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Harbin Institute of Technology 機(jī)械原理 課程設(shè)計說明書 課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 棒料輸送線布料裝置方案5 院 系： 能源學(xué)院 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2014年06月12日 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 棒料輸送線布料裝置（方案5） 1 設(shè)計課題概述 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的鋼料和銅料。在輸送線上按照圖2所示的規(guī)律布置棒料。原動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430r/min，每分鐘布置棒料40，60，80塊，分3檔可以調(diào)節(jié)。 圖1輸送線布料裝置功能簡圖（方案5） 圖2 棒料布置規(guī)律（方案5） 根據(jù)任務(wù)要求和圖1及圖2可以看出，棒料夾在輸送帶（即執(zhí)行構(gòu)件1）的帶動下做間歇式直線運動，棒料的推送機(jī)構(gòu)分別為銅料推送機(jī)構(gòu)（即執(zhí)行構(gòu)件2）和鋼料推送機(jī)構(gòu)（即執(zhí)行構(gòu)件3），當(dāng)執(zhí)行構(gòu)件1將棒料夾傳送到指定位置并停止時，執(zhí)行構(gòu)件2及執(zhí)行構(gòu)件3按照一定的運動規(guī)律進(jìn)行配合，將銅料和鋼料從料斗推送到指定位置的棒料夾中，完成后回復(fù)到原位置。 2 設(shè)計課題工藝分析 傳送帶做間歇式直線運動，設(shè)其周期為T。在一個周期內(nèi)，傳送帶執(zhí)行3次運動和3次停歇。鋼料做間歇式往復(fù)直線運動，在其一個周期內(nèi)，需要完成三次鋼料推送動作，并且有一部分停歇時間。執(zhí)行構(gòu)件3也做間歇式往復(fù)直線運動，在一個周期內(nèi)，需要推送1塊鋼料，并且做一定時間的停歇動作。則有下表的得： 。 T 傳送帶 停 動 停 動 停 動 鋼料 進(jìn) 退 停 進(jìn) 退 停 進(jìn) 退 停 銅料 停 進(jìn) 退 停 t1 t1 t2 t1 t1 t2 t1 t1 t3 t4 t1 t1 t3 3 設(shè)計課題運動功能分析 整個機(jī)械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)由電機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪帶動齒輪部分實現(xiàn)梯級變速，為了方便后期計算，使梯級變速部分輸出的速度為10r/min，15r/min，20r/min，實現(xiàn)變速后，進(jìn)而一部分傳遞給傳送帶，另一部分經(jīng)過錐齒輪變向進(jìn)而傳遞給鋼料，銅料輸送機(jī)構(gòu)，完成整個系統(tǒng)的循環(huán)工作，下面分別敘述各個部分的運動情況。 3.1 梯級變速運動功能單元分析 為了防止過載采用皮帶輪及過載保護(hù)單元的形式，一方面實現(xiàn)降速，另一方面起到保護(hù)作用，其中，帶輪及過載保護(hù)單元的傳動比。 圖3 過載保護(hù)及減速運動功能單元 為了獲得的轉(zhuǎn)速，采用圓柱齒輪實現(xiàn)梯級變速。 圖4 有級變速運動功能單元 根據(jù)前面的分析可知，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速為，變速箱輸出的速度分別為，運動功能圖如圖所示，則可得則電動機(jī)到變速機(jī)構(gòu)輸出軸之間的傳動比i有3中分別為： 圖5 變速運動功能單元 為了方便計算在輸出后進(jìn)而傳遞給分支機(jī)構(gòu)。 3.2 分支機(jī)構(gòu)分析 為了使用統(tǒng)一原動機(jī)驅(qū)動統(tǒng)一驅(qū)動，傳送帶及鋼料/銅料輸送機(jī)構(gòu)，應(yīng)該在圖8所示的運動功能系統(tǒng)圖的變速后面中加一運動分支功能單元，其運動分支驅(qū)動傳送帶及鋼料/銅料輸送機(jī)構(gòu)，該運動分支功能單元如圖 所示。且傳送帶及鋼料、銅料輸送機(jī)構(gòu)的運動平面相互垂直。 圖6 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元 3.2.1 傳送帶運動功能單元分析 傳送帶的運動是間歇單向直線移動，考慮采用兩個運動單元，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成首先轉(zhuǎn)換成為等速的間歇轉(zhuǎn)動，接卸的轉(zhuǎn)動進(jìn)而轉(zhuǎn)換成為簡寫的移動。運動功能單元如圖。 圖7 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇直線移動的運動功能單元 3.2.2 鋼料、銅料運動功能單元分析 執(zhí)行構(gòu)件傳送帶及棒料傳送的運動平面相互垂直，因此，可以選用運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元，同時采用降速，如圖所示。 圖8 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元 同時在后面加一如圖所示的運動分支單元實現(xiàn)同時驅(qū)動鋼料與銅料的運動。 圖9 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元 鋼料與銅料的運動方式相同，只討論鋼料的運動方式。鋼料的運動功能需要實現(xiàn)從轉(zhuǎn)動到間歇轉(zhuǎn)動，間歇轉(zhuǎn)動到間歇移動的變換，因此采用如圖的運動功能單元實現(xiàn)其運動。 圖10 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動的運動功能單元 則機(jī)械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖如圖所示： 圖11 棒料輸送線布料裝置（方案5）的運動功能系統(tǒng)圖 4 設(shè)計課題方案擬定 根據(jù)上圖所示的運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(jī)械系統(tǒng)運動方案。 