創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案與實(shí)驗(yàn)(正式版)

1、目錄一、設(shè)計(jì)題目 1二、設(shè)計(jì)方案的選定 2三、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 61、偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)62、直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)7四、電動(dòng)機(jī)的選定及傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)91、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的確定92、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9五、實(shí)驗(yàn)心得12六、參考文獻(xiàn)12一、設(shè)計(jì)題目現(xiàn)需要設(shè)計(jì)某一包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)，要求待包裝的工件1（見圖 1）先由輸送帶送到推包機(jī)構(gòu)的推頭2的前方，然后由該推頭2將工件由a處推至b處（包 裝工作臺(tái)），再進(jìn)行包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭 2 結(jié)束回程（由 b 至 a） 時(shí)，下一個(gè)工件已送到推頭 2的前方。這樣推頭 2就可以馬上再開始推送工作。 這就要求推頭 2 在回程時(shí)先退出包裝工作臺(tái)， 然后

2、再低頭，即從臺(tái)面的下面回程。 因而就要求推頭2按圖示的abcde線路運(yùn)動(dòng)。即實(shí)現(xiàn)“平推一水平退回一下降一 降位退回上升復(fù)位”的運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求：要求每5-6s包裝一個(gè)工件，且給定：L=100mm，S=25mm，H=30mm。行程 速比系數(shù) K 在 1.2-1.5范圍內(nèi)選取，推包機(jī)由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)。在推頭回程中， 除要求推頭低位退回外， 還要求其回程速度高于工作行程的 速度，以便縮短空回程的時(shí)間，提高工效。至于“ cde£部分的線路形狀不作嚴(yán) 格要求。包験工作臺(tái)圖1推包機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)要求摘要：包裝機(jī)推包機(jī)是一種包裝機(jī)中不可缺少的一部分，它推送物品到達(dá)指定包裝工作臺(tái)該機(jī)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的人

3、工移動(dòng)物品，工作效率底的缺點(diǎn)，我所設(shè)計(jì)的推包機(jī)構(gòu)推包，回程一體的全自動(dòng)化功能其主要設(shè)計(jì)思路來自于對(duì)傳統(tǒng)工藝分解，然后按照相應(yīng)功能的機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行 設(shè)計(jì),對(duì)比,選定,以及優(yōu)化組合.綜合利用凸輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng),齒輪的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以 及減速器的定植調(diào)速比的設(shè)定.利用Auto Cad軟件強(qiáng)大繪圖功能，和Word的編 輯功能，把設(shè)計(jì)方案圖文并茂，栩栩如生 關(guān)鍵字：凸輪 推包回程 齒輪傳動(dòng)功能分析：為使包裝機(jī)推頭完成規(guī)定的進(jìn)給回程路線及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需將其運(yùn)動(dòng)功能分成 兩部分。1. 推頭有直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，且有急回特性，為此需設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)。2. 推頭回程時(shí)有低頭運(yùn)動(dòng)，為此需設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)。3. 為完成規(guī)定路線，需使進(jìn)給與升

4、降聯(lián)動(dòng)，故需有連結(jié)機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)選用:功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)工藝動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)給推頭急回進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng) 導(dǎo)桿搖桿升降推頭回程低頭凸輪、設(shè)計(jì)方案的選定1. 推頭左右運(yùn)動(dòng)方案a：1軸承2推頭 3凸輪a方案所采用推送機(jī)構(gòu)是如圖所示的類似于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其主要由凸輪和推頭 組成。該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)推頭運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)推頭的左右來回的 動(dòng)作。方案b:方案b采用的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性好, 可以實(shí)現(xiàn)所需的各種要求，產(chǎn)生的壓力也大。曲柄運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)推頭完成各種動(dòng)作。綜上所述，b方案明顯優(yōu)于a方案，所以推頭采用b方案的設(shè)計(jì)。2. 推頭上下運(yùn)動(dòng)萬案方案a所采用機(jī)構(gòu)是如圖所示的凸輪機(jī)構(gòu)。 其主要

5、由凸輪和推頭串聯(lián)而成。該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)推頭運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓和停歇的動(dòng)作 方案b:方案b采用曲柄來帶動(dòng)從動(dòng)件來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)推頭完成 所需的各種動(dòng)作。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不過這個(gè)有個(gè)缺點(diǎn)，就是它沒有急回運(yùn)動(dòng)， 此機(jī)構(gòu)滿足所需的要求，但工作效率不是很高， 所以不是很理想。該運(yùn)動(dòng)所需的 時(shí)間長(zhǎng)，從簡(jiǎn)便等各個(gè)方面的因素考慮，方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合，（見圖2）圖2雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)的組合方案一的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)：該機(jī)構(gòu)由凸輪1和凸輪2,以及5個(gè)桿組成。機(jī)構(gòu)一共具有7個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。 機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副有7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，4個(gè)移動(dòng)副以及兩個(gè)以點(diǎn)接觸的高畐嘰其中機(jī)構(gòu)

