块状物品推送机机械原理课程设计.docx
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块状物品推送机机械原理课程设计
机械原理课程设计说明书
设计题目:
块状物品推送机的机构综合与结构设计
班级:
姓名:
学号:
同组成员:
组长:
指导教师:
时间:
一、设计题目
在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。
现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，如图所示。
二、设计数据与要求
1.向上推送距离H=120mm，生产率为每分钟推送物品120件。
2.推送机的原动机为同步转速为3000转/分的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动。
3.由物品处于最低位置时开始，当执行机构主动件转过1500时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过1200时，推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过900时，推杆在最低位置停留不动。
4.设推杆在上升运动过程中，推杆所受的物品重力和摩擦力为常数，其值为500N；设推杆在下降运动过程中，推杆所受的摩擦力为常数，其值为100N。
5.使用寿命10年，每年300工作日，每日工作16小时。
6.在满足行程的条件下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于350），结构紧凑，振动噪声小。
三、设计任务
1.至少提出三种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合。
2.确定电动机的功率与满载转速。
3.设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图。
4.在假设电动机等速运动的条件下，绘制推杆在一个运动周期中位移、速度和加速度变化曲线。
5.如果希望执行机构主动件的速度波动系数小于3%，求应在执行机构主动件轴上加多大转动惯量的飞轮。
6.进行推送机减速系统的结构设计，绘制其装配图和两张零件图。
7.编写课程设计说明书。
四、方案设计
1.凸轮连杆组合机构
凸轮－连杆组合机构也可以实现行程放大功能，在水平面得推送任务中，优势较明显，但在垂直面中就会与机架产生摩擦，加上凸轮与摆杆和摆杆与齿条的摩擦，积累起来，摩擦会很大，然后就是其结构较为复杂，非标准件较多，加工难度比较大，从而生产成本也比较大，连杆机构上端加工难度大，而且选材时，难以找到合适的材料，使其既能满足强度刚度条件又廉价，因此不宜选择该机构来实现我们的设计目的。
2.凸轮机构
方案结构简单紧凑，噪音小，运用蜗轮蜗杆传递动力，采用了带传动，凸轮机构回转运动，易于完成小范围内的物料推送任务，效率较高并且运动精确稳定效应迅速，可使推杆有确定的运动，完全符合设计目标。
3.连杆机构
利用等价的平面连杆机构实现机构的推送任务，几何封闭，传送稳定性高，通过设计合适的杆长可以实现预期的运动，当以AB杆作为原动件时，运动传到推杆K产生一定的增力效果，但是此机构由于运用了很多杆件，进行了多次中间传力，会导致机械效率的降低和误差的积累，而且连杆及滑块产生的惯性力难以平衡加以消除，因此在高速推送任务中，不宜采用此机构。
4.凸轮齿轮组合机构
凸轮－齿轮组合机构，可以将摆动从动件的摆动转化为齿轮齿条机构的齿条直线往复运动。
当扇形齿轮的分度圆半径大于摆杆长度时，可以加大齿条的位移量。
但是比较难设计，不好实现。
经过比较，选定方案2。
五、方案尺寸数据及发动机参数
经程序运算和查询相关资料，最终尺寸确定为凸轮基圆半径r0=100mm,推程h=120mm，滚子半径rb=20mm；经附录程序运算，得推程最大压力角为29.8度，符合要求。
蜗杆m=4，头数为一，分度圆直径d=40mm；右旋；
蜗轮m=4，齿数25，分度圆直径d=100mm；
V带基准长度250；
带轮1基准直径
=50，外径
=52.2；槽型为Y；
带轮2基准直径
=20，外径
=23.2槽型为Y；
电动机效率η1=80%单头蜗杆传动效率η2=75%
V带传送效率η3=85%凸轮传动效率η4=95%
移动副传动效率η5=95%
电动机型号选为YD100L-6/4/2型三项异步电机，此电动机额定功率为1.8KW，工作电压为380V，额定电流为4.8A，额定转速为3000r/min,转子转动惯量为0.0014Kg*
。
计算可知,在一个工作周期T=0.5s中，
阻力功w=（500*120+100*120）*0.001=0.072J；
阻力功率p1=w/T=0.144J/s，
机构总效率η=η1*η2*η3*η4*η5=0.3826；
机构驱动力功率p2=p1/η=0.3764J/s=1.36kw
六、运动分析
1.位移分析
其中
=150°，
=270°
由曲线可知，在一个周期内推杆位移先增加（0°-150°）后减小（150°-270°）后不变（270°-360°），符合推杆先上升后下降再停顿。
2.速度分析
其中
=150°，
=270°
凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，由上图可知在150°之前，无速度突变即无刚性冲击，推杆速度先均匀增大后均匀较小至零。
回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，先增加后减小至零，曲线完全符合，无速度突变亦即无刚性冲击。
近休时（270°-360°）,速度为零，无刚性冲击。
3.加速度分析
其中
=150°，
=270°
凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，在开始时（0°）、（75°-80°）、（150°）加速度有突变，但是突变有限，因而引起的冲击较小，故只存在柔性冲击。
回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，由曲线可知加速度无突变，即无柔性冲击。
启动电机，通过带传动涡轮蜗杆传动减速并带动凸轮转动，凸轮推动推杆运动。
最初150度，凸轮从最低点运动到最高点作推程运动时，推杆推送物品作上升运动，同时压缩弹簧。
接下来120度，凸轮从最高点作回程运动时，推杆在自身重力和弹簧弹力的作用下作下降运动。
