机械原理课程设计-棒料输送线布料装置.docx

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 机械原理 设计题目：棒料输送线布料装置院 系： 机电学院 班 级： 100810x 设 计 者： xxxxxxx 学 号： 1100800xxx 指导教师： xxxxxx 设计时间： 2012/7/22012/7/7 哈尔滨工业大学目录（1）棒料输送线布料装置功能分析- 1 -（2）工艺方法分析- 3 -（3）运动功能分析及运动功能系统图- 3 -（4）系统运动方案拟定- 6 -（5）系统运动方案设计- 12 -1）执行机构1的设计- 12 -A、槽轮机构设计- 12 -B、传动带设计：- 13 -2）执行机构2的设计- 13 -A、不完全齿轮22、23的设计- 14 -B、槽轮的设计- 14 -C、曲柄滑块机构的设计- 14 -3）执行机构3的设计- 15 -A、不完全齿轮20、21的设计- 15 -B、槽轮的设计- 16 -C、曲柄滑块机构的设计- 16 -4）滑移齿轮传动设计- 16 -5）齿轮传动设计- 17 -A、圆柱齿轮传动设计- 17 -B、圆锥齿轮传动设计- 17 -（6）运动方案执行构件的运动分析- 18 -1) 不完全齿轮的相位初始配合位置- 18 -2）曲柄滑块模块的初始位置- 18 -3）传动带的初始位置- 19 -4）附录：棒料输送线布料装置（方案7）系统结构运动简图- 20 -（1）棒料输送线布料装置功能分析（2）工艺方法分析由题目和功能简图可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行机构1，将钢料推入输送线的运动是执行构件2，将铜料推入输送线的运动是执行构件3，三个执行构件的运动协调关系如图所示。下图中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，T2是执行构件2的动作周期。由图3可以看出，执行构件1是作间歇停进运动，且其每次停歇运动时间为3/20T1，运动时间为1/20T1。而执行构件2和执行构件3的运动规律一样，均有一个间歇往复运动，且其周期关系为T2=T3=15T1。执行构件2和执行构件3的动作周期为其工作周期的1/4。T13/20T11/20T1执行构件运动情况执行构件1停进停进停进停进停进执行构件2进退停停进退停停停执行构件3停进退停停进退停停进退停停停T2 T3T2图3运动循环图（3）运动功能分析及运动功能系统图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。该运动功能把一个连续的单向转动转换为间歇的单向移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）单向间歇运动一次，主动件的转速分别为35、60、85 rpm。 35、60、85 rpm图4执行机构1的运动功能由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到35、60、85 rpm的转速，则由电动机到执行机构1之间的传动比iz有3种分别为：iz1=143035 = 40.857iz2=143060 = 23.833iz3=143085 = 16.824总传动比由定传动比ic与变传动比iv组成，满足以下关系式：iz1 = iciv1iz2= iciv2iz3= iciv3三种传动比中iz1最大，iz3最小。由于定传动比ic是常数，因此3种传动比中iv1最大，iv3最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于4，即：iv1=4则有：ic=iz1 iv1= 10.214故定传动比的其他值为：iv2=iz2 ic= 2.333iv3=iz3 ic= 1.647于是，有级变速单元如图5：i = 4, 2.333,1.647图5有级变速运动功能单元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6所示。i=2.5图6过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为i = ic 2.5 = 4.086减速运动功能单元如图7所示。i = 4.086图7执行机构1的运动功能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8所示。图8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和执行构件3，应该在图8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和执行构件3，而执行构件2、3也有两个运动，故也应该加一运动分支单元该运动分支功能单元，如图9所示。执行构件2、3的运动方向与执行构件1的运动方向垂直，为了使执行构件2和执行构件3的运动和执行构件1的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，如图10所示。图9 运动分支功能单元i=2图10 运动传动方向转换的运动功能单元执行构件2的一个运动是间歇往复运动，由一间歇转动驱动，且由图3可以看出执行构件2连续运动时间是执行构件1运动周期的2/5，执行构件3连续运动时间是执行构件1运动周期的3/5，并且执行构件2、3的运动时间是其周期的1/4，因此，四个间歇系数分别为：1=0.42=0.61=2=0.25图11 连续转动转换为间歇转动的运动功能单元尽管执行构件2在一个工作周期内，其间歇时间很长，运动时间很短，但是当其运动时，运动则是连续的、周期的。因此，需要把上图中的运动功能单元输出的间歇转动转换为连续的整周运动，于是在其后加一个运动放大功能单元，如图12所示。然后，再把该运动功能单元输出地运动转换为往复移动，其运动功能单元如图13所示。