哈工大機械原理課程設計—產(chǎn)品包裝線設計(方案10)

1、哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）Harbin Institute of Technology課程設計說明書（論文）課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案10）院 系： 班 級： 機械一班 設 計 者： 學 號： 指導教師： 設計時間： 2014.06.30-2014.07.07 哈爾濱工業(yè)大學目錄一 題目要求······················

2、;···········（3）二 題目解答1. 工藝方法分析··························（3）2. 運動功能分析及圖示·······&#

3、183;············（4）3. 系統(tǒng)運動方案的擬定····················（8）4. 系統(tǒng)運動方案設計············

4、83;·········（13）5. 運動方案執(zhí)行構(gòu)件的運動時序分析········（19）6. 運動循環(huán)圖···························

5、;·（21）產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(方案10)1.題目要求如圖1所示，輸送線1上為小包裝產(chǎn)品，其尺寸為長*寬*高=600*200*200，采取步進式輸送方式，將第一包和第二包產(chǎn)品送至托盤A上（托盤A上平面與輸送線1的上平面同高），每送一包產(chǎn)品至托盤A上，托盤A下降200mm。當?shù)谌a(chǎn)品送到托盤A上后，托盤A上升405mm、順時針旋轉(zhuǎn)90°，把產(chǎn)品推入輸送線2。然后，托盤A順時針回轉(zhuǎn)90°、下降5mm恢復至原始位置。原動機轉(zhuǎn)速為1430rpm，產(chǎn)品輸送量分三檔可調(diào)，每分鐘向輸送線2分別輸送12、18、30件小包裝產(chǎn)品。圖1功能簡圖2.題目解答（1）工藝方法分析由題目和功能

6、簡圖可以看出，推動產(chǎn)品在輸送線1上運動的是執(zhí)行機構(gòu)1，在A處使產(chǎn)品上升、轉(zhuǎn)位的是執(zhí)行構(gòu)件2，在A處把產(chǎn)品推到下一個工位的是執(zhí)行構(gòu)件3，三個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關系如圖所示。下圖中T1為執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期，T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，T3是執(zhí)行構(gòu)件3的工作周期，T3是執(zhí)行構(gòu)件3的動作周期。由圖2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1是作連續(xù)往復移動的，而執(zhí)行構(gòu)件2則有一個間歇往復運動和一個間歇轉(zhuǎn)動，執(zhí)行構(gòu)件3作一個間歇往復運動。三個執(zhí)行構(gòu)件的工作周期關系為：3T1= T2= T3。執(zhí)行構(gòu)件3的動作周期為其工作周期的1/20。T2=T3T1執(zhí)行機構(gòu)運動情況執(zhí)行構(gòu)件1進停進停進停執(zhí)行構(gòu)件2停降停降停升停降停順停順停執(zhí)

7、行構(gòu)件3停進退停T3圖2 運動循環(huán)圖（2）運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機構(gòu)應該具有運動功能如圖3所示。該運動功能把一個連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的往復移動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）往復運動一次，主動件的轉(zhuǎn)速分別為12、18 、30 rpm。 12、18、30 rpm圖3 執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能由于電動機轉(zhuǎn)速為1430rpm，為了在執(zhí)行機構(gòu)1的主動件上分別得到6、12、18 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu)1之間的傳動比iz有3種分別為：iz1=143012 = 119.17iz2=143018 = 79.44iz3=143030 = 47

8、.67總傳動比由定傳動比ic與變傳動比iv組成，滿足以下關系式：iz1 = ic*iv1iz2=ic*iv2iz3=ic*iv3三種傳動比中iz1最大，iz3最小。由于定傳動比ic是常數(shù)，因此3種傳動比中iv1最大，iv3最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不要大于4，即：iv1=4則有：ic= iz1 iv1 = 29.80故定傳動比的其他值為：iv2= iz2 ic= 2.67iv3= iz3 ic= 1.60于是，有級變速單元如圖4：i = 4, 2.67, 1.60圖4 有級變速運動功能單元為保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元

