课程设计报告--棒料输送线布料装置(方案).pdf

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1、. . 课程设计说明书（论文） 课程名称：机械原理 设计题目：棒料输送线布料装置( 方案 1) 目录 1、题目要求 2 . . 2题目解答 3 （1）工艺动作分析 . 3 （2）运动功能分析及运动功能系统图. 3 （3）系统运动方案拟定. 7 （4）系统运动方案设计 11 1）带传动设计 . 11 2）滑移齿轮传动设计. 12 3）齿轮传动设计. 14 4）槽轮机构设计. 15 5）不完全齿轮机构设计. 16 6）执行机构 2,3 的设计 . 18 （5）运动方案执行构件运动时序分析 18 （6）参考文献 19 棒料输送线布料装置（方案1） 1、题目要求 . . 如图下图 1 所示棒料输送线布

2、料装置的功能简图。料斗中分别装有直径35mm ， 长度 150mm 的钢料和铜料。 在输送线上按照图2 所示的规律布置棒料。 原动机转 速为 1430r/min ，每分钟布置棒料50,80,110 块分 3 档可以调节。 图 1 图 2 2题目解答 （1）工艺动作分析 由设计题目和图 1 可以看出，推动输送带运动的是执行构件1，使钢料下落 的是执行构件 2，使铜料下落的是执行构件3，这三个构件的运动关系如图3 所 示。 T1 T1 T1 T1 执行构件运动情况 执行构件1 运动停止运动停止运动停止运动停止 执行构件2 停止放料停止放料停止停止停止放料 执行构件3 停止停止停止放料停止停止停止停

3、止 T2、T3 图 3 棒料输送线布料装置运动循环图 图 3 中 T1是执行构件 1 的工作周期， T2是执行构件 2 的工作周期， T 3是执行 构件 3 的工作周期。由图3 可以看出，执行构件1 是作间歇转动，执行构件2 作间歇转动， 执行构件 3 也作间歇转动， 执行构件 2 和 3 的工作周期相等， 且为 执行构件 1 的 3 倍。 （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的运动功能 如图 4 所示。该运动功能单元把一个连续的单向转动转换为间歇转动，主动件每 转动 1 周，从动件（执行构件1）作一次间歇转动。由题意可知，主动件的

4、转速 分别为 50r/min,80r/min,110r/min。 50、80、110rpm . . 图 4 执行机构1 的运动功能 由于电动机的转速为1430r/min ，为了分别得到 50,80,110r/min的转速，则 由电动机到执行机构1 之间的总传动比 iz有 3 种，分别为 6.28 50 1430 n1 1 n iz 875.17 80 1430 n2 2 n iz 13 110 1430 n3 3 n i z 总传动比由定传动比 ci和变传动比vi两部分构成，即 11vcz i ii 22vcz i ii 33vcz i ii 3种总传动比中 1z i 最大，3zi最小。由于定

5、传动比c i 是常数，因此， 3 种变传 动比中 1v i 最大，3vi最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，即 4 1v i 于是定传动比为 15.7 4 6.28 1 1 v z c i i i 变传动比的其他值为 5.2 15.7 875.17 2 2 c z v i i i 82. 1 11 20 15.7 13 3 3 c z v i i i 于是，传动系统的有极变速功能单元如图5 所示 i=4,2.5,1.82 . . 图 5 有极变速运动功能单元 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

6、运动功能单元不仅具有 过载保护能力，还具有减速功能，如图3 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运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此， 在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为 86.2 5. 2 15.7 5 .2 c i i 减速运动功能单元如图 7所示。 i=2.86 图7 减速运动功能单元 由于减速输出的运动回转轴线与执行构件1 的回转轴线垂直，因此增加如图 8 的运动功能单元。该单元可用圆锥齿轮传动。由于不需要变速，故圆锥齿轮的 传动比为 1。 i=1 图 8 相交运动功能单元 根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1 运动的运动

