啤酒瓶壓蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目啤酒瓶壓蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1設(shè)計(jì)任務(wù)書2\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)題目2\o"CurrentDocument"工作原理與工藝動(dòng)作過程2\o"CurrentDocument"原始參數(shù)2\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)要求2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)1\o"CurrentDocument"原動(dòng)機(jī)類型的選擇1\o"CurrentDocument"減速器類型的選擇1\o"CurrentDocument"實(shí)現(xiàn)壓蓋動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇2\o"CurrentDocument"實(shí)現(xiàn)裝箱動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇3\o"CurrentDocument"系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定4\o"CurrentDocument"繪制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖4\o"CurrentDocument"傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"傳動(dòng)方案分析5\o"CurrentDocument"電動(dòng)機(jī)的選擇6傳動(dòng)比的計(jì)算和分配6總傳動(dòng)比的計(jì)算6\o"CurrentDocument"分配各級傳動(dòng)比6\o"CurrentDocument"傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算7各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算7各軸輸入功率的計(jì)算7各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算7各軸的傳動(dòng)參數(shù).7\o"CurrentDocument"執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8凸輪機(jī)構(gòu)選型8\o"CurrentDocument"確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律8\o"CurrentDocument"確定基本參數(shù)10\o"CurrentDocument"凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)12槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13槽輪機(jī)構(gòu)選型13\o"CurrentDocument"選擇槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù)13\o"CurrentDocument"基本尺寸的計(jì)算14\o"CurrentDocument"槽輪運(yùn)動(dòng)特性分析14\o"CurrentDocument"收獲和體會(huì)15\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)16\o"CurrentDocument"附錄17圖表目錄圖1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2圖2凸輪機(jī)構(gòu)2圖3單銷四槽外槽輪機(jī)構(gòu)3圖4棘輪機(jī)構(gòu)3圖5不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)4圖6系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖5圖7傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖5圖8從動(dòng)件上下位移曲線9圖9凸輪從動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)特性10圖10從動(dòng)件y-x曲線11圖11曲率半徑p隨旋轉(zhuǎn)位移x的變化曲線12圖12空間凸輪輪廓曲線13圖13槽輪某一瞬時(shí)位置15圖14槽輪運(yùn)動(dòng)特性15表格目錄TOC\o"1-5"\h\z表1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案.4表2傳動(dòng)系統(tǒng)各軸傳動(dòng)參數(shù)表7表3外槽輪機(jī)構(gòu)基本尺寸計(jì)算公式及結(jié)果141設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一個(gè)對生產(chǎn)線上的啤酒瓶進(jìn)行自動(dòng)壓蓋的機(jī)器。工作原理與工藝動(dòng)作過程啤酒瓶壓蓋機(jī)的工作原理［1］是利用電機(jī)帶動(dòng)推桿下降壓緊瓶蓋頂端，使鎖口裝置自動(dòng)鎖緊鎖蓋。壓蓋機(jī)臺面和防護(hù)罩一般都為不銹鋼材料制造，強(qiáng)度大，耐磨損，使用壽命長。通過壓蓋機(jī)軋的啤酒瓶蓋密封性好。工藝動(dòng)作過程為：推桿做與啤酒瓶同步的圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓蓋，推桿需做上下往返運(yùn)動(dòng)：首先利用磁力將瓶蓋吸附到推桿的封口頭中，然后推桿以特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律先上升再向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其將達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，恰好對準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的啤酒瓶口，實(shí)現(xiàn)快速壓蓋。