1、Harbin Institute of Technology課程設計說明書（論文）課程名稱：機械原理設計題目：棒料輸送線布料裝置院系：機電學院班級：100810x設計者：xxxxxxx學號：1100800xxx指導教師：xxxxxx設計時間：2012/7/22012/7/7 哈爾濱工業大學目錄（1）棒料輸送線布料裝置功能分析- 1 -（2）工藝方法分析- 3 -（3）運動功能分析及運動功能系統圖- 3 -（4）系統運動方案擬定- 6 -（5）系統運動方案設計- 12 -1）執行機構1的設計- 12 -A、槽輪機構設計- 12 -B、傳動帶設計：- 13 -2）執行機構2的設計- 13 -A、不

2、完全齒輪22、23的設計- 14 -B、槽輪的設計- 14 -C、曲柄滑塊機構的設計- 14 -3）執行機構3的設計- 15 -A、不完全齒輪20、21的設計- 15 -B、槽輪的設計- 16 -C、曲柄滑塊機構的設計- 16 -4）滑移齒輪傳動設計- 16 -5）齒輪傳動設計- 17 -A、圓柱齒輪傳動設計- 17 -B、圓錐齒輪傳動設計- 17 -（6）運動方案執行構件的運動分析- 18 -1) 不完全齒輪的相位初始配合位置- 18 -2）曲柄滑塊模塊的初始位置- 18 -3）傳動帶的初始位置- 19 -4）附錄：棒料輸送線布料裝置（方案7）系統結構運動簡圖- 20 -（1）棒料輸送線布料

3、裝置功能分析（2）工藝方法分析由題目和功能簡圖可以看出，推動產品在輸送線1上運動的是執行機構1，將鋼料推入輸送線的運動是執行構件2，將銅料推入輸送線的運動是執行構件3，三個執行構件的運動協調關系如圖所示。下圖中T1為執行構件1的工作周期，T2是執行構件2的工作周期，T3是執行構件3的工作周期，T2'是執行構件2的動作周期。由圖3可以看出，執行構件1是作間歇停進運動，且其每次停歇運動時間為3/20T1，運動時間為1/20T1。而執行構件2和執行構件3的運動規律一樣，均有一個間歇往復運動，且其周期關系為T2=T3=15T1。執行構件2和執行構件3的動作周期為其工作周期的1/4。T13/20

4、T11/20T1執行構件運動情況執行構件1停進停進停進停進停進執行構件2進退停停進退停停停執行構件3停進退停停進退停停進退停停停T2' T3T2圖3運動循環圖（3）運動功能分析及運動功能系統圖根據前面的分析可知，驅動執行構件1工作的執行機構應該具有運動功能如圖4所示。該運動功能把一個連續的單向轉動轉換為間歇的單向移動，主動件每轉動一周，從動件（執行構件1）單向間歇運動一次，主動件的轉速分別為35、60、85 rpm。 35、60、85 rpm圖4執行機構1的運動功能由于電動機轉速為1430rpm，為了在執行機構1的主動件上分別得到35、60、85 rpm的轉速，則由電動機到執行機構1之

5、間的傳動比iz有3種分別為：iz1=143035 = 40.857iz2=143060 = 23.833iz3=143085 = 16.824總傳動比由定傳動比ic與變傳動比iv組成，滿足以下關系式：iz1 = iciv1iz2= iciv2iz3= iciv3三種傳動比中iz1最大，iz3最小。由于定傳動比ic是常數，因此3種傳動比中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：iv1=4則有：ic=iz1 iv1= 10.214故定傳動比的其他值為：iv2=iz2 ic= 2.333iv3=iz3 ic= 1.647于是，有級變速單元如圖5：i = 4, 2.

