产品包装生产线机械原理课程设计.docx

1、哈尔滨工业大学课程设计说明书目录一、运动循环图3二、运动系统功能图3三、运动方案的拟定7四、系统运动方案设计 11 （1）执行机构1的设计11 （2）执行机构2的设计12 （3）执行机构3的设计15 （4）槽轮机构设计15 （5）齿轮机构设计16（6）传送带设计19 （7）运动循环图20哈尔滨工业大学一 运动循环图 T2 T1 执行机构1进退进退进退进执行机构2静止下降静止下降静止上升静止执行机构3送回静止送回 T3图1 运动循环图产品包装生产线由三个执行机构组成：执行机构1使小包装产品在输送线1上作步进运动；执行机构2使托盘A上升、下降；执行机构3将小包装产品推入输送线2。执行机构1的周期是

2、T1，执行机构2的周期是T2，执行机构3的周期是T3。由运动循环图可见，T2= T3=3T1。二运动功能系统图题中所给原动机转速n=1430r/min，其运动功能单元表达符号如图2所示。n=1430r/min图2 原动机运动功能单元的表达符号根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件的转速分别为9、18、24 rpm。 9、18、24 rpm图3 执行构件1 运动功能单元的表达符号电动机的转速为=1430r/min，输出转速为=9r/min、=18r/

3、min、=24r/min，带传动的最大传动比为=2.5，滑移齿轮传动的最大传动比为=4，定轴齿轮传动每对齿轮的最大传动比为=4。 根据传动系统的原始参数可知，传动系统的总传动比为= 158.89 =79.44=59.58传动系统的总传动比由带传动、滑移齿轮传动和定轴齿轮传动三部分实现。设带传动的传动比为=2.5，滑移齿轮的传动比为，和，定轴齿轮传动的传动比为，则总传动比=令=4则可推得定轴齿轮传动部分的传动比为=15.889由此可推得滑移齿轮的传动比=2.000=1.500于是，有级变速单元如图4：, = 4, 2.0, 1.5 图4 有级变速运动功能单元为保证系统过载时不至于损坏，在电动机和

4、传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护能力，还具有减速功能，如图5所示。 =2.5图5 过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为=15.889减速运动功能单元如图6所示。=15.9图6 执行机构1的运动功能根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的功能系统图，如图7所示。 1430rpm i=2.5 i=4,2.0,1.5 i=15.9执行构件1图7 实现执行构件1运动的运动功能系统图原动机除了为执行构件1提供动力外，还要为

5、执行构件2和3提供动力，因此在主传动链中加一个运动分支功能单元，把一个输入运动分成两个输出运动。图8 运动分支部分运动功能单元的表达符号执行构件2有一个间歇单向转动，执行构件3有一个间歇往复移动，两个运动方向均与执行构件1的运动方向垂直。为了使执行构件2和执行构件3的运动和执行构件1的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，同时该运动单元具有减速的作用（i=3），如图9所示。图9 运动传动方向转换的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成两个运动分支分别驱动执行构件2的运动和执行构件3的一个运动。因此，需要加一个运动分支功能分支单元，如图10所示。图10

6、运动分支部分运动功能单元的表达符号执行构件2的一个运动是间歇往复移动，可以通过一个运动单元将连续转动转换成间歇往复移动。如图11所示。图11连续转动转换为间歇往复移动的运动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件1和执行构件2运动功能的运动功能系统图，如图12所示。1430rpm i=2.5 i=4，2.0，1.5 i=15.9执行构件1执行构件2图12 执行构件1、2的运动功能系统图执行构件3需要进行间歇往复移动，为此，需要将连续转动转换为间歇转动。由图2可以看出，执行构件3在一个工作周期内，其间歇时间很长，运动时间很短。因此，需要采用一个间歇运动单元，再采用一个连续转动的放大单元，其运动功

7、能单元如图13所示。图13 间歇运动和连续转动放大单元然后，再把该运动功能单元输出地运动转换为往复移动，其运动功能单元如图14所示。图14 往复移动运动单元根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图15所示。执行构件1执行构件2143265897执行构件3101112图15 产品包装生产线运动功能系统图三系统运动方案拟定根据图15中的运动功能单元确定替代结构。（1）运动功能单元1：选择电动机作为原动机：n=1430r/min 图16 电动机替代运动功能单元1（2）运动功能单元2：选择带传动机构实现过载保护和减速功能：图17 带传动替代运动单元2（3）运动功能单元3：用滑移齿轮来替代。