然后封口頭繼續(xù)上升、下降，在另一個(gè)最低點(diǎn)處取瓶蓋，繼續(xù)這一過程。壓蓋后的啤酒瓶繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次即裝滿一箱，這一動(dòng)作可借助于槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。原始參數(shù)啤酒瓶尺寸：瓶身直徑70mm，瓶口直徑26mm，瓶高300mm；推桿直徑30mm；>傳輸帶寬度：90mm。設(shè)計(jì)要求1）完全2個(gè)以上的工藝動(dòng)作；2）生產(chǎn)能力達(dá)到14400瓶/小時(shí)；3）具有較高的工作效率和自動(dòng)化程度；4）使用性能良好，運(yùn)行穩(wěn)妥可靠，維護(hù)成本低；5）壓蓋過程沖擊盡量小，噪音控制在適當(dāng)范圍內(nèi)；6）滿足傳動(dòng)精度，凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)具備一定的耐磨性；7）工作過程安全可靠。2系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)的工藝動(dòng)作之后，需選擇適宜的機(jī)構(gòu)型式將其實(shí)現(xiàn)，故這一過程也稱為機(jī)構(gòu)的選型［2］，它需要考慮多方面的因素，如運(yùn)動(dòng)變換要求、尺寸限制、制造成本、動(dòng)力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。原動(dòng)機(jī)類型的選擇在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，原動(dòng)機(jī)的選擇是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)樗苯佑绊懙絼?dòng)力輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運(yùn)行效率和總體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代機(jī)械中，常見的原動(dòng)機(jī)有熱機(jī)、電動(dòng)機(jī)、液動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)機(jī)，各自具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用。熱機(jī)包括蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，其應(yīng)用范圍相對單一，主要用于經(jīng)常變換工作場所的機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛。電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛，尤其是交流異步電動(dòng)機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，動(dòng)力源方便等優(yōu)點(diǎn)，但功率系數(shù)較低，且調(diào)速不便，適用于運(yùn)行環(huán)境比較穩(wěn)定、調(diào)速范圍窄的場合。液動(dòng)機(jī)一般調(diào)速方便，且傳動(dòng)鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。當(dāng)只需實(shí)現(xiàn)簡單的運(yùn)動(dòng)變換時(shí)，氣動(dòng)機(jī)較為方便，其缺點(diǎn)是有一定的噪聲。本設(shè)計(jì)中對原動(dòng)機(jī)的要求為：運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，綜合以上各種原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，選擇交流異步電動(dòng)機(jī)作為壓蓋機(jī)的原動(dòng)機(jī)。減速器類型的選擇減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立封鎖式傳動(dòng)裝置，用來減低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。齒輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便，其缺點(diǎn)是傳動(dòng)比的分配比較麻煩；而蝸桿減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損等問題。行星齒輪減速器［3］的主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造和安裝較為困難，成本也高。在本設(shè)計(jì)中，對減速器要求為：傳動(dòng)比較小，結(jié)構(gòu)盡量簡單，成本低廉，制造安裝方便。綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇圓柱-圓錐齒輪減速器作為啤酒壓蓋機(jī)的減速器。實(shí)現(xiàn)壓蓋動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇在壓蓋機(jī)中，推桿的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與具有特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的上下往返運(yùn)動(dòng)。滿足這種要求的機(jī)構(gòu)有很多，在此僅討論曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖1所式為典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，零件加工容易，易實(shí)現(xiàn)所需動(dòng)作要求等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)零件重用性差，比較適合于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不改變的系統(tǒng)。