6、333,1.647圖5有級變速運動功能單元為保證系統過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統之間加一個過載保護環節。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護能力，還具有減速功能，如圖6所示。i=2.5圖6過載保護運動功能單元整個傳動系統僅靠過載保護功能單元的減速功能不能實現全部定傳動比，因此，在傳動系統中還要另加減速運動功能單元，減速比為i = ic 2.5 = 4.086減速運動功能單元如圖7所示。i = 4.086圖7執行機構1的運動功能根據上述運動功能分析，可以得到實現執行構件1運動的功能系統圖，如圖8所示。圖8實現執行構件1運動的運動功能系統圖為了使用同一

7、原動機驅動執行構件2和執行構件3，應該在圖8所示的運動功能系統圖加上1個運動分支功能單元，使其能夠驅動分支執行構件2和執行構件3，而執行構件2、3也有兩個運動，故也應該加一運動分支單元該運動分支功能單元，如圖9所示。執行構件2、3的運動方向與執行構件1的運動方向垂直，為了使執行構件2和執行構件3的運動和執行構件1的運動保持正確的空間關系，可以加一個運動傳動方向轉換功能單元，如圖10所示。圖9 運動分支功能單元i=2圖10 運動傳動方向轉換的運動功能單元執行構件2的一個運動是間歇往復運動，由一間歇轉動驅動，且由圖3可以看出執行構件2連續運動時間是執行構件1運動周期的2/5，執行構件3連續運動時間

8、是執行構件1運動周期的3/5，并且執行構件2、3的運動時間是其周期的1/4，因此，四個間歇系數分別為：1=0.42=0.61=2=0.25圖11 連續轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元盡管執行構件2在一個工作周期內，其間歇時間很長，運動時間很短，但是當其運動時，運動則是連續的、周期的。因此，需要把上圖中的運動功能單元輸出的間歇轉動轉換為連續的整周運動，于是在其后加一個運動放大功能單元，如圖12所示。然后，再把該運動功能單元輸出地運動轉換為往復移動，其運動功能單元如圖13所示。圖12 運動放大功能單元圖13把連續轉動轉換為往復移動的運動功能單元根據上述分析可以得出實現執行構件1和執行構件2運動功能

9、的運動功能系統圖，如圖14所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086圖14 執行構件1、2的運動功能系統圖根據上述分析，并且由于執行構件2和執行構件3的運動規律基本一致，故可畫出整個系統的運動功能系統圖，如圖15所示。1430rpmi = 2.5i= 4, 2.33, 1.65i = 4.086圖15棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動功能系統圖（4）系統運動方案擬定根據圖15所示的運動功能系統圖,選擇適當的機構替代運動功能系統圖中的各個運動功能單元,便可擬定出機械系統運動方案。圖15中的運動功能單元1是原動機。根據產品包裝生產線的工作要求，可以選擇電動

10、機作為原動機。如圖16所示。1430rpm1圖16 電動機替代運動功能單元1圖15中的運動功能單元2是過載保護單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動實現，如圖17所示。2圖17過載保護運動功能單元圖15中的運動功能單元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18所示。3圖18 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖15中的運動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動代替，如圖19所示。 4圖19 2級齒輪傳動替代運動功能單元4圖15中運動功能單元6、13、17是把連續轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，可以用槽輪機構替代。該運動功能單元的運動系數為=0.25由槽輪機構運動系數的計算公式有：

11、=Z-22Z式中，Z槽輪的徑向槽數。則，槽輪的徑向槽數為：Z= 21-2=21-2*0.25=4該槽輪機構如圖31所示。 6、13、17圖20用槽輪機構替代運動功能單元6、13、17圖15中的運動功能單元7將間歇傳動轉換為間歇單向移動，可以選擇傳動帶機構替代，如圖21所示。 7圖21用傳動帶機構替代運動功能單元7圖15中的運動功能單元8是運動傳遞方向轉換功能和減速運動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖22所示。i 8圖22 圓錐齒輪傳動替代減速運動功能單元8圖15中的運動功能單元9是減速功能，可以選擇圓柱齒輪減速，如圖23所示。 9圖23 用圓柱齒輪傳動替代運動功能單元9圖15中運動功能單

12、元11和15是將連續轉動轉化為相互配合的間歇運動，可以用同軸不完全齒輪來實現運動單元11和15，如圖所示。圖24用不完全齒輪替代運動功能單元11 圖25用不完全齒輪替代運動功能單元15圖26不完全齒輪的相位配合關系圖圖15中運動功能單元12和16是運動放大單元，將間歇轉動轉化為連續的整周轉動，可以用圓柱齒輪齒輪來實現運動單元12和16，如圖所示。 12、16圖27 用圓柱齒輪替代運動單元12、16圖15中運動功能單元5是運動分支功能單元，可以用運動功能單元8錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元6槽輪機構的主動軸固連替代，如圖28所示。圖28 2個運動功能單元的主動件固聯替代運動功能單元5圖15中運