8、图18 滑移齿轮替代运动功能单元3（4）运动功能单元4：用定轴齿轮来替代。图19 2级齿轮传动替代运动功能单元4（5）运动功能单元5：用运动功能单元7锥齿轮传动的主动轮、运动功能单元6导杆滑块结构的曲柄与运动功能单元4的运动输出齿轮固连替代。图20 2个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元5（6）运动功能单元6：用曲柄滑块代替。 图21 导杆滑块机构替代运动功能单元6（7）运动功能单元7：用锥齿轮代替。图22 圆锥齿轮传动替代减速运动功能单元7（8）运动功能单元8： （9）运动功能单元9：用平底凸轮机构来代替。 图23凸轮机构固联替代功能单元9（10）运动功能单元10：是把连续转动转换为间

9、歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为=16，式中，z槽轮的径向槽数。则由z=212,可得槽轮的径向槽数为：z=3。 图24 用槽轮传动替代运动功能单元10（11）运动功能单元11：把运动功能单元10中槽轮在一个工作周期中输出的1/4周的转动转换为一周的运动，用圆柱齿轮机构替代，其传动比为i=1/6。圆柱齿轮传动如图25所示。 图25 用圆柱齿轮传动替代运动功能单元11（12）运动功能单元12：是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可以用曲柄滑块机构替代，如图所示。12图 26用曲柄滑块机构替代运动功能单元12根据上述分析，按照图15各个运动单元连接顺序把

10、个运动功能单元的替代机构一次连接便形成了产品包装生产线（方案4）的运动方案简图，如图所示。(a)(b)(c) 图27 产品包装生产线（方案4）的运动方案简图四 系统运动方案设计1） 执行机构1的设计该执行机构是曲柄滑块机构，由曲柄，滑块，导杆，连杆和滑枕组成。其中大滑块的行程h=480mm,现对机构进行参数计算。该机构具有急回特性，在导杆与曲柄的轨迹圆相切时候，从动件处于两个极限位置，此时导杆的末端分别位于C1和C2位置。取定C1C2的长度，使其满足：利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离E1E2= C1C2=h，这样就利用了机构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。设极位夹角为，显然

11、导杆22的摆角就是，取机构的行程速比系数K=1.5，由此可得极位夹角和导杆22的长度。 =k1k+1180=36 l=2sin2=776.6563图28 导杆滑块机构设计先随意选定一点为D，以D为圆心，l为半径做圆。再过D作竖直线，以之为基础线，左右各作射线，与之夹角18，交圆与C1和C2点。则弧C1C2即为导杆顶部转过的弧线，当导轨从C1D摆到C2D的时候，摆角为36。接着取最高点为C,在C和C1之间做平行于C1C2的直线m，该线为滑枕21的导路，距离D点的距离为在C1点有机构最大压力角，设导杆21的长度为l1，最大压力角的正弦等于要求最大压力角小于100，所以有l1llsin22sinma

12、x=776.6561cos182sin10=109.452mml1越大，压力角越小，取l1=200400mm。则取l1=300mm1曲柄15的回转中心在过D点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可选取AD=500mm，据此可以得到曲柄19的长度l2=ADsin2=500sin18=154.51mm2） 执行机构2的设计如图27（b）所示，执行机构2的运动是将连续传动转换为间歇往复移动，可以选用齿轮传动和直动平底从动件盘形凸轮机构固联来共同完成要求。凸轮机构在一个工作周期的运动为停0.2T2向下200mm（0.133T2）停0.2T2向上400mm（0.133T2）停0.2T2向下200mm（0

13、.133T2）凸轮24：第一次远休止角71，第一次回程运动角50，第二次休止角71，第二次回程运动角50，近休止角71，推程运动角47。从动件推程400mm，推程、回程均采用等速运动规律。得到如下表格：角度范围S07140071121S=720+684121192200192242S=720+9682423130313360S=1531.912663.83利用matlab编程，绘制s-的图像 图29 凸轮运动的位移图根据凸轮的从动件运动规律，我们可以利用解析法设计出凸轮的轮廓。具体设计流程：做出-s图像，利用压力角的要求可以做出凸轮的基圆和偏距，这样，可以利用解析法求出凸轮的形状。由于电动机的

14、转向是可以调整的，往右边看凸轮是顺时针转动的。取凸轮偏距为0，即设计成对心的滚子凸轮机构。经查表许用压力角采用40确定凸轮的基圆为350mm，滚子半径采用20mm的轴承。理论轮廓坐标方程： x=(s0+s)sin+ecos；y=(s0+s)cos-esin；带上滚子半径的实际轮廓半径，滚子是在实际轮廓外部。实际轮廓坐标：X=x-rryx2+y2 ；Y=y+ rrxx2+y2 ；凸轮实际轮廓图如下图所示： 图30 凸轮的理论轮廓和实际轮廓图由图30可以看出，外力与速度方向交角为40.80度，为了防止从动件自锁，要求从动件与导路之间的摩擦系数f(+-1)*a+rA=76.55 mm10. 锁止弧半

