淺析鐵板輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

張哲暢　+張俐

摘要:針對(duì)鐵板輸送機(jī)的規(guī)定長度并執(zhí)行剪切工藝的要求，對(duì)整個(gè)輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做了分析，同時(shí)對(duì)整體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析，針對(duì)給出方案重點(diǎn)設(shè)計(jì)了四連桿部位，實(shí)現(xiàn)了鐵板輸送機(jī)的整體功能，證明該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：鐵板輸送機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；四連桿設(shè)計(jì)

1簡介

鐵板輸送機(jī)又叫“開卷機(jī)”。屬于通用機(jī)械。鐵板輸送機(jī)是集項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作各類光機(jī)電一體化物流輸送設(shè)備，它包括夾持和輸送鐵板，并在停歇時(shí)保搶救無效鐵板的待剪位置；能夠?qū)崿F(xiàn)間歇送進(jìn)，并能使鐵板停歇時(shí)，運(yùn)送鐵板的構(gòu)件的速度的加速度曲線仍然連續(xù)，使整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。

其結(jié)構(gòu)一般具有以下特點(diǎn)：

（1）它每次輸送鐵板長度一般為為1900mm、2000mm或2200mm[1]。

（2）剪斷工藝所需時(shí)間約為鐵板輸送周期的1/15．要求鐵板停歇時(shí)間不超過剪斷工藝時(shí)間的1.5倍，以保證能有較高的生產(chǎn)率[1]。

（3）輸送機(jī)[2]構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)，振動(dòng)和沖擊應(yīng)盡量小(即要求輸送機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的加速度曲線連續(xù)無突變)。

（4）自動(dòng)化按鈕控制,安全,便當(dāng)。

（5）安全標(biāo)識(shí)和安全標(biāo)簽,確保使用安全。

（6）可以配備輸送帶加料。

鐵板輸送機(jī)的工藝流程較為固定：鐵板夾持→鐵板輸送→剪切鐵板→工件成形，其中，本次設(shè)計(jì)主要為鐵板的輸送。

為了實(shí)現(xiàn)鐵板的輸送，主要需要針對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。 由于鐵板輸送機(jī)工作和停頓的工作特點(diǎn)，可以考慮用間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本文對(duì)比分析了兩種間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（不完全齒輪機(jī)構(gòu)和齒輪連桿間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)），同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)設(shè)計(jì)，得出符合要求的四連桿設(shè)計(jì)尺寸。

2間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇

由于鐵板輸送機(jī)工作和停頓的工作特點(diǎn)，可以考慮用間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[3]。間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方式有很多，主要有通過不完全齒輪機(jī)構(gòu)和齒輪—連桿機(jī)構(gòu)兩種方式。

2.1不完全齒輪機(jī)構(gòu)

常用的間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇采用的是不完全齒輪機(jī)構(gòu)的形式，該形式主要具有結(jié)構(gòu)簡便的優(yōu)點(diǎn)。不完全齒輪是由一般的全齒輪機(jī)構(gòu)演變而來，與一般的的全齒輪相比，最大的區(qū)別在于齒輪的整個(gè)圓周上沒有布滿輪齒[4]。

要求“剪斷工藝所需時(shí)間約為鐵板輸送周期的十五分之一”，反映到主動(dòng)齒輪上要求有齒部分與無齒部分之比為14:1，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中所要求，每次進(jìn)給2200mm,所以我們假設(shè)輪轂直徑D=900mm。

解得θ=280°，即當(dāng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期T的過程中，從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)280°。主動(dòng)齒輪有齒部分為336°，無齒部分角度為24°，這樣即可滿足1/15的比列,利用solidworks的toolbox中的齒輪插件我們先選定從動(dòng)齒輪z2=82,m2=5mm,如圖1，給齒輪d=385mm,這個(gè)尺寸可以滿足傳送強(qiáng)度要求，并且接近整數(shù)。

2.2齒輪—連桿間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

齒輪—連桿間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)前者有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)沖擊都比較小的優(yōu)點(diǎn)，能更好的控制每次運(yùn)動(dòng)的時(shí)間[5]。

4極電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，我們將電動(dòng)機(jī)與渦輪先用傳送帶連接，減小轉(zhuǎn)速，再通過渦輪蝸桿連接，進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)速。運(yùn)動(dòng)方案簡圖如圖２所示。

2.3優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩種方案對(duì)比如表1。

目前，由于不完全齒輪結(jié)構(gòu)簡單，鐵板輸送機(jī)很多采用不完全齒輪形式，但考慮到鐵板機(jī)沖擊比較大，因盡量運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。經(jīng)分析，選擇齒輪—連桿間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為較佳運(yùn)動(dòng)方案，如圖3。

3四連桿尺寸確定

結(jié)合前面方案的選定，需要對(duì)四連桿的尺寸做設(shè)計(jì)。由上面的分析可知，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿足三個(gè)條件[6]：

（1）曲柄AB轉(zhuǎn)過30度（約為1/15，計(jì)算簡單）時(shí)每一瞬間主動(dòng)件跟從動(dòng)件要滿足關(guān)系：

（2）桿長應(yīng)滿足曲柄存在條件，保證主動(dòng)件能作整周回轉(zhuǎn)；

（3）傳動(dòng)角。（圖４）用反轉(zhuǎn)法[7]確定各桿長度，先假設(shè)AB=100mm,初始角度為60°，根據(jù)上面的公式確定：

當(dāng)時(shí)，；。

可得：BC=687.49mm,CD=321.06mm。

因?yàn)锽C+CD>AB＋AD，所以滿足桿長條件，最小壓力角：

滿足最小傳動(dòng)比關(guān)系。

所以各桿長度分別為：

AB=100mm,BC=687.49mm,CD=321.08mm,AD=600mm。

根據(jù)以上計(jì)算，四連桿的尺寸是可以確定的，同時(shí)，結(jié)合四連桿的設(shè)計(jì)尺寸和傳動(dòng)要求能夠確定周轉(zhuǎn)輪系的齒輪參數(shù)。經(jīng)過尺寸設(shè)計(jì)，模擬裝配模型如圖5。

4結(jié)論

本文重點(diǎn)分析鐵板輸送機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇和針對(duì)特定情況下工況的四連桿的設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)結(jié)果來看，該方案的設(shè)計(jì)計(jì)算并不是特別復(fù)雜，具有很強(qiáng)的可行性，能夠通過計(jì)算得出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸，同時(shí)能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)鐵板輸送機(jī)傳動(dòng)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾小惠,王玉丹,路桂英.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[S].中國地質(zhì)大學(xué)機(jī)電學(xué)院,2012(05).

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[3]關(guān)玉明,張文雅.間歇機(jī)構(gòu)—不完全齒輪的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2009,07(07).

[4]王猛.不完全齒輪自動(dòng)換向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的研究[D].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2010.

[5]陳璟.齒輪連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合[D].福建:福州大學(xué),2004.

[6]富廣祥,陳書慶,魏燕生.四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析簡便方法[J].機(jī)械工程師,1988(03).

[7]孫恒,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2006(05).endprint