包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

I 摘 要 包裝機(jī)是一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)和外包的機(jī)器的統(tǒng)稱，其主要功能是包裝各種產(chǎn)品，而包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)則是給包裝機(jī)提供包裝產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)，其主要功能就是從生產(chǎn)線將產(chǎn)品輸送到包裝機(jī)的相應(yīng)入口，推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)按一定軌跡的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它推送物品到達(dá)指定包裝工作臺(tái)，該機(jī)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的人工移動(dòng)物品，改善了工作效率低的缺點(diǎn)。 本文所設(shè)計(jì)的推包機(jī)構(gòu)，有回程一體的全自動(dòng)化功能，其主要設(shè)計(jì)思路來自于對(duì)傳統(tǒng)工藝的分解 ,然后按照相應(yīng)功能的機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì) ,對(duì)比 ,選定 ,以及優(yōu)化組合 。 綜合利用凸輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng) ,齒輪的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以及減速器的定 值調(diào)速比的設(shè)定 。再 利用 Auto Cad軟件強(qiáng)大繪圖功能 ,和 Word 的編輯功能 ,把設(shè)計(jì)方案圖文并茂 ,栩栩如生的展現(xiàn)出來。在本系統(tǒng)中 ,用激光感應(yīng)被包裝工件并通過單片機(jī)對(duì)推包機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。激光測(cè)得被推物體確認(rèn)到達(dá)后 ,由感光板上發(fā)出脈沖 ,通過 89C51單片機(jī)及 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2803對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。同時(shí)被包裝工件的件數(shù)由 LED顯示器顯示。對(duì)推包機(jī)構(gòu)則 采用偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)相結(jié)合。其中，偏置滑塊機(jī)構(gòu)控制推頭的水平方向上運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)則控制推頭垂直方向的運(yùn)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，在推頭回程過程中 不影響下一個(gè)工件的到來，從而總體來講提高了效率。 關(guān)鍵詞： 包裝機(jī)；推包機(jī)構(gòu)；減速機(jī)；齒輪 Abstract Packing machine is a machine of a production and outsourcing collectively, Its main function is the packaging of various products, However, the packaging machine push package body is the institutions of packaging products, packaging machine, Its main function is to transport products from the production line to the corresponding entry of the packaging machine, the agencys movement is a movement of the cycle by a certain trajectory. The agency push items arrived at the designated packing table, the agency replaces the traditional manual movable objects inefficiency. I designed the push package institution push package, return one of the fully automated,its main design ideas comes from the decomposition of traditional technology,then designed follow the corresponding function body parts, contrast, selected, and optimized. The use of the cam reciprocates, the movement of the gear drive, and the set value of the speed ratio of the reducer. The use of the powerful drawing features Auto Cad software and Word editing features, design illustrated, lifelike. In this system, laser sensor packaging workpiece to push package institutions controlled by the microcontroller. Laser test object to be driven to confirm arrival, photosensitive plate pulses, stepper motor controlled by the 89C51 microcontroller and stepper motor driver chip ULN2803. The same time, the number of pieces of packaging workpiece by the LED display shows. Push institutions using the combined mechanism of the the bias slider mechanism and disc-shaped cam mechanism, among them, the bias slider mechanism controls the pusher in the horizontal direction movement,and the cam mechanism controls the pusher in the vertical direction movement. In this design,in the return process it does not affect the arrival of the next workpiece, and thus in general, to improve efficiency. Key words: packing machine； push institution； reducer；gear V 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 . 