哈工大機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝線設(shè)計(jì)(方案2)

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說明書（論文）課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）院 系： 班 級： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時間： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(方案2)1.設(shè)計(jì)課題概述如圖1所示，輸送線1上為小包裝產(chǎn)品，其尺寸為長×寬×高=600×200×200，采取步進(jìn)式輸送方式，小包裝產(chǎn)品送至A處（自由下落）達(dá)到3包時，被送到下一個工位進(jìn)行包裝。原動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，產(chǎn)品輸送數(shù)量分三檔可調(diào)，每分鐘向下一工位分別輸送12、21

2、、30件小包裝產(chǎn)品。圖1產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）功能簡圖2.設(shè)計(jì)課題工藝分析由設(shè)計(jì)題目和圖1可以看出，推動產(chǎn)品在輸送線1上運(yùn)動的是執(zhí)行構(gòu)件1，在A處把產(chǎn)品推向下一工位的是執(zhí)行構(gòu)件2，這兩個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系如圖2所示。 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動情況執(zhí)行構(gòu)件1進(jìn)退進(jìn)退進(jìn)退 執(zhí)行構(gòu)件2退停止進(jìn)退圖2產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）運(yùn)動循環(huán)圖圖2中是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件2 的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件2的動作周期。由圖2 可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1是作連續(xù)往復(fù)運(yùn)動，執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運(yùn)動，執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期的3倍，執(zhí)行構(gòu)件2的動作周期則只有執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期的四分之三左右，所以，執(zhí)行構(gòu)件2大

3、多數(shù)時間是在停歇狀態(tài)。3.設(shè)計(jì)課題運(yùn)動功能分析根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有運(yùn)動功能如圖3所示。該運(yùn)動功能把一個連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的往復(fù)移動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）往復(fù)運(yùn)動一次，主動件的轉(zhuǎn)速分別為12、21、30 rpm。 12、21、30 rpm圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動功能由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動件上分別得到12、21、30rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)1之間的傳動比有3種分別為：= = 119.167= = 68.095 = = 47.667總傳動比由定傳動比與變傳動比組成，即：=三種傳動比中最大，最小。由于定

4、傳動比是常數(shù)，因此3種傳動比中最大，最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不要大于4，即：=4于是定傳動比為：= = = 29.792故定傳動比的其他值為：= = 2.286= = 1.600于是，傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖4：圖4 有級變速運(yùn)動功能單元為保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機(jī)和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護(hù)環(huán)節(jié)。過載保護(hù)運(yùn)動功能單元可采用帶傳動實(shí)現(xiàn)，這樣，該運(yùn)動功能單元不僅具有過載保護(hù)能力，還具有減速功能，如圖5所示。i = 2.5圖5 過載保護(hù)運(yùn)動功能單元整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護(hù)功能單元的減速功能不能實(shí)現(xiàn)全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運(yùn)動功能單元，減速比為i

5、= = 11.9167減速運(yùn)動功能單元如圖6所示。圖6 減速運(yùn)動功能單元根據(jù)上述運(yùn)動功能分析，可以得到實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動的功能系統(tǒng)圖，如圖7所示。圖7 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖為了使用同一原動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，應(yīng)該在圖7所示的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖加上一運(yùn)動分支功能單元，使其能夠驅(qū)動分支執(zhí)行構(gòu)件2，該運(yùn)動分支功能單元如圖8所示。圖8 運(yùn)動分支功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期的3倍，也就是說，運(yùn)動分支在驅(qū)動構(gòu)件2之前應(yīng)該減速，使其轉(zhuǎn)速等于執(zhí)行構(gòu)件1的三分之一，由于執(zhí)行構(gòu)件2與執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動平面相互垂直，因此，該減速運(yùn)動功能單元如圖9所示。i=3圖9 減速運(yùn)動功能單元由于

6、執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運(yùn)動，且由圖2可以看出執(zhí)行構(gòu)件2的間歇時間是其工作周期的四分之三，也就是說其運(yùn)動時間是其工作周期的四分之一。因此，間歇運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系數(shù)為間歇運(yùn)動功能單元如圖10所示。圖10 間歇運(yùn)動功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2的動作周期是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期的四分之三左右，因此，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2的驅(qū)動機(jī)構(gòu)2的主動件的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1的驅(qū)動機(jī)構(gòu)1 的主動件的轉(zhuǎn)速的左右。所以，間歇運(yùn)動功能 的運(yùn)動應(yīng)經(jīng)過增速運(yùn)動功能單元增速，如圖11所示。圖11 增速運(yùn)動功能單元增速增速運(yùn)動單元輸出的運(yùn)動驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動功能。由于執(zhí)行構(gòu)件2作往復(fù)直線運(yùn)動，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)

7、動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，如圖12所示。圖12 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動功能單元 根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖，如圖13所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2.286，1.600 i = 11.9167圖13 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖4.設(shè)計(jì)課題運(yùn)動方案擬定根據(jù)圖13所示的運(yùn)動功能系統(tǒng)圖,選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能系統(tǒng)圖中的各個運(yùn)動功能單元,便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案。圖13中的運(yùn)動功能單元1是原動機(jī)。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動機(jī)作為原動機(jī)。如圖14所示。1430rpm1圖14電動機(jī)替代運(yùn)動功能單元1圖13中的運(yùn)動功能單元2是過載保護(hù)單元兼

