機械原理課程設(shè)計最終方案

1、奶茶封蓋機運動方案設(shè)計目錄一.課程設(shè)計任務(wù)及工作要求 .1頁二.擬定工藝原理圖和運動循環(huán)圖.2 頁三.設(shè)計總圖. .3 頁四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機構(gòu)選型.4頁 1.封蓋和插管的執(zhí)行機構(gòu).4頁 2.間隙運動執(zhí)行機構(gòu)選型.6頁 3.移送的執(zhí)行構(gòu)選型.8頁五.機構(gòu)參數(shù)設(shè)計及運動分析.10頁 1.擺動導(dǎo)桿機構(gòu).10 頁2.槽輪機構(gòu)設(shè)計及運動分析.11頁3.凸輪搖桿組合機構(gòu)的設(shè)計.11頁4.傳動系統(tǒng)的設(shè)計.14頁5.工作臺的設(shè)計.15 頁六.小組總結(jié).16 頁 奶茶封蓋機設(shè)計設(shè)計題目該機在奶茶自產(chǎn)自銷網(wǎng)點使用，以降低營業(yè)員的勞動強度，提高工效。操作者將裝有奶茶的紙杯放上工作臺，由封蓋插管機自動完成如

2、下動作：1）封蓋；2）插入吸管（方便顧客當(dāng)場飲用）；3）移送到柜臺上，停歇適當(dāng)時間讓顧客取走奶茶。原始數(shù)據(jù)：1）生產(chǎn)率為每分鐘20杯；2）機器與柜臺之間的距離1000mm1200mm；設(shè)計任務(wù)和要求1）擬定工藝原理圖和運動循環(huán)圖；2）進行封蓋、插管、移送的執(zhí)行機構(gòu)選型；3）進行執(zhí)行機構(gòu)組合方案的評定和選擇，畫出執(zhí)行機構(gòu)組合方案示意圖；4）選擇電動機的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，擬定傳動系統(tǒng)并確定其傳動比；5）畫出包括執(zhí)行機構(gòu)和傳動系統(tǒng)的機械運動方案示意圖；6）對傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行尺度綜合，按比例在圖紙（A2或A3）上畫出機械運動方案簡圖；7）對主要執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析，畫出運動線圖；8）對奶茶封蓋機的機械運

3、動方案簡圖進行三維造型和運動模擬；9）編寫設(shè)計計算說明書。二.工藝原理圖和運動循環(huán)圖 由電動機通過凸輪搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，對奶茶進行送進、壓蓋、插管、送出的工序，以滿足每分鐘20杯的生產(chǎn)要求，其核心為槽輪機構(gòu)，使整個工作臺做間歇運動。工藝原理圖運動循環(huán)圖三.設(shè)計總圖：說明：電動機驅(qū)動皮帶輪，使皮帶輪逆時針轉(zhuǎn)，使大齒輪順時針轉(zhuǎn)動，送進機構(gòu)順時針轉(zhuǎn)動，推程時送瓶。壓蓋插管機構(gòu)同時進行，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)上的曲柄做逆時針轉(zhuǎn)動，搖推程的時候壓蓋、插管機構(gòu)收回，搖桿回程的時候做壓蓋插管運動。撥盤和槽輪從上往下看做順時針轉(zhuǎn)動，滿足工作臺從上往下做順時針運動的要求。送出機構(gòu)從右往左看做順時針運動，回程的時候送

4、出瓶子。四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機構(gòu)選型1.封蓋和插管的執(zhí)行機構(gòu)由于封蓋和插管的動作一樣，既都需要一定的沖擊速度來完成壓蓋和插管動作，從上到下往復(fù)運動，并且有一定的急回特性，所以可以統(tǒng)一設(shè)計。（1）擺動導(dǎo)桿機構(gòu) （2）直動從動件凸輪機構(gòu)（形鎖合）（3）移動導(dǎo)桿機構(gòu)（4）曲柄搖桿機構(gòu)綜上以上種方案優(yōu)劣，選擇方案1作為壓蓋和插管的主執(zhí)行機構(gòu)。由于是紙杯壓蓋和插管，壓蓋速度要求不高。以上機構(gòu)均能滿足要求。但凸輪機構(gòu)加工相比連桿機構(gòu)加工較難，維護不方便，且耐磨性較差。而擺動導(dǎo)桿機構(gòu)具有機構(gòu)簡單，承載能力較好，傳動性能優(yōu)異，承受較大的響應(yīng)的沖擊力的優(yōu)點。且能產(chǎn)生一定的急回特性，能夠達(dá)到壓蓋動作壓程速度

