哈工大机械原理课程设计--棒料输送线布料装置(专业技术方案1)

1、sHIt矣求衣葬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（方案1）院系:机电工程学院班级:设计者:学号:1指导教师:王洪祥设计时间：2014623-2014629哈尔滨工业大学目录1、题目要求 3.2题目解答 3.（1）工艺动作分析 3.（2）运动功能分析及运动功能系统图 3.（3）系统运动方案拟定 7.（4）系统运动方案设计 1.1.1）带传动设计 1.1.2）滑移齿轮传动设计 1.23）齿轮传动设计 1.4.4）槽轮机构设计 1.5.5）不完全齿轮机构设计 1.66）执行机构 2,3 的设计 1.8（

2、5）运动方案执行构件运动时序分析 1.8（6）参考文献 1.9.棒料输送线布料装置(方案1)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1430r/min，每分钟布置棒料50,80,110块分3档可以调节。图1UJLU图22.题目解答(1) 工艺动作分析由设计题目和图1可以看出，推动输送带运动的是执行构件 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,这三个构件的运动关系如图3所 示。T1亠T1T1亠Ifc-T1 执行构件运动情况执行构件1运动停止运动停止运动停止运

3、动停止1执行构件2停止放料停止放料停止停止停止放料执行构件3停止停止停止放料停止:停止停止停止T2、T3k图3棒料输送线布料装置运动循环图图3中T1是执行构件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。由图3可以看出，执行构件1是作间歇转动，执行构件2 作间歇转动，执行构件3也作间歇转动，执行构件2和3的工作周期相等，且为 执行构件1的3倍。(2) 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的运动功能如图4所示。该运动功能单元把一个连续的单向转动转换为间歇转动，主动件每转动1周，从动件（执行构件1）作一次间歇转动。由题意可知

4、，主动件的转速 分别为 50r/min,80r/min,110r/min。50、80、110rpm图4执行机构1的运动功能由于电动机的转速为1430r/min,为了分别得到50,80,110r/min的转速，贝U由 电动机到执行机构1之间的总传动比iz有3种，分别为屮一便=28.6i z1n1501430"80"= 17.875n 1430 “ iz313|z3 n3 110总传动比由定传动比ic和变传动比iv两部分构成，即Iz1Iz2 = Iv2Iz3 = Iciv33 种总传动比中iz1最大，iz3最小。由于定传动比ic是常数，因此，3种变传动比中iv1最大，iv3最小

5、。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于 4,即v1=4于是定传动比为变传动比的其他值为iciz1iv1iv2iz2icIv3Iz328.6= 7.1517.8757.15= 2.5137.152011= 1.82于是，传动系统的有极变速功能单元如图 5所示i=4,2.5,1.82cf£图5有极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 3所示。i=2.5图6过载保护运动功能单元因此,整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全

6、部定传动比, 在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为减速运动功能单元如图 ic 7.15 I2.52.57所示。-2.86i=2.86图7减速运动功能单元由于减速输出的运动回转轴线与执行构件 1的回转轴线垂直，因此增加如图 8的运动功能单元。该单元可用圆锥齿轮传动。由于不需要变速，故圆锥齿轮的 传动比为1。图8相交运动功能单元根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件 1运动的运动功能系统图, 如图9所示。为了使用同一原动机驱动执行机构 2和3,应该在图9所示的运动功能系统 图中增加运动分支功能单元，因为机构2和3具有相同的运动性质，所以此处只图10运动分支功能单元由于减速输出的运动

7、回转轴线与执行构件 2、3的回转轴线垂直，因此增加如 图11的运动功能单元。该单元可用圆锥齿轮传动。由于分支部分不需要变速，故 圆锥齿轮的传动比为1。i=1图11相交运动功能单元由于执行机构2和3的工作周期T2、T3是执行构件1的周期的3倍，所以运动 分支在驱动执行构件2和3之前应该减速，使其转速等于执行构件1的主动件转速 的三分之一。减速运动单元如图12所示。i=3图12减速运动功能单元由于执行机构2和3的驱动机构是间歇转动，且将间歇转动转换为间歇往复直 线移动，所以应该添加如图13、图14所示的运动功能单元。图13间歇运动功能单元图14往复间歇直线运动功能单元由于执行构件1是间歇运动，且由

