机械原理课程设计说明书.docx

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机械原理课程设计说明书

机械课程设计说明书

设计题目：

块状物品推送机的机构综合与结构设计

学院：

福建工程学院

系别：

材料科学与工程系

专业：

材料成型及控制工程

班级：

0902

姓名：

陈诚

学号：

160910508

指导老师：

余罗兼

2011年11月

目录

一综合概述2

1）设计题目2

2）设计任务2

3）设计要求3

二、机构构思4

1）运动方案的讨论4

1传动选择4

2减速装置选择5

3执行机构7

2）方案确定8

1整体运动图及说明8

2运动分析9

三设计内容9

1）电机选择9

2）带传动设计10

1带轮的设计10

2皮带的设计11

3）蜗杆传动设计12

4）凸轮设计14

5）摆杆及辅助件的设计16

四自我总结18

一综合概述

1）设计题目

在自动包裹机的包装作业过程中，经常要将物品从前一工序推送到下一工序。

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：

2）设计任务

①至少确定三种运动方案，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设计执行机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图。

③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、和加速度的变化曲线。

④编写课程设计说明书

3）设计要求

①推杆向上推送距离H=150mm，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3000r/min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150°时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过120°时，推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过90°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，推杆所受摩擦力为常数，其值为100N.

⑤使用寿命为10年，每年工作300个工作日，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35°），结构紧凑，振动噪声小。

二、机构构思

1）运动方案的讨论

1传动选择

传动方式

优缺点

机构传动

液动（气动）

优点

易于较大范围内实现有级变速

保持准确传动比

易于做直线运动

作用部分可以承受较大压力

布局灵活，能用于复杂系统

可以实现较大范围的无极变速

运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的转向

缺点

对机构精度要求明显

零件易磨损、破坏

能量经过两次变换，传动效率低

不能严格保证定比传动

对温度敏感，不能再高温下工作

基于设计任务需要定传动比以及本次设计属于机械设计课程范围内，我们选择用各种机构的配合来达到传动的效果。

2减速装置选择

常用传动机构

主要优缺点

带传动

结构简单，传动平稳、噪声小，能缓冲吸振，过载时带会在带轮上打滑，对其他零件起过载保护作用，适用于中心距较大的传动

传动效率低（约为0.90～0.94），带的使用寿命短，不宜在高温、易燃以及有油和水的场合使用。

链传动

能保证较精确的传动比，可以在两轴中心距较远的情况下传递动力，只能用于平行轴间传动

链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。

渐开线齿轮传动

传递的功率和速度范围很大，

传动属于啮合传动，齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、可靠。

传动效率高，使用寿命长。

种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。

制造和安装的精度要求较高。

摩擦轮传动

工作平稳，结构紧简单，有过载打滑作用，适用于冲压机械，但不能严格保证定比传动

蜗杆传动

单级传动就能获得很大的传动比，结构紧凑，传动平稳，无噪声，但传动效率低。

根据上表以及参考1中P141—P143的表1、表2、表3我们决定采用二级减速装置，一级减速装置为带轮装置，二级减速装置为蜗杆涡轮机构，之所以不选用齿轮传动，是出于对机构的安排上我们认为蜗杆传动的结构更紧凑，便于整体的设计和布局。

3执行机构

方案一：

考虑到推送过程的间歇运动决定选用凸轮做主动件，带动推杆做向上的推动和停歇等一系列运动过程。

方案二：

方案一中推杆的行程较小不易实现设计要求。

故肯定采用凸轮作为主动件后，认为从动件可以使用一个齿轮齿条机构实现圆周运动到直线运动的转变。

方案三：

方案二中齿条的行程位移量受齿轮分度圆的半径影响，决定删繁就简，将从动件作成连杆机构，从而实现行程的放大。

经比较，方案三，其运动特性可实现直线间歇运动，并且传动平稳，运动精确，连杆KH的运动轨迹确定，可以根据连杆BA的摆动角度及物块上升H=120mm计算出连杆BH的长度。

修正后的简图如下：

2）方案确定

1整体运动图及说明

1电动机2皮带3蜗杆涡轮4凸轮5连杆6物块7弹簧

2运动分析

电动机提供动力来源经皮带和蜗杆涡轮二级减速使凸轮的转速变为120r/min.凸轮连杆机构来实现了推程的放大，带来物品的升降。

三设计内容

1）电机选择

课题要求原动机转速为3000r/min，执行部分的推杆推送高度为120mm，推送速率为120件/分钟，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；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；设推杆中心至凸轮中心的距离为150mm，蜗杆传动功率为0.85，带传动功率为0.95，不计轴承功率损失计算原动机的功率为Po=2.5kw

