机械原理课程设计报告-棒料输送线布料装置.docx

哈尔滨工业大学课程设计说明书harbin institute of technology机械原理课程设计说明书课程名称： 机械原理 设计题目： 棒料输送线布料装置（方案2） 院 系： 英才学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 古 乐 设计时间： 2015.7.6-2015.7.11 哈尔滨工业大学目录1、设计课题概述 12、工艺分析 13、运动功能分析 23.1执行构件1的运动功能分析 23.2执行构件2的运动功能分析 23.3减速有级变速系统 23.4设计运动构件1和2与原动件的传动关系33.5运动功能系统图44、机械系统运动方案拟定45、机械系统运动方案设计85.1执行构件1的尺寸设计85.2执行构件2的尺寸设计85.3槽轮机构的设计85.4滑移齿轮和锥齿轮的设计 105.4.1修正传动比并确定中心距 105.4.2 计算圆柱齿轮及凑配中心距 105.4.3 计算变位系数 105.4.4 圆锥齿轮尺寸的计算 105.5各结构基本参数及尺寸 116、运动方案分析 126.1转向分析 126.2时序分析 136.3实际转速的计算13哈尔滨工业大学课程设计说明书1.设计课题概述如下图1所示棒料输送线布料装置的功能简图。料斗中分别装有直径35mm，长度150mm的钢料、铜料和铝料。在输送线上按照图2所示的规律布置棒料。原动机转速为1430rpm，每分钟布置棒料45,75,105块，分3档可以调节。图1图2如图1,2可以看出，该传送机构由两个执行构件构成，即：执行构件1为推料滑块，将料槽中的最下面的棒料推入输送线的相应槽内，运动形式为间歇往复的直线运动；执行构件2为输送线传送带，主要带动产品在输送线上运动，运动形式为单向间歇直线运动。2.工艺分析两个构件的协调关系如下图所示：执行构件运动情况1（滑块）推程回程停止2（传送带）停止运动 t1=t/2 t2=t/2 t图3 棒料输送线布料系统运动循环图从上图中可以看出两个执行构件的运动周期相等，因此在设计时，采用一个原动件即可实现该功能，构件1在构件2停止时执行推程-回程运动，将料块从料槽推出；在构件2运动时，构件保持停止状态。并且可以看出构件2的间歇时间与运动时间相等。3.运动功能分析3.1 执行构件1的运动功能分析执行构件的运动功能需要将主动件的连续转动转化成间歇的往复直线运动，从而将棒料推出。经转速配合后，要求主动件每单向转过90度，从动件往复运动一次。为实现每分钟布置45,75,105个棒料，主动件转动的转速分别应该是：11.25,18.75,26.25rpm。图3 执行构件1的运动功能图执行构件1不能直接从连续旋转运动转化成间歇往复的直线运动，因此需要一系列的构件实现构件1的功能。首先要将主动件的连续转动转化成降速成转速符合要求的连续转动，再将连续转动转化成间歇转动。最后将间歇转动转化成间歇往复的直线运动。则构件1最终的运动功能图如下图所示：图4 执行构件1的实际运动功能图3.2 执行构件2的运动功能分析执行构件2主要完成的是将原动机的连续转动转化成间歇直线运动。主动件槽轮单向旋转一周，从动件（执行构件2）前进1次，根据设计题目要求，执行构件2每次移动400mm，即运动两块棒料。主动件转动一周，运送四块棒料。则，转速应为11.25,18.75,26.25rpm。图5 执行构件2的运动功能图则要将连续运动的单向转动转化成间歇运动,由系统运动循环图可以看出执行构件2的间歇时间同样是工作周期的一半,并且若将间歇转动的从动件直接驱动传送带,回转半径过大.所以再添加一个增速运动单元使其i=0.25。执行构件2的实际运动功能图如下：图6 执行构件2的实际运动功能图3.3 减速有级变速系统原动机转速为1430rpm，为了达到所需传动比，原动机和执行构件要添加变速器，要求执行构件的主动件分别得到11.25,18.75,26.25rpm的转速。则传动比有三种：i1=143011.25=127.1111i2=143018.75=76.2667i3=143026.25=54.4762加入过载保护，ipmax为2.8，则：i1=ipmaxiv1ifi2=ipmaxiv2ifi3=ipmaxiv3if 127.11=2.8iv1if76.27=2.8iv2if54.47=2.8iv3if滑移齿轮的传动比不能大于4，在这里，因为i1传动比最大，因此取iv1为4，则：if=i1ipmaxivmax=127.112.84=11.35所以：iv2=2.40 iv3=1.71图7 过载保护运动单元由此可得如下传动系统有级变速功能单元图：图8 有级变速运动功能单元传动比if由两对圆柱齿轮实现，并且这两对圆柱齿轮对应的齿数相同。