课程设计块状物品推送.docx
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课程设计块状物品推送
前言
在自动包裹机的包装作业中，经常需要将物品从前一个工序推送到下一个工序，块状物品推送机已经广泛运用到了物品包装工序以及各种其它机构中，并发挥着不可替代的作用。
下图为块状物品自动包装机TDB---450型，此机构即用到了块状物品推送机构。
目录
1.设计题目...................................3
2.设计数据和要求................................3
2.1设计数据
2.2设计要求
3.机械运动方案设计及最终方案构件尺寸................3
3.1方案设计1
3.2方案设计2
3.3方案设计3
3.4最终确定方案的构件尺寸
4.机械运动和动力设计...........................7
4.1推杆运动规律分析
4.2电动机的功率及满载转速分析
4.3飞轮的转动惯量分析
5.所选方案的机构运动学分析...............….......9
5.1推杆位移变化曲线
5.2推杆速度变化曲线
5.3推杆加速度变化曲线
6.所选方案的运动循环图...................…...…...11
7.小组总结...........................…....…....11
8.参考资料....................……...........12
一.设计题目：
块状物品推送机的机构综合与机构设计
二.设计数据和要求：
１.推送的距离Ｈ＝１２０ｍｍ，生产率为每分钟推送物品１２０件。
２.推送机的原动件为同步转速为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.由物品处于最高位置是开始，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，推杆在最低位置保持静止。
４.设推杆在上升过程中所受到的物品中立和摩擦力为常数，其大小为５００Ｎ，推杆在下降过程中所受到的摩擦力为常数，大小为１００Ｎ。
５.使用寿命为１０年，每年工作３００个工作日，没工作日工作１６小时。
６.在满足行程的条件下，要求推送机的效率较高（推诚的最大压力角应小于３５°），结构紧凑，震动噪音小。
三.机械运动方案选型及最终方案构件尺寸
3.1方案设计1
3.2方案设计2
3.3方案设计3
经过初步分析，第一种方案结构简单紧凑，易于完成小范围内的物料推送任务，并且运动精确稳定效应迅速，但是凸轮传动为点线接触，易磨损，且凸轮较其他机构制造困难，生产成本较高。
第二种方案，较第一种方案复杂一些，通过凸轮带动摆杆，再通过摆杆带动齿条，通过齿条的来回运动，实现物料的推送。
此机构行程较第一种大，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。
第三种方案，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。
3.4最终确定方案的构件尺寸
所选方案为第一种，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=18mm；
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；（《课程设计》第五版第三卷）
电动机效率η1=80.5%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*
。
四.机械运动分析
4.1推杆运动规律分析
由于推程为工作行程，需较好的稳定性和较大的推力故推杆推程运动规律选为等加速等减速运动；而回程只是配合推程，无需太严密的设计，但是仍然需要一定的稳定性，故回程运动规律选为五次多项式运动，由于设计中无远休要求，故近休角度为90度。
机构在一个周期内的阻力变化曲线如图：
4.2电动机的功率及满载转速分析
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
查《机械设计手册》第五版第四卷可知，电动机功率应确定为1.8kw，电动机满载转速为3000r/mm。
4.3飞轮的转动惯量分析
通过上一条计算，可得△Wmax=0.1162J
Wm=w=4*Π；
Jf=△Wmax/（[δ]*Wm*Wm）-Je=0.0232Kg*
；
经附录程序运算，得推程最大压力角为29.8度，符合要求。
五.所选方案的机构运动学分析
（1）运动分析
5.1推杆位移公式
其中
=150°，
=270°
5.2推杆速度公式
其中
=150°，
=270°
5.3推杆加速度公式
其中
=150°，
=270°
运动线如下所示：
六.所选方案的运动循环图：
凸轮转角
０～１５０°
１５０～２７０°
２７０°～３６０°
推杆
上升
下降
停止
七：
设计总结
经过这次的课程设计,第一:
我又温习了一下机械原理课上所学的知识,并且尝试着把自己所学的书本知识和实践相结合.其次,在最初进行设计时,我曾主观认为这些东西是很简单的,但在我造完型后才发现,自己所给出的设计草图是很粗糙的,例如最初的设想是.装配完后,我认为本方案还是有很多的不足之处,。
在具体的装配过程中,最初我一直以为只要将各个零件之间的运动关系满足就好,进而在一开始时就忽略了装配前的种种定位,以至于在装配过程中出现问题时很难更改,只好全部删除,重新装配.浪费了不少时间,可见做任何事都是不能图快的,都得一步步认真细致的完成,才能事半功倍.
同时在进行课程设计时,我又额外学到了不少的东西,例如间歇机构中的槽轮机构的用途以及设计.,而且在实践中学到的东西更容易让我牢记.而且在CAD运用方面,也掌握到了一些以前不了解的一些窍门以及功能.
另外,经过这次实习,我真正感受到了实践的重要性,有一些想出来的东西我总是自然而然的认为它们正确,等到真正把自己所想的东西造出来时才发现,它们根本不能动,更不用说按给定规律动,可见以前的一些东西我掌握的过于浅薄.而且这种设计很能考察我们的分析问题、解决问题的能力,以及全方位考虑问题的能力.例如，平行放置的两导辊的转动方向如何，这一类的细节问题在一开始时我都忽略了不少。
经过这次设计实践，我体会到了交流与合作的重要性。
一个人的思路总会有些狭窄，就像刚开始我看我自己的设计总认为一定行得通，十分自信，但在造完型后和别的组的同学相互交流观摩之后，才恍然发现自己的设计存在着不少的漏洞，以至最后花大量的时间来修缮，但还不能把方案做的尽善尽美。
如果这一步放在设计的初期就进行的话，就能利于我更好地完成任务。
所以下次设计时我一定会重视与别人交流，多汲取别人想法中的精华，争取把任务完成的更好。
八.附录
1、参考资料
《课程设计》第五版第三卷第四卷第五卷
《机械原理》高等教育出版孙恒主编
《C语言教程》清华大学出版社谭浩强主编
《机械原理课程设计实习指南》机电学院郭红利主编
2、所用程序
一、凸轮运动学分析程序
#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）;
}
二、凸轮尺寸计算程序
#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）;
}
voidmain（）
{
inti;
intk,h,l;
doubleangle1max=0,angle2max=0,pmin=1000;
//计算数据并写入文件
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;
}
}
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）;
}
机械原理课程设计
设计说明书
设计题目：
块状物品推送机的机构综合与机构设计
班级：
机制084
姓名：
李民民
学号：
08108097
同组其他人员：
万家栋.刘靖宇
指导教师：
郭红利
完成时间：
2010年3月19日
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