哈工大_棒料输送线布料装置设计
哈工大制造系统自动化作业一自动导引式物料搬运小车系统设计方案(完美高分版)
第一部分设计任务书 (3)一、自动导引搬运小车功能示意图 (3)二、基本要求与参数.................................................................. .3三、工作量 .................................................................. . (3)四、设计内容及说明................................................................. .3第二部分设计说明书. (4)一、.................................................................. 小车轮系结构地设计与分析............................................................. (4)二、自动导引方案地设计及传感器地选择与分析 .......................... (6)三、小车驱动及运动控制方案地设计与分析 (8)四、控制流程地设计以及控制程序地编写 (8)参考文献 (11)作业一自动导引式物料搬运小车系统设计第一部分设计任务书、自动导引搬运小车功能示意图自动导引搬运小车结构示意图生功鮭盘扈机A起始边线线宽20mm小车运行线路示意图、基本要求与参数本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计.小车主要实现地功能是自动寻迹并且完成物料地搬运.如上图所示,小车首先在A 区装载物料,然后开始沿着指定轨迹<黑色导引线）自动运行，导引线宽为20mm,小车上要求装有相应地传感器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节,保证小车始终沿着指定轨迹运行不偏离.运行到C 区以后停止,卸货后沿原路径返回A 区再次装载物料,如此往复.A、C 区各有一条与导引线垂直地黑色边界线,线宽为20mm, 要求小车在A、C 区停止时,不能超出边界线限定范围.<小车由蓄电池供电）b5E2RGbCAP相关设计参数：<1）小车运动方式：全自动导引式. <2）小车载重能力:15Kg, 自重不超过15Kg. <3）小车运动距离：5000mm.<4）小车运行速度：不小于0.5m/s.三、工作量<1）小车轮系结构地设计与分析；<2）自动导引方案地设计及传感器地选择与分析；<3）小车驱动及运动控制方案地设计与分析；<4）控制流程地设计以及控制程序地编写；<5）设计说明书一份.四、设计内容及说明<1）根据要求选择合适地传感器,设计搬运小车地自动导引系统,并进行可行性分析,保证小车能够沿着给定地路径运动.p1EanqFDPw<2）确定小车地轮系结构,如主动轮与从动轮地个数以及转向方式.设计小车地驱动方案确定电机地个数与类型,计算小车载重、行驶速度等技术指标,并分析论证轮系结构与驱动方案地合理性,满足设计要求.DXDiTa9E3d<3）小车控制系统设计,包括确定控制方案、控制核心器件地选择、自动导引功能地实现原理、绘制控制流程框图、编制控制程序.RTCrpUDGiT第二部分设计说明书一、小车轮系结构地设计与分析；1、常用自动导引小车机械结构分析AGV 地轮系结构是整个机械部分地核心,也是整个AGV 非常关键地部分.轮系结构设计地合理性不但会影响小车地循迹精度,而且还决定了小车地最小转弯半径、最大运行速度等重要指标.因此在小车轮系结构设计之前,我先对目前市场上常见地几款同类小车地轮系结构进行了分析和比较,取长补短,设计出一款适合本系统地轮系结构.5PCzVD7HxA轮系结构一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成，目前市场上常见地同类AGV地轮系结构按照不同地性能要求主要有三种：三轮结构、四轮结构和六轮结构等，其中三轮结构一般采用前轮转向和驱动,而四轮和六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式.jLBHrnAlLg(1＞三轮结构三轮结构常采用前轮驱动与转向轮合成为一个组合轮、后轮为两个支撑定向轮地方式,其机械结构视觉图如图所示.XHAQX74J0X三轮结构是一款非常灵活地轮系结构，载荷行走为拖动型，常用于路面比较差地环境.它地机械构造和控制非常简单，成本低,但是它地缺点也较为明显：首先由于两个从动轮无法定向，一般将导向传感器装在车体后边，因此三轮结构主要用于前进方向行走；其次这种轮系结构是3个轮子支撑车体，所以载重时应把货物放在车体中心或后轮附件地位置，这样才能更好地保证车体平衡性；尤为值得注意地是在行走过程时，当车体运动过快时，在转弯时由于离心力地作用，很容易使重心移向转向轮地两侧而使车体发生侧翻，因此这种结构更适合于低速地场合.LDAYtRyKfE(2＞四轮结构四轮结构是目前最为常见地一种AGV轮系结构之一，它一般采用转向轮为主动轮式和转向轮为从动轮，定向轮为主动轮式两种方式.Zzz6ZB2Ltk①转向轮为从动轮，定向轮为驱动轮式.这种方式是目前最常见地一种四轮结构,其机械结构视觉图如图所示.dvzfvkwMI1这种车型结构前面两个万向轮为转向轮,使用步进电机来精确控制转向角度,可以用连杆或同步带来做转向传动；后端两个定向轮为驱动轮，可以用一个电机通过安装差速器驱动两个轮子别驱动，这样可以避免出现一个主动轮悬空空转导致驱动力下降地问题差速器.因为驱动轮在小车后端，所以前轮地转动角度就不能太大高,则可以采用连杆传动机构.这种四轮结构虽然控制简单它只适合与单向行驶，而且由于驱动轮在后端②转向轮为驱动轮式.，而且机械结构也不是很复杂，但是,所以最小转弯半径较大.rqyn14ZNXI，也可以用两个电机分，而且还可以省去安装，但是如果转动精度要求在这种结构中，前面两个为用直流步进电机控制转向角度地转向轮，同时在每个转向轮上安装一个驱动电机以驱动轮子后面两个轮子为从动轮.