哈工大機械原理課程設計—產品生產包裝線設計(方案7)-黃建青講訴

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： 產品包裝生產線(方案7) 院 系： 能源科學與工程學院 班 級： 1302402 設 計 者： 黃建青 學 號： 1130240222 指導教師： 陳明 設計時間： 2015.07.6-2015.07.11 哈爾濱工業(yè)大學產品包裝生產線(方案7)1.設計課題概述如圖1所示，輸送線1上為小包裝產品，其尺寸為長*寬*高=600*200*200，采取步進式輸送方式，送第一包產品至托盤A上（托盤A上平面與輸送線1的上平面同高）后，托盤A下降20

2、0mm，第二包產品送到后，托盤A上升205mm、順時針旋轉90°，把產品推入輸送線2，托盤A逆時針回轉90°、下降5mm。原動機轉速為1430rpm，產品輸送量分三檔可調，每分鐘向輸送線2分別輸送10、16、22件小包裝產品。圖1功能簡圖2.設計課題工藝分析（1）工藝方法分析推動產品在輸送線1上運動的是執(zhí)行機構1，在A處使產品上升、轉位的是執(zhí)行構件2，在A處把產品推到下一個工位的是執(zhí)行構件3，三個執(zhí)行構件的運動協(xié)調關系如圖所示。執(zhí)行構件1、2、3的工作周期分別為T1、T2、T3，構件3的動作周期是T3。三個執(zhí)行構件的工作周期關系為：2T1= T2= T3,T3=1/20T3

3、。執(zhí)行機構運動情況執(zhí)行構件1進1退1進2退2執(zhí)行構件2停降200停升205停降5停轉+90°停轉-90°執(zhí)行構件3停進退 圖2 運動循環(huán)圖3.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，驅動執(zhí)行構件1工作的執(zhí)行機構應該具有運動功能如圖3所示。該運動功能把一個連續(xù)的單向轉動轉換為連續(xù)的往復移動，主動件每轉動一周，從動件（執(zhí)行構件1）往復運動一次，主動件的轉速分別為10、16、22 rpm。 10、16、22 rpm圖3 執(zhí)行機構1的運動功能由于電動機轉速為1430rpm，為了在執(zhí)行機構1的主動件上分別得到10、16、22 rpm的轉速，則由電動機到執(zhí)行機構1之間的傳動比i

4、z有3種,分別為：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：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：則有：故定傳動比的其他值為：于是，有級變速單元如圖4：i = 4, 2.5, 20/11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。 i=2.5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

5、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，減速比為減速運動功能單元如圖6所示。 i=14.3圖6 執(zhí)行機構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)行構件1運動的功能系統(tǒng)圖，如圖7所示。 1430rpm i = 2.5 i = 4, 2. 5, 20/11 i = 14.3執(zhí)行構件1圖7 實現(xiàn)執(zhí)行構件1運動的運動功能系統(tǒng)圖為了使用同一原動機驅動執(zhí)行構件2，應該在圖7所示的運動功能系統(tǒng)圖加上1個運動分支功能單元，使其能夠驅動分支執(zhí)行構件2，該運動分支功能單元如圖8所示。執(zhí)行構件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動。執(zhí)行構件3有一個執(zhí)行運動，為間

6、歇往復移動，其運動方向與執(zhí)行構件1的運動方向垂直。為了使執(zhí)行構件2和執(zhí)行構件3的運動和執(zhí)行構件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換功能單元，如圖9所示,因為2T1= T2= T3，所以此處錐齒輪的傳動比為i=2。圖8 運動分支功能單元i=2圖9 運動傳動方向轉換的運動功能單元經(jīng)過運動傳遞方向轉換功能單元輸出的運動需要分成三個運動分支分別驅動執(zhí)行構件2的2個運動和執(zhí)行構件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)行構件2的一個運動是間歇往復移動，可以通過一個運動單元將連續(xù)轉動轉換成間歇往復移動。如圖11所示。圖11 連續(xù)轉動轉換

7、為間歇往復移動的運動功能單元執(zhí)行構件2的另一個運動是間歇往復轉動，且其運動平面與第一個運動（間歇往復移動）的運動平面垂直，因此，可以選用運動傳遞方向轉換功能單元，如圖12所示。圖12運動傳動方向轉換的運動功能單元經(jīng)過運動傳遞方向轉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)轉動轉換為間歇往復移動，如圖13所示。圖13 連續(xù)轉動轉換為間歇往復運動功能單元將運動轉換為間歇往復移動之后，可通過另一運動功能單元將間歇往復移動轉換為間歇往復轉動，如圖14所示。 圖14 往復運動轉換為往復轉動運動功能單元根據(jù)上述分析可以得出實現(xiàn)執(zhí)行構件1和執(zhí)行構件2運動功能的運動功能系統(tǒng)圖，如圖15所示。 143

