1、.專業整理.學習幫手.必霜甯，玄上摩Harbin Institute of Technology課程設計說明書課程名稱：機械原理設計題目：棒料輸送線布料裝置（方案2）院 系：機電工程學院班 級：設計者：學 號：指導教師：陳照波設計時間：2014年6月23日至29日哈爾濱工業大學棒料輸送線布料裝置設計1 .設計題目：棒料輸送線布料裝置（方案2）如下圖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、銅料和鋁料。在輸送線上按照圖2所示的規律布置棒料。原動機轉速為1430rpm,每分鐘布置棒料 45,75,105塊，分3檔可以調節。圉L用上由圖1、2可以看出，該布

2、料輸送線裝置有兩個執行構件。執行構件 1為推料滑塊，將 后方料斗中的最底層棒料推入輸送線上相應的槽內。 執行構件2為輸送線傳動帶，推動產品 在輸送線上運動。這兩個運動的協調關系如圖 3所示。.專業整理.2 .工藝動作分析執行構件運動情況1 （推料滑塊）推程回程停止2 （傳送帶）停止運動；Tl=T/2T2=T/2三卜K尸Q1m圖3棒料輸送線布料系統運動循環圖由圖3可以看出執行構件1和執行構2的總工作周期相等，即 To T1為執行構件1的運 動周期，此時執行構件 2停止不動。T2為執行構建2的運動周期，同時執行構件 1停止不 動。并且執行構件1的運動規律為，“推-回一停”間歇的往復直線運動。執行構

3、件 2的運動 為間歇直線移動。設定 T1=T2=T/2,即運動時間和間歇時間相等。3 .運動功能分析3.1 執行機構1功能分析驅動執行構件1工作的執行機構應具有的運動功能如下圖所示。該運動功能單元將連續的單向轉動轉化為間歇的往復直線移動。經過轉速配合后，要求槽輪主動件（撥盤）每單向轉動兀/2 ,從動件（執行構件1）往復運動1次。根據設計題目要求，執行構件1每次推入2塊棒料，即主動件車t動一周，推入4塊棒料。為達到每分鐘布置棒料45,75,105塊的設計要求，主動件轉動需分別達到11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下圖4所示圖4執行機構1的運動功能從連續的單向轉動轉化為間歇的

4、往復直線移動顯然不能一步實現，需要多個構件形成執行機構1。先將連續的單向轉動轉化為間歇轉動，由系統運動循環圖可以看出執行構件1的間歇時間是工作周期的二分之一。因此間歇運動功能單元的運動系數t=0.5。此時執行構件1的工作周期T1為執行構件1的工作周期T的二分之一。如下圖 5所示T ” 5.圖5連續轉動轉化為間歇轉動的運動功能單元.學習幫手.專業整理.為將該間歇轉動構件每次轉位時的轉角轉化為整周轉動，間歇運動功能單元輸出的運動應經過增速運動功能單元增速，設定提速四倍，即 i=0.25。如下圖6所示。圖10有級變速運動功能單元.學習幫手.最后將連續轉動轉化為往復移動。這樣即可以實現執行構件1 “推

5、-回一停”間歇的往復直線運動的運動規律。執行機構1的的運動功能就是把連續轉動轉化為間歇的往復直線運3.2 執行機構2功能分析驅動執行構件2工作的執行機構應具有的運動功能如下圖所示。該運動單元將連續的單向轉動轉化為間歇的單向直線移動。主動件（槽輪撥盤）單向轉動一周，從動件（執行構件 2）前進兩次。根據設計題目要求，執行構件2每次移動400mm即運送2塊棒料。主動件轉動一周，運送4塊棒料。由工藝分析得，執行構件 2與執行構件1工作周期相等，故主動 件（槽輪撥盤）轉速應該相等，即分別為11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下圖8所示。11 25rpm,18.75rpmH26.25r

6、pm圖8執行機構2運動功能與3.1同理。需將連續的單向轉動先轉化為間歇轉動，由系統運動循環圖可以看出執行構件2的間歇時間同樣是是工作周期的二分之一。因此間歇運動功能單元的運動系數。=0.5。此時執行構件2的工作周期T2為執行構件2的工作周期T的二分之一。再將其轉動部分轉化為直線移動。由于執行構件2每次移動400mm若將間歇轉動的從動件直接驅動傳送帶，回轉半徑太大。所以再添加一個增速運動功能單元，使其 i=0.25。執行機構2的的運動功 能就是把連續轉動轉化為間歇的單向直線移動。運動功能圖如下圖9所示533.3 減速及有級變速系統原動機轉速為1430rpm,為了達到所需的傳動比要求和換擋功能，原