2 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 3 2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) . 4 2.1 方案的選擇 . 4 2.2 凸輪及桿的設(shè)計(jì) . 6 2.2.1 設(shè)計(jì)要求及計(jì)算 . 7 2.2.2 校 核各桿的壓桿穩(wěn)定性 . 9 2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度 . 9 2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度 . 9 2.3 減速器概述 . 10 2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 . 11 2.4.1 初步確定負(fù)載推力 . 11 2.4.2 電動(dòng)機(jī)選擇步驟 . 12 2.4.3 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配 . 14 2.4.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) . 14 2.5 齒輪的設(shè)計(jì) . 14 2.5.1 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)與分類 . 14 2.5.2 齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求 . 14 2.5.3 齒輪組的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 . 15 2.6 軸的設(shè)計(jì) . 19 2.6.1 軸的分類 . 19 2.6.2 軸的材料 . 19 2.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 20 2.6.4 低速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 21 2.6.5 高速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 25 2.6.6 選擇和校驗(yàn)鍵聯(lián)接 . 26 2.7 軸承的選用 . 26 2.7.1 軸承種類的選擇 . 26 2.7.2 深溝球軸承結(jié)構(gòu) . 26 2.8 聯(lián)軸器的選擇 . 27 2.8.1 聯(lián)軸器的功用 . 27 2.8.2 聯(lián)軸器的類型特點(diǎn) . 27 2.8.3 聯(lián)軸器的選用 . 28 2.8.4 聯(lián)軸器材料 . 28 3 控制部分的設(shè)計(jì) . 29 3.1 控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)要求 . 29 3.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) . 29 3.3 控制原理圖 . 32 4 結(jié)論與展望 . 33 4.1 結(jié)論 . 33 4.2 不足之處及未來展望 . 33 致 謝 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 包裝機(jī)械是指能完成全部或部分包裝過程的機(jī)器。作用是給有關(guān)行業(yè)提供必要的技術(shù)裝備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過程。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。機(jī)械包裝的生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，無疑這將會(huì)更好地適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需要，合理安排勞動(dòng)力，為社會(huì)多創(chuàng)造財(cái)富。 現(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單地模仿人的動(dòng)作，甚至可以說在很多場(chǎng)合用巧妙的機(jī) 械方法包裝出來的成品 ,不論在式樣、質(zhì)地或精度等方面，大都是手工操作無法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化，這一點(diǎn)越來越引起了人們的重視。有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很嚴(yán)格，如藥品、食品等，采用機(jī)械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對(duì)產(chǎn)品的污染。同時(shí)由于機(jī)械包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時(shí)間短，從而減少了污染機(jī)會(huì)，有利于食品和藥品的衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。 另外，由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。采用 真空、換氣、無菌等包裝機(jī)械，可使食品和飲料等流通范圍更加廣泛，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。采用自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，節(jié)約了包裝的場(chǎng)地和倉儲(chǔ)面積，并改善了后道包裝工序的工藝條件。 包裝機(jī)械的特點(diǎn) 包裝機(jī)械即具有一般自動(dòng)化機(jī)械的共性，也具有自身的特性，主要有如下特點(diǎn)： (1) 大多數(shù)包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度快，動(dòng)作精度高。為了滿足性能要求，對(duì)零部件的剛度和表面質(zhì)量等都具有較高的要求。 (2) 用于食品和藥品的包裝機(jī)械要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或經(jīng)過化 學(xué)處理的無毒材料制成。 (3) 進(jìn)行包裝時(shí)作用力一般都較小，所以包裝機(jī)械的電動(dòng)機(jī)功率較小。 (4) 包裝機(jī)械一般都采用無級(jí)變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力。因?yàn)橛绊懓b質(zhì)量很多，諸如包裝機(jī)的工作狀態(tài)、包裝材料和包裝物的質(zhì)量等。所以，為了便于機(jī)器的調(diào)整，滿足質(zhì)量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機(jī)設(shè)計(jì)成無級(jí)可調(diào)的，即采用無級(jí)變速裝置。 (5) 包裝機(jī)械是特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維修，減少投資設(shè)備，在各種包裝機(jī)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化、通用性及多功能性 1。 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 研究?jī)?nèi)容： (1) 方案設(shè)計(jì)。并確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸和各構(gòu)件尺寸。 (2) 機(jī)械部分設(shè)計(jì)。確定電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速，并確定其尺寸。 (3) 進(jìn)行推包及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。繪制其裝配圖。 意義：迄今 ,一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家 ,在食品、醫(yī)藥、輕工、化工、紡織、電子、儀表和兵器等工業(yè)部門 ,已經(jīng)程度不同地形成了由原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝三大基本環(huán)節(jié)所組成的包裝連續(xù)化和自動(dòng)化的生產(chǎn)過程 ,有的還將包裝材料加工、包裝容器成型及包裝成品儲(chǔ)存系統(tǒng)都聯(lián)系起來組成高效率的流水作業(yè)線。大量事實(shí)表明 ,實(shí)現(xiàn)包裝的 機(jī)械無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 化和自動(dòng)化 ,尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性 (或稱柔性 )的自動(dòng)包裝線 ,不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向 ,同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益 2。 (1) 能增加花色品種 ,改善產(chǎn)品質(zhì)量 ,加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 (2) 能改善勞動(dòng)條件 ,避免污染危害環(huán)境 (3) 能節(jié)約原材料 ,減少浪費(fèi) ,降低成本 (4) 能提高生產(chǎn)效率 ,加速產(chǎn)品的不斷更新 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 90年代以來，包裝機(jī)械工業(yè)每年平均以 20% 30%的速度增長(zhǎng)，發(fā)展速度高于整個(gè)包裝工業(yè)平均增長(zhǎng)速度的 15% 17%，比傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)平均增長(zhǎng) 4.7個(gè)百分點(diǎn)。包裝機(jī)械工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的新興行業(yè)。我國(guó)目前從事包裝機(jī)械生產(chǎn)的企業(yè)約有 1500多家，其中具有一定規(guī)模的企業(yè)近 400家。產(chǎn)品有 40類， 2700多種，其中有一批既能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要，又能參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)近些年取得了相當(dāng)顯著的成績(jī)，但與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在 20年左右的差距。 3 國(guó)外包裝機(jī)械水平高的國(guó)家主要是美國(guó)、日本、德國(guó)。美國(guó)的包裝工業(yè)發(fā)展較早 ,門類齊全 ,基礎(chǔ)扎實(shí) ,水平很高。僅就包裝機(jī)械制造業(yè)而論 ,實(shí)力相當(dāng)雄厚 ,其品種與總產(chǎn)值均居世界首位。由于國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化 ,自選 市場(chǎng)蓬勃興起 ,客觀上要求包裝機(jī)械沿著自動(dòng)化方向發(fā)展 ,并將電子計(jì)算機(jī)及其他有關(guān)新技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程。日本已建立起獨(dú)立的包裝工業(yè)體系 ,其包裝工業(yè)總產(chǎn)值約為美國(guó)的一半而躍居世界的第二位。日本擁有一批規(guī)模不大的包裝機(jī)械制造廠 ,側(cè)重于開發(fā)中小型、半自動(dòng)的包裝機(jī)及配套設(shè)備 ,其技術(shù)水平好多已進(jìn)入國(guó)際的先進(jìn)行列。由政府資助的日本包裝技術(shù)協(xié)會(huì)主要搞技術(shù)情報(bào)交流。另外設(shè)有日本包裝機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì) ,它乃是本行業(yè)的全部業(yè)務(wù)活動(dòng)中心。而德國(guó)的包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)、制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位。德國(guó)包裝機(jī)械的 77為出口。中國(guó)是德國(guó)包 裝機(jī)械的主要出口國(guó)。最著名的是克朗斯公司 (KRONES)， 2002年銷售額達(dá)到 20億歐元，中國(guó)知名的啤酒企業(yè)都進(jìn)口過他們的設(shè)備 4。最近幾年德國(guó)設(shè)備表現(xiàn)出如下特點(diǎn)： (1) 工藝流程自動(dòng)化程度越來越高。 (2) 提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。 (3) 適應(yīng)產(chǎn)品變化，設(shè)計(jì)具有好的柔性和靈活性。 (4) 成套供應(yīng)能力強(qiáng)。 (5) 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍使用仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。 我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)存在的問題：研發(fā)經(jīng)費(fèi)少，技術(shù)力量薄弱。低水平重復(fù)太多。行業(yè)科技力量不足。國(guó)際貿(mào)易人員匱乏。應(yīng)變能力不強(qiáng)。 我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)： (1) 生產(chǎn)效率化。機(jī)械功能多元化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。控制智能化。 (2) 資源的高利用化 (3) 產(chǎn)品節(jié)能化 (4) 新技術(shù)實(shí)用化 (5) 大力加強(qiáng)科研、開發(fā)能力 我國(guó)裝機(jī)械既面臨著國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)和競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也面臨著巨大的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 較好的發(fā)展機(jī)遇。進(jìn)入 21世紀(jì)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體水平和綜合國(guó)力又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，國(guó)際國(guó)內(nèi)的環(huán)境都為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展提供良好的機(jī)遇 5。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展特別快，但是在膠帶機(jī)包裝機(jī)械行 業(yè)的發(fā)展動(dòng)力卻顯得上升乏力。運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品及技術(shù)在包裝機(jī)械上的作用主要是達(dá)到精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步的要求，主要用在裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是區(qū)別高、中、低端膠帶機(jī)包裝機(jī)械的關(guān)鍵因素之一，也是中國(guó)包裝機(jī)械升級(jí)的技術(shù)支撐。因此，需要對(duì)包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式做設(shè)計(jì)改善。 經(jīng)過考慮現(xiàn)在包裝機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)后 , 為了更好地實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的自動(dòng)化控制，改進(jìn)推包機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率而給定的。 推包機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)推送，回程全自動(dòng)一體化的一個(gè)機(jī)構(gòu)。它由推刨機(jī)構(gòu)，回程機(jī)構(gòu)以及電動(dòng)機(jī)組成?，F(xiàn)需 要設(shè)計(jì)某一包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)，要求待包裝的工件先由輸送帶送到推包機(jī)構(gòu)的推頭的前方，然后由該推頭將工件由推至包裝工作臺(tái)，再進(jìn)行包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭結(jié)束回程時(shí)，下一個(gè)工件已送到推頭的前方。這樣推頭就可以馬上再開始推送工作。這就要求推頭在回程時(shí)先退出包裝工作臺(tái)，然后再低頭，即從臺(tái)面的下面回程。因而就要求推頭實(shí)現(xiàn)“平推 水平退回 下降 降位退回 上升復(fù)位”的運(yùn)動(dòng)。 我的設(shè)計(jì)是每 5-6s 包裝一個(gè)工件，且假定：滑塊移動(dòng)距離 L=400mm, 推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離 S=100mm, 推頭回程向下的距離 H=50mm。行程速比系數(shù) K 在 1.2-1.5范圍內(nèi)選取，推包機(jī)由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)。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，以便縮短空回程的時(shí)間，提高工效。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 2.1 方案的選擇 實(shí)現(xiàn)改推包機(jī)構(gòu)可以使用偏置滑塊機(jī)構(gòu)、往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)、盤形凸輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)、雙凸輪機(jī)構(gòu)、搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)及組合機(jī)構(gòu)。 方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合 圖 2-1 方案一的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 方案一的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 該機(jī)構(gòu)由凸輪 1和凸輪 2，以及 5個(gè)桿組成。機(jī)構(gòu)一共具有 7個(gè)活 動(dòng)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副有 7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副， 4個(gè)移動(dòng)副以及兩個(gè)以點(diǎn)接觸的高副 。其中機(jī)構(gòu)的兩個(gè)磙子存在兩個(gè)虛約束。由此可知： 機(jī)構(gòu)的自由度： 1P-PP2-N3 h1 F 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 機(jī)構(gòu)中有一個(gè)原動(dòng)件，原動(dòng)件的個(gè)數(shù)等于該機(jī)構(gòu)的自由度。所以，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。在凸輪 1帶動(dòng)桿 3會(huì)在一定的角度范圍內(nèi)搖動(dòng)。通過連桿 4推動(dòng)桿 5運(yùn)動(dòng)，然后連桿 6在 5的推動(dòng)下帶動(dòng)推頭做水平的往返運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能推動(dòng)被包裝件向前運(yùn)動(dòng)。同時(shí)凸輪 2在推頭做回復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候通過向上推動(dòng)桿 7，使連桿的推頭端往下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推頭在給定的軌跡中運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)中除了有兩個(gè)凸輪與從動(dòng)件接觸的兩個(gè)高副外，所有的運(yùn)動(dòng)副都是低副。