創(chuàng)新設計方案與實驗

1、目 錄一、設計題目1二、設計方案的選定2三、機構(gòu)的設計61、偏置滑塊機構(gòu)的設計62、直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設計7四、電動機的選定及傳動系統(tǒng)方案的設計91、電動機轉(zhuǎn)速、功率的確定9 2、傳動系統(tǒng)的設計9五、實驗心得12六、參考文獻12一、設計題目現(xiàn)需要設計某一包裝機的推包機構(gòu)，要求待包裝的工件1（見圖1）先由輸送帶送到推包機構(gòu)的推頭2的前方，然后由該推頭2將工件由a處推至b處（包裝工作臺），再進行包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭2結(jié)束回程（由b至a）時，下一個工件已送到推頭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

2、而就要求推頭2按圖示的abcde線路運動。即實現(xiàn)“平推水平退回下降降位退回上升復位”的運動。設計數(shù)據(jù)與要求：要求每5-6s包裝一個工件，且給定：L=100mm，S=25mm，H=30mm。行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取，推包機由電動機推動。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間，提高工效。至于“cdea”部分的線路形狀不作嚴格要求。 圖1 推包機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件運動要求摘要：包裝機推包機是一種包裝機中不可缺少的一部分，它推送物品到達指定包裝工作臺該機構(gòu)取代了傳統(tǒng)的人工移動物品，工作效率底的缺點， 我所設計的推包機構(gòu)推包，回程一體的全自動

3、化功能其主要設計思路來自于對傳統(tǒng)工藝分解,然后按照相應功能的機構(gòu)部件進行設計,對比,選定,以及優(yōu)化組合.綜合利用凸輪的往復運動,齒輪的傳動運動，以及減速器的定植調(diào)速比的設定.利用Auto Cad軟件強大繪圖功能,和Word的編輯功能,把設計方案圖文并茂,栩栩如生.關(guān)鍵字：凸輪 推包回程 齒輪傳動功能分析：為使包裝機推頭完成規(guī)定的進給回程路線及運動規(guī)律，需將其運動功能分成兩部分。1. 推頭有直線進給運動，且有急回特性，為此需設計進給機構(gòu)。2. 推頭回程時有低頭運動，為此需設計升降機構(gòu)。3.為完成規(guī)定路線，需使進給與升降聯(lián)動，故需有連結(jié)機構(gòu)。機構(gòu)選用：功能執(zhí)行機構(gòu)工藝動作執(zhí)行機構(gòu)進給推頭急回進給轉(zhuǎn)

4、動導桿搖桿升降推頭回程低頭凸輪二、設計方案的選定1.推頭左右運動方案a：1 軸承 2 推頭 3 凸輪a方案所采用推送機構(gòu)是如圖所示的類似于曲柄滑塊機構(gòu)。其主要由凸輪和推頭組成。該機構(gòu)運動時，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，帶動推頭運動，實現(xiàn)推頭的左右來回的動作。方案b: 方案b采用的是曲柄搖桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)的組合，優(yōu)點是機構(gòu)的穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)所需的各種要求，產(chǎn)生的壓力也大。曲柄運動帶動推頭完成各種動作。綜上所述，b方案明顯優(yōu)于a方案，所以推頭采用b方案的設計。2.推頭上下運動方案a 方案a所采用機構(gòu)是如圖所示的凸輪機構(gòu)。其主要由凸輪和推頭串聯(lián)而成。該機構(gòu)運動時，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，帶動推頭運動，實現(xiàn)壓和停歇

