哈工大机械课程设计--棒料输送线布料装置设计

哈工大机械课程设计--棒料输送线布料装置设计课程设计说明书课程名称：机械原理设计题目：棒料输送线布料装置(方案2) 院系：机电工程学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014年6月23日至29日棒料输送线布料装置设计1.设计题目:棒料输送线布料装置（方案2）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、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45,75,105块，分3档可以调节。

由图1、2可以看出，该布料输送线装置有两个执行构件。

执行构件1为推料滑块，将后方料斗中的最底层棒料推入输送线上相应的槽内。

执行构件2为输送线传动带，推动产品在输送线上运动。

这两个运动的协调关系如图3所示。

2.工艺动作分析图3 棒料输送线布料系统运动循环图由图3可以看出执行构件1和执行构2的总工作周期相等，即T。

T1为执行构件1的运动周期，此时执行构件2停止不动。

T2为执行构建2的运动周期，同时执行构件1停止不动。

并且执行构件1的运动规律为，“推-回—停”间歇的往复直线运动。

执行构件2的运动为间歇直线移动。

设定T1=T2=T/2，即运动时间和间歇时间相等。

3.运动功能分析3.1执行机构1功能分析驱动执行构件1工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。

该运动功能单元将连续的单向转动转化为间歇的往复直线移动。

经过转速配合后，要求槽轮主动件（拨盘）每单向转动π/2，从动件（执行构件1）往复运动1次。

根据设计题目要求，执行构件1每次推入2块棒料，即主动件转动一周，推入4块棒料。

为达到每分钟布置棒料45,75,105块的设计要求，主动件转动需分别达到11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。

如下图4所示图4 执行机构1的运动功能从连续的单向转动转化为间歇的往复直线移动显然不能一步实现，需要多个构件形成执行机构1。

先将连续的单向转动转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件1的间歇时间是工作周期的二分之一。

因此间歇运动功能单元的运动系数τ=0.5。

此时执行构件1的工作周期T为执行构件1的工作周期T的二分之一。

1如下图5所示图5 连续转动转化为间歇转动的运动功能单元为将该间歇转动构件每次转位时的转角转化为整周转动，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速运动功能单元增速，设定提速四倍，即i=0.25。

如下图6所示。

图6 转动增速运动功能单元最后将连续转动转化为往复移动。

这样即可以实现执行构件1“推-回—停”间歇的往复直线运动的运动规律。

执行机构1的的运动功能就是把连续转动转化为间歇的往复直线运动。

如下图7所示。

图7 执行机构1实际运动功能3.2执行机构2功能分析驱动执行构件2工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。

该运动单元将连续的单向转动转化为间歇的单向直线移动。

主动件（槽轮拨盘）单向转动一周，从动件（执行构件2）前进两次。

根据设计题目要求，执行构件2每次移动400mm，即运送2块棒料。

主动件转动一周，运送4块棒料。

由工艺分析得，执行构件2与执行构件1工作周期相等，故主动件（槽轮拨盘）转速应该相等，即分别为11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。

如下图8所示。

图8执行机构2运动功能与3.1同理。

需将连续的单向转动先转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件2的间歇时间同样是是工作周期的二分之一。

因此间歇运动功能单元的运动系数τ=0.5。

此时执为执行构件2的工作周期行构件2的工作周期T2T的二分之一。

再将其转动部分转化为直线移动。

由于执行构件2每次移动400mm，若将间歇转动的从动件直接驱动传送带，回转半径太大。

所以再添加一个增速运动功能单元，使其i=0.25。

执行机构2的的运动功能就是把连续转动转化为间歇的单向直线移动。

运动功能图如下图9所示图9 执行机构2实际运动功能3.3减速及有级变速系统原动机转速为1430rpm，为了达到所需的传动比要求和换挡功能，原动机与执行构件之间需要加上变速器。

要求在执行构件的主动件上分别得到11.25，18.75，26.25rpm的转速，则该变速器总传动比i有3种，分别为i1=143011.25=127.1111i2=143018.75=76.2667i3=143026.25=54.4762总传动比由定传动比if 和变传动比iv两部分组成：i1=i f i v1 i2=i f i v2i3=i f i v3由于定传动比if为常数，3种变传动比中i v1最大，i v3最小。

本设计采用滑移齿轮变速。

滑移齿轮传动比最大应不大于4，即设i v1=4计算的定传动比i f=i1i v1=127.11114=31.7778可求得其他变传动比i v2=i2i f =76.266731.7778=2.4i v3=i3i f =54.476231.7778=1.7143由此可得如下传动系统有级变速功能单元图10。

为了保证系统过载时不至于损坏，需要在原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采用带传动实现。

同时实现减速和过载保护功能。

如下图11所示。

图11过载保护运动功能单元图10 有级变速定轴传动部分传动比i f2.5=31.77782.5=12.71111这部分传动比由两对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮实现。