且均为标准齿轮。图9 定轴传动运动功能单元3.4 设计运动构件1和2与原动件的传动关系为了保证运动构件1与运动构件2能通过一个原动机传动，可以在减速单元后设计分支单元，因为构件1所需的转速与构件2所需的转速相同，所以可以直接在减速机构后面添加分支单元而不需重新设计传动比。但是由于构件1的运动平面与构件2的运动平面相垂直，并且为了保证构件之间的空间协调性，需要利用几对锥齿轮改变运动平面的方向。则分支单元及变向单元的功能如下：图10 分支转向运动单元3.5运动功能系统图根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能图：图11 系统的运动功能图4.机械系统运动方案拟定根据运动功能图，选择不同的机构代替各个运动功能单元。 运动功能单元1为原动机，其转速为1430rpm。 图12 运动功能单元1转换运动单元2为过载保护及减速单元。过载保护采用带传动，其传动比为i=2： 图13 运动功能单元2转换 运动单元3为变速运动功能单元，采用滑移齿轮实现变速功能。 图14 运动功能单元3转换 为了满足传动比需求，在变速滑移齿轮之后加入两对圆柱减速齿轮调整传动比，下图为两对圆柱齿轮： 图15 运动功能单元4转换 因为运动构件2的运动平面与上述构件运动平面相垂直，因此要利用锥齿轮改变运动平面的方向，因为是等齿传动，所以并不改变传动比。 图16 运动功能单元4的转换因为要将原动件的转动传递到两个传动构件上，因此要设计分支单元，同时要保证运动方向与原来的运动平面相垂直，因此利用到两对共轴的锥齿轮，每对锥齿轮为等齿，所以不改变传动比。 图17 运动功能单元6,7,11的转换 为了将主动件的连续转动转化成从动件的间歇转动，采用槽轮进行替换。该运动功能单元的运动系数=0.5。,槽轮的径向槽数为4，经计算，销钉个数为2。因为执行构件1和执行构件2的周期相同，因此间歇运动相同，则可采用相同的槽轮。 图18 运动功能单元8，12的转换为了保证空间协调性，由于减速后的齿轮过大，应采用加速圆柱齿轮。其中一个齿轮与执行构件2的槽轮相固连，另一个齿轮作为原动件带动连杆滑块机构。 图19 运动功能单元13的转换最终执行构件2要实现单向间歇直线运动，因此，需要利用一对圆柱齿轮，其中一个与槽轮固连，另一个带动传送带运动，这样就可以实现预定功能了。 图20 运动功能单元14的转换所有的运动功能单元通过具体的构件替换后，经过连接配合，整个系统的运动简图如下图所示： 图21 系统机构运动简图5.机械系统运动方案设计5.1执行构件1的尺寸设计 执行构件1主要由槽轮机构、一对圆柱齿轮、曲柄滑块机构组成。因为拨盘转过半周时，槽轮转过1/4周，运动系数为0.5。圆柱齿轮的传动比为0.25，则槽轮转过1/4周，圆柱齿轮转过一周。根据要求棒料长度为150mm，为了保证滑块顺利将棒料推下，设定滑块的行程为200mm。则根据几何关系：（c1，c2为两处极限位置）图22 曲柄滑块极限位置ac1=bc-ab ac2=ab+bc规定曲柄滑块的行程速比系数：k=1.4，则极位夹角为：=k-1k+1180=30由余弦定理： cos=ac22+ac12-c2c122ac1ac2且曲柄存在的条件为：ac+e40则该机构设计合理，符合传动要求。5.2执行构件2的尺寸设计执行构件2由槽轮、一对圆柱齿轮和带传动构成。因为执行机构2的槽轮和执行机构1的槽轮结构相同。即：槽轮机构的拨盘旋转一周，槽轮旋转1/4周，运动系数为0.5。圆柱齿轮的传动比为0.25，槽轮转过1/4周，圆柱齿轮转过一周。5.3槽轮机构的设计槽轮机构19、20与槽轮机构28、29完全相同，为满足运动系数=0.5，根据公式=jz-22z确定拨盘圆销数j=2，槽轮槽数z=4，如图图23 槽轮机构简图槽轮槽间角2=360z=3604=90槽轮每次转位时拨盘的转角2=180-2=90设定中心距 a=100mm拨盘圆销回转半径 =ra=sin=sin45=0.7071r=a=70.711mm槽轮半径=ra=cos=0.7071r=a=70.711mm锁止弧张角 =21j+1z-12=90圆销半径 rar6=70.7116=11.78mm=12mm槽轮槽深 h(+-1)100+12=53.42mm锁止弧半径 rsr-ra=58.7mm 取rs=48mm。5.4滑移齿轮和锥齿轮的设计5.4.1修正传动比并确定中心距滑移变速齿轮由三对圆柱齿轮构成，设三对齿轮的齿数分别为z1，z2，z3，z4，z5，z6。则由3.3可知，要求三对齿轮的传动比应为：iv1=4 iv2=2.40 iv3=1.71锥齿轮有两对，令其为标准锥齿轮并且，这两对的齿数对应相同。