机械原理课程设计鞭炮插引机解析.docx
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机械原理课程设计鞭炮插引机解析
湖南工业大学
课程设计
资料袋
学院（系、部）2010~2011学年第2学期
课程名称机械原理课程设计指导教师职称
学生姓名专业班级学号
题目鞭炮插引机的设计
成绩起止日期2011年6月22日～2011年6月28日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
1
张
4
5
6
机械原理
设计说明书
鞭炮插引机的设计
起止日期：
2011年6月22日至2011年6月28日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2009年6月20日
目 录
0.设计任务书………………………………………………3
1.工作原理和工艺动作分解………………………………4
2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………6
3.执行机构选型……………………………………………7
4.机械运动方案的选择和评定……………………………9
5.机械传动系统的速比和变速机构………………………11
6.机构运动简图……………………………………………12
7.切引刀凸轮机构尺度设计………………………………13
8,切引刀凸轮机构速度分析………………………………15
9.参考资料…………………………………………………16
10.设计总结………………………………………………17
湖南工业大学
课程设计任务书
2010—2011学年第2学期
学院（系、部）专业班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
鞭炮插引机的设计
完成期限：
自2011年6月22日至2011年6月28日共1周
内
容
及
任
务
一、设计的任务与主要技术参数
设计任务：
1）设计该鞭炮插引机的工作部分使双胶辊、切引刀、压引板、和送料板实现上述运动形式并达到性能参数的要求;
2）绘制机器工作部件的运动循环图；
3）只选原动机，拟定传动系统总体方案，一般包括带传动、齿轮和蜗杆传动等，绘制机械传动系统方案简图；
4）分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，并计算主要传动件的几何尺寸；
5）设计工作部分中的凸轮机构。
确定运动规律，确定基圆半径，绘制凸轮的轮廓曲线，并校核最大压力角和最小曲率半径；
6）设计工作部分的连杆机构。
确定各构件的运动尺寸和执行构件的运动参数；
7）设计工作部分中的间歇运动机构；
8）建立工作部分的运动模型并进行仿真分析（选作）。
其余设计参数是：
引线长度35mm，鞭炮外径4mm；生产能力每分钟77排；机器运转不均匀系数10%；驱动电机0.55kw，1390r/min。
二、设计工作量
要求：
对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。
要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。
（有条件的要求用三维动画表述）。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6.22-6.24
构思该机械运动方案
6.25-6.28
运动分析及整体设计
主要
参考
资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2010：
1-325
［2］戴娟．机械原理课程设计指导书［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2011：
1-185
［3］王洪、刘扬．机械设计课程设计［Ｍ］．北京：
北京交通大学出版社，2010：
13-30
［4］王巍．机械制图［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2009：
172-210
指导教师：
2011年5月16日
系（教研室）主任2011年5月23日
1.工作原理和工艺动作分解
根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程是，机构应由双胶辊、切引刀、压引板和送料板的运动组成。
