1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課程名稱： 機械原理 </p><p>　　設計題目：棒料輸送線布料裝置(方案2)</p><p>　　院 系： 機電工程學院 </p><p>　　班 級：

2、</p><p>　　設 計 者： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間：2014年6月23日至29日 </p><p>　　棒料輸送線布料裝置設計</

3、p><p>　　設計題目:棒料輸送線布料裝置（方案2）</p><p>　　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、銅料和鋁料。在輸送線上按照圖2所示的規(guī)律布置棒料。原動機轉速為1430rpm，每分鐘布置棒料45,75,105塊，分3檔可以調節(jié)。</p><p>　　由圖1、2可以看出，該布料輸送線裝置有兩個執(zhí)行構件。

4、執(zhí)行構件1為推料滑塊，將后方料斗中的最底層棒料推入輸送線上相應的槽內。執(zhí)行構件2為輸送線傳動帶，推動產品在輸送線上運動。這兩個運動的協(xié)調關系如圖3所示。</p><p><b>　　工藝動作分析</b></p><p>　　圖3 棒料輸送線布料系統(tǒng)運動循環(huán)圖</p><p>　　由圖3可以看出執(zhí)行構件1和執(zhí)行構2的總工作周期相等，即T。T1為執(zhí)

5、行構件1的運動周期，此時執(zhí)行構件2停止不動。T2為執(zhí)行構建2的運動周期，同時執(zhí)行構件1停止不動。并且執(zhí)行構件1的運動規(guī)律為，“推-回—?！遍g歇的往復直線運動。執(zhí)行構件2的運動為間歇直線移動。設定T1=T2=T/2，即運動時間和間歇時間相等。</p><p><b>　　運動功能分析</b></p><p>　　3.1執(zhí)行機構1功能分析</p><p

6、>　　驅動執(zhí)行構件1工作的執(zhí)行機構應具有的運動功能如下圖所示。該運動功能單元將連續(xù)的單向轉動轉化為間歇的往復直線移動。經過轉速配合后，要求槽輪主動件（撥盤）每單向轉動π/2，從動件（執(zhí)行構件1）往復運動1次。根據設計題目要求，執(zhí)行構件1每次推入2塊棒料，即主動件轉動一周，推入4塊棒料。為達到每分鐘布置棒料45,75,105塊的設計要求，主動件轉動需分別達到11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下圖4所示</

7、p><p>　　圖4 執(zhí)行機構1的運動功能</p><p>　　從連續(xù)的單向轉動轉化為間歇的往復直線移動顯然不能一步實現，需要多個構件形成執(zhí)行機構1。先將連續(xù)的單向轉動轉化為間歇轉動，由系統(tǒng)運動循環(huán)圖可以看出執(zhí)行構件1的間歇時間是工作周期的二分之一。因此間歇運動功能單元的運動系數τ=0.5。此時執(zhí)行構件1的工作周期T1為執(zhí)行構件1的工作周期T的二分之一。如下圖5所示</p>&l

8、t;p>　　圖5 連續(xù)轉動轉化為間歇轉動的運動功能單元</p><p>　　為將該間歇轉動構件每次轉位時的轉角轉化為整周轉動，間歇運動功能單元輸出的運動應經過增速運動功能單元增速，設定提速四倍，即i=0.25。如下圖6所示。</p><p>　　圖6 轉動增速運動功能單元</p><p>　　最后將連續(xù)轉動轉化為往復移動。這樣即可以實現執(zhí)行構件1“推-回—停”

9、間歇的往復直線運動的運動規(guī)律。執(zhí)行機構1的的運動功能就是把連續(xù)轉動轉化為間歇的往復直線運動。如下圖7所示。</p><p>　　圖7 執(zhí)行機構1實際運動功能</p><p><b>　　執(zhí)行機構2功能分析</b></p><p>　　驅動執(zhí)行構件2工作的執(zhí)行機構應具有的運動功能如下圖所示。該運動單元將連續(xù)的單向轉動轉化為間歇的單向直線移動。主動

10、件（槽輪撥盤）單向轉動一周，從動件（執(zhí)行構件2）前進兩次。根據設計題目要求，執(zhí)行構件2每次移動400mm，即運送2塊棒料。主動件轉動一周，運送4塊棒料。由工藝分析得，執(zhí)行構件2與執(zhí)行構件1工作周期相等，故主動件（槽輪撥盤）轉速應該相等，即分別為11.25rpm、18.75rpm、26.25rpm。如下圖8所示。</p><p>　　圖8執(zhí)行機構2運動功能</p><p>　　與3.1同理。