8、图3可以看出执行构件1的间歇时间是其工 作周期的二分之一，也就是其运动时间是其工作周期的二分之一。因此间歇运动 功能单元的运动系数为t =0.5间歇运动功能单元如图15所示。t =0.5图15间歇运动功能单元根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图16所示。J-f 执行构件17円9A*卜执荷构件23j; 111图16棒料输送线布料装置（方案 1）的运动功能系统图（3）系统运动方案拟定根据图16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16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

9、为原动机，如图17所示1430rpml2 5图17电动机替代运动功能单兀 1 图16中的运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带 传动替代，如图18所示。nF L-zzzM7Z7图18带传动替代运动功能单元 2图16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19所示。图16中的运动功能单元4是减速功能，可以选择定齿轮传动替代，如图 20 所示。777>2 Sfio07彳图16中的运动功能单元 & 7的运动输入轴与运动输出轴相互垂直， 可以用 圆锥齿轮传动替代，如图22所示。图20定齿轮传动替代运动功能单元4图16中的运动功能单元5是

10、运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动和传送带替代，如图21所示图22圆锥齿轮替代运动功能单元6、7图16中的运动单元8是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构代替。如图23所示图23槽轮机构替代运动功能单元 8图16中的运动单元9是减速运动功能单元，可以用同步带传动代替，如图 24所示。F 11 .T7T9图24同步带机构代替运动功能单元9图16中的运动单元10是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元， 可以 用不完全齿轮代替，如图25所示。图25不完全齿轮代替运动功能单元10图16中的运功单元11是把间歇转动转换为间歇往复直线运动的运动功能单 元，可以用曲柄滑块机构代替，如图

11、 26所示。11图26曲柄滑块机构代替运功动能单元11执行构件2、3具有控制棒料释放的作用。设计的棒料释放机构如图27所示不完全齿轮22、23等速同向转动，带动全齿轮33、36间歇转动，从而使曲柄滑 块机构间歇工作，把料推到传送带上。22、23转动一周的时间内，钢料释放两 个，铜料释放一个。图27棒料释放机构根据上述分析，按照图16中各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能 单元的替代机构依次连接便形成了棒料输送线布料装置（方案1）的运动方案简图，如图28所示。202241-(b)（C）1电动机 2,4,16,18,19,21,25,28,30,32.皮带轮 3,17,20,26,31.皮带

12、5,6,7,8,9,10,11,12.圆柱齿轮 13,14,15,24.圆锥齿轮27.拨盘29槽轮图28棒料输送线布料装置（方案1）的运动方案简图（4）系统运动方案设计1）带传动设计带传动分为摩擦型和啮合型两大类。 摩擦型带传动过载时可以出现打滑， 从 而对机械系统起到过载保护的作用。 但是，其传动比不准确。啮合型带传动可以 实现主动轮与从动轮同步传动，实现准确的传动比。根据两种带传动的特性，选 择2,3,4构成的带传动为摩擦型带传动，其余带传动为啮合型带传动。 带传动2,3,4的设计原动机类型为电动机，额定转速为1430rpm，即带传动的高速轴（小带轮） 的转速为n1=1430rpm其传动比

