哈工大機(jī)械原理課程設(shè)計

1、Harbin Institute of Technology機(jī)械原理課程設(shè)計說明書課程名稱：機(jī)械原理設(shè)計題目：產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案1）院系：機(jī)電學(xué)院班級：設(shè)計者：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：一、緒論機(jī)械原理課程設(shè)計是在我們學(xué)習(xí)了機(jī)械原理之后的實踐項目，通過老師和書本的傳授，我們了解了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，掌握了機(jī)構(gòu)的簡化方式與運(yùn)動規(guī)律，理論知識需要與實踐相結(jié)合，這便是課程設(shè)計的重要性。我們每個人都需要獨(dú)立完成一個簡單機(jī)構(gòu)的設(shè)計， 計算各機(jī)構(gòu)的尺寸， 同時還需要編寫符合規(guī)范的設(shè)計說明書，正確繪制相關(guān)圖紙。通過這個項目，我們應(yīng)學(xué)會如何收集與分析資料，如何正確閱讀與書寫說明書，如何利用現(xiàn)代化的設(shè)備輔助工作。這種

2、真正動手動腦的設(shè)計有效的增強(qiáng)我們對該課程的理解與領(lǐng)會，同時培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新能力，為以后機(jī)械設(shè)計課程打下了堅實的基礎(chǔ)。二、設(shè)計題目產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線使用功能描述圖中所示，輸送線 1 上為小包裝產(chǎn)品， 其尺寸為長 寬 高=600 200200，小包裝產(chǎn)品送至 A 處達(dá)到 2 包時，被送到下一個工位進(jìn)行包裝。原動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，每分鐘向下一工位可以分別輸送 14，22，30 件小包裝產(chǎn)品。產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案一）功能簡圖三、設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖由設(shè)計題目可以看出， 推動產(chǎn)品在輸送線 1 上運(yùn)動的是執(zhí)行構(gòu)件 1，在 A 處把產(chǎn)品推到下一工位的是執(zhí)行構(gòu)件 2，這兩個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系如圖所示。

3、11執(zhí)行構(gòu)件一執(zhí)行構(gòu)件二0102運(yùn)動循環(huán)圖圖中1是執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期，01是執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期，02 是執(zhí)行構(gòu)件 2 的動作周期。因此，執(zhí)行構(gòu)件 1 是做連續(xù)往復(fù)運(yùn)動， 執(zhí)行構(gòu)件 2 是間歇運(yùn)動，執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期 01 是執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期 T1 的 2 倍。執(zhí)行構(gòu)件 2 的動作周期02 則只有執(zhí)行構(gòu)件1 的工作周期 T1 的二分之一左右。四、設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動功能系統(tǒng)圖根據(jù)分析，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 1 工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有的運(yùn)動功能如圖所示。運(yùn)動功能單元把一個連續(xù)的單向傳動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件 1）往復(fù)運(yùn)動一次，主動件轉(zhuǎn)速分別為 14,

4、22,30rpm14,22,30rpm執(zhí)行機(jī)構(gòu)1 的運(yùn)動功能由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1430rpm，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 的主動件上分別得到 14、22、 30rpm 的轉(zhuǎn)速，則由電動機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 之間的總傳動比 i z 有 3 種，分別為i z1=1430 =102.1414i z2=1430 =65.0022i z3=1430 =47.6730總傳動比由定傳動比i c 和變傳動比 i v 兩部分構(gòu)成，即i z1=ici v1i=iiz2c v2iz3=ici v33 種總傳動比中 i z1 最大， i z3 最小。由于定傳動比i c 是常數(shù)，因此， 3 種變傳動比中 i v1 最大， i v

5、3最小。為滿足最大傳動比不超過4，選擇 i v1 =4 。定傳動比為ic=i z1= 102.14 =25.54i v14變傳動比為iv2=i z2=65 =2.55i c25.54i v3=i z3=47.67=1.87i c25.54傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖所示。i=4,2.55,1.87有級變速運(yùn)動功能單元為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機(jī)和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護(hù)環(huán)節(jié)。過載保護(hù)同時還具有減速功能。i=2.5在傳動系統(tǒng)中還要加減速運(yùn)動功能單元，其減速比為i=10.22為了避免齒輪過大，采用兩級減速。i 1=i 2=3.2減速運(yùn)動功能單元如圖6 所示。i 1=i 2=3.2減速

