啤酒瓶壓蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目_啤酒瓶壓蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)_目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)11.1.設(shè)計(jì)題目11.2.工作原理與工藝動(dòng)作過(guò)程11.3.原始參數(shù)11.4.設(shè)計(jì)要求12系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)22.1.原動(dòng)機(jī)類型的選擇22.2.減速器類型的選擇22.3.實(shí)現(xiàn)壓蓋動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇32.4.實(shí)現(xiàn)裝箱動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇32.5.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定52.6.繪制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖53傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1.傳動(dòng)方案分析63.2.電動(dòng)機(jī)的選擇63.3.傳動(dòng)比的計(jì)算和分配73.3.1.總傳動(dòng)比的計(jì)算73.3.2.分配各級(jí)傳動(dòng)比73.4.傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算73.4.1.各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算73.4.2.各軸輸入功率的計(jì)算83.4.3.各

2、軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算83.4.4.各軸的傳動(dòng)參數(shù)84執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)94.1.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)94.1.1.凸輪機(jī)構(gòu)選型94.1.2.確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律94.1.3.確定基本參數(shù)114.1.4.凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)134.2.槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)144.2.1.槽輪機(jī)構(gòu)選型144.2.2.選擇槽輪槽數(shù)和撥盤(pán)圓銷數(shù)144.2.3.基本尺寸的計(jì)算154.2.4.槽輪運(yùn)動(dòng)特性分析165收獲和體會(huì)176參考文獻(xiàn)187附錄19圖表目錄圖 1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3圖 2凸輪機(jī)構(gòu)3圖 3單銷四槽外槽輪機(jī)構(gòu)4圖 4棘輪機(jī)構(gòu)4圖 5不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)4圖 6系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖5圖 7傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖6圖 8從動(dòng)件上下位移曲線10圖 9凸輪從動(dòng)件的

3、動(dòng)力學(xué)特性11圖 10從動(dòng)件曲線12圖 11曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線13圖 12空間凸輪輪廓曲線14圖 13槽輪某一瞬時(shí)位置16圖 14槽輪運(yùn)動(dòng)特性16表格目錄表 1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案8表 2傳動(dòng)系統(tǒng)各軸傳動(dòng)參數(shù)表11表 3外槽輪機(jī)構(gòu)基本尺寸計(jì)算公式及結(jié)果181 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1. 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)生產(chǎn)線上的啤酒瓶進(jìn)行自動(dòng)壓蓋的機(jī)器。1.2. 工作原理與工藝動(dòng)作過(guò)程啤酒瓶壓蓋機(jī)的工作原理1是利用電機(jī)帶動(dòng)推桿下降壓緊瓶蓋頂端，使鎖口裝置自動(dòng)鎖緊鎖蓋。壓蓋機(jī)臺(tái)面和防護(hù)罩一般都為不銹鋼材料制造，強(qiáng)度大，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。通過(guò)壓蓋機(jī)軋的啤酒瓶蓋密封性好。工藝動(dòng)作過(guò)程為：推桿做與啤酒瓶同步的圓周運(yùn)動(dòng)，

4、為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓蓋，推桿需做上下往返運(yùn)動(dòng)：首先利用磁力將瓶蓋吸附到推桿的封口頭中，然后推桿以特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律先上升再向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其將達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，恰好對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的啤酒瓶口，實(shí)現(xiàn)快速壓蓋。然后封口頭繼續(xù)上升、下降，在另一個(gè)最低點(diǎn)處取瓶蓋，繼續(xù)這一過(guò)程。壓蓋后的啤酒瓶繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次即裝滿一箱，這一動(dòng)作可借助于槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。1.3. 原始參數(shù) 啤酒瓶尺寸：瓶身直徑70mm，瓶口直徑26mm，瓶高300mm； 推桿直徑30mm； 傳輸帶寬度：90mm。1.4. 設(shè)計(jì)要求1） 完全2個(gè)以上的工藝動(dòng)作；2） 生產(chǎn)能力達(dá)到14400瓶/小時(shí)；3） 具有較高的工作效率和自動(dòng)化程度；4） 使用性