13、为i=2.5采用V带传动进行设计，则设小带轮直径为 d2,大带轮直径为d4,取d2=150mmd4=d2X =150 忽.5=375mm 带传动16,17,18的设计带轮16为主动轮，18为从动轮。此带传动机构要实现i=3的传动比，为了 实现精确的传动比，采用同步带传动设计。设带轮 16直径为d16,带轮18直径 为d18，取d16=100mmd18=d16 X =100 B=300mm 带传动19,20,21的设计此带传动起连接齿轮22、23,使之同步转动的作用，故传动比i=1,为了实 现精确的传动比，采用同步带传动设计。设带轮 19直径为d19,带轮21直径为 d21，取di9=d2i=1

14、00mm 带传动30,31,32的设计带轮30为主动轮，32为从动轮，传动比为i=1。皮带31起传送带的作用。如 题目所述，传送带每半周期移动200mm,之后停歇半个周期，为了实现精确的传 动比，米用同步带传动设计。故设带轮 30直径为d30，带轮32直径为d32。取2x200d0 二 d32127mm 带传动25,26,28的设计此带传动起连接作用，故传动比i=1,为了实现精确的传动比，采用同步带 传动设计。设带轮25直径为d25，带轮28直径为d28,取d25=d28=100mm2）滑移齿轮传动设计由前文的计算，得到滑移齿轮的传动比如下：山=4iv2iz217.875ic7.15= 2.5

15、iv3iz3ic137.152011-1.82取Z9=17，则Z10=iv1Z9=68为了改善传动性能应使相互啮合的传动齿轮齿数互为质数，于是可以取Z10=69。其齿数和为Z9+Z10=17+69=86，另外两对啮合齿轮的齿数和应大致相同, 即Z7+Z8Q 86 Z5+Z6Q 86由于 =2.5，为了更接近所要求的传动比，可取 Z7=25，Z8=61同理可取 Z5=30， Z6=55o由于Z7+Z8= Z9+Z10=85，因此齿轮7、8，9、10可采用标准齿轮传动，其中 心距相同。而Z5+Z6=85< 86,所以齿轮5,6应采用正传动。设它们的模数为2,齿顶高系数ha =1,顶隙系数c&

16、#39;0.25，分度圆压力角=20°，实际中心距a'=86mm。各齿轮参数设计如表1、2、3所示:表1齿轮5、6的几何尺寸序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮5Z530齿轮6Z6552模数m23压力角a20 °4齿顶咼系数* ha15顶隙系数* c0.256标准中心距am(Z5+Z6)/2=857实际中心距a'868啮合角aarccos(a cos o/a)=21.76 °9变位系数齿轮5X50.4齿轮6X6(tan( /)'- / -tan( /+ / >(z5+Z6)/(2 滋n(/)-x 5=0.1210齿顶咼齿轮5ha5

17、ha5=m x ( ha +X5-?y)=2.76齿轮6ha6ha6=m X ( ha +X6-?y)=2.2611齿根高齿轮5hf5* *hf5=m x (ha +c -X5)=1.7齿轮6hf6hf6=m 汇(ha +c -X6)=2.2612分度圆直径齿轮5d5d5=m 汇 Z5=60齿轮6d6d6=m 汉 Z6=11013齿顶圆直径齿轮5da5da5=d5+2 减 ha5=65.5齿轮6da6da6=d6+2 汉 ha6=114.414齿根圆直径齿轮5df5df5=d5-2 汉 hf5=56.6齿轮6df6df6=d6-2 汉 hf6=105.515齿顶圆压力 角齿轮5街5/5=arc

18、cos(d5 汉 cos / 侶)=30.62 °齿轮6aa6/6=arccos(d6 汇 cos / a®=25.37 °16重合度£z< (tan a/-tan /' 6)+Ztan a/- tan /' )/2 578 =1.表2齿轮7、8的几何尺寸序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮7Z725齿轮8Z8 1612模数m23压力角/20 °4齿顶高系数*ha15顶隙系数* c0.256标准中心距am(z7+Z8)/2=867实际中心距a'868啮合角/1arccos(a cos/a )=20 °