添加这对圆锥齿轮是为了改变传动平面，使变速器运动主平面与布料系统运动主平面垂直，避免尺寸布局上的影响。

为了使三对齿轮的传动比小于4，初步设定圆锥齿轮传动比为2,另两对圆柱齿轮，传动比为i1=3.2, i2=2。

图12 定轴传动部分3.4为满足一个原动机驱动要求的执构件1、2的连接为了使用同一原动机驱动执行构件1和2，应该在减速功能单元之后加一运动分支功能单元。

由于执行构件1和2的主动件（槽轮拨盘）转速相同，且定轴转动部分之后已经达到主动件所需转速，只需将已有转速传递给两个主动件即可，无需再变速。

但是执行构件1的运动主平面垂直于布料系统运动主平面，执行构件2的运动主平面即布料系统运动主平面，二者互相垂直。

因此运动分支功能单元之后需要用圆锥齿轮改变转速传递平面。

同时为了满足空间布局的要求，使用两个圆锥齿轮以改变布局方向。

变速系统执行构件驱动系统之间的连接系统功能如图13所示。

图13 两个执行构建的连接3.5运动功能系统图根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能图图14棒料输送线布料装置（方案2）的运动功能系统图4.机械系统运动方案根据运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。

图14中的运动功能单元1是原动机，转速1430rpm。

图15 电动机替代运动功能单元1图14中运动功能单元2是过载保护功能单元兼减速功能，采用带传动替代，如图图16带传动替代运动功能单元2图14中运动功能单元3是有级变速功能，采用三对滑移齿轮替代，如图图17 滑移齿轮替代运动功能单元3 图14中运动功能4和5是减速功能，采用2级齿轮传动和一对圆锥齿轮替代，如图。

图18 2级齿轮传动替代运动功能单元4图14中运动功能单元6、7、11是运动分支功能单元。

在变速系统输出轴上添加两个相同的齿轮，与轴固联。

各用一个圆锥齿轮改变转速传递平面，如图图20 两对圆锥齿轮传动替代运动功能单元6、7、11图14中运动功能单元8是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，采用槽轮机构替代。

该运动功能单元的运动系数τ=0.5。

图19 圆锥齿轮传动根据槽轮机构运动系数的计算公式τ=k z−22z，最后确定销钉个数k=2，槽轮的径向槽数z=4。

图14中运动功能单元9是增速运动功能单元，采用一对圆柱齿轮传动代替，其中一个齿轮与槽轮同轴，角速度相同，另一个齿轮作为运动功能单元10的运动输入，如图。

槽轮轴图21槽轮机构替代运动图22一对定轴齿轮传动替代运动功能单元9图14中运动功能单元10是把连续转动转化为连续往复移动的运动功能单元，采用曲柄滑块机构替代。

其中圆锥齿轮传动的主动轮与曲柄固联如图图23曲柄滑块机构替代运动功能10此处曲柄滑块机构需实现同时推动三块料的功能，则需要增添扩展机构。

以如图24所示支架，带动三个滑块，使它们与原机构中滑块运动规律相同。

（该图为俯视图）。

图14中运动功能单元12与运动功能单元8相同。

采用k=2，z=4的槽轮机构代替。

图24 曲柄滑块机构的图25槽轮机构替代运动图14中运动功能单元13是增速运动功能单元，仍采用一对圆柱齿轮传动。

其中一个齿轮与运动功能单元12中的槽轮同轴，角速度相同，另一个作为运动功能单元14的运动输入。

槽轮图26 一对定轴齿轮传动代替运动功能13图14中运动功能单元14是把连续转动转换为单向直线移动的运动功能单元。

采用一个圆柱齿轮直接带动传送带。

该齿轮线速度等于传送动所需前进速度。

角速度等于运动输入齿轮角速度。

图27 带传动替代运动功能单元14 根据上述分析，把各个运动功能的替代机构依次连接起来，即到棒料输送线布料装置 （方案9）方案机械运动简图，如图28A 向B 向ABA向 B向图28棒料输送线布料装置（方案9）的机械运动简图5.机械系统尺寸设计5.1执行机构1的设计执行机构1驱动执行构件1运动。

执行机构1由槽轮机构19、20，一对圆柱齿轮21、22，曲柄23，连杆24和滑块25组成。

此机构中槽轮机构，拨盘19转180°，槽轮20转90°，运动系数为0.5(详见齿轮传动设计)。

圆柱齿轮21、22传动比为0.25（详见齿轮传动设计），即槽轮转90°，圆柱齿轮22转360°。

由设计题目要求，根据棒料长度150mm，为留出空间余量，设定滑块的行程为200mm。

先确定几何关系，如图29中C1、C2为曲柄滑块机构的两个极限位置AC1=AB+BC AC2=BC-AB曲柄滑块机构是一种具有急回运动特性的机构，设在工作中该机构的行程速比系数为K=1.4 则，该机构的极位夹角为θ=K−1180°=30°图29 曲柄滑块机构示意图在 AC2C1中应用余弦定理cosθ=AC22+AC12−C2C122AC1×AC2根据曲柄存在条件,需满足AC+e<BC 计算初步确定 AB=93mm BC=183mme=63mm要求最小传动角大于40°,C2位置出现最小传动角γminγmin=90°−arcsineAC2=46.36°>40°所选尺寸满足机构的传动要求。

5.2执行机构2的设计执行机构2驱动执行构件2运动。

执行机构2由槽轮机构28、29，一对圆柱齿轮30、31，带传动32、33组成。