東華大學(xué)――機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)――易拉罐打碼裝箱機(jī)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)易拉罐打碼裝箱機(jī)東華大學(xué)班級(jí) 機(jī)械1304 學(xué)號(hào) 姓名 賀俊杰 梁蘊(yùn)韜 2015年7月4日-7月12日1 課程設(shè)計(jì)題目41.1 設(shè)計(jì)題目41.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求42方案設(shè)計(jì)及功能分析52.1 打碼設(shè)計(jì)方案52.2 雙層裝箱設(shè)計(jì)方案63 工藝流程圖及工藝原理圖103.1工藝流程圖103.2工藝原理圖114 運(yùn)動(dòng)配合圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖124.1運(yùn)動(dòng)配合圖124.2 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖135 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型155.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型155.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型166 裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖177 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及參數(shù)的計(jì)算177.1圓柱凸輪設(shè)計(jì)及計(jì)算177.2 1號(hào)支撐板盤(pán)型凸輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算197.3 2

2、號(hào)支撐板盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算197.4 空箱擋板盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算207.5 傳送帶功率的計(jì)算208 電機(jī)的選擇及與分配軸傳動(dòng)的計(jì)算218.1電機(jī)的選擇及效率的計(jì)算218.2電機(jī)與分配軸傳動(dòng)比的計(jì)算229 小組總結(jié)22參考文獻(xiàn)241 課程設(shè)計(jì)題目1.1 設(shè)計(jì)題目易拉罐打碼裝箱機(jī)用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的最后一道工序。前道工序?qū)⒐扪b好的易拉罐送入導(dǎo)軌，由打碼裝箱機(jī)自動(dòng)完成以下動(dòng)作。（1） 在每罐成品的罐底打印生產(chǎn)日期及批次等字碼；（2） 將易拉罐裝入紙箱；（3） 滿(mǎn)箱后紙箱推離，空紙箱就位。原始數(shù)據(jù)如下：（1） 生產(chǎn)率為3000罐/h；（2） 每12罐分為兩疊裝滿(mǎn)一箱；（3） 推箱和送空箱用一個(gè)

3、機(jī)構(gòu)控制，送空箱速度為推滿(mǎn)箱速度的1.3倍以上。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求（1） 對(duì)易拉罐打碼裝箱機(jī)進(jìn)行功能分析，并對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型，合理安排各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系。（2） 繪制易拉罐打碼裝箱機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案示意圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。（3） 若采用凸輪機(jī)構(gòu)，則需設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)，包括選定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定凸輪基圓半徑，計(jì)算和繪制凸輪廓線(xiàn)，校核凸輪機(jī)構(gòu)最大壓力角。（4） 若采用連桿機(jī)構(gòu)，則需對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型和尺寸設(shè)計(jì)，給出機(jī)構(gòu)的最大壓力角，機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)（若有急回特性）；（5） 選擇齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒數(shù)，并計(jì)算傳動(dòng)比；（6） 對(duì)易拉罐打碼裝箱機(jī)進(jìn)行三維造型進(jìn)行三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真

4、，并畫(huà)出輸出構(gòu)件的位移，速度和加速度曲線(xiàn)。（7） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。2方案設(shè)計(jì)及功能分析2.1 打碼設(shè)計(jì)方案方案（1）：采用凸輪+連桿的設(shè)計(jì)方案，并列凸輪為力封閉。類(lèi)似于訂書(shū)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸出桿上裝有類(lèi)似于蓋章的裝置。當(dāng)傳送帶上的易拉罐到達(dá)指定位置時(shí)，傳送帶停止，然后凸輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出桿夾緊，從而在易拉罐的底部印上碼條。方案（2）：采用激光掃描打碼裝置優(yōu)劣分析：方案（1）需要增加傳送帶的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且在打碼的時(shí)候需要機(jī)構(gòu)停止，降低了生產(chǎn)效率。采用方案（2）的激光掃描打碼運(yùn)用了機(jī)電一體化技術(shù)，能夠在易拉罐在傳送帶上高速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)完成打碼，效率非常高。這也是目前工廠(chǎng)大多使用的方法。綜上所述：采用

5、方案（2）更為合理。2.2 雙層裝箱設(shè)計(jì)方案在雙層裝箱這個(gè)方案里我們有機(jī)械臂入箱和推桿入箱兩種方案，下面進(jìn)行優(yōu)劣分析。機(jī)械臂入箱所采用的工藝流程少，速度較快。但考慮到是易拉罐而非瓶子外形，所以無(wú)法采用氣囊吸附機(jī)構(gòu)，只能采用夾持機(jī)構(gòu)控制入箱。但采用夾持機(jī)構(gòu)為保證易拉罐不掉落所需力較大，失誤率高的勇士也可能會(huì)導(dǎo)致易拉罐外表形變，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械臂在放置同時(shí)或多或少會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，如果罐內(nèi)裝碳酸飲料，也會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。如果采用推桿的方式，盡管運(yùn)動(dòng)流程較復(fù)雜，但運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，失誤率小，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保障也高。綜上所述，推桿方案較為合理方案（1）：傳送帶將第一層易拉罐送入可以一起移動(dòng)的3道隔層中，沒(méi)道隔層的