为了保证两个转向轮转向角度地一致，可以使用和汽车结构类似地连杆传动方式，如果要求转弯半径较小，也可采用图中所示地同步带传动方式.因为这种结构中从动轮部分机械结构较简单，因此可以方便地安装减震系统四轮结构而且在小车转弯时，为了使从动轮地内外侧轮子产生速度差 ，两个从动轮必须独立转动而不可 以使用同轴联接•这种结构在驱动和转向控制上都非常灵活和简单，而且能满足较小地转弯半径,但是正如上面所述,由于它地轮系结构需要增加很多机械部件地支持 缺陷，这样就增加了机械部分地复杂性，从而也增加了小车地自重和成本.EmxvxOtOco2、自动导引小车轮系结构地机械设计在确定本设计 AGV 地轮系结构前，必须确定小车 是单向行驶还是双向行驶，因为这将直接关系到小车轮 系结构地选择.鉴于本设计小车要求双向行驶 ，我们选定了六轮结构，中间两轮驱动，其它为万向轮型地轮系 结构，其机械视觉图如图所示.SixE2yXPq5从图中可以看出，这款小车地轮系结构和上面提到 地几种结构有很大地区别.首先它采用了六轮地底盘 中间两个定向轮为驱动轮，前后四个万向轮为从动轮 当电机正转或反转时，小车可以前进或后退；通过内外 侧两个驱动轮地速度差实现小车转弯；而当一个电机正转地转弯.这种轮系结构不但控制简单，而且机械结构也没有上述轮系结构那么复杂 ，同时它不需要很多地机械部件地支持，这样不但节省了成本，也减少了控制难度.6ewMyirQFL但是这种六轮结构有一个缺点，当小车行驶到不平地路面时，主动轮很容易被两侧地从动 轮抬离地面，而使驱动轮不能驱动小车行驶，因此需要在从动轮上安装减振弹簧等机械部件 使得六个轮子能与地面充分接触，保持和地面地摩擦力.kavU42VRUs3、自导引小车地性能要求首先选择合适地驱动电机，因为电机地性能参数直接决定着整辆小车地运动速度和驱动 力.在选型过程中，主要考虑电机地额定电压和额定功率这两个参数 .电机地输出功率和小车地重量之间存在以下关系：P 二卩m g v ,式中P 为电机功率，卩为摩擦系数,m 为小车重量,g 为重力加速度＜9.8m/s2） ,v 为小车地最大速度.按照小车地最大重量 ＜ 承重加自重）为30kg ，摩擦系数按照 0.15，最大行驶速度为 0.5m/s 计算，电机总地最大输出功率为22.05W, 因为小车使用了两个驱动电机 ，因此每个电机地额定功率必须要大于 11W.考虑到为了便于其它控制电路地取电，电机地额定电压取 24V,这样两个12V10Ah 地蓄电池串联即可作为整个 系统地电源.在满足上面要求地条件下，为了节省成本，我们采用一款额定电压为24V,功率为15W,转速为128圈每分钟地直流减速电机 .y6v3ALoS89在确定了电机型号和小车地行驶速度后，小车轮子地直径也可以确定，小车驱动轮地直径n n和电机转速之间地公式如下：v- 60式中v为小车地最大行驶速度，n为电机每分钟地最大转速,d 为驱动轮地直径，而我们选定地电机地最大转速是 128r/m,v 为0.5m/s,因此可以得到驱动轮直径d 约为0.075m.M2ub6vSTnP根据小车地设计要求得出小车机械指标表：小车控制方式 自动/手动 最大行驶速度 1m/s 导航方式 红外循迹 轮系结构 六轮结构车轮直径 75mm 驱动方式双轮差速驱动工作时间 — 连续接受负载方式可选: 自动/手动 电池组 天能24V/10Ah ＜免维修） 负载能力 最大15kg蔽障方式超声波自重15kg，否则会造成致命地 主刼轮艇电粗从華建t 万斯轮），一个电机反转时可以实现小车二、自动导引方案地设计及传感器地选择与分析1、常见地AGV 特点及其设计方案地分析①电磁感应引导式AGV 电磁感应式引导是最早成功应用于无轨AGV 地导引方法,也是目前无轨AGV 主要采用地导引方式.该方式需要在预先设定地行驶路径上埋设专门地电缆线,当高频电流流经导线时导线周围产生电磁场,此时安装在AGV 车体两端地电磁传感器通过电磁感应原理产生感应信号.由于根据传感器偏离轨迹地远近程度可产生强度不同地电磁信号,因此系统可以通过采样传感器地电磁信号,从而软件调节驱动机构,实现引导.该方法可靠性高,经济实用,主要问题是：AGV 地行驶路径改变非常困难,而且埋线对地面要求较高,一旦电缆出现问题,维护非常困难.同时,该方式实现地成本也很高.0YujCfmUCw②激光引导式AGV这种方法是在AGV 上安装有可旋转地激光扫描器,在运行路径沿途地特定位置处安装高反光性地反射镜面,AGV 在运行途中,不断用激光扫描器发射地激光束照射这些镜面,利用入射光束与反射光束提供地夹角信息、入射光束与反射光束地时间差信息等,根据数学模型计算出AGV 当前地位置以及运动地方向,通过和内置地数字地图进行对比来校正方位,从而实现导引.eUts8ZQVRd这种导引方式地特点是当提供了足够多反射镜面和宽阔地扫描空间后,AGV 导引与定位精度十分高,且提供了任意路径行走和规划地可能性.但是该方式成本昂贵,传感器电路、反射装置地安装都十分复杂,且算法也很复杂.sQsAEJkW5T③视觉引导式AGV视觉引导方式是一种正在快速发展和成熟地AGV 导引方式,这种方法在AGV 上装备CCD 摄像机和传感器,在AGV 运行线路上建立色标,在主控芯片中存储有AGV 欲行驶路径周围环境地图像数据库.在AGV 行驶过程中,摄像机动态地获取车辆周围环境图像信息,利用图像处理技术进行特征识别,并与图像数据库进行比较,从而确定当前位置, 并对下一步行驶做出决策.GMsIasNXkA这种AGV 由于不要求人为设置任何物理路径,因此具有最佳地引导柔性,适应性非常强. 但是该方法对照明和色标清洁度有一定要求,而且这类AGV 造价非常昂贵,同时由于CCD传感器开发非常困难,算法复杂度高,一般地8 位,16位MCU 都无法进行开发.TIrRGchYzg 由此可见,目前市场上存在地几款AGV 虽然各有特点,但是由于他们造价高昂、维护困难、柔性较低、工艺复杂,导致它们不能在国内企业中得到广泛地应用.7EqZcWLZNX 对于本次设计地小车,这里采用红外导引地方式,应用红外模块完成小车地循迹. 