机械原理课程设计--棒料输送线布料装置.doc

哈尔滨工业大学课程设计说明书Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称： 机械原理课程设计 设计题目：棒料输送线布料装置（方案9）院 系： 英才学院 班 级： 1136005班 设 计 者： 高劲军 学 号： 6110810529 指导教师： 张 锋 设计时间： 2013.07.01-2013.07.05 哈尔滨工业大学目录机械原理课程设计任务书11题目要求22题目解答22.1 工艺方法分析22.2 运动功能分析及运动功能系统图32.3 系统运动方案拟定62.4 系统运动方案设计102.4.1 传送带部分设计102.4.2 两轴滑移齿轮设计102.4.3 圆锥齿轮以及运动分支减速部分设计122.4.4 传送带带轮设计122.4.5 料斗口送料装置设计132.5运动方案执行构件的运动时序分析142.5.1 执行机构1传送带的运动时序分析142.5.2 执行机构2、3、4的运动时序分析142.5.3 转向示意图162.5.4 经过设计后的运动循环图17棒料输送线布料装置（方案9）1题目要求如图下图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的钢料和铜料。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45,75,95块分3档可以调节。功能简图2题目解答2.1 工艺方法分析分析题目和功能简图，使推动输送带上运动的是执行机构1，使钢料下落的是执行构件2，使铜料下落的是执行构件3，使铝料下落的是执行构件4，四个执行构件的运动协调关系如图所示。下图1中T1为执行构件1的工作周期，T2是执行构件2的工作周期，T3是执行构件3的工作周期，T3是执行构件3的动作周期，T4是执行构件4的动作周期。可以看出，执行构件1做连续圆周运动，执行构件2、执行构件3、执行构件4都做间歇往复移动。4个执行构件的工作周期关系为： T1= T2= T3 =T4。工作周期 T1执行机构运动情况执行构件1运动执行构件2关闭开启执行构件3关闭开启执行构件4关闭开启 T1 = T2 = T3 = T4运动循环图2.2 运动功能分析及运动功能系统图为保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护能力，还具有减速功能，如图3所示。其中带传动的传动比。图3 过载保护运动功能单元根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图4所示。该运动功能把电机单向转动转换三种不同转速的转动，从而带动皮带运动来实现每分钟布置棒料45,75,95块分3档的调节。图4 有级变速运动功能单元考虑到传送带的实际运动方向与电机转向之间的关系，需要将变速器输出的转速通过运动传动方向转换的运动功能单元，改变为平行于传送带带轮轴向的转动，如图5。若通过一对圆锥齿轮仅需实现改变转速方向的目的，则这对圆锥齿轮不需要调整转速。故令此对圆锥齿轮的传动比为1。图5 运动传动方向转换的运动功能单元最后，为了使传送带的带轮尺寸在合理的范围之内，还需要在转速输入传送带之间进行转速调整，该功能的实现需要一个共轴带轮速度调整单元，如图6。图6共轴带轮速度调整单元根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的功能系统图，如图7所示。图7 实现执行构件1运动的运动功能系统图为了使用同一原动机驱动执行构件2、3、4，应该在图7所示的运动功能系统图加上1个运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件2、3、4，该运动分支功能单元如图8所示。执行构件2、3、4同步执行往复运动，其运动方向可与执行构件1的运动方向在同一平面内。图8 运动分支功能单元在从8运动分支功能单元输出转速输入执行机构2、3、4之前，还需要平行轴减速单元，如图9，来调整执行构件2、3、4的转速，以符合起运动周期。还需要运动分支功能单元，如图10，将转速分别输入执行构件2、3、4，实现执行构件2、3、4的同步运动。 图9 平行轴减速单元 图10 运动分支功能单元最后通过三个同样的运动单元，将转动转化为执行构件2、3、4的同步运动，来实现料斗送料周期，该部分设计两个运动方案。方案一：将转动转化为2、3、4的往复运动，从而实现料斗口的开关来实现对料斗口送料的周期性控制，如图11。图11方案二：将转动转化为2、3、4的直线运动，通过特定的传送装置来实现对料斗口送料的周期性控制，如图11。图12根据上述分析可以得出实现执行构件1和执行构件2、3运动功能的运动功能系统图即棒料输送线布料装置，如图13所示。图13 棒料输送线布料装置（方案9）的运动功能系统图2.3 系统运动方案拟定根据上图所示的运动功能系统图,选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元,便可拟定出机械系统运动方案。图13中的运动功能单元1是原动机。根据棒料输送线布料装置的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图14所示。