6、中央有一個(gè)用于支撐的桿，當(dāng)易拉罐如隔層后，隔層一起向左移動(dòng)，使邊緣與桿重合進(jìn)而使易拉罐下落到有底的下方各層中。然后在以同樣的方式將第二批易拉罐下落進(jìn)而形成第二層，最后用一定高度的推桿將兩層易拉罐推入箱中。方案（2）：將易拉罐平放到傳送帶上，將空箱傳送到可升降且傾斜的平臺(tái)上，然后讓第一層滾入箱中后停止，之后平臺(tái)下降一個(gè)易拉罐的高度，傳送帶繼續(xù)傳遞，繼而讓第二層滾入箱中。方案（3）：存在與方案（1）類(lèi)似的隔板，在隔板下有平行運(yùn)動(dòng)的支撐板1和垂直運(yùn)動(dòng)的支撐板2.傳送帶將易拉罐送入隔板到達(dá)支撐板1上，傳送帶停止。支撐板1水平抽離，到達(dá)支撐板2上，支撐板2下降一個(gè)易拉罐高度，支撐板1伸入，傳送帶繼續(xù)傳遞

7、，將下一批易拉罐送到支撐板1上，支撐板1抽離，然后支撐板2上便有2層易拉罐，支撐板2上升，用推桿推入箱中。方案（4）步驟與方案（3）大體相同，只不過(guò)在第二層到達(dá)支撐板1，支撐板1抽離之后，支撐板2下降1個(gè)易拉罐高度，隨后用推桿推入箱中。優(yōu)劣分析：方案（1）可以實(shí)現(xiàn)兩層的堆疊，但是要用易拉罐下落的方式有些不妥，一會(huì)產(chǎn)生沖擊，損害產(chǎn)品的質(zhì)量；二會(huì)增加機(jī)構(gòu)的磨損程度。方案（2）盡管采用了空箱傾斜放置的方式，但第二層滾入后也會(huì)卡在縫隙之中導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)停止，同時(shí)也不易放置推桿。方案（3）與方案（4）大體相同，但方案（4）更容易放置推桿。綜上所述，我們小組認(rèn)為方案（4）為最佳方案。3 工藝流程圖及工藝

8、原理圖3.1工藝流程圖傳送帶上的易拉罐以6罐為一組，在傳送過(guò)程中進(jìn)行打碼，打碼之后有如下流程。3.2工藝原理圖 罐傳送帶同步帶 錐齒輪 罐擋板 盤(pán)型凸輪 同步帶 支撐板1 盤(pán)形凸輪 放大桿 錐齒輪 電動(dòng)機(jī) 支撐板2 放大桿 盤(pán)型凸輪 分配軸推板 放大桿 圓柱凸輪 同步帶傳送帶23 同步帶 盤(pán)型凸輪 箱擋板 錐齒輪4 運(yùn)動(dòng)配合圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖4.1運(yùn)動(dòng)配合圖4.2 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型（1） 推桿機(jī)構(gòu)：間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圓柱凸輪因?yàn)橥茥U所需行程較大，所以采用圓柱凸輪。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)傳遞的平穩(wěn)性高，設(shè)計(jì)時(shí)只需畫(huà)出輪廓線(xiàn)即可。但正常尺寸的圓柱凸輪依然不能滿(mǎn)足行程要

9、求，所以還需加放大桿機(jī)構(gòu)。（2）1，2號(hào)支撐板：間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)盤(pán)型凸輪分配軸通過(guò)錐齒輪與放大桿相連再與盤(pán)型凸輪相連。盤(pán)型凸輪設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需畫(huà)出輪廓線(xiàn)即可。（3）空箱擋板：間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)盤(pán)型凸輪分配軸通過(guò)錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)到盤(pán)型凸輪總結(jié)：因此裝置設(shè)計(jì)多個(gè)機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)，且彼此有相互關(guān)系，故執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用凸輪機(jī)構(gòu)，計(jì)算方便，設(shè)計(jì)便捷，并且直觀(guān)。有時(shí)如果需要過(guò)大的行程，需用放大桿將運(yùn)動(dòng)放大。5.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型1.經(jīng)過(guò)計(jì)算（后續(xù)會(huì)說(shuō)明），由于分配軸和電機(jī)轉(zhuǎn)速相差比較大，我們選擇3次降速：分別為皮帶輸出降速，蝸輪蝸桿降速，同步帶降速。2.在罐傳送帶傳送方式中我們有兩種方案：方案（1）：因?yàn)楣薜妮斔蜑殚g歇運(yùn)動(dòng)，

