滑过,工件保持不动,推爪已复位,并推动新的工件前移,前方推爪也推动前一工件前移,如此周而复始,工件不断前移。减速机和曲柄之间用连轴器来传递扭矩和转速。
对于机架零件一般要有以下要求：1、足够的强度和刚度；2、形状简单,便于制造；3、便于在机架上安装附件。对于带有缸体,导轨等的机架零件,还应有良好的耐磨性,以保证机器有足够的使用寿命，.高速机器的机架零件还应满足振动稳定性的要求。
强度和刚度是评判机架零件工作能力的基本准则。机架的零件的形状复杂,受外界的因素的影响很多,设计时通常都是先根据机器的工作要求和类型相近的机器拟订机架的结构形状和尺寸,然后进行初略计算以核验其危险截面的强度。
6.1 机架钢材料的选择
在工程结构中，钢结构是应用比较广泛的一种建筑结构，一些高度或跨度比较大的结构，载荷或吊起重量很大的结构，有较大的结构，有较大的振动的结构，高温车间的结构等等，采用其他建筑材料，目前尚有困难或不很经济，则可考虑用钢结构，而本设计中用到的钢结构用于整个传动装置的支承的主框架结构，用这种钢结构具有以下的几个优点：
1、材料强度高
在相同的载荷条件下，采用钢结构时，结构的自重较小，当跨度和满载相同时，由于重量轻，便于运输安装。
2、安全可靠
钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性。 3、工业化生产程度高
与其它结构相比，钢结构工业化生产程度高，能成批大量生产，制造精度高，
采用工厂制造，工地安装的施工方法，可缩短周期，降低造价，提高经济效益。
4、具有一定的耐热性
温度在35度以内钢的性质变化很小，温度达到30 度以后强度逐渐下降达到45度～60度时，强度为零。一般用于温度不高于25 度的场合。该机器工作场合是室内,所以符合要求。
6.2 钢结构设计应满足的要求
1、结构必须有足够的强度，钢性和稳定性；
2、要符合工作机的使用要求，要有良好的耐久性；
3、尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；
4、尽可能缩短制造安装时间，节约劳动时间；
5、结构要便于运输、维护；
6、可能条件下，尽量注意美观，特别是外露机构。
根据以上各项要求，钢结构设计应该重视贯彻和研究节约钢材，降低造价的各种措施，做到技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。
根据以上各原则和工作机器的工况要求,我选择槽钢及方管。
6.3 传输机附件的设计
由于该工件传送机需要实现来回往复运动,因此在设计时运用滑架在机架中的滑动，用连杆来联接滑架，提供往返滑动的轨迹和动力，滑架放置在机架上的滑槽内。
1、辊子的设计
工件在传动的时候,需要减少其运动带来的阻力,因此在设计时,采用了若干辊子使工件可以在辊子上滚动,从而实现了滚动摩擦代替滑动摩擦,减少了工件和工作机之间的摩擦,提高了工作效率。
2、推爪和压缩弹簧簧的设计
在滑架上端的辊子上的工件需要一个向前的推动力，在滑架的两侧设计两个推爪来推动工件的向前滑动。工作行程时滑架上推爪推动工件前移一个步长，推爪的后端设计成方形，前端设计成圆形，由于是往返输送工件，所以要求推爪有
复位装置,在推爪下部装有压缩弹簧，可以在滑架返回时使推爪可以从工件的底部滑过，工件保持不变,当滑架再次向前时，推爪已复位，并推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移，如此周而复始，工件不断前移。
在自由状态下，压缩弹簧的各弹簧圈间应留有少量间隙（δ≈0.5mm）。否则，在弹簧工作时，各圈将彼此接触并产生摩擦和磨损。
由于压缩弹簧的弹簧丝主要受弯曲作用，所以从材料利用方面看，以采用方形弹簧丝制造扭转弹簧较为合理，但因圆弹簧丝容易获得，故仍以圆弹簧丝用得普遍。
参考文献
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致谢
在做本次毕业设计中，先是拟定了设计方案，通过电动机获得动力，通过减速器控制转速，通过连杆机构控制步长，根据给定的一些数据，先是对连杆机构进行分析计算，将各杆的长度和速度计算出来，然后再根据这些计算所需要的动力，再由生产的环境，要求等选择合适的减速器和电动机。在这些都定下以后就是对整个机构的各个部分进行验算。最后根据这些条件画出装备图和零件图。
利用连杆机构设计的输送机，不仅仅在使生产效率提高方面有很大的提高，同时在财力，人力方面也有很大的节省，在越来越注重效益的生产中有着很大的发展前景。
本设计包括了以下内容:决定传动装置的总体设计方案;选择电动机;计算传动装置的运动和动力参数;传动零件,连接件,连轴器的选择和效验计算;机体结构及其附件的设计。