5、相對較快的要求。2.間隙運動執(zhí)行機構(gòu)選型由于壓蓋與插管需要一定的停留時間，需要間隙運動。間隙機構(gòu)設(shè)計： （1）槽輪機構(gòu)（2）具有休止的凸輪機構(gòu)凸輪的遠(yuǎn)休止與進休止可以實現(xiàn)間歇傳動（3）不完全齒輪不完全凸輪結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。多用于多工位，多工序的自動機械或生產(chǎn)線上。（4）圓柱凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)多用于高速高精度的定位機構(gòu)。綜上4種方案優(yōu)劣，選擇方案1作為間歇運動的執(zhí)行機構(gòu)。槽輪機構(gòu)作為間歇運動機構(gòu)，運用最廣泛。主動撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動能帶動從動軸做單相周期運動。其具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，機械效率高的優(yōu)點。而圓柱凸輪制

6、作具有休止的凸輪機構(gòu)雖能實現(xiàn)精確的運動規(guī)律，但制造麻煩，維護較難，機構(gòu)較為笨重。3. 移送機構(gòu)選型送入機構(gòu)完成將奶茶杯按特定的時間規(guī)律間歇性的將奶茶杯送入到封蓋和插管的工作盤上。送出機構(gòu)完成按特定的時間規(guī)律間歇性的將加工后的奶茶杯從工作盤拉出到柜臺，供客人享用。介于奶茶的送入機構(gòu)和送出機構(gòu)功能和結(jié)構(gòu)類似，所以，以下只研究送入機構(gòu)的選型和設(shè)計方案一：曲柄滑塊機構(gòu)搖桿滑塊機構(gòu)具有設(shè)計簡單，成本低，但是傳動的平穩(wěn)性不好，在送入的推程中摩擦阻力較大。方案二：凸輪推桿機構(gòu)用凸輪推桿機構(gòu)好處在于可以較精準(zhǔn)的實現(xiàn)送入和送出的運動軌跡要求。最大缺點是加工較難、耐磨性差、重量較重、維護麻煩。方案三：凸輪搖桿組合

7、機構(gòu)凸輪搖桿機構(gòu)不僅可以較精準(zhǔn)的實現(xiàn)送入和送出的運動軌跡要求，而且傳動平穩(wěn)，能完成較高效率的送入送出。并且凸輪機構(gòu)采用形鎖合，增大了推程和回程的動力，凸輪機構(gòu)驅(qū)動方便。方案四：齒輪齒條組合機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)擁有良好的傳動特新，在連續(xù)生產(chǎn)中有著廣泛的運用。但不能承受較大的沖擊載荷，及壓蓋時可能會發(fā)生較小的變形。綜上四種方案，選擇第四種方案，凸輪搖桿機構(gòu)是第一和第二種方案的完美優(yōu)化和組合。選型最后結(jié)果：封蓋（插管）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)直動從動形鎖合凸輪機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)停歇機構(gòu)具有休止的凸輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)不完全齒輪圓柱凸輪機構(gòu)移送機構(gòu)搖桿滑塊機構(gòu)凸輪推桿機構(gòu)凸輪搖桿組合機構(gòu)齒輪齒條組合機構(gòu)五.機構(gòu)參

8、數(shù)設(shè)計及運動分析1.擺動導(dǎo)桿機構(gòu)行程速比系數(shù)K=1.4極位夾角 =30壓蓋器行程H=120mm曲柄R=38.82mm機架150mmW曲柄=23=2.09rad/s 壓蓋在推程起始點（如圖E點）作為循環(huán)起始點，回程（下壓）時間t1=1.25s，推程（上升）所用時間t2=1.75s。當(dāng)曲柄與導(dǎo)桿在同一水平位置是，如下圖所示壓蓋有最大速度，此時即為壓蓋和插管設(shè)備接觸紙杯的時刻，經(jīng)過計算 VD=163.4mm/s 符合壓蓋（插管）要求2.槽輪機構(gòu)設(shè)計及運動分析由于生產(chǎn)率不高，故選擇應(yīng)用廣泛的的槽數(shù)Z=4的外槽輪機構(gòu)。據(jù)生產(chǎn)要求，撥盤轉(zhuǎn)速n=1轉(zhuǎn)/3s,槽輪轉(zhuǎn)速n=1轉(zhuǎn)/0.75s，停歇時間2.25s，

