(完整word版)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書(包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì))

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖與傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)電學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械工程及其自動化 姓名： 學(xué)號： 小組成員： 指導(dǎo)老師：一、設(shè)計(jì)題目2二、功能分解3三、運(yùn)動轉(zhuǎn)換3四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較 3五、原動機(jī)的選擇5六、運(yùn)動方案的擬定七、傳動機(jī)構(gòu)8八、運(yùn)動示意圖10九、運(yùn)動循環(huán)圖11十、執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算12十一、參考資料8十二、小結(jié)8、設(shè)計(jì)題目現(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1 （見圖1）先由輸送帶送到推包機(jī)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(jìn)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(shí)，下一個(gè)工件已送到

2、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(shí)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abcdea線路運(yùn)動。即實(shí)現(xiàn)“平推一水平退回一下降 一降位退回一上升復(fù)位”的運(yùn)動。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求：要求每5-6s包裝一個(gè)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(jī)由電動機(jī)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(shí)間，提高工效。至于“ cdea”部分的線路形狀不作嚴(yán) 格要求。二口包裝工作臺I圖1推包機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動要求設(shè)計(jì)任務(wù):1

3、. 至少提出兩種運(yùn)動方案，然后進(jìn)行方案分析評比，選出一種運(yùn)動方案進(jìn) 行設(shè)計(jì)；2. 確定電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速；3. 設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸，繪制推包機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；4. 對輸送工件的傳動系統(tǒng)提出一種方案并進(jìn)行設(shè)計(jì)；5. 編寫課程設(shè)計(jì)說明書。二、功能分解由運(yùn)動示意圖可知此機(jī)構(gòu)可分解為倆個(gè)運(yùn)動，凸輪機(jī)構(gòu)控制運(yùn)輸爪的升降，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制往復(fù)運(yùn)動，倆者的配合及凸輪的設(shè)計(jì)可以達(dá)到abcde 的軌跡。 如圖4.1 中 1、 2 為主動件，2、 3、 4和 5的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，可以完成a、 b、 c 間或 c、 d間的往復(fù)運(yùn)動，1 的凸輪與4 機(jī)構(gòu)的平底接觸，可以使整個(gè)4 機(jī)構(gòu)上下往復(fù)運(yùn)動，從而有 abc 與

4、 cd 間的高度差，通過設(shè)計(jì)凸輪的參數(shù)，配合導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)完成整個(gè)abcde 的運(yùn)動軌跡。所以功能一：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)a、 b、 c 或 d、 e 間的往復(fù)運(yùn)動, 功能二：凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 4 機(jī)構(gòu)的上下往復(fù)運(yùn)動三、運(yùn)動轉(zhuǎn)換運(yùn)動轉(zhuǎn)換即傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換。在本方案中，只要為將凸輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連桿的雙向直線運(yùn)動和上下運(yùn)動。在本案中，凸輪的DBCK為圓弧，在此段上凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)平底從動件高度不變， 前后移動，在D點(diǎn)時(shí)工件在a處，在BC段某一處時(shí)在b處，在C點(diǎn)時(shí)工件在c 處，CE段時(shí)凸輪半徑逐漸減小，平底從動件向下運(yùn)動，工件開始下降，到 E點(diǎn) 時(shí)下降到d處，EF為圓弧段，凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)平底從動件上下不運(yùn)動，做水平

5、運(yùn)動， 由d運(yùn)動至e, FD段凸輪半徑逐漸增加，平底從動件向上運(yùn)動，回到 a處。四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較方案一 ： 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)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合（圖2） 。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， 且具有急回特性，同時(shí)利用往復(fù)移動凸輪來實(shí)現(xiàn)推頭的小行程低頭運(yùn)動的要求，這時(shí)需要對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動變換為移動凸輪的往復(fù)直線運(yùn)動圖2偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合如果采用直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)或擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，可有另兩種方案（圖3、圖4）。圖3偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合之一圖4偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形 凸輪機(jī)構(gòu)的組合之二 方案二：采