13、動功能單元14、18是把間歇轉動轉換為間歇往復移動的運動功能單元，可以用曲柄滑塊機構替代，如圖33所示。 14、18圖 29用曲柄滑塊機構替代運動功能單元14、18根據上述分析，按照圖15各個運動單元連接順序把個運動功能單元的替代機構一次連接便形成了棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動方案簡圖，如圖30所示。（a）（b）（c）( d )1,電動機 2,4,43皮帶輪 3,44傳動帶 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,18,19,24,25,28,29,33,34,37,38圓柱齒輪 15,26,35撥盤 16,17圓錐齒輪 20,21,22,23不完全齒輪 27,36,42槽輪

14、30,39曲柄 31,40連桿 32,41滑塊圖30棒料輸送線布料裝置（方案7）的運動方案簡圖（5）系統運動方案設計1）執行機構1的設計該執行機構是槽輪機構帶動皮帶輪，由撥盤15，槽輪42，皮帶輪43，傳動帶44組成。A、槽輪機構設計1) 確定槽輪槽數在撥盤圓銷數k=1時，槽輪槽數z=4，該槽輪的各尺寸關系如圖20所示圖31 槽輪機構幾何尺寸關系2) 槽輪槽間角 由圖20可知槽輪的槽間角為3) 槽輪每次轉位時撥盤的轉角4) 中心距槽輪機構的中心距應該根據具體結構確定，在結構尚不明確的情況下暫定為5) 撥盤圓銷回轉半徑6) 槽輪半徑7) 鎖止弧張角8) 圓銷半徑圓整9) 槽輪槽深10) 鎖止弧半

15、徑取B、傳動帶設計：圖32 傳動帶設計圖由運動分析可知，皮帶輪每在槽輪的帶動下轉動1/4周，傳動帶向前移動200mm，設皮帶輪直徑為d，即d4=200得d=254.77mm經查表，選取皮帶輪直徑為d=254.8mm，傳動帶為160×4.8×254.82）執行機構2的設計執行機構2驅動構件2運動，如圖30（b）所示，執行機構2由三個運動復合而成。其中一個運動是連續轉動轉換為單向間歇轉動，由不完全齒輪22、23實現；第二個運動是將連續傳動轉換為間歇轉動，可以選用槽輪機構35、36來實現；第三個是將間歇轉動轉化為間歇往復運動，可由曲柄滑塊機構39、40、41來實現。A、不完全齒輪

16、22、23的設計不完全齒輪23在一個工作周期內的運動為轉+144°（2/5T2）停（3/5T2）由運動分析可知，主動輪轉一周，從動輪也要轉一周，故其假想傳動比應為i=0.4，且齒形夾角為=144°。齒輪23可按可按最小不根切齒數確定，但為了使不完全齒輪22的齒數為整數，取z23=18，則主動輪的假想齒數為z22=45。取模數為2 mm，齒輪23為完全齒輪，則：d23=mz23=36mmda23=mz23+2ha*=40mmdf23=mz23-2ha*-2c*=35mm齒輪22：d22=mz22=90mmda22=mz22+2ha*=94mmdf22=mz22-2ha*-2c

17、*=85mm兩齒輪嚙合中心距為：a=12mz23+z22=63mm圖35 不完全齒輪傳動26、27設計B、槽輪的設計（見4）-（1）-A）C、曲柄滑塊機構的設計由設計題目可知，滑塊41的行程為h=150mm采用對心曲柄滑塊機構，則可確定曲柄的長度為l1=12h=75mm連桿40的長度l2與機構許用壓力角、曲柄存在條件及結構有關，即sinmax=l1l2由此可以看出，連桿40的長度l2越大，機構的最大壓力角越小。若取max30°，則l22l1=150mm，執行機構如下圖圖36 曲柄滑塊機構運動簡圖3）執行機構3的設計執行機構3驅動構件3運動，如圖30（b）所示，其運動規律與執行構件2基

