哈工大机械原理课程设计棒料输送线布料装置(方案4)

1、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： 机械原理课程设计 设计题目：棒料输送线布料装置（方案4）院 系： 机电工程学院 班 级： 1208302班 设 计 者： 闫振 学 号： 1120830201 指导教师： 古乐 设计时间： 2014年6月27日哈尔滨工业大学棒料输送线布料装置（方案4）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1430rpm，每分钟布置棒料35,55,75块分3档可

2、以调节。功能简图2.题目解答（1）工艺方法分析由题目得知推动输送带上运动的是执行机构1，在使钢料下落的是执行构件2，在使铜料下落的是执行构件3. 执行构件1做间歇圆周运动，然后转化为间接平动。执行构件2、执行构件3都做间歇往复移动。三个执行构件的工作周期关系为：4T1= T2= T3。执行构件2、3的动作周期为其工作周期的1/8。执行构件1的动作周期为其工作周期的1/2。运动循环图执行机构运动情况执行构件1运动静止运动静止运动静止运动静止运动静止运动静止执行构件2静止静止运动静止运动静止执行构件3静止推动静止推动静止静止推动静止推动 （2）运动功能分析及运动功能系统图分析可知，驱动构件1工作的

3、机构，其运动功能如图1所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为间歇转动，再通过带传动转化为间歇移动。主动每转动半周，执行构件运动一周，主动件的转速分别为36、55、75 rpm。 36、55、75 rpm图1 执行机构1的运动功能电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到35、55、75 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 = 41iz2=143055 = 26iz3=143075 = 19总传动比由定传动比ic，带传动比ip与变传动比iv组成，关系式如下：iz1 =ip* ic*iv1iz2= ip*ic*iv2iz3

4、= ip*ic*iv3三种传动比中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。采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于4，取iv1=4取带传动的传动比 ip=2.5 则有：ic= iz1 ip*iv1 = 9.925/2.5=4故定传动比的其他值为：iv2= iz2 ip*ic= 2.6iv3= iz3 ip*ic= 1.9于是，有级变速单元如图2：i = 4, 2.6, 1.9图2 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

5、力，还具有减速功能，如图所示。ip=2.5图3 过载保护运动功能单元定轴传动减速比为ic= iz1 ip*iv1 = 9.925/2.5=4减速运动功能单元如图4所示。图4定轴减速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5所示。图5 执行构件1的运动功能系统图为了使用统一原动机驱动执行钢料料槽开关，增加一个锥形齿轮机构，使其驱动钢料料槽开关，该运动分支功能单元如图6所示。取锥齿轮的传动比i=2图6传动方向转换的运动功能单元执行构件2、3的运动是间歇往复移动，可利用曲柄滑块机构将间歇转动变成间歇往复移动。如图7所示。图7 间歇转动转换为间歇往复移动利用不规则齿

6、轮机构把连续转动转换为间歇转动，如图8所示。图8连续转动转换为间歇转动根据上述分析，得到棒料输送装置的运动功能系统图，如图9所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.6, 1.9 i = 41 2 3 4执行构件1 5 6 13执行构件2 7 9 10执行构件3 8 11 12图9 棒料输送线布料装置的运动功能系统图（3）系统运动方案拟定根据上图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,拟定出机械系统运动方案。运动功能单元1是原动机。可以选择电动机作为原动机。如图10所示。1430rpm1图10 电动机替代运动功能单元1运动功能单元2是过载保护单

7、元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图11所示。 2图11过载保护和减速运动功能单元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12所示。图12滑移齿轮变速替代运动功能单元3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13所示。图13 二级齿轮传动替代运动功能单元4 运动功能单元7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14所示。i = 2 图14 锥齿轮传动替代减速运动功能单元7运动功能单元6将连续转动转换为间歇转动，单元13将间歇转动转换成间歇移动，可以通过不完全齿轮和传送带实现，如下图所示，不完全齿轮带动全齿齿轮，不完全齿轮转半周，

