機械原理課程設(shè)計-- 包裝機推包機構(gòu)運動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　機械原理課程設(shè)計</b></p><p>　　題目： 包裝機推包機構(gòu)運動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 工學(xué)院 </p><p>　　姓 名： **

2、 </p><p>　　學(xué) 號： ** </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　班 級： ** <

3、/p><p>　　指導(dǎo)教師： *** 職 稱：**</p><p>　　2013 年 8 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 設(shè)計題目2</b></p><p>　　1.1 設(shè)計題目：包裝機推包機構(gòu)運動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計2&l

4、t;/p><p>　　1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)與要求3</p><p>　　1.3 設(shè)計任務(wù)3</p><p>　　2 推包機構(gòu)運動方案的擬定3</p><p>　　2.1 方案1的運動分析3</p><p>　　2.2 方案2的運動分析4</p><p>　　2.3 方案1和方案2比

5、較與平價5</p><p>　　3 電動機選擇6</p><p>　　3.1 選擇電機類型6</p><p>　　3.2 電動機功率轉(zhuǎn)速選擇7</p><p>　　3.3 皮帶輪的傳動比7</p><p>　　3.4 減速器的傳動比8</p><p>　　4 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)

6、的設(shè)計8</p><p>　　4.1 曲柄導(dǎo)桿的尺寸計算9</p><p>　　4.2 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的速度加速度分析10</p><p>　　4.3 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)設(shè)計圖12</p><p>　　5 凸輪機構(gòu)的設(shè)計12</p><p>　　5.1 凸輪從動件運動線圖13</p><

7、p>　　5.2 從動件運動的位移、速速和加速度13</p><p>　　5.3 凸輪輪廓設(shè)計15</p><p><b>　　1 設(shè)計題目</b></p><p>　　1.1 設(shè)計題目：包裝機推包機構(gòu)運動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　現(xiàn)需設(shè)計某一包裝機的推包機構(gòu)，要求待包裝的工件1（見圖1）先

8、由運輸帶運輸?shù)酵瓢鼨C構(gòu)的推頭2的前方，然后由推頭2將工件由a處推至b處（包裝工作臺),在進行包裝。為了提高生產(chǎn)效率，希望在推頭2結(jié)束回程（由b到a)時，下一個工件已送至推頭2的前方。這樣推頭2就可以馬上再開始推送工作。這就要求推頭2在回程時先退出包裝工作臺，然后再低頭，即從臺面的下面回程。因而就要求推頭2按圖示的“a-b-c-d-e-a”線路運動。即實現(xiàn)“平推—水平退回—下降—降位回退—上升復(fù)位”的運動。</p><

9、p>　　圖 1.1 推包機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的運動要求</p><p>　　1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)與要求</p><p>　　要求每5~6秒鐘包裝一個工件，且給定：L=100mm，S=25mm，H=30mm。行程速度比系數(shù)K在1.2~1.5范圍內(nèi)選取，推包機由電動機驅(qū)動。</p><p>　　在推頭回程中，除要求推頭低位退回外，還要求其回程速度高于工作行程的速度，以便縮

10、短空回行程的時間，提高效率。至于“c-d-e-a”部分的線路形狀不作嚴格要求。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1. 至少提出兩種運動方案，然后進行方案分析評比，選出一種方案進行設(shè)計；</p><p>　　2. 確定電動機的功率和轉(zhuǎn)速；</p><p>　　3. 設(shè)計傳動系統(tǒng)中

11、各機構(gòu)的運動尺寸，繪制推包機的機構(gòu)運動簡圖；</p><p>　　4. 對運輸工件的傳動系統(tǒng)提出一種方案并進行設(shè)計；</p><p>　　5. 對所用到的齒輪進行強度設(shè)計計算，確定其尺寸；</p><p>　　6. 進行推包機結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制其裝配圖；</p><p>　　7. 編寫課程設(shè)計說明書。</p><p>　　

12、2 推包機構(gòu)運動方案的擬定</p><p>　　2.1 方案1的運動分析</p><p>　　圖 2 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合一</p><p>　　如圖所示，在此方案中采用了曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)。圖1中1為推包機構(gòu)的推頭，2為推頭連桿，推頭1、連桿2、連桿3固結(jié)在一起。4為擺桿，5為凸輪，7為導(dǎo)桿。桿3和桿4與桿7共同組成曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)。曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)實現(xiàn)了

