包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

PAGEI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AutoCad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)對推包機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。激光測得被推物體確認(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AbstractPackingmachineisamachineofaproductionandoutsourcingcollectively,Itsmainfunctionisthepackagingofvariousproducts,However,thepackagingmachinepushpackagebodyistheinstitutionsofpackagingproducts,packagingmachine,Itsmainfunctionistotransportproductsfromtheproductionlinetothecorrespondingentryofthepackagingmachine,theagency'smovementisamovementofthecyclebyacertaintrajectory.Theagencypushitemsarrivedatthedesignatedpackingtable,theagencyreplacesthetraditionalmanualmovableobjectsinefficiency.Idesignedthepushpackageinstitutionpushpackage,returnoneofthefullyautomated,itsmaindesignideascomesfromthedecompositionoftraditionaltechnology,thendesignedfollowthecorrespondingfunctionbodyparts,contrast,selected,andoptimized.Theuseofthecamreciprocates,themovementofthegeardrive,andthesetvalueofthespeedratioofthereducer.TheuseofthepowerfuldrawingfeaturesAutoCadsoftwareandWordeditingfeatures,designillustrated,lifelike.Inthissystem,lasersensorpackagingworkpiecetopushpackageinstitutionscontrolledbythemicrocontroller.Lasertestobjecttobedriventoconfirmarrival,photosensitiveplatepulses,steppermotorcontrolledbythe89C51microcontrollerandsteppermotordriverchipULN2803.Thesametime,thenumberofpiecesofpackagingworkpiecebytheLEDdisplayshows.Pushinstitutionsusingthecombinedmechanismofthethebiasslidermechanismanddisc-shapedcammechanism,amongthem,thebiasslidermechanismcontrolsthepusherinthehorizontaldirectionmovement,andthecammechanismcontrolsthepusherintheverticaldirectionmovement.Inthisdesign,inthereturnprocessitdoesnotaffectthearrivalofthenextworkpiece,andthusingeneral,toimproveefficiency.Keywords:packingmachine;pushinstitution;reducer;gearPAGE35目錄摘要 IIIAbstract IV1緒論 11.1本課題的研究內(nèi)容和意義 11.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 21.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 32機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 42.1方案的選擇 42.2凸輪及桿的設(shè)計(jì) 62.2.1設(shè)計(jì)要求及計(jì)算 72.2.2校核各桿的壓桿穩(wěn)定性 92.2.3校核各桿的強(qiáng)度 92.2.4校核凸輪的強(qiáng)度 92.3減速器概述 102.4電動(dòng)機(jī)的選擇 112.4.1初步確定負(fù)載推力 112.4.2電動(dòng)機(jī)選擇步驟 122.4.3確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配 142.4.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 142.5齒輪的設(shè)計(jì) 142.5.1齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)與分類 142.5.2齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求 142.5.3齒輪組的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 152.6軸的設(shè)計(jì) 192.6.1軸的分類 192.6.2軸的材料 192.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 202.6.4低速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 212.6.5高速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 252.6.6選擇和校驗(yàn)鍵聯(lián)接 262.7軸承的選用 262.7.1軸承種類的選擇 262.7.2深溝球軸承結(jié)構(gòu) 262.8聯(lián)軸器的選擇 272.8.1聯(lián)軸器的功用 272.8.2聯(lián)軸器的類型特點(diǎn) 272.8.3聯(lián)軸器的選用 282.8.4聯(lián)軸器材料 283控制部分的設(shè)計(jì) 293.1控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)要求 293.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 293.3控制原理圖 324結(jié)論與展望 334.1結(jié)論 334.2不足之處及未來展望 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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?，F(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單地模仿人的動(dòng)作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機(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)品銷售的競爭力，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)成無級可調(diào)的，即采用無級變速裝置。(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本課題的研究內(nèi)容和意義研究內(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)市場競爭能力(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，發(fā)展速度高于整個(gè)包裝工業(yè)平均增長速度的15%～17%，比傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)平均增長4.7個(gè)百分點(diǎn)。