棒料输送线布料装置(方案7).

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-1-HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy机机械械原原理理课课程程设设计计说说明明书书课程名称：机械原理课程设计设计题目：棒料输送线布料装置(方案07)院系：英才学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014.06.23-2014.06.27哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-2-哈尔滨工业大学棒料输送线布料装置(方案07)题目要求如图1所示棒料输送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所示的规律布置料棒。原动机转速为1430rpm，每分钟布置棒料50,75,90块分3档可以调节。图1-1图1-2图1功能简图题目解答一．工艺方法分析由题目和功能简图可以看出，棒料夹在执行构件1（即传送带）的带动下做间歇直线运动，棒料的输送机构分别为执行构件2（即钢料输送机构），执行构件3（即铜料输送机构），当执行构件1将棒料夹传送到指定位置时，执行构件按照一定的运动规律进行配合将钢料，铜料，铝料输送到指定位置。下图中T1为执行构件1（传送带）的工作周期，T2是执行构件2（钢料输送哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-3-机构）的工作周期，T3是执行构件3（铜料输送机构）的工作周期。由图2可以看出，执行构件1是作间歇直线移动，而执行构件2，3做间歇往复直线运动。四个执行构件的工作周期关系为：5T1=T2=T3。执行构件2,3的动作周期为其工作周期的5倍。执行机构运动情况1进动停止进动停止进动停止进动停止进动停止2休止后退前进后退前进3后退前进后退前进休止后退前进图2运动循环图二．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（皮带传动）工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。该运动功能把一个间歇的单向转动转换为间歇的直线移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）直线运动200mm，主动件的速度分别为35、60、85rpm。35、60、85rpm图3执行机构1的运动功能由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到35、60、85rpm的转速，又本机构欲采用双圆销四槽的槽轮机构，则槽轮主动轴上的转速依次为17.5、30、42.5rpm。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=1430/17.5=81.7iz2=1430/30=47.7iz3=1430/42.5=33.7总传动比由带传动比if定传动比ic与变传动比iv,组成，满足以下关系式：iz1=if*ic*iv1iz2=if*ic*iv2iz3=if*ic*iv3三种传动比中iz1最大，iz3最小。由于带传动比if定传动比ic是常数，因此3种变传动比中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=20.4故定传动比的其他值为：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-4-iv2=2.3iv3=1.7于是，有级变速单元如图4：i=4,2.3,1.7图4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，其传动比为4，如图5所示。图5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=5.1减速运动功能单元如图6所示。图6减速运动功能单元另外，要实现皮带的间歇运动，必须利用槽轮结构，如图7所示，其角度转换比25.0，图7槽轮机构根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的功能系统图，如图8所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-5-1430rpmi=4i=4,2.3,1.7i=5.1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（钢料输送装置）、构件3（铜料输送装置），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、构件3，该运动分支功能单元如图9所示。先研究构件2，执行构件2有一个执行运动，即间歇往复直线移动。它的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运动分支功能单元图10运动传动方向转换的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成两个运动分支分别驱动执行构件2，执行构件3的运动。因此，需要加一个运动分支功能分支单元，如图10所示。图10运动分支功能单元执行构件2，3的一个运动是间歇往复移动，将连续转动转换成间歇转动，再转换成间歇往复移动。如图11所示。图11连续转动转换为间歇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，如图12所示。执行构件1哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-6-1430rpmi=4i=4,2.3,1.7i=5.1i=1/2图12执行构件1、2的运动功能系统图由于执行构件2、3运动机理是完全一样的，都是来推动棒料进入固定位置的，所以，3的运动功能系统图和2是完全相同的。根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图13所示。N=1430rpmi=2i=4;2.667;2.222i=3.57588i=2图13棒料输送线布料装置（方案07）的运动功能系统图三．系统运动方案拟定根据图13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13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，可执行构件1执行构件2构件1(传送)构件3（铜）构件2（钢）哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-7-以选择电动机作为原动机。