1、Harbin Institute of Technology課程設計說明書（論文）課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目：棒料輸送線布料裝置（方案4）院 系： 機電工程學院 班 級： 1308302班 設 計 者： 吉曾緯 學 號： 1130830210 指導教師： 翟文杰 設計時間： 哈爾濱工業大學棒料輸送線布料裝置（方案4）1.題目要求如圖下圖1所示棒料輸送線布料裝置的功能簡圖。料斗中分別裝有直徑35mm，長度150mm的鋼料和銅料。在輸送線上按照圖2所示的規律布置棒料。原動機轉速為1430r/min，每分鐘布置棒料35,55,75塊分3檔可以調節。功能簡圖2.題目解答（1）工藝方法分析由

2、題目和功能簡圖可以看出，推動輸送帶上運動的是執行機構1，在使鋼料下落的是執行構件2，在使銅料下落的是執行構件3，三個執行構件的運動協調關/系如圖所示。下圖1中T1為執行構件1的工作周期，T2是執行構件2的工作周期，T3是執行構件3的工作周期，T3是執行構件3的動作周期。可以看出，執行構件1做間歇圓周運動，執行構件2、執行構件3都做間歇往復移動。三個執行構件的工作周期關系為：4T1= T2= T3。執行構件2、3的動作周期為其工作周期的1/8。執行構件1的動作周期為其工作周期的1/2。工作周期T2T1執行機構運動情況執行構件1運動靜止運動靜止運動靜止運動靜止運動靜止運動靜止執行構件2靜止推動靜止

3、推動靜止推動靜止執行構件3靜止推動靜止推動靜止推動靜止推動 T3圖1運動循環圖（2）運動功能分析及運動功能系統圖根據前面的分析可知，驅動執行構件1工作的執行機構應該具有運動功能如圖2所示。該運動功能把一個連續的單向轉動轉換為間歇轉動移動，從而帶動皮帶運動來帶動傳送帶。主動輪每轉動半周，從動件（執行構件1）運動一周，主動件的轉速分別為36、55、75 r/min。 36、55、75 r/min圖2 執行機構1的運動功能由于電動機轉速為1430r/min，為了在執行機構1的主動件上分別得到36、55、75 r/min的轉速，則由電動機到執行機構1之間的傳動比i/minz有3種分別為：iz1=143

4、036 = 39.7iz2=143055 = 26iz3=143075 = 19總傳動比由定傳動比ic，帶傳動比ip與變傳動比iv組成，滿足以下關系式：iz1 =ip* ic*iv1iz2= ip*ic*iv2iz3= ip*ic*iv3三種傳動比中iz1最大，iz3最小。由于定傳動比ic是常數，因此3種傳動比中iv1最大，iv3最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不要大于4，即：iv1=4取帶傳動的傳動比為最大值，即： ip=2.5 則有：ic= iz1 ip*iv1 = 9.925/2.5=4故定傳動比的其他值為：iv2= iz2 ip*ic= 2.6iv3= iz3 ip*ic=

5、1.9于是，有級變速單元如圖3：i = 4, 2.6, 1.9圖3 有級變速運動功能單元為保證系統過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統之間加一個過載保護環節。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護能力，還具有減速功能，如圖所示。ip=2.5圖4 過載保護運動功能單元整個傳動系統僅靠過載保護功能單元的減速功能不能實現全部定傳動比，因此，在傳動系統中還要另加減速運動功能單元，減速比為ic= iz1 ip*iv1 = 9.925/2.5=4減速運動功能單元如圖5所示。圖5 執行機構1的運動功能根據上述運動功能分析，可以得到實現執行構件1運動的功能系統圖，如圖6所示

6、。圖6 實現執行構件1運動的運動功能系統圖為了使用同一原動機驅動執行構件2，應該在圖7所示的運動功能系統圖加上1個運動分支功能單元，使其能夠驅動分支執行構件2，該運動分支功能單元如圖7所示。執行構件2、執行構件3有一個執行運動，為間歇往復移動，其運動方向與執行構件1的運動方向垂直。為了使執行構件2和執行構件3的運動和執行構件1的運動保持正確的空間關系，可以加一個運動傳動方向轉換功能單元，如圖8所示。經過計算得到在三種布置桿數情況下帶動執行構件2、3做往復直線運動的連續轉動的轉速 n1=17.5r/min n2=27.5r/min n3=37.5r/min因為沿用了前面的滑移齒輪和定傳動比，只需