7、動機與執行構件之間需要加上變速器。要求在執行構件的主動件上分別得到11.25 , 18.75 , 26.25rpm的轉速,則該變速器總傳動比i有3種，分別為.1430ii=1T25 = 127.1111i 2=1430 = 76.266718.75.1430i 3=26示=54.4762總傳動比由定傳動比if和變傳動比iv兩部分組成：i 1=i f i v12=i fi v23=i f i v3由于定傳動比if為常數,3種變傳動比中i w最大，i v3最小。本設計采用滑移齒輪變速。滑移齒輪傳動比最大應不大于4,即設i v1=4計算的定傳動比可求得其他變傳動比.?1i f=?1127.1111-

8、4-=31.7778._i 2i v2=i f.i 3i v3=i f76.266731.777854.476231.77782.41.7143由此可得如下傳動系統有級變速功能單元圖10。.專業整理.為了保證系統過載時不至于損壞，需要在原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采用帶傳動實現。同時實現減速和過載保護功能。如下圖11所示。i=2.5圖11過載保護運動功能單元定軸傳動部分傳動比?31.7778寸=” =12.711112.52.5這部分傳動比由兩對圓柱齒輪和一對圓錐齒輪實現。添加這對圓錐齒輪是為了改變傳動平面，使變速器運動主平面與布料系統運動主平面垂直，避免尺寸布

9、局上的影響。為了使三對齒輪的傳動比小于4,初步設定圓錐齒輪傳動比為2,另兩對圓柱齒輪，傳動比為?1=3.2, ?2=2。圖12定軸傳動部分3.4 為滿足一個原動機驅動要求的執構件1、2的連接為了使用同一原動機驅動執行構件1和2,應該在減速功能單元之后加一運動分支功能單元。由于執行構件1和2的主動件（槽輪撥盤）轉速相同，且定軸轉動部分之后已經達到 主動件所需轉速，只需將已有轉速傳遞給兩個主動件即可，無需再變速。但是執行構件1的運動主平面垂直于布料系統運動主平面，執行構件2的運動主平面即布料系統運動主平面，二者互相垂直。因此運動分支功能單元之后需要用圓錐齒輪改變轉速傳遞平面。同時為了滿足空間布局的

10、要求，使用兩個圓錐齒輪以改變布局方向。變速系統執行構件驅動系統之間的連接系統功能如圖13所示。圖13兩個執行構建的連接.學習幫手.3.5運動功能系統圖根據上述分析，可以畫出整個系統的運動功能圖圖14棒料輸送線布料裝置（方案 2）的運動功能系統圖4 .機械系統運動方案根據運動功能系統圖，選擇適當的機構替代運動功能系統圖的各個運動功能單元，便可O1是原動機，轉速14301430rpm擬定出機械系統運動方案。圖14中的運動功能單元圖14中運動功能單元圖15電動機替代運動功能單元 12是過載保護功能單元兼減速功能，采用帶傳動替代，如圖圖17滑移齒輪替代運動功能單元圖14中運動功能4和5是減速功能，采用

11、 2級齒輪傳動和一對圓錐齒輪替代，如圖。ttjLL-7r圖18 2級齒輪傳動替代運動功能單元4圖19圓錐齒輪傳動替代運動功能單元圖14中運動功能單元 6、7、11是運動分支功能單元。 在變速系統輸出軸上添加兩個相 同的齒輪，與軸固聯。各用一個圓錐齒輪改變轉速傳遞平面，如圖接執行機均L輸入軸圖20兩對圓錐齒輪傳動替代運動功能單元6、 7、 11圖14中運動功能單元 8是把連續轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，采用槽輪機構 替代。該運動功能單元的運動系數t=0.5。,?- 2最后確定銷釘個數 k=2,槽輪的徑向根據槽輪機構運動系數的計算公式r =k ,2?，槽數Z=4。圖21槽輪機構替代運動功能單

12、元8圖14中運動功能單元 9是增速運動功能單元，采用一對圓柱齒輪傳動代替，其中一個齒輪與槽輪同軸，角速度相同，另一個齒輪作為運動功能單元10的運動輸入，如圖。圖22 一對定軸齒輪傳動替代運動功能單元9圖14中運動功能單元10是把連續轉動轉化為連續往復移動的運動功能單元，采用曲柄滑塊機構替代。其中圓錐齒輪傳動的主動輪與曲柄固聯如圖圖23曲柄滑塊機構替代運動功能10此處曲柄滑塊機構需實現同時推動三塊料的功能，則需要增添擴展機構。以如圖24所示支架，帶動三個滑塊，使它們與原機構中滑塊運動規律相同。（該圖為俯視圖）。圖24曲柄滑塊機構的擴展機構執行構件1圖14中運動功能單元12與運動功能單元 8相同。