各构件的运动形式为：
（1）双胶辊，每一个运动周期的开始转动一定角度将引线进给35mm，做间歇运动，其运动规律如图1-1所示：
图1—1双胶辊运动循环图
（2）切引刀，引线向下进给达到指定位置并且压引板压紧引线后，切引刀切断引线，之后压引板压紧引线插入鞭炮。
其运动规律如图1—3所示：
图1—2切引刀运动循环图
（3）压引板，引线向下进给后，压引板水平方向正向进给5mm压紧引线，切引刀切断引线后再竖直向下进给10mm，使引线插入鞭炮，之后水平负方向退回5mm，再竖直向上进给10mm，准备下一个运动周期的循环。
其运动规律如图1—2所示：
图1—3压引板运动循环图
（4）送料板，压引板将引线插进鞭炮并松开引线后，水平进给S=3.464mm。
其运动规律如图1—4所示：
图1—4送料板运动循环图
2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
根据以上分析，拟定鞭炮插引机运动循环图如图2-1所示，制定运动循环图的目的是确定鞭炮插引机各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。
图2—1鞭炮插引机运动循环图
3.执行机构选型
由以上各机构工艺动作分解可知该机器共有四个执行机构双胶辊、压引板、切引刀和送料板。
根据运动分析拟定各执行机构的方案如下：
3.1双胶辊的机构方案
由以上双胶辊的工艺动作分解可知双胶辊机构需要实现间歇性的旋转运动，根据要求拟定如下两种方案，如图3—1不完全齿轮，图3—2槽轮机构所示。
图3—1不完全齿轮图3—2槽轮机构
3.2压引板机构方案
由以上压引板的工艺动作分解可知压引板机构需要实现水平和竖直方向的间歇性的矩形运动轨迹，根据要求拟定如下两种方案，如图3—3连杆-凸轮组合机构，图3—4双凸轮机构所示。
图3—3连杆-凸轮组合机构图3—4双凸轮机构
3.3切引刀机构方案
由以上切引刀的工艺动作分解可知切引刀机构需要实现间歇性的往复摆动运动，根据要求拟定如下两种方案，如图3—5导杆机构，图3—6凸轮机构所示。
图3—5导杆机构图3—6凸轮机构
3.4送料板
由以上送料板的工艺动作分解可知送料机构需要实现间歇性的单向进给运动，根据要求拟定如下两种方案，如图3—5链传动-不完全齿轮机构，图3—6凸轮机构所示。
图3—7链传动-不完全齿轮机构图3-8棘轮齿条机构
4.机械运动方案的选择和评定
4.1机械运动方案的拟定
综合以上机构选型以及功能要求，拟定以下四种方案
方案一:
方案二：
图4—1图4—2
方案三：
方案四：
图4—3图4—4
4.2压引机构方案比较
图4—1,4—2方案的压引板机构均采用凸轮连杆组合机构实现压引板的矩形轨迹要求，凸轮连杆组合机构可以实现多种预定的运动规律和运动轨迹，该机构以自由度为2的五杆机构为基础机构，而两个自由度为1的摆动凸轮机构则形成附加机构。
凸轮连杆组合机构克服了单一凸轮无法整周转动的缺点，使机构可以做精确地运动。
而图4—3,4—4均采用双凸轮机构实现压引板的矩形轨迹要求，双凸轮机构自由度为2，不仅运用了凸轮可以实现精确运动的特性，也克服了凸轮从动件不能做周转运动的缺点。
综合比较凸轮连杆组合机构和双凸轮机构，二者都可以实现预定的轨迹要求，且均用于轻载场合。
但凸轮连杆组合机构制造工艺较为复杂，所占空间较大。
而双凸轮机构机构简单，便于制造。
因此压引机构采用双凸轮机构更为合理。
4.3送料机构方案比较
图4—1,4—3采用链传动与不完全齿轮结合的机构实现单向间歇性进给运动，链传动结构简单，传动比准确，对环境要求低。
附加机构为不完全齿轮实现间歇运动。
图4—2，4—4采用棘轮齿条机构，输出运动为单向间歇性的，行程可调而且准确。
但冲击和噪音较大，适用于低速轻载场合。
综合比较二者都用于轻载场合，但链传动较棘轮齿条机构制造成本较低，结构简单。
送料机构采用链传动与不完全齿轮结合的机构更加合理。
综上比较采用方案三如图4—3所示最为合适，即双胶辊由不完全齿轮与标准齿轮组成；切引刀由凸轮组成，齿轮做传动机构；压引板由双凸轮机构组成，标准齿轮传动；送料板由不完全齿轮-链式输送机组成，链传动作为传动机构。
5.机械传动系统的速比和变速机构
总传动比计算：
第一级采用传送带减速器，传动比为3，第二级采用一级齿轮减速器，传动比为6，变速机构如图5—1所示。
图5—1系统变速机构
6.插引机机构运动构简图
与本组同学王科共同制作完成总机构运动简图，如下图6—1所示。
图6—1总机构运动简图
鞭炮插引机的动作执行机构有双胶辊（Ⅰ）、切引刀（Ⅱ）、压引板（Ⅲ）和送料板（Ⅳ）。