10、所以我們選擇用不完全齒輪對(duì)傳送帶進(jìn)行傳送。方案（2）：罐傳送帶為連續(xù)傳動(dòng)，用一個(gè)有間歇運(yùn)動(dòng)的擋板，即罐傳送帶擋板來(lái)控制整個(gè)罐傳送帶上易拉罐的間歇運(yùn)動(dòng)。優(yōu)劣分析：如果對(duì)傳送帶進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)控制，會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)不連續(xù)，不穩(wěn)定。同時(shí)會(huì)增加易拉罐之間間距，使之不緊湊，進(jìn)而導(dǎo)致裝箱時(shí)產(chǎn)生差錯(cuò)。使用擋板的方式，不僅可以對(duì)易拉罐實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)也可以是整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)不間斷，罐之間無(wú)間距。綜上所述，方案（2）更為合理。3. 空箱與滿(mǎn)箱傳送帶的運(yùn)動(dòng)傳遞的運(yùn)動(dòng)傳遞考慮到空箱與滿(mǎn)箱傳送帶與分配軸之間的距離較大，所以我們選擇同步帶傳送。6 裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖7 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及參數(shù)的計(jì)算基本要求：成產(chǎn)速度：3000

11、個(gè)/h 250箱/h 最終速度周期為14.4s/箱7.1圓柱凸輪設(shè)計(jì)及計(jì)算（1） 基本尺寸計(jì)算圓柱凸輪采用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圓柱凸輪的輸出機(jī)構(gòu)為推板，推板有動(dòng)作的區(qū)域?yàn)?80360度。展開(kāi)后長(zhǎng)度為 r=1935mm最終的參數(shù)為：回程S=6532=390mm 半徑r=19362000mm 直徑d=38724000mm由于凸輪尺寸較大，制造不現(xiàn)實(shí)，所以采用2個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)。 比例：1:5所以r實(shí)際的值=r=80mm（2） 功率的計(jì)算紙板與支撐板之間的摩擦因素=0.6摩擦力f=G=0.64.329.8=25.40N慣性力F1=ma=4,32=8.3NF=706N（考慮到機(jī)械效率摩擦角不選30度而是

12、40度）T= P=24W7.2 1號(hào)支撐板盤(pán)型凸輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算（1） 基本尺寸的計(jì)算行程S=652=130mm盤(pán)型凸輪同樣采用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，取盤(pán)型凸輪的最大壓力角=30.=arctan（）推程S=1302 （可忽略）取S=130 得到基圓r=130mm（無(wú)偏執(zhí)）（2） 功率的計(jì)算摩擦因數(shù)=0.1f1=ma=1.38Nf2=360129.80.1=4.32N轉(zhuǎn)矩T=（f1+f2)r2=0.69N.M（可忽略）7.3 2號(hào)支撐板盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算（1）基本尺寸的計(jì)算行程S=230mm與1號(hào)支撐板盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算方式相同得到基圓r=230mm經(jīng)2倍放大后r=115mm.（2） 效率及功

13、率的計(jì)算2號(hào)支撐板對(duì)罐的力F=G-ma當(dāng)板下降時(shí)有負(fù)載且a=0時(shí)F最大F=123609.8=42.33N因?yàn)榇颂幱?倍放大桿 放大后的力F1=84.66N最大力矩T=Frtan(30)=8.39N.M功率P=3.66W7.4 空箱擋板盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算（1） 基本尺寸的計(jì)算行程S=4mm與1號(hào)支撐板凸輪的原理相同，求得基圓半徑r=4mm（2） 效率與功率的計(jì)算應(yīng)為空箱擋板只起到格擋作用并無(wú)負(fù)載，所以他的功率損耗不予考慮。7.5 傳送帶功率的計(jì)算我們認(rèn)為，傳送帶與罐之間的摩擦為最大靜摩擦，且摩擦因數(shù)=0.6設(shè)：罐傳送帶上有n組12個(gè)罐子空箱傳送帶一次只有一箱滿(mǎn)箱傳送上有n組受力：罐傳送帶F

14、1=n23609.8=25.40n 空箱傳送帶F2=25.40. 滿(mǎn)箱傳送帶F3=25.40n罐傳送帶的線(xiàn)速度為v,在個(gè)周期內(nèi)： 時(shí)間t=s 行程L=365=195mm 線(xiàn)速度v=0.12m/s 角速度所以，傳送帶輪的半徑輸出角速度為2倍得到的=136mm我們讓滿(mǎn)箱傳送帶的速度與罐傳送帶的速度相同，則根據(jù)要求空箱傳送帶的速度為滿(mǎn)箱傳送帶速度的1.3倍所以 空箱傳送帶輪的半徑=1.3倍 滿(mǎn)箱傳送帶輪的半徑=176mm所以 滿(mǎn)箱傳送帶力矩T1=罐傳送帶力矩T2=0.136120.369.8n=3.45n 空箱傳送帶力矩T3=0.176129.80.6=4.49N/M所以 滿(mǎn)箱與罐傳送帶的功率=30

