機械原理課程設計報告包裝機推包機構(gòu)運動簡圖及傳動系統(tǒng)設計

..西北工業(yè)大學機械原理課程設計說明書--包裝機推包機構(gòu)運動簡圖與傳動系統(tǒng)設計指導教師：班級：學生：學號：組員：目錄設計題目和要求··············································3設計方案的選定··············································3機構(gòu)的尺寸設計··············································81、曲柄滑塊構(gòu)造的尺寸計算···································82、凸輪尺寸設計·············································9四、電動機的選擇及傳動方案的設計······························101、電動機的選擇············································102、傳動方案的設計··········································103、總裝配件圖··············································11五、設計小結(jié)··················································12六、參考資料··················································13七、組員任務分配··············································13一、設計題目和要求現(xiàn)需要設計某一包裝機的推包機構(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〕，再進展包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭2完畢回程〔由b至a〕時，下一個工件已送到推頭2的前方。這樣推頭2就可以馬上再開場推送工作。這就要求推頭2在回程時先退出包裝工作臺，然后再低頭，即從臺面的下面回程。因而就要求推頭2按圖示的abcde線路運動。即實現(xiàn)"平推—水平退回—下降—降位退回—上升復位〞的運動。設計數(shù)據(jù)與要求：要求每5-6s包裝一個工件，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，推包機由電動機推動。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間，提高工效。至于"cdea〞局部的線路形狀不作嚴格要求。圖1-1運動要求圖二、設計方案的選定1.方案1用偏置滑塊機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)，偏置滑塊機構(gòu)與往復移動凸輪機構(gòu)的組合〔圖2-1〕。在此方案中，偏置滑塊機構(gòu)可實現(xiàn)行程較大的往復直線運動，且具有急回特性，同時利用往復移動凸輪來實現(xiàn)推頭的小行程低頭運動的要求，這時需要對心曲柄滑塊機構(gòu)將轉(zhuǎn)動變換為移動凸輪的往復直線運動。圖2-1偏置滑塊機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)圖運動過程實現(xiàn)：用偏置滑塊機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)，偏置滑塊機構(gòu)與往復移動凸輪機構(gòu)的組合〔圖2-1〕。此方案通過曲柄1帶動連桿2使滑塊4實現(xiàn)在水平方向上的往復直線運動，在回程時，當推頭到達C點，在往復移動凸輪機構(gòu)中的滾子會在槽相右上方運動，從而使桿7的推頭端在偏置滑塊和往復移動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，偏置滑塊機構(gòu)可實現(xiàn)行程較大的往復直線運動，且具有急回特性，同時利用往復移動凸輪來實現(xiàn)推頭的小行程低頭運動的要求，這時需要對心曲柄滑塊機構(gòu)將轉(zhuǎn)動變換為移動凸輪的往復直線運動。但是，該方案機構(gòu)較復雜，彈簧擋片工作頻繁，要求具有較高的疲勞強度，回程時，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，該機構(gòu)防止了使用凸輪而帶來的高磨損和潤滑不便。但是此機構(gòu)所占的空間很大，切機構(gòu)多依桿件為主，構(gòu)造不夠緊湊，抗破壞能力差，對于較大載荷時對桿件的剛度和強度要求較高。會使的機構(gòu)的有效空間浪費。并且由于四連桿機構(gòu)的運動規(guī)律只能以近似的規(guī)律進展運動。2.方案2方案圖如下：圖2-2增加輔助機構(gòu)的曲柄滑塊機構(gòu)圖該方案中曲柄1通過滑塊帶動導桿2做往復擺動，導桿2是與另一桿固連，導桿2帶動擺桿6運動，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的擺動塊，另一端與彈簧相連，從而實現(xiàn)往復擺動，在槽5和擺動塊的共同作用下擺桿6末端的推頭推動物件實現(xiàn)預期的運動軌跡。方案分析:該方案中，曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)運動的輸入和急回運動的要求，通過槽和擺動塊的作用將運動軌跡限制在預期的路徑上，運動方式和各構(gòu)件間的相互配合關系簡單。但是該機構(gòu)運用的擺桿會占用較大的空間，也使得構(gòu)造不緊湊，抗破壞能力差。同時槽的形狀復雜，難加工，會相應地增加本錢。此外，難以準確的實現(xiàn)預期的運動軌跡，只能近似到達題目要求。設計思路：我是受圖2-3所示手動插秧機的分秧、插秧機構(gòu)的啟發(fā)，想到用一個與預定軌跡相近的槽來控制推包機構(gòu)的軌跡。但是插秧機的動力源是人的手工，而我們的要電動機驅(qū)動，因此就需設計傳動裝置，同時還要滿足急回的要求。在類似插秧機構(gòu)中，主動件是一擺桿，要使其他機構(gòu)能夠帶動擺桿運動，還要在不同的行程中滿足急回要求。在查閱了各種機構(gòu)的組成后，我選擇了圖2-4所示的曲柄擺桿機構(gòu)。曲柄擺桿機構(gòu)能將電動機的連續(xù)回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成擺桿的往復擺動，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動速度，滿足了急回要求。圖2-3手動插秧機的分秧、插秧機構(gòu)圖2-4有急回的曲柄滑塊機構(gòu)3.