6、 的兩個(gè)磙子存在兩個(gè)虛約束。由此可知：機(jī)構(gòu)的自由度 F=3 n-2PI+Ph-p' =1機(jī)構(gòu)中有一個(gè)原動(dòng)件，原動(dòng)件的個(gè)數(shù)等于該機(jī)構(gòu)的自由度。所以，該機(jī)構(gòu) 具有確定的運(yùn)動(dòng)。在原動(dòng)件凸輪1帶動(dòng)桿3會(huì)在一定的角度范圍內(nèi)搖動(dòng)。通過連 桿4推動(dòng)桿5運(yùn)動(dòng)，然后連桿6在5的推動(dòng)下帶動(dòng)推頭做水平的往返運(yùn)動(dòng)， 從而 實(shí)現(xiàn)能推動(dòng)被包裝件向前運(yùn)動(dòng)。同時(shí)凸輪2在推頭做回復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候通過向上推 動(dòng)桿7,使連桿的推頭端往下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推頭在給定的軌跡中運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu) 中除了有兩個(gè)凸輪與從動(dòng)間接觸的兩個(gè)高副外，所有的運(yùn)動(dòng)副都是低副。在凸輪與從動(dòng)件的接觸時(shí)，凸輪會(huì)對(duì)從動(dòng)件有較大的沖擊，為了減少凸輪對(duì)從動(dòng)件沖擊 的影響

7、，在設(shè)計(jì)過程中把從動(dòng)件設(shè)計(jì)成為滾動(dòng)的從動(dòng)件，可以間接增大機(jī)構(gòu)的承載能力。同時(shí)，凸輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因?yàn)檩d荷的過大 而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，原動(dòng)件1是一個(gè)凸輪，凸輪只是 使3在一定角度的往復(fù)擺動(dòng)，而對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的分析可知，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計(jì)上不存在 運(yùn)轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)可以正常的往復(fù)運(yùn)行。機(jī)構(gòu)中存在兩個(gè)凸輪，不但會(huì)是機(jī)構(gòu)本身的重量增加，而且凸輪與其他構(gòu)件的連接是高副，而高副承載能力不高，不利于實(shí)現(xiàn)大的載荷。而整個(gè)機(jī)構(gòu)連接不夠緊湊，占空間比較大。方案二：偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)組合，（見圖2）圖2偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合方案二的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)：方案二的機(jī)構(gòu)主要

8、是由一個(gè)偏置滑塊機(jī)構(gòu)以及一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)組合而成的。偏置滑塊機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)推頭的往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推頭在推包以及返回的 要求。而凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是使推頭在返程到達(dá) C點(diǎn)的時(shí)候能夠按照給定的軌跡返 回而設(shè)計(jì)的。這個(gè)組合機(jī)構(gòu)的工作原理主要是通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)曲柄2的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)連桿 3在一定的角度內(nèi)擺動(dòng)，而滑塊4 在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)， 從而帶動(dòng)連著推頭的桿運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)被包裝 件的推送過程。在推頭空載返回的過程中， 推頭到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入推 程階段，使從動(dòng)桿往上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在桿 5和桿6連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副就成為一個(gè)支點(diǎn)， 使桿6的推頭端在從動(dòng)件的8的推動(dòng)下向下

9、運(yùn)動(dòng)，從而使推頭的返程階段按著給 定的軌跡返回。這個(gè)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面， 凸輪與從動(dòng)見的連接采取滾動(dòng)從動(dòng)件， 而 且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但能夠讓從動(dòng)件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因?yàn)椴捎昧藵L動(dòng) 從動(dòng)件，能使減輕凸輪對(duì)它的沖擊，從而提高了承載能力。而采用的偏置滑塊機(jī) 構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)滑塊具有急回特性，使其回程速度高于工作行程速度，以便縮短空回 程的時(shí)間，提高工作效率。但此機(jī)構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，加工難度大，因此成本會(huì)比較高。綜合對(duì)兩種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對(duì)不是太復(fù)雜，而且能滿足題目的要 求，最終我選擇方案二。三、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1、偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由題目給定的數(shù)據(jù)L=100m

10、m行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取k _1可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式二=-180 k +1/ k=1.2-1.5.其極位夾角二的取值范圍為16.36 36'：在這范圍內(nèi)取極位夾角為25 ?；瑝K的行程題目給出S=100mm偏置距離e選取40mm用圖解法求出各桿的長(zhǎng)度如下：（見圖3）由已知滑塊的工作行程為100mm，作BB '為100mm,過點(diǎn)B作BB'所在水 平面的垂線BP,過點(diǎn)B'作直線作直線B'P交于點(diǎn)P,并使N BPB' = 25。然后過 B、B'、P三點(diǎn)作圓。因?yàn)橐阎?e=40mm所以作直線平行于直線 BB向下 平移