7、設錐齒輪的傳動比i=2即可。圖7 運動分支功能單元i=2圖8 運動傳動方向轉換的運動功能單元經過運動傳遞方向轉換功能單元輸出的運動需要分成三個運動分支分別驅動執行構件2的2個運動和執行構件3的一個運動。因此，需要加一個運動分支功能分支單元，如圖9所示。圖9 運動分支功能單元執行構件2、3的一個運動是間歇往復移動，考慮采用兩個運動單元，將連續轉動轉換成間歇單向轉動，再轉換成間歇往復移動。如圖10所示。圖10 連續轉動轉換為間歇往復移動的運動功能單元執行構件2、3的運動平面與第一個運動的運動平面垂直，因此，可以選用運動傳遞方向轉換功能單元，如圖11所示。圖11運動傳動方向轉換的運動功能單元經過運動

8、傳遞方向轉換功能單元后的運動，可以通過另一個運動功能單元把連 續轉動轉換為間歇單向轉動，如圖12所示。圖12 連續轉動轉換為間歇單向轉動的運動功能單元根據上述分析可以得出實現執行構件1和執行構件2、3運動功能的運動功能系統圖即棒料輸送線布料裝置，如圖13所示。1430r/min i = 2.5 i = 4, 2.6, 1.9 i = 4i=12 1 2 3 4執行構件1i=1214 5 6 13執行構件2 7i=1214 9 10執行構件3 8 11 12圖13 棒料輸送線布料裝置（方案4）的運動功能系統圖（3）系統運動方案擬定根據上圖所示的運動功能系統圖,選擇適當的機構替代運動功能系統圖中的

9、各個運動功能單元,便可擬定出機械系統運動方案。圖13中的運動功能單元1是原動機。根據產品包裝生產線的工作要求，可以選擇電動機作為原動機。如圖14所示。1430r/min1圖14 電動機替代運動功能單元1圖13中的運動功能單元2是過載保護單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動實現，如圖15所示。 2圖15圖13中的運動功能單元3是有級變速功能單元，可以選擇滑移齒輪變速傳動替代，如圖21所示。圖16 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖13中的運動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動代替，如圖17所示。圖17 二級齒輪傳動替代運動功能單元4圖13中的運動功能單元7是運動傳遞方向轉換功能和減速運動功能單

10、元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖18所示。i = 2 圖18 錐齒輪傳動替代減速運動功能單元7圖13中運動功能單元5是運動分支功能單元，可以用運動功能單元7錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元6導桿滑塊結構的曲柄與運動功能單元4的運動輸出齒輪固連替代，如圖19所示。圖19運動功能單元的主動件和錐齒固聯替代運動功能單元5圖13中運動功能單元6將連續轉動轉換為間歇轉動，單元13將間歇轉動轉換成間歇移動，可以通過不完全齒輪和傳送帶實現，如下圖所示，不完全齒輪帶動全齒齒輪，不完全齒輪轉半周，完全齒輪轉一周，皮帶輪固連在完全齒輪上，從而帶動傳動帶間歇移動。圖20 不完全齒輪和傳動帶代替運動功能單元6和13圖

11、13中運動功能單元9和10將連續傳動轉換為間歇往復移動，由于運動復雜，可以選用不完整齒和曲柄滑塊機構來共同完成要求。不完全齒輪在一個工作周期內二次停歇和和二次轉動，且二次停歇的時間不相同，曲柄和最后一齒輪固聯實現整周運動。如圖26所示。因為執行構件2的運動節奏和執行構件3相同，只是運動相位不同，所以功能單元11、12和9、10相同。圖21 不完整齒輪和曲柄滑塊機構替代功能單元9和10圖13中運動功能單元7是運動傳遞方向轉換功能，可以用圓錐齒輪傳動代替，如圖27所示。 i = 2圖22 圓錐齒輪傳動機構代替運動功能單元7圖13中運動功能單元8是運動分支功能單元，可以用運動功能單元9、運動功能單元

