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Harbin Institute of Technology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)院系：机电工程学院班级：设计者:学号： 1指导教师：王洪祥设计时间：哈尔滨工业大学目录1、题目要求32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111）带传动设计112）滑移齿轮传动设计123）齿轮传动设计144）槽轮机构设计155）不完全齿轮机构设计166）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 22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。T1T1T1T1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， T3 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iz1n143028.6n150iz 2n143017.875n 280i z3n143013n3110总传动比由定传动比i c 和变传动比 i v 两部分构成，即i z1ici v1i z2ici v2iz3ici v33 种总传动比中 i z1最大， i z3 最小。由于定传动比 ic 是常数，因此， 3 种变传动比中 i v1 最大， iv3 最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，即i v14于是定传动比为iciz128.6iv17.154变传动比的其他值为iv 2iz217.875ic2.57.15iv3iz31320 1.82ic7.1511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ic7.15i2.862.52.5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 运动的运动功能系统图，如图 9 所示。1430rpmi =2.5i=4,2.5,1.82i=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3,17,20,26,31.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=150mmd4=d2i =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=100mmd18=d16i =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2200d0 d32127mm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 直径为 d25，带轮 28 直径为 d28，取d25=d28=100mm2）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：i v14iv 2iz217.875ic2.57.15iv3iz31320 1.82ic7.1511取 z9=17，则z10=iv1z9=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=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=80mm5）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 33 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 ha1, 顶隙系数c 0.25 ，分度圆压力角参数如表 4 所示。序号项目1齿数齿轮 22齿轮 332 模数3 压力角4 齿顶高系数5 顶隙系数6 标准中心距7 实际中心距8 啮合角9变位系数齿轮 22齿轮 3310齿顶高齿轮 22齿轮 3311齿根高齿轮 22齿轮 3312 分度圆直径齿轮 22 齿轮 3313 齿顶圆直径齿轮 22 齿轮 3314 齿根圆直径齿轮 22 齿轮 3315 齿顶圆压力齿轮 22角齿轮 3316 重合度200 ，实际中心距a=71mm，得到齿轮 22 和 33 的表 4 齿轮 24、35的几何尺寸代号计算公式及计算结果Z2260Z3310M220*1hac*0.25am(z22+z33)/2=70a71arccos(a cos/a)=22.11 X 220.48X 33(tan()-tan()+ ) (z22+z33)/(2 tan()-x 22=0.05ha22ha5=m*+x 22-?y)=2.91( haha33ha6=m*+x 33-?y)=2.04( hahf22hf22 =m*(h a +c -x22)=1.54hf33hf33 =m(h a* +c * -x33)=2.41d22d22=mz22=120d33d33=m z33=20da22da22=d22+2ha22=125.8da33da33=d33+2ha33=24.08df22df22 =d22-2hf22 =116.92df33df33 =d33-2hf33=15.18a22=arccos(d22cos /da22)=26.33a22a33=arccos(d33cos /da33)=38.7a33z22 (tan a22-tan 33)+z(tan a33- tan )/2 47 =1.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 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 运动时序表执行运动情况构件27运动 180o运动 360 o运动 180o运动 360 o运动 180o运动 360 o运动 180o运动 360 o29运动 180o停止 180o运动 360o停止 360 o运动 180o停止 180 o运动 360o停止 360 o22运动 60o运动 120o运动 180 o运动 240 o运动 300 o运动 360 o运动 60 o运动 120 o33停止运动 360 o停止运动 360 o停止停止停止运动 360 o39停止放料停止放料停止停止停止放料23运动 60o运动 120o运动 180 o运动 240 o运动 300 o运动 360 o运动 60 o运动 120 o34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
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