图14 电动机替代运动功能单元1图13中的运动功能单元2是过载保护单元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图15所示。图15图13中的运动功能单元3是有级变速功能单元，可以选择滑移齿轮变速传动替代，如图16所示。图16 滑移齿轮变速替代运动功能单元3图13中的运动功能单元4是运动传递方向转换功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图17所示。图17 锥齿轮传动替代运动功能单元4图13中运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用运动功能单元4锥齿轮传动的从动轮旋转轴带动同轴齿轮，实现运动分支功能，如图18所示。图18从动圆锥齿轮旋转轴固联齿轮替代运动功能单元5图13中运动单元6是平行轴减速功能单元，可用运动功能单元5中分支齿轮的输出转速进行同轴减速，从而使最后的执行机构运动周期符合设计的功能，如图19。图19 不完整齿轮和曲柄滑块机构替代功能单元6图13中运动功能单元7是使执行机构2、3、4同步运动的运动分支功能，可以用功能单元6的输出轮带动一系列链轮实现，如图20所示。图20 链轮传动机构代替运动功能单元6图13中运动功能单元8、9、10是执行机构功能单元，可以通过运动功能单元7中的三个链轮的转动转化为往复运动，实现对料斗口送料的周期性控制。该功能可以通过两个方案来实现该部分功能：方案一：曲柄滑块机构来实现，如图21。图21 曲柄滑块机构替代运动功能单元8、9、10方案二：通过传送装置实现，如图22。图22 传送机构替代运动功能单元8、9、10图13中运动功能单元11可以通过皮带输入皮带的链轮的半径与皮带带轮的半径的比来调整皮带的线速度，从而使皮带的线速度符合设计要求，如图21。图23 同轴链轮、齿轮调速机构替代运动功能单元11 根据以上分析，若8、9、10是执行机构功能单元采用方案一，所得到的机构运动简图如图24。图24若8、9、10是执行机构功能单元采用方案二，所得到的机构运动简图如图25。图252.4 系统运动方案设计2.4.1 皮带部分设计：皮带带部分主要实现减速以及过载保护功能，带传动的传动比设计为2，故令，则，如图26。图 262.4.2 两轴滑移齿轮设计：该两轴滑移齿轮实现减速以及每分钟布置棒料45,75,95块分3档的调节，圆锥齿轮传动实现改变转动传递方向功能，齿轮链条传动主要实现减速功能。带传动的传动比选择为，电动机转速，输出转速，带传动的传动比。根据传动系统的原始参数可知，传动系统的总传动比为 传动系统的总传动比由带传动、滑移齿轮传动和定轴齿轮传动三部分实现。带传动的传动比为，滑移齿轮的传动比为。 整个齿轮传动由3对齿轮传动组成，令定轴齿轮传动比为:滑移齿轮传动的传动比: 根据滑移齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，,其齿数：，。根据定轴齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，可将两对齿轮齿数设为相同，其齿数：，。当5、6啮合时：当7、8啮合时：当9、10啮合时：结构简图如图27：图 272.4.3 圆锥齿轮以及运动分支减速部分设计：本传动系统所使用的圆锥齿轮只起到了改变转动传递方向的作用，没有减速作用，故可根据该系统的实际设计需要对改对圆锥齿轮的参数进行选择。运动分支减速部分主要通过齿轮链条实现，减速传动比均为。所以， 。令，则，如图28。图 282.4.4 传送带带轮设计：由前面对减速机构的设计可知，经运动分支减速部分减速，输入传送带（如图29）的转速分别为，。传送带带轮带动传送带每分钟运动的距离分别为：又因为，经计算得，为了使速误差最小，带轮半径取三种转速计算出的半径的平均值：所以传送带带轮的半径为。图 292.4.5 料斗口送料装置设计：方案一： 料斗中棒料的尺寸为，。所设计的装置是在棒料径向上控制料斗口开关，从而实现对送料的周期性控制。曲柄滑块的运动距离为棒料的直径，即，所以曲柄滑块连杆距曲柄回转中心距离为。曲柄所在链轮半径，为保证与欲动分支减速部分传动比为1，运动分支减速部分与该链轮相连的链轮的半径同样为50mm，杆长。如图30。图 30方案二：料斗中棒料的尺寸为，。所设计的装置是通过带槽皮带卡住棒料后，通过皮带转动带动棒料，从而实现对棒料的周期性控制，带动皮带转动的链轮与方案一中的相同，为，其余主要尺寸如图31所示：图 312.5 运动方案执行构件的运动时序分析2.5.1 执行机构1传送带的运动时序分析在上一周期结束，即下一周期开始时，传送带上放料位置与料口正对，刚好有料掉下。然后下一周期开始，由于皮带连续转动，下一周期结束前，皮带向前走600mm，此时，三个未放料的位置刚好与三个料斗口正对，棒料刚好落下，进入下一个运动周期。2.5.2 执行机构2、3、4的运动时序分析方案一：执行机构2、3、4运动状态相同，故只需分析其中之一。如图32，建立坐标系。设链轮转过的角度为，则料斗口开口宽度D与的关系为：图 31作出其图像，如图32：图 32方案二：执行机构2、3、4运动状态相同，故只需分析其中之一。如图