機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-棒料輸送線布料裝置

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）</p><p>　　課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：棒料輸送線布料裝置（方案17）</p><p>　　院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p&

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

3、gt;　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012年7月2日至7月7日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)···················&

4、#183;·················· 1</p><p>　　工藝動(dòng)作分析············

5、3;····························· 2</p><p>　　運(yùn)動(dòng)功能分析及運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖·

6、;······················· 2</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案擬定········

7、······························ 5</p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案

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

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

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

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

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

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

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

15、3;················ 10</p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案分析</b></p><p>　　RPR桿組運(yùn)動(dòng)分析······&

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

17、t;<p>　　RRP桿組運(yùn)動(dòng)分析································

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

19、83;··············· 13</p><p>　　附錄1：連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析程序計(jì)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(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪幾何尺寸表····

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

24、動(dòng)作分析</b></p><p>　　由設(shè)計(jì)題目可以看出，稱帶動(dòng)棒料運(yùn)動(dòng)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(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如下。</p><p>　　圖1-1棒料輸送線布料裝置運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件2、3和4做間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(shí)間是在停歇狀態(tài)。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)功能分析及運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖</p><p>　　根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有的運(yùn)動(dòng)功能如圖2-1所示。該運(yùn)動(dòng)功能

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

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

28、級(jí)變速功能單元如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)功能單元</p><p>　　為了保證系統(tǒng)過(guò)載時(shí)不至于損壞，在電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間加一個(gè)過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元可采用帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這樣，該運(yùn)動(dòng)功能單元不僅具有過(guò)載保護(hù)功能還具有減速功能，如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元</p><

29、;p>　　整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)僅靠過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元不能實(shí)現(xiàn)其全部定傳動(dòng)比，因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中還要另加減速功能運(yùn)動(dòng)單元，其減速比為</p><p>　　減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4減速運(yùn)動(dòng)功能單元</p><p>　　由以上分析可得到齒輪傳動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5

30、齒輪傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　為了使用同一原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2、3和4，應(yīng)該在運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)中加一運(yùn)動(dòng)分支功能單元，其運(yùn)動(dòng)分支驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2、3和4，該運(yùn)動(dòng)分支功能單元如圖2-6。</p><p>　　圖2-6運(yùn)動(dòng)分支功能單元</p><p>　　對(duì)于分支后的運(yùn)動(dòng)，一部分由運(yùn)動(dòng)功能單元將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，再將間歇轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇移動(dòng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)

31、件1；另一部分由運(yùn)動(dòng)功能單元將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向改變，再分支為三部分，分別將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2、3和4。</p><p>　　根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)功能分析，可以得到該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖</p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案擬定</b></p&g

32、t;<p>　　根據(jù)圖2-6所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元，便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。</p><p>　　圖2-7中的運(yùn)動(dòng)功能單元1是原動(dòng)機(jī)，根據(jù)棒料輸送線布料裝置的工作要求，可以選擇電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電動(dòng)機(jī)替代運(yùn)動(dòng)功能單元1</p><p>　　圖2-7中

33、的運(yùn)動(dòng)功能單元2是過(guò)載保護(hù)功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動(dòng)替代，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2帶傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元2</p><p>　　圖2-7中的運(yùn)動(dòng)功能單元3是有級(jí)變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動(dòng)替代，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3滑移齒輪變速替代運(yùn)動(dòng)功能單元3</p><p>　　圖2-7中

34、的運(yùn)動(dòng)功能單元4是減速功能，可以選擇2級(jí)齒輪傳動(dòng)替代，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-42級(jí)齒輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元4</p><p>　　圖2-7中的運(yùn)動(dòng)功能單元7是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動(dòng)，選擇導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代，如圖3-5。</p><p>　　圖3-5導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能單元7</p><p>　　圖2-7中的運(yùn)動(dòng)功

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

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

37、4結(jié)構(gòu)相同，以機(jī)構(gòu)2為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)2由曲柄、滑塊、導(dǎo)桿、連桿和滑枕組成，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　由設(shè)計(jì)題目可知，滑枕的行程為</p><p>　　滑枕的行程由導(dǎo)桿的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)。曲柄導(dǎo)桿機(jī)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(dǎo)桿的擺角為</b></p><p><b>　　由此得導(dǎo)桿的長(zhǎng)度為</b></p><p><b>　　滑枕導(dǎo)路的位置</b></p><p>　　按照許用壓力角設(shè)計(jì)連桿的長(zhǎng)度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)2在工作過(guò)程中，其最大壓力角為<

39、/p><p>　　由此式可以看出，連桿的長(zhǎng)度越大，則最大壓力角越小。</p><p><b>　　若要求</b></p><p><b>　　則計(jì)算得</b></p><p>　　考慮結(jié)構(gòu)，可以將連桿長(zhǎng)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(zhǎng)度</p><p><b>　　不完全齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)四對(duì)不完全齒輪機(jī)構(gòu)，分別驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1、2、3和4。在這幾個(gè)機(jī)構(gòu)中，其從動(dòng)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(jī)構(gòu)</p><p>　　下面分別討論機(jī)構(gòu)1、2、3和4中主動(dòng)齒輪的齒數(shù)及其相位分布。由表1-1可以看出個(gè)執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)的時(shí)序關(guān)系，可將不完全齒輪設(shè)計(jì)如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4主動(dòng)齒輪的齒數(shù)及其相位分布</p><p>　　對(duì)于齒輪1，每部分齒對(duì)應(yīng)的圓心角為，每部分空隙對(duì)應(yīng)的圓心角為。</