19、9变位系数齿轮7X70齿轮8X8010齿顶高齿轮7ha7*ha7=m 汇(ha +X7-?y)=2齿轮8ha8ha8=mX ( ha +X8-?y)=211齿根高齿轮7hf7ht7=m 況(ha +c -X7)=2.5齿轮8hf8* *hf8=m 汇(ha +c -X8)=2.512分度圆直径齿轮7d7d7=m h Z7=50齿轮8d8d8=m 況 Z8=12213齿顶圆直径齿轮7da7da7=d7+ ha7=54齿轮8da8da8=d8+2 汉 ha8=12614齿根圆直径齿轮7df7dt7=d7-2 汉 hf7=45齿轮8df8df8=d8-2 x hf8=11715齿顶圆压力角齿轮7aa

20、=arccos(d7乂 cos a a(z)=29.53 °齿轮8«a8oa8=arccos(d cos a a®=24.51 °16重合度£z (ta n aa-tan a' 8)+Zta n a- tan a' )/2 6n =1.表3齿轮9、10的几何尺寸序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮9Z917齿轮10Z10692模数m23压力角a20 °4齿顶咼系数*ha15顶隙系数* c0.256标准中心距am(Z9+Z10)/2=867实际中心距a'868啮合角a1arccos(a cos o/a )=2

21、0 °9变位系数齿轮9X90齿轮10X10010齿顶咼齿轮9ha9*ha9=m 汉(ha +X9-?y)=2齿轮10ha10*ha10=m x ( ha +X10-? y)=211齿根高齿轮9hf9* *hf9=m 汇(ha +c 沁)=2.5齿轮10hf10* *hf10=m 汇(ha +c -X10)=2.512分度圆直径齿轮9d9d9=m 汉 Z9=34齿轮10d10d10=m 汉 Z10=14213齿顶圆直径齿轮9da9da9=d9+2 汉 ha9=38齿轮10da10da10=d10+2 汉 ha10=14214齿根圆直径齿轮9df9df9=d9-2 x hf9=29齿轮1

22、0df10df10=d10-2* hf10=13315齿顶圆压力 角齿轮9a9oa9=arccos(d cos a 0d)=32.78 °齿轮10a10a10=arccos(d10x： cos a 紬)=24.05 °16重合度£z (ta n ata n a' 10+Z(tan a0- ta n a' )/2 6& =1.3) 齿轮传动设计圆柱齿轮传动设计由图28(a)可知，齿轮11、12实现图16中的运动功能4的减速运动功能， 它所实现的传动比为2.86。齿轮11可按最小不根切齿数确定，即zn=17于是Z12=2.86z11=48.62

23、取Zh=17, Z12=49，它们的模数为2，齿顶高系数ha =1,顶隙系数c = 0.25，分度圆压力角:=200，中心距a=66mm,按标准齿轮计算。圆锥齿轮传动设计由图28可知圆锥齿轮13,15实现的是图16中的运动功能单元7的变化速度方 向的作用，它的传动比为1,两圆锥齿轮的轴交角为©二 90 °圆锥齿轮13、15的分度圆锥角为S15 = arctanzi5z13 = 45 °3 3=90 -45 =45°又最小不根切当量齿数为Zvmin = 17则最小不根切齿数为Zmin = Zvmin xcos 45 =12.02勺2即圆锥齿轮齿数可取Z13

24、 = 12Z15= 12圆锥齿轮的13,15的几何尺寸按模数 m = 2mm的标准直齿圆锥齿轮计算。由图28可知圆锥齿轮14,24实现的是图16中的运动功能单元6的变化速度方 向的作用，它的传动比为1,两圆锥齿轮的轴交角为©二 90 °圆锥齿轮14、24的分度圆锥角为3 4 = arctanzi"z24 = 45 °324=90 °-45 =45°又最小不根切当量齿数为Zvmin = 17则最小不根切齿数为Zmin = Zvmin xcos 45 =12.02勺2即圆锥齿轮齿数可取Z14 = 12Z24= 12圆锥齿轮的14,24的几