13、推頭2水平推進退回的運動。凸輪5和連桿6組成凸輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)主要實現(xiàn)了推頭2低位退回及其低位上升的運動。機構(gòu)的自由度計算為F=3×7－2×9－1=2，凸輪5和導(dǎo)桿7為原動件。凸輪轉(zhuǎn)動由此推動連桿6運動，連桿6的上下運動由凸輪的外輪廓決定，連桿6的運動又控制著動推頭桿2的運動，從而實現(xiàn)了推頭的低位退回和上升復(fù)位的運動要求。與連桿6相連的滑塊保證了推頭的水平運動不受凸輪機構(gòu)的影響。導(dǎo)桿7在電動機的帶動下做往復(fù)周轉(zhuǎn)運動，

14、同時導(dǎo)桿帶動搖桿4做來回擺動運動，搖桿4鉸接于連桿3上的滑塊，實現(xiàn)了推頭的水平來回運動，連桿3上的滑塊保證了推頭桿2只受曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的水平運動的控制而不影響其豎直方向的運動。</p><p>　　2.2 方案2的運動分析</p><p>　　圖 2.2 曲柄導(dǎo)桿與凸輪機構(gòu)的組合二</p><p>　　如圖3所示，1為推頭，連桿2、連桿3與凸輪5一起組成了凸輪機構(gòu)

15、；此凸輪機構(gòu)的設(shè)置目的是為了實現(xiàn)推頭的低位退回上升復(fù)位的運動動作。導(dǎo)桿4、連桿6、固定端、固定端連桿組成曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)；該曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)可以完成推頭的水平往復(fù)運動。電動機經(jīng)過減速后將動力傳至導(dǎo)桿4和凸輪5。凸輪5 勻速轉(zhuǎn)動并通過外表輪廓推動連桿3作出相應(yīng)的運動動作，連桿3又帶動連桿2從而控制推頭的升降運動，兩個鉸接在一起的滑塊把推頭的運動分解為水平運動和豎直運動，并且兩者的運動互不相干擾，即凸輪機構(gòu)只控制著推頭的上升與下降運動，并不作用于推

16、頭的水平運動。推頭的水平運動主要受到曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的控制。導(dǎo)桿4在電動機的帶動下做勻速周轉(zhuǎn)運動，并通過滑塊傳動給搖桿6，搖桿6和連桿7相鉸接把動力傳到推頭，固定端約束了連桿7上的滑塊的上下運動，使得滑塊只能做水平運動動，即實現(xiàn)了推頭的水平來回運動，同時滑塊保證了推頭的上升下降運動不受導(dǎo)桿連桿的影響。</p><p>　　2.3 方案1和方案2比較與平價</p><p>　　方案1和方案2都

17、采用了曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)與凸輪機構(gòu)，兩個方案中都是將兩者通過組合想成一個完整的運動系統(tǒng)，從而實現(xiàn)所需的運動動作。凸輪機構(gòu)具有設(shè)計簡單的優(yōu)點，只需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計凸輪的外形輪廓，便可以得到任意的預(yù)期運動，而且機構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；其缺點是凸輪與從動件為點或線接觸，很容易磨損，只適用于傳動不大的場合，其次是凸輪輪廓的加工比較困難，且從動件的行程不宜過大，過大會使得凸輪變的笨重。曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)具有急回運動性質(zhì)，且其傳動角始終為90度，其壓力角為0，具

18、有最好的傳力性能；該機構(gòu)的缺點是自由度比較小，不適合活動要求高的場合。兩個方案中都是用凸輪機構(gòu)來控制推頭的上升回降。推頭的上升回降都為空載，所需要的推動力比較小，而且從動件的行程較小，故此采用凸輪機構(gòu)，為了減小從動件與凸輪之間的磨損，從動件與凸輪之間的接觸為點接觸，使用滾子從而減小了摩擦。推頭做水平運動時，推程加載，回程空載；由于需要推動工件，故在推頭推程階段推力要大，回程階段推力則要小很多；此外整個推頭的運動行程為100mm，比推頭的

19、豎直運動的行程大很多，為此選用了曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)。在方案1當(dāng)中，整個機構(gòu)較方案2更為簡單，凸輪的設(shè)計也較方案</p><p><b>　　3 電動機選擇</b></p><p>　　3.1 選擇電機類型</p><p>　　電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控

20、制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅(qū)動。電動機已經(jīng)是系列化了，通常由專門的工廠按標(biāo)準(zhǔn)系列成批或大量生產(chǎn)。機械設(shè)計中應(yīng)根據(jù)工作的載荷、工作的要求、工作的環(huán)境、安裝的要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產(chǎn)品目錄中選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速確定具體的型號。</p><p>　　生產(chǎn)的單位一般用三相交流電源，如無特殊的要求（如在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速，經(jīng)常啟動和反轉(zhuǎn)等），通常都采用三相交流異步電