7、功能系统图， 如图 9 所示。 1430rpm i=2.5 i=4,2.5,1.82 i=2.86 图 9 实现执行机构1 运动的运动功能系统图 为了使用同一原动机驱动执行机构2 和 3，应该在图 9 所示的运动功能系统 图中增加运动分支功能单元， 因为机构 2 和 3 具有相同的运动性质， 所以此处只 增加一个运动分支，该运动分支功能单元如图10 所示。 . . 图 10 运动分支功能单元 由于减速输出的运动回转轴线与执行构件2、3的回转轴线垂直，因此增加如 图11的运动功能单元。 该单元可用圆锥齿轮传动。 由于分支部分不需要变速， 故 圆锥齿轮的传动比为 1。 i=1 图 11 相交运动功

8、能单元 由于执行机构 2和3的工作周期 T2、T3是执行构件 1的周期 T1的3倍，所以运动 分支在驱动执行构件 2和3之前应该减速，使其转速等于执行构件1的主动件转速 的三分之一。减速运动单元如图12所示。 i=3 图12 减速运动功能单元 由于执行机构 2和3的驱动机构是间歇转动， 且将间歇转动转换为间歇往复直 线移动，所以应该添加如图13、图14所示的运动功能单元。 图13 间歇运动功能单元 图14 往复间歇直线运动功能单元 由于执行构件 1是间歇运动，且由图 3可以看出执行构件 1的间歇时间是其工 作周期的二分之一， 也就是其运动时间是其工作周期的二分之一。因此间歇运动 功能单元的运动

9、系数为 =0.5。间歇运动功能单元如图15所示。 =0.5 图 15 间歇运动功能单元 根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图16 所示。 . . 图 16 棒料输送线布料装置（方案1）的运动功能系统图 （3）系统运动方案拟定 根据图 16 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16中的运动功能单元 1是原动机。根据棒料输送线布料装置的工作要求， 可以选择电动机作为原动机，如图17 所示 图 17 电动机替代运动功能单元1 图 16 中的运动功能单元2 是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带 传动替代，如

10、图 18 所示。 图 18 带传动替代运动功能单元2 图 16 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 19 所示。 . . 图 19 滑移齿轮变速替代运动单元3 图 16 中的运动功能单元4 是减速功能，可以选择定齿轮传动替代，如图20 所示。 图 20 定齿轮传动替代运动功能单元4 图 16 中的运动功能单元5 是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动和传 送带替代，如图 21 所示。 图 21 皮带轮代替运动功能单元5 图 16 中的运动功能单元6、7 的运动输入轴与运动输出轴相互垂直，可以用 圆锥齿轮传动替代，如图22 所示。 图 22 圆锥齿轮替代

11、运动功能单元6、7 图 16 中的运动单元 8 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以 . . 用槽轮机构代替。如图23 所示。 图 23 槽轮机构替代运动功能单元8 图 16 中的运动单元 9 是减速运动功能单元，可以用同步带传动代替，如图 24 所示。 图 24 同步带机构代替运动功能单元9 图 16 中的运动单元 10 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以 用不完全齿轮代替，如图25 所示。 图 25 不完全齿轮代替运动功能单元10 图16中的运功单元 11是把间歇转动转换为间歇往复直线运动的运动功能单 元，可以用曲柄滑块机构代替，如图26 所示。 图 26 曲柄滑块机

12、构代替运功动能单元11 执行构件 2、 3具有控制棒料释放的作用。 设计的棒料释放机构如图27所示。 . . 不完全齿轮 22、23 等速同向转动，带动全齿轮33、36间歇转动，从而使曲柄滑 块机构间歇工作，把料推到传送带上。22、23 转动一周的时间内，钢料释放两 个，铜料释放一个。 图 27 棒料释放机构 根据上述分析，按照图16 中各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能 单元的替代机构依次连接便形成了棒料输送线布料装置（方案1）的运动方案简 图，如图 28 所示。 (a) (b) . . (c) 1.电动机2,4,16,18,19,21,25,28,30,32.皮带轮3,17,20,2