5、能良好，運(yùn)行穩(wěn)妥可靠，維護(hù)成本低；5） 壓蓋過(guò)程沖擊盡量小，噪音控制在適當(dāng)范圍內(nèi)；6） 滿足傳動(dòng)精度，凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)具備一定的耐磨性；7） 工作過(guò)程安全可靠。 2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)的工藝動(dòng)作之后，需選擇適宜的機(jī)構(gòu)型式將其實(shí)現(xiàn)，故這一過(guò)程也稱為機(jī)構(gòu)的選型2，它需要考慮多方面的因素，如運(yùn)動(dòng)變換要求、尺寸限制、制造成本、動(dòng)力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。2.1. 原動(dòng)機(jī)類型的選擇在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，原動(dòng)機(jī)的選擇是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)樗苯佑绊懙絼?dòng)力輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運(yùn)行效率和總體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代機(jī)械中，常見(jiàn)的原動(dòng)機(jī)有熱機(jī)、電動(dòng)機(jī)、液動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)機(jī)，各自具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用。熱機(jī)包括

6、蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，其應(yīng)用范圍相對(duì)單一，主要用于經(jīng)常變換工作場(chǎng)所的機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛。電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛，尤其是交流異步電動(dòng)機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，動(dòng)力源方便等優(yōu)點(diǎn)，但功率系數(shù)較低，且調(diào)速不便，適用于運(yùn)行環(huán)境比較穩(wěn)定、調(diào)速范圍窄的場(chǎng)合。液動(dòng)機(jī)一般調(diào)速方便，且傳動(dòng)鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。當(dāng)只需實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)變換時(shí)，氣動(dòng)機(jī)較為方便，其缺點(diǎn)是有一定的噪聲。本設(shè)計(jì)中對(duì)原動(dòng)機(jī)的要求為：運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，綜合以上各種原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，選擇交流異步電動(dòng)機(jī)作為壓蓋機(jī)的原動(dòng)機(jī)。2.2. 減速器類型的選擇減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立封鎖式傳動(dòng)裝置，用來(lái)減低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)

7、矩。減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。齒輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便，其缺點(diǎn)是傳動(dòng)比的分配比較麻煩；而蝸桿減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損等問(wèn)題。行星齒輪減速器3的主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造和安裝較為困難，成本也高。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)減速器要求為：傳動(dòng)比較小，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，成本低廉，制造安裝方便。綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇圓柱-圓錐齒輪減速器作為啤酒壓蓋機(jī)的減速器。2.3. 實(shí)現(xiàn)壓蓋動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇在壓蓋機(jī)中，推桿的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與具有特定運(yùn)動(dòng)

8、規(guī)律的上下往返運(yùn)動(dòng)。滿足這種要求的機(jī)構(gòu)有很多，在此僅討論曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。1. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖 1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖1所式為典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件加工容易，易實(shí)現(xiàn)所需動(dòng)作要求等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)零件重用性差，比較適合于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不改變的系統(tǒng)。2. 凸輪機(jī)構(gòu)圖 2凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能精確實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)軌跡，其缺點(diǎn)是從動(dòng)件行程不宜過(guò)大，且曲面加工成本較高。適用于傳力較小、運(yùn)動(dòng)靈活、運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為復(fù)雜，既有繞中心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有按給定規(guī)律往返的上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)合以上兩種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分析，選擇凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。2.4. 實(shí)現(xiàn)裝箱動(dòng)作的

9、機(jī)構(gòu)選擇瓶子壓蓋完成后，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次可裝滿一箱。這個(gè)動(dòng)作須由間歇機(jī)構(gòu)完成，包括槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)4。1. 槽輪機(jī)構(gòu)圖 3單銷四槽外槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，易加工，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。常被用來(lái)將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。但是其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速。2. 棘輪機(jī)構(gòu)圖 4棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，但工作時(shí)常伴有振動(dòng)，齒尖磨損，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，因此它的工作頻率不能過(guò)高。3.