该模块主要由一对红外收发传感器组成.红外信号在碰到深色< 如黑色）地物体时将被大部分吸收,而碰到浅色< 如白色）地物体时将被大部分反射,利用这一特点,将小车行驶地面设置成浅色调,而轨迹设置成深色调.红外发射传感器发射地红外信号在深色轨迹上产生微弱地反射信号,而在浅色地面上产生很强地反射信号；红外接收传感器根据接收到地反射信号强度地不同,产生不同地输出电压；主控芯片采样该电压值,从而调节小车左右电机地速度差使小车能够沿着轨迹行驶.lzq7IGf02E2、控制硬件及传感器地选择硬件部分主要由主控板,超声波模块,红外模块,重力加速度模块,测速模块,电机驱动模块,电量检测模块,指示灯模块等部分组成.硬件部分地每个模块都和机械部件有紧密地联系,它们必须结合机械部件进行设计和调试.以下简要介绍硬件部分各个模块地功能.zvpgeqJ1hk①主控板主控板主要是由8 位嵌入式MCU MC68HC908MR32 构成地最小系统.该芯片具有功耗低,功能多,体积小等优势,主要用于汽车电子,工业控制等领域,比较适合开发带有电机驱动地嵌入式系统开发.主控板上还留出和其它功能模块地接口,便于系统地改进.NrpoJac3v1②超声波模块超声波模块是用来检测小车行驶途中是否有障碍物,该模块主要由一对超声波收发传感器和控制芯片MC68HC908QT4 组成.当超声波发射传感器发射地声波在传播途中碰到障碍物时会发生反射,而被反射地声波信号将被超声波接收传感器接收,同时控制芯片利用声波发射和接收地时间差来计算障碍物与小车地距离,从而决定小车地运行状况.该模块保证小车在行驶途中避免和障碍物碰撞影响小车地正常行驶.1nowfTG4KI③红外模块上面已提及,这里不再赘述.④重力加速度模块重力加速度模块利用重力加速度芯片MMA1260D 来检测小车行驶途中是否碰到太过陡峭地坡度.因为如果坡度过大不但会使小车上地货物掉落,而且如果货物过重,会使得爬坡能力下降,这样就会无法正常行驶.fjnFLDa5Zo⑤测速模块测速模块是由一个光电编码盘和一对红外对管组成,码盘固定在电机转动轴上,而其边缘位于对管中间.当码盘旋转时,红外接收传感器输出一定频率地方波,而根据码盘旋转一周输出方波所需要地时间,即可得到电机转速.该模块主要完成对驱动轮转速地检测,这样就能保证两个驱动轮能够达到完全地同速行驶,使小车在直道上尽量保持直线行驶,而且在设计前期也需要通过该模块来测试电机地最大转速,从而确定系统相关参数.tfnNhnE6e5⑥电机驱动模块电机驱动模块主要是用来驱动两个定向轮上地直流减速电机和载物台上地涡轮减速电机,该模块主要由电机驱动芯片L298 、电流检测电路和主控芯片保护电路组成.HbmVN777sL⑦电量测试模块电量检测模块主要是用来检测蓄电池是否需要充电,该模块利用简单地电压检测法来测试电量•由于蓄电池提供地工作电压为24v,因此在主控芯片MR32进行A/D采样之前，需要先经过分压电阻分压.采样到地AD 值通过内部换算与电压阀值比较,从而得到蓄电池电量状态.当蓄电池电量不足时,提醒用户立即给蓄电池充电.V7l4jRB8Hs⑧指示灯模块指示灯模块主要用来指示小车各个功能模块地运行状况,同时还指示各个硬件电路地运行状况.三、小车驱动及运动控制方案地设计与分析1、驱动方案设计驱动部件是机械部分地核心部分,它主要完成小车地行走,导向等任务.本设计中地小车使用地是六轮二驱,即中间两个为电机驱动地定向轮,前后四个万向轮.载物台是由十多根矩形空心钢管组成,将这些铁棍间隔地固定在链条上,然后通过一个涡轮减速电机驱动齿轮来带动它们平动,这样就可以将货物自动地卸载. 83lcPA59W92、运动控制方案设计经过综合分析,16位单片机并不适合用户需求,设计中使用到地I/O 引脚数目不多于30 个,如选用将会造成大量引脚闲置；设计中芯片片内Flash地要求为不超过20K,易造成资源地浪费；16位单片机中有很多功能模块在本设计中用不到.mZkklkzaaP所以选用MC68HC908MR32 MCU（简称MR32>作为本设计地主控芯片•该款芯片地I/O引脚、片内Flash和功能模块全部符合设计要求，而且本设计中所需驱动地电机达四个之多, 此芯片正好符合.AVktR43bpw设计中要选择地另一款芯片是电机驱动芯片■因为电机驱动电流较大，因而不能简单地利用芯片引脚进行驱动，必须用专门地驱动芯片来驱动•经过对电机特性地分析决定采用L298 芯片来实现电机驱动，它地驱动电压最高可达46V,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A. ORjBnOwcEd四、控制流程地设计以及控制程序地编写1、控制流程小车启动前，首先进行电量检测模块地测试•为了测试该模块工作情况，这里将电量状态值置为充电状态，同时将状态值写入MR32地FLASH存储器0x8000处•当小车上电后获取蓄电池电量状态为充电状态，同时蓄电池电量采样值小于充电满标志电压时，指示灯提示用户需要对蓄电池充电，同时小车停止启动；如果蓄电池电量采样值大于充电满标志电压时，指示灯标识小车正常启动，同时写FLASH存储器0x8000处为工作状态•在完成电量检测以后，如果小车可以正常启动，系统将等待按键输入，同时对按键值进行A/D采样，以确定小车初始行驶方向•在按键输入完成，小车指示灯显示小车地行驶方向，同时启动定时器，小车各个功能模块开始工作，小车开始加速启动•为了避免小车在探测到障碍物减速时偏离轨道，将循迹子程序和对超声波测障模块地AD采样子程序都放在定时器溢出中断子程序中运行•测试结果表明这样地程序设计使得小车在碰到障碍物减速到停止时，能够平稳地停在轨迹上.2MiJTy0dTT 2、软件设计小车软件设计目地是：通过主控芯片对超声波模块、红外模块和重力加速度等功能模块地信号采样处理，配合对电机驱动模块地编程实现小车自动避障循迹，并将各模块地编程以函数形式合理封装，供二次开发地用户调用©iSpiue7A<1）软件功能概述AGV地软件设计要实现两个基本功能：一是实现在线编程，可将用户自己地应用程序在线写入到MR32片内FLASH存储区地用户程序空间，支持用户地二次开发.