機械原理課程設(shè)計-棒料輸送線布料裝置

1、<p>　　課程設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目：棒料輸送線布料裝置（方案17）</p><p>　　院 系： 機電工程學院 </p><p>　　機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p&

2、gt;　　班 級： 100810x班 </p><p>　　設(shè) 計 者： </p><p>　　學 號： xxxx </p><p>　　指導教師： </p><p&

3、gt;　　設(shè)計時間： 2012年7月2日至7月7日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　機械原理課程設(shè)計任務(wù)書···················&

4、#183;·················· 1</p><p>　　工藝動作分析············

5、3;····························· 2</p><p>　　運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖·

6、;······················· 2</p><p>　　系統(tǒng)運動方案擬定········

7、······························ 5</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案

8、設(shè)計</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)1的設(shè)計·····························

9、83;··········· 7</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)2、3和4的設(shè)計···················

10、··············· 7</p><p>　　不完全齒輪機構(gòu)設(shè)計················

11、······················· 9</p><p>　　滑移齒輪傳動設(shè)計········&

12、#183;································ 9</p><p>

13、<b>　　定軸齒輪傳動設(shè)計</b></p><p>　　圓柱齒輪傳動設(shè)計··························

14、3;·········· 10</p><p>　　圓錐齒輪傳動設(shè)計····················

15、3;················ 10</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案分析</b></p><p>　　RPR桿組運動分析······&

16、#183;·································· 11</p&g

17、t;<p>　　RRP桿組運動分析································

18、3;········ 11</p><p>　　程序框圖及計算結(jié)果······················

19、83;··············· 13</p><p>　　附錄1：連桿機構(gòu)運動分析程序計算結(jié)果·············

20、3;········ 16</p><p>　　附錄2：主要構(gòu)件幾何尺寸表······················

21、;············ 17</p><p>　　附錄3：齒輪幾何尺寸表</p><p>　　圓柱齒輪幾何尺寸表·············

22、·························· 18</p><p>　　標準圓錐齒輪幾何尺寸表····

23、83;······························ 22</p><p><b>　　工藝

24、動作分析</b></p><p>　　由設(shè)計題目可以看出，稱帶動棒料運動的輸送線為執(zhí)行構(gòu)件1，推送不同棒料到輸送線上的構(gòu)件為分別執(zhí)行構(gòu)件2、3和4，這幾個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如下。</p><p>　　圖1-1棒料輸送線布料裝置運動循環(huán)圖</p><p>　　圖1-1總是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件2的動作周期。由圖1-1

25、可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1做間歇直線運動，執(zhí)行構(gòu)件2、3和4做間歇往復(fù)運動，執(zhí)行構(gòu)件2、3和4的工作周期、和分別是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期的5倍。執(zhí)行構(gòu)件的動作周期、、占工作周期、和的十分之一，即執(zhí)行構(gòu)件2、3和4大多數(shù)時間是在停歇狀態(tài)。</p><p>　　運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖</p><p>　　根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該具有的運動功能如圖2-1所示。該運動功能

26、單元把一個連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇的直線運動，主動件每轉(zhuǎn)動1周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）向前步進1次，主動件的轉(zhuǎn)速分別為，和。</p><p>　　圖2-1執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能</p><p>　　由于電動機的轉(zhuǎn)速為，為了在執(zhí)行機構(gòu)1的主動件上分別得到，和的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu)1之間的總傳動比有3種，分別為</p><p>　　總傳動比由定傳動比和變傳動比兩部分

27、構(gòu)成，即</p><p>　　3種傳動比中最大，最小。由于定傳動比是常數(shù)，因此3中變傳動比中最大，最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不大于4，即</p><p><b>　　于是定傳動比為</b></p><p><b>　　變傳動比的其他值為</b></p><p>　　于是，傳動系統(tǒng)的有

28、級變速功能單元如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2有級變速運動功能單元</p><p>　　為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護功能還具有減速功能，如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3過載保護運動功能單元</p><

29、;p>　　整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護運動功能單元不能實現(xiàn)其全部定傳動比，因此在傳動系統(tǒng)中還要另加減速功能運動單元，其減速比為</p><p>　　減速運動功能單元如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4減速運動功能單元</p><p>　　由以上分析可得到齒輪傳動部分的機構(gòu)運動簡圖，如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5

30、齒輪傳動部分機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　為了使用同一原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2、3和4，應(yīng)該在運動功能系統(tǒng)中加一運動分支功能單元，其運動分支驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2、3和4，該運動分支功能單元如圖2-6。</p><p>　　圖2-6運動分支功能單元</p><p>　　對于分支后的運動，一部分由運動功能單元將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動，再將間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇移動，來驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)

31、件1；另一部分由運動功能單元將連續(xù)轉(zhuǎn)動的方向改變，再分支為三部分，分別將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間歇移動，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2、3和4。</p><p>　　根據(jù)上述運動功能分析，可以得到該系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7棒料輸送線布料裝置運動功能系統(tǒng)圖</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案擬定</b></p&g