10、不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖 5不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，允許選擇的范圍比棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的大，因而設(shè)計(jì)靈活。其缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速、輕載的工作條件。綜合以上分析，結(jié)合壓蓋機(jī)的工作條件，選擇槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。另外，為了保證箱子每裝四瓶能夠直線移動(dòng)一次，還需將齒輪與槽輪固結(jié)，再通過(guò)齒輪齒條嚙合實(shí)現(xiàn)箱子的間歇直線移動(dòng)。2.5. 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案見(jiàn)下表:表 1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案原動(dòng)機(jī)減速器壓蓋結(jié)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)-直移交流異步電動(dòng)機(jī)齒輪減速器空間圓柱凸輪槽輪齒輪齒條2.6. 繪制系

11、統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為了表達(dá)壓蓋機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中各動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，選擇推桿的上下位移、槽輪的轉(zhuǎn)角、齒條的直線位移為對(duì)象，以推桿繞空間凸輪主軸旋轉(zhuǎn)一周為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，畫(huà)出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，結(jié)果如下：圖 6系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1. 傳動(dòng)方案分析機(jī)器一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)傳遞原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、變換其運(yùn)動(dòng)形式以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的需要，是機(jī)器的重要組成部分。傳動(dòng)系統(tǒng)是否合理將直接影響機(jī)器的工作性能、重量和成本。合理的傳動(dòng)方案除滿足執(zhí)行系統(tǒng)的功能外，還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉、傳動(dòng)效率高和使用維護(hù)方便。本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)方案為三級(jí)傳動(dòng)5。第一級(jí)為直齒

12、錐齒輪傳動(dòng)，主要作用是改變傳動(dòng)的方向。第二、三級(jí)為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，起著減速作用。通過(guò)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的變向和減速，達(dá)到滿足執(zhí)行系統(tǒng)要求的傳動(dòng)比。綜合以上分析，可作出啤酒瓶壓蓋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：圖 7傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖3.2. 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)工作要求和條件，選用y系列三相異步電動(dòng)機(jī)6。這種電動(dòng)機(jī)是供一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛適用性。 結(jié)合啤酒瓶壓蓋機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中選用y系列(ip44)三相異步電動(dòng)機(jī)b3_80-132，其轉(zhuǎn)速為940rpm，額定功率1.5kw。3.3. 傳動(dòng)比的計(jì)算和

13、分配3.3.1. 總傳動(dòng)比的計(jì)算根據(jù)傳動(dòng)比的定義有如下結(jié)果：其中：為電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)中為； 為壓蓋機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，為。3.3.2. 分配各級(jí)傳動(dòng)比由于傳動(dòng)系統(tǒng)是三級(jí)傳動(dòng)，故應(yīng)該滿足以下公式：其中，為總傳動(dòng)比，、分別為第1、2、3級(jí)傳動(dòng)比。傳動(dòng)比的分配原則可概括為7： 使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力大致相等（齒面接觸強(qiáng)度大致相等）； 使減速器能能獲得最小外形尺寸和重量； 使各級(jí)傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等，潤(rùn)滑最為簡(jiǎn)便。結(jié)合以上原則，再查文獻(xiàn)7中的表16-1-3可確定本設(shè)計(jì)中的各級(jí)傳動(dòng)比為：3.4. 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算3.4.1. 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)比的關(guān)系，計(jì)算如下：3.4.2. 各軸輸入功

14、率的計(jì)算輸入功率與傳動(dòng)效率直接相關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)7中的表16-2-59，可查得各級(jí)的傳動(dòng)效率為：，。故各軸輸入功率為：3.4.3. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算輸入轉(zhuǎn)矩與輸入功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：。依據(jù)此式，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩，結(jié)果如下：3.4.4. 各軸的傳動(dòng)參數(shù)以上結(jié)果可用下表表示：表 2傳動(dòng)系統(tǒng)各軸傳動(dòng)參數(shù)表 項(xiàng)目軸號(hào)功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比0軸1.594015.241軸1.425427.2731.852.22軸1.39792.88143.644.63軸1.38330.96425.683.0根據(jù)相關(guān)的傳動(dòng)參數(shù)，選擇合適的齒輪和軸，組成一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)。4 執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1. 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