图12 运动放大功能单元图13把连续转动转换为往复移动的运动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件1和执行构件2运动功能的运动功能系统图，如图14所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086图14 执行构件1、2的运动功能系统图根据上述分析，并且由于执行构件2和执行构件3的运动规律基本一致，故可画出整个系统的运动功能系统图，如图15所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086图15棒料输送线布料装置（方案7）的运动功能系统图（4）系统运动方案拟定根据图15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15中的运动功能单元1是原动机。根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图16所示。1430rpm1图16 电动机替代运动功能单元1图15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17所示。2图17过载保护运动功能单元图15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18所示。3图18 滑移齿轮变速替代运动功能单元3图15中的运动功能单元4是减速功能，可以选择2级齿轮传动代替，如图19所示。 4图19 2级齿轮传动替代运动功能单元4图15中运动功能单元6、13、17是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为=0.25由槽轮机构运动系数的计算公式有：=Z-22Z式中，Z槽轮的径向槽数。则，槽轮的径向槽数为：Z= 21-2=21-2*0.25=4该槽轮机构如图31所示。 6、13、17图20用槽轮机构替代运动功能单元6、13、17图15中的运动功能单元7将间歇传动转换为间歇单向移动，可以选择传动带机构替代，如图21所示。 7图21用传动带机构替代运动功能单元7图15中的运动功能单元8是运动传递方向转换功能和减速运动功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图22所示。i 8图22 圆锥齿轮传动替代减速运动功能单元8图15中的运动功能单元9是减速功能，可以选择圆柱齿轮减速，如图23所示。 9图23 用圆柱齿轮传动替代运动功能单元9图15中运动功能单元11和15是将连续转动转化为相互配合的间歇运动，可以用同轴不完全齿轮来实现运动单元11和15，如图所示。图24用不完全齿轮替代运动功能单元11 图25用不完全齿轮替代运动功能单元15图26不完全齿轮的相位配合关系图图15中运动功能单元12和16是运动放大单元，将间歇转动转化为连续的整周转动，可以用圆柱齿轮齿轮来实现运动单元12和16，如图所示。 12、16图27 用圆柱齿轮替代运动单元12、16图15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8锥齿轮传动的主动轮、运动功能单元6槽轮机构的主动轴固连替代，如图28所示。图28 2个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元5图15中运动功能单元14、18是把间歇转动转换为间歇往复移动的运动功能单元，可以用曲柄滑块机构替代，如图33所示。 14、18图 29用曲柄滑块机构替代运动功能单元14、18根据上述分析，按照图15各个运动单元连接顺序把个运动功能单元的替代机构一次连接便形成了棒料输送线布料装置（方案7）的运动方案简图，如图30所示。（a）（b）（c）( d )1,电动机 2,4,43皮带轮 3,44传动带 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,18,19,24,25,28,29,33,34,37,38圆柱齿轮 15,26,35拨盘 16,17圆锥齿轮 20,21,22,23不完全齿轮 27,36,42槽轮 30,39曲柄 31,40连杆 32,41滑块图30棒料输送线布料装置（方案7）的运动方案简图（5）系统运动方案设计1）执行机构1的设计该执行机构是槽轮机构带动皮带轮，由拨盘15，槽轮42，皮带轮43，传动带44组成。A、槽轮机构设计1) 确定槽轮槽数在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=4，该槽轮的各尺寸关系如图20所示图31 槽轮机构几何尺寸关系2) 槽轮槽间角 由图20可知槽轮的槽间角为3) 槽轮每次转位时拨盘的转角4) 中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为5) 拨盘圆销回转半径6) 槽轮半径7) 锁止弧张角8) 圆销半径圆整9) 槽轮槽深10) 锁止弧半径取B、传动带设计：图32 传动带设计图由运动分析可知，皮带轮每在槽轮的带动下转动1/4周，传动带向前移动200mm，设皮带轮直径为d，即d4=200得d=254.77mm经查表，选取皮带轮直径为d=254.8mm，传动带为1604.8254.82）执行机构2的设计执行机构2驱动构件2运动，如图30（b）所示，执行机构2由三个运动复合而成。其中一个运动是连续转动转换为单向间歇转动，由不完全齿轮22、23实现；第二个运动是将连续传动转换为间歇转动，可以选用槽轮机构35、36来实现；第三个是将间歇转动转化为间歇往复运动，可由曲柄滑块机构39、40、41来实现。A、不完全齿轮22、23的设计不完全齿轮23在一个工作周期内的运动为转+144（2/5T2）停（3/5T2）由运动分析可知，主动轮转一周，从动轮也要转一周，故其假想传动比应为i=0.4，且齿形夹角为=144。