harbin institute of technology
機械原理
課程設計說明書
課程名稱機械原理
設計題目： 棒料輸送線布料裝置（方案2
院系英才學院
班級設計者
學號指導教師古樂
設計時間： 2015.7.6-2015.7.11
哈爾濱工業大學
目錄1、設計課題概述1
2、工藝分析1
3、運動功能分析2
3.1執行構件1的運動功能分析2
3.2執行構件2的運動功能分析2
3.3減速有級變速系統2
3.4設計運動構件1和2與原動件的傳動關係3
3.5運動功能系統圖4
4、機械系統運動方案擬定4
5、機械系統運動方案設計8
5.1執行構件1的尺寸設計8
5.2執行構件2的尺寸設計8
5.3槽輪機構的設計8
5.4滑移齒輪和錐齒輪的設計10
5.4.1修正傳動比並確定中心距10
5.4.2 計算圓柱齒輪及湊配中心距10
5.4.3 計算變位係數10
5.4.4 圓錐齒輪尺寸的計算10
5.5各結構基本引數及尺寸11
6、運動方案分析12
6.1轉向分析12
6.2時序分析13
6.3實際轉速的計算13
1.設計課題概述
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。
圖1圖2
如圖1,2可以看出，該傳送機構由兩個執行構件構成，即：執行構件1為推料滑塊，將料槽中的最下面的棒料推入輸送線的相應槽內，運動形式為間歇往復的直線運動；執行構件2為輸送線傳送帶，主要帶動產品在輸送線上運動，運動形式為單向間歇直線運動。
2.工藝分析
兩個構件的協調關係如下圖所示：
t1=t/2t2=t/2
t圖3 棒料輸送線布料系統運動迴圈圖
從上圖中可以看出兩個執行構件的運動週期相等，因此在設計時，採用乙個原動件即可實現該功能，構件1在構件2停止時執行推程-回程運動，將料塊從料槽推出；在構件2運動時，構件保持停止狀態。並且可以看出構件2的間歇時間與運動時間相等。
3.運動功能分析
3.1 執行構件1的運動功能分析
執行構件的運動功能需要將主動件的連續轉動轉化成間歇的往復直線運動，從而將棒料推出。經轉速配合後，要求主動件每單向轉過90度，從動件往復運動一次。為實現每分鐘布置45,75,105個棒料，主動件轉動的轉速分別應該是：
11.25,18.75,26.
25rpm。
圖3 執行構件1的運動功能圖
執行構件1不能直接從連續旋轉運動轉化成間歇往復的直線運動，因此需要一系列的構件實現構件1的功能。首先要將主動件的連續轉動轉化成降速成轉速符合要求的連續轉動，再將連續轉動轉化成間歇轉動。最後將間歇轉動轉化成間歇往復的直線運動。
則構件1最終的運動功能圖如下圖所示：
圖4 執行構件1的實際運動功能圖
3.2 執行構件2的運動功能分析
執行構件2主要完成的是將原動機的連續轉動轉化成間歇直線運動。主動件槽輪單向旋轉一周，從動件（執行構件2）前進1次，根據設計題目要求，執行構件2每次移動400mm，即運動兩塊棒料。主動件轉動一周，運送四塊棒料。
則，轉速應為11.25,18.75,26.
