哈工大机械课程设计_棒料输送线设计(方案二)

1、.专业整理.学习帮手.必霜甯，玄上摩Harbin Institute of Technology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：机电工程学院班 级：设计者：学 号：指导教师：陈照波设计时间：2014年6月23日至29日哈尔滨工业大学棒料输送线布料装置设计1 .设计题目：棒料输送线布料装置（方案2）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。圉L用上由图1、2可以看出，该布

2、料输送线装置有两个执行构件。执行构件 1为推料滑块，将 后方料斗中的最底层棒料推入输送线上相应的槽内。 执行构件2为输送线传动带，推动产品 在输送线上运动。这两个运动的协调关系如图 3所示。.专业整理.2 .工艺动作分析执行构件运动情况1 （推料滑块）推程回程停止2 （传送带）停止运动；Tl=T/2T2=T/2三卜K尸Q1m图3棒料输送线布料系统运动循环图由图3可以看出执行构件1和执行构2的总工作周期相等，即 To T1为执行构件1的运 动周期，此时执行构件 2停止不动。T2为执行构建2的运动周期，同时执行构件 1停止不 动。并且执行构件1的运动规律为，“推-回一停”间歇的往复直线运动。执行构

3、件 2的运动 为间歇直线移动。设定 T1=T2=T/2,即运动时间和间歇时间相等。3 .运动功能分析3.1 执行机构1功能分析驱动执行构件1工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。该运动功能单元将连续的单向转动转化为间歇的往复直线移动。经过转速配合后，要求槽轮主动件（拨盘）每单向转动兀/2 ,从动件（执行构件1）往复运动1次。根据设计题目要求，执行构件1每次推入2块棒料，即主动件车t动一周，推入4块棒料。为达到每分钟布置棒料45,75,105块的设计要求，主动件转动需分别达到11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下图4所示图4执行机构1的运动功能从连续的单向转动转化为间歇的

4、往复直线移动显然不能一步实现，需要多个构件形成执行机构1。先将连续的单向转动转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件1的间歇时间是工作周期的二分之一。因此间歇运动功能单元的运动系数t=0.5。此时执行构件1的工作周期T1为执行构件1的工作周期T的二分之一。如下图 5所示T ” 5.图5连续转动转化为间歇转动的运动功能单元.学习帮手.专业整理.为将该间歇转动构件每次转位时的转角转化为整周转动，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速运动功能单元增速，设定提速四倍，即 i=0.25。如下图6所示。图10有级变速运动功能单元.学习帮手.最后将连续转动转化为往复移动。这样即可以实现执行构件1 “推

5、-回一停”间歇的往复直线运动的运动规律。执行机构1的的运动功能就是把连续转动转化为间歇的往复直线运3.2 执行机构2功能分析驱动执行构件2工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。该运动单元将连续的单向转动转化为间歇的单向直线移动。主动件（槽轮拨盘）单向转动一周，从动件（执行构件 2）前进两次。根据设计题目要求，执行构件2每次移动400mm即运送2块棒料。主动件转动一周，运送4块棒料。由工艺分析得，执行构件 2与执行构件1工作周期相等，故主动 件（槽轮拨盘）转速应该相等，即分别为11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下图8所示。11 25rpm,18.75rpmH26.25r

6、pm图8执行机构2运动功能与3.1同理。需将连续的单向转动先转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件2的间歇时间同样是是工作周期的二分之一。因此间歇运动功能单元的运动系数。=0.5。此时执行构件2的工作周期T2为执行构件2的工作周期T的二分之一。再将其转动部分转化为直线移动。由于执行构件2每次移动400mm若将间歇转动的从动件直接驱动传送带，回转半径太大。所以再添加一个增速运动功能单元，使其 i=0.25。执行机构2的的运动功 能就是把连续转动转化为间歇的单向直线移动。运动功能图如下图9所示533.3 减速及有级变速系统原动机转速为1430rpm,为了达到所需的传动比要求和换挡功能，原