凸輪機(jī)構(gòu)圖2凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能精確實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)軌跡，其缺點(diǎn)是從動(dòng)件行程不宜過大，且曲面加工成本較高。適用于傳力較小、運(yùn)動(dòng)靈活、運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜的場合。本設(shè)計(jì)中，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為復(fù)雜，既有繞中心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有按給定規(guī)律往返的上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)合以上兩種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分析，選擇凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。

實(shí)現(xiàn)裝箱動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇瓶子壓蓋完成后，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次可裝滿一箱。這個(gè)動(dòng)作須由間歇機(jī)構(gòu)完成，包括槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)［4］。1.槽輪機(jī)構(gòu)圖3單銷四槽外槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易加工，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。常被用來將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。但是其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速。2.棘輪機(jī)構(gòu)圖4棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，但工作時(shí)常伴有振動(dòng)，齒尖磨損，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，因此它的工作頻率不能過高。不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖5不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，允許選擇的范圍比棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的大，因而設(shè)計(jì)靈活。其缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和終止時(shí)，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速、輕載的工作條件。綜合以上分析，結(jié)合壓蓋機(jī)的工作條件，選擇槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。另外，為了保證箱子每裝四瓶能夠直線移動(dòng)一次，還需將齒輪與槽輪固結(jié)，再通過齒輪齒條嚙合實(shí)現(xiàn)箱子的間歇直線移動(dòng)。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案見下表:表1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案原動(dòng)機(jī)減速器壓蓋結(jié)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)-直移交流異步電動(dòng)機(jī)齒輪減速器空間圓柱凸輪槽輪齒輪齒條繪制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為了表達(dá)壓蓋機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中各動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，選擇推桿的上下位移、槽輪的轉(zhuǎn)角、齒條的直線位移為對象，以推桿繞空間凸輪主軸旋轉(zhuǎn)一周為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，畫出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，結(jié)果如下：

圖6系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖3傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案分析機(jī)器一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)是用來傳遞原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、變換其運(yùn)動(dòng)形式以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的需要，是機(jī)器的重要組成部分。傳動(dòng)系統(tǒng)是否合理將直接影響機(jī)器的工作性能、重量和成本。合理的傳動(dòng)方案除滿足執(zhí)行系統(tǒng)的功能外，還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、傳動(dòng)效率高和使用維護(hù)方便。本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)方案為三級傳動(dòng)［5］。第一級為直齒錐齒輪傳動(dòng)，主要作用是改變傳動(dòng)的方向。第二、三級為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，起著減速作用。通過整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的變向和減速，達(dá)到滿足執(zhí)行系統(tǒng)要求的傳動(dòng)比。