8、完全齿轮转一周，皮带轮固连在完全齿轮上，从而带动传动带间歇移动。图15不完全齿轮和传动带实现运动功能单元6和13运动功能单元9和10将连续传动转换为间歇往复移动，由于运动复杂，可以选用不完整齿和曲柄滑块机构来共同完成要求。不完全齿轮在一个工作周期内二次停歇和和二次转动，且二次停歇的时间不相同，曲柄和最后一齿轮固联实现整周运动。因为执行构件2的运动节奏和执行构件3相同，只是运动相位不同，功能单元11、12和9、10相同。图16 不完整齿轮和曲柄滑块机构替代功能单元9和10根据上述分析，得到棒料输送线布料装置的运动方案简图，如图17所示。 （c）图17棒料输送线布料装置的运动方案简图（4） 系统运

9、动方案设计1） 执行机构1的设计执行机构1由不完全齿轮和带传动机构组成。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13、19实现。另一个运动是将单向间歇转动转换为间歇移动，可以选用带传动（20、21、22）来完成要求。不完全齿轮13、19的设计设其传动比为1/2，可知主动轮转动半周，从动轮转动一周 。取z19=25，则主动轮的齿数z13=50。取模数m=2 mm，齿轮19为完全齿轮，其尺寸按照标准齿轮计算。图18 不完全齿轮传动13、19设计皮带轮20、21和转速的设计当不完全齿轮转动半周，从动轮转动一周，从动轮上皮带向前200mm,也就是说轮20的周长L=2r=200，得到直径d

10、=63.7mm。轮20、22相同。 主动轮转速的选择：以每分钟布料55为例。一个工作周期落料4个，即T=455min，皮带轮的运动周期为工作周期的八分之一，即T8=1110，说明在T8时间内主动不完全齿轮转半周，得n=0.51/110=55rpm。同理，每分钟布料75个时，得到转速为得n=0.51/150=75rpm 。2）执行机构2、3的设计 执行机构2和执行机构3相同，下面以执行机构2的设计为例。运动简图如图所示，执行机构2由两个运动复合而成。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17、22实现。另一个运动是将单向间歇转动转换为间歇往复移动，可以选用整齿传动（24、25）和

11、将曲柄滑块机构的曲柄与轮25固联来共同完成要求。主动轮17转速的设计以每分钟35个为例，一个工作周期内布料2个，即T=235min,考虑到传送带停止的T/8时间内，带动轮23转动，从而使曲柄转一周。得出n=17.5rpm不完全齿轮17、23的设计设其传动比为1/2，可知主动轮转动半周，从动轮转动一周 按最小不根切齿数，取z23=20，则主动轮17的齿数为z17=40。齿轮23为完全齿轮，模数为2 mm，其几何尺寸可按照标准齿轮计算。齿轮17为不完全齿轮，如图所示，有两段齿数为5的齿形，夹角为45。 定轴齿轮24、25的设计不完全齿轮17转动45度，齿轮23和24转动90度，齿轮25转动360度

12、。所以i =z25z24=14 取z25=20， 则z24=80。 3）曲柄滑块机构的设计该机构有曲柄26、连杆27和滑块28组成摇杆固联在轮25上，滑块一个周期内完成2次往返运动。滑块的行程h=150mm。取l1=h/2=75mm。因为最大压力角max30°， sinmax=l1l2 则l2l1sinmax=150mm 所以取l2=150mm 4）滑移齿轮传动设计 确定齿轮齿数齿轮3, 4，5，6，7，8组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为z3 ，z4， z5， z6 ，z7 ，z8。因为iv1=4iv2= iz2 ip*ic= 2.6iv3= iz3 ip*ic= 1.9按最

13、小不根切齿数取z7=17，则 z8=4*17=68 其齿数和为z7+ z8=17+68=85，另外两对啮合齿轮的齿数和应大致相同，即z3+ z485，z5+ z685iv2= 85-z5z5= 2.6得到 z523 ,z6=85-z5=61同理，由 iv3= 85-z3z3= 1.9得到z330 ,z4=85-z4=56 计算齿轮几何尺寸取模数m=2 mm，则取a=m2z7+z8=85齿轮7，8为标准齿轮，其几何尺寸可按标准齿轮计算。5） 齿轮传动设计圆柱齿轮传动设计定轴齿轮9, 10，11，12实现传动比为4的减速功能。取 z9=20，于是z12=80取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。（5） 运动方案执行构件的运动时序分析 曲柄的初始位置如机构运动简图如下，执行机构2,3的曲柄顺时针转动时的初始