11、需將連續(xù)的單向轉動先轉化為間歇轉動，由系統(tǒng)運動循環(huán)圖可以看出執(zhí)行構件2的間歇時間同樣是是工作周期的二分之一。因此間歇運動功能單元的運動系數τ=0.5。此時執(zhí)行構件2的工作周期T2為執(zhí)行構件2的工作周期T的二分之一。再將其轉動部分轉化為直線移動。由于執(zhí)行構件2每次移動400mm，若將間歇轉動的從動件直接驅動傳送帶，回轉半徑太大。所以再添加一個增速運動功能單元，使其i=0.25。執(zhí)行機構2的的運動功能就是把連續(xù)轉動轉化為間歇的單向直線移動。

12、運動功能圖如下圖9所示</p><p>　　圖9 執(zhí)行機構2實際運動功能</p><p><b>　　減速及有級變速系統(tǒng)</b></p><p>　　原動機轉速為1430rpm，為了達到所需的傳動比要求和換擋功能，原動機與執(zhí)行構件之間需要加上變速器。要求在執(zhí)行構件的主動件上分別得到11.25，18.75，26.25rpm的轉速，則該變速器總傳動

13、比i有3種，分別為</p><p><b>　　i1=</b></p><p>　　i2=76.2667</p><p><b>　　i3=</b></p><p>　　總傳動比由定傳動比if和變傳動比iv兩部分組成：</p><p><b>　　i1=ifiv1&

14、lt;/b></p><p><b>　　i2=ifiv2</b></p><p><b>　　i3=ifiv3</b></p><p>　　由于定傳動比if為常數，3種變傳動比中iv1最大，iv3最小。本設計采用滑移齒輪變速?；讫X輪傳動比最大應不大于4，即設iv1=4</p><p>&l

15、t;b>　　計算的定傳動比</b></p><p><b>　　if=</b></p><p><b>　　可求得其他變傳動比</b></p><p><b>　　iv2=</b></p><p><b>　　iv3=</b></p

16、><p>　　由此可得如下傳動系統(tǒng)有級變速功能單元圖10。</p><p>　　為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，需要在原動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元采用帶傳動實現。同時實現減速和過載保護功能。如下圖11所示。</p><p>　　圖11過載保護運動功能單元</p><p>　　定軸傳動部分傳動比 </p>

17、<p>　　這部分傳動比由兩對圓柱齒輪和一對圓錐齒輪實現。添加這對圓錐齒輪是為了改變傳動平面，使變速器運動主平面與布料系統(tǒng)運動主平面垂直，避免尺寸布局上的影響。為了使三對齒輪的傳動比小于4，初步設定圓錐齒輪傳動比為2,另兩對圓柱齒輪，傳動比為=3.2,=2。</p><p>　　圖12 定軸傳動部分</p><p>　　3.4為滿足一個原動機驅動要求的執(zhí)構件1、2的連接<

18、;/p><p>　　為了使用同一原動機驅動執(zhí)行構件1和2，應該在減速功能單元之后加一運動分支功能單元。由于執(zhí)行構件1和2的主動件（槽輪撥盤）轉速相同，且定軸轉動部分之后已經達到主動件所需轉速，只需將已有轉速傳遞給兩個主動件即可，無需再變速。但是執(zhí)行構件1的運動主平面垂直于布料系統(tǒng)運動主平面，執(zhí)行構件2的運動主平面即布料系統(tǒng)運動主平面，二者互相垂直。因此運動分支功能單元之后需要用圓錐齒輪改變轉速傳遞平面。同時為了滿足空

19、間布局的要求，使用兩個圓錐齒輪以改變布局方向。</p><p>　　變速系統(tǒng)執(zhí)行構件驅動系統(tǒng)之間的連接系統(tǒng)功能如圖13所示。</p><p>　　圖13 兩個執(zhí)行構建的連接</p><p>　　3.5運動功能系統(tǒng)圖</p><p>　　根據上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能圖</p><p>　　圖14棒料輸

20、送線布料裝置（方案2）的運動功能系統(tǒng)圖</p><p><b>　　機械系統(tǒng)運動方案</b></p><p>　　根據運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當的機構替代運動功能系統(tǒng)圖的各個運動功能單元，便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。。</p><p>　　圖14中的運動功能單元1是原動機，轉速1430rpm。</p><p>　　圖15