6、用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)圖5、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)方案三：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合五、原動機(jī)的選擇由題可知，選擇的原動機(jī)為電動機(jī)，采取單機(jī)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(jià)格便宜。電動機(jī)的尺寸較 大，輸出剛度較硬，直流電動機(jī)可通過改變電阻等來進(jìn)行調(diào)速，交流電動機(jī) 可通過變頻、變極進(jìn)行調(diào)速。電動機(jī)通常是單向反轉(zhuǎn)的，在正常溫度下使用， 電機(jī)采用風(fēng)冷。使用電動機(jī)時(shí)，需考慮過載保護(hù)裝置，以防燒壞電動機(jī)。電 動機(jī)噪聲小，初始成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用最低，維護(hù)要求最少，功率范圍較廣。題目要求5-6s包裝一個(gè)件，即要求曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速為12r/min考慮到轉(zhuǎn)

7、速 比較低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，查常用電動機(jī)規(guī)格，選用 Y160L-8型電動機(jī)，具轉(zhuǎn)速為720r/min,功率為7.5kW。六、運(yùn)動方案的擬定方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合，（見圖2）圖2雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)的組合 方案一的運(yùn)動分析和評價(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)活動構(gòu)件。 機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副有7個(gè)轉(zhuǎn)動副，4個(gè)移動副以及兩個(gè)以點(diǎn)接觸的高副。其中機(jī)構(gòu) 的兩個(gè)僚子存在兩個(gè)虛約束。由此可知：機(jī)構(gòu)的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p' =1機(jī)構(gòu)中有一個(gè)原動件，原動件的個(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。在原動件凸輪1帶動桿3

8、會在一定的角度范圍內(nèi)搖動。通過連 桿4推動桿5運(yùn)動，然后連桿6在5的推動下帶動推頭做水平的往返運(yùn)動， 從而 實(shí)現(xiàn)能推動被包裝件向前運(yùn)動。同時(shí)凸輪2在推頭做回復(fù)運(yùn)動的時(shí)候通過向上推 動桿7,使連桿的推頭端往下運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)推頭在給定的軌跡中運(yùn)動。該機(jī)構(gòu) 中除了有兩個(gè)凸輪與從動間接觸的兩個(gè)高副外，所有的運(yùn)動副都是低副。在凸輪與從動件的接觸時(shí)，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(shè)計(jì)過程中把從動件設(shè)計(jì)成為滾動的從動件，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，原動件1是一個(gè)凸輪，凸

9、輪只是使3在一定角度的往復(fù)擺動，而對整個(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。方案二：偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)組合，（見圖3）圖3偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合方案二的運(yùn)動分析和評價(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，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

10、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機(jī)的轉(zhuǎn)動從而帶動曲柄2的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時(shí)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(fù)的直線運(yùn)動， 從而帶動連著推頭的桿運(yùn)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(dá)C點(diǎn)時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)動進(jìn)入推 程階段，使從動桿往上運(yùn)動，這時(shí)在桿 5和桿6連接的轉(zhuǎn)動副就成為一個(gè)支點(diǎn)， 使桿6的推頭端在從動件的8的推動下向下運(yùn)動，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件與凸輪之間的連接更加緊湊， 而且 因?yàn)椴捎昧藵L動從動

11、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(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，因此成本會比較高。方案三：偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合，（見圖 4）圖4偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合方案三的運(yùn)動分析和評價(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)移動凸輪機(jī)構(gòu) 的組合（圖4）。此方案通過曲柄1帶動連桿2使滑塊4實(shí)現(xiàn)在水平方向上的往 復(fù)直線運(yùn)動，在回程時(shí)，當(dāng)推頭到達(dá) C點(diǎn)，在往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)中的僚子會在 槽內(nèi)相右上方運(yùn)動，從

12、而使桿7的推頭端在偏置滑塊和往復(fù)移動凸輪的共同作用 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，且具有急回特性，同時(shí)利用往復(fù)移動凸輪來實(shí)現(xiàn)推頭的小行程低頭運(yùn)動的 要求，這時(shí)需要對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動變換為移動凸輪的往復(fù)直線運(yùn)動。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， 對于較大載荷時(shí)對桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。會使的機(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)動規(guī)率并不能按照所要求的運(yùn)動精確的運(yùn)行只能以 近似的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動。綜合對三種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對不是太復(fù)雜，而且能滿足題目的要 求，最終我選擇方案二。七、傳動