15、径rsrrA=108.25mm取rs=99mm5） 齿轮机构设计滑移齿轮传动设计 确定齿轮齿数如图18中齿轮5，6，7，8，9，10组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为z5， z6 ，z7 ，z8 ，z9 ，z10。由前面分析可知， = 4，2.0，1.5按最小不根切齿数取z9=17，则z10=*z9=4*17=68为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，取z10= 69。其齿数和为z9+ z10=17+69=86，另外两对啮合齿轮的齿数和应大致相同，即z7+ z886，z5+ z686为了使齿轮5、6的实际中心距与齿轮7、8（或齿轮9、10）的标准中心距相同，齿轮5、6需要正变位

16、。圆柱齿轮传动设计齿轮11、12、13、14实现运动功能单元4的减速功能，它所实现的传动比为15.89。由于齿轮11、12、13、14是2级齿轮传动，这2级齿轮传动比可如此分配：z12z11z14z1315.894齿轮11、13可按最小不根切齿数确定，z11=z13=17，取模数m=2 mm，按标准齿轮计算。齿轮27、28传动比是1/6，取z27=17,z28=101，取模数m=2mm。各个齿轮的具体参数如下:序号项目代号齿轮5,6齿轮7,8齿轮9,10（11,12）齿轮13,141齿数齿轮zi34291717齿轮zii515769672模数m22223压力角202020204齿顶高系数a11

17、115顶隙系数c0.250.250.250.256标准中心距a858686847实际中心距a868686848啮合角21.762020209变位系数齿轮x10.4000齿轮x20.1200010齿顶高齿轮a12.76222齿轮a22.222211齿根高齿轮f11.72.52.525齿轮f22.252.52.52.512分度圆直径齿轮d168583434齿轮d210211413813413齿顶圆直径齿轮da173.51623838齿轮da2106.411814213814齿根圆直径齿轮df164.6532929齿轮df297.4910913312915齿顶圆压力角齿轮a129.6328.4732

18、.7832.78齿轮a225.7324.7924.04624.1516重合度1.591.711.661.66序号项目代号齿轮27,281齿数齿轮zi17齿轮zii1012模数m23压力角204齿顶高系数a15顶隙系数c0.256标准中心距a1187实际中心距a1188啮合角209变位系数齿轮x10齿轮x2010齿顶高齿轮a12齿轮a2211齿根高齿轮f12.5齿轮f22.512分度圆直径齿轮d134齿轮d220213齿顶圆直径齿轮da138齿轮da220614齿根圆直径齿轮df129齿轮df219715齿顶圆压力角齿轮a132.78齿轮a222.861016重合度1.6841圆锥齿轮传动设计圆

19、锥齿轮16、17实现图18中的运动功能单元7的减速运动功能，它所实现的传动比为3，两圆锥的齿轮的轴交角为=90圆锥齿轮17的分度圆锥角为17=arctanz17z16=arctan3=71.5624圆锥齿轮16的分度圆锥角为16=9071.5624=18.4376圆锥齿轮的最小不根切当量齿数为zvmin=17圆锥齿轮16的齿数可按最小不根切齿数确定，即z16=zvmincos16=17cos18.4376=16.1274，取z16=16则圆锥齿轮17的齿数为z17=3z16=48齿轮16、17的几何尺寸，取模数m=2 mm按标准直齿锥齿轮传动计算,其计算结果如下表所示。序号项目代号计算结果1齿

20、数齿轮16zi16齿轮17zii482模数m33压力角4齿顶高系数15顶隙系数0.26分度圆锥角齿轮161671.57齿轮171718.437分度圆直径齿轮16d1648.000mm齿轮17d17144.000mm8锥距R58.42309齿顶高齿轮163.000mm齿轮173.000mm10齿根高齿轮163.7500mm齿轮173.750mm11齿顶圆直径齿轮16249.90mm齿轮172149.69mm12齿根圆直径齿轮1645.63mm齿轮17136.885mm13当量齿数齿轮1650.610齿轮17151.78514当量齿轮齿顶圆压力角齿轮16va1739.19齿轮17va1627.52

21、615重合度3.1956） 传送带设计传动带选用平带的开口传动，根据传动比，可定带轮的直径为7） 运动循环图当曲柄15顺时针转动时，该机械系统的机构运动循环图如图36所示各构件的时序情况与运动情况执行构件120进退进退进退进退15转过216转过144转过216转过144转过216转过144转过216转过144执行构件224角度转过71转过50转过71转过50转过71转过50转过71转过50运动休止下降200mm休止下降200mm休止上升400mm休止下降200mm执行构件326转过60转过60转过60转过60转过60转过60转过60转过6028槽轮转动休止槽轮转动休止27曲柄转动休止曲柄转动休止30推料+回程休止推料+回程休止图36 机械系统机构运动循环图19