機械原理課程設(shè)計棒料輸送線布料裝置000002

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱：機械原理設(shè)計題目：棒料輸送線布料裝置院系：機電學(xué)院班級：100810x設(shè)計者：xxxxxxx學(xué)號：1100800xxx指導(dǎo)教師：xxxxxx設(shè)計時間：2012/7/22012/7/7 哈爾濱工業(yè)大學(xué)目錄（1）棒料輸送線布料裝置功能分析- 1 -（2）工藝方法分析- 3 -（3）運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖- 3 -（4）系統(tǒng)運動方案擬定- 6 -（5）系統(tǒng)運動方案設(shè)計- 12 -1）執(zhí)行機構(gòu)1的設(shè)計- 12 -A、槽輪機構(gòu)設(shè)計- 12 -B、傳動帶設(shè)計：- 13 -2）執(zhí)行機構(gòu)2的設(shè)計- 13 -A、不

2、完全齒輪22、23的設(shè)計- 14 -B、槽輪的設(shè)計- 14 -C、曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計- 14 -3）執(zhí)行機構(gòu)3的設(shè)計- 15 -A、不完全齒輪20、21的設(shè)計- 15 -B、槽輪的設(shè)計- 16 -C、曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計- 16 -4）滑移齒輪傳動設(shè)計- 16 -5）齒輪傳動設(shè)計- 17 -A、圓柱齒輪傳動設(shè)計- 17 -B、圓錐齒輪傳動設(shè)計- 17 -（6）運動方案執(zhí)行構(gòu)件的運動分析- 18 -1) 不完全齒輪的相位初始配合位置- 18 -2）曲柄滑塊模塊的初始位置- 18 -3）傳動帶的初始位置- 19 -4）附錄：棒料輸送線布料裝置（方案7）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運動簡圖- 20 -（1）棒料輸送線布料

3、裝置功能分析（2）工藝方法分析由題目和功能簡圖可以看出，推動產(chǎn)品在輸送線1上運動的是執(zhí)行機構(gòu)1，將鋼料推入輸送線的運動是執(zhí)行構(gòu)件2，將銅料推入輸送線的運動是執(zhí)行構(gòu)件3，三個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如圖所示。下圖中T1為執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期，T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，T3是執(zhí)行構(gòu)件3的工作周期，T2'是執(zhí)行構(gòu)件2的動作周期。由圖3可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1是作間歇停進(jìn)運動，且其每次停歇運動時間為3/20T1，運動時間為1/20T1。而執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的運動規(guī)律一樣，均有一個間歇往復(fù)運動，且其周期關(guān)系為T2=T3=15T1。執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的動作周期為其工作周期的1/4。T13/20

4、T11/20T1執(zhí)行構(gòu)件運動情況執(zhí)行構(gòu)件1停進(jìn)停進(jìn)停進(jìn)停進(jìn)停進(jìn)執(zhí)行構(gòu)件2進(jìn)退停停進(jìn)退停停停執(zhí)行構(gòu)件3停進(jìn)退停停進(jìn)退停停進(jìn)退停停停T2' T3T2圖3運動循環(huán)圖（3）運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該具有運動功能如圖4所示。該運動功能把一個連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇的單向移動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）單向間歇運動一次，主動件的轉(zhuǎn)速分別為35、60、85 rpm。 35、60、85 rpm圖4執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能由于電動機轉(zhuǎn)速為1430rpm，為了在執(zhí)行機構(gòu)1的主動件上分別得到35、60、85 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu)1之

5、間的傳動比iz有3種分別為：iz1=143035 = 40.857iz2=143060 = 23.833iz3=143085 = 16.824總傳動比由定傳動比ic與變傳動比iv組成，滿足以下關(guān)系式：iz1 = iciv1iz2= iciv2iz3= iciv3三種傳動比中iz1最大，iz3最小。由于定傳動比ic是常數(shù)，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則有：ic=iz1 iv1= 10.214故定傳動比的其他值為：iv2=iz2 ic= 2.333iv3=iz3 ic= 1.647于是，有級變速單元如圖5：i = 4, 2.