8、0rpm i = 2.5 i = 4, 2.5, 20/11 i = 14.3執(zhí)行構件1執(zhí)行構件2 i = 2圖15 執(zhí)行構件1、2的運動功能系統(tǒng)圖執(zhí)行構件3需要進行間歇往復移動，為此，需要將連續(xù)轉動轉換為間歇轉動。由圖2可以看出，執(zhí)行構件3在一個工作周期內，其間歇時間很長，運動時間很短。因此，需要采用一個間歇運動單元，再采用一個連續(xù)轉動的放大單元，其運動功能單元如圖16所示。然后，再把該運動功能單元輸出地運動轉換為往復移動，其運動功能單元如圖17所示。 i = 1/5 i = 1/4圖16間歇運動功能單元和運動放大功能單元圖17將連續(xù)轉動轉換為往復移動的功能單元根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)

9、的運動功能系統(tǒng)圖，如圖18所示。 1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.5, 20/11 i = 14.3執(zhí)行構件1執(zhí)行構件2123456781011129 i = 21314 i = 1/155 i = 1/4執(zhí)行構件3圖18 產品包裝生產線（方案7）的運動功能系統(tǒng)圖4.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。圖18中的運動功能單元1是原動機。根據(jù)產品包裝生產線的工作要求，可以選擇電動機作為原動機。如圖19所示。11430rpm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

10、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 帶傳動代替過載保護單元2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, 2.5, 20/113 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 = 14.34圖22 2級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)傳動轉換為往復擺動，可以選擇導桿滑塊機構替代，如圖23所示。6圖23 導桿滑塊機構替代運動功能單元6 圖18中的運動功能單元7是運動傳遞方向轉換功能和減速運動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動

11、替代，如圖24所示。7i=2i 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導桿滑塊結構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將連續(xù)傳動轉換為間歇往復移動，可以選用不完全齒輪嚙合和凸輪機構固聯(lián)來完成要求。如圖26所示。9圖26凸輪機構固聯(lián)替代功能單元9圖18中運動功能單元11是運動傳遞方向轉換功能，可以用圓錐齒輪傳動代替，如圖27所示。 圖27 圓錐齒輪傳動機構代替運動功能單元10圖18中運動功能單元1

12、1和運動功能單元12是把連續(xù)轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，由運動循環(huán)圖可知該運動功能單元在一個工作周期之內有兩次停歇和兩次轉動，于是可以用凸輪機構代替運動功能11，用齒輪齒條機構代替該運動功能單元12，如圖 28所示。1211圖28 用凸輪機構和齒輪齒條機構替代運動功能單元11、12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9、運動功能單元10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29所示。8圖29 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是將連續(xù)轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，可以

13、選擇不完全齒輪傳動代替，傳動比為1/5，如圖30所示。i=1/513 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14是是加速功能單元，可以用圓柱齒輪機構替代，其傳動比為i=1/4。圓柱齒輪傳動如圖31所示。i=1/4 圖31 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15是把連續(xù)轉動轉換為連續(xù)往復移動的運動功能單元，可以用曲柄滑塊機構替代，如圖32所示。15 圖 32用曲柄滑塊機構替代運動功能單元15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一次連接便形成了產品包裝生產線（方案8）的運動方案簡圖，如圖33所示。（a）（b）（c）圖33產品

14、包裝生產線（方案8）的運動方案簡圖5. 系統(tǒng)運動方案設計1） 執(zhí)行機構1的設計該執(zhí)行機構是曲柄滑塊機構，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=500mm,現(xiàn)對機構進行參數(shù)計算。該機構具有急回特性，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。201

15、91518圖34 導桿滑塊機構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點有機構最大壓力角，設連桿20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l(wèi)1越大，壓力角越小，取l1=200mm。曲柄15的回轉中心在過D點的豎直線上，曲柄越長，曲柄受力越小，可選取AD=500mm，據(jù)此可以得到

16、曲柄15的長度2） 執(zhí)行機構2的設計如圖34（b）所示，執(zhí)行機構2由兩個運動復合而成。其中一個運動是連續(xù)轉動轉換為往復間歇轉動，由直動平底從動件盤形凸輪機構（26）和齒輪齒條機構（27、28）實現(xiàn)。另一個運動是將連續(xù)傳動轉換為間歇往復移動，可以選用不完全齒輪嚙合（37、38）和直動平底從動件盤形凸輪機構（29）來共同完成要求。齒輪齒條機構（27、28）的設計由齒輪齒條機構的運動特性知齒條的線速度與齒輪分度圓上任一點線速度相等，即角速度與分度圓半徑的乘積，為使結構尺寸盡可能小，選用齒數(shù)為17模數(shù)為1的齒輪（28）。分度圓半徑為。凸輪機構（26）的設計齒輪28轉過90°時齒條移動距離為。

17、因此凸輪29的升程為h=6.676mm。則凸輪26在一個工作周期的運動為停0.03T2順時針轉90°（0.04T2）停0.87T2停0.02T2順時針轉90°（0.04T2）凸輪26存在遠休止行程和近休止行程。采用平底從動件盤形凸輪機構，凸輪的運動參數(shù)如下： 構件名稱參數(shù)尺寸 平底從動件盤形凸輪26基圓半徑(mm) 30升程(mm) 6.676偏距 0升程運動角回程運動角遠休止角近休止角不完全齒輪37、38的設計不完全齒輪37在一個周期內的運動為：轉0.1 T2停0.25T2轉0.09 T2停0.41T2轉0.01 T2停 0.14 T2取其傳動比為1/1。齒輪38可按最小

18、不根切齒數(shù)確定，但為了使不完全齒輪37的齒數(shù)為整數(shù)，取z38=20，則主動輪的假想齒數(shù)為z37=100。取模數(shù)m=2 mm,齒輪38為完全齒輪，其幾何尺寸可按照標準齒輪計算。齒輪37為不完全齒輪，其上有固聯(lián)的三段齒數(shù)分別為9、10和1的齒形，無齒部分的夾角分別為90°、50.4°、147.6°。圖36 不完全齒輪傳動37、38設計凸輪（29）的設計凸輪29在一個工作周期的運動為停0.25T2向下200mm（0.09T2）停0.41T2向下5mm（0.01T2）停0.14T2向上205mm（0.1T2）凸輪29的主動件與齒輪38固聯(lián)，其停歇和運動由齒輪38控制，故凸

19、輪設計成偏心圓形，無休止行程。采用平底從動件盤形凸輪機構，取偏距e=0，則凸輪圓半徑R與基圓半徑以及凸輪圓心C到固定點O之間距離OC=,則滿足： 所以 取R=300mm, 則由上面分析可得凸輪的運動參數(shù)為： 構件名稱參數(shù)尺寸 平底從動件盤形凸輪29基圓半徑(mm) 197.5升程(mm) 205偏距 0升程運動角回程運動角遠休止角近休止角 3） 不完全齒輪的設計齒輪31在一個周期內的運動為：停0.04T3轉0.05 T3停0.91T3取其傳動比為1/5。齒輪31可按最小不根切齒數(shù)確定，但為了使不完全齒輪30的齒數(shù)為整數(shù)，取z30=5，假想齒數(shù)為100，齒輪39齒數(shù)為z39=100，齒輪31齒數(shù)

20、為z31=20。取模數(shù)m=2 mm,齒輪31為完全齒輪，其幾何尺寸可按照標準齒輪計算。齒輪30為不完全齒輪，其上有一段段齒數(shù)分別為5的齒形。圖33 不完全齒輪傳動30，齒輪31、39設計3） 滑移齒輪傳動設計 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=4 iv2= 2.5 iv3= 20/11按最小不根切齒數(shù)取z5=17，則z6= iv1 *z5=4*17=68為了改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質數(shù)，取z6= 66。其齒數(shù)和為z5+ z6=17+66=83，另外兩對嚙合齒輪的

21、齒數(shù)和應大致相同，即z7+ z883，z9+ z1083可取z7=24，z8=59，z9=30，z10=53。 計算齒輪幾何尺寸取模數(shù)m=2 mm，則5、6、7、8、9、10這兩對齒輪的標準中心距相同a=83mm這三對齒輪均為標準齒輪，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。4） 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14.3。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于是為使傳動比更接近于運動功能單元4的傳動比14.3，取 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14的放大功能，它所實現(xiàn)的傳動比為1/4。齒輪33可按最小不根切齒數(shù)確定，即則齒輪32的齒數(shù)為： 齒輪32、33的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm，按標準齒輪