块状物品推送机的机械结构设计

1、块状物品推送机的机械结构设计作者姓名： 专业名称：机械设计与制造 指导教师： 摘要输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。本文主要是对用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机进行设计，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，加强对机械设计的理解。关键字：输送机 物品推送机 结构设计AbstractKeywords

2、目录摘要IAbstractII目录III前言1绪论21设计任务书61.1设计题目：块状物品推送机的机构综合与结构设计61.2设计数据与要求61.3 设计任务62 实现推送机推送要求的执行机构方案选定82.1实现推送机推送要求的执行机构设计方案82.2 四杆机构的参数设计113 传动装置运动和动力参数计算153.1 减速系统设计153.2 动力参数计算154传动零件设计计算174.1齿轮的设计计算174.2齿轮的强度设计与校核194.3轴的选材194.4轴的设计19总结26致谢27参考文献28附件29前言未来输送机的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。

3、大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的输送机。输送机的发展趋向是：继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的"带式

4、输送道"。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。绪论中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的

5、雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。输送机一般按有无牵引件来进行分类。具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、

6、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机

7、、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。 以上所介绍的为散料输送机械,输送机械按使用的用途分可以分为:散料输送机械(如:带式输送机螺旋输送机斗式提升机大倾角输送机等)。带式输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托

8、辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。它用于水平运输或倾斜运输。通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。

9、输送带常用的有橡胶带和塑料带两种。 橡胶带适用于工作环境温度-1540°C之间。物料温度不超过50°C。向上输送散粒料的倾角12°24°。对于大倾角输送可用花纹橡胶带。塑料带具有耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。带宽是带式输送机的主要技术参数。托辊分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210°230°）、双滚筒（包角达350°）和多滚筒（用于大功率）等。有槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊（由25个辊子组成）支承承载分支，用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，

10、以减小物料对带的冲击。滚筒分驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒是传递动力的主要部件。分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210°230°）、双滚筒（包角达350°）和多滚筒（用于大功率）等。张紧装置其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑，并使输送带在托辊间的挠度保证在规定范围内。 带式输送机的技术优势首先是它运行可靠。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用带式输送机。如在这些场合停机，其损失是巨大的。必要时，带式输送机可以一班接一班地连续工作。带式输送机动力消耗低。由于物料与输送带几乎无相对移

11、动，不仅使运行阻力小(约为刮板输送机的13-15)，而且对货载的磨损和破碎均小，生产率高。这些均有利于降低生产成本。带式输送机的输送线路适应性强又灵活。线路长度根据需要而定短则几米，长可达10km以上。可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。根据工艺流程的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多点受料也可以向多点或几个区段卸料。当同时在几个点向输送带上加料(如选煤厂煤仓下的输送机)或沿带式输送机长度方向上的任一点通过均匀给料设备向输送带给料时，带式输送机就成为一条主要输送干线。带式输送机可以在贮煤场料堆下面的巷道里取料，需要时，还能把各堆不同的物料进行混合。物料可简单地从

12、输送机头部卸出，也可通过犁式卸料器或移动卸料车在输送带长度方向的任一点卸料。2）螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米。 输送原理：旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。 结构特点：螺旋输送机旋转轴上焊有螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。 双螺旋输送机就是有两根分别焊有旋转

13、叶片的旋转轴的螺旋输送机。说白了，就是把两个螺旋输送机有机的结合在一起，组成一台螺旋输送机。 螺旋输送机旋转轴的旋向，决定了物料的输送方向，但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。当反向输送时，会大大降低输送机的使用寿命。1设计任务书1.1设计题目：块状物品推送机的机构综合与结构设计在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置。1.2设计数据与要求(1) 向上推送距离S=120mm，生产率为每分钟推送物品120件；(2) 推送机的原动机为同

14、步转速为3000r/min的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动； (3) 由物品处于最低位置时开始，当执行机构主动件转过1500时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过1200时，推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过900时，推杆在最低位置停留不动；(4) 设推杆在上升运动过程中，推杆所受的物品重力和摩擦力为常数，其值为500N；设推杆在下降运动过程中，推杆所受的摩擦力为常数，其值为100N；          (5) 在满足行程的条件