5、的動作。方案b:方案b采用曲柄來帶動從動件來實現(xiàn)運動。當凸輪順時針轉(zhuǎn)動時，帶動推頭完成所需的各種動作。此方案結(jié)構(gòu)簡單，不過這個有個缺點，就是它沒有急回運動，此機構(gòu)滿足所需的要求，但工作效率不是很高，所以不是很理想。該運動所需的時間長，從簡便等各個方面的因素考慮，方案一：雙凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)的組合，（見圖2）圖2雙凸輪機構(gòu)與搖桿機構(gòu)滑塊機構(gòu)的組合方案一的運動分析和評價：該機構(gòu)由凸輪1和凸輪2，以及5個桿組成。機構(gòu)一共具有7個活動構(gòu)件。機構(gòu)中的運動副有7個轉(zhuǎn)動副，4個移動副以及兩個以點接觸的高副。其中機構(gòu)的兩個磙子存在兩個虛約束。由此可知： 機構(gòu)的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p =1 機構(gòu)

6、中有一個原動件，原動件的個數(shù)等于該機構(gòu)的自由度。所以，該機構(gòu)具有確定的運動。在原動件凸輪1帶動桿3會在一定的角度范圍內(nèi)搖動。通過連桿4推動桿5運動，然后連桿6在5的推動下帶動推頭做水平的往返運動，從而實現(xiàn)能推動被包裝件向前運動。同時凸輪2在推頭做回復運動的時候通過向上推動桿7，使連桿的推頭端往下運動，從而實現(xiàn)推頭在給定的軌跡中運動。該機構(gòu)中除了有兩個凸輪與從動間接觸的兩個高副外，所有的運動副都是低副。在凸輪與從動件的接觸時，凸輪會對從動件有較大的沖擊，為了減少凸輪對從動件沖擊的影響，在設計過程中把從動件設計成為滾動的從動件，可以間接增大機構(gòu)的承載能力。同時，凸輪是比較大的工件，強度比較高，不需

7、要擔心因為載荷的過大而出現(xiàn)機構(gòu)的斷裂。在整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)過程中，原動件1是一個凸輪，凸輪只是使3在一定角度的往復擺動，而對整個機構(gòu)的分析可知，機構(gòu)的是設計上不存在運轉(zhuǎn)的死角，機構(gòu)可以正常的往復運行。機構(gòu)中存在兩個凸輪，不但會是機構(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，不利于實現(xiàn)大的載荷。 而整個機構(gòu)連接不夠緊湊，占空間比較大。方案二：偏執(zhí)滑塊機構(gòu)與盤形凸輪機構(gòu)組合，（見圖2）圖2偏置滑塊機構(gòu)與盤形凸輪機構(gòu)的組合方案二的運動分析和評價：方案二的機構(gòu)主要是由一個偏置滑塊機構(gòu)以及一個凸輪機構(gòu)組合而成的。偏置滑塊機構(gòu)主要是實現(xiàn)推頭的往復的直線運動，從而實現(xiàn)推頭在推包以及返回

8、的要求。而凸輪機構(gòu)實現(xiàn)的是使推頭在返程到達C點的時候能夠按照給定的軌跡返回而設計的。這個組合機構(gòu)的工作原理主要是通過電動機的轉(zhuǎn)動從而帶動曲柄2的回轉(zhuǎn)運動，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時帶動連桿3在一定的角度內(nèi)擺動，而滑塊4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復的直線運動，從而帶動連著推頭的桿運動，完成對被包裝件的推送過程。在推頭空載返回的過程中，推頭到達C點時，凸輪的轉(zhuǎn)動進入推程階段，使從動桿往上運動，這時在桿5和桿6連接的轉(zhuǎn)動副就成為一個支點，使桿6的推頭端在從動件的8的推動下向下運動，從而使推頭的返程階段按著給定的軌跡返回。這個機構(gòu)在設計方面，凸輪與從動見的連接采取滾動從動件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但能夠讓從動

9、件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因為采用了滾動從動件，能使減輕凸輪對它的沖擊，從而提高了承載能力。而采用的偏置滑塊機構(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間，提高工作效率。但此機構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪結(jié)構(gòu)比較復雜，加工難度大，因此成本會比較高。綜合對兩種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對不是太復雜，而且能滿足題目的要求，最終我選擇方案二。三、機構(gòu)的設計1、偏置滑塊機構(gòu)的設計 由題目給定的數(shù)據(jù)L=100mm行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取可由曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角公式 k=1.2-1.5 其極位夾角的取值范圍為在這范圍內(nèi)取極位夾角為 。滑塊的行程題目