13、采用k=2, z=4的槽輪機構代替。圖25槽輪機構替代運動功能單元12圖14中運動功能單元13是增速運動功能單元，仍采用一對圓柱齒輪傳動。其中一個齒圖26 一對定軸齒輪傳動代替運動功能13圖14中運動功能單元14是把連續轉動轉換為單向直線移動的運動功能單元。采用一個圓柱齒輪直接帶動傳送帶。該齒輪線速度等于傳送動所需前進速度。角速度等于運動輸入齒輪角速度。圖27帶傳動替代運動功能單元14根據上述分析，把各個運動功能的替代機構依次連接起來，即到棒料輸送線布料裝置（方案9）方案機械運動簡圖，如圖 28B向圖28棒料輸送線布料裝置（方案 9）的機械運動簡圖5 .機械系統尺寸設計5.1 執行機構1的設計

14、執行機構1驅動執行構件1運動。執行機構1由槽輪機構19、20, 一對圓柱齒輪21、 22,曲柄23,連桿24和滑塊25組成。此機構中槽輪機構，撥盤19轉180° ,槽輪20轉90° ,運動系數為 0.5（詳見齒輪傳動設計）。圓柱齒輪21、22傳動比為0.25 （詳見齒輪傳動設計），即槽輪轉90。，圓柱齒輪22 轉 360° 。由設計題目要求，根據棒料長度150mm為留出空間余量，設定滑塊的行程為200mm先確定幾何關系，如圖 29中G、C2為曲柄滑塊機構的兩個極限位置AC=AB+BC AQBC-AB曲柄滑塊機構是一種具有急回運動特性的機構，設在工作中該機構的行程速

15、比系數為K=1.4則，該機構的極位夾角為?- 19 = ?門80。= 30圖29曲柄滑塊機構示意圖在ZAC 2c中應用余弦定理cos 0AC22+AC，- C2C?2AC1 超C2根據曲柄存在條件，需滿足AC+e<BC計算初步確定AB=93mm BC=183mm e=63mm要求最小傳動角大于 40° ,C2位置出現最小傳動角？?min?min = 90arcsin = 46.36 ° > 40 ° ?C2?所選尺寸滿足機構的傳動要求。5.2 執行機構2的設計執行機構2驅動執行構件2運動。執行機構 2由槽輪機構28、29, 一對圓柱齒輪30、 31,帶

16、傳動32、33組成。此機構中槽輪機構，撥盤 28轉180° ,槽輪29轉90° ,運動系數為0.5 （詳見槽輪機 構設計5.3 ）。圓柱齒輪30、31傳動比為0.25,即槽輪轉90° ,圓柱齒輪 31轉360°。圓柱齒輪32 與31同軸，角速度相同，棒料傳送帶與齒輪32線速度相同（詳見齒輪傳動設計）。5.3 槽輪機構設計槽輪機構19、20與槽輪機構28、29完全相同，為滿足運動系數。=0.5,根據公式z- 2確定撥盤圓銷數j=2,槽輪槽數z=4,如圖圖30槽輪機構示意圖槽輪槽間角360°360°* = k= 丁= 90°槽輪

17、每次轉位時撥盤的轉角2“ = 180° - 23 = 90°設定中心距a = 100mm撥盤圓銷回轉半徑?入=?= sin 3 = sin45 = 0.7071r=入 a=70.711mm槽輪半徑? = cos 3 = 0.7071R=E = =70.711mm鎖止弧張角111丫 二 2兀(？+ ?- 2)=90°圓銷半徑?； 7= 7。711+6= 11.78mn= 12mm槽輪槽深h>(入 + E - 1) X100+ 12 = 53.42mm鎖止弧半徑r s<r-r A=58.7mm取 r s=48mm5.4 滑移齒輪傳動設計5.4.1齒數確定齒

18、輪 5,6,7,8,9,10組成滑移齒輪有級變速運動功能單元,其齒數分別為Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10由3.3中計算得三對齒輪所需傳動比如下i vi= 4.00i v2= 2.40i v3= 1.7143最小不根切齒數為17,且一對齒輪齒數最好是質數比。6個齒輪中，齒輪9尺寸最小,71.=3.9444。?7 = 26 z8 = 62（變位以配湊中心距）?5 = 33'Z6 = 56取Z9=18。根據i V1= ?Z90= 4,Z10取71。其齒數和為Z9+Z10=89。實際傳動比i v1 =另外兩對嚙合齒輪的齒數和應該大致相同。Z7+Z8=89Z5+Z6=89為滿足最后轉速要求

19、,?9 = 18Z10 = 71?7 = 26 z8 = 62?5 = 33 Z6 = 56實際傳動比i v1= -z9 = 41Vl ?10 什62v2= 26= 2.3846;i v3= 56 = 1.697335.4.2模數及中心距確定三對齒輪齒數和相同，模數相等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齒輪米用變位齒輪，由于 a=(z7+z8)m/2=88, ? =89，故? =arcos(acos20 ° / ? )=21.70 °故變位系數和 x7+x8= (inv?