15、下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于350），结构紧凑，振动噪声小；(6) 使用寿命10年，每年300工作日，每日工作16小时。1.3 设计任务(1) 至少提出三种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合；(2)确定电动机的功率与满载转速；(3) 设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图；(4) 在假设电动机等速运动的条件下，绘制推杆在一个运动周期中位移、速度和加速度变化曲线；(5) 如果希望执行机构主动件的速度波动系数小于3%，求应在执行机构主动件轴上加多大转动惯量的飞轮；(6)进行推送机减速系统的结

16、构设计，绘制其装配图和两张零件图；(7) 编写课程设计说明书。2 实现推送机推送要求的执行机构方案选定2.1实现推送机推送要求的执行机构设计方案 方案一图2-1凸轮齿轮组合机构  图21所示的凸轮齿轮组合机构，可以将摆动从动件的摆动转化为齿轮齿条机构的齿条直线往复运动。当扇形齿轮的分度圆半径大于摆杆长度时，可以加大齿条的位移量。方案二 图2-2 凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸

17、轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。是机械中的一种常用机构，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。 图22所示的凸轮机构，凸轮以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件，可使推杆实现任意的运动规律，但行程较小。方案三 连杆机构  图23所示的连杆机构由曲柄摇杆机构ABCD与曲柄滑块机构GHK通过连杆EF相联组合而

18、成。连杆BC上E点的轨迹，在部分近似呈以F点为圆心的圆弧形，因此，杆FG在图示位置有一段时间实现近似停歇。 图23  连杆机构方案四图2-4凸轮连杆组合机构 图24所示的凸轮连杆组合机构也可以实现行程放大功能，但效率较低。方案五 图25 固定凸轮连杆组合机构固定凸轮连杆组合机构  图25所示的固定凸轮连杆组合机构，可视为连杆长度BD可变的曲柄滑块机构，改变固定凸轮的轮廓形状，滑块可实现预期的运动规律。经比较，方案四，其运动特性可实现直线间歇运动，并且传动平稳，运动精确，连杆KH的运动轨迹确定，可以根据连杆BA的摆动角度及物块上升H=120mm计算出连杆BH的长度。故选用方案

19、四比较合理。2.2 四杆机构的参数设计 四杆机构ABCD是曲柄摇杆机构，众所周知，曲柄摇杆机构在两极限位置时摇杆的角速度为零，即处于停歇状态。离开了这两个极限位置摇杆的角速度则不为零，因此曲柄摇杆机构是一瞬间停歇机构。生产中常要求机构在某一极限位置附近有较长时间的停歇或近似停歇，以配合其它机构完成整个工艺过程。例如，纺织机械中喷射、剑杆织机，当采用曲柄摇杆(或称四连杆)打纬机构时，为配合引纬机构把纬纱顺利引过梭口，要求筘座在后死心极限位置附近具有较大的近似停歇角(或称相对静止时间)。多数情况下，允许机构作近似停歇，即机构处在某一极限位置附近时，往复运动构件的速度或角速度接近零，即运动很缓慢。曲

20、柄摇杆机构具有上述特性，它可以在曲柄转动的较大角度内，使摇杆近似停留在某一极限位置附近。曲柄摇杆机构基本关系图2.21为曲柄摇杆机构的左右两极限位置，为极位夹角，为摇杆的总摆角。为讨论方便，各杆杆长取相对值，即曲柄AB 的长度为，连杆BC长为 ，摇杆CD 长度为 ，机架长度为在A C1 C2中，由余弦定理知： 图2.21 曲柄摇杆机构的极限位置 由于余弦的值不得超过1。故有利用正弦定理有：（）在中，由余弦定理式中 ：故化简得：(4)式为无急回特性的曲柄摇杆机构相对杆长满足的关系方程。织机轴向打纬机构，即无急回特性的曲柄摇杆机构由机械原理知最小传动角发生在曲柄与机架 共线的两个位置之一，如图2.