32、t;<p>　　根據(jù)圖2-6所示的運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中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2-7中的運動功能單元1是原動機，根據(jù)棒料輸送線布料裝置的工作要求，可以選擇電動機作為原動機，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電動機替代運動功能單元1</p><p>　　圖2-7中

33、的運動功能單元2是過載保護功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動替代，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2帶傳動替代運動功能單元2</p><p>　　圖2-7中的運動功能單元3是有級變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動替代，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3滑移齒輪變速替代運動功能單元3</p><p>　　圖2-7中

34、的運動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動替代，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-42級齒輪傳動替代運動功能單元4</p><p>　　圖2-7中的運動功能單元7是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動，選擇導桿滑塊機構(gòu)替代，如圖3-5。</p><p>　　圖3-5導桿滑塊機構(gòu)替代運動功能單元7</p><p>　　圖2-7中的運動功

35、能單元8改變運動的方向，使運動輸入軸與運動輸出軸相互垂直，選擇圓錐齒輪傳動替代，如圖3-6。</p><p>　　圖3-6圓錐齒輪傳動替代運動功能單元8</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案設(shè)計</b></p><p><b>　　執(zhí)行機構(gòu)1的設(shè)計</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)1采用帶

36、傳動，其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1執(zhí)行機構(gòu)1</p><p>　　主動輪每轉(zhuǎn)動一周，從動輪轉(zhuǎn)動一周，帶動轉(zhuǎn)動一周，使傳送帶前進，故該機構(gòu)尺寸設(shè)計為</p><p><b>　　取。</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)2、3和4的設(shè)計</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)2、3和

37、4結(jié)構(gòu)相同，以機構(gòu)2為例說明其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。執(zhí)行機構(gòu)2由曲柄、滑塊、導桿、連桿和滑枕組成，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2導桿滑塊機構(gòu)</p><p>　　由設(shè)計題目可知，滑枕的行程為</p><p>　　滑枕的行程由導桿的擺動實現(xiàn)。曲柄導桿機構(gòu)具有急回特性，可設(shè)其行程速比系數(shù)為</p><p><b>　　則極位夾角

38、為</b></p><p><b>　　導桿的擺角為</b></p><p><b>　　由此得導桿的長度為</b></p><p><b>　　滑枕導路的位置</b></p><p>　　按照許用壓力角設(shè)計連桿的長度。執(zhí)行機構(gòu)2在工作過程中，其最大壓力角為<

39、/p><p>　　由此式可以看出，連桿的長度越大，則最大壓力角越小。</p><p><b>　　若要求</b></p><p><b>　　則計算得</b></p><p>　　考慮結(jié)構(gòu)，可以將連桿長度選為</p><p>　　曲柄的回轉(zhuǎn)中心應(yīng)該選在線段中垂線上，且應(yīng)滿足<

40、;/p><p><b>　　考慮結(jié)構(gòu)，可以選</b></p><p>　　據(jù)此可以得到曲柄的長度</p><p><b>　　不完全齒輪機構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　本機構(gòu)應(yīng)設(shè)計四對不完全齒輪機構(gòu)，分別驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1、2、3和4。在這幾個機構(gòu)中，其從動輪結(jié)構(gòu)可選為一致，選擇齒數(shù)。</p&g

41、t;<p>　　圖4-3不完全齒輪機構(gòu)</p><p>　　下面分別討論機構(gòu)1、2、3和4中主動齒輪的齒數(shù)及其相位分布。由表1-1可以看出個執(zhí)行構(gòu)件間運動的時序關(guān)系，可將不完全齒輪設(shè)計如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4主動齒輪的齒數(shù)及其相位分布</p><p>　　對于齒輪1，每部分齒對應(yīng)的圓心角為，每部分空隙對應(yīng)的圓心角為。</

42、p><p><b>　　滑移齒輪傳動設(shè)計</b></p><p><b>　　確定齒輪齒數(shù)</b></p><p>　　如圖2-5，選擇滑移齒輪替代有級變速運動功能單元，其齒數(shù)分別為，，，，，。由前面的分析可知</p><p>　　按以下幾點要求選定各對齒輪的齒數(shù)。</p><p&g

43、t;　?、倜繉ο嗷Ш系凝X輪滿足其傳動比；</p><p>　?、诿繉ο嗷Ш系凝X輪的中心距必須相同；</p><p>　?、勖繉ο嗷Ш系凝X輪齒數(shù)最好為質(zhì)數(shù)；</p><p>　?、苊繉ο嗷Ш系凝X輪最好為正傳動；</p><p>　?、蔟X輪不能產(chǎn)生根切；</p><p>　?、藿Y(jié)構(gòu)尺寸盡可能小。</p>

44、<p>　　結(jié)果如下：，；，；，。</p><p><b>　　計算齒輪幾何尺寸</b></p><p>　　取齒輪模數(shù)，實際中心距為87mm，則各對齒輪皆需要變位且滿足正傳動，其幾何尺寸按變位齒輪計算，計算結(jié)果見附錄3-1。</p><p><b>　　定軸齒輪傳動設(shè)計</b></p><