最后的的90度推杆在最低位置静止不动。
电动机不断地提供电能带动整个装置的传动，完成构件上下往复运动，把一个物品从一个位置推送到另一个位置。
七、飞轮设计
由五可得△Wmax=0.1162J
Wm=w=4*Π；
Jf=△Wmax/（[δ]*Wm*Wm）-Je=0.0232Kg*
；
八、个人总结
实际操作永远不会像想象的那样简单。
在平常的学习中，尽管自己不承认，但多多少少还是存在眼高手低的情况。
这次的课程设计就给了自己当头一棒，刚开始的时候完全不懂。
通过在网上查找资料，到图书馆借书才逐渐理清头绪。
这次课程设计对对机械原理的掌握要求非常高，而且不仅仅如此，它还需要我们学习CAD、C语言、ADAMS、MATLAB等软件，是一次对综合能力的考察。
虽然这次的课程设计完成了，但是借鉴了不少前辈的经验，自己还有很多地方需要努力，而这也许才是这次课程设计最重要的收获。
最后要感谢我的队友的大力帮助以及老师的辛勤教导。
参考文献：
《机械原理》第七版高等教育出版社孙恒
《机械原理课程设计指导》北京航空航天大学出版社张晓玲
《机械原理课程设计》高等教育出版社裘建新
《机械原理创新设计》华中科技大学出版社强建国
《ADAMS2005机械设计高级应用实例》机械工业出版社郑凯
凸轮部分代码：
#include
#include
#include
#definePI3.141592653
doublefact[72][2];
doubletheory[72][2];
intang1=150,ang2=270,ang3=360;
doubleh=120,rb=60,b=2;
doubleA1=30*PI/180,A2=70*PI/180;
doubleP=13,e=0;
doubleSo,r=18;
doubleS（intI）
{
doubles;
doubleA;
doubleB;
if（I<=ang1/2）
{
A=I*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s=2*h*pow（A/B,2）;
}
elseif（（I>ang1/2）&&（I<=ang1））
{
A=I*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;
}
elseif（I<=ang2）
{
A=（I-ang1）*PI/180;
B=（ang2-ang1）*PI/180;
s=h-（10*h*pow（A/B,3）-15*h*pow（A/B,4）+6*h*pow（A/B,5））;
}
elses=0;
return（s）;
}
doubleds（intQ）
{
doubleA,B,C;
if（Q<=ang1/2）
{
A=Q*PI/180;
B=ang1*PI/180;
C=4*h*A/（B*B）;
}
elseif（（Q>ang1/2）&&（Q<=ang1））
{
A=Q*PI/180;
B=ang1*PI/180;
C=4*h*（B-A）/（B*B）;
}
elseif（Q<=ang2）
{
A=（Q-ang1）*PI/180;
B=（ang2-ang1）*PI/180;
C=-30*h*A*A/pow（B,3）+60*h*pow（A,3）/pow（B,4）-30*h*pow（A,4）/pow（B,5）;
}
elseC=0;
returnC;
}
doubledss（intB3）
{
doubleA,B,C;
if（B3<=ang1/2）
{
A=B3*PI/180;
C=ang1*PI/180;
B=4*h/（C*C）;
}
elseif（B3>ang1/2&&B3<=ang1）
{
A=B3*PI/180;
C=ang1*PI/180;
B=-4*h/（C*C）;
}
elseif（B3<=ang2）
{
A=（B3-ang1）*PI/180;
C=（ang2-ang1）*PI/180;
B=-60*h*A/pow（C,3）+180*h*A*A/pow（C,4）-120*h*pow（A,3）/pow（C,5）;
}
elseB=0;
return（B）;
}
voidxy（intang）
{
doubleA,B,C,E,F,dx,dy;
A=ang*PI/180;
B=S（ang）;
C=ds（ang）;
dx=（So+B）*cos（A）+sin（A）*C-e*sin（A）;
dy=-sin（A）*（So+B）+C*cos（A）-e*cos（A）;
E=r*dy/sqrt（dx*dx+dy*dy）;
F=r*dx/sqrt（dx*dx+dy*dy）;
theory[ang/5][0]=（So+B）*sin（A）+e*cos（A）;
theory[ang/5][1]=（So+B）*cos（A）-e*sin（A）;
fact[ang/5][0]=theory[ang/5][0]-E;
fact[ang/5][1]=theory[ang/5][1]+F;
}
doublea（intB1）/*****求解压力角****/
{
doubleA,B;
A=sqrt（（ds（B1）-e）*（ds（B1）-e））;
B=S（B1）;
returnatan（A/（B+So））;
}
doublep（intB2）
{
doubledx,dy,dxx,dyy;
doubleA,B,C,D,E;
A=B2*PI/180;
B=ds（B2）;
C=S（B2）;
D=dss（B2）;
dx=（So+C）*cos（A）+sin（A）*B-e*sin（A）;
dy=-sin（A）*（So+C）+B*cos（A）-e*cos（A）;
dxx=-（C+So）*sin（A）+cos（A）*B+D*sin（A）-e*cos（A）;
dyy=-cos（A）*（So+C）-B*sin（A）+D*cos（A）-sin（A）*B+e*sin（A）;
E=sqrt（pow（dx*dx+dy*dy,3））/sqrt（pow（（dx*dyy-dxx*dy）,2））;
return（E）;
}
//计算数据并写入文件
voidmain（）
{FILE*fp;
inti;
intk,h,l;
doubleangle1max=0,angle2max=0,pmin=1000;
if（（fp=fopen（"f:
\\sanying","w"））==NULL）
{
printf（"Cann'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint4\n"）;
fprintf（fp,"xyx'y'"）;
for（;i!