这部分是由MR32用户监控程序完成；二是实现小车地自动避障循迹，通过主控芯片MR32对超声波模块、红外模块和重力加速度等功能模块地信号采样，并根据这些信号选择电机驱动方案•uEh0U1Yfmh<2）软件开发环境软件设计采用Motorola汇编和ImageCraft C共同编写系统地软件部分，与硬件有关地部分如初始化堆栈指针还是必须用汇编编写，另外，时序要求严格地场合也采用了汇编编写；而与硬件无关地通用程序采用C语言进行编写•IAg9qLsgBX <3）MC68HC908MR32用户监控程序监控程序是为了实现用户程序地在线写入，同时对应用系统硬件及底层软件进行调试而设计地一段短小精干地小程序，它是用专门地写入设备<写入器）固化到主控芯片地FLASH中.由于监控程序地存在使得用户可以方便地向硬件平台主控芯片中下载编译好地用户程序代码，这样就不用像传统地芯片下载程序方式那样,每次向芯片中下载程序时都要把芯片从硬件板上拔下来，下载完成后再插回去，这点对于本系统尤为重要，因为主控芯片MR32是贴片封装，难以进行插拔操作•监控程序一方面不能太小，否则功能很有限，会给应用程序地开发调试带来麻烦；另一方面，也不能太大，否则会主次不分，占用过多地FLASH存储空间，因为在监控环境下，被监控程序占用地空间是不能再被开发者要调试地用户程序占用地•监控程序最重要地功能是通过串行口将程序下载到单片机地存储器中，因此，程序下载是监控程序必须实现地；而程序地调试功能可以通过在程序运行时，在欲调试处设断点，并将断点处地有关寄存器值、变量值通过串行口发出•根据以上这一思想，本系统主控芯片MR32地用户监控程序只实现了最基本地程序下载功能，从而取代了条件苛刻地监控模式程序下载方式，这样在功能上也满足了系统开发要求.WwghWvVhPE <4）PWM模块子程序本系统采用主控芯片MR32输出高频率脉宽调制波<PWM ）来驱动电机，但是PWM只是控制信号，其驱动能力非常小，因此需要专门地电机驱动芯片来驱动电机.这里选用地电机驱动芯片是ST半导体公司生产地L298，因此实际上是PWM信号控制L298地信号输出，从而驱动电机.asfpsfpi4k小车PWM模块地软件设计主要包括对两个子程序地编程.第一个子程序有两个功能：第一个功能是小车加速；第二个功能是当小车循迹完成后用于同步两个驱动轮.第二个子程序是和循迹子程序配合使用，通过该子程序调节两个驱动轮地速度比，从而完成小车循迹.ooeyYZTjj1进入子程序时如果小车已经达到最大速度，则保持当前速度继续行驶；同时系统还需要判断小车是否偏离轨道，如果小车偏离轨道，则在PWM模块子程序2中通过调节两路PWM占空比来调节两个驱动轮地速度比，实现循迹；如果超声波检测到小车行驶途中有障碍物，小车将立即停止行驶，而不需要调节PWM占空比.由于该子程序具有小车加速和循迹后同步驱动轮两个功能，因此需要判断两路PWM通道占空比是否相等：如果两者不相等，则需要调节两路PWM占空比，从而同步两个驱动轮；如果相等，则小车加速前进.在调节PWM占空比时，需要通过置PWM控制寄存器PCTL1地LDOK位为1,使占空比值强行载入，在下一个PWM 周期生效.BkeGulnkxl所示为PWM模块第二个子程序流程图.采用PWM模块地两个通道分别控制小车两个驱动电机，因此当小车偏离轨道时就可以通过调节两个PWM通道地占空比实现转弯，使小车继续沿轨道行驶.在小车偏离轨道时，为了避免调节占空比至0,因此需要设置一个最小占空比当通道占空比小于这个值时，电机将维持此时地速度比继续行驶；而当大于这个值时，系统将继续调整占空比.PgdO0sRIMo<5）循迹子程序循迹子程序实质上是A/D采样程序，在小车上电启动并完成初始化和其他操作后，就进入该子程序.循迹子程序主要采样红外反射信号，同时根据采样结果决定是否需要调用PWM 模块子程序调节两个驱动轮地速度比.由于深色轨迹吸收红外发射传感器发射地大部分红外信号，因此接收传感器接收到地反射信号将非常微弱，此时红外接收电路中地电流很小，因此过电阻后采样电压也很小；反之, 浅色地板却能反射大部分红外信号大.3cdXwckm15 ,此时采样电压就很■ff PCTL I. J.为L。
哈工大机械原理课程设计棒料输送线布料装置(方案8)
机械原理课程设计题目棒料输送线布料装置（方案8）专业学号学生指导教师一、棒料输送线布料装置使用功能描述已知技术参数和设计要求：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1440rpm，每分钟布置棒料40,75,90块，分3档可以调节。
二、工艺动作分析有设计要求可知，该棒料输送线布料装置需要由四个部分共同构成，各原动件为皮带轮（主动轮）、曲柄、槽轮1和槽轮2，由此绘制出机械运动循环图。
图3 棒料输送线布料装置运动循环图总时间为T ，表示构件完成一个运动循环所用总时间。
皮带轮做间歇转动，输出皮带做间歇移动；曲柄做间歇整周回转，带动滑块往复直线移动。
皮带与曲柄滑块的周期是槽轮的的五分之一左右。
三、运动功能分析根据前面的分析可知，槽轮1,2工作的执行机构应该具有的运动功能如图4所示。
运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇转动，由题意知要求达到的转速分别为18rpm ，15rpm ，8rpm图4 槽轮1,2的运动功能由于电动机的转速为1440rpm ，为了分别得到18,15,8rpm 的转速，则由电动机到槽轮之间的总传动比z i 有3种，分别为1114408018z n i n === 2214409615z n i n === 3314401808z n i n === 总传动比由定传动比c i 和变传动比v i 两部分构成，即11v c z i i i =22v c z i i i =33v c z i i i =3种总传动比中1z i 最小，3z i 最大。
由于定传动比c i 是常数，因此，3种变传动比中1v i 最小，3v i 最大。
