機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

..西北工業(yè)大學(xué)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(dòng)簡(jiǎn)圖與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：班級(jí)：學(xué)生：學(xué)號(hào)：組員：目錄設(shè)計(jì)題目和要求··············································3設(shè)計(jì)方案的選定··············································3機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)··············································81、曲柄滑塊構(gòu)造的尺寸計(jì)算···································82、凸輪尺寸設(shè)計(jì)·············································9四、電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)······························101、電動(dòng)機(jī)的選擇············································102、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)··········································103、總裝配件圖··············································11五、設(shè)計(jì)小結(jié)··················································12六、參考資料··················································13七、組員任務(wù)分配··············································13一、設(shè)計(jì)題目和要求現(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1-1〕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(tái)〕，再進(jìn)展包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭2完畢回程〔由b至a〕時(shí)，下一個(gè)工件已送到推頭2的前方。這樣推頭2就可以馬上再開場(chǎng)推送工作。這就要求推頭2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2按圖示的abcde線路運(yùn)動(dòng)。即實(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)。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圍選取，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。至于"cdea〞局部的線路形狀不作嚴(yán)格要求。圖1-1運(yùn)動(dòng)要求圖二、設(shè)計(jì)方案的選定1.方案1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2-1〕。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(duì)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)。圖2-1偏置滑塊機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)圖運(yùn)動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)：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2-1〕。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)中的滾子會(huì)在槽相右上方運(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。方案分析：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(duì)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，該方案機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，彈簧擋片工作頻繁，要求具有較高的疲勞強(qiáng)度，回程時(shí)，推頭的連桿受力較大，要求具有一定的剛度，輪槽可用鑄造，精度要求不高，該機(jī)構(gòu)防止了使用凸輪而帶來的高磨損和潤(rùn)滑不便。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，構(gòu)造不夠緊湊，抗破壞能力差，對(duì)于較大載荷時(shí)對(duì)桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。會(huì)使的機(jī)構(gòu)的有效空間浪費(fèi)。并且由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律只能以近似的規(guī)律進(jìn)展運(yùn)動(dòng)。2.方案2方案圖如下：圖2-2增加輔助機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖該方案中曲柄1通過滑塊帶動(dòng)導(dǎo)桿2做往復(fù)擺動(dòng)，導(dǎo)桿2是與另一桿固連，導(dǎo)桿2帶動(dòng)擺桿6運(yùn)動(dòng)，在擺桿6上固連一帶滾輪的短桿，滾輪被限制在槽5中，在槽中有一可繞固定軸擺動(dòng)的擺動(dòng)塊，另一端與彈簧相連，從而實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)，在槽5和擺動(dòng)塊的共同作用下擺桿6末端的推頭推動(dòng)物件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡。方案分析:該方案中，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的輸入和急回運(yùn)動(dòng)的要求，通過槽和擺動(dòng)塊的作用將運(yùn)動(dòng)軌跡限制在預(yù)期的路徑上，運(yùn)動(dòng)方式和各構(gòu)件間的相互配合關(guān)系簡(jiǎn)單。但是該機(jī)構(gòu)運(yùn)用的擺桿會(huì)占用較大的空間，也使得構(gòu)造不緊湊，抗破壞能力差。同時(shí)槽的形狀復(fù)雜，難加工，會(huì)相應(yīng)地增加本錢。此外，難以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能近似到達(dá)題目要求。設(shè)計(jì)思路：我是受圖2-3所示手動(dòng)插秧機(jī)的分秧、插秧機(jī)構(gòu)的啟發(fā)，想到用一個(gè)與預(yù)定軌跡相近的槽來控制推包機(jī)構(gòu)的軌跡。但是插秧機(jī)的動(dòng)力源是人的手工，而我們的要電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此就需設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置，同時(shí)還要滿足急回的要求。在類似插秧機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)件是一擺桿，要使其他機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)擺桿運(yùn)動(dòng)，還要在不同的行程中滿足急回要求。在查閱了各種機(jī)構(gòu)的組成后，我選擇了圖2-4所示的曲柄擺桿機(jī)構(gòu)。曲柄擺桿機(jī)構(gòu)能將電動(dòng)機(jī)的連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成擺桿的往復(fù)擺動(dòng)，而且由于去程和回程所轉(zhuǎn)過的角度不同，使得擺桿有不同的運(yùn)動(dòng)速度，滿足了急回要求。圖2-3手動(dòng)插秧機(jī)的分秧、插秧機(jī)構(gòu)圖2-4有急回的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3.方案3偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)組合，〔見圖2-5〕圖2-5偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)動(dòng)分析：方案1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)推頭的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(duì)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。