9、可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護能力，還具有減速功能，如圖5所示。圖5 過載保護運動功能單元整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護功能單元的減速功能不能實現(xiàn)全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，減速比為i = ic 2.5 = 11.92減速運動功能單元如圖6所示。圖6 執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能根據(jù)上述運動功能分析，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的功能系統(tǒng)圖，如圖7所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.67, 1.60 i = 11.92執(zhí)行構(gòu)件1圖7 實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖為了使用同一原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，應該在圖7所示的運動功能系統(tǒng)圖加上1

10、個運動分支功能單元，使其能夠驅(qū)動分支執(zhí)行構(gòu)件2，該運動分支功能單元如圖8所示。執(zhí)行構(gòu)件2有兩個執(zhí)行運動，一個是間歇往復移動，另一個是間歇單向轉(zhuǎn)動。執(zhí)行構(gòu)件3有一個執(zhí)行運動，為間歇往復移動，其運動方向與執(zhí)行構(gòu)件1的運動方向垂直。為了使執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的運動和執(zhí)行構(gòu)件1的運動保持正確的空間關系，可以加一個運動傳動方向轉(zhuǎn)換功能單元，如圖9所示。圖8 運動分支功能單元i=2圖9 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元經(jīng)過運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元輸出的運動需要分成三個運動分支分別驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2的2個運動和執(zhí)行構(gòu)件3的一個運動。因此，需要加一個運動分支功能分支單元，如圖10所示。圖10 運動分支功能單元執(zhí)行

11、構(gòu)件2的一個運動是間歇往復移動，考慮采用兩個運動單元，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成間歇單向轉(zhuǎn)動，再轉(zhuǎn)換成間歇往復移動。如圖11所示。圖11 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復移動的運動功能單元執(zhí)行構(gòu)件2的另一個運動是間歇單向轉(zhuǎn)動，且其運動平面與第一個運動的運動平面垂直，因此，可以選用運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元，如圖12所示。圖12運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元經(jīng)過運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元后的運動，可以通過另一個運動功能單元把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復擺動，如圖13所示。圖13 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復擺動的運動功能單元根據(jù)上述分析可以得出實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1和執(zhí)行構(gòu)件2運動功能的運動功能系統(tǒng)圖，如圖14所示。1430rpm i = 2.5

12、 i = 4, 2.67, 1.60 i = 11.92執(zhí)行構(gòu)件1執(zhí)行構(gòu)件2圖14 執(zhí)行構(gòu)件1、2的運動功能系統(tǒng)圖執(zhí)行構(gòu)件3需要進行間歇往復移動，為此，需要將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動。由圖2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件3在一個工作周期內(nèi)，其間歇時間很長，運動時間很短，這樣會導致使用的槽輪機構(gòu)槽數(shù)過大。因此，需要采用一個連續(xù)轉(zhuǎn)動的放大單元，使槽輪機構(gòu)的時間系數(shù)增大，如圖15所示。再采用一個運動系數(shù)為=0.25的間歇運動單元，如圖15所示。 i = 1/2.5 =0.25圖15運動放大功能單元和間歇運動功能單元盡管執(zhí)行構(gòu)件3在一個工作周期內(nèi)，其間歇時間很長，運動時間很短，但是當其運動時，運動則是連續(xù)的、周期的

13、。因此，需要把圖15中的運動功能單元的輸出運動轉(zhuǎn)換為整周運動，于是在其后加一個運動放大功能單元，如圖16所示。然后，再把該運動功能單元輸出地運動轉(zhuǎn)換為往復移動，其運動功能單元如圖17所示。i =1/4圖16 運動放大功能單元圖17 把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復移動的運動功能單元根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖18所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.67, 1.60 i =11.92圖18 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案10）的運動功能系統(tǒng)圖（3）系統(tǒng)運動方案擬定根據(jù)圖18所示的運動功能系統(tǒng)圖,選擇適當?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單元,便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案

14、。圖18中的運動功能單元1是原動機。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動機作為原動機。如圖19所示。1430rpm1圖19 電動機替代運動功能單元1圖18中的運動功能單元2是過載保護單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動實現(xiàn)，如圖20所示。 2圖20圖18中的運動功能單元3是有級變速功能單元，可以選擇滑移齒輪變速傳動替代，如圖21所示。 i=4,2.67,1.60 圖21 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖18中的運動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動代替，如圖22所示。 i=11.92 圖22 2級齒輪傳動替代運動功能單元4圖18中的運動功能單元6將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為往復擺動，可以選擇導桿