10、給出S=100mm偏置距離e選取40mm用圖解法求出各桿的長度如下：（見圖3）由已知滑塊的工作行程為100mm，作BB 為100mm，過點B作BB所在水平面的垂線BP，過點B作直線作直線BP交于點P，并使=。然后過B、B、P三點作圓。因為已知偏距e=40mm,所以作直線平行于直線BB，向下平移40mm，與圓O交于一點O，則O點為曲柄的支點，連接OB、OB，則 OB-OB=2a OB+OB=2b從圖中量取得： AB=151.32mm AB=61.86mm則可知曲柄滑塊機構(gòu)的：曲柄 a=44.73mm 連桿b=106.59mm 到此，機構(gòu)組合的曲柄滑塊機構(gòu)設計完畢。2、直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設

11、計用作圖法求出凸輪的推程角，遠休止角，回程角，近休止角。（見下圖） 因為題目要求在推頭在返程階段到達離最大推程距離為25mm時，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點。因此可利用偏置滑塊機構(gòu)，滑塊在返回階段離最大推程為25mm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)動的角度而確定凸輪近休止角的角度，以及推程角，回程角。具體做法如下：1） 先在離點B為25mm的地方作點B；2） 過點B作直線AB交圓O于點A，并使AB=AB；3） 連接OA，則OA ，AB為曲柄以及連桿在當滑塊離最大推程距離為25mm時的位置。因為題目要求推頭的軌跡在abc段內(nèi)實現(xiàn)平推運動，因此即凸輪近休止角應為

12、曲柄由A轉(zhuǎn)動到A的角度，從圖上量取，即凸輪的近休止角為。因為題目對推頭在返程cdea段的具體線路形狀不作嚴格要求，所以可以選定推程角，遠休止角，回程角的大小。選定推程角為，回程角遠休止角。因為題目要求推頭回程向下的距離為30mm，因此從動件的行程h=30mm。由選定條件近休止角為推程角為回程角遠休止角，h=30mm，基圓半徑mm,從動桿長度為40mm，滾子半徑mm。通過軟件輸入?yún)?shù)如下，通過軟件輸出凸輪輪廓線及機構(gòu)簡圖如下圖：四、電動機的選定及傳動系統(tǒng)方案的設計1、電動機轉(zhuǎn)速、功率的確定題目要求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

13、，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。2、傳動系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的輸入輸出傳動比 ，即要求設計出一個傳動比的減速器，使輸出能達到要求的轉(zhuǎn)速。 其傳動系統(tǒng)設計如下圖：電動機連接一個直徑為10的皮帶輪2，經(jīng)過皮帶的傳動傳到安裝在二級減速器的輸入段，這段皮帶傳動的傳動比為，此時轉(zhuǎn)速為。 從皮帶輪1輸入到一個二級減速器，為了帶到要求的傳動比，設計齒輪齒數(shù)為，,。 驗算二級減速器其傳動比 整個傳動系統(tǒng)的傳動比 則電動機轉(zhuǎn)速經(jīng)過此傳動系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機構(gòu)主動件的轉(zhuǎn)速。 至此，包裝機推包機構(gòu)的機構(gòu)以及傳動系統(tǒng)的設計已經(jīng)設計完畢。推包機構(gòu)的總裝配簡圖如下：f三維圖五、實驗心得 通過這次課程設計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設計，我進一步鞏固和加深了所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力。對平面連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎。其次通過這次課程設計，我學會了怎樣去研究設計一個從來沒接觸過的機械機構(gòu)。學會了一步一步地去了解一個沒接觸過的機構(gòu)的運動規(guī)律，運動要求，根據(jù)要求設計出一個符合要求的運動機構(gòu)