由于槽轮机构与皮带机构不在同一平面上，需采用一个圆锥齿轮,传动比为i d图5 圆锥齿轮运动功能 取i d =4，即Z12 = 20，Z13 = 81由设计图纸，为了完成传动和合理输出，令601=c d i i则定轴传动比为15而33.1608011===c z v i i i 6.1609622===c z v i i i 36018033===c z v i i i 于是，传动系统的有级变速功能单元如图6所示。
哈工大机械原理课程设计产品包装线方案
产品包装生产线(方案3)1.设计课题概述如图1所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=600*200*200，采取步进式输送方式，送第一包产品至托盘A上（托盘A上平面与输送线1的上平面同高）后，托盘A下降200mm，第二包产品送到后，托盘A上升200mm，然后把产品推入输送线2。
原动机转速为1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送8、16、24件小包装产品。
图1功能简图2.设计课题工艺分析由题目和功能简图可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行机构1，在A处使产品上升，下降的是执行构件2，在A处把产品推到下一个工位的是图2 运动循环图图1中T1为执行构件1的工作周期，T2是执行构件2的工作周期，T3是执行构件3的工作周期。
由图2可以看出，执行构件1是作连续往复移动的，而执行构件2则有一个间歇往复运动，执行构件3作一个间歇往复运动。
三个执行构件的工作周期关系为：2T1= T2。
执行构件3的动作周期为其工作周期的1/4。
3.设计课题运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。
该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动两次，主动件的转速分别为4、8、12 rpm。
图3 执行机构1的运动功能由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到4、8、12 rpm的转速，则由电动机到执行机构之间的传动比i z有3种分别为：i z1=14304=357.5i z2=14308=178.75i z3=143012=120总传动比由定传动比i c与变传动比i v组成，满足以下关系式：i z1 = i c i v1i z2=i c i v2i z3=i c i v3三种传动比中i z1最大，i z3最小。
由于定传动比i c是常数，因此3种传动比中i v1最大，i v3最小。
哈工大机械原理课程设计-方案8-封皮
课程名称：机械原理课程设计
设计题目：产品包装生产线（方案8）
一、题目要求
1、如图1所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高：600*200*200，
采取步进式输送方式，送第一包产品至托盘A上（托盘A上平面与输送线1的上
平面同高）后，托盘A下降200mm，第二包产品送到后，托盘A上升205mm、顺时针旋转90。
，把产品推入输送线2，托盘A顺时针回转90、下降5mm原动
机转速为1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送12、
18、26件小包装产品。
图1功能简图
二、题目解答
1、机械系统工艺动作分析
（1）工艺分析
执行机构1：推动运输线1上产品运动。
执行机构2：使产品上升、转位。
执行机构3：吧托盘产品推到运输线2上。
（2）动作分析
执行机构1：连续往复移动。
执行机构2：间歇往复移动+间歇转动。
执行机构3：间歇往复移动。
T2=T3=2T1
T1
机构运动情况
构件1
进退进退
构件2停降停升停停停降停停停停转停转停
构件3
停停停停停进退停
运动循环图。
哈工大机械原理课程设计-棒料输送线布料装置方案3
Harbin Institute of Technology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3）院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：目录机械原理课程设计任务书 (1)一、题目要求 (2)二、机械系统工艺动作分析 (2)三、机械系统运动功能分析 (2)四、系统运动方案拟定 (6)五、系统运动方案设计 (9)1、齿轮机构设计 (9)2、槽轮机构设计 (10)3、不完全槽轮机构设计 (10)4、带传动设计 (10)5、开关设计 (10)六、系统运动简图 (11)棒料输送线布料装置（方案3）一、题目要求已知技术参数和设计要求：棒料输送布料装置（方案3）功能描述如下图所示棒料输送线。
料斗中分别装有直径35mm ，长度150mm 的钢料和铜料。
在输送线上按照下图所示的规律布置棒料。
原动机转速为1430rpm ，每分钟布置棒料55,85,115块，分3档可以调节。
图1图2二、机械系统工艺动作分析由设计要求可知，该棒料输送线布料装置需要由三个部分共同构成，各执行构件为传送带轮、钢料料槽开关1和铜料料斗开关2，这三个构件的运动关系如图3所示。
传送带轮 运动 停止 运动 停止 运动 停止 运动 停止 运动 停止 运动 停止 运动 停止 运动 钢料料槽开关 运动运动 运动 运动 运动 运动 运动 运动 铜料料斗开关 运动 运动 运动 运动 运动 运动 运动 运动 表示开关继续运动且无棒料掉落，表示开关运动过程中有棒料掉落图3 棒料输送线布料装置运动循环图总时间为T ，表示构件完成一个运动循环所用总时间。
传送带轮做间歇转动，传送皮带做间歇移动；料槽开关做不间歇转动。
传送带轮的运动周期是料槽开关的三分之一左右。
三、机械系统运动功能分析根据前面的分析可知，槽轮1,2工作的执行机构应该具有的运动功能如图4所示。