25rpm。
圖5 執行構件2的運動功能圖
則要將連續運動的單向轉動轉化成間歇運動,由系統運動迴圈圖可以看出執行構件2的間歇時間同樣是工作週期的一半,並且若將間歇轉動的從動件直接驅動傳送帶,迴轉半徑過大.所以再新增乙個增速運動單元使其i=0.25。
執行構件2的實際運動功能圖如下：
圖6 執行構件2的實際運動功能圖
3.3 減速有級變速系統
原動機轉速為1430rpm，為了達到所需傳動比，原動機和執行構件要新增變速器，要求執行構件的主動件分別得到11.25,18.75,26.25rpm的轉速。則傳動比有三種：
加入過載保護，為2.8，則：
滑移齒輪的傳動比不能大於4，在這裡，因為傳動比最大，因此取為4，則：
所以：圖7 過載保護運動單元
由此可得如下傳動系統有級變速功能單元圖：
圖8 有級變速運動功能單元
傳動比由兩對圓柱齒輪實現，並且這兩對圓柱齒輪對應的齒數相同。且均為標準齒輪。
圖9 定軸傳動運動功能單元
3.4 設計運動構件1和2與原動件的傳動關係
為了保證運動構件1與運動構件2能通過乙個原動機傳動，可以在減速單元後設計分支單元，因為構件1所需的轉速與構件2所需的轉速相同，所以可以直接在減速機構後面新增分支單元而不需重新設計傳動比。但是由於構件1的運動平面與構件2的運動平面相垂直，並且為了保證構件之間的空間協調性，需要利用幾對錐齒輪改變運動平面的方向。
則分支單元及變向單元的功能如下：
圖10 分支轉向運動單元
3.5運動功能系統圖
根據上述分析，可以畫出整個系統的運動功能圖：
圖11 系統的運動功能圖
4.機械系統運動方案擬定
根據運動功能圖，選擇不同的機構代替各個運動功能單元。 運動功能單元1為原動機，其轉速為1430rpm。
圖12 運動功能單元1轉換
運動單元2為過載保護及減速單元。過載保護採用帶傳動，其傳動比為i=2：
圖13 運動功能單元2轉換
運動單元3為變速運動功能單元，採用滑移齒輪實現變速功能。
圖14 運動功能單元3轉換
為了滿足傳動比需求，在變速滑移齒輪之後加入兩對圓柱減速齒輪調整傳動比，下圖為兩對圓柱齒輪：
圖15 運動功能單元4轉換
因為運動構件2的運動平面與上述構件運動平面相垂直，因此要利用錐齒輪改變運動平面的方向，因為是等齒傳動，所以並不改變傳動比。
圖16 運動功能單元4的轉換
因為要將原動件的轉動傳遞到兩個傳動構件上，因此要設計分支單元，同時要保證運動方向與原來的運動平面相垂直，因此利用到兩對共軸的錐齒輪，每對錐齒輪為等齒，所以不改變傳動比。
圖17 運動功能單元6,7,11的轉換
為了將主動件的連續轉動轉化成從動件的間歇轉動，採用槽輪進行替換。該運動功能單元的運動係數τ=0.5。
,槽輪的徑向槽數為4，經計算，銷釘個數為2。因為執行構件1和執行構件2的週期相同，因此間歇運動相同，則可採用相同的槽輪。
圖18 運動功能單元8，12的轉換
為了保證空間協調性，由於減速後的齒輪過大，應採用加速圓柱齒輪。其中乙個齒輪與執行構件2的槽輪相固連，另乙個齒輪作為原動件帶動連桿滑塊機構。
圖19 運動功能單元13的轉換
最終執行構件2要實現單向間歇直線運動，因此，需要利用一對圓柱齒輪，其中乙個與槽輪固連，另乙個帶動傳送帶運動，這樣就可以實現預定功能了。
圖20 運動功能單元14的轉換
所有的運動功能單元通過具體的構件替換後，經過連線配合，整個系統的運動簡圖如下圖所示：
圖21 系統機構運動簡圖
5.機械系統運動方案設計
5.1執行構件1的尺寸設計
執行構件1主要由槽輪機構、一對圓柱齒輪、曲柄滑塊機構組成。因為撥盤轉過半周時，槽輪轉過1/4周，運動係數為0.5。
圓柱齒輪的傳動比為0.25，則槽輪轉過1/4周，圓柱齒輪轉過一周。根據要求棒料長度為150mm，為了保證滑塊順利將棒料推下，設定滑塊的行程為200mm。
則根據幾何關係：（c1，c2為兩處極限位置）
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