包裝機(jī)械工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的新興行業(yè)。我國目前從事包裝機(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內(nèi)市場需要，又能參與國際市場競爭的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國包裝機(jī)械行業(yè)近些年取得了相當(dāng)顯著的成績，但與國外產(chǎn)品相比仍存在20年左右的差距。[3]國外包裝機(jī)械水平高的國家主要是美國、日本、德國。美國的包裝工業(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。由于國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化,自選市場蓬勃興起,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。德國包裝機(jī)械的77％為出口。中國是德國包裝機(jī)械的主要出口國。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。國際貿(mào)易人員匱乏。應(yīng)變能力不強(qiáng)。我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的新趨勢：(1)生產(chǎn)效率化。①機(jī)械功能多元化。②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。③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)能力我國裝機(jī)械既面臨著國外先進(jìn)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)和競爭，同時(shí)也面臨著巨大的國內(nèi)外市場和較好的發(fā)展機(jī)遇。進(jìn)入21世紀(jì)，我國國民經(jīng)濟(jì)整體水平和綜合國力又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，國際國內(nèi)的環(huán)境都為我國經(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，也是中國包裝機(jī)械升級的技術(shù)支撐。因此，需要對包裝機(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。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。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)簡圖方案一的運(yùn)動(dòng)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(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：F=3N-2P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)對從動(dòng)件有較大的沖擊，為了減少凸輪對從動(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。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)簡圖方案二的運(yùn)動(dòng)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(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)簡圖方案三的運(yùn)動(dòng)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(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，對于較大載荷時(shí)對桿件的剛度和強(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。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。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L=400mm偏置距離e選取240mm用圖解法求出各桿的長度如下：（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=。然后過B、B’、P三點(diǎn)作圓。因?yàn)橐阎鄀=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=632.11mmOB’=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)簡圖直動(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A’’B’’交圓O于點(diǎn)A’’，并使A’’B’’=AB；(3)連接OA’’，則OA’’，A’’B’’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，，即凸輪的近休止角為。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?，F(xiàn)選定推程角為，回程角，遠(yuǎn)休止角。圖2-5連桿的運(yùn)動(dòng)簡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推程角為回程角為遠(yuǎn)休止角為，h=50mm，基圓半徑為=60mm,從動(dòng)桿長度為120mm，滾子半徑為=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)簡圖如下圖：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桿即可，若最長桿滿足抗彎強(qiáng)度要求，則其他桿更滿足強(qiáng)度要求。各桿中最長桿是=467mm，規(guī)定壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為=10，由《材料力學(xué)》[9]P293頁公式壓桿的臨界力為=鋼的材料E=210GPa，I===，則===6678.8Nn==6678.8/3.29=2030>,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2-7P25查得45鋼的抗拉強(qiáng)度=600MPa,=355MPa，由材料力學(xué)[9]公式（2.12）P29A=πd2/4≥F/[σ]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8.3P150選取凸輪的材料選為45鋼，調(diào)質(zhì)220~260HBS，=2HBS+70MPa，與其對應(yīng)的推桿表面淬火40~45HRC。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]P152頁公式式中：，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；：凸輪實(shí)際輪廓上接觸點(diǎn)處的曲率半徑，=80mm;rr:滾子半徑，10mm：從動(dòng)件接觸端滾子與凸輪的接觸寬度，20mm;:凸輪副材料接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力，取=72MPa；：壽命系數(shù)，取為1；：表面粗糙度系數(shù)，取=1；：安全系數(shù)，取=1.1;=65.45MPa;代入數(shù)據(jù)可得：σH=63.66MPa<65.45MPa,所以滿足強(qiáng)度要求。綜上，所設(shè)計(jì)的凸輪滿足要求。