15、滑塊機構(gòu)替代，如圖23所示。圖23 導桿滑塊機構(gòu)替代運動功能單元6圖18中的運動功能單元7是運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能和減速運動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖24所示。i = 2 圖24 圓錐齒輪傳動替代減速運動功能單元7圖18中運動功能單元5是運動分支功能單元，可以用運動功能單元7錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元6導桿滑塊結(jié)構(gòu)的曲柄與運動功能單元4的運動輸出齒輪固連替代，如圖25所示。圖25 2個運動功能單元的主動件固聯(lián)替代運動功能單元5圖18中運動功能單元9和10將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為間歇往復移動，由于運動復雜，可以選用不完整齒和凸輪機構(gòu)固聯(lián)來共同完成要求。不完全齒輪在一個工作周期內(nèi)有四次停歇

16、和和四次轉(zhuǎn)動，且四次停歇的時間不都相同。于是，可以用不完全齒輪和凸輪機構(gòu)固聯(lián)來代替這兩個運動功能單元。如圖26所示。圖26 不完整齒和凸輪機構(gòu)固聯(lián)替代功能單元9和10圖18中運動功能單元11是運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能，可以用圓錐齒輪傳動代替，如圖27所示。 i = 1圖27 圓錐齒輪傳動機構(gòu)代替運動功能單元10 圖18中運動功能單元12是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復轉(zhuǎn)動的運動功能單元，于是可以用凸輪機構(gòu)代替該運動功能單元，如圖 28所示。圖28 用不完全齒輪傳動替代運動功能單元12圖18中運動單元14是把往復移動轉(zhuǎn)換為往復擺動，可以選擇齒輪齒條傳動替代。如圖29所示。圖29 用齒輪齒條替代運動功能單元

17、14圖18中運動功能單元8是運動分支功能單元，可以用運動功能單元10、運動功能單元11錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元13齒輪傳動的主動輪與運動功能單元7的運動輸出齒輪固聯(lián)代替，如圖30所示。圖30 3個運動功能單元的主動件固聯(lián)替代運動功能單元8圖18中運動功能單元13是加速功能，可以選擇齒輪傳動代替，傳動比為1/2.5，如圖30所示。圖30 用齒輪傳動替代運動功能單元13圖18中運動功能單元15是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元，可以用槽輪機構(gòu)替代。該運動功能單元的運動系數(shù)為=0.25由槽輪機構(gòu)運動系數(shù)的計算公式有：=Z-22Z式中，Z槽輪的徑向槽數(shù)。則，槽輪的徑向槽數(shù)為：Z= 21-

18、2=21-2*0.25=4該槽輪機構(gòu)如圖31所示。圖31用槽輪機構(gòu)替代運動功能單元14圖18中的運動功能單元16是運動放大功能單元，把運動功能單元15中槽輪在一個工作周期中輸出的1/4周的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為一周的運動，用圓柱齒輪機構(gòu)替代，其傳動比為i=1/4。圓柱齒輪傳動如圖32所示。圖32 用圓柱齒輪傳動替代運動功能單元15圖18中運動功能單元17是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復移動的運動功能單元，可以用曲柄滑塊機構(gòu)替代，如圖33所示。圖 33用曲柄滑塊機構(gòu)替代運動功能單元17根據(jù)上述分析，按照圖18各個運動單元連接順序把個運動功能單元的替代機構(gòu)一次連接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案10）的運動方案簡圖，如

19、繪制圖所示（4） 系統(tǒng)運動方案設計1） 執(zhí)行機構(gòu)1的設計該執(zhí)行機構(gòu)是曲柄滑塊機構(gòu)，由曲柄15，滑塊18，導桿19，連桿20和滑枕21組成。其中大滑塊的行程h=480mm,現(xiàn)對機構(gòu)進行參數(shù)計算。該機構(gòu)具有急回特性，在導桿19與曲柄15的軌跡圓相切時候，從動件處于兩個極限位置，此時導桿的末端分別位于C1和C2位置。取定C1C2的長度，使其滿足：利用平行四邊形的特點，由下圖可知滑塊移動的距離E1E2= C1C2=h，這樣就利用了機構(gòu)急回運動特性，使滑塊移動了指定的位移。設極位夾角為，顯然導桿19的擺角就是，取機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.4，由此可得極位夾角和導桿19的長度。 L=h/2sin15=92