15、4.1.1. 凸輪機(jī)構(gòu)選型在啤酒瓶壓蓋機(jī)中，凸輪機(jī)構(gòu)主要為推桿提供特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，完成壓蓋工作。由于壓蓋過(guò)程中啤酒瓶繞中心軸旋轉(zhuǎn)，因此推桿的運(yùn)動(dòng)必須滿足以下要求： 繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)壓蓋。 空間上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)取蓋上升下降壓蓋上升下降取蓋的動(dòng)作流程。根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中選擇空間凸輪作為控制機(jī)構(gòu)。空間凸輪是指凸輪和推桿之間的運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，凸輪的運(yùn)動(dòng)平面與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平面不平行或重合，它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？臻g凸輪的輪廓線或輪廓面為空間曲線或曲面。當(dāng)空間凸輪為原動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方式有往復(fù)直動(dòng)和往復(fù)擺動(dòng)兩種。當(dāng)凸輪為機(jī)架時(shí)，從動(dòng)件上的點(diǎn)一般按預(yù)期的軌跡作空間復(fù)雜

16、運(yùn)動(dòng)8。根據(jù)工藝動(dòng)作的要求，本設(shè)計(jì)中空間凸輪作為機(jī)架?？紤]到從動(dòng)件為低速旋轉(zhuǎn)，為了提高凸輪的耐磨性，采用滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。4.1.2. 確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律由以上的分析可知，從動(dòng)件的合運(yùn)動(dòng)由兩部分分組成：繞空間凸輪軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線上下運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由傳動(dòng)系統(tǒng)直接提供，對(duì)凸輪設(shè)計(jì)影響不大，故在此可予以忽略，只考慮從動(dòng)件的上下運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)取蓋上升下降壓蓋上升下降取蓋的動(dòng)作流程，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期里，從動(dòng)件的上下位移曲線特點(diǎn)為:升?；厣?。其中停的部分即為壓蓋，對(duì)應(yīng)的休止角為。為了盡量減少?zèng)_擊，其余曲線段選擇余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律9，其一般表達(dá)式為： （4-1）式中，為周期，為待定系數(shù)。根據(jù)文

17、獻(xiàn)9中的表3-3，可以列出余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程式如下： （4-2）其中，、分別為從動(dòng)件的上下位移、速度、加速度、回轉(zhuǎn)角速度和行程。而為推程運(yùn)動(dòng)角，為從動(dòng)件轉(zhuǎn)角。式中的有關(guān)參數(shù)可分段確定如下： 在和區(qū)間均為1/4余弦加速度運(yùn)動(dòng)周期，。 區(qū)間為休止段，此時(shí)。 區(qū)間為1/2余弦加速度運(yùn)動(dòng)周期，。同時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)還應(yīng)滿足：運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度沒(méi)有突變；在三個(gè)點(diǎn)速度均為0。根據(jù)式（4-2）和以上約束條件，利用matlab編程，得到從動(dòng)件的位移規(guī)律，如下圖所示：圖 8從動(dòng)件上下位移曲線為了分析從動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)特性，將其速度、加速度隨轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律用圖表示如下：圖 9凸輪從動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)特性從上圖可以看出，從動(dòng)件的速