=360;）
{
rb=rb+b;
So=sqrt（rb*rb-e*e）;
for（i=0;i<=ang1;i=i+5）
{
if（a（i）>A1||p（i）break;
}
if（ang1+5-i）continue;
for（i=ang1+5;i<=ang2;i=i+5）
{
if（a（i）>A2||p（i）break;
}
if（ang2+5-i）continue;
for（i=ang2+5;i<360;i=i+5）
{
if（p（i）break;
}
}
for（i=0;i<360;i=i+5）
{
xy（i）;
}
for（i=0;i<=ang1;i=i+5）
{
if（angle1max{
angle1max=a（i）;
k=i;
}
if（pmin>p（i））
{
pmin=p（i）;
h=i;
}
}
for（i=ang1;i<=ang2;i=i+5）
{
if（angle2max{
angle2max=a（i）;
l=i;
}
if（pmin>p（i））
{
pmin=p（i）;
h=i;
}
}
for（i=0;i<72;i++）
{
fprintf（fp,"\n"）;
{
fprintf（fp,"%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t",theory[i][0],theory[i][1],fact[i][0],fact[i][1]）;
}
}
fclose（fp）;
printf（"理论坐标（x,y）"）;printf（"实际坐标（x,y）"）;printf（"\n"）;
for（i=0;i<72;i++）
{
printf（"%f",theory[i][0]）;
printf（""）;
printf（"%f",theory[i][1]）;
printf（""）;
printf（"%f",fact[i][0]）;
printf（""）;
printf（"%f",fact[i][1]）;
printf（"\n"）;
}
printf（"基圆半径是:
%f\n",rb）;
printf（"推程最大压力角是:
%f\n",angle1max*180/PI）;
printf（"此时角度是是:
%d\n",k）;
printf（"回程最大压力角是:
%f\n",angle2max*180/PI）;
printf（"此时角度是是:
%d\n",l）;
printf（"最小曲率半径是:
%f\n",pmin）;
printf（"此时角度是:
%d\n",h）;
推杆运动学分析部分代码：
#include
#include
#include
#definePI3.141592653
voidmain（）
{
doubleh=120;
intang1=150,ang2=270,ang3=360;
doubles[72],v[72],a[72];
doubleA,B;inti;
for（i=0;i{
if（i<=ang1/2）
{A=i*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s[i/5]=2*h*pow（A/B,2）;
v[i/5]=4*h*A/（B*B）;
a[i/5]=4*h/（B*B）;
}
else{
A=i*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s[i/5]=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;
v[i/5]=4*h*（B-A）/（B*B）;
a[i/5]=-4*h/（B*B）;
}
}
for（i=ang1;i{
A=（i-ang1）*PI/180;
B=（ang2-ang1）*PI/180;
s[i/5]=h-（10*h*pow（A/B,3）-15*h*pow（A/B,4）+6*h*pow（A/B,5））;
v[i/5]=-30*h*A*A/（B*B*B）+60*h*A*A*A/（B*B*B*B）-30*h*A*A*A*A/（B*B*B*B*B）;
a[i/5]=-60*h*A/（B*B*B）+180*h*A*A/（B*B*B*B）-120*h*A*A*A/（B*B*B*B*B）;
}
for（i=ang2;i{
s[i/5]=0;
v[i/5]=0;
a[i/5]=0;
}for（i=0;i<72;i++）
printf（"%f%f%f\n",s[i],v[i]*4*PI,a[i]*4*PI）;
}
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