运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇转动，由题意知要求达到的输入转速分别为115rpm ，85rpm ，55rpm 。
哈工大机械原理课程设计产品包装线设计(方案2)
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：机械原理课程设计设计题目：产品包装生产线（方案2）院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学产品包装生产线(方案2)1.设计课题概述如图1所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长×宽×高=600×200×200，采取步进式输送方式，小包装产品送至A处（自由下落）达到3包时，被送到下一个工位进行包装。
原动机转速为1430rpm，产品输送数量分三档可调，每分钟向下一工位分别输送12、21、30件小包装产品。
图1产品包装生产线（方案2）功能简图2.设计课题工艺分析由设计题目和图1可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A处把产品推向下一工位的是执行构件2，这两个执行构件的运动协调关系如图2所示。
执行构件运动情况执行构件1 进退进退进退执行构件2 退停止进退图2产品包装生产线（方案2）运动循环图图2中是执行构件1的工作周期，是执行构件2 的工作周期，是执行构件2的动作周期。
由图2 可以看出，执行构件1是作连续往复运动，执行构件2是间歇运动，执行构件2的工作周期是执行构件1的工作周期的3倍，执行构件2的动作周期则只有执行构件1的工作周期的四分之三左右，所以，执行构件2大多数时间是在停歇状态。
3.设计课题运动功能分析根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。
该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件的转速分别为12、21、30 rpm。
12、21、30 rpm图3 执行机构1的运动功能由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到12、21、30rpm的转速，则由电动机到执行机构1之间的传动比有3种分别为：= = 119.167= = 68.095= = 47.667总传动比由定传动比与变传动比组成，即：===三种传动比中最大，最小。
哈工大机械原理课程设计--棒料输送线布料装置
哈工大机械原理课程设计--棒料输送线布料装置(总20页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：机械原理设计题目：棒料输送线布料装置(方案1)院系：机电工程学院班级：设计者:学号：1指导教师：王洪祥设计时间：哈尔滨工业大学目录1、题目要求 (4)2．题目解答 (4)（1）工艺动作分析 (4)（2）运动功能分析及运动功能系统图 (5)（3）系统运动方案拟定 (8)（4）系统运动方案设计 (12)1）带传动设计 (12)2）滑移齿轮传动设计 (13)3）齿轮传动设计 (16)4）槽轮机构设计 (17)5）不完全齿轮机构设计 (18)6）执行机构2,3的设计 (19)（5）运动方案执行构件运动时序分析 (20)（6）参考文献 (21)棒料输送线布料装置（方案1）1、题目要求如图下图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50,80,110块分3档可以调节。
图1图22．题目解答（1）工艺动作分析由设计题目和图1可以看出，推动输送带运动的是执行构件1，使钢料下落的是执行构件2，使铜料下落的是执行构件3，这三个构件的运动关系如图3所示。
T1 T1 T1 T1执行构件运动情况执行构件1运动停止运动停止运动停止运动停止执行构件2停止放料停止放料停止停止停止放料执行构件3停止停止停止放料停止停止停止停止T2、T3图3 棒料输送线布料装置运动循环图图3中T1是执行构件1的工作周期，T2是执行构件2的工作周期，T3是执行构件3的工作周期。
由图3可以看出，执行构件1是作间歇转动，执行构件2作间歇转动，执行构件3也作间歇转动，执行构件2和3的工作周期相等，且为执行构件1的3倍。
哈工大机械原理课程设计示范(棒料布料装置)
机械原理课程设计
一、题目的重述
设计题目：棒料输送线布料装置（方案 7） 使用功能描述：棒料输送布料装置（方案 7）功能描述如图 1 所示棒料输送 线。料斗中分别装有直径 35mm ，长度150mm 的钢料、铜料和铝料。在输送线上 按照图 2 所示的规律布置棒料。原动机的转速为 1430rpm，每分钟布置棒料 40、 60、80 块，分 3 档可以调节。
图 9. 此布料机的原动机运动拟定方案
（2）一级减速及过载保护 一级减速及过载保护机构采用传动比为 2.5 的皮带轮与皮带，示意图如下：
图 10. 此布料机的一级减速机构及过载保护装置运动拟定方案
（3）二级减速及调速机构 二级减速及调速机构采用由三对滑移齿轮构成的滑移齿轮组，示意图如下：
第 八 页 共 二十 页
机械原理课程设计说明书（论文）
图 11. 此布料机的二级减速机构及转速调控装置运动拟定方案
（4）三级减速及运动分支点 三级减速及运动分支点采用一个定轴轮系加以实现，其示意图如下：
图 12. 此布料机的三级减速机构及运动分流装置运动拟定方案
（5）执行机构 I 规定运动的实现 4 中的运动分支点通过一个圆锥齿轮及其连轴曲柄-槽轮机构输出动力，再通 过与槽轮机构连轴的皮带轮进行传动，完成执行机构 I 规定的单向间歇直动工艺
图 1. 棒料输送布料装置功能描述示意图
图 2. 棒料输送布料装置布料布局示意图
二、工艺动作分析
1.工艺动作的运动循环设计 在该棒料输送线布料装置（下简称“布料机”）的一个工作周期内，皮带轮需