圖11中的運動功能單元1是原動機(jī)。根據(jù)棒料輸送線布料裝置的工作要求，可以選擇電動機(jī)作為原動機(jī)，如圖12所示。 圖12 電動機(jī)替代運動功能單元1 圖11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13所示。 圖13 帶傳動替代運動功能單元2 圖11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14所示。 圖14 滑移齒輪變速替代運動功能單元3 圖11中的運動功能單元4、8是分支機(jī)構(gòu)可以用齒輪實現(xiàn)，如圖17所示。 圖15 齒輪傳動替代運動功能單元5、9 圖11中的運動功能單元5是連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成為間歇式轉(zhuǎn)動，間歇式轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成為間歇直線移動，可以用不完全齒輪實現(xiàn)齒輪和傳送帶實現(xiàn)，如圖17所示。 圖15 不完全齒輪傳動替代運動功能單元5 圖11中運動功能單元7通過錐齒輪實現(xiàn)變相可用如下機(jī)構(gòu)代替，如圖16所示。 圖16 間歇式轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成為間歇直線移動運動功能單元7 圖11中運動功能單元8和9將連續(xù)傳動首先轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動，間歇轉(zhuǎn)動然后轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動，可通過不完全齒輪，及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，如圖17所示。 圖17 間歇式轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成為間歇旺夫移動運動功能單元8，9 圖18 機(jī)械系統(tǒng)運動方案 圖19 A向視圖 圖20 B向視圖 5 設(shè)計課題運動方案設(shè)計 根據(jù)運動功能分析，可將皮帶輪的傳送比設(shè)置為i=2.5。其余各個構(gòu)建中5，6，7，8，9，10，11，12，13，14為標(biāo)準(zhǔn)圓柱圓柱齒輪，18，19為錐齒輪15，16，20，22，21，23為不完全齒輪搭配。 根據(jù)其周期關(guān)系得位移關(guān)系如下表： T 傳送帶 0 200 0 200 0 400 鋼料 150 -150 0 150 -150 0 150 -150 0 銅料 0 150 -150 0 t1 t1 t2 t1 t1 t2 t1 t1 t3 t4 t1 t1 t3 根據(jù)前面的分析可知，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速為，變速箱輸出的速度分別為，運動功能圖如圖所示，則可得則電動機(jī)到變速機(jī)構(gòu)輸出軸之間的傳動比i有3中分別為： 由題目可得，四根棒料為一個周期T，則有 設(shè)傳送帶運動時的速度v1，則有 兩式相比得 設(shè)t2=kt1，代入上式得 則 取皮帶輪17的半徑r1=600/π mm≈191mm 則其角速度 忽略鋼料和銅料上曲柄的加速和減速階段，設(shè)其轉(zhuǎn)動的角速度恒為ω2，則有 則 5.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)尺寸 由題干“料斗中分別裝有直徑35mm，長度150mm的鋼料和銅料”可知，曲柄尺寸為75mm，搖桿尺寸取150mm，考慮到鋼料和銅料直徑35mm為35mm，則把滑塊的底部設(shè)置為的正方形。 5.2 齒輪參數(shù) 5.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)齒輪 15和16對齒輪不具有變速功能，即傳動比i15,16=1。此外齒輪16是不完全齒輪，需要設(shè)計齒的位置。 時間 齒輪16轉(zhuǎn)過角度 齒輪15 齒輪16 T t1=αT α360 停 無齒 t1+t2=(1+k)αT (1+k)α360 動 有齒 t1=αT α360 停 無齒 t1+t2=(1+k)αT (1+k)α360 動 有齒 t1=αT α360 停 無齒 t1+t3=(2+2k)αT (1+2k)α360 動 有齒 表中α=1/(7+4k) 選擇齒輪15的齒數(shù)Z15=27，由于傳動比為1，故齒輪16的假想齒數(shù)也為27。 序號 名稱 代號 公式 齒輪15 齒輪16 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 27 27 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 54 54 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 59 59 14 齒根圓直徑 49 49 15 中心距 54 齒輪18和19是一對齒數(shù)相等（傳動比為1）、軸交角為90的圓錐齒輪。選擇其齒數(shù)為20。 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪18 20 齒輪19 20 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 0.2 6 分度圓錐角 齒輪18 齒輪19 7 分度圓直徑 齒輪18 齒輪19 8 錐距 9 齒頂高 齒輪18 齒輪19 10 齒根高 齒輪18 齒輪19 11 齒頂圓直徑 齒輪18 齒輪19 12 齒根圓直徑 齒輪18 齒輪19 齒輪20，22齒輪20是不完全齒輪 ，齒輪22的運動情況與鋼料的運動有關(guān)——鋼料完成一個周期的往復(fù)運動，齒輪21轉(zhuǎn)動一周。 由于齒輪18和19的傳動比為1，則齒輪20和17的傳動比也為1，兩者角速度始終相等。 