21、電動機替代運動功能單元1</p><p>　　圖14中運動功能單元2是過載保護功能單元兼減速功能，采用帶傳動替代，如圖</p><p>　　圖16帶傳動替代運動功能單元2</p><p>　　圖14中運動功能單元3是有級變速功能，采用三對滑移齒輪替代，如圖</p><p>　　圖17 滑移齒輪替代運動功能單元3</p><

22、p>　　圖14中運動功能4和5是減速功能，采用2級齒輪傳動和一對圓錐齒輪替代，如圖。</p><p>　　圖18 2級齒輪傳動替代運動功能單元4</p><p>　　圖14中運動功能單元6、7、11是運動分支功能單元。在變速系統(tǒng)輸出軸上添加兩個相同的齒輪，與軸固聯。各用一個圓錐齒輪改變轉速傳遞平面，如圖</p><p>　　圖20 兩對圓錐齒輪傳動替代運動功能

23、單元6、7、11</p><p>　　圖14中運動功能單元8是把連續(xù)轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，采用槽輪機構替代。該運動功能單元的運動系數τ=0.5。</p><p>　　根據槽輪機構運動系數的計算公式τ=，最后確定銷釘個數k=2，槽輪的徑向槽數z=4。</p><p>　　圖14中運動功能單元9是增速運動功能單元，采用一對圓柱齒輪傳動代替，其中一個齒輪與槽輪

24、同軸，角速度相同，另一個齒輪作為運動功能單元10的運動輸入，如圖。</p><p>　　圖22一對定軸齒輪傳動替代運動功能單元9</p><p>　　圖14中運動功能單元10是把連續(xù)轉動轉化為連續(xù)往復移動的運動功能單元，采用曲柄滑塊機構替代。其中圓錐齒輪傳動的主動輪與曲柄固聯如圖</p><p>　　圖23曲柄滑塊機構替代運動功能10</p><

25、p>　　此處曲柄滑塊機構需實現同時推動三塊料的功能，則需要增添擴展機構。以如圖24所示支架，帶動三個滑塊，使它們與原機構中滑塊運動規(guī)律相同。（該圖為俯視圖）。</p><p>　　圖14中運動功能單元12與運動功能單元8相同。采用k=2，z=4的槽輪機構代替。</p><p>　　圖14中運動功能單元13是增速運動功能單元，仍采用一對圓柱齒輪傳動。其中一個齒輪與運動功能單元12中的槽

26、輪同軸，角速度相同，另一個作為運動功能單元14的運動輸入。</p><p>　　圖26 一對定軸齒輪傳動代替運動功能13</p><p>　　圖14中運動功能單元14是把連續(xù)轉動轉換為單向直線移動的運動功能單元。采用一個圓柱齒輪直接帶動傳送帶。該齒輪線速度等于傳送動所需前進速度。角速度等于運動輸入齒輪角速度。</p><p>　　圖27 帶傳動替代運動功能單元14&

27、lt;/p><p>　　根據上述分析，把各個運動功能的替代機構依次連接起來，即到棒料輸送線布料裝置</p><p>　?。ǚ桨?）方案機械運動簡圖，如圖28</p><p><b>　　A向</b></p><p>　　A向 B向</p><p>　　

28、圖28棒料輸送線布料裝置（方案9）的機械運動簡圖</p><p><b>　　機械系統(tǒng)尺寸設計</b></p><p>　　5.1執(zhí)行機構1的設計</p><p>　　執(zhí)行機構1驅動執(zhí)行構件1運動。執(zhí)行機構1由槽輪機構19、20，一對圓柱齒輪21、22，曲柄23，連桿24和滑塊25組成。</p><p>　　此機構中槽輪

29、機構，撥盤19轉180°，槽輪20轉90°，運動系數為0.5(詳見齒輪傳動設計)。</p><p>　　圓柱齒輪21、22傳動比為0.25（詳見齒輪傳動設計），即槽輪轉90°，圓柱齒輪22轉360°。</p><p>　　由設計題目要求，根據棒料長度150mm，為留出空間余量，設定滑塊的行程為200mm。先確定幾何關系，如圖29中C1、C2為曲柄滑塊

30、機構的兩個極限位置</p><p>　　AC1=AB+BC AC2=BC-AB</p><p>　　曲柄滑塊機構是一種具有急回運動特性的機構，設在工作中該機構的行程速比系數為</p><p><b>　　K=1.4 </b></p><p>　　則，該機構的極位夾角為</p><p>　　圖29