方案3偏執(zhí)滑塊機構(gòu)與盤形凸輪機構(gòu)組合，〔見圖2-5〕圖2-5偏置滑塊機構(gòu)與盤形凸輪機構(gòu)的組合運動分析：方案1的機構(gòu)主要是由一個偏置滑塊機構(gòu)以及一個凸輪機構(gòu)組合而成的。偏置滑塊機構(gòu)主要是實現(xiàn)推頭的往復的直線運動，從而實現(xiàn)推頭的推包以及返回的要求。而凸輪機構(gòu)實現(xiàn)的是使推頭在返程到達c點的時候能夠按照給定的軌跡返回而設計的。這個組合機構(gòu)的工作原理主要是通過電動機的轉(zhuǎn)動從而帶動曲柄2的回轉(zhuǎn)運動，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時帶動連桿3在一定的角度擺動，而滑塊4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復的直線運動，從而帶動連著推頭的桿運動，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C點時，凸輪的轉(zhuǎn)動進入推程階段，使從動桿往上運動，這時在桿5和桿6連接的轉(zhuǎn)動副就成為一個支點，使桿6的推頭端在從動件的8的推動下向下運動，從而使推頭的返程階段按著給定的軌跡返回。功能分析：這個機構(gòu)在設計方面，凸輪與從動件的連接采取滾動從動件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但能夠讓從動件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因為采用了滾動從動件，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間，提高工作效率。但此機構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪構(gòu)造比擬復雜，加工難度大，因此本錢會比擬高。綜合比擬上述三個方案的優(yōu)缺點，我組最終決定選擇方案3作為進一步設計研究的方案。三、機構(gòu)的尺寸設計1、曲柄滑塊構(gòu)造的尺寸計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度如下：〔見圖3-1〕圖3-1求解各桿長度圖圖中：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構(gòu)的：曲柄a=44.73mm連桿b=106.59mm2、凸輪尺寸設計用作圖法求出凸輪的推程角，遠休止角，回程角，近休止角。題目要求在推頭在返程階段到達離最大推程距離為25mm時，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點。因此可利用偏置滑塊機構(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段實現(xiàn)平推運動，因此即凸輪近休止角應為曲柄由A2轉(zhuǎn)動到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。因為題目對推頭在返程cdea段的具體線路形狀不作嚴格要求，所以可以選定推程角，遠休止角，回程角的大小。由機構(gòu)的運動特征和保護機構(gòu)出發(fā)，選定推程角為0.3π，回程角為0.17π，遠休止角為0.09π。因為題目要求推頭回程向下的距離為30mm，因此從動件的行程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，遠休止角0.09π。h=30mm，基圓半徑50mm,從動桿長度為40mm，滾子半徑5mm。根據(jù)所設計的凸輪參數(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、電動機的選擇及傳動方案的設計1、電動機的選擇題目要求5-6s包裝一個件，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)速的電動機，查常用電動機規(guī)格，選用Y160L-8型電動機，其轉(zhuǎn)速為720r/min,功率為7.5kW。2、傳動方案的設計系統(tǒng)的輸入輸出傳動比,，即要求設計出一個傳動比的減速器，使輸出能到達要求的轉(zhuǎn)速。其傳動系統(tǒng)設計如下列圖：圖4-1傳動系統(tǒng)圖電動機連接一個直徑為10的皮帶輪2，經(jīng)過皮帶的傳動傳到安裝在二級減速器的輸入段，這段皮帶傳動的傳動比為，此時轉(zhuǎn)速為。從皮帶輪1輸入到一個二級減速器，為了帶到要求的傳動比，設計齒輪齒數(shù)為，,,,。驗算二級減速器其傳動比整個傳動系統(tǒng)的傳動比此時電動機轉(zhuǎn)速經(jīng)過此傳動系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機構(gòu)主動件的轉(zhuǎn)速。3、總裝配簡圖圖4-2總裝配圖五、設計小結(jié)在此次設計中我的任務是設計方案，并進展相關系統(tǒng)的繪圖工作。我所設計的方案是方案2，在設計方案的過程中，我受到上課時教師所講手動插秧機實例啟發(fā)，將其與能將勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為具急回特性的往復擺動運動的曲柄滑塊機構(gòu)進展組合，并將機構(gòu)中的尺寸和凹槽的形狀進展適當?shù)淖冃危允蛊涓项A期的運動軌跡的要求。雖然該機構(gòu)可近似滿足預定的運動要求，但仍存在一些缺陷，如機構(gòu)尺寸過大，會占用較大的空間，運動軌跡不能準確滿足要求，槽的形狀過于復雜等問題。基于上述的種種缺乏之處，最終沒有采用我所設計的方案。我的另一個任務是繪制機構(gòu)的簡圖。由于我之前對于autoCAD的軟件有一定的了解，所以我承當?shù)漠嬔b配圖和我所設計的機構(gòu)圖的任務。按照各構(gòu)件的尺寸以及相互位置關系，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想。此外，在查閱王教師給我們的資料時發(fā)現(xiàn)了輔助程序設計的工具，其中有齒輪、軸承、凸輪、蝸桿等的設計與校核。在我們選定的方案中運用的主要部件是凸輪，又因為凸輪要滿足我們所設定的路徑的要求，所以凸輪的外形比擬復雜，雖然能夠用數(shù)學公式和數(shù)字表示凸輪的準確外形，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構(gòu)的組成圖和裝配圖。于是，我運用凸輪設計工具，將凸輪的相關參數(shù)輸入系統(tǒng)后，自動生成了凸輪的輪廓圖以及位移與轉(zhuǎn)角的關系曲線圖。在本次課程設計的過程中，不僅要掌握和了解各種機構(gòu)的運動特性，還要能夠分析各方案的優(yōu)缺點，進展相應的機構(gòu)尺寸計算等，是將我們之前所學的知識進展綜合匯總的過程。在設計方案的過程中要有