棒料输送线布料装置方案 本文关键词：布料，装置，方案，输送线，棒料
棒料输送线布料装置方案 本文简介：HarbinInstituteofTechnology机械原理课程设计说明书课程名称：机械原理课程设计设计题目：棒料输送线布料装置方案5院系：能源学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014年06月12日哈尔滨工业大学棒料输送线布料装置（方案5）1设计课题概述如下图1所示棒料输送线布料装置的
棒料输送线布料装置方案 本文内容：
Harbin
Institute
of
Technology
机械原理
课程设计说明书
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5
院
系：
能源学院
班
级：
设
计
者：
学
号：
指导教师：
设计时间：
2014年06月12日
哈尔滨工业大学
棒料输送线布料装置（方案5）
1
设计课题概述
如下图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40，60，80块，分3档可以调节。
图1输送线布料装置功能简图（方案5）
图2
棒料布置规律（方案5）
根据任务要求和图1及图2可以看出，棒料夹在输送带（即执行构件1）的带动下做间歇式直线运动，棒料的推送机构分别为铜料推送机构（即执行构件2）和钢料推送机构（即执行构件3），当执行构件1将棒料夹传送到指定位置并停止时，执行构件2及执行构件3按照一定的运动规律进行配合，将铜料和钢料从料斗推送到指定位置的棒料夹中，完成后回复到原位置。
2
设计课题工艺分析
传送带做间歇式直线运动，设其周期为T。在一个周期内，传送带执行3次运动和3次停歇。钢料做间歇式往复直线运动，在其一个周期内，需要完成三次钢料推送动作，并且有一部分停歇时间。执行构件3也做间歇式往复直线运动，在一个周期内，需要推送1块钢料，并且做一定时间的停歇动作。则有下表的得：
。
T
传送带
停
动
停
动
停
动
钢料
进
退
停
进
退
停
进
退
停
铜料
停
进
退
停
t1
t1
t2
t1
t1
t2
t1
t1
t3
t4
t1
t1
t3
3
设计课题运动功能分析
整个机械系统运动功能系统由电机带动皮带轮转动，皮带轮带动齿轮部分实现梯级变速，为了方便后期计算，使梯级变速部分输出的速度为10r/min，15r/min，20r/min，实现变速后，进而一部分传递给传送带，另一部分经过锥齿轮变向进而传递给钢料，铜料输送机构，完成整个系统的循环工作，下面分别叙述各个部分的运动情况。
3.1
梯级变速运动功能单元分析
为了防止过载采用皮带轮及过载保护单元的形式，一方面实现降速，另一方面起到保护作用，其中，带轮及过载保护单元的传动比。
图3
过载保护及减速运动功能单元
为了获得的转速，采用圆柱齿轮实现梯级变速。
图4
有级变速运动功能单元
根据前面的分析可知，电机输出的转速为，变速箱输出的速度分别为，运动功能图如图所示，则可得则电动机到变速机构输出轴之间的传动比i有3中分别为：
图5
变速运动功能单元
为了方便计算在输出后进而传递给分支机构。
3.2
分支机构分析
为了使用统一原动机驱动统一驱动，传送带及钢料/铜料输送机构，应该在图8所示的运动功能系统图的变速后面中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动传送带及钢料/铜料输送机构，该运动分支功能单元如图
所示。且传送带及钢料、铜料输送机构的运动平面相互垂直。
图6
运动传动方向转换的运动功能单元
3.2.1
传送带运动功能单元分析
传送带的运动是间歇单向直线移动，考虑采用两个运动单元，将连续转动转换成首先转换成为等速的间歇转动，接卸的转动进而转换成为简写的移动。运动功能单元如图。
图7
连续转动转换为间歇直线移动的运动功能单元
3.2.2
钢料、铜料运动功能单元分析
执行构件传送带及棒料传送的运动平面相互垂直，因此，可以选用运动传递方向转换功能单元，同时采用降速，如图所示。
图8
运动传动方向转换的运动功能单元
同时在后面加一如图所示的运动分支单元实现同时驱动钢料与铜料的运动。
图9
运动传动方向转换的运动功能单元
钢料与铜料的运动方式相同，只讨论钢料的运动方式。钢料的运动功能需要实现从转动到间歇转动，间歇转动到间歇移动的变换，因此采用如图的运动功能单元实现其运动。
图10
连续转动转换为间歇往复移动的运动功能单元
则机械系统运动功能系统图如图所示：
图11
棒料输送线布料装置（方案5）的运动功能系统图
4
设计课题方案拟定
根据上图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11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12所示。
图12
电动机替代运动功能单元1