经过3.3初步得到的if（两对锥齿轮的传动比之积）为11.35。设两对锥齿轮的齿数分别为z7，z8，z9，z10。为了保证传动精度，需要经过反复修改iv和if的值。要求三个档位经过变速滑移齿轮和锥齿轮传动后最终的传动比分别为45.397，27.238,和19.456。为了避免根切，标准齿轮的最小齿数应该大于等于17，在三对齿轮当中z1和z2的传动比最大，令z1=17，z2=67。则：iv1=6717=3.941if=i1ipmaxivmax=127.112.83.941=11.519则每对锥齿轮的传动比为：iz=if=11.519=3.394选取z7=z9=23，z8=z10=78，经矫正：if=78/232=11.498则其他两对圆柱齿轮的传动比矫正为：iv2=i2ipmaxif=76.272.83.3912=2.369iv3=i3ipmaxif=54.482.83.3912=1.6925.4.2 计算圆柱齿轮及凑配中心距滑移变速齿轮的标准中心距为：z1+z2=17+67=84（模数取2mm），为了保证传动比，第三对圆柱齿轮采用正传动，采用正传动不仅可以凑配中心距，还能提高传动性能。最终采取z3=25，z4=59，z5=31，z6=52。则实际传动比为：iv1=3.941 iv2=2.360 iv3=1.677因为z7,z8,z9,z10(模数为2mm)为标准齿轮传动，所以中心距为a=z7+z8=78+23=111。而在执行构件1和执行构件2处，为了保证空间协调性，尤其是传动构件1要使当槽轮转过1/4周时，滑块完成一个完整的周期。所以需要使用加速机构，并且加速传动比为4，所以采用圆柱齿轮。设其齿数分别为z11，z12，z13，z14（模数为2mm）。为了保证传动比，则z11=z13=68，z12=z14=17。因为是标准齿轮啮合，所以中心距为标准中心距，a=z11+z12=z13+z14=85。5.4.3 计算变位系数只有第三对圆柱齿轮采用了变位齿轮，所以只需算第三组的变位系数：=arccosacos20a=arccos83cos2084=21.80x5+x6=（inva-inv20）（z5+z6）/(2*tan20)=0.53则：x5=0.22，x6=0.31。 另外两对齿轮都是标准齿轮传动，可以直接设计其尺寸。5.4.4 圆锥齿轮尺寸的计算 根据要求锥齿轮只改变运动所在的平面的方向，不改变运动的传动比，所以设锥齿轮的齿数分别为：z15=z16=z17=z18=z19=z20;齿轮16的分度圆锥角 16=arctanz16z15=arctan1=45齿轮15的分度圆锥角 15=90-16=45锥齿轮的最小不根切当量齿数为: zvmin=17齿轮15的齿数按最小不根切齿数确定: z15= zvmincos1515齿轮16的齿数为: z16=30 z15=30取模数m=2mm，几何尺寸按标准直齿圆锥齿轮计算。圆锥齿轮17和18、19和20实现运动分支功能单元之后改变转速传递平面的功能，传动比均为1。这四个齿轮与圆锥齿轮16齿数完全相同。详见齿轮参数表。带轮2和4直径比为1:2.5，实现带传动比i=2.5。取d2=34mm，d4=85mm，带轮32与传送带33线速度相同，转动一周，传送带前进400mm，则d32=400mm127.32mm5.5.各结构基本参数及尺寸5.5.1 圆柱齿轮（模数为2mm）表1 圆柱齿轮齿数编号12345（变位）6（变位）7齿数17672559315223编号891011121314齿数78237868176817变位系数：x5=0.22,x6=0.315.5.2圆锥齿轮（模数为2mm）表2 圆锥齿轮齿数及圆锥角编号151617181920齿数303030303030分度圆锥角（）4545454545455.5.3曲柄滑块结构表3 曲柄滑块基本参数曲柄ab93mm连杆bc183mm滑块位移偏置距离e63mm滑块行程h200mm行程速度变化系数k1.45.5.4槽轮表4 槽轮基本参数槽间角45槽轮半径r70.71拨盘角45锁止弧张角90中心矩a100mm圆销半径ra12mm、0.7071槽轮槽深h53.42mm拨盘回转半径r70.71锁止弧半径rs48mm6 运动分析6.1转向分析下图中箭头表示其运动方向。图24 机构整体转向分析 图25 执行机构1局部的转向分析6.2时序分析设启动后，执行构件1先开始运动，执行构件2保持不动。拨盘25顺时针转动（装置左侧向右看）时的初始位置处于槽轮由停变动的分界位置，因此拨盘25与水平轴的夹角为45。此时曲柄滑块机构中，滑块位于离传送带最远的极限位置，曲柄与连杆重合，曲柄与水平轴夹角为43。拨盘25的一个圆销开始进入槽轮26的一个槽内，带动槽轮26逆时针转动。槽轮20转动90后，圆销