18、度無(wú)突變，但在兩個(gè)點(diǎn)過(guò)渡不光滑，導(dǎo)致其加速度出現(xiàn)突變。另外，在處加速度也出現(xiàn)突變。4.1.3. 確定基本參數(shù)本設(shè)計(jì)中空間凸輪的內(nèi)、外輪廓曲線水平面投影都為圓周，因此其基本參數(shù)為：凸輪外徑、凸輪內(nèi)徑、滾子半徑。1. 空間凸輪內(nèi)外徑的確定凸輪外徑受到機(jī)構(gòu)總體尺寸的限制，它決定了從動(dòng)件的回轉(zhuǎn)直徑，也即啤酒瓶的旋轉(zhuǎn)直徑，本設(shè)計(jì)中取為600mm。相應(yīng)的，凸輪內(nèi)徑為400mm。因此，由內(nèi)外徑構(gòu)成的滾子運(yùn)動(dòng)軌道寬度為100mm。2. 滾子半徑的確定當(dāng)采用滾子從動(dòng)件時(shí)，應(yīng)注意滾子半徑的選擇，否則從動(dòng)件有可能實(shí)現(xiàn)不了預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律9。設(shè)凸輪的理論輪廓曲線的最小曲率半徑為，滾子半徑為，則為了避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真和應(yīng)力

19、集中，實(shí)際輪廓曲線的最小曲率半徑不應(yīng)小于3mm，所以應(yīng)有： （4-3）上式可化為： （4-4）因此，要確定滾子半徑，首先需求得凸輪理論輪廓曲線的最小曲率半徑。由高等數(shù)學(xué)可知，曲線曲率半徑的計(jì)算公式為： （4-5）在本文中，對(duì)應(yīng)于從動(dòng)件的上下位移，則對(duì)應(yīng)于從動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)距離，設(shè)從動(dòng)件到空間凸輪中心軸的距離為264mm，將圖8中的曲線轉(zhuǎn)化為曲線，如下圖所示:圖 10從動(dòng)件曲線對(duì)于圖10中的直線部分，式（4-5）中的和都等于0。而對(duì)于余弦曲線部分，和可按下式計(jì)算： （4-6）其中，為余弦曲線的1/4周期，其它符號(hào)定義與式（4-2）相同。聯(lián)立式（4-5）、（4-6），借助matlab編程，運(yùn)用數(shù)值解法進(jìn)

20、行逐點(diǎn)求解，解得最小曲率半徑為。且曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線如下圖所示：圖 11曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線一般建議，但從滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上考慮，滾子半徑也不能太小。在此，結(jié)合空間凸輪的結(jié)構(gòu)和尺寸，確定滾子半徑為。4.1.4. 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)根據(jù)已經(jīng)確定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，空間凸輪的外輪廓曲線由兩部分疊加而成10：第一部分為直徑600mm的圓周，另一部分為圖8中所示的位移曲線。因此，以空間凸輪中心軸為軸，以水平面為平面，以從動(dòng)件轉(zhuǎn)角為參數(shù)，則在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，凸輪外輪廓曲線方程可表達(dá)如下： （4-7）其中，為從動(dòng)件的上下位移，如圖8中所示，其表達(dá)式為一分段函數(shù)： （4-8）聯(lián)立以上兩式，

21、運(yùn)用matlab進(jìn)行求解，可畫(huà)出空間凸輪的外輪廓曲線。同理，建立相似的方程可畫(huà)出凸輪內(nèi)輪廓曲線。其結(jié)果如下圖所示：圖 12空間凸輪輪廓曲線4.2. 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1. 槽輪機(jī)構(gòu)選型槽輪機(jī)構(gòu)作為一種分度、轉(zhuǎn)位等步進(jìn)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、外形尺寸小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于低速場(chǎng)合。在啤酒瓶壓蓋機(jī)中，槽輪機(jī)構(gòu)主要是將傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為周期性間歇運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓蓋后的瓶子進(jìn)行裝箱的功能。槽輪機(jī)構(gòu)分為兩種形式：一種是外槽輪機(jī)構(gòu)，其主動(dòng)撥盤(pán)與槽輪轉(zhuǎn)向相反；另一種為內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，其主動(dòng)撥盤(pán)與槽輪轉(zhuǎn)向相同。本設(shè)計(jì)中，槽輪機(jī)構(gòu)每轉(zhuǎn)動(dòng)一次實(shí)現(xiàn)一次裝箱，要求這個(gè)動(dòng)作快速、

