哈工大机械原理课程设计--棒料输送线布料装置方案1

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：2014.6.23-2014.6.29哈尔滨工业大学目录1、题目要求 22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 111）带传动设计 112）滑移齿轮传动设计 123）齿轮传动设计 144）槽轮机构设计 155）不完全齿轮机构设计 166）执行机构 2,3 的设计 .18（5）运动方案执行构件运动时序分析 18（6）参考文献 19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 1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 T1 T1 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 运动 停止执行构件 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 、 T3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，T 2 是执行构件 2 的工作周期，T 3 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，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，则由电动机到执行机构 1 之间的总传动比 iz 有 3 种，分别为 6.2850n1z 7.432iz 10n3z总传动比由定传动比 和变传动比 两部分构成，即civi1cz2vzi3cz3 种总传动比中 最大， 最小。由于定传动比 是常数，因此，3 种变传1zi3zi ci动比中 最大， 最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于 4，1vi3v即 41vi于是定传动比为 5.76281vzci变传动比的其他值为 .5.72czvi82.10.33czvi于是，传动系统的有极变速功能单元如图 5 所示i=4,2.5,1.82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整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为 86.251.7ci减速运动功能单元如图7所示。i=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。i=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。1430rpm i=2.5 i=4,2.5,1.82 i=2.86图 9 实现执行机构 1 运动的运动功能系统图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，所以此处只增加一个运动分支，该运动分支功能单元如图 10 所示。图 10 运动分支功能单元由于减速输出的运动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 T1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=0.5。间歇运动功能单元如图15所示。=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。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，可以选择电动机作为原动机，如图 17 所示图 17 电动机替代运动功能单元 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。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 19 滑移齿轮变速替代运动单元 3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。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 21 皮带轮代替运动功能单元 5图 16 中的运动功能单元 6、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 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。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 26 所示。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。(a)(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 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其传动比为i=2.5采用V带传动进行设计，则设小带轮直径为d 2，大带轮直径为 d4，取d2=150mmd4=d2i =1502.5=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=d16i =1003=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d19=d21=100mm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，采用同步带传动设计。故设带轮 30 直径为 d30，带轮 32 直径为d32。取 md1270320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： 41vi5.2.782czvi.10.33czvi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+z886，z 5+z686由于 = = 2.5，为了更接近所要求的传动比，可取 z7=25，z 8=61 同理28677可取 z5=30，z 6=55。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(+1)a+rA=(0.7071+0.070711)150+18=80.13mm锁止弧半径rsrA=106.06518=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 ,顶隙1ah系数 ，分度圆压力角 ，实际中心距 a=71mm，得到齿轮 22 和25.0c0233 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齿轮 22 Z22 601 齿数齿轮 33 Z33 102 模数 M 23 压力角 204 齿顶高系数 ha* 15 顶隙系数 c* 0.256 标准中心距 a m(z22+z33)/2=707 实际中心距 a 718 啮合角 arccos(acos/a)=22.11齿轮 22 X22 0.489 变位系数齿轮 33 X33 (tan()- -tan()+ )(z22+z33)/(2tan()-x22=0.05齿轮 22 ha22 ha5=m ( ha*+x22-y)=2.9110 齿顶高齿轮 33 ha33 ha6=m ( ha*+x33-y)=2.04齿轮 22 hf22 hf22=m (ha*+c*-x22)=1.5411 齿根高齿轮 33 hf33 hf33=m (ha*+c*-x33)=2.41齿轮 22 d22 d22=m z22=12012 分度圆直径齿轮 33 d33 d33=m z33=20齿轮 22 da22 da22=d22+2 ha22=125.813 齿顶圆直径齿轮 33 da33 da33=d33+2 ha33=24.08齿轮 22 df22 df22=d22-2 hf22=116.9214 齿根圆直径齿轮 33 df33 df33=d33-2 hf33=15.18齿轮 22 a22 a22=arccos(d22 cos/da22)=26.3315 齿顶圆压力角 齿轮 33 a33 a33=arccos(d33 cos/da33)=38.716 重合度 z22 (tana22-tan)+z33 (tana33- tan)/2=1.47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，因此将他们和执行机构 2,3 以及带传动机构 19,20,21 做如图 32 所示装配。图 32 执行机构 2,3 及关联机构6）执行机构 2,3 的设计执行机构 2 如图 32 所示，将 35、37、39 分离出来，如图 33 所示。图 33 执行机构 2由设计题目可知，滑块 39 的行程为h150mm不妨令h=150mm采用对心曲柄滑块机构，行程速比系数 K=1。则可确定曲柄的长度为1=12=75考虑最大压力角 max50，连杆 37 的长度 与机构许用压力角 、曲柄存在2 条件，即sin=12由此可以看出，连杆 37 的长度 越大，机构的最大压力角越小。2若取 ，则 。 =3