图11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13所示。
图13
带传动替代运动功能单元2
图11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14所示。
图14
滑移齿轮变速替代运动功能单元3
图11中的运动功能单元4、8是分支机构可以用齿轮实现，如图17所示。
图15
齿轮传动替代运动功能单元5、9
图11中的运动功能单元5是连续转动转换成为间歇式转动，间歇式转动转换成为间歇直线移动，可以用不完全齿轮实现齿轮和传送带实现，如图17所示。
图15
不完全齿轮传动替代运动功能单元5
图11中运动功能单元7通过锥齿轮实现变相可用如下机构代替，如图16所示。
图16
间歇式转动转换成为间歇直线移动运动功能单元7
图11中运动功能单元8和9将连续传动首先转换为间歇转动，间歇转动然后转换为间歇往复移动，可通过不完全齿轮，及曲柄滑块机构实现，如图17所示。
图17
间歇式转动转换成为间歇旺夫移动运动功能单元8，9
图18
机械系统运动方案
图19
A向视图
图20
B向视图
5
设计课题运动方案设计
根据运动功能分析，可将皮带轮的传送比设置为i=2.5。其余各个构建中5，6，7，8，9，10，11，12，13，14为标准圆柱圆柱齿轮，18，19为锥齿轮15，16，20，22，21，23为不完全齿轮搭配。
根据其周期关系得位移关系如下表：
T
传送带
0
200
0
200
0
400
钢料
150
-150
0
150
-150
0
150
-150
0
铜料
0
150
-150
0
t1
t1
t2
t1
t1
t2
t1
t1
t3
t4
t1
t1
t3
根据前面的分析可知，电机输出的转速为，变速箱输出的速度分别为，运动功能图如图所示，则可得则电动机到变速机构输出轴之间的传动比i有3中分别为：
由题目可得，四根棒料为一个周期T，则有
设传送带运动时的速度v1，则有
两式相比得
设t2=kt1，代入上式得
则
取皮带轮17的半径r1=600/π
mm≈191mm
则其角速度
忽略钢料和铜料上曲柄的加速和减速阶段，设其转动的角速度恒为ω2，则有
则
5.1
曲柄滑块机构尺寸
由题干“料斗中分别装有直径35mm，长度150mm的钢料和铜料”可知，曲柄尺寸为75mm，摇杆尺寸取150mm，考虑到钢料和铜料直径35mm为35mm，则把滑块的底部设置为的正方形。
5.2
齿轮参数
5.2.1
非标准齿轮
15和16对齿轮不具有变速功能，即传动比i15,16=1。此外齿轮16是不完全齿轮，需要设计齿的位置。
时间
齿轮16转过角度
齿轮15
齿轮16
T
t1=αT
α·360°
停
无齿
t1+t2=(1+k)αT
(1+k)α·360°
动
有齿
t1=αT
α·360°
停
无齿
t1+t2=(1+k)αT
(1+k)α·360°
动
有齿
t1=αT
α·360°
停
无齿
t1+t3=(2+2k)αT
(1+2k)α·360°
动
有齿
表中α=1/(7+4k)
选择齿轮15的齿数Z15=27，由于传动比为1，故齿轮16的假想齿数也为27。
序号
名称
代号
公式
齿轮15
齿轮16
1
模数
2
2
齿数
27
27
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
54
54
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
59
59
14
齿根圆直径
49
49
15
中心距
54
齿轮18和19是一对齿数相等（传动比为1）、轴交角为90°的圆锥齿轮。选择其齿数为20。
序号
项目
代号
计算公式及计算结果
1
齿数
齿轮18
20
齿轮19
20
2
模数
2
3
压力角
20°
4
齿顶高系数
1
5
顶隙系数
0.2
6
分度圆锥角
齿轮18
齿轮19
7
分度圆直径
齿轮18
齿轮19
8
锥距
9
齿顶高
齿轮18
齿轮19
10
齿根高
齿轮18
齿轮19
11
齿顶圆直径
齿轮18
齿轮19
12
齿根圆直径
齿轮18
齿轮19
齿轮20，22齿轮20是不完全齿轮
，齿轮22的运动情况与钢料的运动有关——钢料完成一个周期的往复运动，齿轮21转动一周。
由于齿轮18和19的传动比为1，则齿轮20和17的传动比也为1，两者角速度始终相等。
时间
齿轮20转过角度
齿轮21转过角度
齿轮20
T
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t2=kαT
kα·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t2=kαT
kα·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t3=(1+2k)αT
(1+2k)α·360°
0°
无齿
由此可知，这对齿轮的传动比
(2)
而
将(1)(2)代入上式得
解得