20、7.289圖35 導桿滑塊機構(gòu)設計先隨意選定一點為D，以D為圓心，l為半徑做圓。再過D作豎直線，以之為基礎線，左右各作射線，與之夾角15°，交圓與C1和C2點。則弧C1C2即為導桿頂部轉(zhuǎn)過的弧線，當導軌從C1D擺到C2D的時候，擺角為30°。接著取最高點為C,在C和C1之間做平行于C1C2的直線m，該線為滑枕21的導路，距離D點的距離為在C1點有機構(gòu)最大壓力角，設導桿21的長度為l1，最大壓力角的正弦等于要求最大壓力角小于100，所以有90.979l1越大，壓力角越小，取l1=200400mm。曲柄15的回轉(zhuǎn)中心在過D點的豎直線上，曲柄越長，曲柄受力越小，可選取AD=480

21、mm，據(jù)此可以得到曲柄15的長度480*sin15=124.2332） 執(zhí)行機構(gòu)2的設計如圖34（b）所示，執(zhí)行機構(gòu)2由兩個運動復合而成。其中一個運動是連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向間歇轉(zhuǎn)動，由不完全齒輪26、27實現(xiàn)。另一個運動是將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為間歇往復移動，可以選用不完整齒傳動（30、31）和直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)（28、29）固聯(lián)來共同完成要求。凸輪、齒輪、齒條的設計在一個工作周期內(nèi)的運動為轉(zhuǎn)+90°（1/40T2）轉(zhuǎn)+90°（1/40T2）停 （1/20 T2）停 （18/20 T2）通過平頂凸輪帶動齒條在工作周期內(nèi)往復運動，帶動齒輪順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)。假設齒輪帶動滑移齒條轉(zhuǎn)動，在

22、一個凸輪推程過后，能使齒輪轉(zhuǎn)動90度，這樣在設計中采用模數(shù)為2的標準齒輪，為了使齒輪轉(zhuǎn)動90度，而且考慮空間因素的制約，計算從動件推程：S=m*Z*4=80mm 為了穩(wěn)定，傳動設計中采用推程正弦加速度回程加速度。 本凸輪推程運動角60°，回程運動角60°，近休止角180°,遠休止角60°。從動件推程80mm，推回程均采用無沖擊的正弦加速度方式。角度范圍SVA013240 - 40 sin(6)240 - 240 cos(6)18×802 sin(6)132380002380（1-3-2+12sin（6-4）-240(1-cos（6-4）-18&

23、#215;802sin（6-4）2000根據(jù)凸輪的從動件運動規(guī)律，我們可以利用解析法設計出凸輪的輪廓。具體設計流程：做出dsd-s圖像，利用壓力角的要求可以做出凸輪的基圓和偏距，這樣，可以利用解析法求出凸輪的形狀。由于電動機的轉(zhuǎn)向是可以調(diào)整的，設從34軸向上看凸輪是順時針轉(zhuǎn)動的。取凸輪偏距為0，即設計成對心的滾子凸輪機構(gòu)。dsds經(jīng)查表需用壓力角采用30°確定凸輪的基圓為100mm，滾子半徑采用10mm的軸承。理論輪廓坐標方程： x=(r0+s)cos；y=(r0+s)sin；帶上滾子半徑的實際輪廓半徑，滾子是在實際輪廓外部。實際輪廓坐標：X=x-rr×dyddxd2+dy