7、动机与执行构件之间需要加上变速器。要求在执行构件的主动件上分别得到11.25 , 18.75 , 26.25rpm的转速,则该变速器总传动比i有3种，分别为.1430ii=1T25 = 127.1111i 2=1430 = 76.266718.75.1430i 3=26示=54.4762总传动比由定传动比if和变传动比iv两部分组成：i 1=i f i v12=i fi v23=i f i v3由于定传动比if为常数,3种变传动比中i w最大，i v3最小。本设计采用滑移齿轮变速。滑移齿轮传动比最大应不大于4,即设i v1=4计算的定传动比可求得其他变传动比.?1i f=?1127.1111-

8、4-=31.7778._i 2i v2=i f.i 3i v3=i f76.266731.777854.476231.77782.41.7143由此可得如下传动系统有级变速功能单元图10。.专业整理.为了保证系统过载时不至于损坏，需要在原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采用带传动实现。同时实现减速和过载保护功能。如下图11所示。i=2.5图11过载保护运动功能单元定轴传动部分传动比?31.7778寸=” =12.711112.52.5这部分传动比由两对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮实现。添加这对圆锥齿轮是为了改变传动平面，使变速器运动主平面与布料系统运动主平面垂直，避免尺寸布

9、局上的影响。为了使三对齿轮的传动比小于4,初步设定圆锥齿轮传动比为2,另两对圆柱齿轮，传动比为?1=3.2, ?2=2。图12定轴传动部分3.4 为满足一个原动机驱动要求的执构件1、2的连接为了使用同一原动机驱动执行构件1和2,应该在减速功能单元之后加一运动分支功能单元。由于执行构件1和2的主动件（槽轮拨盘）转速相同，且定轴转动部分之后已经达到 主动件所需转速，只需将已有转速传递给两个主动件即可，无需再变速。但是执行构件1的运动主平面垂直于布料系统运动主平面，执行构件2的运动主平面即布料系统运动主平面，二者互相垂直。因此运动分支功能单元之后需要用圆锥齿轮改变转速传递平面。同时为了满足空间布局的

10、要求，使用两个圆锥齿轮以改变布局方向。变速系统执行构件驱动系统之间的连接系统功能如图13所示。图13两个执行构建的连接.学习帮手.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14棒料输送线布料装置（方案 2）的运动功能系统图4 .机械系统运动方案根据运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图的各个运动功能单元，便可O1是原动机，转速14301430rpm拟定出机械系统运动方案。图14中的运动功能单元图14中运动功能单元图15电动机替代运动功能单元 12是过载保护功能单元兼减速功能，采用带传动替代，如图图17滑移齿轮替代运动功能单元图14中运动功能4和5是减速功能，采用

11、 2级齿轮传动和一对圆锥齿轮替代，如图。ttjLL-7r图18 2级齿轮传动替代运动功能单元4图19圆锥齿轮传动替代运动功能单元图14中运动功能单元 6、7、11是运动分支功能单元。 在变速系统输出轴上添加两个相 同的齿轮，与轴固联。各用一个圆锥齿轮改变转速传递平面，如图接执行机均L输入轴图20两对圆锥齿轮传动替代运动功能单元6、 7、 11图14中运动功能单元 8是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，采用槽轮机构 替代。该运动功能单元的运动系数t=0.5。,?- 2最后确定销钉个数 k=2,槽轮的径向根据槽轮机构运动系数的计算公式r =k ,2?，槽数Z=4。图21槽轮机构替代运动功能单

12、元8图14中运动功能单元 9是增速运动功能单元，采用一对圆柱齿轮传动代替，其中一个齿轮与槽轮同轴，角速度相同，另一个齿轮作为运动功能单元10的运动输入，如图。图22 一对定轴齿轮传动替代运动功能单元9图14中运动功能单元10是把连续转动转化为连续往复移动的运动功能单元，采用曲柄滑块机构替代。其中圆锥齿轮传动的主动轮与曲柄固联如图图23曲柄滑块机构替代运动功能10此处曲柄滑块机构需实现同时推动三块料的功能，则需要增添扩展机构。以如图24所示支架，带动三个滑块，使它们与原机构中滑块运动规律相同。（该图为俯视图）。图24曲柄滑块机构的扩展机构执行构件1图14中运动功能单元12与运动功能单元 8相同。