2.3減速器概述減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪—蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用在動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)之間作為減速的傳動(dòng)裝置；在少數(shù)場合下也用作增速的傳動(dòng)裝置，這時(shí)就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用很廣。減速器類型很多，按傳動(dòng)級數(shù)主要分為：單級、二級、多級；按傳動(dòng)件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器高速軸低速軸圖2-7減速器系統(tǒng)框圖以下對幾種減速器進(jìn)行對比：(1)圓柱齒輪減速器當(dāng)傳動(dòng)比在8以下時(shí)，可采用單級圓柱齒輪減速器。大于8時(shí)，最好選用二級(i=8—40)和二級以上(i>40)的減速器。單級減速器的傳動(dòng)比如果過大，則其外廓尺寸將很大。二級和二級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。展開式最簡單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊的軸承受力不等。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40000kW，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合。二級和二級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(j>10)的場合。通常說蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸小，這只是對傳減速器的傳動(dòng)比較大的蝸桿減速器才是正確的，當(dāng)傳動(dòng)比并不很大時(shí)，此優(yōu)點(diǎn)并不顯著。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動(dòng)的場合。蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時(shí)最好采用蝸桿在下式，這時(shí)，在嚙合處能得到良好的潤滑和冷卻條件。但蝸桿圓周速度大于4m/s時(shí)，為避免攪油太甚、發(fā)熱過多，最好采用蝸桿在上式。(4)齒輪-蝸桿減速器它有齒輪傳動(dòng)在高速級和蝸桿傳動(dòng)在高速級兩種布置形式。前者結(jié)構(gòu)較緊湊，后者效率較高。通過比較，我們選定圓柱齒輪減速器。2.4電動(dòng)機(jī)的選擇2.4.1初步確定負(fù)載推力假設(shè)物體重是20kg，摩擦系數(shù)為0.5，則外力為100N。穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)下凸輪主軸所需功率：凸輪主軸轉(zhuǎn)速為：12r/min凸輪主軸上的轉(zhuǎn)矩：初選聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器，滾動(dòng)軸承為滾子軸承，傳動(dòng)齒輪為閉式軟齒面圓柱齒輪，因其速度不高，選用7級精度(GB10095-88)，則機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率分別如下：彈性柱銷聯(lián)軸器：=0.99滾子軸承：=0.98閉式圓柱齒輪（7級）：=0.98所以，電動(dòng)機(jī)至工件主軸之間的總效率為：=0.99×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98=0.877所以電動(dòng)機(jī)所需功率為合理的選擇電動(dòng)機(jī)是正確使用的先決條件。選擇恰當(dāng)，電動(dòng)機(jī)就能安全、經(jīng)濟(jì)，選擇得不合適，輕者造成浪費(fèi)，重者燒毀電動(dòng)機(jī)。選擇電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容包括很多，例如電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、防護(hù)形式、結(jié)構(gòu)形式等，但是結(jié)合農(nóng)村具體情況，需要選擇的通常只是功率、轉(zhuǎn)速、防護(hù)形式等幾項(xiàng)比較重要的內(nèi)容，因此在這里介紹一下電動(dòng)機(jī)的選擇方法及使用。2.4.2電動(dòng)機(jī)選擇步驟電動(dòng)機(jī)的選擇一般遵循以下三個(gè)步驟：型號的選擇電動(dòng)機(jī)的型號很多，通常選用異步電動(dòng)機(jī)。從類型上可分為鼠籠式與繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩種。常用鼠籠式的有J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型異步電動(dòng)機(jī)和JS、JSQ系列中型異步電動(dòng)機(jī)。繞線式的有JR、JRO2系列小型繞線式異步電動(dòng)機(jī)和JRQ系列中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)。從電動(dòng)機(jī)的防護(hù)形式上又可分為以下幾種：(1)防護(hù)式。這種電動(dòng)機(jī)的外殼有通風(fēng)孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向成45o以內(nèi)掉進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，它的通風(fēng)性能比較好，價(jià)格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用。“J”系列電動(dòng)機(jī)就屬于這種防護(hù)形式。(2)封閉式。這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個(gè)封閉的機(jī)殼內(nèi)，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但它的密封不很嚴(yán)密，所以還不能在水中工作，“JO”系列電動(dòng)機(jī)屬于這種防護(hù)形式。在農(nóng)村塵土飛揚(yáng)、水花四濺的地方（如農(nóng)副業(yè)加工機(jī)械和水泵）廣泛地使用這種電動(dòng)機(jī)。(3)密封式。這種電動(dòng)機(jī)的整個(gè)機(jī)體都嚴(yán)密的密封起來，可以浸沒在水里工作，農(nóng)村的電動(dòng)潛水泵就需要這種電動(dòng)機(jī)。實(shí)際上，農(nóng)村用來帶動(dòng)水泵、機(jī)磨、脫粒機(jī)、扎花機(jī)和粉碎機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的小型電動(dòng)機(jī)大多選用JO、JO2系列電動(dòng)機(jī)。在特殊場合可選用一些特殊用途的電動(dòng)機(jī)。如JBS系列小型三相防爆異步電動(dòng)機(jī)，JQS系列井用潛水泵三相異步電動(dòng)機(jī)以及DM2系列深井泵用三相異步電動(dòng)機(jī)[12]。功率的選擇一般機(jī)械都注明應(yīng)配套使用的電動(dòng)機(jī)功率，更換或配套時(shí)十分方便，有的農(nóng)業(yè)機(jī)械注明本機(jī)的機(jī)械功率，可把電動(dòng)機(jī)功率選得比它大10%即可（指直接傳動(dòng)）。一些自制簡易農(nóng)機(jī)具，我們可以憑經(jīng)驗(yàn)粗選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，用測得的電功率來選擇電動(dòng)機(jī)功率。電動(dòng)機(jī)的功率不能選擇過小，否則難于啟動(dòng)或者勉強(qiáng)啟動(dòng)，使運(yùn)轉(zhuǎn)電流超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱以致燒損。電動(dòng)機(jī)的功率也不能選擇太大，否則不但浪費(fèi)投資，而且電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，其功率和功率因數(shù)都不高，造成功率浪費(fèi)。