13、機(jī)構(gòu)720系統(tǒng)的輸入輸出傳動比i =i1Mi2 =5父12 = 60 i = 60 ,即要求設(shè)計(jì)出一個(gè)傳12動比i =60的減速器，使輸出能達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。其傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖：電動機(jī)連接一個(gè)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 i1 =50=5,此時(shí)轉(zhuǎn)速為 720 = 144r/min。105從皮帶輪1輸入到一個(gè)二級減速器，為了帶到要求的傳動比，設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù)為，乙=15, Z2 =60, Z3 =15, Z4 =45。驗(yàn)算二級減速器具傳動比i2 =紅衛(wèi)=.迎上=12乙 Z315 15整個(gè)傳動系統(tǒng)的傳動比i川1 i2 =5 12=60則電

14、動機(jī)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(jī)構(gòu)主動件的轉(zhuǎn) 速。八、運(yùn)動示意圖九、運(yùn)動循環(huán)圖運(yùn)動循環(huán)圖曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制水平向左控制水平向右凸輪機(jī)構(gòu)局度小笠控制向卜運(yùn)動(Wj度小變控制向上運(yùn)動十、執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算1、偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的極位夾角公式k =乂二180k 1:k=1.2-1.5,其極位夾角日的取值范圍為16.36, 36°在這范圍內(nèi)取極位夾角為25°滑塊的行程題目給出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5）由已知滑塊的工作行程為100mm作BB 為

15、100mm過點(diǎn)B作BB所在水平 面的垂線BP,過點(diǎn)B'作直線作直線B' P交于點(diǎn)P,并使NBPB' = 25。然后過 B、B'、P三點(diǎn)作圓。因?yàn)橐阎鄀=40mmf以作直線平行于直線BB ,向下 平移40mm與圓O'交于一點(diǎn)O,則O點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接 OB OB ,OB-OB =2aOB+OB ' =2b從圖中量取得： AB=151.32mm AB' =61.86mm則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=44.73mm 連桿b=106.59mm至恥匕，機(jī)構(gòu)組合的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢。2、直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)用作圖法求出凸輪的推程角

16、，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角。（見下圖）因?yàn)轭}目要求在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為25mnW,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25mm勺地方作出其曲柄，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(diǎn)B為25mmi勺地方作點(diǎn)B''2）過點(diǎn)B''作直線A' ' B''交圓。于點(diǎn)A'',并使A' ' B' ' =AB;3）連接OA ',則O

17、A ', A' ' B''為曲柄以及連桿在當(dāng)滑塊離最大推程距離為25mm寸的位置。因?yàn)轭}目要求推頭的軌跡在abc段內(nèi)實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動，因此即凸輪近休止角應(yīng)為曲柄由A轉(zhuǎn)動到A，的角度，從圖上量取，. A'OA''=254；,即凸輪的90近休止角為 怩'n/A'OA"：1271 。因?yàn)轭}目對推頭在返程 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。1890選定推程角為%=石，回程角 典=19遠(yuǎn)休止角*o' = - oIQO因?yàn)轭}目要求推頭回程向下的距離為 30mm因此從

18、動件的行程h=30mm由選定條件近休止角為 4s' = 12衛(wèi)推程角為4o = 7L回程角®s=19L遠(yuǎn)休止角9018903T小。'=一，h=30mm基圓半徑r0 =50 mm從動桿長度為40mm滾子半徑rr =5mm9十一、參考資料1、機(jī)械原理教程（第二版）中永勝主編，北京：清華大學(xué)出版社，20052、機(jī)械原理輔導(dǎo)與習(xí)題（第二版）中永勝主編，北京：清華大學(xué)出版社，20063、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊 鄒慧君主編，北京：高等教育出版社，19984、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊機(jī)械傳動 成大先主編，北京：北京工業(yè)出版社，20045、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)陸鳳儀主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2002十二、小結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識