6、333,1.647圖5有級變速運動功能單元為保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護(hù)環(huán)節(jié)。過載保護(hù)運動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護(hù)能力，還具有減速功能，如圖6所示。i=2.5圖6過載保護(hù)運動功能單元整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護(hù)功能單元的減速功能不能實現(xiàn)全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，減速比為i = ic 2.5 = 4.086減速運動功能單元如圖7所示。i = 4.086圖7執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能根據(jù)上述運動功能分析，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的功能系統(tǒng)圖，如圖8所示。圖8實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖為了使用同一

7、原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3，應(yīng)該在圖8所示的運動功能系統(tǒng)圖加上1個運動分支功能單元，使其能夠驅(qū)動分支執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3，而執(zhí)行構(gòu)件2、3也有兩個運動，故也應(yīng)該加一運動分支單元該運動分支功能單元，如圖9所示。執(zhí)行構(gòu)件2、3的運動方向與執(zhí)行構(gòu)件1的運動方向垂直，為了使執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的運動和執(zhí)行構(gòu)件1的運動保持正確的空間關(guān)系，可以加一個運動傳動方向轉(zhuǎn)換功能單元，如圖10所示。圖9 運動分支功能單元i=2圖10 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元執(zhí)行構(gòu)件2的一個運動是間歇往復(fù)運動，由一間歇轉(zhuǎn)動驅(qū)動，且由圖3可以看出執(zhí)行構(gòu)件2連續(xù)運動時間是執(zhí)行構(gòu)件1運動周期的2/5，執(zhí)行構(gòu)件3連續(xù)運動時間

8、是執(zhí)行構(gòu)件1運動周期的3/5，并且執(zhí)行構(gòu)件2、3的運動時間是其周期的1/4，因此，四個間歇系數(shù)分別為：1=0.42=0.61=2=0.25圖11 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元盡管執(zhí)行構(gòu)件2在一個工作周期內(nèi)，其間歇時間很長，運動時間很短，但是當(dāng)其運動時，運動則是連續(xù)的、周期的。因此，需要把上圖中的運動功能單元輸出的間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的整周運動，于是在其后加一個運動放大功能單元，如圖12所示。然后，再把該運動功能單元輸出地運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動，其運動功能單元如圖13所示。圖12 運動放大功能單元圖13把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動的運動功能單元根據(jù)上述分析可以得出實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1和執(zhí)行構(gòu)件2運動功能

9、的運動功能系統(tǒng)圖，如圖14所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086圖14 執(zhí)行構(gòu)件1、2的運動功能系統(tǒng)圖根據(jù)上述分析，并且由于執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的運動規(guī)律基本一致，故可畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖15所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086圖15棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動功能系統(tǒng)圖（4）系統(tǒng)運動方案擬定根據(jù)圖15所示的運動功能系統(tǒng)圖,選擇適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單元,便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。圖15中的運動功能單元1是原動機。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動

10、機作為原動機。如圖16所示。1430rpm1圖16 電動機替代運動功能單元1圖15中的運動功能單元2是過載保護(hù)單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動實現(xiàn)，如圖17所示。2圖17過載保護(hù)運動功能單元圖15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18所示。3圖18 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖15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19所示。 4圖19 2級齒輪傳動替代運動功能單元4圖15中運動功能單元6、13、17是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元，可以用槽輪機構(gòu)替代。該運動功能單元的運動系數(shù)為=0.25由槽輪機構(gòu)運動系數(shù)的計算公式有：

11、=Z-22Z式中，Z槽輪的徑向槽數(shù)。則，槽輪的徑向槽數(shù)為：Z= 21-2=21-2*0.25=4該槽輪機構(gòu)如圖31所示。 6、13、17圖20用槽輪機構(gòu)替代運動功能單元6、13、17圖15中的運動功能單元7將間歇傳動轉(zhuǎn)換為間歇單向移動，可以選擇傳動帶機構(gòu)替代，如圖21所示。 7圖21用傳動帶機構(gòu)替代運動功能單元7圖15中的運動功能單元8是運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能和減速運動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖22所示。i 8圖22 圓錐齒輪傳動替代減速運動功能單元8圖15中的運動功能單元9是減速功能，可以選擇圓柱齒輪減速，如圖23所示。 9圖23 用圓柱齒輪傳動替代運動功能單元9圖15中運動功能單

12、元11和15是將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為相互配合的間歇運動，可以用同軸不完全齒輪來實現(xiàn)運動單元11和15，如圖所示。圖24用不完全齒輪替代運動功能單元11 圖25用不完全齒輪替代運動功能單元15圖26不完全齒輪的相位配合關(guān)系圖圖15中運動功能單元12和16是運動放大單元，將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為連續(xù)的整周轉(zhuǎn)動，可以用圓柱齒輪齒輪來實現(xiàn)運動單元12和16，如圖所示。 12、16圖27 用圓柱齒輪替代運動單元12、16圖15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8錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元6槽輪機構(gòu)的主動軸固連替代，如圖28所示。圖28 2個運動功能單元的主動件固聯(lián)替代運動功能單元5圖15中運