選擇電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，還要兼顧變壓器容量的大小，一般來說，直接啟動(dòng)的最大一臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī)，功率不宜超過變壓器容量的1/3。轉(zhuǎn)速的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量與工作機(jī)械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動(dòng)，這樣既可以避免傳動(dòng)損失，又可以節(jié)省占地面積。若一時(shí)難以買到合適轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，可用皮帶傳動(dòng)進(jìn)行變速，但其傳動(dòng)比不宜大于3。異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般要低2%～5%，在功率相同的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低體積越大，價(jià)格也越高，而且功率因數(shù)與效率較低；高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)也有它的缺點(diǎn)，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小而啟動(dòng)電流大，拖動(dòng)低轉(zhuǎn)速的農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)傳動(dòng)不方便，同時(shí)轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)軸承容易磨損。我的設(shè)計(jì)是5s左右包裝一個(gè)工件，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(dòng)機(jī)，在《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》[10]中查常用電動(dòng)機(jī)規(guī)格，根據(jù)負(fù)載阻力或阻力矩、傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率推算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，按0.3~0.5倍負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。一般傳動(dòng)比不宜過大，在此取i=2.5，則電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為30r/min。由《步進(jìn)電機(jī)在制袋式包裝機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用》[13]初先電動(dòng)機(jī)的型號為55BF001，其參數(shù)如下：表2-1電機(jī)的選取電機(jī)型號相數(shù)步距角/度電壓/V相電流/A最大靜轉(zhuǎn)矩/N*m(kgf*cm)最高空載啟動(dòng)頻率/Hz55BF00137.5/15272.50.372(3.8)750運(yùn)行頻率/Hz分配方式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/10-5kg*m2質(zhì)量/kg外徑長度軸徑12000三相六拍0.6470.8457062.4.3確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配總傳動(dòng)比2.4.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)各軸轉(zhuǎn)速：==各軸輸入功率：各軸輸入轉(zhuǎn)矩：2.5齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的適用范圍很廣，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s(最高300m/s)，直徑能做到10m以上，單級傳動(dòng)比可達(dá)8或更大，因此在機(jī)器中應(yīng)用很廣。2.5.1齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)與分類和其他機(jī)械傳動(dòng)比較，齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。缺點(diǎn)是：齒輪制造需專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度低時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大；不宜用于軸間距離大的傳動(dòng)等。按齒線相對于齒輪母線方向分：直齒，斜齒，人宇齒，曲線齒按齒輪傳動(dòng)工作條件分：閉式傳動(dòng)，形式傳動(dòng)，半形式傳動(dòng)按齒廓曲線分：漸開線齒，擺線齒，圓弧齒按齒面硬度分：軟齒面(≤350佃)，硬齒面(>350佃)2.5.2齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足兩項(xiàng)基本要求:1)傳動(dòng)平穩(wěn);2)承載能力高。在齒輪設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強(qiáng)度、制造精度、加工方法以及熱理工藝等，基本上都是圍繞這兩個(gè)基本要求進(jìn)行的。2.5.2A基本齒廓。漸開線齒輪輪齒的基本齒廓及其基本參數(shù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。B模數(shù)。為了減少齒輪刀具種數(shù)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。C中心距。薦用的中心距系列查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。D傳動(dòng)比i、齒數(shù)比u。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nl與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2之比稱為傳動(dòng)比i。大齒輪的齒數(shù)z2與小齒輪齒數(shù)z1之比稱為齒數(shù)比u。減速傳動(dòng)時(shí)，u=i；增速傳動(dòng)u=1/i。E標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m：①斜齒輪及人宇齒輪取法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，錐齒輪取大端模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。②標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先采用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。F變位系數(shù)。刀具從切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動(dòng)某一徑向距離(通稱變位量)后切制的齒輪，稱為徑向變位系數(shù)。刀具變位量用xm表示，x稱為變位系數(shù)。刀具向齒輪中心移動(dòng)，x為負(fù)值，反之為正值。隨著x的改變，輪齒形狀也改變，因而可使?jié)u開線上的不同部分作為工作齒廓，以改善嚙合性質(zhì)。由變位齒輪所組成的齒輪傳動(dòng)，若兩輪變位系數(shù)的絕對值相等，但一為正值，另一為負(fù)值，即x1=-x2稱為“高度變位”，此時(shí)，傳動(dòng)的嚙合角等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓重合，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)中心距，只是齒頂高和齒根高有所變化。若x1=-x2；x1+x2≠0，這種齒輪傳動(dòng)稱為角度變位齒輪傳動(dòng)。