棒料輸送線布料裝置（方案）

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 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07) 院 系： 英才學(xué)院 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2014.06.23-2014.06.27

2、 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 棒料輸送線布料裝置(方案07) 題目要求 如圖1所示棒料輸送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，銅料和鋁料。在輸送線上按照圖2所示的規(guī)律布置料棒。原動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，每分鐘布置棒料50,75,90塊分3檔可以調(diào)節(jié)。 圖1-1 圖1-2 圖1功能簡圖 題目解答 一．工藝方法分析 由題目和功能簡圖可以看出，棒料夾在執(zhí)行構(gòu)件1（即傳送帶）的帶動下做間歇直線運(yùn)動，棒料的輸送機(jī)構(gòu)分別為執(zhí)行構(gòu)件2（即鋼料輸送機(jī)構(gòu)），執(zhí)行構(gòu)件3（即銅料輸送機(jī)構(gòu)），當(dāng)執(zhí)行構(gòu)件1將棒料夾傳送到指定位置時，執(zhí)行構(gòu)件按照一定的運(yùn)動規(guī)

3、律進(jìn)行配合將鋼料，銅料，鋁料輸送到指定位置。 下圖中T1為執(zhí)行構(gòu)件1（傳送帶）的工作周期，T2是執(zhí)行構(gòu)件2（鋼料輸送機(jī)構(gòu)）的工作周期，T3是執(zhí)行構(gòu)件3（銅料輸送機(jī)構(gòu)）的工作周期。由圖2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1是作間歇直線移動，而執(zhí)行構(gòu)件2，3做間歇往復(fù)直線運(yùn)動。四個執(zhí)行構(gòu)件的工作周期關(guān)系為：5T1=T2=T3。執(zhí)行構(gòu)件2,3的動作周期為其工作周期的5倍。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 運(yùn)動情況 1 進(jìn)動 停止 進(jìn)動 停止 進(jìn)動 停止 進(jìn)動 停止 進(jìn)動 停止 2 休止 后退 前進(jìn) 后退 前進(jìn) 3 后退 前進(jìn) 后退 前進(jìn) 休止 后退 前進(jìn)

4、 圖2 運(yùn)動循環(huán)圖 二．運(yùn)動功能分析及運(yùn)動功能系統(tǒng)圖 根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1（皮帶傳動）工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有運(yùn)動功能如圖3所示。該運(yùn)動功能把一個間歇的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇的直線移動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）直線運(yùn)動200mm，主動件的速度分別為35、60、85rpm。 35、60、85 rpm 圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動功能 由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動件上分別得到35、60、85 rpm的轉(zhuǎn)速，又本機(jī)構(gòu)欲采用雙圓銷四槽的槽輪機(jī)構(gòu)，則槽輪主動軸上的轉(zhuǎn)速依

5、次為17.5、30、42.5rpm。則由電動機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)1之間的傳動比iz有3種分別為： iz1= 1430/17.5=81.7 iz2= 1430/30=47.7 iz3= 1430/42.5=33.7 總傳動比由帶傳動比if定傳動比ic與變傳動比iv,組成，滿足以下關(guān)系式： iz1 = if*ic*iv1 iz2=if*ic*iv2 iz3=if*ic*iv3 三種傳動比中iz1最大，iz3最小。由于帶傳動比if定傳動比ic是常數(shù)，因此3種變傳動比中iv1最大，iv3最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不要大于4，即：

6、 iv1=4 則有： ic=20.4 故定傳動比的其他值為： iv2= 2.3 iv3= 1.7 于是，有級變速單元如圖4： i = 4, 2.3, 1.7 圖4 有級變速運(yùn)動功能單元 為保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機(jī)和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護(hù)環(huán)節(jié)。過載保護(hù)運(yùn)動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運(yùn)動功能單元不僅具有過載保護(hù)能力，還具有減速功能，其傳動比為4，如圖5所示。 圖5 過載保護(hù)運(yùn)動功能單元 整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護(hù)功能單元的減速功能不能實現(xiàn)全部定傳動

7、比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運(yùn)動功能單元，減速比為 i = 5.1 減速運(yùn)動功能單元如圖6所示。 圖6 減速運(yùn)動功能單元 另外，要實現(xiàn)皮帶的間歇運(yùn)動，必須利用槽輪結(jié)構(gòu)，如圖7所示，其角度轉(zhuǎn)換比， 圖7 槽輪機(jī)構(gòu) 根據(jù)上述運(yùn)動功能分析，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動的功能系統(tǒng)圖，如圖8所示。 1430rpm i = 4 i = 4, 2.3, 1.7 i = 5.1 執(zhí)行構(gòu)件1 圖8 實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖 為了使用同一原動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2（鋼料輸送裝置