6、運(yùn)動功能單元至此，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一的全部機(jī)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計完畢，其總體結(jié)構(gòu)如下圖。1430rpmi=2.5i=4,2.55,1.87i1 =3.2i2=3.2執(zhí)行構(gòu)件由于只有一個原動件，為了同時驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、二，需要一個運(yùn)動分支單元。一運(yùn)動分支單元減速運(yùn)動功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件二為間歇運(yùn)動， 且間歇時間是工作周期 T2 的 3/4 ，即其運(yùn)動時間是其工作周期 T2 的 1/4 。因此，間歇運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系數(shù)為= 14間批歇運(yùn)動功能單元如圖所示 =0.25間歇運(yùn)動功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期 T1 是執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期 T2 的 2 倍，因此，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2 的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主動件的轉(zhuǎn)速

7、應(yīng)該是驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 1 的驅(qū)動機(jī)構(gòu) 1 的主動件的轉(zhuǎn)速的 2 倍左右。所以，間歇運(yùn)動功能單元輸出的運(yùn)動應(yīng)經(jīng)過增速運(yùn)動功能單元增速，如圖所示。i=0.25增速運(yùn)動功能單元增速運(yùn)動功能單元輸出的運(yùn)動驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)2 實現(xiàn)其運(yùn)動功能。由于執(zhí)行構(gòu)件 2做往復(fù)直線運(yùn)動，因此，執(zhí)行構(gòu)件2 的運(yùn)動功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，如圖所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2 的運(yùn)動功能單元根據(jù)上述分析，整個系統(tǒng)的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖，如圖所示。1430rpmi=2.5i=4,2.55,1.87i11 =3.22i32=3.245執(zhí)行構(gòu)件一6789執(zhí)行構(gòu)件二101五、選定電動機(jī)轉(zhuǎn)速、擬定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案1根據(jù)上圖所示的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖，選

8、擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能系統(tǒng)圖中的各個運(yùn)動功能單元，便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案。上圖中的運(yùn)動功能單元 1 是原動機(jī)。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動機(jī)作為原動機(jī)，如圖所示。1430rp電動機(jī)m運(yùn)動功能單元 2 是過載保護(hù)功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動代替，如圖所示。i=2.5皮帶傳動圖中的運(yùn)動功能單元 3 是有級變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動代替，如圖所示。i=4 ，2.55 ，1.87滑移齒輪變速運(yùn)動功能單元 6 是運(yùn)動分支功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代。如圖所示。運(yùn)動輸運(yùn)動輸出入運(yùn)動輸出錐齒輪替代運(yùn)動分支單元運(yùn)動功能單元 7 是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)擺動，可以選擇直

9、動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)替代，如圖所示。直動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動功能單元 9 是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動功能單元，可以用槽輪機(jī)構(gòu)替代。該運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系數(shù)為 =0.25 ，根據(jù)槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動系數(shù)的計算公式 =(Z-2)/2Z式中 Z- 槽輪徑向槽數(shù)。于是槽輪的徑向槽數(shù)為Z=4該槽輪機(jī)構(gòu)如圖21 所示。槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動功能單元 9 是增速運(yùn)動功能單元，可以用圓柱齒輪傳動替代，如圖所示。圓柱齒輪傳動運(yùn)動功能單元 10 是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)移動的運(yùn)動功能單元，可以用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)替代，如圖所示。正弦機(jī)構(gòu)替代連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為間隙轉(zhuǎn)動的運(yùn)動功能單元10根據(jù)以上分析，按照各個運(yùn)動功能單元連接的