要向前移动四个工位（一个工位长度为 200mm），并且铜料口和铝料口需要各 自释放一次棒料；而铝料口需要释放两次棒料。在皮带轮运动时各个料口必须保 持紧闭；在各个料口放料的时候，皮带轮必须要保持静止。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：机械原理设计题目：棒料输送线布料装置（方案9）院系：能源学院班级：1102101设计者：刘祺学号：1110200114指导教师：王瑜设计时间：2013年7月哈尔滨工业大学棒料输送线布料装置设计1.设计题目棒料输送线布料装置（方案9）使用功能描述如下图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、铜料和铝料。
在输送线上按照图2所示的规律布置棒料。
原动机转速为1430rpm，每分钟布置棒料45,75,95块，分3档可以调节。
2.工艺动作分析由图1、2可以看出，该布料输送线装置有两个执行构件。
执行构件1为推料滑块，将后方料斗中的最底层棒料推入输送线上相应的槽内。
执行构件2为输送线传动带，推动产品在输送线上运动。
这两个运动的协调关系如图所示。
图3 棒料输送线布料系统运动循环图可以看出执行构件1和执行构2的总工作周期相等，即T。
T1为执行构件1的运动周期，此时执行构件2停止不动。
T2为执行构建2的运动周期，同时执行构件1停止不动。
并且执行构件1的运动规律为，“推-回—停”间歇的往复直线运动。
执行构件2的运动为间歇直线移动。
设定执行构件1和2的间歇时间均为工作周期的二分之一，即运动时间和间歇时间相等。
3.运动功能分析3.1执行机构1功能分析驱动执行构件1工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。
该运动功能单元将连续的单向转动转化为间歇的往复直线移动。
主动件单向转动一周，从动件（执行构件1）往复运动2次。
根据设计题目要求，执行构件1每次推入3块棒料，即主动件转动一周，推入6块棒料。
为达到每分钟布置棒料45,75,95块的设计要求，主动件转动需分别达到7.5rpm、12.5rpm、15.8333（155rpm。
6图4 执行机构1的运动功能从连续的单向转动转化为间歇的往复直线移动显然不能一步实现，需要多个构件形成执行机构1。
先将连续的单向转动转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件1的间歇时间是工作周期的二分之一。
因此间歇运动功能单元的运动系数τ=0.5。
此时执行构件1的工作周期T为执行构件1的工作周期T的1二分之一。
图5 连续转动转化为间歇转动的运动功能单元为将该间歇转动构件每次转位时的转角转化为整周转动，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速运动功能单元增速。
图6 转动增速运动功能单元最后将连续转动转化为往复移动。
这样即可以实现执行构件1“推-回—停”间歇的往复直线运动的运动规律。
执行机构1的的运动功能就是把连续转动转化为间歇的往复直线运动。
图7 执行机构1实际运动功能3.2 执行机构2功能分析驱动执行构件2工作的执行机构应具有的运动功能如下图所示。
该运动单元将连续的单向转动转化为间歇的单向直线移动。
主动件单向转动一周，从动件（执行构件2）前进两次。
根据设计题目要求，执行构件2每次移动600mm，即运送3块棒料。
主动件转动一周，运送6块棒料。
由工艺分析得，执行构件2与执行构件1工作周期相等，主动件转速相等图8执行机构2运动功能与3.1同理。
需将连续的单向转动先转化为间歇转动，由系统运动循环图可以看出执行构件2的间歇时间同样是是工作周期的二分之一。
因此间歇运动功能单元的运动系数τ=0.5。
此时执行构件2的工作周期T2为执行构件2的工作周期T的二分之一。
再将其转动部分转化为直线移动。
由于执行构件2每次移动600m，若将间歇转动的从动件直接驱动传送带，回转半径太大。
所以再添加一个增速运动功能单元。
执行机构2的的运动功能就是把连续转动转化为间歇的单向直线移动。
图9 执行机构2实际运动功能3.3 减速及有级变速系统原动机转速为1430rpm，为了达到所需的传动比要求和换挡功能，原动机与执行构件之间需要加上变速器。
要求在执行构件的主动件上分别得到7.5、12.5、15.833rpm的转速，则该变速器总传动比i有3种，分别为i1=14307.5=190.6667i2=143012.5=114.4000i3=143015.8333=90.3158总传动比由定传动比if 和变传动比iv两部分组成：i1=i f i v1i2=i f i v2 i3=i f i v3由于定传动比if 为常数，3种变传动比中iv1最大，iv3最小。
本设计采用滑移齿轮变速。
滑移齿轮传动比最大应不大于4，即设iv1=4 计算的定传动比i f=i1i v1=190.66674=47.6667可求得其他变传动比i v2=i2i f =114.4047.6667=2.4000i v3=i3i f =90.315847.6667=1.8947下图为传动系统有级变速功能单元为了保证系统过载时不至于损坏，需要在原动机和传动系统之间加一个过载保护环节。
过载保护运动功能单元采用带传动实现。
同时实现减速和过载保护功能。
图11过载保护运动功能单元减速功能单元，即定轴传动部分传动比i f2.5=47.67772.5=19.0667这部分传动比由两对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮实现。
添加这对圆锥齿轮是为了改变传动平面，使变速器运动主平面与布料系统运动主平面垂直，避免尺寸布局上的影响。
为了使三对齿轮的传动比小于4，初步设定圆锥齿轮传动比为2,另两对圆柱齿轮相同，传动比为3.1。
图12 减速功能单元3.4变速系统执行构件驱动系统之间的连接为了使用同一原动机驱动执行构件1和2，应该在减速功能单元之后加一运动分支功能单元。