功能分析：這個(gè)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面，凸輪與從動(dòng)件的連接采取滾動(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(duì)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，槽型凸輪構(gòu)造比擬復(fù)雜，加工難度大，因此本錢會(huì)比擬高。綜合比擬上述三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我組最終決定選擇方案3作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)研究的方案。三、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)1、曲柄滑塊構(gòu)造的尺寸計(jì)算滑塊的行程題目給出S=100mm。查表得，行程速比系數(shù)K在1.2-1.5圍選取，可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式，帶入K求得其極位夾角的取值圍為，在這圍取極位夾角為30，偏置距離e選取40mm用圖解法求出各桿的長(zhǎng)度如下：〔見圖3-1〕圖3-1求解各桿長(zhǎng)度圖圖中：O2B1-O2B2=2aO2B1+O2B2=2b從圖中量取得：02B1=151.32mm02B2=61.86mm那么可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄a=44.73mm連桿b=106.59mm2、凸輪尺寸設(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。題目要求在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為25mm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(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：圖3-2確定凸輪尺寸圖題目要求推頭的軌跡在abc段實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動(dòng)，因此即凸輪近休止角應(yīng)為曲柄由A2轉(zhuǎn)動(dòng)到A3的角度，從圖上量取，該角為259.6°。即凸輪的近休止角為1.44π。因?yàn)轭}目對(duì)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。由機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征和保護(hù)機(jī)構(gòu)出發(fā)，選定推程角為0.3π，回程角為0.17π，遠(yuǎn)休止角為0.09π。因?yàn)轭}目要求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1.44π，推程角為0.3π,回程角0.17π，遠(yuǎn)休止角0.09π。h=30mm，基圓半徑50mm,從動(dòng)桿長(zhǎng)度為40mm，滾子半徑5mm。根據(jù)所設(shè)計(jì)的凸輪參數(shù)，繪制的凸輪如下所示：圖3-3凸輪輪廓圖凸輪的位移轉(zhuǎn)角曲線圖：圖3-4凸輪的位移轉(zhuǎn)角曲線圖四、電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)1、電動(dòng)機(jī)的選擇題目要求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)速比擬低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，查常用電動(dòng)機(jī)規(guī)格，選用Y160L-8型電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為720r/min,功率為7.5kW。2、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入輸出傳動(dòng)比,，即要求設(shè)計(jì)出一個(gè)傳動(dòng)比的減速器，使輸出能到達(dá)要求的轉(zhuǎn)速。其傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下列圖：圖4-1傳動(dòng)系統(tǒng)圖電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)直徑為10的皮帶輪2，經(jīng)過皮帶的傳動(dòng)傳到安裝在二級(jí)減速器的輸入段，這段皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為，此時(shí)轉(zhuǎn)速為。從皮帶輪1輸入到一個(gè)二級(jí)減速器，為了帶到要求的傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù)為，,,,。驗(yàn)算二級(jí)減速器其傳動(dòng)比整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過此傳動(dòng)系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速。3、總裝配簡(jiǎn)圖圖4-2總裝配圖五、設(shè)計(jì)小結(jié)在此次設(shè)計(jì)中我的任務(wù)是設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)展相關(guān)系統(tǒng)的繪圖工作。我所設(shè)計(jì)的方案是方案2，在設(shè)計(jì)方案的過程中，我受到上課時(shí)教師所講手動(dòng)插秧機(jī)實(shí)例啟發(fā)，將其與能將勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為具急回特性的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)展組合，并將機(jī)構(gòu)中的尺寸和凹槽的形狀進(jìn)展適當(dāng)?shù)淖冃?，以使其更符合預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。雖然該機(jī)構(gòu)可近似滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求，但仍存在一些缺陷，如機(jī)構(gòu)尺寸過大，會(huì)占用較大的空間，運(yùn)動(dòng)軌跡不能準(zhǔn)確滿足要求，槽的形狀過于復(fù)雜等問題?；谏鲜龅姆N種缺乏之處，最終沒有采用我所設(shè)計(jì)的方案。我的另一個(gè)任務(wù)是繪制機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。由于我之前對(duì)于autoCAD的軟件有一定的了解，所以我承當(dāng)?shù)漠嬔b配圖和我所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)圖的任務(wù)。按照各構(gòu)件的尺寸以及相互位置關(guān)系，在CAD的界面完成了各圖形二維圖的繪制。我原本打算繪制裝配的三維圖形，但是由于本人掌握的容有限，以及autoCAD軟件的三維繪圖功能的限制，在繪制鉸鏈時(shí)遇到了瓶頸，在多方求助無果的情況下只得放棄了繪制三維圖的設(shè)想。此外，在查閱王教師給我們的資料時(shí)發(fā)現(xiàn)了輔助程序設(shè)計(jì)的工具，其中有齒輪、軸承、凸輪、蝸桿等的設(shè)計(jì)與校核。在我們選定的方案中運(yùn)用的主要部件是凸輪，又因?yàn)橥馆喴獫M足我們所設(shè)定的路徑的要求，所以凸輪的外形比擬復(fù)雜，雖然能夠用數(shù)學(xué)公式和數(shù)字表示凸輪的準(zhǔn)確外形，但是由于這些數(shù)字不夠直觀，不能使我們很清楚的繪出機(jī)構(gòu)的組成圖和裝配圖。于是，我運(yùn)用凸輪設(shè)計(jì)工具，將凸輪的相關(guān)參數(shù)輸入系統(tǒng)后，自動(dòng)生成了凸輪的輪廓圖以及位移與轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖。在本次課程設(shè)計(jì)的過程中，不僅要掌握和了解各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，還要能夠分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)展相應(yīng)的機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算等，是將我們之前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)展綜合匯總的過程。在設(shè)計(jì)方案的過程中要有