21、22所示。按余弦定理有：故最小传动角 在机构设计中应使，许用传动角。最小传动角约束条件图2.22 最小转动角时机构位置 图2.23 近似停歇角近似停歇角图2.23为曲柄由位置A逆时针转过a角到达位置，摇杆只在极限位置附近往复摆动了一个很小的角度，a称为近似停歇角，称为停歇偏差角。在中由余弦定理知：设计步骤在实际设计中，若已知摇杆总摆角 、近似停歇角a及停歇角偏差可按以下步骤设计曲柄摇杆机构 应该指出 时，所得的最小传动角最大。故一般从开始选取。四杆机构ABCD首先要满足曲柄摇杆机构的限制条件，该机构中有一个整转副， ，且为最短杆，为最长杆。如图所示曲柄A应该是逆时针转动。取CD=580mm，且

22、，所以所以由式（9）可得BC=986mm，所以根据以上步骤得AB=493mm，AD=1002mm，满足条件3 传动装置运动和动力参数计算3.1 减速系统设计本机构原动件为一高速电机,其转速为3000r/min,但我们所需要的转速是120r/min,所以要减速。对于减速装置我们采用皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速,减为240r/min。第二级是用齿轮减为120r/min。皮带传动机构设计分析如下:带传动的优点：（1）适用于中心距较大的传动；（2）带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；（3）过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽然使传动失效，但可防止损坏其他零件；（4）机构简单、成本低廉。带

23、传动的缺点：（1）传动的外廓尺寸较大；（2）需要张紧装置；（3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；(4)带的寿命较短；（5）传动效率较低。通常，带传动适用于中小功率的传动。目前V带传动应用最广，一般带速为V=525m/s，传动比i7，传动效率0.9至0.95.3.2 动力参数计算皮带传动设计主要是采用两个半径不一的皮带轮来实现。由于皮带上的线速度相等,由r1*v1=r2*v2有3000=240，即25=2，由此可见算出电机上皮带轮直径大小=24mm;另一端皮带轮半径大小=300mm.传动比i=4/1。该皮带传动为一平带传动，传递功率P=0.8KW，带在小轮上的包角a=170度（2.97r

24、ad），带的厚度=4.8mm,带的密度=1kg/c，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。传递的圆周力F=1000P/V=1000N紧边、松边拉力因，所以 离心力引起的拉力，这种平带每米长的质量q=100b=0.48kg/m，如前所述，离心力引起的拉力所需的初拉力带的离心力使带与论免检的压力减小、传动能力降低，为了补偿这种影响，所需初拉力应为=1302N，此结果表明，传递圆周力1000N时 ，为防止打滑所需的初拉力不得小于1302N。作用在轴上的压力，静止时轴上压力为7.电机的选择及总传动比的分配7.1电机的选择根据设计要求，所选择的电机型号为同步转速为1420转/分的三相交流电动机，功率为7.2传

25、动比为了减少成本及保护执行机构，电机与减速器的连接采用V带连接。所以V带的传动比取；减速器的传动比总传动比误差满足许用要求 4传动零件设计计算4.1齿轮的设计计算经皮带减速后的转速为240r/min,而我们所要的转速为120r/min。因此还需要的传动比为2/1,选用的齿轮为标准齿轮。中速轴转速=240r/min，传动功率=0.8kw，采用软齿面图4.1 图4-21) 选择齿轮材料及确定许用应力小齿轮用MnB调质，齿面硬度241286HBS，=730Mpa=600MPa （机械设计基础167页表11-1）大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度为241269HBS，（机械设计基础167页表11-

26、1）由（机械设计基础171页表11-5），取=1.1，=1.25，=/=664MPa按齿面接触强度设计设齿轮按9级度制造。取载荷系数K=1.5（机械设计基础169页表11-3），齿宽系数小齿轮上的转矩=3.18 N.mm取=188，齿数取=25，则=240/12025=50。故实际传动比i=50/25=2模数=78.9/25=3.156mm齿宽=63.1mm，取=70，=65取m=3mm，实际的=253=75，=503=150mm中心距a=（+）/2=112.5mm精度等级圆周速度v/(m/s)应用直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮直齿锥齿轮6级153012高速重载的齿轮传动，如飞机、汽车和机床中的重要