20、-inv20 ) (z7+z8) /(2 *tan20 )=0.521 , 取 x7=0.45,x8=0.07.另兩對齒輪都是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。5.5 固定齒輪傳動設計5.5.1 圓柱齒輪傳動設計齒輪11、12、13、14實現減速運動功能，實現傳動比為6.356。可根據i1*i2=12.711齒輪 11、13 取 z11=22, z12=21 ,則?11 = 22 z12 = 69z13 = 21z14 = 43mM 2mm則中心距a2=a3=(22+69) m/2=91mm(21+43) m/2=64mm此二級齒輪傳動是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。齒輪2

21、1與22,齒輪30與31傳動比都為0.25,實現增速運動功能。 齒輪22和31為小齒輪，取最小不根切齒數17。由于i=0.25是為了保證槽輪的轉角90。擴大四倍后，完成齒輪22和31的完整周期。所以應該保證齒數比為4:1。取?21 = z30 = 68z22 = z31 = 17仍取m=2mm則中心距a=(68+17) m/2=85mm這兩對齒輪傳動是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。5.5.2 圓錐齒輪傳動設計圓錐齒輪15、16實現運動功能單元 5的減速功能，實現傳動比 i=2 ,兩圓錐齒輪的軸交 角為90°。齒輪16的分度圓錐角 .?168 16 = arctan 示=a

22、rctan2 = 63.435齒輪15的分度圓錐角8 15 = 90° - 8 16 = 26.565°錐齒輪的最小不根切當量齒數為Zvmin=17齒輪15的齒數按最小不根切齒數確定Zl5=乙minCOS 8 15 =15齒輪16的齒數為Zl6=2 Z15=30取模數m=2mm幾何尺寸按標準直齒圓錐齒輪計算。圓錐齒輪17和18、26和27實現運動分支功能單元之后改變轉速傳遞平面的功能，傳動比均為1。這四個齒輪與圓錐齒輪16齒數完全相同。但是分度圓錐角不同，詳見齒輪參數表。帶輪2和4直徑比為1:2.5 ,實現帶傳動比i=2.5 。取d2=34mrm d4=85mrm帶輪32與

23、傳送帶33線速度相同，轉動一周，傳送帶前進400mm則d32=400mmy 127.32mm兀由上述分析可得圖 28中各齒輪齒數（模數 m=2）情況如下表編R567 （變位）8 （變位）91011齒數33562662187122編R12131421223031齒數69214368176817變位系數：x7=0.45,x8=0.07 。表1圓柱齒輪齒數情況表編p151617182627齒數153030303030分度圓錐角826.565°63.435°45 °45 °45 °45 °表2圓錐齒輪齒數及圓錐角情況表曲柄滑塊機構參數如下表

24、3所示。曲柄AB93mm連桿BC183mm滑塊位移偏置距離e63mm滑塊彳T程h200mm行程速度變化系數K1.4表3曲柄滑塊機構參數表槽輪參數如下表4所示槽間角345°槽輪半徑R70.7145°鎖止弧張角丫90°中心矩a100mm圓銷半徑pa12mm入、七0.7071槽輪槽深h53.42mm撥盤回轉半徑r70.71鎖止弧半徑rs48mm表4槽輪參數表6.運動分析6.1轉向分析如圖所示箭頭為系統各部分轉向關系。圖31機械運動方向關系示意圖6.2 初始位置確定由圖三運動循環圖可知，執行機構1、2的步調相反，從而當驅動執行機構1的槽輪轉動時，驅動執行機構2的槽輪應處于

25、停止階段， 又因為轉向相反，在圖中表現為起始位置撥 盤方向平行，如下所示：執行機構1執行機構2圖33執行機構2初始位置示意圖6.3 時序分析設啟動后，執行構件 1先開始運動，執行構件 2保持不動。撥盤19順時針轉動（裝置左側向右看）時的初始位置處于槽輪由停變動的分界位置， 因此撥盤19與水平軸的夾角為45。此時曲柄滑塊機構中，滑塊位于離傳送帶最遠的極限 位置，曲柄與連桿重合，曲柄與水平軸夾角為43°。撥盤19的一個圓銷開始進入槽輪 20的一個槽內，帶動槽輪 20逆時針轉動。槽輪 20轉動90。后，圓銷從槽內退出。這個過程 中，齒輪22帶動曲柄順時針旋轉 1周，滑塊完成一次推料。在撥盤19轉過下一個90。的過程中，槽輪不動。此為一個工作周期。撥盤28逆時針轉動時的初始位置處于槽輪由動變停的分界位置，因此撥盤28與水平軸的夾角為45°。啟動后撥盤28轉動90