13、采用k=2, z=4的槽轮机构代替。图25槽轮机构替代运动功能单元12图14中运动功能单元13是增速运动功能单元，仍采用一对圆柱齿轮传动。其中一个齿图26 一对定轴齿轮传动代替运动功能13图14中运动功能单元14是把连续转动转换为单向直线移动的运动功能单元。采用一个圆柱齿轮直接带动传送带。该齿轮线速度等于传送动所需前进速度。角速度等于运动输入齿轮角速度。图27带传动替代运动功能单元14根据上述分析，把各个运动功能的替代机构依次连接起来，即到棒料输送线布料装置（方案9）方案机械运动简图，如图 28B向图28棒料输送线布料装置（方案 9）的机械运动简图5 .机械系统尺寸设计5.1 执行机构1的设计

14、执行机构1驱动执行构件1运动。执行机构1由槽轮机构19、20, 一对圆柱齿轮21、 22,曲柄23,连杆24和滑块25组成。此机构中槽轮机构，拨盘19转180° ,槽轮20转90° ,运动系数为 0.5（详见齿轮传动设计）。圆柱齿轮21、22传动比为0.25 （详见齿轮传动设计），即槽轮转90。，圆柱齿轮22 转 360° 。由设计题目要求，根据棒料长度150mm为留出空间余量，设定滑块的行程为200mm先确定几何关系，如图 29中G、C2为曲柄滑块机构的两个极限位置AC=AB+BC AQBC-AB曲柄滑块机构是一种具有急回运动特性的机构，设在工作中该机构的行程速

15、比系数为K=1.4则，该机构的极位夹角为?- 19 = ?门80。= 30图29曲柄滑块机构示意图在ZAC 2c中应用余弦定理cos 0AC22+AC，- C2C?2AC1 超C2根据曲柄存在条件，需满足AC+e<BC计算初步确定AB=93mm BC=183mm e=63mm要求最小传动角大于 40° ,C2位置出现最小传动角？?min?min = 90arcsin = 46.36 ° > 40 ° ?C2?所选尺寸满足机构的传动要求。5.2 执行机构2的设计执行机构2驱动执行构件2运动。执行机构 2由槽轮机构28、29, 一对圆柱齿轮30、 31,带

16、传动32、33组成。此机构中槽轮机构，拨盘 28转180° ,槽轮29转90° ,运动系数为0.5 （详见槽轮机 构设计5.3 ）。圆柱齿轮30、31传动比为0.25,即槽轮转90° ,圆柱齿轮 31转360°。圆柱齿轮32 与31同轴，角速度相同，棒料传送带与齿轮32线速度相同（详见齿轮传动设计）。5.3 槽轮机构设计槽轮机构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z- 2确定拨盘圆销数j=2,槽轮槽数z=4,如图图30槽轮机构示意图槽轮槽间角360°360°* = k= 丁= 90°槽轮

17、每次转位时拨盘的转角2“ = 180° - 23 = 90°设定中心距a = 100mm拨盘圆销回转半径?入=?= sin 3 = sin45 = 0.7071r=入 a=70.711mm槽轮半径? = cos 3 = 0.7071R=E = =70.711mm锁止弧张角111丫 二 2兀(？+ ?- 2)=90°圆销半径?； 7= 7。711+6= 11.78mn= 12mm槽轮槽深h>(入 + E - 1) X100+ 12 = 53.42mm锁止弧半径r s<r-r A=58.7mm取 r s=48mm5.4 滑移齿轮传动设计5.4.1齿数确定齿

18、轮 5,6,7,8,9,10组成滑移齿轮有级变速运动功能单元,其齿数分别为Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10由3.3中计算得三对齿轮所需传动比如下i vi= 4.00i v2= 2.40i v3= 1.7143最小不根切齿数为17,且一对齿轮齿数最好是质数比。6个齿轮中，齿轮9尺寸最小,71.=3.9444。?7 = 26 z8 = 62（变位以配凑中心距）?5 = 33'Z6 = 56取Z9=18。根据i V1= ?Z90= 4,Z10取71。其齿数和为Z9+Z10=89。实际传动比i v1 =另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同。Z7+Z8=89Z5+Z6=89为满足最后转速要求

19、,?9 = 18Z10 = 71?7 = 26 z8 = 62?5 = 33 Z6 = 56实际传动比i v1= -z9 = 41Vl ?10 什62v2= 26= 2.3846;i v3= 56 = 1.697335.4.2模数及中心距确定三对齿轮齿数和相同，模数相等m=2mM,U中心距相等z 9+zio=z5+z6= 89中心距a=89*m/2=89mm一.、一,. ，一 一' ，z7、z8齿轮米用变位齿轮，由于 a=(z7+z8)m/2=88, ? =89，故? =arcos(acos20 ° / ? )=21.70 °故变位系数和 x7+x8= (inv?