在凸輪與從動(dòng)件的接觸時(shí)，凸輪會(huì)對(duì)從動(dòng)件有較大的沖擊，為了減少凸輪對(duì)從動(dòng)件沖擊的影響，在設(shè)計(jì)過程中把從動(dòng)件設(shè)計(jì)成為滾動(dòng)的從動(dòng)件，可以間接增大機(jī)構(gòu)的承載能力。同時(shí)，凸輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因?yàn)檩d荷的過大而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，原動(dòng)件 1是一個(gè)凸輪，凸輪只是使 3在一定角度的往復(fù)擺動(dòng)，而對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的分析可知，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計(jì)上不存在運(yùn)轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)可以正常的往復(fù)運(yùn)行。 機(jī)構(gòu)中存在兩個(gè)凸輪，不但會(huì)是機(jī)構(gòu) 本身的重量增加，而且凸輪與其他構(gòu)件的連接是高副，而高副承載能力不高，不利于實(shí)現(xiàn)大的載荷。 而整個(gè)機(jī)構(gòu)連接不夠緊湊，占空間比較大。 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 方案二：偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)組合 圖 2-2 方案二的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 方案二的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 方案二的機(jī)構(gòu)主要是由一個(gè)偏置滑塊機(jī)構(gòu)以及一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)組合而成的。偏置滑塊機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)推頭的往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推頭在推包以及返回的要求。而凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是使推頭在返程到達(dá) C 點(diǎn)的時(shí)候能夠按照給定的軌跡返回而設(shè)計(jì)的。這個(gè)組合機(jī)構(gòu)的工作原理主要是通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng) 曲柄 2的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)連桿 3在一定的角度內(nèi)擺動(dòng)，而滑塊 4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連著推頭的桿運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)被包裝件的推送過程。在推頭空載返回的過程中，推頭到達(dá) C 點(diǎn)時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入推程階段，使從動(dòng)桿往上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在桿 5和桿 6連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副就成為一個(gè)支點(diǎn)，使桿 6的推頭端在從動(dòng)件的 8的推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，從而使推頭的返程階段按著給定的軌跡返回。這個(gè)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面，凸輪與從動(dòng)見的連接采取滾動(dòng)從動(dòng)件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但能夠讓從動(dòng)件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因?yàn)椴捎昧藵L動(dòng)從動(dòng)件，能使減輕凸輪對(duì)它的沖擊，從而提高了承載能力。而采用的偏置滑塊機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)滑塊具有急回特性，使其回程速度高于工作行程速度，以便縮短空回程的時(shí)間，提高工作效率。但此機(jī)構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工難度大，因此成本會(huì)比較高。 方案三：偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的組合 圖 2-3 方案三的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 方案三的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 用偏置滑塊機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)，偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的組合（圖 4）。此方案通過曲柄 1帶動(dòng)連桿 2使滑塊 4實(shí)現(xiàn)在水平方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，在回程時(shí)，當(dāng)推頭 到達(dá) C 點(diǎn)，在往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)中的磙子會(huì)在槽內(nèi)相右上方運(yùn)動(dòng)，從而使桿 7的推頭端在偏置滑塊和往復(fù)移動(dòng)凸輪的共同作用下沿著給定的軌跡返回。在此方案中，偏置滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)行程較大的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，且具有急回特性，同時(shí)利用往復(fù)移動(dòng)凸輪來實(shí)現(xiàn)推頭的小行程低頭運(yùn)動(dòng)的要求，這時(shí)需要對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為移動(dòng)凸輪的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。但是，此機(jī)構(gòu)所占的空間很大，切機(jī)構(gòu)多依桿件為主，結(jié)構(gòu)并不緊湊，抗破壞能力較差，對(duì)于較大載荷時(shí)對(duì)桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。 會(huì)使的機(jī)構(gòu)的有效空間白白浪費(fèi)。