31、曲柄滑塊機構示意圖</p><p>　　在 AC2C1中應用余弦定理</p><p>　　根據曲柄存在條件,需滿足 </p><p><b>　　AC+e<BC</b></p><p>　　計算初步確定 AB=93mm BC=183mm e=63mm</p>&l

32、t;p>　　要求最小傳動角大于40°,C2位置出現最小傳動角</p><p>　　所選尺寸滿足機構的傳動要求。</p><p>　　5.2執(zhí)行機構2的設計</p><p>　　執(zhí)行機構2驅動執(zhí)行構件2運動。執(zhí)行機構2由槽輪機構28、29，一對圓柱齒輪30、31，帶傳動32、33組成。</p><p>　　此機構中槽輪機構，撥盤

33、28轉180°，槽輪29轉90°，運動系數為0.5（詳見槽輪機構設計5.3）。</p><p>　　圓柱齒輪30、31傳動比為0.25，即槽輪轉90°，圓柱齒輪31轉360°。圓柱齒輪32與31同軸，角速度相同，棒料傳送帶與齒輪32線速度相同（詳見齒輪傳動設計）。</p><p><b>　　5.3槽輪機構設計</b></

34、p><p>　　槽輪機構19、20與槽輪機構28、29完全相同，為滿足運動系數，根據公式</p><p>　　確定撥盤圓銷數j=2，槽輪槽數z=4，如圖</p><p><b>　　槽輪槽間角</b></p><p>　　槽輪每次轉位時撥盤的轉角</p><p>　　設定中心距 &

35、lt;/p><p><b>　　撥盤圓銷回轉半徑 </b></p><p><b>　　λ=</b></p><p>　　r=λa=70.711mm</p><p><b>　　槽輪半徑</b></p><p>　　R==70.711mm</p>

36、<p><b>　　鎖止弧張角 </b></p><p><b>　　=90°</b></p><p>　　圓銷半徑 </p><p><b>　　rA</b></p><p>　　槽輪槽深 </

37、p><p><b>　　h>(λ+)</b></p><p><b>　　鎖止弧半徑</b></p><p>　　rs<r-rA=58.7mm 取rs=48mm。</p><p>　　5.4滑移齒輪傳動設計</p><p><b>　　5.4.1齒數

38、確定</b></p><p>　　齒輪5,6,7,8,9,10組成滑移齒輪有級變速運動功能單元，其齒數分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10</p><p>　　由3.3中計算得三對齒輪所需傳動比如下</p><p><b>　　iv1</b></p><p><b>　　iv2</b&g

39、t;</p><p><b>　　iv3</b></p><p>　　最小不根切齒數為17，且一對齒輪齒數最好是質數比。6個齒輪中，齒輪9尺寸最小，取z9=18。根據iv1，z10取71。其齒數和為z9+z10=89。實際傳動比iv1。</p><p>　　另外兩對嚙合齒輪的齒數和應該大致相同。</p><p><

40、b>　　z7+z889</b></p><p><b>　　z5+z689</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　?。ㄗ兾灰耘錅愔行木啵?</p><p>　　為滿足最后轉速要求，</p><p><b>　

41、　取</b></p><p><b>　??； ； </b></p><p>　　實際傳動比 iv1 ； iv2 ； iv3</p><p>　　5.4.2模數及中心距確定</p><p>　　三對齒輪齒數和相同，模數相等m=2mm,則中心距相等</p><p>

42、;　　z9+z10=z5+z6</p><p>　　中心距 a=89*m/2=89mm</p><p>　　z7、z8齒輪采用變位齒輪，由于a=(z7+z8)m/2=88,=89,故=arcos(acos20°/)=21.70°</p><p>　　故變位系數和x7+x8=（inv-inv20°）

43、（z7+z8）/(2*tan20°)=0.521，</p><p>　　取x7=0.45,x8=0.07.</p><p>　　另兩對齒輪都是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。</p><p>　　5.5固定齒輪傳動設計</p><p>　　5.5.1圓柱齒輪傳動設計</p><p>　　齒輪11、1

44、2、13、14實現減速運動功能，實現傳動比為6.356?？筛鶕1*i2=12.711，</p><p>　　齒輪11、13取z11=22， z12=21，</p><p><b>　　則</b></p><p>　　m取2mm，則中心距</p><p>　　a2=（22+69）m/2=91mm</p>&