由于执行构件1和2的主动件转速相同，且减速功能单元已经达到主动件所需转速，只需将已有转速传递给两个主动件即可，无需变速。
但是执行构件1的运动主平面垂直于布料系统运动主平面，执行构件2的运动主平面即布料系统运动主平面，二者互相垂直。
因此运动分支功能单元之后需要用圆锥图10 有级变速运动功能单元齿轮改变转速传递平面。
变速系统执行构件驱动系统之间的连接系统功能图如下图133.5运动功能系统图根据上述分析，可以画出整个系统的运动图14棒料输送线布料装置（方案9）的运动功能系统图4.机械系统运动方案根据运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。
图14中的运动功能单元1是原动机，转速1430rpm 。
图15 电动机替代运动功能单元1图14中运动功能单元2是过载保护功能单元兼减速功能，采用带传动替代，如图图16带传动替代运动功能单元图14中运动功能单元3是有级变速功能，采用三对滑移齿轮替代，如图图17 滑移齿轮替代运动功能单元3图14中运动功能4和5是减速功能，采用2级齿轮传动和一对圆锥齿轮替代，如图。
图18 2图14中运动功能单元6、7、11是运动分支功能单元。
在变速系统输出轴上添加两个相同的齿轮，与轴固联。
各用一个圆锥齿轮改变转速传递平面，如图 图20 两对圆锥齿轮传动替代运动功能单元6、7、11图19 圆锥齿轮传动替代运动功能单元5图14中运动功能单元8是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，采用槽轮机构替代。
该运动功能单元的运动系数τ=0.5。
根据槽轮机构运动系数的计算公式τ=kz−22z，最后确定销钉个数k=2，槽轮的径向槽数z=4。
图14中运动功能单元9是增速运动功能单元，采用一对圆柱齿轮传动代替，其中一个齿轮与槽轮同轴，角速度相同，另一个齿轮作为运动功能单元10的运动输入，如图。
9图14中运动功能单元10是把连续转动转化为连续往复移动的运动功能单元，采用曲柄滑块机构替代。
其中圆锥齿轮传动的主动轮与曲柄固联如图图23曲柄滑块机构替代运动功能10槽轮轴图21槽轮机构替代运动功能单元8此处曲柄滑块机构需实现同时推动三块料的功能，则需要增添扩展机构。
以如图所示支架，带动三个滑块，使它们与原机构中滑块运动规律相同。
（该图为俯视图）。
构代替。
图14中运动功能单元13是增速运动功能单元，仍采用一对圆柱齿轮传动。
其中一个齿轮与运动功能单元12中的槽轮同轴，角速度相同，另一个作为运动功能单元14的运动输入。
图26 一对定轴齿轮传动代替运动功能13推料滑块 槽轮轴 图24 曲柄滑块机构的扩展机构 执行构件1图14中运动功能单元14是把连续转动转换为单向直线移动的运动功能单元。
采用一个圆柱齿轮直接带动传送带。
该齿轮线速度等于传送动所需前进速度。
角速度等于运动输入齿轮角速度。
图27 带传动替代运动功能单元14根据上述分析，把各个运动功能的替代机构依次连接起来，即到棒料输送线布料装置（方案9）方案机械运动简图，如图28ABA 向B向图28棒料输送线布料装置（方案9）的机械运动简图5.机械系统尺寸设计5.1执行机构1的设计执行机构1驱动执行构件1运动。
执行机构1由槽轮机构19、20，一对圆柱齿轮21、22，曲柄23，连杆24和滑块25组成。
此机构中槽轮机构，拨盘19转180°，槽轮20转90°，运动系数为0.5（详见槽轮机构设计5.3）。
圆柱齿轮21、22传动比为0.25（详见齿轮传动设计），即槽轮转90°，圆柱齿轮22转360°。
由设计题目要求，根据棒料长度，设定滑块的行程为200mm。
先确定几何关系，如图29中C1、C2为曲柄滑块机构的两个极限位置AC1=AB+BC AC2=BC-AB曲柄滑块机构是一种具有急回运动特性的机构，设在工作中该机构的行程速比系数为K=1.4则，该机构的极位夹角为θ=K−1K+1180°=30°在2C1中应用余弦定理cosθ=AC22+AC12−C2C122AC1×AC2图29 曲柄滑块机构示意图水平往复直线运动根据曲柄存在条件,需满足AC+e<BC计算初步确定 AB=91mm BC=182mm e=62mm要求最小传动角大于40°,C2位置出现最小传动角γminγmin=90°−arcsineAC2=47.05°>40°所选尺寸满足机构的传动要求。
5.2执行机构2的设计执行机构2驱动执行构件2运动。
执行机构2由槽轮机构28、29，一对圆柱齿轮30、31，带传动32、33组成。
此机构中槽轮机构，拨盘28转180°，槽轮29转90°，运动系数为0.5（详见槽轮机构设计5.3）。
圆柱齿轮30、31传动比为0.25，即槽轮转90°，圆柱齿轮31转360°。
圆柱齿轮32与31同轴，角速度相同，传送带与齿轮32线速度相同（详见齿轮传动设计）。
5.3槽轮机构设计槽轮机构19、20与槽轮机构28、29完全相同，为满足运动系数τ=0.5，根据公式τ=j z−2 2z确定拨盘圆销数j=2，槽轮槽数z=4，如图槽轮槽间角2β=360°z=360°4=90°槽轮每次转位时拨盘的转角2α=180°−2β=90°设定中心距图30 槽轮机构示意图a =100mm拨盘圆销回转半径λ=ra =sinβ=sin45°=0.7071r=λa=70.711mm槽轮半径ξ=Ra=cosβ=0.7071 R=ξa =70.711mm锁止弧张角γ=2π(1j+1z−12)=90°圆销半径r A ≈r6=70.711÷6=11.78mm =12mm槽轮槽深h>(λ+ξ−1)×100+12=53.42mm锁止弧半径r s <r-r A =58.7mm 取r s =48mm 5.4滑移齿轮传动设计 5.4.1齿数确定齿轮5,6,7,8,9,10组成滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为z 5、z 6、z 7、z 8、z 9、z 10由3.3中计算得三对齿轮所需传动比如下i v1=4.00 i v2=2.40 i v3=1.89最小不根切齿数为17，且一对齿轮齿数最好是质数比。