22、準(zhǔn)確完成，以保證機(jī)構(gòu)的高效運(yùn)行，其運(yùn)動(dòng)系數(shù)比較小。而內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)總大于0.5，顯然無(wú)法滿足此要求。因此，本設(shè)計(jì)中選擇普通型外槽輪機(jī)構(gòu)。4.2.2. 選擇槽輪槽數(shù)和撥盤(pán)圓銷數(shù)在槽輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與撥盤(pán)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比可用來(lái)衡量槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間在一個(gè)間歇周期中所占的比例，稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)9中的公式（6-1），可得槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系數(shù)表達(dá)式為： （4-9）其中，為撥盤(pán)圓銷數(shù)，為槽輪槽數(shù)。由式（4-9）可知，槽輪運(yùn)動(dòng)系數(shù)由、所決定。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)工藝動(dòng)作要求，需滿足，即： （4-10）在、為整數(shù)，且的條件下，式（4-10）有唯一解，即。此時(shí)槽輪的運(yùn)動(dòng)系數(shù)。即最終選擇的槽輪是

23、普通型外槽輪單銷三槽機(jī)構(gòu)。4.2.3. 基本尺寸的計(jì)算槽輪的主要尺寸參數(shù)為槽數(shù)、圓銷數(shù)和槽輪機(jī)構(gòu)的中心距。根據(jù)機(jī)構(gòu)的尺寸要求，在此選擇中心距。槽輪基本尺寸按下表公式進(jìn)行計(jì)算：表 3外槽輪機(jī)構(gòu)基本尺寸計(jì)算公式及結(jié)果名稱符號(hào)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果圓銷中心回轉(zhuǎn)半徑259.81mm圓銷半徑15mm槽頂高150mm槽底高25mm槽深125mm槽頂側(cè)壁厚且10mm鎖止弧半徑234.81mm外凸鎖止弧張開(kāi)角根據(jù)以上所得結(jié)果，即可確定槽輪的尺寸，畫(huà)出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。4.2.4. 槽輪運(yùn)動(dòng)特性分析槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性通常用和來(lái)衡量11。圖13所示為外槽輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的某一瞬時(shí)位置。其中，為槽輪2的轉(zhuǎn)角，為撥盤(pán)1的轉(zhuǎn)

24、角。圖 13槽輪某一瞬時(shí)位置根據(jù)文獻(xiàn)7中的表4-2-69，和的計(jì)算式分別如下： （4-11）式中，。本文中，。利用matlab編程，以為變量，求解式（4-11），得到槽輪運(yùn)動(dòng)特性如下：圖 14槽輪運(yùn)動(dòng)特性從圖14中可以看出，槽輪機(jī)構(gòu)具有周期為的柔性沖擊。但考慮到本設(shè)計(jì)中槽輪為低速運(yùn)轉(zhuǎn)，其造成的影響不大，可滿足設(shè)計(jì)要求。5 收獲和體會(huì)在這普通平凡的兩周時(shí)間里，我們有幸一起努力，依靠集體的力量去追求共同的目標(biāo)，盡管過(guò)程坎坷，卻不失為一種歷練。這樣的經(jīng)歷，值得擁有。為期兩周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，從接到設(shè)計(jì)任務(wù)開(kāi)始，我們一路走來(lái)，歷經(jīng)波折，有喜悅，也有失落；有成功，亦有挫折。但無(wú)論如何，我們還是

25、堅(jiān)持到了最后，順利完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)?；仡欉^(guò)去的十來(lái)天，感慨頗多。忙碌的十幾天終于過(guò)去了，我們最終提前完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。這固然得益于充分的準(zhǔn)備、明確的分工和合作等因素，但其實(shí)最重要的，是態(tài)度。正所謂“態(tài)度決定一切”，這種態(tài)度不僅是面對(duì)一項(xiàng)任務(wù)的態(tài)度，更是在面對(duì)困難挫折時(shí)不放棄的態(tài)度，也是踏踏實(shí)實(shí)做好工作的一種態(tài)度。課程設(shè)計(jì)雖然即將結(jié)束，但我們?cè)谶@整個(gè)過(guò)程中所學(xué)到的知識(shí)和技巧，取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并沒(méi)有隨著失去，而是會(huì)激發(fā)我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)工作中，以一種正確的態(tài)度和方法，去迎接不斷的挑戰(zhàn)。6 參考文獻(xiàn)1 工業(yè)資源網(wǎng)，壓蓋機(jī)|介紹|特點(diǎn)|工作原理|主要用途，2 楊家軍，機(jī)械原理專題篇，武漢：華中科技大學(xué)，2

