机械原理课程设计包装机推包机构运动简图与传动系统设计.docx

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机械原理课程设计包装机推包机构运动简图与传动系统设计

西北工业大学

机械原理课程设计说明书

--包装机推包机构运动简图与传动系统设计

指导老师：

班级：

学生姓名：

学号：

组员：

1、设计题目和要求··············································3

2、设计方案的选定··············································3

3、机构的尺寸设计··············································8

1、曲柄滑块结构的尺寸计算···································8

2、凸轮尺寸设计·············································9

四、电动机的选择及传动方案的设计······························10

1、电动机的选择············································10

2、传动方案的设计··········································10

3、总装配件图··············································11

五、设计小结··················································12

六、参考资料··················································13

七、组员任务分配··············································13

一、设计题目和要求

现需要设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1（见图1-1）先由输送带送到推包机构的推头2的前方，然后由该推头2将工件由a处推至b处（包装工作台），再进行包装。

为了提高生产率，希望在推头2结束回程（由b至a）时，下一个工件已送到推头2的前方。

这样推头2就可以马上再开始推送工作。

这就要求推头2在回程时先退出包装工作台，然后再低头，即从台面的下面回程。

因而就要求推头2按图示的abcde线路运动。

即实现“平推—水平退回—下降—降位退回—上升复位”的运动。

设计数据与要求：

要求每5-6s包装一个工件，且给定：

L=100mm，S=25mm，H=30mm。

行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取，推包机由电动机推动。

在推头回程中，除要求推头低位退回外，还要求其回程速度高于工作行程的速度，以便缩短空回程的时间，提高工效。

至于“cdea”部分的线路形状不作严格要求。

图1-1运动要求图

二、设计方案的选定

1.方案1

用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合（图2-1）。

在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动。

图2-1偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构图

运动过程实现：

用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合（图2-1）。

此方案通过曲柄1带动连杆2使滑块4实现在水平方向上的往复直线运动，在回程时，当推头到达C点，在往复移动凸轮机构中的滚子会在槽内相右上方运动，从而使杆7的推头端在偏置滑块和往复移动凸轮的共同作用下沿着给定的轨迹返回。

方案分析：

在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动。

但是，该方案机构较复杂，弹簧挡片工作频繁，要求具有较高的疲劳强度，回程时，推头的连杆受力较大，要求具有一定的刚度，轮槽可用铸造，精度要求不高，该机构避免了使用凸轮而带来的高磨损和润滑不便。

但是此机构所占的空间很大，切机构多依杆件为主，结构不够紧凑，抗破坏能力差，对于较大载荷时对杆件的刚度和强度要求较高。

会使的机构的有效空间浪费。

并且由于四连杆机构的运动规律只能以近似的规律进行运动。

2.方案2

方案图如下：

图2-2增加辅助机构的曲柄滑块机构图

该方案中曲柄1通过滑块带动导杆2做往复摆动，导杆2是与另一杆固连，导杆2带动摆杆6运动，在摆杆6上固连一带滚轮的短杆，滚轮被限制在槽5中，在槽中有一可绕固定轴摆动的摆动块，另一端与弹簧相连，从而实现往复摆动，在槽5和摆动块的共同作用下摆杆6末端的推头推动物件实现预期的运动轨迹。

方案分析:

该方案中，曲柄滑块机构实现运动的输入和急回运动的要求，通过槽和摆动块的作用将运动轨迹限制在预期的路径上，运动方式和各构件间的相互配合关系简单。

但是该机构运用的摆杆会占用较大的空间，也使得结构不紧凑，抗破坏能力差。

同时槽的形状复杂，难加工，会相应地增加成本。

此外，难以精确的实现预期的运动轨迹，只能近似达到题目要求。

　设计思路：

我是受图2-3所示手动插秧机的分秧、插秧机构的启发，想到用一个与预定轨迹相近的槽来控制推包机构的轨迹。

但是插秧机的动力源是人的手工，而我们的要求是电动机驱动，因此就需设计传动装置，同时还要满足急回的要求。

在类似插秧机构中，主动件是一摆杆，要使其他机构能够带动摆杆运动，还要在不同的行程中满足急回要求。

在查阅了各种机构的组成后，我选择了图2-4所示的曲柄摆杆机构。

曲柄摆杆机构能将电动机的连续回转运动转换成摆杆的往复摆动，而且由于去程和回程所转过的角度不同，使得摆杆有不同的运动速度，满足了急回要求。

图2-3手动插秧机的分秧、插秧机构

图2-4有急回的曲柄滑块机构

3.方案3

偏执滑块机构与盘形凸轮机构组合，（见图2-5）

图2-5偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合

运动分析：

方案1的机构主要是由一个偏置滑块机构以及一个凸轮机构组合而成的。

偏置滑块机构主要是实现推头的往复的直线运动，从而实现推头的推包以及返回的要求。

而凸轮机构实现的是使推头在返程到达c点的时候能够按照给定的轨迹返回而设计的。

这个组合机构的工作原理主要是通过电动机的转动从而带动曲柄2的回转运动，曲柄在整周回转的同时带动连杆3在一定的角度内摆动，而滑块4在水平的方向实现往复的直线运动，从而带动连着推头的杆运动，完成对被包装件的推送过程。

在推头空载返回的过程中，推头到达C点时，凸轮的转动进入推程阶段，使从动杆往上运动，这时在杆5和杆6连接的转动副就成为一个支点，使杆6的推头端在从动件的8的推动下向下运动，从而使推头的返程阶段按着给定的轨迹返回。

功能分析：

这个机构在设计方面，凸轮与从动件的连接采取滚动从动件，而且凸轮是槽型的凸轮，这样不但能够让从动件与凸轮之间的连接更加紧凑，而且因为采用了滚动从动件，能使减轻凸轮对它的冲击，从而提高了承载能力。

而采用的偏置滑块机构能够实现滑块具有急回特性，使其回程速度高于工作行程速度，以便缩短空回程的时间，提高工作效率。

但此机构的使用的是槽型凸轮，槽型凸轮结构比较复杂，加工难度大，因此成本会比较高。

综合比较上述三个方案的优缺点，我组最终决定选择方案3作为进一步设计研究的方案。

三、机构的尺寸设计

1、曲柄滑块结构的尺寸计算

滑块的行程题目给出S=100mm。

查表得，行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取，可由曲柄滑块机构的极位夹角公式，带入K求得其极位夹角的取值范围为

，在这范围内取极位夹角为30，偏置距离e选取40mm

用图解法求出各杆的长度如下：

（见图3-1）

图3-1求解各杆长度图

图中：

　　　　　　　　　　O2B1-O2B2=2a

O2B1+O2B2=2b

从图中量取得：

02B1=151.32mm02B2=61.86mm

则可知曲柄滑块机构的：

曲柄a=44.73mm连杆b=106.59mm

2、凸轮尺寸设计

用作图法求出凸轮的推程角，远休止角，回程角，近休止角。

题目要求在推头在返程阶段到达离最大推程距离为25mm时，要求推头从按照给定的轨迹，从下方返回到起点。

因此可利用偏置滑块机构，滑块在返回阶段离最大推程为25mm的地方作出其曲柄，连杆和滑块的位置，以通过量取曲柄的转动的角度而确定凸轮近休止角的角度，以及推程角，回程角。