12、11的主動不完全齒輪與錐齒輪傳動的從動輪固聯，如圖29所示。圖23 2個運動功能單元的主動件固聯替代運動功能單元8根據上述分析，按照圖13各個運動單元連接順序把個運動功能單元的替代機構連接，便形成了棒料輸送線布料裝置（方案4）的運動方案簡圖，如圖24所示。 （a）（b）（c）圖24棒料輸送線布料裝置（方案4）的運動方案簡圖（4） 系統運動方案設計1） 執行機構1的設計該執行機構是由不完全齒輪和帶傳動機構組成。其中一個運動是連續轉動轉換為單向間歇轉動，由不完全齒輪13、19實現。另一個運動是將單向間歇轉動轉換為間歇移動，可以選用帶傳動（20、21、22）來完成要求。不完全齒輪13、19的設計設其

13、傳動比為1/2，可知主動輪轉動一周，主動輪和從動輪的運動關系為轉180轉180停轉360取z19=25，則主動輪的假想齒數為z13=50。取模數為2 mm，齒輪19為完全齒輪，其集合尺寸可按照標準齒輪計算。齒輪26為不完全齒輪，其上的有一段齒數為25的齒形，夾角為45。圖25 不完全齒輪傳動13、19設計皮帶輪20、21和轉速的設計 這組不完全齒輪可以得到主動輪轉半周從動輪轉一周的效果，因此在從動輪上固聯皮帶輪20的周長c=2r=200，得到直徑d=63.7mm。輪20、21相同。 主動輪轉速的選擇：以每分鐘布料55為例。應為一個工作周期落料4個，可得T=455min，有因為皮帶輪的運動周期為

14、工作周期的八分之一，T8=1110，說明在T8時間內主動不完全齒輪轉半周得n=0.51/110=55。其他兩種情況同理可得。2）執行機構2、3的設計 執行機構2和執行機構3相同，下面以執行機構2的設計為例。如圖機構運動簡圖（b）所示，執行機構2由兩個運動復合而成。其中一個運動是連續轉動轉換為單向間歇轉動，由不完全齒輪17、22實現。另一個運動是將單向間歇轉動轉換為間歇往復移動，可以選用整齒傳動（24、25）和將曲柄滑塊機構的曲柄與輪25固聯來共同完成要求。主動輪17轉速的設計 以每分鐘35個為例，因為一個工作周期布料2個，T=235min,因為在傳送帶停止的T/8時間內，不完全齒輪17轉過45

15、度使輪23轉動從而使曲柄轉一周得n=1T=17.5rpm不完全齒輪17、23的設計設其傳動比為1/2，可知主動輪轉動一周，主動輪和從動輪的運動關系為轉45轉45轉225轉45轉90停轉90停齒輪23可按可按最小不根切齒數確定，但為了使不完全齒輪17的齒數為整數，取z23=20，則主動輪的假想齒數為z17=40。取模數為2 mm，齒輪23為完全齒輪，其幾何尺寸可按照標準齒輪計算。齒輪17為不完全齒輪，其上的有兩段齒數均為5的齒形，夾角為45。圖26 不完全齒輪傳動17、23設計定軸齒輪24、25的設計i23=z25z24=14 為了使輪25不發生根切,且不超過最大傳動比 設計z25=20 z24

16、=80 模數m=2，其幾何尺寸可按照標準齒輪計算。24和25為標準齒輪，其齒數分別取：z24 =20 ，z25 =80 。它們的齒頂高系數ha*=1，徑向間隙系數c*=0.25，分度圓壓力角=20，標準中心距a =100mm。序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪11z24 20齒輪12z25 802模數m23壓力角 204齒頂高系數ha*15頂隙系數c* 0.256標準中心距a1007實際中心距a1008嚙合角209變位系數齒輪24x240.00齒輪25x25 0.0010齒頂高齒輪24ha24ha24=（ha*+x24）*m=2齒輪25ha25 ha25=（ha*+x25）*m=211齒