11、40mm,與圓0'交于一點(diǎn)O,則O點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接 OB、OB', 則OB-OB '2aOB+OB '2b從圖中量取得：AB=151.32mm AB '61.86mm則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=44.73mm連桿b=106.59mm到此，機(jī)構(gòu)組合的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢。2、直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)用作圖法求出凸輪的推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角。（見下圖）因?yàn)轭}目要求在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為25mm時(shí)，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點(diǎn)。因此可利用偏置滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊在 返回階段離最大推程為25mm的地方作出其曲柄，連

12、桿和滑塊的位置，以通 過量取曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度而確定凸輪近休止角的角度，以及推程角，回程角。具體做法如下：1）先在離點(diǎn)B為25mm的地方作點(diǎn)B'2）過點(diǎn)B '作直線A' B'交圓0于點(diǎn)A'，'并使A' B' =AB ；3）連接0A','則0A' ； A'B '為曲柄以及連桿在當(dāng)滑塊離最大推程距離為 25mm時(shí)的位置。因?yàn)轭}目要求推頭的軌跡在 abc段內(nèi)實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動(dòng)，因此即凸輪近休止角應(yīng)為曲柄由A'轉(zhuǎn)動(dòng)到A'的角度，從圖上量取， A'OA'254，即凸輪的近休12

13、7k止角為 < -A'OA“二厶。因?yàn)轭}目對(duì)推頭在返程cdea段的具體線路形狀90不作嚴(yán)格要求，所以可以選定推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角的大小。因?yàn)轭}目要求推頭回程向下的距離為30m m，因此從動(dòng)件的行程 h=30mm。127兀兒7兀木 15由選定條件近休止角為 s'推程角為 o回程角 s遠(yuǎn)休止角901890o' ，h=30mm，基圓半徑r0 = 50 mm,從動(dòng)桿長(zhǎng)度為 40mm，滾子半徑rr = 5 mm。通過9加攤俚角廣170垣休止坤r|20回程角13&基圓半50堆程込動(dòng)規(guī)律氐訐弦加.速:度曲線二1軟件輸入?yún)?shù)如下，耕速處帕心距l(xiāng)Eim) 疾孑直徑問fn

14、| 73具直徑|mm) 許用壓九坪廠1 凸帕抽直徑網(wǎng)呵 計(jì)尊步悵廣1£HI芒u402D2回程乞動(dòng)現(xiàn)悴缶正狂加愷鷹曲妊二J加山度最志渣JE力馬塑大懂- - 惟 理43.U118izB.i'a?44.4固 程»U.H5O1通過軟件輸出凸輪輪廓線及機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖:L1四、電動(dòng)機(jī)的選定及傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)1、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的確定題目要求5-6s包裝一個(gè)件，即要求曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速為 12r/min考慮到轉(zhuǎn)速 比較低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，查常用電動(dòng)機(jī)規(guī)格，選用丫160L-8型電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為720r/min,功率為7.5kW。2、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)720系統(tǒng)的輸入輸出傳動(dòng)比

15、i =ii i2 =5 12=60 i=-60，即要求設(shè)計(jì)出一12個(gè)傳動(dòng)比i =60的減速器，使輸出能達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。其傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖：電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)直徑為 10的皮帶輪2,經(jīng)過皮帶 的傳動(dòng)傳到安裝在二級(jí)減速器的輸入段，這段皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i1 二50 =5，此時(shí)轉(zhuǎn)速為空0 =144r/min 。105從皮帶輪1輸入到一個(gè)二級(jí)減速器，為了帶到要求的傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù) 為，乙=15 , Z? = 60 , Z3 = 15 , Z4 = 45。驗(yàn)算二級(jí)減速器其傳動(dòng)比i2二互Z = 65二12Z1XZ315如5整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i i2 =5 12=60則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過此傳動(dòng)系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)至此，包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢 推包機(jī)構(gòu)的總裝配簡(jiǎn)圖如下：f三維圖1工作存2竹休 齊隹頭斗昴杵5蠱爭(zhēng)召輪&捉桿 7我逹器M電詁機(jī)爭(zhēng)訐五、實(shí)驗(yàn)心得通過這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn) 一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、 基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)了自己分析和解 決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力。 對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī) 構(gòu)有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了怎樣去研究設(shè)計(jì)一個(gè)從來沒接觸過的機(jī)械機(jī)構(gòu)。學(xué)會(huì)了一步一步地去了解一個(gè)沒接觸過的機(jī)構(gòu)的運(yùn)