浅析铁板输送机构设计原理

张哲畅　+张俐

摘要:针对铁板输送机的规定长度并执行剪切工艺的要求，对整个输送机的结构特点做了分析，同时对整体进行了结构方案的对比分析，针对给出方案重点设计了四连杆部位，实现了铁板输送机的整体功能，证明该方案的可行性。

关键词：铁板输送机；结构设计；四连杆设计

1简介

铁板输送机又叫“开卷机”。属于通用机械。铁板输送机是集项目设计与制作各类光机电一体化物流输送设备，它包括夹持和输送铁板，并在停歇时保抢救无效铁板的待剪位置；能够实现间歇送进，并能使铁板停歇时，运送铁板的构件的速度的加速度曲线仍然连续，使整个机构的运转比较平稳。

其结构一般具有以下特点：

（1）它每次输送铁板长度一般为为1900mm、2000mm或2200mm[1]。

（2）剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的1/15．要求铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的1.5倍，以保证能有较高的生产率[1]。

（3）输送机[2]构运转应平稳，振动和冲击应尽量小(即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变)。

（4）自动化按钮控制,安全,便当。

（5）安全标识和安全标签,确保使用安全。

（6）可以配备输送带加料。

铁板输送机的工艺流程较为固定：铁板夹持→铁板输送→剪切铁板→工件成形，其中，本次设计主要为铁板的输送。

为了实现铁板的输送，主要需要针对运动机构进行分析。 由于铁板输送机工作和停顿的工作特点，可以考虑用间歇传动机构，本文对比分析了两种间歇传动机构（不完全齿轮机构和齿轮连杆间歇运动机构），同时对运动机构做了详细设计，得出符合要求的四连杆设计尺寸。

2间歇传动机构的选择

由于铁板输送机工作和停顿的工作特点，可以考虑用间歇传动机构[3]。间歇传动机构的方式有很多，主要有通过不完全齿轮机构和齿轮—连杆机构两种方式。

2.1不完全齿轮机构

常用的间歇传动机构选择采用的是不完全齿轮机构的形式，该形式主要具有结构简便的优点。不完全齿轮是由一般的全齿轮机构演变而来，与一般的的全齿轮相比，最大的区别在于齿轮的整个圆周上没有布满轮齿[4]。

要求“剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一”，反映到主动齿轮上要求有齿部分与无齿部分之比为14:1，根据实际生产过程中所要求，每次进给2200mm,所以我们假设轮毂直径D=900mm。

解得θ=280°，即当主动齿轮旋转一个周期T的过程中，从动齿轮旋转280°。主动齿轮有齿部分为336°，无齿部分角度为24°，这样即可满足1/15的比列,利用solidworks的toolbox中的齿轮插件我们先选定从动齿轮z2=82,m2=5mm,如图1，给齿轮d=385mm,这个尺寸可以满足传送强度要求，并且接近整数。

2.2齿轮—连杆间歇运动机构

齿轮—连杆间歇运动机构相对前者有运转平稳，振动冲击都比较小的优点，能更好的控制每次运动的时间[5]。

4极电机额定转速为1440r/min，我们将电动机与涡轮先用传送带连接，减小转速，再通过涡轮蜗杆连接，进一步减小转速。运动方案简图如图２所示。

2.3优缺点对比

两种方式各有优缺点，两种方案对比如表1。

目前，由于不完全齿轮结构简单，铁板输送机很多采用不完全齿轮形式，但考虑到铁板机冲击比较大，因尽量运转平稳。经分析，选择齿轮—连杆间歇运动机构作为较佳运动方案，如图3。

3四连杆尺寸确定

结合前面方案的选定，需要对四连杆的尺寸做设计。由上面的分析可知，曲柄摇杆机构应该满足三个条件[6]：

（1）曲柄AB转过30度（约为1/15，计算简单）时每一瞬间主动件跟从动件要满足关系：

（2）杆长应满足曲柄存在条件，保证主动件能作整周回转；

（3）传动角。（图４）用反转法[7]确定各杆长度，先假设AB=100mm,初始角度为60°，根据上面的公式确定：

当时，；。

可得：BC=687.49mm,CD=321.06mm。

因为BC+CD>AB＋AD，所以满足杆长条件，最小压力角：

满足最小传动比关系。

所以各杆长度分别为：

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

根据以上计算，四连杆的尺寸是可以确定的，同时，结合四连杆的设计尺寸和传动要求能够确定周转轮系的齿轮参数。经过尺寸设计，模拟装配模型如图5。

4结论

本文重点分析铁板输送机的传动机构的方案选择和针对特定情况下工况的四连杆的设计，从设计结果来看，该方案的设计计算并不是特别复杂，具有很强的可行性，能够通过计算得出传动机构的尺寸，同时能够稳定的实现铁板输送机传动的特点。

参考文献：

[1]曾小惠,王玉丹,路桂英.机械原理课程设计指导书[S].中国地质大学机电学院,2012(05).

[2]成大先.机械设计手册[S].北京:化学工业出版社,2010.

[3]关玉明,张文雅.间歇机构—不完全齿轮的设计及应用[J].机械工程与自动化,2009,07(07).

[4]王猛.不完全齿轮自动换向机构传动性能的研究[D].济南:济南大学,2010.

[5]陈璟.齿轮连杆机构的分析与综合[D].福建:福州大学,2004.

[6]富广祥,陈书庆,魏燕生.四连杆机构运动分析简便方法[J].机械工程师,1988(03).

[7]孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006(05).endprint