17、根高齒輪24hf24hf24=( ha*+c*-x24)*m=2.5齒輪25hf25 hf25=( ha*+c*-x25)*m=2.512分度圓直徑齒輪24d24d24=m*z24=40齒輪25d25 d25=m*z25=16013齒頂圓直徑齒輪24da24 da24=d24+2*ha24=44齒輪25da25 da25=d25+2*ha25=16414齒根圓直徑齒輪24df24df24=d24-2*hf24=35齒輪25df25 df25=d25-2*hf25=1552） 曲柄滑塊機構的設計搖桿固聯在輪25上，每周期完成2個圓周運動，其余的時間靜止不動。該機構有曲柄26、連桿27和滑塊28組

18、成。滑塊的行程h=150mm=料長度。由此可以確定該機構曲柄的長度l1=h/2=75mm連桿長度l2與機構的許用壓力角、曲柄存在條件及結構有關，及 sinmax=l1l2由此可以看出，連桿的長度l2越大，機構的最大壓力角越小。若要求max30 則l2l1sinmax=75sin30=150mm 所以取l2=150mm 3）滑移齒輪傳動設計 確定齒輪齒數機構運動簡圖a中齒輪5，6，7，8，9，10組成了滑移齒輪有級變速單元，其齒數分別為z5， z6 ，z7 ，z8 ，z9 ，z10。由前面分析可知，iv1=4iv2= iz2 ip*ic= 2.6iv3= iz3 ip*ic= 1.9按最小不根切

19、齒數取z9=17，則z10= iv1 z9=4*17=68為了改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數互為質數，取z10= 69。其齒數和為z9+ z10=17+69=86，標準齒輪，其齒數分別取：z9=17，z10=69；它們的齒頂高系數ha*=1，徑向間隙系數c*=0.25，分度圓壓力角=20，實際中心距a =71mm。序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪9z917齒輪10z10 692模數m23壓力角 204齒頂高系數ha*15頂隙系數c* 0.256標準中心距a867實際中心距a868嚙合角 209變位系數齒輪9x90.00齒輪10x10 0.0010齒頂高齒輪9ha9ha9=（ha*+

20、x9）*m=2齒輪10ha10 ha10=（ha*+x10）*m=211齒根高齒輪9hf9hf9=( ha*+c*-x9)*m=2.5齒輪10hf10 hf10=( ha*+c*-x10)*m=2.512分度圓直徑齒輪9d9d9=m*z9=34齒輪10d10 d10=m*z10=13813齒頂圓直徑齒輪9da9da9=d9+2*ha9=38齒輪10da10 da10=d10+2*ha10=14214齒根圓直徑齒輪9df9df9=d9-2*hf9=29齒輪10df10 df10=d10-2*hf10=133另外兩對嚙合齒輪的齒數和應大致相同，即z7+ z886，z5+ z686iv2= 86-z

21、7z7= 2.6z724 ,z8=86-z7=62標準齒輪7，8，其齒數分別取： z7=24， z8=62；它們的齒頂高系數ha*=1，徑向間隙系數c*=0.25，分度圓壓力角=20，實際中心距a =86mm。序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪7z724齒輪8z8 6222模數m23壓力角 204齒頂高系數ha*15頂隙系數c* 0.256標準中心距a867實際中心距a868嚙合角 209變位系數齒輪7x70.00齒輪8x8 0.0010齒頂高齒輪7ha7ha7=（ha*+x7）*m=2齒輪8ha8 ha8=（ha*+x8）*m=211齒根高齒輪7hf7hf7=( ha*+c*-x7)*

22、m=2.5齒輪8hf8 hf8=( ha*+c*-x8)*m=2.512分度圓直徑齒輪7d7d7=m*z7=48齒輪8d8 d8=m*z8=12413齒頂圓直徑齒輪7da7da7=d7+2*ha7=52齒輪8da8 da8=d8+2*ha8=12814齒根圓直徑齒輪7df7df7=d7-2*hf7=43齒輪8df8 df8=d8-2*hf8=119為了更接近所要求的傳動比，可取z7=23，z8=60，iv3= z6-z5z5= 1.9z530 ,z6=86-z5=56齒輪5和6齒數分別取： z5=30 ，z6 =56；它們的齒頂高系數ha*=1，徑向間隙系數c*=0.25，分度圓壓力角=20，