20、-inv20 ) (z7+z8) /(2 *tan20 )=0.521 , 取 x7=0.45,x8=0.07.另两对齿轮都是标准齿轮传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。5.5 固定齿轮传动设计5.5.1 圆柱齿轮传动设计齿轮11、12、13、14实现减速运动功能，实现传动比为6.356。可根据i1*i2=12.711齿轮 11、13 取 z11=22, z12=21 ,则?11 = 22 z12 = 69z13 = 21z14 = 43mM 2mm则中心距a2=a3=(22+69) m/2=91mm(21+43) m/2=64mm此二级齿轮传动是标准齿轮传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。齿轮2

21、1与22,齿轮30与31传动比都为0.25,实现增速运动功能。 齿轮22和31为小齿轮，取最小不根切齿数17。由于i=0.25是为了保证槽轮的转角90。扩大四倍后，完成齿轮22和31的完整周期。所以应该保证齿数比为4:1。取?21 = z30 = 68z22 = z31 = 17仍取m=2mm则中心距a=(68+17) m/2=85mm这两对齿轮传动是标准齿轮传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。5.5.2 圆锥齿轮传动设计圆锥齿轮15、16实现运动功能单元 5的减速功能，实现传动比 i=2 ,两圆锥齿轮的轴交 角为90°。齿轮16的分度圆锥角 .?168 16 = arctan 示=a

22、rctan2 = 63.435齿轮15的分度圆锥角8 15 = 90° - 8 16 = 26.565°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Zl5=乙minCOS 8 15 =15齿轮16的齿数为Zl6=2 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、26和27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。但是分度圆锥角不同，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=34mrm d4=85mrm带轮32与

23、传送带33线速度相同，转动一周，传送带前进400mm则d32=400mmy 127.32mm兀由上述分析可得图 28中各齿轮齿数（模数 m=2）情况如下表编R567 （变位）8 （变位）91011齿数33562662187122编R12131421223031齿数69214368176817变位系数：x7=0.45,x8=0.07 。表1圆柱齿轮齿数情况表编p151617182627齿数153030303030分度圆锥角826.565°63.435°45 °45 °45 °45 °表2圆锥齿轮齿数及圆锥角情况表曲柄滑块机构参数如下表

24、3所示。曲柄AB93mm连杆BC183mm滑块位移偏置距离e63mm滑块彳T程h200mm行程速度变化系数K1.4表3曲柄滑块机构参数表槽轮参数如下表4所示槽间角345°槽轮半径R70.7145°锁止弧张角丫90°中心矩a100mm圆销半径pa12mm入、七0.7071槽轮槽深h53.42mm拨盘回转半径r70.71锁止弧半径rs48mm表4槽轮参数表6.运动分析6.1转向分析如图所示箭头为系统各部分转向关系。图31机械运动方向关系示意图6.2 初始位置确定由图三运动循环图可知，执行机构1、2的步调相反，从而当驱动执行机构1的槽轮转动时，驱动执行机构2的槽轮应处于

25、停止阶段， 又因为转向相反，在图中表现为起始位置拨 盘方向平行，如下所示：执行机构1执行机构2图33执行机构2初始位置示意图6.3 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19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19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19的一个圆销开始进入槽轮 20的一个槽内，带动槽轮 20逆时针转动。槽轮 20转动90。后，圆销从槽内退出。这个过程 中，齿轮22带动曲柄顺时针旋转 1周，滑块完成一次推料。在拨盘19转过下一个90。的过程中，槽轮不动。此为一个工作周期。拨盘28逆时针转动时的初始位置处于槽轮由动变停的分界位置，因此拨盘28与水平轴的夹角为45°。启动后拨盘28转动90