13、6,31.皮带 5,6,7,8,9,10,11,12.圆柱齿轮 13,14,15,24.圆锥齿轮 27. 拨盘 29. 槽轮 图 28 棒料输送线布料装置（方案1）的运动方案简图 （4）系统运动方案设计 1）带传动设计 带传动分为摩擦型和啮合型两大类。摩擦型带传动过载时可以出现打滑，从 而对机械系统起到过载保护的作用。但是，其传动比不准确。 啮合型带传动可以 实现主动轮与从动轮同步传动，实现准确的传动比。 根据两种带传动的特性， 选 择 2,3,4 构成的带传动为摩擦型带传动，其余带传动为啮合型带传动。 带传动 2,3,4 的设计 原动机类型为电动机，额定转速为1430rpm ，即带传动的高速

14、轴（小带轮） 的转速为 n1=1430rpm 其传动比为 i =2.5 采用V带传动进行设计，则设小带轮直径为d2，大带轮直径为 d4，取 d2=150mm d4=d2 i =150 2.5=375mm 带传动 16,17,18 的设计 带轮 16 为主动轮， 18 为从动轮。此带传动机构要实现i =3的传动比，为了 实现精确的传动比，采用同步带传动设计。设带轮16 直径为 d16，带轮 18 直径 为 d18，取 d16=100mm d18=d16 i =100 3=300mm 带传动 19,20,21 的设计 此带传动起连接齿轮22、23，使之同步转动的作用， 故传动比 i =1, 为了实

15、 现精确的传动比，采用同步带传动设计。设带轮19 直径为 d19，带轮 21 直径为 d21，取 . . d19=d21=100mm 带传动 30,31,32 的设计 带轮 30 为主动轮， 32 为从动轮 , 传动比为 i =1。皮带 31 起传送带的作用。 如题目所述，传送带每半周期移动200mm ，之后停歇半个周期 , 为了实现精确的 传动比，采用同步带传动设计。故设带轮30 直径为 d30，带轮 32直径为 d32。取 mmdd127 2002 320 带传动 25,26,28 的设计 此带传动起连接作用，故传动比i =1, 为了实现精确的传动比，采用同步带 传动设计。设带轮25 直径

16、为 d25，带轮 28直径为 d28，取 d25=d28=100mm 2）滑移齿轮传动设计 由前文的计算，得到滑移齿轮的传动比如下： 4 1v i 5.2 15.7 875.17 2 2 c z v i i i 82.1 11 20 15.7 13 3 3 c z v i i i 取 z9=17，则 z10 =i v1z9=68 为了改善传动性能应使相互啮合的传动齿轮齿数互为质数，于是可以取 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+z8 86，z5+z6 86 由于= 2.5 ，为了更接近所要求的传动比，可取z7=25，z8=

17、61同理 可取 z5=30，z6=55。 由于 z7+z8= z9+z10=85，因此齿轮 7、8，9、10 可采用标准齿轮传动，其中心 距相同。而 z5+z6=85( +- 1)a+rA=(0.7071+0.07071 - 1) 150+18=80.13mm 锁止弧半径 rs- rA=106.065- 18=88.065 取 rs=80mm 5）不完全齿轮机构设计 由图 3 和图 27可以看出，不完全齿轮22 旋转一周，从动轮33 间歇作两次 整周回转。经计算，不完全齿轮22 共有两段工作齿，每段工作齿所在圆弧的圆 心角为 60，这两段工作齿间隔120，并且每一段工作齿在工作时都能使齿轮 3

18、3 刚好完成一次整周回转。齿轮22 和 33的啮合情况如图30所示。 图 30 齿轮 22、33 的啮合情况图 31 齿轮 25、36 的啮合情况 为方便起见，取齿轮 33 的齿数为 10， 则齿轮 22 每段工作齿的齿数也为10。 为避免根切，要对齿轮进行正变位。取模数m=2 ，齿顶高系数1 a h, 顶隙系数 . . 25.0c，分度圆压力角 0 20 ，实际中心距 a=71mm ，得到齿轮 22 和 33 的参 数如表 4 所示。 表 4 齿轮 24、35的几何尺寸 序号项目代号计算公式及计算结果 1 齿数齿轮 22 Z22 60 齿轮 33 Z33 10 2 模数M 2 3 压力角 2