此時(shí)，嚙合角將不等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓不再重合。精度等級的選擇在漸開線圓柱齒輪和錐齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)(GBl0095—-88和GBll365—89)中，規(guī)定了12個(gè)精度等級，按精度高低依次為1—12級，根據(jù)對運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同，每個(gè)精度等級的各項(xiàng)公差相應(yīng)分成三個(gè)組：第Ⅰ公差組、第Ⅱ公差組和第Ⅲ公差組。齒輪傳動(dòng)的失效形式齒輪傳動(dòng)的失效形式主要有輪齒折斷和齒面損傷兩類。齒面損傷又有齒面接觸疲勞磨損(點(diǎn)蝕)、膠合、磨粒磨損和塑性流動(dòng)等。減速器中齒輪分布如圖所示，齒輪的傳動(dòng)形式一般有：(1)齒輪傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式作齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，不按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式計(jì)算，也無需用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。開式齒輪傳動(dòng)，將計(jì)算所得模數(shù)加大10%-15%（考慮磨損影響。傳遞動(dòng)力的齒輪模數(shù)一般不小于1.5-2mm（以防意外斷齒）。(2)齒輪傳動(dòng)：方法一：軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)，接觸疲勞點(diǎn)蝕是主要失效形式，計(jì)算時(shí)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出小齒輪直徑d1和接觸齒寬b，再用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)計(jì)算時(shí)先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m和接觸齒寬b，再用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。方法二：不論軟硬齒面都分別按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m,按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出小齒輪分度圓直徑d1，再按d1=mZ1調(diào)整齒數(shù)Z1。與方法一相比，這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既剛好滿足接觸疲勞強(qiáng)度，又剛好滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，所以結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。2.5.3齒輪組的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)減速器中齒輪的齒寬系數(shù)=b/a（其中a為中心距）對于一般減速器取齒寬系數(shù)=.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)(1)選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，四個(gè)齒輪均為斜齒，有利于保障傳動(dòng)的平穩(wěn)性；(2)推包機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095—88）；(3)材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10—1選擇小齒輪材料為40（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。(4)初選小齒齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)為=2.5=50。2.5.A確定公式內(nèi)的數(shù)值(1)試選載荷系數(shù)=1.6，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—30選取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.433(2)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—26查得=0.771=0.980所以=1.751(3)外嚙合齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)=0.5×(1+u)×=0.5(1+2.5)×0.6=1.05(4)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10—6得材料的彈性影響系數(shù)=189.8(5)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為=600；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為=550(6)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60nj=60×77.628×1×(2×8×300×10)=2.235×同理=7.825×由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.97=1.096(7)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1.05，則=/S=554.3=/S=574所以==564.15B齒輪數(shù)據(jù)計(jì)算(1)小齒輪分度圓直徑所以=45.753mm(2)計(jì)算圓周速度v==0.935m/s(3)計(jì)算齒寬b及模數(shù)b==46.07mm==2.05mmh=2.25×=4.5mm螺旋角β=b/h=9.895(4)計(jì)算縱向重合度=0.318tanβ=1.713(5)計(jì)算載荷系數(shù)K已知使用系數(shù)=1，根據(jù)v=0.935m/s，7級精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.042；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-4查得，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-13得；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-3得，所以載荷系數(shù)K==1.866(6)按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑=44.92mm(7)計(jì)算模數(shù)mm圓整為2mm按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)A確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù)K==1.774(2)由縱向重合度=1.713，查得螺旋角影響系數(shù)=0.8846(3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)同理=54.52(4)查取齒形系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-5查得齒形系數(shù)；應(yīng)力校正系數(shù)；=1.779(5)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；(6)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；(7)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4；則；同理=257.86(8)計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較=0.012927=0.015192大齒輪的數(shù)值大B法面模數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算=2.069mm對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取=2.0mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有=21.385取=21則==52.5C幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算中心距a=mm圓整為74mm(2)按圓整的中心距修正螺旋角因β值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。