18、本一致，他們之間的運動要求相互配合程度較高。執行機構3由三個運動復合而成。其中一個運動是連續轉動轉換為單向間歇轉動，由不完全齒輪20、21實現；第二個運動是將連續傳動轉換為間歇轉動，可以選用槽輪機構26、27來實現；第三個是將間歇轉動轉化為間歇往復運動，可由曲柄滑塊機構29、30、31來實現。A、不完全齒輪20、21的設計不完全齒輪21在一個工作周期內的運動為停72°（1/5T3）轉+216°（3/5T3）停72°（1/5T3）由運動分析可知，主動輪轉一周，從動輪也要轉一周，故其假想傳動比應為i=0.6，且齒形夾角為=216°。齒輪21可按可按最小不根切

19、齒數確定，但為了使不完全齒輪20的齒數為整數，取z20=21，則主動輪的假想齒數為z21=35。取模數為2 mm，齒輪20為完全齒輪，則：d20=mz20=42mmda20=mz20+2ha*=46mmdf20=mz20-2ha*-2c*=37mm齒輪21：d21=mz21=70mmda21=mz21+2ha*=74mmdf21=mz21-2ha*-2c*=65mm兩齒輪嚙合中心距為：a=12mz20+z21=56mm圖36不完全齒輪傳動20、21設計B、槽輪的設計（同執行構件2）C、曲柄滑塊機構的設計（同執行構件2）4）滑移齒輪傳動設計 確定齒輪齒數如圖32-(a)中齒輪5，6，7，8，9，

20、10組成了滑移齒輪有級變速單元，其齒數分別為z5，z6，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知，iv1=4iv2=iz2 ic= 2.33iv3=iz3 ic= 1.65按最小不根切齒數取z9=17，則z10= iv1z9=4×17=68為了改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數互為質數，取z10=67。其齒數和為z9+z10=17+67=84，另外兩對嚙合齒輪的齒數和應大致相同，即z7+z884，z5+z684iv2=84-z7z7= 2.33為了更接近所要求的傳動比，可取z7=26，z8=59，同理可取z5=31，z6=53齒輪5、6，9、10為標準齒輪，齒輪7,8應采用負變位，如

21、下表：圖37 滑移齒輪參數計算表齒輪配合齒輪參數9107856齒數176726593153模數222分度圓直徑341345211862106齒頂圓直徑3813852.811966110齒根圓直徑2912946.4112.657101中心距8484845）齒輪傳動設計A、圓柱齒輪傳動設計由圖可知，齒輪11、12、13、14實現運動功能單元4的減速功能，它所實現的傳動比為4.086。由于齒輪11、12、13、14是2級齒輪傳動，這2級齒輪傳動的傳動比可如此確定z11=z13=17，于是z12=z14=2.021×z1134為使傳動比更接近于運動功能單元4的傳動比4.086，取z11=17

22、z12=35z13=19z14=40取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪18、19實現運動功能單元9的減速功能，它所實現的傳動比為i=2。齒輪18可按最小不根切齒數確定，即z18=17則齒輪19的齒數為z19=17×2=34齒輪18、19的幾何尺寸，取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪24、25實現運動功能單元16的放大功能，它所實現的傳動比為1/3。齒輪24可按最小不根切齒數確定，即z24=17則齒輪25的齒數為17×3=51。齒輪24、25的幾何尺寸，取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪29、

23、28實現曲柄前的運動放大的功能，它所實現的傳動比為0.25。齒輪29可按最小不根切齒數確定，即z29=17則齒輪28的齒數為17×4=68。齒輪38、37與29、28對應相同。齒輪29、28（38、37）的幾何尺寸，取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪34、33實現運動功能單元12的放大功能，它所實現的傳動比為0.5。齒輪34可按最小不根切齒數確定，即z34=17則齒輪33的齒數為17÷0.5=34。齒輪33、34的幾何尺寸，取模數m=2 mm，按標準齒輪計算。B、圓錐齒輪傳動設計由圖34-（a）可知，圓錐齒輪16、17實現圖18中的運動功能單元7的減速運動功能，它所實現的傳動比為i=2.5，兩圓錐的齒輪的軸交