19、0 4 齿顶高系数ha * 1 5 顶隙系数c * 0.25 6 标准中心距a m(z22+z33)/2=70 7 实际中心距a71 8 啮合角 arccos(a cos /a )=22.11 9 变位系数齿轮 22 X22 0.48 齿轮 33 X33 (tan( )- -tan( )+ ) (z22+z33)/(2 tan( )-x22=0.05 10 齿顶高齿轮 22 ha22 ha5=m ( ha *+x 22- ?y)=2.91 齿轮 33 ha33 ha6=m ( h a *+x 33- ?y)=2.04 11 齿根高齿轮 22 hf22 hf22=m (ha *+c* -x22)

20、=1.54 齿轮 33 hf33 hf33=m (ha *+c* -x33)=2.41 12 分度圆直径齿轮 22 d22 d22=m z22=120 齿轮 33 d33 d33=m z33=20 13 齿顶圆直径齿轮 22 da22 da22=d22+2ha22=125.8 齿轮 33 da33 da33=d33+2ha33=24.08 14 齿根圆直径齿轮 22 df22 df22=d22-2hf22=116.92 齿轮 33 df33 df33=d33-2hf33=15.18 15 齿顶圆压力 角 齿轮 22 a22 a22=arccos(d 22cos /da22)=26.33 齿轮

21、33 a33 a33=arccos(d 33cos /da33)=38.7 16 重合度z22(tan a22-tan )+z33(tan a33- tan)/2 =1.47 由图 3 和图 27可以看出，不完全齿轮23 旋转一周，从动轮34 间歇作一次 整周回转。经计算，不完全齿轮23 有一段工作齿，工作齿所在圆弧的圆心角为 60，并且工作齿在工作时能使齿轮34 刚好完成一次整周回转。齿轮23 和 34 的啮合情况如图 31 所示。齿轮 23、34 的参数分别和 22、33 的参数相等，这里 不再计算。 为了使齿轮 22、33、23、34 能够同步转动，且角速度相等，因此将他们和 执行机构

22、2,3 以及带传动机构 19,20,21 做如图 32 所示装配。 . . 图 32 执行机构2,3 及关联机构 6）执行机构 2,3 的设计 执行机构 2 如图 32 所示，将 35、37、39 分离出来，如图 33 所示。 图 33 执行机构2 由设计题目可知，滑块39 的行程为 h150mm 不妨令 h=150mm 采用对心曲柄滑块机构，行程速比系数K=1。则可确定曲柄的长度为 考虑最大压力角 max50， 连杆 37 的长度 与机构许用压力角、 曲柄存在条件， 即 由此可以看出，连杆37 的长度 越大，机构的最大压力角越小。 若取，则 。 同样地，执行机构3 也采用如上参数。 （5）运

23、动方案执行构件运动时序分析 . . 拨盘 27 和槽轮 29 的初始位置如图 34 所示 图 34 拨盘 27 和槽轮 29 的初始位置 执行机构 2,3 的初始位置如图 35 所示 图 35 执行机构2,3 的初始位置 各执行机构的运动时序表如表5 所示。 表 5 运动时序表 执行 构件 运动情况 27 运动 180 o 运动 360 o 运动 180 o 运动 360 o 运动 180 o 运动 360 o 运动 180 o 运动 360 o 29 运动 180 o 停止 180 o 运动 360 o 停止 360 o 运动 180 o 停止 180 o 运动 360 o 停止 360 o

24、 22 运动 60 o 运动 120 o 运动 180 o 运动 240 o 运动 300 o 运动 360 o 运动 60 o 运动 120 o 33 停止运动 360 o 停止运动 360 o 停止停止停止运动 360 o 39 停止放料停止放料停止停止停止放料 23 运动 60 o 运动 120 o 运动 180 o 运动 240 o 运动 300 o 运动 360 o 运动 60 o 运动 120 o 34 停止停止停止运动 360 o 停止停止停止停止 40 停止停止停止放料停止停止停止停止 （6）参考文献 1 王知行 , 邓宗全机械原理（第二版）北京：高等教育出版社，2006 年 2 陈明 , 刘福利机械原理习题解答哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004 年 3 刘毅机械原理课程设计武汉：华中科技大学出版社，2008 年