(3)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑=41.03mm同理=102.24mm(4)計(jì)算齒輪寬度b==46.60mm圓整后取=45mm=50mm齒輪組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒根圓直徑為60.944mmmm齒頂圓直徑為mmmm2.6軸的設(shè)計(jì)機(jī)器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來支承，才能正常工作，因此軸是機(jī)械中不可缺少的重要零件。本章將討論軸的類型、軸的材料和輪轂聯(lián)接，重點(diǎn)是軸的設(shè)計(jì)問題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理確定軸的形狀和尺寸，它除應(yīng)考慮軸的強(qiáng)度和剛度外，還要考慮使用、加工和裝配等方面的許多因素。2.6.1軸的分類按軸受的載荷和功用可分為：(1)心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸，主要用于支承回轉(zhuǎn)零件。如.車輛軸和滑輪軸。(2)傳動(dòng)軸：只承受扭矩不承受彎矩或承受很小的彎矩的軸,主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩。如汽車的傳動(dòng)軸。(3)轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和扭矩的軸，既支承零件又傳遞轉(zhuǎn)矩。如減速器軸。2.6.2軸的材料軸主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。軸的材料從以下中選?。篈.碳素鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較好的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中敏感性較低，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。例如：35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼。一般軸采用45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)或正火處理；有耐磨性要求的軸段，應(yīng)進(jìn)行表面淬火及低溫回火處理。輕載或不重要的軸，使用普通碳素鋼Q235、Q275等。B.合金鋼合金鋼具有較高的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中比較敏感，淬火性較好，熱處理變形小，價(jià)格較貴。多使用于要求重量輕和軸頸耐磨性的軸。例如：汽輪發(fā)電機(jī)軸要求，在高速、高溫重載下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。滑動(dòng)軸承的高速軸，采用20Cr、20CrMnTi等。C.球墨鑄鐵球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感低，價(jià)格低廉，使用鑄造制成外形復(fù)雜的軸。例如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸。2.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求有：(1)便于軸上零件的裝配軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。為了便于軸上零件的裝拆，將軸制成階梯軸，中間直徑最大，向兩端逐漸直徑減小。近似為等強(qiáng)度軸。(2)保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定軸上零件的軸向定位方法主要有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定位和軸承端蓋定位。1)軸向定位的固定①軸肩或軸環(huán)：軸肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用軸肩定位會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處由于軸徑的突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，多用于軸向力較大的場合。定位軸肩的高度h=(0.07—0.1)d，d為與零件相配處的軸徑尺寸。②套筒和圓螺母:定位套筒用于軸上兩零件的距離較小，結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠。圓螺母用于軸上兩零件距離較大，需要在軸上切制螺紋，對軸的強(qiáng)度影響較大。③性擋圈和緊定螺釘:這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。④軸端擋圈圓錐面：軸端擋圈與軸肩、圓錐面與軸端擋圈聯(lián)合使用，常用于軸端起到雙向固定。裝拆方便，多用于承受劇烈振動(dòng)和沖擊的場合。2)向定位和固定軸上零件的周向固定是為了防止零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的固定方式有：a.過盈配合聯(lián)接b.圓錐銷聯(lián)接c.成型聯(lián)接過盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過盈量來聯(lián)接，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)周向和軸向固定，結(jié)構(gòu)簡單，對中性好，對軸削弱小，裝拆不便。成型聯(lián)接是利用非圓柱面與相同的輪轂孔配合，對中性好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。(3)有良好的制造和裝配工藝性1)為階梯軸便于裝拆。軸上磨削和車螺紋的軸段應(yīng)分別設(shè)有砂輪越程槽和螺紋退刀槽。2)沿長度方向開有幾個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應(yīng)盡可能一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為使軸上零件容易裝拆，軸端和各軸段端部都應(yīng)有45°的倒角。為便于加工定位，軸的兩端面上應(yīng)做出中心孔。(4)應(yīng)力集中，改善軸的受力情況軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量不在軸面上切制螺紋和凹槽以免引起應(yīng)力集中。盡量使用圓盤銑刀。此外，提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，采用表面碾壓、噴丸和滲碳淬火等表面強(qiáng)化方法，均可提高軸的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)傳矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，為了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸入件放在中間。