由此得
故取Z20=90，Z22=20。
序号
名称
代号
公式
齿轮20
齿轮22
1
模数
2
2
齿数
90
20
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
180
40
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
184
44
14
齿根圆直径
175
35
15
中心距
130
齿轮21，23齿轮20是不完全齿轮
，与上齿轮情况类似：
时间
齿轮22转过角度
齿轮23转过角度
齿轮22
T
t1=αT
α·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
0°
无齿
t2=kαT
kα·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
0°
无齿
t2=kαT
kα·360°
0°
无齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t1=αT
α·360°
180°
有齿
t3=(1+2k)αT
(1+2k)α·360°
0°
无齿
注：表中k=1/2
α=1/9
去z21=90，z23=20：
序号
名称
代号
公式
齿轮21
齿轮23
1
模数
2
2
齿数
90
20
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
180
40
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
184
44
14
齿根圆直径
175
35
15
中心距
110
5.2.2
外啮合标准圆柱齿轮传动几何尺寸
由，则可与传送带相连的皮带轮的角速度为
由以上计算数据得下表由，得
外啮合标准圆柱齿轮5、6传动几何尺寸计算
序号
名称
代号
公式
齿轮5
齿轮6
1
模数
2
2
齿数
20
104
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
40
208
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
44
212
14
齿根圆直径
35
203
15
中心距
124
外啮合标准圆柱齿轮7、8传动几何尺寸计算
序号
名称
代号
公式
齿轮7
齿轮8
1
模数
2
2
齿数
20
110
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
40
220
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
44
224
14
齿根圆直径
35
215
15
中心距
130
外啮合标准圆柱齿轮9、10传动几何尺寸计算
序号
名称
代号
公式
齿轮9
齿轮10
1
模数
2
2
齿数
42
42
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
84
84
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
88
88
14
齿根圆直径
79
79
15
中心距
84
外啮合标准圆柱齿轮11、12传动几何尺寸计算
序号
名称
代号
公式
齿轮12
齿轮11
1
模数
2
2
齿数
36
48
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
72
96
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
76
100
14
齿根圆直径
71
95
15
中心距
84
外啮合标准圆柱齿轮13、14传动几何尺寸计算
序号
名称
代号
公式
齿轮13
齿轮14
1
模数
2
2
齿数
28
56
3
分度圆柱
螺旋角
0
4
分度圆
压力角
20
5
齿顶高系数
1
6
顶隙系数
0.25
7
分度圆直径
56
102
8
齿距
6.28
9
基圆齿距
5.90
10
齿顶高
2
11
齿根高
2.5
12
全齿高
4.5
13
齿顶圆直径
60
107
14
齿根圆直径
51
97
15
中心距
84
6
设计课题运动方案分析
实际机械运动循环图
T
传送带
停
动
停
动
停
动
钢料
进
退
停
进
退
停
进
退
停
铜料
停
进
退
停
t1
t1
t2
t1
t1
t2
t1
t1
t3
t4
t1
t1
t3
在一个工作周期中，该运动循环图可以实现其棒料输送线布料装置每分钟布置棒料40，60，80块，分3档可以调节的运动功能。
实际机械系统运动功能系统图
实际机械运动简图
参考文献
[1]
王知行,邓宗全.
机械原理[M].
北京：高等教育出版社,2006.
[2]
陈明.
机械原理课程设计[M].
2013.