27、齿轮，分度机构的齿轮传动。7级10158高速中载或中速重载的齿轮，传动，如标准系列减速器中的齿轮，汽车和机床中的齿轮。8级6104机械制造中对精度无特殊要求的齿轮。9级241.5低速及对精度要求低的传动。验证轮齿弯曲强度齿形系数=2.7，=1.6，=2.37，=1.7（见机械设计基础173-174）=278=186，安全齿轮的圆周转速0.941m/s对照表（机械设计基础可知选用9级精度是合适的，其他计算从略。各齿轮硬度小于350HBS,所以是闭合式软齿面，所以齿面点蚀是主要的失效形式。 4.2齿轮的强度设计与校核查机械设计基础p250 表11.19 ， 因为齿轮是软齿面对称布置，所以取 d=1

28、 。初选螺旋角 =15。查机械设计基础p227 表11.11 ，因为齿轮材料是锻钢，所以取弹性系数 ZE=189.8。查机械设计基础p225 图 11.26 ，根据应力循环次数和材料以及热处理方式，查取接触疲劳寿命系数：ZN1=1 ， ZN2=1 ， 齿面接触疲劳许用应力H：H =4.3轴的选材因为是一般用轴，所以选材料为45钢 ，调质。 查机械设计基础p333 表16.1 ，查取B=637Mpa。查机械设计基础p342 表16.3 ，因为材料是碳素钢，所以取许用弯曲应力-1b=60Mpa。查机械设计基础p341 表16.2 ， 因为是45钢，所以查取=3040Mpa ， C=118107。4

29、.4轴的设计轴的选材：因为是一般用轴，所以选材料为45钢 ，调质。 查机械设计基础p333 表16.1 ，查取B=637Mpa。查机械设计基础p342 表16.3 ，因为材料是碳素钢，所以取许用弯曲应力-1b=60Mpa。查机械设计基础p341 表16.2 ， 因为是45钢，所以查取=3040Mpa ， C=118107。1）高速轴的设计：按纯扭转强度估算轴径（最小轴径）： dd1C=(107118)mm=16.718.4mm考虑到轴的最小处要安装联轴器，增大3%5%。 故d1取17.419.2mm查机械工程及自动化简明设计手册（上册）p38 联轴器 可知：Tn=6336, 取d1=22mm。

30、选联轴器型号为：TL4 , 轴承为:7205C因为轴两端要安装轴承，所以取dmin=25mm，其具体参数如下图：图4-32）中速轴的设计： d2C=(107118)mm=29.232.2mm 取d2=35mm 选用轴承 7207C 具体参数如下图：图4-43）低速轴的设计与强度校核： d3C=(107118) mm=47.752.6mm考虑最小直径要装联轴器，开键槽，要增大3%5%。 故d3取50.155.3mm查机械工程及自动化简明设计手册（上册）p37 表2-6，选联轴器型号为YL11 J型， d=55mm L=84mm, 选轴承型号为7212C 。 圆周力：Ft=2803/295.360

31、=5.44kN 轴向力：Fa=Ft·tan2=5.44tan15.942。=1.56kN径向力：Fr=5.44tan20。/cos15.942。=2.06kN FA: -FA×A4D78">A4D78">194+ Fr×A5625">A5625">(194-68)+ Fa×658F6">658F6">d4/2=0 解之 得： FA=2.5 kNFB: FA+ FB=Fr 解之得：FB=-0.44 kNF1: F1= Ft×24E7B">

32、;24E7B">(194-68)/194=3.54 kNF2: F2= Ft×413BE">413BE">68/194=1.91 kN轴力图如下： 图4-5 图4-6 由图可知：1截面 ，2截面 为危险截面 1截面的当量弯矩Me1= =500.7N·m 2截面的当量弯矩Me2= =557.8 N·m校核危险截面：1= 代入数据得：1=23.2Mpa-1b=60Mpa 2= 代入数据得：2=16.3 Mpa-1b=60Mpa 因此该轴满足刚度条件。总结通过这次设计，使我认识到上课时的内容虽然已经很很丰富，但如果没有实践的话，学习再多的理论也只是纸上谈兵，就像用到的各种符号，往往就同其它的一些符号相混，结果往往是张冠李戴。通过这次设计，我查找资料的能力也得到了很大的提高。更重要的是，我们初步尝试了去独立地去发现问题，解决问题，反思问题的能力，并且设计的是一个整体，所以考虑问题的方向也全面了，不单单是去解一道题目，