并且由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)率并不能按照所要求 的運(yùn)動(dòng)精確的運(yùn)行只能以近似的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 綜合對(duì)三種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對(duì)不是太復(fù)雜，而且能滿足題目的要求，最終我選擇方案二。 2.2 凸輪及桿的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件或從動(dòng)件系統(tǒng)和機(jī)架組成，凸輪通過直接接觸將預(yù)定的運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)件。凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制裝置中，廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能在各種自動(dòng) 機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗嬗袀鲃?dòng)、導(dǎo)引及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運(yùn)動(dòng)，以及暫時(shí)停留或各種步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；凸輪機(jī)構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運(yùn)動(dòng)；當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用作控制機(jī)構(gòu)時(shí)，可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)工作循環(huán)。因此凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造方法對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。 凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件 。 一般可分為三類： 盤形凸輪 ：凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且有變化直徑的盤形構(gòu)件； 移動(dòng)凸輪 ：凸輪相對(duì)機(jī)架作直線移動(dòng)； 圓柱凸輪 ： 凸輪是圓柱體，可以看成是將移動(dòng)凸輪卷成一圓柱體。 按 從動(dòng)件的形狀 分類； 頂尖式從動(dòng)件； 滾子式從動(dòng)件； 平底式從動(dòng)件； 曲底式從動(dòng)件。 按 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式 分類： 直動(dòng)從動(dòng)件。 擺動(dòng)從動(dòng)件； 按凸輪 與從動(dòng)件維持運(yùn)動(dòng)副接觸的方式 分類： 力封閉方式。 幾何形封閉方式。 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 膠印機(jī)中應(yīng)用最多的是盤形凸輪、滾子式從動(dòng)桿凸輪。 2.2.1 設(shè)計(jì)要求及計(jì)算 2.2.1.1 偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 行程速比系數(shù) K在 1.2-1.5范圍內(nèi)選取 可由機(jī)械原理 6曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式 1 1801kk k=1.2-1.5 其極位夾角 的取值范圍為 16.36 36 在這范圍內(nèi)取極位夾角為 30 滑塊的行程 L=400 mm 偏置距離 e選取 240 mm 用圖解法求出各桿的長(zhǎng)度如下： （見圖 2-4） 由已知滑塊的工作行程為 400mm，作 BB 為 400mm，過點(diǎn) B作 BB 所在水平面的垂線BP，過點(diǎn) B作直線 B P 交于點(diǎn) P，并使 BPB = 30 。然后過 B、 B、 P 三點(diǎn)作圓。因?yàn)橐阎?e=240mm,所以作直線平行于直線 BB，向下平移 240mm，與圓 O交于一點(diǎn) O，則O點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接 OB、 OB， 則 OB-OB=2a， OB+OB=2b。 從圖中量取得： OB=632.11mm OB=302.89mm 則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=164.61mm 連桿 b=467.5mm 圖 2-4 連桿的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2.2.1.2 直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì) 用作圖法求出凸輪的推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角。（見下圖） 在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為 S=100mm 時(shí)，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點(diǎn)。因此可利用偏置滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊在返回階段離最大推程為 100mm 的地方作出其曲柄，連桿和滑塊的位置，以通過量取曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度而確定凸輪近休止角的無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 角度，以及推程角，回程角。具體做法如下： (1) 先在離點(diǎn) B 為 100mm 的地方作點(diǎn) B； (2) 過點(diǎn) B作直線 AB交圓 O 于點(diǎn) A，并使 AB=AB； (3) 連接 OA，則 OA ， AB為曲柄以及連桿在當(dāng)滑塊離最大推程距離為 100mm 時(shí)的位置。因?yàn)橐笸祁^的軌跡在 abc 段內(nèi)實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動(dòng)，因此即凸輪近休止角應(yīng)為曲柄由A 轉(zhuǎn)動(dòng)到 A 的 角 度 ， 從 圖 上 量 取 ， 261 OAA ， 即 凸 輪 的 近 休 止 角 為180261s OAA。因?yàn)轭}目對(duì)推頭在返程 cdea 段的具體線路形狀不作嚴(yán)格要求，所以可以選定推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角的大小。 現(xiàn)選定推程角為6o ，回程角6s ，遠(yuǎn)休止角18039o 。 圖 2-5 連桿的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 推頭回程向下的距離為 30mm，因此從動(dòng)件的行程 H=30mm。 