13、動功能單元14、18是把間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動的運動功能單元，可以用曲柄滑塊機構(gòu)替代，如圖33所示。 14、18圖 29用曲柄滑塊機構(gòu)替代運動功能單元14、18根據(jù)上述分析，按照圖15各個運動單元連接順序把個運動功能單元的替代機構(gòu)一次連接便形成了棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動方案簡圖，如圖30所示。（a）（b）（c）( d )1,電動機 2,4,43皮帶輪 3,44傳動帶 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,18,19,24,25,28,29,33,34,37,38圓柱齒輪 15,26,35撥盤 16,17圓錐齒輪 20,21,22,23不完全齒輪 27,36,42槽輪

14、30,39曲柄 31,40連桿 32,41滑塊圖30棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動方案簡圖（5）系統(tǒng)運動方案設(shè)計1）執(zhí)行機構(gòu)1的設(shè)計該執(zhí)行機構(gòu)是槽輪機構(gòu)帶動皮帶輪，由撥盤15，槽輪42，皮帶輪43，傳動帶44組成。A、槽輪機構(gòu)設(shè)計1) 確定槽輪槽數(shù)在撥盤圓銷數(shù)k=1時，槽輪槽數(shù)z=4，該槽輪的各尺寸關(guān)系如圖20所示圖31 槽輪機構(gòu)幾何尺寸關(guān)系2) 槽輪槽間角 由圖20可知槽輪的槽間角為3) 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角4) 中心距槽輪機構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不明確的情況下暫定為5) 撥盤圓銷回轉(zhuǎn)半徑6) 槽輪半徑7) 鎖止弧張角8) 圓銷半徑圓整9) 槽輪槽深10) 鎖止弧半

15、徑取B、傳動帶設(shè)計：圖32 傳動帶設(shè)計圖由運動分析可知，皮帶輪每在槽輪的帶動下轉(zhuǎn)動1/4周，傳動帶向前移動200mm，設(shè)皮帶輪直徑為d，即d4=200得d=254.77mm經(jīng)查表，選取皮帶輪直徑為d=254.8mm，傳動帶為160×4.8×254.82）執(zhí)行機構(gòu)2的設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)2驅(qū)動構(gòu)件2運動，如圖30（b）所示，執(zhí)行機構(gòu)2由三個運動復(fù)合而成。其中一個運動是連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向間歇轉(zhuǎn)動，由不完全齒輪22、23實現(xiàn)；第二個運動是將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動，可以選用槽輪機構(gòu)35、36來實現(xiàn)；第三個是將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇往復(fù)運動，可由曲柄滑塊機構(gòu)39、40、41來實現(xiàn)。A、不完全齒輪

16、22、23的設(shè)計不完全齒輪23在一個工作周期內(nèi)的運動為轉(zhuǎn)+144°（2/5T2）停（3/5T2）由運動分析可知，主動輪轉(zhuǎn)一周，從動輪也要轉(zhuǎn)一周，故其假想傳動比應(yīng)為i=0.4，且齒形夾角為=144°。齒輪23可按可按最小不根切齒數(shù)確定，但為了使不完全齒輪22的齒數(shù)為整數(shù)，取z23=18，則主動輪的假想齒數(shù)為z22=45。取模數(shù)為2 mm，齒輪23為完全齒輪，則：d23=mz23=36mmda23=mz23+2ha*=40mmdf23=mz23-2ha*-2c*=35mm齒輪22：d22=mz22=90mmda22=mz22+2ha*=94mmdf22=mz22-2ha*-2c

17、*=85mm兩齒輪嚙合中心距為：a=12mz23+z22=63mm圖35 不完全齒輪傳動26、27設(shè)計B、槽輪的設(shè)計（見4）-（1）-A）C、曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計由設(shè)計題目可知，滑塊41的行程為h=150mm采用對心曲柄滑塊機構(gòu)，則可確定曲柄的長度為l1=12h=75mm連桿40的長度l2與機構(gòu)許用壓力角、曲柄存在條件及結(jié)構(gòu)有關(guān)，即sinmax=l1l2由此可以看出，連桿40的長度l2越大，機構(gòu)的最大壓力角越小。若取max30°，則l22l1=150mm，執(zhí)行機構(gòu)如下圖圖36 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖3）執(zhí)行機構(gòu)3的設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)3驅(qū)動構(gòu)件3運動，如圖30（b）所示，其運動規(guī)律與執(zhí)行構(gòu)件2基

18、本一致，他們之間的運動要求相互配合程度較高。執(zhí)行機構(gòu)3由三個運動復(fù)合而成。其中一個運動是連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向間歇轉(zhuǎn)動，由不完全齒輪20、21實現(xiàn)；第二個運動是將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動，可以選用槽輪機構(gòu)26、27來實現(xiàn)；第三個是將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇往復(fù)運動，可由曲柄滑塊機構(gòu)29、30、31來實現(xiàn)。A、不完全齒輪20、21的設(shè)計不完全齒輪21在一個工作周期內(nèi)的運動為停72°（1/5T3）轉(zhuǎn)+216°（3/5T3）停72°（1/5T3）由運動分析可知，主動輪轉(zhuǎn)一周，從動輪也要轉(zhuǎn)一周，故其假想傳動比應(yīng)為i=0.6，且齒形夾角為=216°。齒輪21可按可按最小不根切

19、齒數(shù)確定，但為了使不完全齒輪20的齒數(shù)為整數(shù)，取z20=21，則主動輪的假想齒數(shù)為z21=35。取模數(shù)為2 mm，齒輪20為完全齒輪，則：d20=mz20=42mmda20=mz20+2ha*=46mmdf20=mz20-2ha*-2c*=37mm齒輪21：d21=mz21=70mmda21=mz21+2ha*=74mmdf21=mz21-2ha*-2c*=65mm兩齒輪嚙合中心距為：a=12mz20+z21=56mm圖36不完全齒輪傳動20、21設(shè)計B、槽輪的設(shè)計（同執(zhí)行構(gòu)件2）C、曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計（同執(zhí)行構(gòu)件2）4）滑移齒輪傳動設(shè)計 確定齒輪齒數(shù)如圖32-(a)中齒輪5，6，7，8，9，

20、10組成了滑移齒輪有級變速單元，其齒數(shù)分別為z5，z6，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知，iv1=4iv2=iz2 ic= 2.33iv3=iz3 ic= 1.65按最小不根切齒數(shù)取z9=17，則z10= iv1z9=4×17=68為了改善傳動性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取z10=67。其齒數(shù)和為z9+z10=17+67=84，另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)大致相同，即z7+z884，z5+z684iv2=84-z7z7= 2.33為了更接近所要求的傳動比，可取z7=26，z8=59，同理可取z5=31，z6=53齒輪5、6，9、10為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，齒輪7,8應(yīng)采用負(fù)變位，如

21、下表：圖37 滑移齒輪參數(shù)計算表齒輪配合齒輪參數(shù)9107856齒數(shù)176726593153模數(shù)222分度圓直徑341345211862106齒頂圓直徑3813852.811966110齒根圓直徑2912946.4112.657101中心距8484845）齒輪傳動設(shè)計A、圓柱齒輪傳動設(shè)計由圖可知，齒輪11、12、13、14實現(xiàn)運動功能單元4的減速功能，它所實現(xiàn)的傳動比為4.086。由于齒輪11、12、13、14是2級齒輪傳動，這2級齒輪傳動的傳動比可如此確定z11=z13=17，于是z12=z14=2.021×z1134為使傳動比更接近于運動功能單元4的傳動比4.086，取z11=17

22、z12=35z13=19z14=40取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪18、19實現(xiàn)運動功能單元9的減速功能，它所實現(xiàn)的傳動比為i=2。齒輪18可按最小不根切齒數(shù)確定，即z18=17則齒輪19的齒數(shù)為z19=17×2=34齒輪18、19的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪24、25實現(xiàn)運動功能單元16的放大功能，它所實現(xiàn)的傳動比為1/3。齒輪24可按最小不根切齒數(shù)確定，即z24=17則齒輪25的齒數(shù)為17×3=51。齒輪24、25的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪29、

23、28實現(xiàn)曲柄前的運動放大的功能，它所實現(xiàn)的傳動比為0.25。齒輪29可按最小不根切齒數(shù)確定，即z29=17則齒輪28的齒數(shù)為17×4=68。齒輪38、37與29、28對應(yīng)相同。齒輪29、28（38、37）的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪34、33實現(xiàn)運動功能單元12的放大功能，它所實現(xiàn)的傳動比為0.5。齒輪34可按最小不根切齒數(shù)確定，即z34=17則齒輪33的齒數(shù)為17÷0.5=34。齒輪33、34的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。B、圓錐齒輪傳動設(shè)計由圖34-（a）可知，圓錐齒輪16、17實現(xiàn)圖18中的運動功能單元7的減速運動功能，它所實現(xiàn)的傳動比為i=2.5，兩圓錐的齒輪的軸交