26、006。3 饒振綱，行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1994。4 李艷莉 張海燕，常用間歇機(jī)構(gòu)及其在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用，今日印刷，2008年2月：67-69。5 朱孝錄，齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005。6 三維資源在線，三維標(biāo)準(zhǔn)件模型，7 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008。8 楊國(guó)太 陳玉，空間凸輪在自動(dòng)灌裝機(jī)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，機(jī)械傳動(dòng)，第32卷第2期：82-89，2008年2月。9 楊家軍，機(jī)械原理基礎(chǔ)篇，武漢：華中科技大學(xué)，2005。10 張繼春 王劍峰，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化造型和運(yùn)動(dòng)仿真，科學(xué)技術(shù)與工程，第6卷第9期：1213-1215

27、，2006年5月。11 興倫電子學(xué)習(xí)，槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，7 附錄1. 凸輪從動(dòng)件位移曲線matlab程序t=0:80;plot(t,15*(1-cos(pi/90*t*9/8)hold onx=80 100;y=30 30;plot(x,y)hold ont=100:180;plot(t,15*(1-cos(pi/90*(t-20)*9/8)hold ont=180:360;plot(t,20*(1-cos(pi/90*t)ylim(0 180)xlim(0 360)2. 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)特性matlab程序w=pi;subplot(1,2,1)t=0:80;plot(t,pi*30*w

28、/2/80*180/pi*sin(pi/80*t)hold ont=80:100;plot(t,t*0)hold ont=100:180;plot(t,pi*30*w/2/80*180/pi*sin(pi/80*(t-20)hold ont=180:360;plot(t,pi*30*w/2/90*180/pi*sin(pi/90*t)grid onxlim(0 360)xlabel(角位移/度);ylabel(速度/(mm/s);title(凸輪從動(dòng)件的速度變化)subplot(1,2,2)t=0:80;plot(t,pi2*30*w2/2/6400*(180/pi)2*cos(pi/80*t

29、)hold ont=80:100;plot(t,t*0)hold ont=100:180;plot(t,pi2*30*w2/2/6400*(180/pi)2*cos(pi/80*(t-20)hold ont=180:360;plot(t,pi2*30*w2/2/8100*(180/pi)2*cos(pi/90*t)xlim(0 360)ylim(-1200 1200)xlabel(角位移/度);ylabel(加速度/(mm/s2);title(凸輪從動(dòng)件的加速度變化)3. 凸輪理論輪廓曲線最小曲率半徑matlab程序clearclcw=pi;v=;a=;p=;s=0:0.1:528*pi;k=

30、length(s);for t=1:k if t=3687 v(t)=pi*30*w/2/368.6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-1); a(t)=pi2*30*w2/2/368.61352*cos(pi/368.6135*0.1*(t-1); elseif t=4608 v(t)=0; a(t)=0; elseif t=8294 v(t)=pi*30*w/2/368.6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-922); a(t)=pi2*30*w2/2/368.61352*cos(pi/368.6135*0.1*(t-922); else v(t)=pi*30*w/2/414.6902*sin(pi/414.6902*0.1*(t-1); a(t)=pi2*30*w2/2/414.69022*cos(pi/414.6902*0.1*(t-1); endendfor t=1:k p(t)=(1+v(t)2)(3/2)/a(t);endplot(s(1:1830),p(1:1830)hold onplot(s(1858:3687),p(1858:3687)hold onplot(s(4609:6437),p(4609:6437)hold onpl