21、動機。我國已制定了一標(biāo)準(zhǔn)的Ｙ系列是一般用途的全封閉的自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕氣體和無特殊要求的機械，如金屬切削機床、風(fēng)機、輸送機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械食品機械等。由于Ｙ系列還具有啟動性好的優(yōu)點，因此也適合某些對啟動轉(zhuǎn)矩要求較高的機械。三相交流異步電動機根據(jù)其額定功率和滿載轉(zhuǎn)速的不同，具有系列型號。為適應(yīng)不同的安裝需要，同一類的電動機結(jié)構(gòu)又制成若干種安裝形式。各類型的電動機的參數(shù)和外型及安裝尺寸可查手冊。<

22、;/p><p>　　3.2 電動機功率轉(zhuǎn)速選擇</p><p>　　由題可知，選擇的原動機為電動機，采取單機集中驅(qū)動的驅(qū)動方式。這種驅(qū)動方式傳動裝置復(fù)雜，操作麻煩，功率較大，但價格便宜。電動機的尺寸較大，輸出剛度較硬，直流電動機可通過改變電阻等來進行調(diào)速，交流電動機可通過變頻、變極進行調(diào)速。電動機通常是單向反轉(zhuǎn)的，在正常溫度下使用，電機采用風(fēng)冷。使用電動機時，需考慮過載保護裝置，以防燒壞電動

23、機。電動機噪聲小，初始成本低，運轉(zhuǎn)費用最低，維護要求最少，功率范圍較廣。題目要求5-6s包裝一個件，即要求曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速為12r/min考慮到轉(zhuǎn)速比較低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動機，查常用電動機規(guī)格，選用Y160L-8型電動機，其轉(zhuǎn)速為720r/min,功率為7.5kW。</p><p>　　考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)

24、動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點。</p><p><b>　　圖 3.2</b></p><p>　　圖3.2為傳動系統(tǒng)的示意圖，由于電動機轉(zhuǎn)速為，而傳至曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速要求為，故此需要對電動機進行減速處理，使用減速器以及皮帶輪對電動機進行減速。減速倍數(shù)為。</p><p>　　3.3 皮帶輪的傳

25、動比</p><p>　　圖 3.3 皮帶輪 １為主動輪，２為皮帶，３為從動輪　</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　3.4 減速器的傳動比</p><p><b>　　圖 3.4 減速器</b></p><p><b>　　∴<

26、;/b></p><p>　　4 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)多用于受力大的場合，用于牛頭刨床、插床和送料裝置中。曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)具有急回運動性質(zhì)，且其傳動角始終為90度，其壓力角為0，具有最好的傳力性能；該機構(gòu)的缺點是自由度比較小，不適合活動要求高的場合。</p><p>　　4.1 曲柄導(dǎo)桿的尺寸計算 </p>

27、<p>　　由題目給定的數(shù)據(jù)L=100mm</p><p>　　行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取</p><p>　　可由導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)的極位夾角公式 </p><p>　　k=1.2-1.5 </p><p>　　其極位夾角的取值范圍為</p><p>　　在這范圍內(nèi)取極位夾角為30°

28、</p><p>　　滑塊的行程題目給出S=100mm</p><p><b>　　圖 4.1</b></p><p>　　已知AE=100㎜，OC=100㎜，∠DOF=30°</p><p><b>　　∴∠DOC=15°</b></p><p>　?。?/p>

29、Ａ＝ＡＢ÷＝１９３㎜</p><p><b>　　∵ＣＤ⊥ＯＡ</b></p><p>　　∴ＣＤ＝ＯＣ×＝２５．８㎜</p><p><b>　　在△ＯＥＧ中</b></p><p>　　已知∠ＯＥＧ＝７５°，ＯＥ＝ＯＡ＝１９３㎜，ＥＧ＝Ｓ＝２５㎜</p>

30、<p><b>　　∴＝３５３７６㎜</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∵</b></p><p><b>　　∴０．１２８</b></p><p><b>　　∴</b><

31、;/p><p>　　曲柄ＣＤ長為２８．５㎜，導(dǎo)桿ＯＡ長１９３㎜，當(dāng)曲柄ＣＤ處于圖示位置時，沿逆時針旋轉(zhuǎn)２１０°至Ｆ位置，導(dǎo)桿ＯＡ便運動至ＯＥ位置，ＡＥ即為行程；當(dāng)導(dǎo)桿處于ＯＥ位置時，導(dǎo)桿繼續(xù)做逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)７．３５°；導(dǎo)桿便由ＯＥ處運動到ＯＧ處，此時行程ＥＧ就是設(shè)計要求里的Ｓ的長度，即ＥＧ＝Ｓ＝２５㎜。</p><p>　　4.2 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的速度加速度分析</