23、實際中心距a =64mm。序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪5z530齒輪6z6562模數m23壓力角 204齒頂高系數ha*15頂隙系數c* 0.256標準中心距a867實際中心距a868嚙合角209變位系數齒輪5x50.00齒輪6x60.0010齒頂高齒輪5ha5ha5= ha* (m+x5)=2齒輪6ha6 ha6=ha* (m+x6)=211齒根高齒輪5hf5hf5=m*(ha*+c*_x5)=2.5齒輪6hf6 hf6=m*(ha*+c*_x6)=2.512分度圓直徑齒輪5d5d5=m*z5=60齒輪6d6 d6=m*z6=11213齒頂圓直徑齒輪5da5 da5=d5+2*h

24、a5=64齒輪6da6 da6=d6+2*ha6=11614齒根圓直徑齒輪5df5df5=d5-2*hf5=55齒輪6df6 df6=d6-2*hf6=107為了更接近所要求的傳動比，可取z5=30 ，z6=57 計算齒輪幾何尺寸取模數m=2 mm，則取a=m2z9+z10=86這9,10齒輪為標準齒輪，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。由上面知齒輪7,8的齒數和比9,10的齒數和小，為了使齒輪7,8的實際中心距與齒輪9,10的標準中心距相同，齒輪7,8應采用正變位。齒輪7,8為正傳動，其幾何尺寸按變位齒輪計算。同理齒輪5,6采用負變位。4） 齒輪傳動設計圓柱齒輪傳動設計由圖可知，齒輪11、12實現

25、運動功能單元4的減速功能，它所實現的傳動比為4， z11=17，于是z12=69取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。11和12為標準齒輪，其齒數分別取：z11 = 17，z12 = 69。它們的齒頂高系數ha*=1，徑向間隙系數c*=0.25，分度圓壓力角=20，標準中心距a =86mm。序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪11z11 17齒輪12z12 692模數m23壓力角 204齒頂高系數ha*15頂隙系數c* 0.256標準中心距a867實際中心距a868嚙合角209變位系數齒輪11x110.00齒輪12x12 0.0010齒頂高齒輪11ha11ha11=（ha*+x11）*m=2

26、齒輪12ha12 ha12=（ha*+x12）*m=211齒根高齒輪11hf11hf11=( ha*+c*-x11)*m=2.5齒輪12hf12 hf12=( ha*+c*-x12)*m=2.512分度圓直徑齒輪11d11d11=m*z11=34齒輪12d12 d12=m*z12=13813齒頂圓直徑齒輪11da11da11=d11+2*ha11=38齒輪12da12 da12=d12+2*ha12=14214齒根圓直徑齒輪11df11df11=d11-2*hf11=29齒輪12df12 df12=d12-2*hf12=137圓錐齒輪傳動設計由機構運動簡圖（a）可知，圓錐齒輪15、16實現功能

27、系統圖18中的運動功能單元7的減速運動功能，它所實現的傳動比為2，兩圓錐的齒輪的軸交角為=90圓錐齒輪16的分度圓錐角為16=tan-1z16z15=63.435圓錐齒輪15的分度圓錐角為15=-16=26.565圓錐齒輪的最小不根切當量齒數為 zv min=17圓錐齒輪15的齒數可按最小不根切齒數確定，即z15=zv mincos1515則圓錐齒輪16的齒數為z16=2z15=30，齒輪15、16的幾何尺寸，取模數m=2 mm，按標準直齒錐齒輪傳動計算。根據圓錐齒輪變速傳動系統中對齒輪齒數的要求，齒輪15和16選擇為標準齒輪，齒輪參數如下表： 圓錐齒輪15、16參數序號項目代號計算公式及計算結果1齒數齒輪15Z1515齒輪16Z16302模數m23壓力角204齒頂高系數ha*15頂隙系數c*