8、）、構(gòu)件3（銅料輸送裝置），應(yīng)該在圖8所示的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖加上1個運(yùn)動分支功能單元，使其能夠驅(qū)動分支執(zhí)行構(gòu)件2、構(gòu)件3，該運(yùn)動分支功能單元如圖9所示。 先研究構(gòu)件2，執(zhí)行構(gòu)件2有一個執(zhí)行運(yùn)動，即間歇往復(fù)直線移動。它的運(yùn)動方向與執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動方向垂直。為了使執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動保持正確的空間關(guān)系，可以加一個運(yùn)動傳動方向轉(zhuǎn)換功能單元，如圖10所示。 圖9 運(yùn)動分支功能單元 圖10 運(yùn)動傳動方向轉(zhuǎn)換的運(yùn)動功能單元 經(jīng)過運(yùn)動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元輸出的運(yùn)動需要分成兩個運(yùn)動分支分別驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，執(zhí)行構(gòu)件3的運(yùn)動。因此，需要加一個運(yùn)動分支功能分支單元，如圖10所

9、示。 圖10 運(yùn)動分支功能單元 執(zhí)行構(gòu)件2，3的一個運(yùn)動是間歇往復(fù)移動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成間歇轉(zhuǎn)動，再轉(zhuǎn)換成間歇往復(fù)移動。如圖11所示。 圖11 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動的運(yùn)動功能單元 根據(jù)上述分析可以得出實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1和執(zhí)行構(gòu)件2運(yùn)動功能的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖，如圖12所示。 1430rpm i = 4 i = 4, 2.3,1.7 i = 5.1 執(zhí)行構(gòu)件1 執(zhí)行構(gòu)件2 i=1/2 圖12 執(zhí)行構(gòu)件1、2的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖 由于

10、執(zhí)行構(gòu)件2、3運(yùn)動機(jī)理是完全一樣的，都是來推動棒料進(jìn)入固定位置的，所以，3的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖和2是完全相同的。 根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖，如圖13所示。 N=1430rpm i = 2 i = 4; 2.667; 2.222 i = 3.575 構(gòu)件1(傳送) 88 構(gòu)件3（銅） i=2 構(gòu)件2（鋼） 圖13棒料輸送線布料裝置（方案07）的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖 三．系統(tǒng)運(yùn)動方案擬定 根據(jù)圖13所示的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖,選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能系統(tǒng)圖中的各個運(yùn)動功能單元,便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)

11、動方案。 圖13中的運(yùn)動功能單元1是原動機(jī)。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動機(jī)作為原動機(jī)。如圖14所示。 1430rpm 圖14 電動機(jī)替代運(yùn)動功能單元1 圖13中的運(yùn)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15所示。 i=4 運(yùn)動單元2 圖15 帶傳動代替運(yùn)動單元2 圖13中的運(yùn)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16所示。 i=4，2.3，1.7 圖16 滑移齒輪變速

12、替代運(yùn)動功能單元3 圖13中的運(yùn)動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動代替，如圖17所示。 i=5.1 圖17 2級齒輪傳動替代運(yùn)動功能單元4 圖13中運(yùn)動功能單元6是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動功能單元，可以用槽輪機(jī)構(gòu)替代。該運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系數(shù)為0.25 由槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動系數(shù)的計算公式有：τ=td/(td+tj) 該槽輪機(jī)構(gòu)如圖19所示。 圖19用槽輪機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元6 圖13中運(yùn)動單元7是將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇直線運(yùn)動，可以用皮帶傳動代替，如圖20所示。

13、 圖20 皮帶輪實現(xiàn)將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇直線運(yùn)動 圖13中的運(yùn)動功能單元8是運(yùn)動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元，同時還具有變速功能，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖21所示。 i 圖21 圓錐齒輪傳動替代減速運(yùn)動功能單元7 圖13中的運(yùn)動單元9是運(yùn)動分支單元可以利用同一軸上的兩個不完全齒輪實現(xiàn)，如圖22所示 圖22 同一軸上的兩個不完全齒輪替代運(yùn)動分支機(jī)構(gòu) 圖13中運(yùn)動功能單元10,11,12把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動功能單元，由運(yùn)動循環(huán)圖可知該運(yùn)動功能單元在一個工

14、作周期之內(nèi)有一次停歇和一次轉(zhuǎn)動，且兩次停歇時間不同，于是可以用不完全齒輪機(jī)構(gòu)代替該運(yùn)動功能單元，如圖 23所示。 圖23 用不完全齒輪傳動替代運(yùn)動功能單元10,11 圖13中，運(yùn)動單元12，13把間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇往復(fù)運(yùn)動，可以利用六連桿滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，如圖24所示。 圖24 利用六連桿滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)間歇往復(fù)運(yùn)動 整個機(jī)構(gòu)的過載保護(hù)，變速機(jī)構(gòu)，及減速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，如圖25所示： 圖25 部分運(yùn)動簡圖 四．系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計 1） 皮帶傳動（執(zhí)行機(jī)構(gòu)1）的設(shè)計 該機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。該運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系；,0.25 該槽輪