8、具減速功能，可以選擇帶傳動實(shí)現(xiàn)，如圖15所示。 2圖15 帶傳動替代運(yùn)動功能單元2圖13中的運(yùn)動功能單元3是有級變速功能單元，可以選擇滑移齒輪變速傳動替代，如圖16所示。3圖16 滑移齒輪變速替代運(yùn)動功能單元3圖13中的運(yùn)動功能單元4是減速功能，可以選擇2級齒輪傳動代替，如圖17所示。 圖17 2級齒輪傳動替代運(yùn)動功能單元4圖13中的運(yùn)動功能單元6將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動，可以選擇導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代，如圖18所示。圖18 導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元6圖13中的運(yùn)動功能單元7是運(yùn)動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能和減速運(yùn)動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖19所示。i = 2 圖19圓錐齒輪傳動替代減速運(yùn)動

9、功能單元7圖13中運(yùn)動功能單元5是運(yùn)動分支功能單元，可以用圓錐齒輪傳動的主動輪與導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄固聯(lián)替代，如圖20所示。圖20 2個運(yùn)動功能單元的主動件固聯(lián)替代運(yùn)動功能單元5圖13中運(yùn)動功能單元8是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動功能單元，可以用槽輪機(jī)構(gòu)替代。該運(yùn)動功能單元的運(yùn)動系數(shù)為由槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動系數(shù)的計(jì)算公式有：式中，Z槽輪的徑向槽數(shù)。則，槽輪的徑向槽數(shù)為：該槽輪機(jī)構(gòu)如圖21所示。圖21用槽輪機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元8圖13中的運(yùn)動功能單元9是增速運(yùn)動功能單元，可以圓柱齒輪傳動代替，如圖22所示。圖22 用圓柱齒輪傳動替代運(yùn)動功能單元9圖13中運(yùn)動功能單元10是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)移動的運(yùn)

10、動功能單元，可以用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)替代，如圖23所示。圖 23用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元10根據(jù)上述分析，按照圖13各個運(yùn)動單元連接順序把個運(yùn)動功能單元的替代機(jī)構(gòu)一次連接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）的運(yùn)動方案簡圖，如圖24所示。（a）1.電動機(jī) 2,4.皮帶輪 3.皮帶 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,26,27.圓柱齒輪 15,28.曲柄 16,17 圓錐齒輪 18,30.滑塊 19.搖桿 20,29.連桿 21.滑枕22.棘輪 23.產(chǎn)品 24.撥盤 25.槽輪圖24 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案2）的運(yùn)動方案簡圖5. 設(shè)計(jì)課題運(yùn)動方案設(shè)計(jì)1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1驅(qū)動

11、執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動，由圖24可知，執(zhí)行機(jī)構(gòu)1由曲柄15，滑塊18，導(dǎo)桿19，連桿20和滑枕21組成。其中大滑塊的行程h=480mm,現(xiàn)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。該機(jī)構(gòu)具有急回特性，在導(dǎo)桿19與曲柄15的軌跡圓相切時候，從動件處于兩個極限位置，此時導(dǎo)桿的末端分別位于C1和C2位置。取定C1C2的長度，使其滿足：利用平行四邊形的特點(diǎn)，由下圖可知滑塊移動的距離E1E2= C1C2=h，這樣就利用了機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動特性，使滑塊移動了指定的位移。設(shè)極位夾角為，顯然導(dǎo)桿19的擺角就是，取機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.4，由此可得極位夾角和導(dǎo)桿19的長度。圖25 導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)先隨意選定一點(diǎn)為D，以D為圓心，l為半徑做圓。

12、再過D作豎直線，以之為基礎(chǔ)線，左右各作射線，與之夾角15°，交圓與C1和C2點(diǎn)。則弧C1C2即為導(dǎo)桿頂部轉(zhuǎn)過的弧線，當(dāng)導(dǎo)軌從C1D擺到C2D的時候，擺角為30°。接著取最高點(diǎn)為C,在C和C1之間做平行于C1C2的直線m，該線為滑枕21的導(dǎo)路，距離D點(diǎn)的距離為在C1點(diǎn)有機(jī)構(gòu)最大壓力角，設(shè)導(dǎo)桿21的長度為，最大壓力角的正弦等于要求最大壓力角小于100，所以有越大，壓力角越小，取=200400mm。曲柄15的回轉(zhuǎn)中心在過D點(diǎn)的豎直線上，曲柄越長，曲柄受力越小，可選取AD=500mm，據(jù)此可以得到曲柄15的長度2） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2運(yùn)動，有圖24可知，執(zhí)行