15、nW 空箱傳送帶的功率=3.84W8 電機(jī)的選擇及與分配軸傳動(dòng)的計(jì)算8.1電機(jī)的選擇及效率的計(jì)算此裝置的所有機(jī)構(gòu)為并聯(lián) 分配軸上的總功率各機(jī)構(gòu)機(jī)械效率如下 板23滾動(dòng)軸承0.982滑動(dòng)軸承0.94槽輪0.88罐傳送帶錐齒輪0.882同步帶0.98推板槽輪0.884滑動(dòng)軸承0.945滾動(dòng)軸承0.98空滿(mǎn)傳送帶2同步帶0.98所以=114.26W由此選擇電機(jī)型號(hào)為Y80M1-4：功率P=0.55kw 轉(zhuǎn)速n=1390r/min 機(jī)械效率=73%由電機(jī)轉(zhuǎn)速可得與主軸傳動(dòng)比=8.2電機(jī)與分配軸傳動(dòng)比的計(jì)算由于電機(jī)與分配軸的轉(zhuǎn)速差距較大，所以選擇采用3次降速的方式：（1） 皮帶（2） 蝸輪蝸桿（符合蝸輪

16、蝸桿的傳動(dòng)比范圍）（3） 同步帶9 小組總結(jié)在這普通平凡的八天時(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(guò)程坎坷，卻不失為一種歷練。本次參加機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是我們大學(xué)的第一次我們小組的每一個(gè)人都感到收獲頗豐，知道我們這么多天的努力是沒(méi)有白費(fèi)的。特別是在我們的solidworks造型仿真運(yùn)動(dòng)成功的那一刻，這種感覺(jué)達(dá)到了極致。我們這么多年，一直都是在學(xué)習(xí)理論知識(shí)，經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們充分認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐是有很大的差距的。理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與考核只是別人提供相關(guān)的信息，而設(shè)計(jì)則則需要自己從多方面考慮，將自己學(xué)習(xí)的東西學(xué)以致用。有時(shí)，很多東西想起來(lái)是很簡(jiǎn)單的，但實(shí)際操作卻不

17、是那么的簡(jiǎn)單，這次課程設(shè)計(jì)讓我們充分的認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，為我們工作提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。我們小組的題目是易拉罐打碼裝箱機(jī)，剛接觸到題目時(shí)，我們小組的成員都很開(kāi)心，覺(jué)得這個(gè)十分簡(jiǎn)單，然而，現(xiàn)實(shí)與想象總是有差距的，當(dāng)我們開(kāi)工時(shí)，我們才發(fā)現(xiàn)我們其實(shí)毫無(wú)頭緒，根本不知道如何開(kāi)始。之后我們端正了態(tài)度， 上網(wǎng)查看了相關(guān)資料與視頻，再加上小組成員曾經(jīng)有去工廠(chǎng)參觀(guān)的經(jīng)歷，了解到了其中的工作原理，之后經(jīng)過(guò)小組成員的仔細(xì)思考和激烈討論以及指導(dǎo)老師的幫助，我們有了初步的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中，我們充分體會(huì)到團(tuán)體的凝聚力是有多么的重要，我們積極分工，每個(gè)人都努力的去完成我們自己的那部分工作，可以這么說(shuō)，缺少我們其中的任一個(gè)

18、人，我們的課程設(shè)計(jì)都是不能完成的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師給我們的幫助是巨大的。他讓我們知道了一些我們自認(rèn)為非常好的設(shè)計(jì)實(shí)際中并不能行的通，一些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的推理與計(jì)算才能最終成型，而不是一味的憑借自己感覺(jué)。這使我們對(duì)機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)這個(gè)方向的概念越來(lái)越清晰，專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)也隨之提高。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們學(xué)以致用，第一次感到自己學(xué)過(guò)的東西派上了用場(chǎng)。我們用到了CAD、Excel、Word、SolidWorks等軟件，翻閱了一些資料，積極的向老師請(qǐng)教過(guò)程中遇到的問(wèn)題，在小組成員的共同努力和指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下，認(rèn)真的完成了本次課程設(shè)計(jì)。最終用SolidWorks制作出了三維模型，并通過(guò)仿真模擬出了我們的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案。 雖然過(guò)程是辛苦的，我們也遇到了不少的問(wèn)題，但是我們敢于思考，勇于解決?，F(xiàn)在看著這份完整的