如图14所示。1430rpm图14电动机替代运动功能单元1图13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15所示。i=4运动单元2图15带传动代替运动单元2图13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16所示。i=4，2.3，1.7图16滑移齿轮变速替代运动功能单元3图13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17所示。i=5.1图172级齿轮传动替代运动功能单元4哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-8-图13中运动功能单元6是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为0.25由槽轮机构运动系数的计算公式有：τ=td/(td+tj)该槽轮机构如图19所示。图19用槽轮机构替代运动功能单元6图13中运动单元7是将间歇转动转化为间歇直线运动，可以用皮带传动代替，如图20所示。图20皮带轮实现将间歇转动转化为间歇直线运动图13中的运动功能单元8是运动传递方向转换功能单元，同时还具有变速功能，可以用圆锥齿轮传动替代，如图21所示。i图21圆锥齿轮传动替代减速运动功能单元7图13中的运动单元9是运动分支单元可以利用同一轴上的两个不完全齿轮实现，如图22所示图22同一轴上的两个不完全齿轮替代运动分支机构哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-9-图13中运动功能单元10,11,12把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，由运动循环图可知该运动功能单元在一个工作周期之内有一次停歇和一次转动，且两次停歇时间不同，于是可以用不完全齿轮机构代替该运动功能单元，如图23所示。图23用不完全齿轮传动替代运动功能单元10,11图13中，运动单元12，13把间歇转动转化为间歇往复运动，可以利用六连杆滑块机构实现，如图24所示。图24利用六连杆滑块机构实现间歇往复运动整个机构的过载保护，变速机构，及减速机构的运动简图，如图25所示：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-10-图25部分运动简图四．系统运动方案设计1）皮带传动（执行机构1）的设计该机构采用槽轮机构实现。该运动功能单元的运动系；,0.25该槽轮机构选择径向槽外接槽轮机构：（1）确定槽轮槽数在拨盘圆销数k=2时，槽轮槽数为Z=4，该槽轮的几何关系如图26所示图26槽轮机构（2）槽轮槽间角哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-11-由图可知槽轮的槽间角为：2β=360°/z=90°（3）槽轮每次转位时拨盘的转角：2α=180°-2β=90°（4）中心距槽轮机构的中心距应该根据具体的结构确定，在结构尚不确定的情况下占定为a=75mm（5）拨盘圆销回转半径λ=r/a=sinβ=0.7071r=λa=53mm（6）槽轮半径ζ=R/a=cosβ=0.7071R=ζa=53mm（7）锁止弧张角γ=360°-2α=90°（8）圆销半径Ra=r/6=8.8mm圆整Ra=9mm（9）槽轮槽深h(λ+ζ-1)a+Ra=40mm（10）锁止弧半径Rsr-Ra=44mm取Rs=40mm皮带轮设计直径为：PI*d/4=200mm所以d=254.648mm取d=255mm运动情况描述：当圆销转动半周时，槽轮转动90°，所以与槽轮同轴的皮带轮转动1/4周，即皮带向前传动200mm2）推料机构（执行机构2,3）的设计(六连杆滑块机构)该执行机构是六连杆滑块机构，由曲柄24，滑块25，导杆23，连杆26和滑枕27组成。其中大滑块的行程h=300mm,现对机构进行参数计算。该机构具有急回特性，在导杆23与曲柄24的轨迹圆相切时候，从动件处于两个极限位置，此时导杆的末端分别位于C1和C2位置。取定C1C2的长度，使其满足：hCC21利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离E1E2=C1C2=h，这样就利用了机构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。设极位夹角为θ，显然导杆23的摆角就是θ，取机构的行程速比系数K=1.4，由此可得极位夹角和导杆的22长度。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-12-θ=（k-1）/(k+1)*180°=30°l（C1D）=h/2/sin(θ/2)=579.555mm取l(C1D)=580mm图27导杆滑块机构设计先随意选定一点为D，以D为圆心，l(C1D)为半径做圆。再过D作竖直线，以之为基础线，左右各作射线，与之夹角15°，交圆与C1和C2点。则弧C1C2即为导杆顶部转过的弧线，当导轨从C1D摆到C2D的时候，摆角为30°。接着取最高点为C,在C和C1之间做平行于C1C2的直线m，该线为滑枕27的导路，距离D点的距离为cos22llsl在C1点有机构最大压力角，设导杆23的长度为l1，最大压力角的正弦等于1max22cossinlll要求最大压力角小于100，所以有L(23)≥579.555*（1-cos15°）/(2*sin10°)=56.862mml1越大，压力角越小，取l1=200mm。曲柄19的回转中心在过D点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可取AD=200mm，据此可以得到曲柄19的长度L(19)=AD×sin15°=52mm取R(19)=52mm哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-13-3）实现执行机构2,3间歇运动的设计如图28所示，执行机构2的附加运动是连续转动转换为单向间歇转动，由不完全齿轮17、18（19,20）实现。不完全齿轮17、18的设计不完全齿轮18在一个工作周期内的运动为不完全齿轮18在一个工作周期内的运动为设其传动比为1/5.齿轮17可按可按最小不根切齿数确定，但为了使不完全齿轮17的齿数为整数，取z17=30，则主动轮的假想齿数为z17=30。取模数为2mm，从动齿轮18、20为完全齿轮,齿数设为6，其几何尺寸可按照标准齿轮计算。取其齿数为20。齿轮17、19为不完全齿轮，其实际齿数分别为理论齿数的2/5和3/5。若以有齿与无齿的分界线为0，向有齿方向转动为正方向，则不完全齿轮17、19的有齿的角度分别为0-144度与0-21