時間 齒輪20轉(zhuǎn)過角度 齒輪21轉(zhuǎn)過角度 齒輪20 T t1=αT α360 180 有齒 t1=αT α360 180 有齒 t2=kαT kα360 0 無齒 t1=αT α360 180 有齒 t1=αT α360 180 有齒 t2=kαT kα360 0 無齒 t1=αT α360 180 有齒 t1=αT α360 180 有齒 t3=(1+2k)αT (1+2k)α360 0 無齒 由此可知，這對齒輪的傳動比 (2) 而 將(1)(2)代入上式得 解得 由此得 故取Z20=90，Z22=20。 序號 名稱 代號 公式 齒輪20 齒輪22 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 90 20 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 180 40 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 184 44 14 齒根圓直徑 175 35 15 中心距 130 齒輪21，23齒輪20是不完全齒輪 ，與上齒輪情況類似： 時間 齒輪22轉(zhuǎn)過角度 齒輪23轉(zhuǎn)過角度 齒輪22 T t1=αT α360 0 無齒 t1=αT α360 0 無齒 t2=kαT kα360 0 無齒 t1=αT α360 0 無齒 t1=αT α360 0 無齒 t2=kαT kα360 0 無齒 t1=αT α360 180 有齒 t1=αT α360 180 有齒 t3=(1+2k)αT (1+2k)α360 0 無齒 注：表中k=1/2 α=1/9 去z21=90，z23=20： 序號 名稱 代號 公式 齒輪21 齒輪23 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 90 20 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 180 40 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 184 44 14 齒根圓直徑 175 35 15 中心距 110 5.2.2 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動幾何尺寸 由，則可與傳送帶相連的皮帶輪的角速度為 由以上計算數(shù)據(jù)得下表由，得 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪5、6傳動幾何尺寸計算 序號 名稱 代號 公式 齒輪5 齒輪6 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 20 104 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 40 208 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 44 212 14 齒根圓直徑 35 203 15 中心距 124 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪7、8傳動幾何尺寸計算 序號 名稱 代號 公式 齒輪7 齒輪8 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 20 110 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 40 220 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 44 224 14 齒根圓直徑 35 215 15 中心距 130 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪9、10傳動幾何尺寸計算 序號 名稱 代號 公式 齒輪9 齒輪10 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 42 42 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 84 84 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 88 88 14 齒根圓直徑 79 79 15 中心距 84 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪11、12傳動幾何尺寸計算 序號 名稱 代號 公式 齒輪12 齒輪11 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 36 48 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 72 96 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 76 100 14 齒根圓直徑 71 95 15 中心距 84 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪13、14傳動幾何尺寸計算 序號 名稱 代號 公式 齒輪13 齒輪14 1 模數(shù) 2 2 齒數(shù) 28 56 3 分度圓柱 螺旋角 0 4 分度圓 壓力角 20 5 齒頂高系數(shù) 1 6 頂隙系數(shù) 0.25 7 分度圓直徑 56 102 8 齒距 6.28 9 基圓齒距 5.90 10 齒頂高 2 11 齒根高 2.5 12 全齒高 4.5 13 齒頂圓直徑 60 107 14 齒根圓直徑 51 97 15 中心距 84 6 設(shè)計課題運動方案分析 實際機(jī)械運動循環(huán)圖 T 傳送帶 停 動 停 動 停 動 鋼料 進(jìn) 退 停 進(jìn) 退 停 進(jìn) 退 停 銅料 停 進(jìn) 退 停 t1 t1 t2 t1 t1 t2 t1 t1 t3 t4 t1 t1 t3 在一個工作周期中，該運動循環(huán)圖可以實現(xiàn)其棒料輸送線布料裝置每分鐘布置棒料40，60，80塊，分3檔可以調(diào)節(jié)的運動功能。 實際機(jī)械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖 實際機(jī)械運動簡圖 參考文獻(xiàn) [1] 王知行, 鄧宗全. 機(jī)械原理[M]. 北京：高等教育出版社, 2006. 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