由選定條件近休止角為180261s 推程角為6o 回程角為6s 遠(yuǎn)休止角為18039o ， h=50mm，基圓半徑為0r=60mm,從動(dòng)桿長(zhǎng)度為 120mm，滾子半徑為 r =10mm。參考文獻(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7畫法幾何及機(jī)械制圖 8后，通過 CAD 軟件畫出凸輪輪廓線及機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖： 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 圖 2-6 凸輪的外形 2.2.2 校核各桿的壓桿穩(wěn)定性 校核各桿中最長(zhǎng)桿即可，若最長(zhǎng)桿滿足抗彎強(qiáng)度要求，則其他桿更滿足強(qiáng)度要求。各桿中最長(zhǎng)桿是1L=467mm，規(guī)定壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為stn=10，由材 料力學(xué) 9 P293頁公式 壓桿的臨界力為crF= 22EIL 鋼的材料 E=210GPa， I= 464D= 40.0164 = 81064 ，則 crF= 22EIL =2 9 822 1 0 1 0 1 0640 . 3 9 =6678.8N n= crFF=6678.8/3.29=2030stn,所以所設(shè)計(jì)的各桿滿足抗彎強(qiáng)度的要求。 2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度 各推桿采用圓形截面 , D 取為 10mm,用 45鋼 ,由 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 10 表2-7 P25查得 45鋼的抗拉強(qiáng)度b=600MPa, s=355 MPa， 由材料力學(xué) 9公式（ 2.12） P29 A= d2/4 F/ 代入數(shù)據(jù)求得 d 0.8 10-4m 所以所選桿的直徑滿足要求。 2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度 由機(jī)械設(shè)計(jì) 11表 8.3 P150選取 凸輪的材料選為 45鋼，調(diào)質(zhì) 220260HBS，limH=2HBS+70MPa，與其對(duì)應(yīng)的推桿表面淬火 4045HRC。由機(jī)械設(shè)計(jì) 11 P152頁公式111 8 9 . 8 ( )nH H PTcFLr 式中：nF，凸輪的法向壓力，本設(shè)計(jì)中，由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知凸輪上所承受的所有物重約為6N，考慮其他因素如導(dǎo)桿上下滑動(dòng)時(shí)摩擦等，取 Fn=20N； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 c：凸輪實(shí)際輪廓上接觸點(diǎn)處的曲率半徑，c=80mm； rr:滾子半徑， 10mm L ：從動(dòng)件接觸端滾子與凸輪的接觸寬度， 20mm； li mH N RHPHZZS limH:凸輪副材料接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力，取limH=72MPa； NZ：壽命系數(shù)，取為 1； RZ：表面粗糙度系數(shù)，取RZ=1； HS：安 全系數(shù)，取HS=1.1； li mH N RHPHZZS =65.45 MPa； 代入數(shù)據(jù)可得： H=63.66 MPa40)的減速器。單級(jí)減速器的傳動(dòng)比如果過大，則其外廓尺寸將很大。二級(jí)和二級(jí)以上圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置形式有展開式、分流式 和同軸式等數(shù)種。展開式最簡(jiǎn)單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對(duì)稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊電動(dòng)機(jī) 聯(lián)軸器 高速軸 低速軸 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 的軸承受力不等。為此，在設(shè)計(jì)這種減速器時(shí)應(yīng)注意： 1)軸的剛度宜取大些； 2)轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻； 3)采用斜齒輪布置，而且受載大的低速級(jí)又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。這種減速器的高速級(jí)齒輪常采用斜齒，一側(cè)為左旋，另一側(cè)為右旋，軸向力能互相抵消。為了使左右兩對(duì)斜齒輪能自動(dòng)調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應(yīng)能作小量游動(dòng)。同軸式減速器輸 入軸和輸出軸位于同一軸線上，故箱體長(zhǎng)度較短。但這種減速器的軸向尺寸較大。 圓柱齒輪減速器在所有減速器中應(yīng)用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至 40 000kW，圓周速度也可從很低至 60m/s-70m/s，甚至高達(dá) 150m/s。傳動(dòng)功率很大的減速器最好采用雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式。這兩種布置方式可由兩對(duì)齒輪副分擔(dān)載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動(dòng)尺寸。設(shè)計(jì)雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法采取自動(dòng)平衡裝置使各對(duì)齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動(dòng)軸承和彈性支承。 圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩 大類。除齒形不同外，減速器結(jié)構(gòu)基本相同。傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比相同時(shí)，圓弧齒輪減速器在長(zhǎng)度方向的尺寸要比漸開線齒輪減速器約 30。 (2) 圓錐齒輪減速器 它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場(chǎng)合。二級(jí)和二級(jí)以上的圓錐齒輪減速器常由圓錐齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪傳動(dòng)組成，所以有時(shí)又稱圓錐 圓柱齒輪減速器。因?yàn)閳A錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，為了使它受力小些，常將圓錐面崧，作為，高速極：山手面錐齒輪的精加工比較困難，允許圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器廣。 (3) 蝸桿減速器 主要用于傳動(dòng)比較大 (j10)的場(chǎng)合。通常說蝸桿傳動(dòng)