双胶辊Ⅰ，由不完全齿轮1与标准齿轮组成;
切引刀Ⅱ，由凸轮2组成，齿轮做传动机构；
压引板Ⅲ，由凸轮3、4，压引板组成，标准齿轮传动；
送料板Ⅳ，由不完全齿轮5和链式输送机6组成，传送带9作为传动机构；
7、8为带传动,作为减速机构。
一个周期内的运动规律：
每一个运动周期的开始双胶辊先转动一定角度将引线进给35mm，然后停止转动；引线向下进给后，压引板水平方向正向进给5mm压紧引线；压引板压紧引线后，切引刀摆到切割位置切断引线；随后压引板竖直向下进给10mm，使引线插入鞭炮，之后水平负方向退回5mm，再竖直向上进给10mm然后停止运动；压引板向上进给的同时送料板水平进给S=3.464mm，准备下一个运动周期的循环。
7.切引刀凸轮机构的尺度设计
切引刀的运动不具高速和大负载，可选用等速运动形式，由要求和已知条件可知S=Cδ。
由切引刀凸轮工艺动作分解得到以下凸轮基本参数：
推程运动角δ0=45°；远休止角δ01=30°；回程运动角δ0ˊ=45°；近休止角δ02=240°。
切引刀凸轮机构采用盘形凸轮及推程直动从动件，对于推程直动从动件压力角最大许用压力角为[α]=30°，为方便起见，不影响机构传动和其他影响，直接采用。
对于基圆半径
由诺模图查得当压力角为30°，如图7—1所示，转角为45°，h为18mm,查得其半径为r0=18／0.4=45mm。
从动件为滚子从动件，滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损较小，也可用来传递较大动力，对于切引刀这种中高速机构比较合适。
滚子半径根据基圆半径确定，其大小为rr=（0.1~0.15）r0。
系数取1.33计算得rr=6mm。
采用反转法设计出如图7—2所示的切引刀凸轮机构。
图7—1诺模图
图7—2切引刀凸轮机构设计图
8,切引刀凸轮机构速度分析
根据切引刀工艺动作分解可知切引刀的运动速度并不高，而且属于低载荷机构，所以拟定了等速运动规律作为凸轮的运功规律，画出运动图线如图8—1所示，其规律分析如下：
S=（h/δ。
）δ=0.4δ
V=（ds）/（dt）=（hw）/δ。
=2.512m/s
a=（dv）/（dt）=0
图8—1切引刀凸轮机构运动曲线
9.参考资料
1、朱理．机械原理［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2010：
1—325；
2、戴娟．机械原理课程设计指导书［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2011：
1—185；
3、王洪、刘扬．机械设计课程设计［Ｍ］．北京：
北京交通大学出版社，2010：
13—30。
4、王巍．机械制图［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2009：
172-210
10.设计总结
在刘扬老师的带领下，我们完成了机械原理课程设计。
虽然说我们是第一次接触专业课的课程设计，遇到了很多的困难，但对机械浓厚的兴趣，使我们下定决心解决一切难题，做出自己的新意，拿出完美的方案。
在这为期一周的时间里，我们不仅完成了自己的设计作品，也巩固了自己的专业知识，加强了实践能力，深入了解了专业课程设计的流程，深深地明白了实践是检验一切真理的标准，只有把书本知识在实践中运用，才能将其深刻的理解掌握，总的来说通过这次机械原理课程设计每个人都受益颇多。
开始设计时先对各机构运动进行分解，进而确定各机构的运动类型，筛选出各执行机构的机构方案，进一步熟悉了不同机构的运动形式、优缺点以及适用场合，懂得了根据机构特点和机器功能要求评价不同方案的合理性，为以后的设计打下坚实的知识基础和实践能力。
在设计过程中熟练了对CAD、WORD等软件的操作，强化了软件操作能力。
同时也认识到一个机器通常是需要多个人协调合作共同设计完成的，多与同伴交流想法会得到不同的创想，团队协作能力很重要。
其次是要充分利用各种资料，在做设计的过程中必然会遇到很多自己不能解决的问题，这时候就需要查阅资料，综合各方面的知识解决问题。
这次的设计中，在刘老师的指导下避免了很多弯路，但走出校门工作时就没这么轻松了，所以要充分利用各种资料。
在以后的学习工作中，我会继续发扬这次课程设计中踏实勤干、虚心好学的的作风，向着我的梦想机械工程师迈进！
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