綜合以上分析，可作出啤酒瓶壓蓋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖如下：圖7傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)工作要求和條件，選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)［6］。這種電動(dòng)機(jī)是供一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛適用性。結(jié)合啤酒瓶壓蓋機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中選用Y系列(IP44)三相異步電動(dòng)機(jī)B3_80-132，其轉(zhuǎn)速為940RPM，額定功率1.5KW。傳動(dòng)比的計(jì)算和分配總傳動(dòng)比的計(jì)算根據(jù)傳動(dòng)比的定義有如下結(jié)果：i總=n/n=940/30幻31.33其中：〃〃為電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)中為940r/min；nw為壓蓋機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，為30r/min。分配各級傳動(dòng)比由于傳動(dòng)系統(tǒng)是三級傳動(dòng)，故應(yīng)該滿足以下公式：i=ixixi總123其中，七為總傳動(dòng)比，［、七、七分別為第1、2、3級傳動(dòng)比。傳動(dòng)比的分配原則可概括為［7］：＞使各級傳動(dòng)的承載能力大致相等(齒面接觸強(qiáng)度大致相等)；＞使減速器能能獲得最小外形尺寸和重量；＞使各級傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑最為簡便。結(jié)合以上原則，再查文獻(xiàn)［7］中的表16-1-3可確定本設(shè)計(jì)中的各級傳動(dòng)比為:廣2.2{i=4.6i=3.0l3傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算3.4.1.各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算3.4.1.各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)比的關(guān)系，計(jì)算如下:n=940r/min0n=n/2.2=427.27r/minn=n/4.6=92.88r/minn3=n2/3.0=30.96r/min3.4.2.各軸輸入功率的計(jì)算3.4.2.各軸輸入功率的計(jì)算輸入功率與傳動(dòng)效率直接相關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)［7］中的表16-2-59，可查得各級的傳動(dòng)效率為：門=0.95，門=0.98，門=0.99。故各軸輸入功率為：P=1.5kwP=Pxn=1.425kwP=Pxn=1.397kwP=Pxn=1.383kw323各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算輸入轉(zhuǎn)矩與輸入功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：T=9550P/n。依據(jù)此式，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩，結(jié)果如下：T=9550P/n=15.24N.mT=9550P/n=31.85Nm<11，1T=9550P/n=143.64N.mT=9550P/n=425.68N.m各軸的傳動(dòng)參數(shù)以上結(jié)果可用下表表示：表2表2傳動(dòng)系統(tǒng)各軸傳動(dòng)參數(shù)表0軸1.594015.24\1軸1.425427.2731.852.22軸1.39792.88143.644.63軸1.38330.96425.683.0根據(jù)相關(guān)的傳動(dòng)參數(shù)，選擇合適的齒輪和軸，組成一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)。4執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)選型在啤酒瓶壓蓋機(jī)中，凸輪機(jī)構(gòu)主要為推桿提供特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，完成壓蓋工作。由于壓蓋過程中啤酒瓶繞中心軸旋轉(zhuǎn)，因此推桿的運(yùn)動(dòng)必須滿足以下要求：＞繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)壓蓋。＞空間上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)取蓋T上升T下降T壓蓋T上升T下降T取蓋的動(dòng)作流程。根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中選擇空間凸輪作為控制機(jī)構(gòu)。空間凸輪是指凸輪和推桿之間的運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，凸輪的運(yùn)動(dòng)平面與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平面不平行或重合，它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？臻g凸輪的輪廓線或輪廓面為空間曲線或曲面。當(dāng)空間凸輪為原動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方式有往復(fù)直動(dòng)和往復(fù)擺動(dòng)兩種。當(dāng)凸輪為機(jī)架時(shí)，從動(dòng)件上的點(diǎn)一般按預(yù)期的軌跡作空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)［8］。根據(jù)工藝動(dòng)作的要求，本設(shè)計(jì)中空間凸輪作為機(jī)架?？紤]到從動(dòng)件為低速旋轉(zhuǎn)，為了提高凸輪的耐磨性，采用滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律由以上的分析可知，從動(dòng)件的合運(yùn)動(dòng)由兩部分分組成：繞空間凸輪軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線上下運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由傳動(dòng)系統(tǒng)直接提供，對凸輪設(shè)計(jì)影響不大，故在此可予以忽略，只考慮從動(dòng)件的上下運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)取蓋T上升T下降T壓蓋T上升T下降T取蓋的動(dòng)作流程，在