10、順序把各個運(yùn)動功能單元的替代機(jī)構(gòu)以此鏈接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的運(yùn)動方案簡圖。六、系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計1、 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 的設(shè)計使用直動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)可以有效的解決最大壓力角的問題，在理想情況下，摩擦力為 0，最大壓力角為 0。同時，當(dāng)偏距 e=0 時，凸輪的升程h=(r+d)-(r-d)由題目可知，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的升程為280+200=480=2d因此d=240考慮到凸輪基圓半徑不宜過小，故選擇r=4002. 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2 設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2 驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2 運(yùn)動，由結(jié)構(gòu)簡圖可知，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2 由曲柄 1，連桿 2，搖桿 3，連桿 4，滑塊 5 組成。54231由設(shè)計題目可知，滑塊3 的行程為

11、h=600由此可以確定曲柄1 長a=225連桿 2長b=525搖桿 3長c=405連桿 4長d=4203. 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計1) 確定槽輪槽數(shù)在撥盤圓銷數(shù) k=1 時，槽輪槽數(shù)z=4由圖可知槽輪的槽間角為2 =3600 /z=360 0/4=90 02) 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角2=1800-2 =9003) 中心距a=150mm4) 撥盤圓銷回轉(zhuǎn)半徑0.7071106.0655) 槽輪半徑=0.7071R=a=0.7071*150=106.0656) 鎖止弧張角=3600-2 =3600-90 0 =27007) 圓銷半徑rAr/6=106.065/6=17.6675mm8) 槽輪槽深h>

12、( +-1)a+r A=(0.7071+0.7071-1)*150+18=80.13mm9) 鎖止弧半徑rS<r-rA=106.065-18=88.065mm取RS=80mm4、滑移齒輪傳動設(shè)計1) 確定齒輪齒數(shù)結(jié)構(gòu)簡圖中齒輪 5、6、7、8、9、10 組成了滑移齒輪有級變速運(yùn)動功能單元，其齒數(shù)分別為 z5、z6、z7、 z8 、z9、z10。由前面的分析可知I v1=Z10/Z 9=4Iv287=2.55=Z/ZI v3=Z6/Z 5=1.87按最小不跟切齒數(shù)取zz9=18則10=i z=4*17=72v19為使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，可取z10=71其齒數(shù)和為z9+z10=18+

13、71=89另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大致相同I v2=2.55Z7=89/(1+i v2)=89/(1+2.55)25Z8 =2.55*25 64I v3=1.87Z5=89/(1+i v3)=89/(1+1.87)31Z6 =1.87*31 58可取Z5=31Z6=58Z7=25Z8=642) 計算齒輪幾何尺寸齒輪 7、8 齒數(shù)和、齒輪 5、6 的齒數(shù)和均與齒輪9、10 的齒數(shù)和相等，即z9+z10=z5 +z6=89若模數(shù)相等 m=2，這兩對齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距相同a=m(Z9+Z10)/2=m(Z 5+Z6)/2=89mm這三對齒輪互為標(biāo)準(zhǔn)傳動，其幾何尺寸可按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。5、齒輪傳動設(shè)計

14、1）兩級減速齒輪兩級減速傳動比均為3.2 ，標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)為 17，因此Z11=17，Z12=54.4為滿足一對齒輪齒數(shù)最好互質(zhì)，選擇Z12=54同理Z13=17，Z14=542） 圓錐齒輪傳動設(shè)計由結(jié)構(gòu)簡圖可知，錐齒輪 15、16 實現(xiàn)圖 21 中的運(yùn)動功能 7 的減速運(yùn)動功能，他所實現(xiàn)的傳動比為 2 兩錐齒輪的軸間角為錐齒輪 16 的分度圓錐角為錐齒輪 15 的分度圓錐角為錐齒輪的最小不根切當(dāng)量齒數(shù)為錐齒輪 15 齒數(shù)按最小不根切齒數(shù)確定，即錐齒輪 16 的齒數(shù)為錐齒輪 15、16 的幾何尺寸，取m=2mm，按標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動計算。七、機(jī)械系統(tǒng)實際運(yùn)動循環(huán)圖11執(zhí)行構(gòu)件一執(zhí)