具体做法如下：

图3-2确定凸轮尺寸图

题目要求推头的轨迹在abc段内实现平推运动，因此即凸轮近休止角应为曲柄由A2转动到A3的角度，从图上量取，该角为259.6°。

即凸轮的近休止角为1.44π。

因为题目对推头在返程cdea段的具体线路形状不作严格要求，所以可以选定推程角，远休止角，回程角的大小。

由机构的运动特征和保护机构出发，选定推程角为0.3π，回程角为0.17π，远休止角为0.09π。

因为题目要求推头回程向下的距离为30mm，因此从动件的行程h=30mm。

由选定条件近休止角为1.44π，推程角为0.3π,回程角0.17π，远休止角0.09π。

h=30mm，基圆半径50mm,从动杆长度为40mm，滚子半径5mm。

根据所设计的凸轮参数，绘制的凸轮如下所示：

图3-3凸轮轮廓图

凸轮的位移转角曲线图：

图3-4凸轮的位移转角曲线图

四、电动机的选择及传动方案的设计

1、电动机的选择

题目要求5-6s包装一个件，即要求曲柄和凸轮的转速为12r/min考虑到转速比较低，因此可选用低转速的电动机，查常用电动机规格，选用Y160L-8型电动机，其转速为720r/min,功率为7.5kW。

2、传动方案的设计

系统的输入输出传动比

，即要求设计出一个传动比的减速器，使输出能达到要求的转速。

其传动系统设计如下图：

图4-1传动系统图

电动机连接一个直径为10的皮带轮2，经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段，这段皮带传动的传动比为

，此时转速为

。

从皮带轮1输入到一个二级减速器，为了带到要求的传动比，设计齿轮齿数为，

。

验算二级减速器其传动比

整个传动系统的传动比

此时电动机转速经过此传动系统减速后能满足题目要求推包机构主动件的转速。

3、总装配简图

图4-2总装配图

五、设计小结

在此次设计中我的任务是设计方案，并进行相关系统的绘图工作。

我所设计的方案是方案2，在设计方案的过程中，我受到上课时老师所讲手动插秧机实例启发，将其与能将匀速回转运动转化为具急回特性的往复摆动运动的曲柄滑块机构进行组合，并将机构中的尺寸和凹槽的形状进行适当的变形，以使其更符合预期的运动轨迹的要求。

虽然该机构可近似满足预定的运动要求，但仍存在一些缺陷，如机构尺寸过大，会占用较大的空间，运动轨迹不能精确满足要求，槽的形状过于复杂等问题。

基于上述的种种不足之处，最终没有采用我所设计的方案。

我的另一个任务是绘制机构的简图。

由于我之前对于autoCAD的软件有一定的了解，所以我承担的画装配图和我所设计的机构图的任务。

按照各构件的尺寸以及相互位置关系，在CAD的界面完成了各图形二维图的绘制。

我原本打算绘制装配的三维图形，但是由于本人掌握的内容有限，以及autoCAD软件的三维绘图功能的限制，在绘制铰链时遇到了瓶颈，在多方求助无果的情况下只得放弃了绘制三维图的设想。

此外，在查阅王老师给我们的资料时发现了辅助程序设计的工具，其中有齿轮、轴承、凸轮、蜗杆等的设计与校核。

在我们选定的方案中运用的主要部件是凸轮，又因为凸轮要满足我们所设定的路径的要求，所以凸轮的外形比较复杂，虽然能够用数学公式和数字表示凸轮的精确外形，但是由于这些数字不够直观，不能使我们很清楚的绘出机构的组成图和装配图。

于是，我运用凸轮设计工具，将凸轮的相关参数输入系统后，自动生成了凸轮的轮廓图以及位移与转角的关系曲线图。

在本次课程设计的过程中，不仅要掌握和了解各种机构的运动特性，还要能够分析各方案的优缺点，进行相应的机构尺寸计算等，是将我们之前所学的知识进行综合汇总的过程。

在设计方案的过程中要有全局观念，统筹各机构的特点、传动系统、发动机的功率与转速、可行性、适用性等多方面的因素。

此外，作为组长，我还要能够合理分配各组员的任务和安排任务进行的进度。

通过本次课设，我进一步了解和掌握了各种机械机构的特性，并学会在设计过程中统筹兼顾，考虑多方面的因素影响，使我考虑问题时思维更加全面，同时也熟悉了机械设计的步骤。

在此要特别感谢王三民老师的耐心指导和技术支持。

六、参考资料

《机械原理》第七版孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社

《机械原理与设计课程设计》王三民主编机械工业出版社

《机械基础设计实践》孔凌嘉张春林荣辉主编北京理工大学出版社