齿轮23可按可按最小不根切齿数确定，但为了使不完全齿轮22的齿数为整数，取z23=18，则主动轮的假想齿数为z22=45。取模数为2 mm，齿轮23为完全齿轮，则：d23=mz23=36mmda23=mz23+2ha*=40mmdf23=mz23-2ha*-2c*=35mm齿轮22：d22=mz22=90mmda22=mz22+2ha*=94mmdf22=mz22-2ha*-2c*=85mm两齿轮啮合中心距为：a=12mz23+z22=63mm图35 不完全齿轮传动26、27设计B、槽轮的设计（见4）-（1）-A）C、曲柄滑块机构的设计由设计题目可知，滑块41的行程为h=150mm采用对心曲柄滑块机构，则可确定曲柄的长度为l1=12h=75mm连杆40的长度l2与机构许用压力角、曲柄存在条件及结构有关，即sinmax=l1l2由此可以看出，连杆40的长度l2越大，机构的最大压力角越小。若取max30，则l22l1=150mm，执行机构如下图图36 曲柄滑块机构运动简图3）执行机构3的设计执行机构3驱动构件3运动，如图30（b）所示，其运动规律与执行构件2基本一致，他们之间的运动要求相互配合程度较高。执行机构3由三个运动复合而成。其中一个运动是连续转动转换为单向间歇转动，由不完全齿轮20、21实现；第二个运动是将连续传动转换为间歇转动，可以选用槽轮机构26、27来实现；第三个是将间歇转动转化为间歇往复运动，可由曲柄滑块机构29、30、31来实现。A、不完全齿轮20、21的设计不完全齿轮21在一个工作周期内的运动为停72（1/5T3）转+216（3/5T3）停72（1/5T3）由运动分析可知，主动轮转一周，从动轮也要转一周，故其假想传动比应为i=0.6，且齿形夹角为=216。齿轮21可按可按最小不根切齿数确定，但为了使不完全齿轮20的齿数为整数，取z20=21，则主动轮的假想齿数为z21=35。取模数为2 mm，齿轮20为完全齿轮，则：d20=mz20=42mmda20=mz20+2ha*=46mmdf20=mz20-2ha*-2c*=37mm齿轮21：d21=mz21=70mmda21=mz21+2ha*=74mmdf21=mz21-2ha*-2c*=65mm两齿轮啮合中心距为：a=12mz20+z21=56mm图36不完全齿轮传动20、21设计B、槽轮的设计（同执行构件2）C、曲柄滑块机构的设计（同执行构件2）4）滑移齿轮传动设计 确定齿轮齿数如图32-(a)中齿轮5，6，7，8，9，10组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为z5，z6，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知，iv1=4iv2=iz2 ic= 2.33iv3=iz3 ic= 1.65按最小不根切齿数取z9=17，则z10= iv1z9=417=68为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，取z10=67。其齿数和为z9+z10=17+67=84，另外两对啮合齿轮的齿数和应大致相同，即z7+z884，z5+z684iv2=84-z7z7= 2.33为了更接近所要求的传动比，可取z7=26，z8=59，同理可取z5=31，z6=53齿轮5、6，9、10为标准齿轮，齿轮7,8应采用负变位，如下表：图37 滑移齿轮参数计算表齿轮配合齿轮参数9107856齿数176726593153模数222分度圆直径341345211862106齿顶圆直径3813852.811966110齿根圆直径2912946.4112.657101中心距8484845）齿轮传动设计A、圆柱齿轮传动设计由图可知，齿轮11、12、13、14实现运动功能单元4的减速功能，它所实现的传动比为4.086。由于齿轮11、12、13、14是2级齿轮传动，这2级齿轮传动的传动比可如此确定z11=z13=17，于是z12=z14=2.021z1134为使传动比更接近于运动功能单元4的传动比4.086，取z11=17z12=35z13=19z14=40取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。由图34-（b）可知，齿轮18、19实现运动功能单元9的减速功能，它所实现的传动比为i=2。齿轮18可按最小不根切齿数确定，即z18=17则齿轮19的齿数为z19=172=34齿轮18、19的几何尺寸，取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。由图34-（b）可知，齿轮24、25实现运动功能单元16的放大功能，它所实现的传动比为1/3。齿轮24可按最小不根切齿数确定，即z24=17则齿轮25的齿数为173=51。齿轮24、25的几何尺寸，取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。由图34-（b）可知，齿轮29、28实现曲柄前的运动放大的功能，它所实现的传动比为0.25。齿轮29可按最小不根切齿数确定，即z29=17则齿轮28的齿数为174=68。齿轮38、37与29、28对应相同。齿轮29、28（38、37）的几何尺寸，取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。由图34-（b）可知，齿轮34、33实现运动功能单元12的放大功能，它所实现的传动比为0.5。齿轮34可按最小不根切齿数确定，即z34=17则齿轮33的齿数为170.5=34。齿轮33、34的几何尺寸，取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。B、圆锥齿轮传动设计由图34-（a）可知，圆锥齿轮16、17实现图18中的运动功能单元7的