一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期里，從動(dòng)件的上下位移曲線特點(diǎn)為:升一停一回一升一回。其中停的部分即為壓蓋，對應(yīng)的休止角為20。。為了盡量減少?zèng)_擊，其余曲線段選擇余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律［9］，其一般表達(dá)式為：（4-1）（2（4-1）a=ccos1式中，T為周期，速度運(yùn)動(dòng)方程式如下:1一cos}/II。）兀h①vv=28'兀\sin商I。式中，T為周期，速度運(yùn)動(dòng)方程式如下:1一cos}/II。）兀h①vv=28'兀\sin商I。）（4-2）兀2h①2a=2。2'兀）cos注I。）其中，s、v、a、o、h分別為從動(dòng)件的上下位移、速度、加速度、回轉(zhuǎn)角速度和行程。而。為推程運(yùn)動(dòng)角，中為從動(dòng)件轉(zhuǎn)角。式中的有關(guān)參數(shù)可分段確定如下：在0~80。和80。~180。區(qū)間均為1/4余弦加速度運(yùn)動(dòng)周期，h=30mm，。=80。。80。~100。區(qū)間為休止段，此時(shí)s=30mm。180。~360。區(qū)間為1/2余弦加速度運(yùn)動(dòng)周期，h=40mm，。=90。。同時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)還應(yīng)滿足：運(yùn)動(dòng)過程中速度沒有突變；在中=08）,36）。。三個(gè)點(diǎn)速度均為0。根據(jù)式（4-2）和以上約束條件，利用MATLAB編程，得到從動(dòng)件的位移規(guī)律，如下圖所示：從動(dòng)件上下位移曲線mm&位件動(dòng)從180160140120100806040302080100180270360角位移/度圖8從動(dòng)件上下位移曲線為了分析從動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)特性，將其速度、加速度隨轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律用圖表示如下：150100-1500凸輪從動(dòng)件的速度變化100200300角位移/度0150100-1500凸輪從動(dòng)件的速度變化100200300角位移/度0速-1000凸輪從動(dòng)件的加速度變化0100200300角位移/度00000051速加圖9凸輪從動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)特性滑，4.1從上圖可以看出，從動(dòng)件的速度無突變，但在中=80。,100。兩個(gè)點(diǎn)過渡不光導(dǎo)致其加速度出現(xiàn)突變。另外，在中=180。滑，4.1.3.確定基本參數(shù)本設(shè)計(jì)中空間凸輪的內(nèi)、外輪廓曲線水平面投影都為圓周，因此其基本參數(shù)為：凸輪外徑、凸輪內(nèi)徑、滾子半徑?？臻g凸輪內(nèi)外徑的確定凸輪外徑受到機(jī)構(gòu)總體尺寸的限制，它決定了從動(dòng)件的回轉(zhuǎn)直徑，也即啤酒瓶的旋轉(zhuǎn)直徑，本設(shè)計(jì)中取為600mm。相應(yīng)的，凸輪內(nèi)徑為400mm。因此，由內(nèi)夕卜徑構(gòu)成的滾子運(yùn)動(dòng)軌道寬度為100mm。滾子半徑的確定當(dāng)采用滾子從動(dòng)件時(shí)，應(yīng)注意滾子半徑的選擇，否則從動(dòng)件有可能實(shí)現(xiàn)不了預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律［9］。設(shè)凸輪的理論輪廓曲線的最小曲率半徑為p，滾子半徑為二，則為了避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真和應(yīng)力集中，實(shí)際輪廓曲線的最小”曲率半徑不應(yīng)小于3mm，所以應(yīng)有：p=p.-r>3mm(4-3)上式可化為：r<p-3mm(4-4)因此，要確定滾子半徑rr，首先需求得凸輪理論輪廓曲線的最小曲率半徑p.。由高等數(shù)學(xué)可知，曲線曲率半徑的計(jì)算公式為：

1+（dy/dx）2]3/2P=d2y/dW（4-5）在本文中，y對應(yīng)于從動(dòng)件的上下位移，X則對應(yīng)于從動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)距離，設(shè)從動(dòng)件到空間凸輪中心軸的距離為264mm，將圖8中的「中曲線轉(zhuǎn)化為y_x曲線，如下圖所示：圖10從動(dòng)件圖10從動(dòng)件y-x曲線mm*位下上件動(dòng)從對于圖10中的直線部分，式（4-5）中的dy/dx和d2y/dx2都等于0。而對于余弦曲線部分，dy/dx和d2y/dx2可按下式計(jì)算：dy/dx=1d2y/dx2TOC\o"1-5"\h\z兀h①/兀dy/dx=1d2y/dx2（4-6）兀2h①2/兀)=cos—x2&2(&J其中，&為余弦曲線的1/4周期，其它符號定義與式（4-2）相同。聯(lián)立式（4-5）、（4-6），借助MATLAB編程，運(yùn)用數(shù)值解法進(jìn)行逐點(diǎn)求解，解得最小曲率半徑為p.=92.9933mm。且曲率半徑p隨旋轉(zhuǎn)位移x的變化曲線如下圖所示：min

圖11曲率半徑p圖11曲率半徑p隨旋轉(zhuǎn)位移X的變化曲線mm經(jīng)半率曲線曲廓輪論理輪凸一般建議,<0.8p.，但從滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上考慮，滾子半徑也不能太小。在此，結(jié)合空間凸輪的1結(jié)構(gòu)和尺寸，確定滾子半徑為r廣20mm。凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)'根據(jù)已經(jīng)確定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，空間凸輪的外輪廓曲線由兩部分疊加而成[10]:第一部分為直徑600mm的圓周，另一部分為圖8中所示的位移曲線。因此，以空間凸輪中心軸為乙軸，以水平面為g平面，以從動(dòng)件轉(zhuǎn)角中為參數(shù)，則在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，凸輪外輪廓曲線方程可表達(dá)如下：X=300sin甲（4-7）<y=300cos甲