32、p><p><b>　　圖 4.2</b></p><p><b>　　位置分析</b></p><p>　　如圖所示，機構(gòu)的封閉矢量方程式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　展開取實部和虛部：</b

33、></p><p><b>　　兩式相除得：</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　速度分析</b></p><p>　　將（1）式對時間求導(dǎo)得：</p><p><b>　?。?）</b>

34、;</p><p>　　兩邊乘后展開，并取實部虛部得：</p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　加速度分析</b></p><p>　　將（2）式對時間求導(dǎo)得：</p><p>　　兩邊乘后展開，取實部虛部得：</p><p&g

35、t;<b>　　∴</b></p><p>　　注：曲柄長度為，轉(zhuǎn)角為，角速度為，中心距為；導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)角為，角速度為，角加速度為；滑塊在導(dǎo)桿上的位移為s，滑塊速度為，滑塊加速度為</p><p>　　4.3 曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)設(shè)計圖</p><p>　　由以上計算得出曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的基本尺寸，下圖為曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計與其設(shè)計尺寸。</p>

36、<p><b>　　圖 4.3</b></p><p>　　5 凸輪機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　凸輪機構(gòu)具有設(shè)計簡單的優(yōu)點，只需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計凸輪的外形輪廓，便可以得到任意的預(yù)期運動，而且機構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；其缺點是凸輪與從動件為點或線接觸，很容易磨損，只適用于傳動不大的場合，其次是凸輪輪廓的加工比較困難，且從動件的行程不宜過大，過大會使得凸輪變

37、的笨重。</p><p>　　5.1 凸輪從動件運動線圖</p><p><b>　　圖 5.1.1</b></p><p>　　如圖所示，圖 5.1.1 為從動件運動線圖。當(dāng)導(dǎo)桿完成一個推程時，曲柄轉(zhuǎn)動的角度為210曲柄再運功，此時導(dǎo)桿開始做回程運動，當(dāng)回程行程為25㎜時，曲柄轉(zhuǎn)動的角度為7.35（由曲柄導(dǎo)桿設(shè)計部分可知），為計算方便取為7&

38、#176;。即推頭沿路線“a-b-c”運動時，曲柄總共轉(zhuǎn)了217°，由此可知凸輪也應(yīng)旋轉(zhuǎn)了217°，此時凸輪接著轉(zhuǎn)動，由于凸輪外輪廓的改變，從動件開始下降，下降最大值為30㎜,。凸輪進入遠休止角，此時推頭保持低位并做水平回程運動，然后從動件開始復(fù)位上升，同時帶動推頭上升回到位置a。下圖b為凸輪的具體設(shè)計尺寸。起始點為G點，凸輪做逆時針轉(zhuǎn)動沿軌跡“G-A-B-C-D”運動，推頭則沿路線“a-b-c”運動；凸輪由D點轉(zhuǎn)至

39、Ｅ點時，推頭則由ｃ點運動到ｄ點，凸輪處于點Ｅ時推頭運動到最低點ｄ位置；凸輪由Ｅ點轉(zhuǎn)到Ｆ點，推頭保持同一水平位置，由ｄ點水平運動到ｅ點；凸輪從點Ｆ轉(zhuǎn)到點Ｇ時，推頭則由ｅ點運動到ａ點，從而完成上升復(fù)位，此時整個動作完成，開始進行下一次推回運動。（注：在圖ｂ中滾子半徑未給出，此處取滾子半徑ｒ＝１０㎜。）</p><p>　　5.2 從動件運動的位移、速速和加速度</p><p>　　從動件的運

40、動規(guī)律采用擺線運動?xùn)|規(guī)律，圖 5.2為擺線運動規(guī)律圖，其中S為從動件的運動位移，ψ為凸輪轉(zhuǎn)角。</p><p><b>　　圖 5.2</b></p><p>　　注：為推程運動角，為遠休止角，為回程運動角，為近休止角</p><p>　　5.3 凸輪輪廓設(shè)計</p><p><b>　　圖 5.31<

41、/b></p><p>　　下圖ｃ為凸輪相對應(yīng)的四個狀態(tài)</p><p><b>　　圖 5.3.2</b></p><p>　　在圖 5.3.2中，從上到下從左到右分別對應(yīng)著第一、第二、第三、第四狀態(tài)。凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，從G點開始運動沿軌跡“G-A-B-C-D-E-H-F”運動。第一狀態(tài)為G到D，第二狀態(tài)為D到E，第三狀態(tài)為E到F，第四狀