又电动机的额定功率Pm=（1—1.3）Po

我们取其系数为1.2，所以电动机的额定功率为3kw。

型号为Y100L2_4（Y系列异步电动机，机座中心高为100mm，L为长机座，功率序号为2（3kw），磁极数为4极。

2）带传动设计

带传动结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸震等特点，应用广泛。

1带轮的设计

已知电机功率为3kw，转速N1=3000r/min，传动比为5，每天工作16个小时。

查参考1中V带设计部分表8—2、3、7、图8—10、公式8—13、15a、20、22、23等设计数据如下

小带轮基准直径dd1=80mm，大带轮基准直径dd2=400mm

V带传动的带速V=12.57m/s

小带轮包角α1=143.03°

单根V带的基本额定功率P1=.61（kW）

i≠1时额定功率的增量ΔP1=.04（kW）

包角修正系数Kα=.9，带长修正系数KL=1.18

V带的张紧力F0=55.45N

作用在轴上的载荷FQ=631.07N

小带轮结构推荐使用实心式结构

大带轮结构推荐使用轮辐式结构

大带轮轮辐的数目Za2=4

2皮带的设计

V带型号：

Z型其横截面如图：

根据两带轮中心距离为496mm，小轮半径为40mm，包角是143.03°，大轮半径为200mm，基准长度L0为1800mm,v带数是六根。

3）蜗杆传动设计

经过一级减速后，蜗杆的输入功率为2.85kw，转速为600r/min，传动比为5，工作载荷平稳，预计使用寿命为三年。

①选择材料

蜗轮材料：

CuSn10P1金属型

蜗杆材料：

404540Cr40CrNi42SiMn表面淬火

蜗杆表面硬度：

（45～55）HRC

②按齿面接触疲劳强度进行设计

涡轮上的工作转矩T2=127900.5N·mm

载荷系数K=KαKβKγ=1.1*1*1=1.1

依据参考1中P245表11—2选择模数为4，分度圆直径为40mm，蜗杆头数为6，直径系数是10

③蜗杆和蜗轮主要参数与几何尺寸

蜗杆分度圆柱导程角γ=30.96°，蜗杆顶圆直径da1=48mm，蜗杆传动的中心距a=80mm

蜗轮分度圆直径d2=120mm，蜗轮喉圆直径da2=128mm，蜗轮螺旋角系数Yγ=.78，蜗轮齿形系数YF=1.59，蜗轮头数Z2=30

4）凸轮设计

推送机所使用的机构主要有盘形凸轮和连杆组成的凸轮连杆机构。

盘形凸轮：

实现将物品推送到行程为120mm的高度等一系列运动过程。

连杆：

做往复的直线运动，带动物品的运动。

①凸轮的设计

凸轮的运动决定了曲柄的长度，推程为120mm，故曲柄要求在200～400mm之间变化，所以凸轮基圆的半径确定100mm。

角度/°

时间/s

推程

150

150

远休

0

0

回程

120

150

进休

90

60

推杆的运动是匀速运动其运动规律可采用一次多项式表达：

推程：

s=200*（§/150）

回程：

s=200*（1-§/150）其中§为凸轮转过的角度。

②凸轮主要参数

基圆半径为100mm，中心距为150mm，摆杆长为120mm，凸轮转速120r/min，最大摆角30°，推程角150°远休角0°回程角120°近休角90°推程需用压力角45°回程需用压力角90°

5）摆杆及辅助件的设计

主要辅助件有键，销，滚子，支架，弹簧，推杆等。

电机转轴与小带轮间有键1，大带轮与蜗杆轴有键2，涡轮与轴间有键3，凸轮与轴间有键4，各参数为键1b*h*l为5*5*12键2为5*5*12键3为10*8*22键4为6*6*15

销主要是在摆杆滚子销1（10*30）和推杆滚子内销2（6*15）

摆杆滚子的半径为20mm，长为20mm;推杆滚子半径为9mm,长为12mm

摆杆的尺寸如下图

已知摆角为30°杆长L1为120mm关于L2的长度我们用推杆推程高度120mm计算，计算公式如下：

L2*SIN（15°）=60求得L2的近似长度为300mm

四自我总结

通过这次设计，使我认识到上课时的内容虽然已经很丰富，但如果没有实践的话，学习再多的理论也只是纸上谈兵。

通过这次设计，我查找资料的能力也得到了很大的提高。

对于CAD,Pro/E等主要设计软件的使用又有了更新的认识和更牢固的掌握，更重要的是，我们初步尝试了去独立地去发现问题，解决问题，反思问题的能力，并且设计的是一个整体，所以考虑问题的方向也全面了，不单单是去解一道题目，而是去解决一系列相关联的题目链，大大地提高了我们在这方面的能力，而且这种能力的培养恰恰是在学校学习阶段很难得接触到的，但却在以后踏上工作岗位中常常会遇到的。

经过这次我实践，我也发现了一些我的不足，这是我接下来的大学生活中应该注意并改正的地方。

比如说：

我是一个欠缺大局观的人。

在设计中，因为没有注意到整体布局，所以对尺寸设计的把握不够充分，大带轮的直径已经达到400mm时，我的推杆长度却是120mm，无论从美观上还是实际设计中都显得不和谐。

总之，这样的设计是我人生很宝贵的财富。

参考文献

参考1《机械设计》第八版主编：

濮良贵高等教育出版社

参考2《机械原理》第七版主编：

孙桓高等教育出版社

参考3《机械制图》第六版大连理工大学工程图学研究室编高等教育出版社

参考4《互换性与技术测量》主编：

邢闽芳清华大学出版社