2.6.4低速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算軸的基本設(shè)計(jì)(1)出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩=(2)作用在齒輪上的力因已知的低速級大齒輪的分度圓直徑為=102.555mm 而圓周力徑向力51.18N軸向力(3)步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《材料力學(xué)》[9]表15-3，取=120，則mm圖2-8低速軸輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑處，如圖3-1所示。為了使所選軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。查《材料力學(xué)》[9]表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小，所以取=1.5，則：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為所以，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》[14]標(biāo)準(zhǔn)GB/T5843-1986，選用YL11型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為25Nm。軸孔長度L=60mm，=25mm，軸孔直徑d1=12mm。故取=46mm。擬定軸上零件的裝配方案根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度(1)滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，所以取=26mm。(2)步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承。由工作要求及=20mm，查GB/T297-1994，選擇6304型號，其尺寸為d×D×T=20mm×52mm×15mm。故，而=23.75+15=38.75mm（取齒輪距箱體內(nèi)壁間距為15mm），取為40mm。右端深溝球軸承采用軸肩進(jìn)行定位，由手冊上查得6304型軸承的定位軸肩高為6mm。(3)安裝齒輪處的軸段Ⅵ-Ⅶ的直徑=65mm，齒輪與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪的輪轂寬度為46mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取=45mm，齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑為=26mm。(4)承端蓋的總寬度為20mm，（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與聯(lián)軸器右端面間的距離mm，故取。(5)向零件的周向定位齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。由鍵聯(lián)接所在軸徑的大小，查得，齒輪處：b×h=6mm×6mm(GB/T1096—1979)，長度為30mm；同時(shí)為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，在聯(lián)軸器與軸聯(lián)接處，選用平鍵5mm×3mm×14mm，聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。[15](6)定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為2×。求軸上的載荷首先作軸的計(jì)算簡圖。由軸的計(jì)算簡圖作軸的彎矩圖和扭矩圖如下：=121.68N 46.268N=16342.25Nmm =30.945N =47.235N=4311.34Nmm =19087.35Nmm=17082.86Nmm =25498.86Nmm圖2-9彎矩圖按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行彎鈕校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。取a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為：16.104前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《材料力學(xué)》[9]表15-1查得=60MPa，因此是安全的。精確校核軸的疲勞強(qiáng)度(1)斷危險(xiǎn)截面截面A、Ⅱ、Ⅲ、B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以這幾個(gè)截面均不需要校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面Ⅵ和Ⅶ處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面Ⅵ和Ⅶ的應(yīng)力集中的影響相近，但截面Ⅶ不受扭矩作用，故不必作強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面Ⅴ、Ⅳ更不必校核。由第三章可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅵ的左右兩側(cè)即可。(2)截面Ⅵ左側(cè)抗彎截面系數(shù) W=0.1=27463抗扭截面系數(shù) =0.2=54925截面Ⅵ左側(cè)的彎矩M為M=25498.86×（144.9-32.5）/144.9=19750.20Nmm截面Ⅵ上的扭矩截面Ⅵ上的彎曲應(yīng)力=7.20截面Ⅵ上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=10.97軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查得=640，=275，=155。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及取。因?yàn)閞/d=2/65=0.031；D/d=77/65=1.185以=2.56，=1.98又可得軸的材料敏感系數(shù)為=0.82，=0.85所以有效應(yīng)力集中系數(shù)為=2.2791.833由附《材料力學(xué)》[9]圖3-2得尺寸系數(shù)，得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)=0.82。軸按磨削加,表面質(zhì)量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1，則綜合系數(shù)值為=3.438=2.322取碳鋼的特性系數(shù)，求安全系數(shù)=16.76=11.91=9.708>>S=1.5故可知其安全(3)截面Ⅵ右側(cè)抗彎截面系數(shù)W公式計(jì)算，W=0.1=45653.3抗扭截面系數(shù)=0.2=91306.6彎矩M及彎曲應(yīng)力為M=254928.86X（144.9-32.5）/144.9=197750.20Nmm=4.33截面Ⅵ上的扭矩截面Ⅵ上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=6.597用插入法求出=3.20；=0.8X3.20=2.56軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)故綜合系數(shù)=3.287，=2.647求安全系數(shù)=19.32=17.423=12.94>>S=1.5故可知其安全2.6.5高速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1)列出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩=30(2)求作用在齒輪上的力因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為mm而圓周力徑向力4.186N軸向力(3)初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取=120，則mm圖2-10高速軸輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑處，如圖所示。為了使所選軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號，選取軸孔直徑系列包括D=38mm的聯(lián)軸器。