z=100（4-7）其中，s為從動(dòng)件的上下位移，如圖8中所示，其表達(dá)式為一分段函數(shù):151一cos其中，s為從動(dòng)件的上下位移，如圖8中所示，其表達(dá)式為一分段函數(shù):151一cos3080<^<100s=<15（4-8）1一cos100<^<18020180<^<36020聯(lián)立以上兩式，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行求解，可畫出空間凸輪的外輪廓曲線。同理，建立相似的方程可畫出凸輪內(nèi)輪廓曲線。其結(jié)果如下圖所示:150100500圖12空間凸輪輪廓曲線凸輪空間輪廓曲線150100500圖12空間凸輪輪廓曲線凸輪空間輪廓曲線平面投影-20°300-200槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1.槽輪機(jī)構(gòu)選型槽輪機(jī)構(gòu)作為一種分度、轉(zhuǎn)位等步進(jìn)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、外形尺寸小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于低速場合。在啤酒瓶壓蓋機(jī)中，槽輪機(jī)構(gòu)主要是將傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為周期性間歇運(yùn)動(dòng)，并通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對壓蓋后的瓶子進(jìn)行裝箱的功能。槽輪機(jī)構(gòu)分為兩種形式：一種是外槽輪機(jī)構(gòu)，其主動(dòng)撥盤與槽輪轉(zhuǎn)向相反；另一種為內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，其主動(dòng)撥盤與槽輪轉(zhuǎn)向相同。本設(shè)計(jì)中，槽輪機(jī)構(gòu)每轉(zhuǎn)動(dòng)一次實(shí)現(xiàn)一次裝箱，要求這個(gè)動(dòng)作快速、準(zhǔn)確完成，以保證機(jī)構(gòu)的高效運(yùn)行，其運(yùn)動(dòng)系數(shù)T比較小。而內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)C總大于0.5,顯然無法滿足此要求。因此，本設(shè)計(jì)中選擇普通型外槽輪機(jī)構(gòu)。選擇槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù)在槽輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間七與撥盤的運(yùn)動(dòng)時(shí)間七之比可用來衡量槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間在一個(gè)間歇周期中所占的比例，稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)l1。根據(jù)文獻(xiàn)［9］中的公式（6-1），可得槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系數(shù)表達(dá)式為：（4-9）K(z-（4-9）T=2z其中，K為撥盤圓銷數(shù)，z為槽輪槽數(shù)。由式（4-9）可知，槽輪運(yùn)動(dòng)系數(shù)t由k、z所決定。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)工藝動(dòng)作要求，需滿足t<1/5,即：（4-10）K(z-（4-10）<1/5在k、z為整數(shù)，且t>0的條件下，式（4-10）有唯一解，即k=1,z=3。此時(shí)槽輪的運(yùn)動(dòng)系數(shù)t=（3-2）/（3x2）=1/6。即最終選擇的槽輪是普通型外槽輪單銷三槽機(jī)構(gòu)。基本尺寸的計(jì)算槽輪的主要尺寸參數(shù)為槽數(shù)z、圓銷數(shù)K和槽輪機(jī)構(gòu)的中心距4。根據(jù)機(jī)構(gòu)的尺寸要求，在此選擇中心距a=300mm。槽輪基本尺寸按下表公式進(jìn)行計(jì)算：表3外槽輪機(jī)構(gòu)基本尺寸計(jì)算公式及結(jié)果名稱符號計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果圓銷中心回轉(zhuǎn)半徑RR=asin(兀/z)259.81mm圓銷半徑rr?R/615mm槽頂高AA=acos(兀/z)150mm槽底高bb<a-(r+R)25mm槽深hh=A-b125mm槽頂側(cè)壁厚ee=(0.6~0.8)r且e>310mm鎖止弧半徑RrR=R-r-e234.81mm外凸鎖止弧張開角yy=2兀(1/K+1/z-1/2)300根據(jù)以上所得結(jié)果，即可確定槽輪的尺寸，畫出機(jī)構(gòu)簡圖。槽輪運(yùn)動(dòng)特性分析槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性通常用氣/氣和E2/氣2來衡量［11］。圖13所示為外槽輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的某一瞬時(shí)位置。其中，也為槽輪2的轉(zhuǎn)角，七為撥盤1的轉(zhuǎn)角。2