24、d2 ；Y=y+rr×dxddxd2+dyd2 ；凸輪機構(gòu)的設計凸輪機構(gòu)在一個工作周期的運動為停9/30T2向下200mm（1/30T2）停9/30T2向上405mm（1/30T2）停5/30T2向下200mm（1/30T2）向下5mm（1/30T2）停3/30T2采用滾子凸輪機構(gòu)如圖所示讓從動件推動一個平底構(gòu)件實現(xiàn)此功能。同樣為了避免較為強烈的運動沖擊，在升程階段采用正弦加速度曲線，在回程可以采用勻速運動規(guī)律實現(xiàn)。角度范圍svA012810 - 405 2sin(4)810 - 810 cos(4)8×4052 sin(4)123240500270°275

25、76;-180+675-1800275°320°-800+200+16×8009-8000320°360°-900+1800-9000做出dsd-s圖像如下所示：根據(jù)要求，根據(jù)假設最大壓力角要求用30°選取則選取基圓半徑為200mm。偏距e=0，滾子半徑選用r=10mm。利用解析法可以解出，凸輪理論輪廓坐標： x = (r0+s)cos； y = (r0+s)sin；3） 槽輪機構(gòu)的設計 確定槽輪槽數(shù)根據(jù)圖31可知，在撥盤圓銷數(shù)k=1時，槽輪槽數(shù)z=4。 槽輪槽間角2=360°z=90° 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角2

26、=180°-2=90° 中心距槽輪機構(gòu)的中心距應該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不確定的情況下暫定為a=150mm 撥盤圓銷的回轉(zhuǎn)半徑=ra=sin=0.7071r=*a=0.7071*150=106.065 mm 槽輪半徑=Ra=cos=0.7071R=*a=0.7071*150=106.065 mm 鎖止弧張角=360°-2=270° 圓銷半徑rAr6=106.0656=17.6675 mm圓整： rA=18 mm 槽輪槽深 h>(+-1)*a+rA=80.13 mm 鎖止弧半徑rS<r-rA=88.065 mm取rS=80 mm4） 滑移齒

27、輪傳動設計 確定齒輪齒數(shù)如圖21中齒輪5，6，7，8，9，10組成了滑移齒輪有級變速單元，其齒數(shù)分別為z5， z6 ，z7 ，z8 ，z9 ，z10。由前面分析可知，iv1=4iv2= iz2 ic= 2.67iv3= iz3 ic= 1.60按最小不根切齒數(shù)取z9=17，則z10= iv1 z9=4*17=68為了改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取z10= 69。其齒數(shù)和為z9+ z10=17+69=86，另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應大致相同，即z7+ z886，z5+ z686iv2= 86-z7z7= 2.67z724 ,z8=86-z7=62同理可取z5=33 ，z6=53

28、計算齒輪幾何尺寸取模數(shù)m=2 mm，則5，6， 9，10這兩對齒輪的標準中心距相同a=m2z5+z6=m2z9+z10=86這兩對齒輪為標準齒輪，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。由上面知齒輪7,8的齒數(shù)和比5,6的齒數(shù)和小，為了使齒輪7,8的實際中心距與齒輪5,6的標準中心距相同，齒輪7,8應采用正變位。齒輪7,8為正傳動，其幾何尺寸按變位齒輪計算。5） 齒輪傳動設計圓柱齒輪傳動設計由圖可知，齒輪11、12、13、14實現(xiàn)運動功能單元4的減速功能，它所實現(xiàn)的傳動比為11.9167。由于齒輪11、12、13、14是2級齒輪傳動，這2級齒輪傳動的傳動比可如此確定z11=z13=17，于是z12=z14

29、=3.4521*z1159為使傳動比更接近于運動功能單元4的傳動比23.83，取z11=17z12=58 z13=17z14=59取模數(shù)m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪32、33實現(xiàn)運動功能單元13的放大功能，它所實現(xiàn)的傳動比為1/2.5,。齒輪32可按最小不根切齒數(shù)確定，即z32=17則齒輪33的齒數(shù)為17*2.5=43為使傳動比更接近于要求，取z32=18z12=45齒輪32、33的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標準齒輪計算。由圖34-（b）可知，齒輪36、37實現(xiàn)運動功能單元15的放大功能，它所實現(xiàn)的傳動比為0.25,。齒輪37可按最小不根切齒數(shù)確定，即z37=17則齒輪36的齒數(shù)為17/0.25=68齒輪36、37的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm