哈工大机械原理课程设计—棒料输送线布料装置（方案9）.doc

《哈工大机械原理课程设计—棒料输送线布料装置（方案9）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大机械原理课程设计—棒料输送线布料装置（方案9）.doc（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流哈工大机械原理课程设计棒料输送线布料装置（方案9）.精品文档.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9）院 系： 机电工程学院 班 级： 1008106 设 计 者： 袁 春 梅 学 号： 1100800226 指导教师： 刘 福 利 设计时间： 2012.07.022012.07.08 哈尔滨工业大学 棒料输送线布料装置（方案9）1.题目要求如下图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、

2、铜料和铝料。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45,75,95块，分三档可以调节。图1功能简图2.题目解答（1） 工艺方法分析由题目和功能简图可以看出，推动输送线运动的是执行机构1，推动棒料至输送线的曲柄滑块机构是执行构件2，两个执行构件的运动协调关系如图所示。如图2，T是拨盘的转动周期，执行构件1最终是作间歇性单向转动，而执行构件2中滑块上固连的推杆做连续往复运动，执行构件1和执行机构2完成一个运动循环的周期都是T,即T1=T2=T。执行构件1的动作周期为其工作周期的1/4。 T= T1= T2 1/4T 1/4T 1/4T 1/4T执行机构运动

3、情况执行机构1进停止执行机构2退进（回到出发位置）进退（回到出发位置）图2 运动循环图（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运动功能如图3所示。该运动功能先将连续转动转换成间歇单向转动，再将槽轮的转动方向转换到垂直方向，（此处应该使用一个运动传动方向转换功能单元，如图4），再通过带传动是输送带间歇运动。将拨盘当做主动件，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）间歇转动一个周期，经过计算主动件的转速分别为15、25、31.6664 rpm（计算过程后面会详细给出） 15、25、31.6664 rpm图3 执行机构1的运动功能 图4 运动传动方向转

4、换功能单元由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到15、25、31.6664 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= 95.3331iz2= 57.1998iz3=45.1582总传动比由定传动比ic与变传动比iv组成，满足以下关系式：iz1 = ic*iv1iz2=ic*iv2iz3=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。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于4，即：iv1=4则有：ic= iz1/ iv1 =23.8333故其他滑移齿轮传动比为：iv

5、2= 2.4000iv3= 1.8948于是，有级变速单元如图5：i = 4, 2.4000, 1.8948图5 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力，还具有减速功能，传动比为2.5，如图6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功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为i = ic /2.5=9.5333减速运动功能单元如图7所示。 i =9.5333图7 减速运动功能单元根据上述运动

6、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8所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.4000, 1.8948 i = 9.5333图8 实现执行构件1运动的运动功能系统图为了使用同一原动机驱动执行构件2，应该在图8所示的运动功能系统图加上1个运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件2，该运动分支功能单元如图9所示。执行构件2的执行运动是曲柄转动驱动滑块及推杆往复移动。其运动方向与执行构件1的运动方向垂直。为了使执行构件2和执行构件1的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，如图10所示。图9 运动分支功能单元i=1图10 运动传动方向转换的运动

7、功能单元执行构件2的运动功能是将连续单向转动转换为连续往复移动，如图11所示。图11 连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件1和执行构件2运动功能的运动功能系统图，即整个装置的运动功能系统图，如图12所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.4000, 1.8948 i = 9.5333 1 2 3 4 5 6 78 9图12 执行构件1、2的运动功能系统图 （棒料输送线布料装置（方案9）的运动功能系统图）（3）系统运动方案拟定根据图12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12

8、中的运动功能单元1是原动机。根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图13所示。1430rpm1图13 电动机替代运动功能单元1图12中的运动功能单元2是过载保护单元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图14所示。图14 带传动替代运动单元2图12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15所示。 3图15 滑移齿轮变速替代运动功能单元3图12中的运动功能单元4是减速功能，可以选择2级齿轮传动代替，如图16所示。4 图16 2级齿轮传动替代运动功能单元4图12中的运动功能单元6将连续转动转换为间歇转动，可以选择槽轮机构替代，如图17所示。该运动

9、功能单元的运动系数为0.25 =0.25 6图17 槽轮机构替代运动功能单元6图12中的运动功能单元7是运动传递方向转换功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图18所示。图18 圆锥齿轮传动替代传动方向转换功能单元7图12中运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用运动功能单元6槽轮机构中的拨盘的转动轴上引出一对圆锥齿轮代替，如图19所示。图19 2个运动功能单元的主动件固联在同一转轴替代运动功能单元5图12中的运动功能单元8是运动传递方向转换功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图20所示 8 图20 用圆锥齿轮替代功能单元8图12中运动功能单元9将连续传动转换为连续往复移动，可以用曲柄滑块机构代

10、替这个运动功能单元，另外由于执行机构最终实现的是推动棒料运动，所以在曲柄上固连如图所示的推杆。如图21所示。图21 曲柄滑块机构替代功能单元9根据上述分析，按照图18各个运动单元连接顺序把个运动功能单元的替代机构一次连接便形成了棒料输送线布料装置（方案9）的运动方案简图，如图22所示。（a）（b）（c）图34 棒料输送线布料装置（方案9）的运动方案简图（4） 系统运动方案设计1） 执行机构1的设计该执行机构1由拨盘15，槽轮16，圆锥齿轮19,20,21,22以及与22固连的带传动机构组成。现对机构进行参数计算。圆锥齿轮设计其中圆锥齿轮19,20,21,22只起到转换方向的功能，所以分度圆锥角

11、=45，所以取当量齿轮齿数Zv=17，则圆锥齿轮齿数Z=17*cos=12， 所以取Z19=Z20=Z21=Z22=12。圆盘尺寸设计假设拨盘15的周期为T,则输送带运动时间为1/4T，停歇时间为3/4T。而根据题目设计要求，输送带在一个运动周期T内应该运动600mm，所以其运动时的速度v=600/(T/4)=2400/T,而带动输送带运动的圆盘运动时的角速度与拨盘转动的角速度相等，=2/T，所以圆盘半径r=v/=800/mm254.6479mm槽轮机构设计令槽轮的中心距a=150mm，由图17可知在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=4，槽轮的槽间角为2=360/4=90槽轮每次转位时拨盘的转角

12、2=180-2=90拨盘圆销回转半径=r/a=sin=0.7071r=a=106.065mm槽轮半径R=a=cos a=106.065mm锁止弧张角=360-2=270圆销半径rAr/6=17.6675mm, 取整rA=18mm槽轮槽深h(+-1)a+ rA =80.13mm锁止弧半径rsr- rA = 88.065mm 取rs=80mm2） 执行机构2的设计圆锥齿轮传动设计 执行机构2中三对圆锥齿轮17,18,25,26,27,28只起到转化方向的作用，（各轴间长度根据实际装置和预期目标选定），所以分度圆锥角=45，取当 量齿轮齿数Zv=17，则圆锥齿轮齿数Z=17*cos=12取模数m=2

13、 mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。曲柄滑块机构的设计令原电机顺时针转动，则曲柄也顺时针转动，此装置要实现的目标是通过固连在一个转盘上的曲柄29的顺时针转动使滑块及固连在上面的推杆31往复移动，在推杆向前移动时推动容器中的棒料落入输送带，推杆向后运动时不影响输送带的运动，也不会撞上转盘为了使机构运动情况简单易算，则令如图位置为曲柄滑块机构的初始位置，且此时推杆恰好与棒料接触，曲柄29的周期与拨盘15的角速度相同，所以在输送带运动的1/4T内，曲柄从初始位置转动到最远点，滑块和推杆向后运动到离容器最远位置，1/4T后，输送带停止，曲柄在下1/4T内回到初始位置对侧，而滑块和推杆回到初始位置至刚好与

14、棒料接触，在接下来的1/4T内，曲柄转至最近处，推杆随着滑块向前运动推动棒料落上输送带，在最后1/4T内此机构回到初始位置，完成一个运动循环。下面根据以上描述确定各部分尺寸：为保证将棒料准确地推到输送带上，则滑块由初始位置向前滑动的最大位移为150mm，且推杆长度h150mm，不妨取h=160mm，推杆的横截面直径等于棒料直径35mm。为保证滑块能自由滑动，不至于由于推杆而被卡住，则推杆离滑块前端的距离应该大于等于滑块由初始位置向后滑动的最大位移。假设固连曲柄的转盘半径为r，曲柄顶端到回转轴的长度为R，连杆长度为L，则滑块向前滑动的最大位移Smax=L-(L-R) -R=150mm，取L=15

15、0mm，则R=106.066mm。滑块由初始位置向后的最大位移Smax=(L-R) -(L-R)=62.132mm，由前面可知推杆离滑块前端的距离Smax=62.132mm，取=65mm。另外，为了保证滑块向后运动是不会损坏转盘，则需滑块向后的最大位移不会达到转盘处，所以转盘半径rL-R=43.934mm，取r=40mm。3） 滑移齿轮传动设计 计算系统传动比由题目要求布料速度分为每分钟45,75,95三档，下面分别计算三种情况下的传动比，本设计方案中每次同时布料3根。布料速度为每分钟45根时，即每分钟槽轮机构完成15个运动循环，即拨盘15每分钟转15圈，所以T=4s, =2/T1.5708r

16、ad/s，则n=15rpm;同理，布料速度为每分钟75根时，n=25rpm;布料速度为每分钟95根时，n=31.6664rpm。综上知，从原动机到拨盘15（或齿轮14）的总传动比i=1430/15=95.3331i=57.1998i=45.1582 确定齿轮齿数如图21中齿轮5，6，7，8，9，10组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为z5， z6 ，z7 ，z8 ，z9 ，z10。令iv1= z10/ z9=4,则 定传动比ic= i/ iv1=23.8333iv2= z8/ z7= i/ic=2.4000iv3= z6/ z5=1.8948按最小不根切齿数取z9=17，则z10= iv1

17、 z9=4*17=68为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，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，z5+ z686iv2= 86-z7/ z7=2.4000,求得z7=25 z8= z7*2.4000=60同理，z5=30 z6=57 计算齿轮几何尺寸取模数m=2 mm，则5，6这两对齿轮的标准中心距相同a=87*2=174mm这对齿轮为标准齿轮，其几何尺寸可按标准齿轮计算。由上面知齿轮7,8，9,10的齿数和比5,6的齿数和小，为了使齿轮7,8,9,10的实际中心距与齿轮5,6的标准中心距相同，齿轮7,

18、8,9,10应采用正变位。齿轮7,8为正传动，其几何尺寸按变位齿轮计算。4） 齿轮传动设计圆柱齿轮传动设计由图可知，齿轮11、12、13、14实现运动功能单元4的减速功能，它所实现的传动比为ic/2.5=9.5333。由于齿轮11、12、13、14是2级齿轮传动，这2级齿轮传动的传动比为 i=9.5333 =3.0876取z11= z13=17，则z12=52为使传动比更接近于运动功能单元4的传动比9.5333，取z14=53取模数m=2 mm，13,14按标准齿轮计算。齿轮24、25的几何尺寸，取模数m=2 mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。（5） 运动方案执行构件的运动时序分析 曲柄29的初

19、始位置如图，曲柄31的初始位置在与滑块与固定轴连线夹角为左侧90处，其运动循环如下图 1/4T 1/4 T 1/4 T 1/4 T滑块退进（回到初始位置）进退（回到初始位置） 拨盘15的起始位置为保证输送带运动时，滑块和推杆向后运动，不致影响棒料的准确布置，而输送带停下时，推杆向前运动至将棒料准确推上输送带后再退回初始位置。则必须使槽轮的运动是在曲柄滑块运动的前1/4周期内，所以拨盘15逆时针转动的初始位置处于槽轮由停变动的分界位置，角度任取即可，假设为。构件 运动情况拨盘15+90+180+270+360+450槽轮16动停 动停输送带动停动停综上，选定电动机顺时针转动，通过带传动和滑移齿轮以及定轴圆柱齿轮带动拨盘逆时针转动，槽轮顺时针间歇转动，而从定轴齿轮引出一分支运动通过圆锥齿轮改变运动方向而驱动曲柄29顺时针转动，带动滑块实现往复滑动，再通过推杆的前进推送布置棒料。