15、行構(gòu)件二0102運(yùn)動循環(huán)圖八、總結(jié)通過檢索與閱讀資料，結(jié)合題目的有關(guān)要求，繪制出運(yùn)動循環(huán)圖。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、二的動作，設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動功能圖。在已知電動機(jī)轉(zhuǎn)速及執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的情況下，確定機(jī)械系統(tǒng)傳動部分尺寸，并進(jìn)行運(yùn)動分析，最后建立運(yùn)動模型，繪制實際運(yùn)動循環(huán)圖。這是我們在進(jìn)入大學(xué)后的首個課程設(shè)計， 并沒有意識到它的重要性， 在深入的了解到其中所包含的內(nèi)容以后，才發(fā)現(xiàn)這是整個機(jī)械原理課程的縮影，要想完成一個合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計，我們要學(xué)會分析與解決問題。任何復(fù)雜的機(jī)構(gòu)都是由無數(shù)個簡單機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的，無論是連桿、凸輪還是齒輪輪系，都是必不可少的，真正掌握每個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，能夠通過運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計機(jī)構(gòu)的尺寸

16、，才是我們的目的。我深知自己知識、能力的不足，我會在今后的學(xué)習(xí)中更加謙虛謹(jǐn)慎、 不斷進(jìn)步，請各位老師不吝賜教 。附錄 1滑移齒輪變速傳動中每對齒輪幾何尺寸及重合度的計算1 、滑移齒輪 5 和齒輪 6序項目代號計算公式及計算結(jié)果號1齒數(shù)齒輪 531齒輪 6582模數(shù)23壓力角20°4齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m()/2=89mm7實際中心距89mm8嚙合角=20齒輪 50.39 變位系數(shù)齒輪 6-0.3齒輪 510 齒頂高2.600mm齒輪 61.400mm11齒輪 51.300mm齒根高齒輪 63.700mm齒輪 562.000mm12 分度圓直徑齒輪 6116.

17、000mm13齒頂圓直徑齒輪 567.200mm齒輪 6118.800mm14齒根圓直徑齒輪 559.400mm齒輪 6109.600mm齒輪 529.89 °15 齒頂圓壓力角齒輪 623.43 °16 /2 重合度=1.682 、滑移齒輪 7 和齒輪 8序項目代號計算公式及計算結(jié)果號1齒數(shù)齒輪 725齒輪 8642模數(shù)23壓力角20°4齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距= ()/2=89mm7實際中心距89mm8嚙合角9變位系數(shù)齒輪 70齒輪 8010齒輪 72.000mm齒頂高齒輪 82.000mm齒輪 73.000mm11 齒根高齒輪 83.000

18、mm12分度圓直徑齒輪 750.000mm齒輪 8128.000mm13齒頂圓直徑齒輪 754.000mm齒輪 8132.000mm齒輪 744.000mm14 齒根圓直徑齒輪 8122.000mm齒輪 729.53 °15 齒頂圓壓力角齒輪 824.32 ° /216重合度=1.7023 、滑移齒輪 9 和齒輪 10序項目代號計算公式及計算結(jié)果號1齒數(shù)齒輪 918齒輪 10712模數(shù)23壓力角20°4齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距= ()/2=897實際中心距898嚙合角9齒輪 90變位系數(shù)齒輪 10010齒輪 92.000mm齒頂高齒輪 102.0

19、00mm齒輪 93.000mm11 齒根高齒輪 103.000mm12齒輪 936.000mm分度圓直徑齒輪 10142.000mm13齒頂圓直徑齒輪 940.000mm齒輪 10146.000mm14齒根圓直徑齒輪 932.000mm齒輪 10138.000mm齒輪 932.25 °15 齒頂圓壓力角齒輪 1023.94 ° /216重合度=1.670附錄二定軸齒輪變速傳動中每對齒輪幾何尺寸及重合度的計算1 、圓柱齒輪 11 與齒輪 12 ( 齒輪 13同齒輪 11 ，齒輪 14 同齒輪 12)序項目代號計算公式及計算結(jié)果號1齒數(shù)齒輪 1117齒輪 12542模數(shù)33壓力角20°4齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距= ()/2=106.57實際中心距106.58嚙合角°9齒輪 110變位系數(shù)0齒輪 1210齒輪 113.000mm齒頂高齒輪 123.000mm齒輪 113.750mm11 齒根高齒輪 123.750mm齒輪 1151mm12 分度圓直徑齒輪 12