25、何尺寸按模数 m = 2mm的标准直齿圆锥齿轮计算。4）槽轮机构设计由前所述可知槽轮槽数z=4和拨盘的圆销数为k=2，该槽轮的各几何尺寸 关系如图29所示H图29槽轮机构几何尺寸关系由图29可知槽轮的槽尖角为2 B =360Z=36O /4=90 槽轮每次转位时拨盘的转角2a =180° -2 B =90°令槽轮机构的中心距a=150mm拨盘圆销的回转半径入=/a=sin B =sin450.7071r=入 a=0.707巾50=106.065mm槽轮半径R；cos - = . 1 -，= 0.7071aR=E a=0.7071130=106.065mm锁止弧张角丫 =36

26、0° -2 a =360° -90 ° =270°圆销半径rA=r/6=106.065/6=17.6675mmrA =18mm槽轮槽深h>（入 +E -1）a+=（0.7071+0.07071-1） 150+18=80.13mm锁止弧半径rs< - rA=106.065-18=88.065取rs=80mm5）不完全齿轮机构设计由图3和图27可以看出，不完全齿轮22旋转一周，从动轮33间歇作两次 整周回转。经计算，不完全齿轮 22共有两段工作齿，每段工作齿所在圆弧的圆 心角为60°，这两段工作齿间隔120°，并且每一段工作齿

27、在工作时都能使齿轮 33刚好完成一次整周回转。齿轮 22和33的啮合情况如图30所示。图30齿轮22、33的啮合情况图31齿轮25、36的啮合情况为方便起见，取齿轮33的齿数为10,则齿轮22每段工作齿的齿数也为10。为避免根切，要对齿轮进行正变位。取模数m=2，齿顶高系数ha=1,顶隙系数c 0.25，分度圆压力角a =20°，实际中心距a'=71mm,得到齿轮22和33的 参数如表4所示。表4齿轮24、35的几何尺寸序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮22Z2260齿轮33Z33102模数M23压力角A20 °4齿顶咼系数* ha15顶隙系数* c0.256

28、标准中心距am(Z22+Z33)/2=707实际中心距a'718啮合角a1arccos(a cOs«/a)=22.11 °9变位系数齿轮22X220.48齿轮33X33(tan( a)- a-tan( a)+ a) >(z22+Z33)/(2 tan( a)-X22=0.0510齿顶咼齿轮22ha22ha5= ( ha +X22-?y)=2.91齿轮33ha33ha6= ( ha +X 33-?y)=2.0411齿根高齿轮22hf22* *hf22=m 汶(ha +c -X22)=1.54齿轮33hf33* *hf33=m 汉(ha +C -X33)=2.41

29、12分度圆直径齿轮22d22d22=m 汉 Z22=120齿轮33d33d33=m 汉 Z33=2013齿顶圆直径齿轮22da22da22=d22+- ha22=125.8齿轮33da33da33=d33+ ha33=24.0814齿根圆直径齿轮22df22df22=d22-2 汉 hf22 =116.92齿轮33df33df33=d33-2 hf33=15.1815齿顶圆压力 角齿轮22aa22aa22=arccos(d2 cos a Odb)=26.33 °齿轮33街33aa33=arccos(d33 汉 cos a 絢=38.7 °16重合度£Z2 (ta n a22-ta n a' 33+Z(tan a3- tan a' )/2 4n =1.由图3和图27可以看出，不完全齿轮23旋转一周，从动轮34间歇作一次 整周回转。经计算，不完全齿轮 23有一段工作齿，工作齿所在圆弧的圆心角为 60°,并且工作齿在工作时能使齿轮 34刚好完成一次整周回转。齿轮 23和34 的啮合情况如图31所示。齿轮23、34的参数分别和22、33的参数相等，这里 不再计算。为了使齿轮22、33、23、34能够同步转动，且角速度相等，因此将