45、lt;p>　　a3=（21+43）m/2=64mm</p><p>　　此二級齒輪傳動是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。</p><p>　　齒輪21與22，齒輪30與31傳動比都為0.25,實現增速運動功能。齒輪22和31為小齒輪，取最小不根切齒數17。由于i=0.25是為了保證槽輪的轉角90°擴大四倍后，完成齒輪22和31的完整周期。所以應該保證齒數比為4:1

46、。取 </p><p>　　仍取m=2mm，則中心距</p><p>　　a=（68+17）m/2=85mm</p><p>　　這兩對齒輪傳動是標準齒輪傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。</p><p>　　5.5.2圓錐齒輪傳動設計</p><p>　　圓錐齒輪15、16實

47、現運動功能單元5的減速功能，實現傳動比i=2，兩圓錐齒輪的軸交角為90°。</p><p>　　齒輪16的分度圓錐角</p><p>　　齒輪15的分度圓錐角</p><p>　　錐齒輪的最小不根切當量齒數為</p><p><b>　　Zvmin=17</b></p><p>　　齒輪

48、15的齒數按最小不根切齒數確定</p><p>　　Z15= Zvmincos</p><p><b>　　齒輪16的齒數為</b></p><p>　　Z16=2 Z15=30</p><p>　　取模數m=2mm，幾何尺寸按標準直齒圓錐齒輪計算。</p><p>　　圓錐齒輪17和18、26和

49、27實現運動分支功能單元之后改變轉速傳遞平面的功能，傳動比均為1。這四個齒輪與圓錐齒輪16齒數完全相同。但是分度圓錐角不同，詳見齒輪參數表。</p><p>　　帶輪2和4直徑比為1:2.5，實現帶傳動比i=2.5。取d2=34mm，d4=85mm，帶輪32與傳送帶33線速度相同，轉動一周，傳送帶前進400mm，則d32=</p><p>　　由上述分析可得圖28中各齒輪齒數（模數m=2）

50、情況如下表</p><p>　　變位系數：x7=0.45,x8=0.07。</p><p>　　表1 圓柱齒輪齒數情況表</p><p>　　表2 圓錐齒輪齒數及圓錐角情況表</p><p>　　曲柄滑塊機構參數如下表3所示。</p><p>　　表3 曲柄滑塊機構參數表</p&g

51、t;<p>　　槽輪參數如下表4所示 </p><p>　　表4 槽輪參數表</p><p><b>　　運動分析</b></p><p><b>　　6.1 轉向分析</b></p><p>　　如圖所示箭頭為系統(tǒng)各部分轉向

52、關系。</p><p>　　圖31 機械運動方向關系示意圖</p><p><b>　　6.2初始位置確定</b></p><p>　　由圖三運動循環(huán)圖可知，執(zhí)行機構1、2的步調相反，從而當驅動執(zhí)行機構1的槽輪轉動時，驅動執(zhí)行機構2的槽輪應處于停止階段，又因為轉向相反，在圖中表現為起始位置撥盤方向平行，如下所示：</p><

53、p><b>　　執(zhí)行機構1</b></p><p><b>　　執(zhí)行機構2</b></p><p><b>　　6.3時序分析</b></p><p>　　設啟動后，執(zhí)行構件1先開始運動，執(zhí)行構件2保持不動。</p><p>　　撥盤19順時針轉動（裝置左側向右看）時的初

54、始位置處于槽輪由停變動的分界位置，因此撥盤19與水平軸的夾角為45°。此時曲柄滑塊機構中，滑塊位于離傳送帶最遠的極限位置，曲柄與連桿重合，曲柄與水平軸夾角為43°。撥盤19的一個圓銷開始進入槽輪20的一個槽內，帶動槽輪20逆時針轉動。槽輪20轉動90°后，圓銷從槽內退出。這個過程中，齒輪22帶動曲柄順時針旋轉1周，滑塊完成一次推料。在撥盤19轉過下一個90°的過程中，槽輪不動。此為一個工作周期。&

55、lt;/p><p>　　撥盤28逆時針轉動時的初始位置處于槽輪由動變停的分界位置，因此撥盤28與水平軸的夾角為45°。啟動后撥盤28轉動90°，這個過程中，槽輪29不動，傳送帶不動。在撥盤28轉動下一個90°時，槽輪順時針旋轉90°，帶動齒輪33逆時針旋轉一周，傳送帶向左前進距離πd33=400mm。</p><p>　　執(zhí)行構件1、2隨著構件16轉動情