圖13槽輪某一瞬時(shí)位置根據(jù)文獻(xiàn)［7］中的表4-2-69,①2圖13槽輪某一瞬時(shí)位置根據(jù)文獻(xiàn)［7］中的表4-2-69,①2/氣和E2/氣2的計(jì)算式分別如下:①2＜?xì)?氣2人(cos9一人)1一2人cos9+人2人G2一])sin91_G—2人cos9.+人2式中，X=r/a。本文中，X=259.81/300=0.8660。利用MATLAB編程，以七為變量，求解式（4-11），得到槽輪運(yùn)動(dòng)特性如下:圖14槽輪運(yùn)動(dòng)特性從圖14中可以看出，槽輪機(jī)構(gòu)具有周期為360的柔性沖擊。但考慮到本設(shè)計(jì)中槽輪為低速運(yùn)轉(zhuǎn)，其造成的影響不大，可滿足設(shè)計(jì)要求。5收獲和體會(huì)在這普通平凡的兩周時(shí)間里，我們有幸一起努力，依靠集體的力量去追求共同的目標(biāo)，盡管過程坎坷，卻不失為一種歷練。這樣的經(jīng)歷，值得擁有。為期兩周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，從接到設(shè)計(jì)任務(wù)開始，我們一路走來，歷經(jīng)波折，有喜悅，也有失落；有成功，亦有挫折。但無論如何，我們還是堅(jiān)持到了最后，順利完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)?；仡欉^去的十來天，感慨頗多。忙碌的十幾天終于過去了，我們最終提前完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。這固然得益于充分的準(zhǔn)備、明確的分工和合作等因素，但其實(shí)最重要的，是態(tài)度。正所謂“態(tài)度決定一切”，這種態(tài)度不僅是面對一項(xiàng)任務(wù)的態(tài)度，更是在面對困難挫折時(shí)不放棄的態(tài)度，也是踏踏實(shí)實(shí)做好工作的一種態(tài)度。課程設(shè)計(jì)雖然即將結(jié)束，但我們在這整個(gè)過程中所學(xué)到的知識和技巧，取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并沒有隨著失去，而是會(huì)激發(fā)我們在以后的學(xué)習(xí)工作中，以一種正確的態(tài)度和方法，去迎接不斷的挑戰(zhàn)。6參考文獻(xiàn)工業(yè)資源網(wǎng)，壓蓋機(jī)|介紹|特點(diǎn)|工作原理|主要用途，/html/article/yagaiji.html，2010年1月20號。楊家軍，機(jī)械原理專題篇，武漢：華中科技大學(xué)，2006。饒振綱，行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，北京：國防工業(yè)出版社，1994。李艷莉張海燕，常用間歇機(jī)構(gòu)及其在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用，今日印刷，2008年2月：67-69。朱孝錄，齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005。三維資源在線，三維標(biāo)準(zhǔn)件模型，/part/category-1244.html，2010年1月20號。成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008。楊國太陳玉，空間凸輪在自動(dòng)灌裝機(jī)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，機(jī)械傳動(dòng)，第32卷第2期：82-89，2008年2月。楊家軍，機(jī)械原理基礎(chǔ)篇，武漢：華中科技大學(xué)，2005。張繼春王劍峰，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化造型和運(yùn)動(dòng)仿真，科學(xué)技術(shù)與工程，第6卷第9期：1213-1215，2006年5月。興倫電子學(xué)習(xí)，槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，/jxyl/chapter07/inside_07_02_04_m.htm，2010年1月24號。7附錄凸輪從動(dòng)件位移曲線MATLAB程序t=0:80;plot(t,15*(1-cos(pi/90*t*9/8)))holdonx=[80100];y=[3030];plot(x,y)holdont=100:180;plot(t,15*(1-cos(pi/90*(t-20)*9/8)))holdont=180:360;plot(t,20*(1-cos(pi/90*t)))ylim([0180])xlim([0360])凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)特性MATLAB程序w=pi;subplot(1,2,1)t=0:80;plot(t,pi*30*w/2/80*180/pi*sin(pi/80*t))holdont=80:100;plot(t,t*0)holdont=100:180;plot(t,pi*30*w/2/80*180/pi*sin(pi/80*(t-20)))holdont=180:360;plot(t,pi*30*w/2/90*180/pi*sin(pi/90*t))gridonxlim([0360])xlabel('角位移/度')；ylabel('速度/(mm/s)');title('凸輪從動(dòng)件的速度變化')subplot(1,2,2)t=0:80;plot(t,pi"2*30*w"2/2/6400*(180/pi)”2*cos(pi/80*t))holdont=80:100;plot(t,t*0)holdont=100:180;plot(t,pi"2*30*w"2/2/6400*(180/pi)”2*cos(pi/80*(t-20)))holdont=180:360;plot(t,pi"2*30*w"2/2/8100*(180/pi)”2*cos(pi/90*t))xlim([0360])ylim([-12001200])xlabel('角位移/度')；ylabel('加速度/(mm/s"2)');title('凸輪從動(dòng)件的加速度變化')凸輪理論輪廓曲線最小曲率半徑MATLAB程序clearclcw=pi;v=[];a=[];p=[];s=0:0.1:528*pi;k=length(s);fort=1:kift<=3687v(t)二pi*30*w/2/368.6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-1));a(t)=p「2*30*w"2/2/368.6135"2*cos(pi/368.6135*0.1*(t-1));elseift<=4608v(t)=0;a(t)=0;elseift<=8294v(t)二pi*30*w/2/368.6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-922));a(t)=p「2*30*w"2/2/368.6135"2*cos(pi/368.6135*0.1*(t-922));elsev(t)=pi*30*w/2/414.6902*sin(pi/4