查《材料力學(xué)》[9]表3-1得，考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小，所以取=1.5，則：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為。所以，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-1985，選用HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為63Nmm。半聯(lián)軸器長L=25mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=20mm。2.6.6選擇和校驗(yàn)鍵聯(lián)接表2-2鍵的選擇和校核尺寸直徑（mm）工作長度（mm）工作高度（mm）轉(zhuǎn)矩（N·m）極限應(yīng)力（MPa）高速軸5×3×14161139.826.0低速軸5×3×141811325.268.56×6×3024243.525.2 52.42.7軸承的選用2.7.1軸承種類的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》[14]，滾動(dòng)軸承由于采用兩端固定，采用深溝球軸承。型號為6304。2.7.2深溝球軸承結(jié)構(gòu)深溝球軸承一般由一對套圈，一組保持架，一組鋼球組成。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，是生產(chǎn)最普遍，應(yīng)用最廣泛的一類軸承。該類軸承主要用來承受徑向負(fù)荷，但也可承受一定量的任一方向的軸向負(fù)荷。當(dāng)在一定范圍內(nèi)，加大軸承的徑向游隙，此種軸承具有角接觸軸承的性質(zhì)，還可以承受較大的軸向負(fù)荷。深溝球軸承裝在軸上以后，可使軸或外殼的軸向位移限制在軸承的徑向游隙范圍內(nèi)。同時(shí)，當(dāng)外殼孔和軸（或外圈對內(nèi)圈）相對有傾斜時(shí)，（不超過8~—16~根據(jù)游隙確定）仍然可以正常地工作，然而，既有傾斜存在，就必然要降低軸承的使用壽命。深溝球軸承與其它類型相同尺寸的軸承相比，摩擦損失最小，極限轉(zhuǎn)速較高。在轉(zhuǎn)速較高不宜采用推力球軸承的情況下，可用此類軸承承受純軸向負(fù)荷。如若提高其制造精度，并采用膠木、青銅、硬鋁等材質(zhì)的實(shí)體保持架，其轉(zhuǎn)速還可提高。深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，是生產(chǎn)批量最大、應(yīng)用范圍最廣的一類軸承，主要用以承受徑向負(fù)荷。當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，具有角接觸球軸承的性能，不承受加大的軸向負(fù)荷。此類軸承摩擦系數(shù)小，震動(dòng)、噪聲低,極限轉(zhuǎn)速高。不耐沖擊，不適宜承受較重負(fù)荷。深溝球軸承一般采用鋼板沖壓浪形保持架，也可采用工程塑料、銅制實(shí)體保持架。密封軸承內(nèi)部根據(jù)不同的使用環(huán)境可添加相應(yīng)的軸承專用潤滑脂?？纱笈康纳a(chǎn)外徑小于260mm的普通級深溝球軸承。應(yīng)用于各類汽車的變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵等部位，并適合其它各種機(jī)械上采用。根據(jù)用戶的要求，可制造高級精度（P6、P5、P4級），各種游隙組別，特殊振動(dòng)，噪聲要求（Z1、Z2或V1、V2）的深溝球軸承。

A.深溝球軸承60000型；B.外圍有止動(dòng)槽的深溝球軸承60000-N型；C.一面帶防塵蓋的深溝球軸承60000-Z型，兩面帶防塵蓋的60000-2Z型；D.一面帶防塵圈（接觸式）的深溝球軸承60000-RS型，兩面接觸密封60000-2RS型；E.一面帶密封圈（非接觸式）的深溝球軸承60000-RZ型，兩面非接觸式的深溝球軸承60000-2RS型；F.雙列深溝球軸承40000型；G.有裝球缺口的深溝球軸承200、300型或200V、300V型。2.8聯(lián)軸器的選擇2.8.1聯(lián)軸器的功用聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運(yùn)動(dòng)的部件并具有一定的補(bǔ)償兩軸偏移的能力，為了減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應(yīng)具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時(shí)也兼有過載安全保護(hù)作用。2.8.2聯(lián)軸器的類型特點(diǎn)剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。圖2-11聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時(shí)，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時(shí)有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強(qiáng)度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合。安全聯(lián)軸器：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。起動(dòng)安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動(dòng)機(jī)的帶載起動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動(dòng)的作用。2.8.3聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器選擇原則：轉(zhuǎn)矩T：T↑，選剛性聯(lián)軸器、無彈性元件或有金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器；T有沖擊振動(dòng)，選有彈性元件的撓性聯(lián)軸器；轉(zhuǎn)速n：n↑，非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器；對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補(bǔ)償時(shí)選撓性聯(lián)軸器；裝拆：考慮裝拆方便，選可直接徑向移動(dòng)的聯(lián)軸器；環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬元件的聯(lián)軸器；成本：同等條件下，盡量選擇價(jià)格低，維護(hù)簡單的聯(lián)軸器；2.8.4聯(lián)軸器材料半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可用ZG270—500鑄鋼。鏈齒硬度最好為40HRC一45HRC。聯(lián)軸器應(yīng)有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時(shí)，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結(jié)構(gòu)可靠性好；用雙排鏈時(shí)，銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸與外鏈板之間的過盈配合容易松動(dòng)。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力??；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12~22。為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。3控制部分的設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)要求(1)用單片機(jī)控制，單片機(jī)檢測下一個(gè)工件是否到位時(shí)，為防止一些干擾，要求感光板低電平20毫秒后,才確認(rèn)下一工件已到位;(2)單片機(jī)控制動(dòng)作與否,并通過LED顯示推包機(jī)推過的件數(shù)。3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)控制