15、機(jī)構(gòu)選擇徑向槽外接槽輪機(jī)構(gòu)： （1） 確定槽輪槽數(shù) 在撥盤圓銷數(shù)k=2時，槽輪槽數(shù)為Z=4，該槽輪的幾何關(guān)系如圖26所示 圖26槽輪機(jī)構(gòu) （2） 槽輪槽間角 由圖可知槽輪的槽間角為： 2β=360°/z=90° （3） 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角： 2α=180°-2β=90° （4） 中心距 槽輪機(jī)構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不確定的情況下占定為 a=75mm （5） 撥盤圓銷回轉(zhuǎn)半徑 λ=r/a=sinβ=0.7071 r=λa=53mm （6） 槽輪半徑 ζ=R/a=co

16、sβ=0.7071 R=ζa=53mm （7） 鎖止弧張角 γ=360°-2α=90° （8） 圓銷半徑 Ra=r/6=8.8mm 圓整 Ra=9mm （9） 槽輪槽深 h>(λ+ζ-1)a+Ra=40mm （10） 鎖止弧半徑 Rs

17、槽輪轉(zhuǎn)動90°，所以與槽輪同軸的皮帶輪轉(zhuǎn)動1/4周，即皮帶向前傳動200mm 2） 推料機(jī)構(gòu)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)2,3）的設(shè)計(六連桿滑塊機(jī)構(gòu)) 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)是六連桿滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄24，滑塊25，導(dǎo)桿23，連桿26和滑枕27組成。其中大滑塊的行程h=300mm,現(xiàn)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)計算。 該機(jī)構(gòu)具有急回特性，在導(dǎo)桿23與曲柄24的軌跡圓相切時候，從動件處于兩個極限位置，此時導(dǎo)桿的末端分別位于C1和C2位置。取定C1C2的長度，使其滿足： 利用平行四邊形的特點，由下圖可知滑塊移動的距離E1E2= C1C2=h，這樣就利用了機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動特性，使滑塊移動了指定的位移。 設(shè)極位夾角為θ，顯然導(dǎo)桿2

18、3的擺角就是θ，取機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.4，由此可得極位夾角和導(dǎo)桿的22長度。 θ=（k-1）/(k+1)*180°=30° l（C1D）=h/2/sin(θ/2)=579.555mm 取l(C1D)=580mm 圖27 導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計 先隨意選定一點為D，以D為圓心，l(C1D)為半徑做圓。再過D作豎直線，以之為基礎(chǔ)線，左右各作射線，與之夾角15°，交圓與C1和C2點。則弧C1C2即為導(dǎo)桿頂部轉(zhuǎn)過的弧線，當(dāng)導(dǎo)軌從C1D擺到C2D的時候，擺角為30°。接著取最高點為C,在C和C1

19、之間做平行于C1C2的直線m，該線為滑枕27的導(dǎo)路，距離D點的距離為 在C1點有機(jī)構(gòu)最大壓力角，設(shè)導(dǎo)桿23的長度為l1，最大壓力角的正弦等于 要求最大壓力角小于100，所以有 L(23)≥579.555*（1-cos15°）/(2*sin10°)=56.862mm l1越大，壓力角越小，取l1=200mm。 曲柄19的回轉(zhuǎn)中心在過D點的豎直線上，曲柄越長，曲柄受力越小，可 取AD=200mm，據(jù)此可以得到曲柄19的長度 L(19)=AD×sin15°=52mm 取R(19)=52mm 3） 實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2,3間歇運(yùn)動的設(shè)計 如圖28所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的附加

20、運(yùn)動是連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向間歇轉(zhuǎn)動，由不完全齒輪17、18（19,20）實現(xiàn)。 不完全齒輪17、18的設(shè)計 不完全齒輪18在一個工作周期內(nèi)的運(yùn)動為 轉(zhuǎn)°（2/5T5） 停（3/5 T5） 不完全齒輪18在一個工作周期內(nèi)的運(yùn)動為 停（2/5 T5） 轉(zhuǎn)°（3/5T5） 設(shè)其傳動比為1/5. 齒輪17可按可按最小不根切齒數(shù)確定，但為了使不完全齒輪17的齒數(shù)為整數(shù)，取z17=30，則主動輪的假想齒數(shù)為z17=30。 取模數(shù)為2 mm，從動齒輪18、20為完全齒輪,齒數(shù)設(shè)為6，其幾何尺寸可按照標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。取其齒數(shù)為20。齒輪17、19為不完全齒輪，其實際齒