13、構(gòu)件2由曲柄28，連桿29和滑塊30組成。由設(shè)計(jì)題目可知，滑塊30的行程為由此可確定該機(jī)構(gòu)曲柄的長度連桿29的長度與機(jī)構(gòu)的許用壓力角、曲柄存在條件及結(jié)構(gòu)有關(guān)，即由此可以看出，連桿29的長度越大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角就越小。若要求則執(zhí)行機(jī)構(gòu)2如圖26圖26 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3） 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 確定槽輪槽數(shù)根據(jù)圖21可知，在撥盤圓銷數(shù)k=1時，槽輪槽數(shù)z=4。 槽輪槽間角2 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角2=90 中心距槽輪機(jī)構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不確定的情況下暫定為a=150mm 撥盤圓銷的回轉(zhuǎn)半徑 槽輪半徑 鎖止弧張角 圓銷半徑圓整： 槽輪深度 鎖止弧半徑取4） 齒輪傳動設(shè)計(jì) 滑移齒

14、輪設(shè)計(jì)根據(jù)滑移齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，選擇齒輪5、6、7、8、9和10為角度變位直齒輪，其齒數(shù)：，各個齒輪參數(shù)如下表： 表1 滑移齒輪5、6參數(shù)序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪533齒輪6532模數(shù)23壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = ()/2=867實(shí)際中心距888嚙合角23.316°9變位系數(shù)齒輪50.32齒輪60.2510齒頂高齒輪5=3.50齒輪6=3.3611齒根高齒輪5=1.86齒輪6=2.0012分度圓直徑齒輪5=66齒輪6=10613齒頂圓直徑齒輪5=73.00齒輪6=112.7214齒根圓直徑齒輪5=62.28齒輪6=1

15、02.0015齒頂圓壓力角齒輪5=31.83齒輪6=27.9116重合度 /=1.829表2 滑移齒輪7、8參數(shù)序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪727齒輪8602模數(shù)23壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = ()/2=877實(shí)際中心距888嚙合角21.718°9變位系數(shù)齒輪70.42齒輪80.0810齒頂高齒輪7=2.84齒輪8=2.1611齒根高齒輪7=1.66齒輪8=2.3412分度圓直徑齒輪7=54齒輪8=12013齒頂圓直徑齒輪7=50.68齒輪8=115.3214齒根圓直徑齒輪7=62.38齒輪8=102.0015齒頂圓壓力角齒輪7=31.76

16、0齒輪8=24.90116重合度 /=1.578表3 滑移齒輪9、10參數(shù)序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪917齒輪10692模數(shù)23壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = ()/2=867實(shí)際中心距888嚙合角23.316°9變位系數(shù)齒輪90.47齒輪100.2310齒頂高齒輪9=3.54齒輪10=3.0611齒根高齒輪9=1.56齒輪10=2.0412分度圓直徑齒輪9=34齒輪10=13813齒頂圓直徑齒輪9=41.04齒輪10=144.1214齒根圓直徑齒輪9=30.88齒輪10=133.9215齒頂圓壓力角齒輪9=38.946齒輪10=25.870

17、16重合度 /=1.613 定軸齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)定軸齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求， 選擇齒輪11、12、13和14為角度變位直齒輪，其齒數(shù)：,。 根據(jù)定軸齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，選擇齒輪26和27為角度變位直齒輪，其齒數(shù)：，。各個齒輪參數(shù)如下表：表4 定軸圓柱齒輪11、12參數(shù)（齒輪13、14與11、12對應(yīng)相同）序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪1117齒輪12592模數(shù)23壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = ()/2=767實(shí)際中心距788嚙合角23.709°9變位系數(shù)齒輪110.54齒輪120.5910齒頂高齒輪11=2.82齒輪12

18、=2.9211齒根高齒輪11=1.42齒輪12=1.3212分度圓直徑齒輪11=34齒輪12=11813齒頂圓直徑齒輪1139.64齒輪12=123.8414齒根圓直徑齒輪11=30.88齒輪12=115.3615齒頂圓壓力角齒輪11=36.294齒輪12=26.44316重合度 /=1.345表5 定軸齒輪26、27參數(shù)序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪2668齒輪27172模數(shù)23壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = ()/2=857實(shí)際中心距878嚙合角23.352°9變位系數(shù)齒輪260.76齒輪270.5410齒頂高齒輪26=2.92齒輪27=2.

19、4811齒根高齒輪26=0.98齒輪27=1.4212分度圓直徑齒輪26=136齒輪27=3413齒頂圓直徑齒輪26=141.84齒輪27=38.9614齒根圓直徑齒輪26=134.04齒輪27=31.1615齒頂圓壓力角齒輪26=25.710齒輪27=34.91016重合度 /=1.258 圓錐齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)圓錐齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，齒輪16和17選擇為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。各個齒輪參數(shù)如下表：表5 圓錐齒輪16、17參數(shù)序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪1617齒輪17512模數(shù)33壓力角204齒頂高系數(shù)15頂隙系數(shù)0.26分度圓錐角齒輪16=18.435齒輪17=71.5657分度圓直徑齒輪16=51齒輪17=1538錐距=80.649齒頂高齒輪16=3齒輪17=310齒根高齒輪16=3.6齒輪17=3.611齒頂圓直徑齒輪162=56.69齒輪172=154.9012齒根圓直徑齒輪16=44.17齒輪17=150.7213當(dāng)量齒數(shù)齒輪16=1