42、p><p><b>　　滑移齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)</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(jí)變速運(yùn)動(dòng)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(diǎn)要求選定各對(duì)齒輪的齒數(shù)。</p><p&g

43、t;　?、倜繉?duì)相互嚙合的齒輪滿足其傳動(dòng)比；</p><p>　?、诿繉?duì)相互嚙合的齒輪的中心距必須相同；</p><p>　　③每對(duì)相互嚙合的齒輪齒數(shù)最好為質(zhì)數(shù)；</p><p>　　④每對(duì)相互嚙合的齒輪最好為正傳動(dòng)；</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(jì)算齒輪幾何尺寸</b></p><p>　　取齒輪模數(shù)，實(shí)際中心距為87mm，則各對(duì)齒輪皆需要變位且滿足正傳動(dòng)，其幾何尺寸按變位齒輪計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附錄3-1。</p><p><b>　　定軸齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><

45、;p><b>　　圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖2-5中定軸齒輪實(shí)現(xiàn)圖2-7中的減速運(yùn)動(dòng)功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為17.88。由于該機(jī)構(gòu)是2級(jí)齒輪傳動(dòng)，這2級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可如此分配</p><p>　　確定定軸齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪齒數(shù)時(shí)要滿足以下幾點(diǎn)要求：</p><p>　?、倜繉?duì)相互嚙合的齒輪滿足其傳動(dòng)比；</

46、p><p>　?、诿繉?duì)相互嚙合的齒輪齒數(shù)最好為質(zhì)數(shù)；</p><p>　?、勖繉?duì)相互嚙合的齒輪最好為正傳動(dòng)；</p><p>　?、荦X輪不能產(chǎn)生根切；</p><p>　?、萁Y(jié)構(gòu)尺寸盡可能小。</p><p>　　取，。計(jì)算以上齒輪的幾何尺寸，取模數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附錄3-1。</p><p

47、><b>　　圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖2-5中錐齒輪實(shí)現(xiàn)圖2-7中改變傳動(dòng)方向功能，其傳動(dòng)比，選擇其齒數(shù)為，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附錄3-2。</p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案分析</b></p><p>　　對(duì)系統(tǒng)的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。棒料輸送線布料裝置中采用的導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)可以拆分為一個(gè)RPR

48、桿組和一個(gè)RRP桿組。參考圖4-2，以D點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平線為x軸建立右手坐標(biāo)系，分別對(duì)兩種桿組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。</p><p><b>　　RPR桿組運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p><b>　　桿DC的角位移</b></p><p><b>　　時(shí)</b></p><p>&

49、lt;b>　　時(shí)</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(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可由Ⅰ級(jí)桿組求得，在工作周期內(nèi)曲柄AB做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　RRP桿組運(yùn)動(dòng)

50、分析</b></p><p>　　由“RRPⅡ級(jí)桿組”，已知E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在滑塊導(dǎo)路上任取一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，可求得滑塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。</p><p><b>　　K點(diǎn)的坐標(biāo)方程</b></p><p><b>　　K點(diǎn)的速度</b></p><p><b>　　K點(diǎn)的加速度<

51、;/b></p><p><b>　　滑塊的位置方程</b></p><p><b>　　桿的長(zhǎng)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(diǎn)的坐標(biāo)方程</p><p>　　F相點(diǎn)對(duì)于參考點(diǎn)K點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)加速度</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　程序框圖及計(jì)算結(jié)果</b></p><p&g

54、t;　　運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算程序采用Matlab2012a編寫(xiě)，程序框圖如圖5-1，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附錄1。</p><p>　　圖5-1運(yùn)動(dòng)分析程序框圖</p><p>　　實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)輸出的運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)。設(shè)齒輪18與水平線夾角分別為，執(zhí)行機(jī)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</b></p><p>　　由于曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角，因此，當(dāng)導(dǎo)桿位于左側(cè)極限位置時(shí)，曲柄與水平軸的夾角為。由此可得曲柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，如圖6-1所示。</p><p><b>　　曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</b></p><p>　　由于曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位

56、夾角，因此，當(dāng)導(dǎo)桿位于左側(cè)極限位置時(shí)，曲柄與水平軸的夾角為。由此可得曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，如圖6-2所示。</p><p>　　由圖可以看出，當(dāng)曲柄順時(shí)針或逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，傳送帶的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)和滑塊的進(jìn)退均不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，考慮導(dǎo)桿滑塊的急回特性及相關(guān)力學(xué)性質(zhì)，應(yīng)選擇曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　附錄1 桿組運(yùn)動(dòng)分析計(jì)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