21、數(shù)分別為理論齒數(shù)的2/5和3/5。若以有齒與無齒的分界線為0，向有齒方向轉(zhuǎn)動為正方向，則不完全齒輪17、19的有齒的角度分別為0-144度與0-216度。 圖28 不完全齒輪傳動17、18設(shè)計示意 4） 滑移變檔齒輪傳動設(shè)計 ① 確定齒輪齒數(shù) 如圖21中齒輪5，6，7，8，9，10組成了滑移齒輪有級變速單元，其齒數(shù)分別為z5， z6 ，z7 ，z8 ，z9 ，z10。由前面分析可知， iv1=4 iv2= 2.3 iv3= 1.7 按最小不根切齒數(shù)取z9=17，則z10= iv1 z9=4*17=68 為了改善傳動性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取z10= 69。

22、 其齒數(shù)和為z9+ z10=17+69=86， 另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)大致相同，即 z7+ z8≈86，z5+ z6≈86 iv2= 2.3 z7 =26 z8 =60 同理可?。槭蛊涓咏鼈鲃颖龋?，z5 =39 z6 = 47 ② 計算齒輪幾何尺寸 取模數(shù)m=2 mm，則5，6，7，8， 9，10這三對齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距相同 a=86 均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪 5） 其他傳動齒輪傳動設(shè)計 圓柱齒輪傳動設(shè)計 由圖可知，齒輪11、12、13、14實現(xiàn)運(yùn)動功能單元4的減速功能，它所實現(xiàn)的傳動比為5.1。由于齒輪11、12、13、14是1級齒輪傳動，每一級齒輪傳動

23、的傳動比可如此確定 Ic= [5.1]（1/2）=2.5 為使傳動比更接近于運(yùn)動功能單元4的傳動比2.5取 z11=z13=18 z12=z14=45 取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。 圓錐齒輪傳動設(shè)計 由分析可知，圓錐齒輪15、16實現(xiàn)圖13中的運(yùn)動功能單元7的減速運(yùn)動功能，它所實現(xiàn)的傳動比為1/2，兩圓錐的齒輪的軸交角為 Σ=90° 圓錐齒輪15的分度圓錐角為 δ15=45° 圓錐齒輪16的分度圓錐角為 δ16=45° 圓錐齒輪的最小不根切當(dāng)量齒數(shù)為 Z=17 圓錐齒輪16的齒數(shù)可按最小不根切齒數(shù)確定，即

24、 Z16=18 則圓錐齒輪15的齒數(shù)為，Z15= 45 齒輪15、16的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動計算。 五． 運(yùn)動方案執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動時序分析 ① 曲柄25的初始位置（與曲柄27,29相同） 如圖28所示，曲柄25順時針轉(zhuǎn)動時的初始位置由角確定。由于該曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角θ=30°，因此，當(dāng)導(dǎo)桿26處于右側(cè)極限位置時，曲柄15與垂直軸的夾角為15°。 圖29 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ② 不完全齒輪的起始位置 開始時，不完全齒輪與子齒輪嚙合出恰好與其有齒無齒交界處重合，并且轉(zhuǎn)動方向向有齒的方向。 不完全齒輪17,18（控制

25、鋼料輸送） 不完全齒輪19，20（控制銅料輸送） ③ 撥盤34的起始位置 如圖31所示，撥盤34逆時針轉(zhuǎn)動時的初始位置由角確定，撥盤34逆時針轉(zhuǎn)動時的初始位置處于槽輪由停變動的分界位置，因此，撥盤34與水平軸的夾角為45°。 圖31 槽輪機(jī)構(gòu) 綜上所述，該系統(tǒng)應(yīng)該選擇曲柄15順時針回轉(zhuǎn)，即電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動。如圖31所示。 圖31 傳動系統(tǒng)運(yùn)動示意圖 整個系統(tǒng)的運(yùn)動循環(huán)圖： 構(gòu)件 運(yùn)動情況 槽輪 運(yùn)動 休止 運(yùn)動 休止 運(yùn)動 休止 運(yùn)動 休止 運(yùn)動 休止 傳送帶 進(jìn) 停 進(jìn) 停 進(jìn) 停 進(jìn) 停 進(jìn) 停 不完全齒輪17 144°-216° 216°-288° 288°-360° 0°-72° 72°-144° 連桿機(jī)構(gòu)（鋼） 休止 退 進(jìn) 退 進(jìn) 不完全齒輪19 72°-144° 144°-216° 216°-288° 288°-360° 0°-72° 連桿機(jī)構(gòu)（銅） 退 進(jìn) 退 進(jìn) 休止 退 進(jìn) 專心---專注---專業(yè)