45、;p><b>　　圓柱齒輪傳動設(shè)計</b></p><p>　　圖2-5中定軸齒輪實現(xiàn)圖2-7中的減速運動功能，它所實現(xiàn)的傳動比為17.88。由于該機構(gòu)是2級齒輪傳動，這2級齒輪傳動的傳動比可如此分配</p><p>　　確定定軸齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪齒數(shù)時要滿足以下幾點要求：</p><p>　　①每對相互嚙合的齒輪滿足其傳動比；</

46、p><p>　?、诿繉ο嗷Ш系凝X輪齒數(shù)最好為質(zhì)數(shù)；</p><p>　?、勖繉ο嗷Ш系凝X輪最好為正傳動；</p><p>　　④齒輪不能產(chǎn)生根切；</p><p>　　⑤結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小。</p><p>　　取，。計算以上齒輪的幾何尺寸，取模數(shù)，按標準齒輪計算，計算結(jié)果見附錄3-1。</p><p

47、><b>　　圓錐齒輪傳動設(shè)計</b></p><p>　　圖2-5中錐齒輪實現(xiàn)圖2-7中改變傳動方向功能，其傳動比，選擇其齒數(shù)為，計算結(jié)果見附錄3-2。</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案分析</b></p><p>　　對系統(tǒng)的連桿機構(gòu)進行運動分析。棒料輸送線布料裝置中采用的導桿滑塊機構(gòu)可以拆分為一個RPR

48、桿組和一個RRP桿組。參考圖4-2，以D點為坐標原點，水平線為x軸建立右手坐標系，分別對兩種桿組進行運動分析。</p><p><b>　　RPR桿組運動分析</b></p><p><b>　　桿DC的角位移</b></p><p><b>　　時</b></p><p>&

49、lt;b>　　時</b></p><p><b>　　桿DC的角速度</b></p><p><b>　　桿DC的角加速度</b></p><p>　　以上式中B點的運動規(guī)律可由Ⅰ級桿組求得，在工作周期內(nèi)曲柄AB做勻速圓周運動。</p><p><b>　　RRP桿組運動

50、分析</b></p><p>　　由“RRPⅡ級桿組”，已知E點的運動參數(shù)，在滑塊導路上任取一點作為參考點，可求得滑塊的運動參數(shù)。</p><p><b>　　K點的坐標方程</b></p><p><b>　　K點的速度</b></p><p><b>　　K點的加速度<

51、;/b></p><p><b>　　滑塊的位置方程</b></p><p><b>　　桿的長度</b></p><p><b>　　則可求得</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　則可求出F

52、點的坐標方程</p><p>　　F相點對于參考點K點的位移</p><p><b>　　滑塊的速度方程</b></p><p><b>　　桿的角速度</b></p><p><b>　　點的速度</b></p><p><b>　　式中：&

53、lt;/b></p><p><b>　　滑塊的加速度方程</b></p><p><b>　　點加速度</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　程序框圖及計算結(jié)果</b></p><p&g

54、t;　　運動分析計算程序采用Matlab2012a編寫，程序框圖如圖5-1，計算結(jié)果見附錄1。</p><p>　　圖5-1運動分析程序框圖</p><p>　　實際機構(gòu)運動循環(huán)分析</p><p>　　不完全齒輪18、20、22和24為同軸齒輪，由齒輪變速機構(gòu)輸出的運動來驅(qū)動。設(shè)齒輪18與水平線夾角分別為，執(zhí)行機構(gòu)2、3和4的曲柄與水平線的夾角為。</p&

55、gt;<p><b>　　曲柄逆時針轉(zhuǎn)動</b></p><p>　　由于曲柄導桿機構(gòu)的極位夾角，因此，當導桿位于左側(cè)極限位置時，曲柄與水平軸的夾角為。由此可得曲柄逆時針轉(zhuǎn)動時機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖，如圖6-1所示。</p><p><b>　　曲柄順時針轉(zhuǎn)動</b></p><p>　　由于曲柄導桿機構(gòu)的極位

56、夾角，因此，當導桿位于左側(cè)極限位置時，曲柄與水平軸的夾角為。由此可得曲柄順時針轉(zhuǎn)動時機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖，如圖6-2所示。</p><p>　　由圖可以看出，當曲柄順時針或逆時針回轉(zhuǎn)時，傳送帶的步進運動和滑塊的進退均不會發(fā)生運動干涉，考慮導桿滑塊的急回特性及相關(guān)力學性質(zhì)，應(yīng)選擇曲柄順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　附錄1 桿組運動分析計算結(jié)果</p><p>

57、　　附錄2 主要構(gòu)件幾何尺寸表</p><p>　　附錄3 齒輪幾何尺寸表</p><p><b>　　圓柱齒輪幾何尺寸表</b></p><p>　　表1 滑移齒輪5和6幾何尺寸表</p><p>　　表2 滑移齒輪7和8幾何尺寸表</p><p>　　表3 滑移齒