9、期間其他機構(gòu)完成相應(yīng)的動作。中心距根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)，其他參數(shù)可根據(jù)相關(guān)公式算出，在此不再贅述。3.凸輪搖桿組合機構(gòu)的設(shè)計為保證奶茶的送入和送出時，杯子的運動穩(wěn)定（不至于將奶茶杯推到），凸輪在設(shè)計時要滿足沒有剛性和柔性沖擊（即速度和加速度不會發(fā)生突變）。所以，選擇設(shè)計正弦加速度運規(guī)律的運動方程的凸輪機構(gòu)。要求：（為滿足奶茶的輸送距離和后續(xù)工作的時間要求）基圓半徑 r0=120mm 行程 H=200mm 推程運動角0=0.6 遠(yuǎn)休止角 s=0.3回程運動角 0=0.6 近休止角 s=0.5要求一個周期的時間為3s 凸輪轉(zhuǎn)速 =23rads最大推程壓力角max30。 滾子半徑 rr=5mm說明：下面

10、的推程和回程運動方程中位移S的單位取mm，速度的V單位取mm/s，加速度的單位?。╩m）2/s。取3.1416。推程運動方程：（0 0）s=h0-12sin20=20053-12sin103v=h01-cos20=222.221-cos103a=2h202sin20=1551.4sin103回程運動方程：（0+s0+s+0） s=h1-T0+12sin20T ，T=-0+s =2001-53+1.5+12sin103-3v=-h01-cos20T=-222.221-cos103-3a=2h202sin20T=1551.4sin103-3 推程和回程運動線圖反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪：凸輪搖桿組合中搖桿的設(shè)

11、計：搖桿的設(shè)計主要要達(dá)到滿足輸送距離和與其他機構(gòu)達(dá)到配合結(jié)構(gòu)緊湊的目的，所以桿件的尺寸要能滿足要求的輸送距離，并且能和其他機構(gòu)良好配合。設(shè)計尺寸如圖：4.確定電動機的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，傳動系統(tǒng)及傳動比的設(shè)計計算. 電動機的適當(dāng)轉(zhuǎn)速關(guān)于原動機類型的選擇，首先考慮到工作環(huán)境對電動機的要求。奶茶封蓋插管機主要用于安靜的環(huán)境，驅(qū)動效率一般，運動精度一般，負(fù)載較小，外形尺寸也較小。電動機噪音較小，具有較高的驅(qū)動效率的運動精度，其型號繁多，可以滿足不同的工作要求，而且還具有調(diào)速功能。所以我們組選擇了電動機作為我們的原動機。電動機轉(zhuǎn)速選擇1400r/min,機器的生產(chǎn)能力為20個/min，所以總減速比為1400/2

12、0=70。第一級皮帶輪傳動比為i=7.8，第二級齒輪傳動比為i=9。符合減速傳動比逐級增大且差值不大的規(guī)律。齒輪傳動設(shè)計：Z2=45,z1=5,m=5mm, =20度d1=mz1=25mm,d2=mz2=225mm中心距a=1/2m(z1+z2)=125mmdb1=mz1*cos()= 23.49,db2=mz2*cos()= 211.43mmda1=d1+2ha*m=35mm,da2=d2+2ha*m=235mma1=arccos(db1/da1)=47.84a2=arccos（db2/da1）=25.88=1/2（z1(tan(a1)-tan()+z2(tan(a2)+tan()）=1.4

13、6圓錐齒輪的設(shè)計與計算用圓錐齒輪主要用來改變傳動的方向，所以只要兩者的齒數(shù)相同即可。大端模數(shù)為1，壓力角為20，齒形選擇為正常齒，齒輪一模數(shù)等于齒輪二模數(shù)為40.通過計算重合度為1.77.5.工作臺的設(shè)計 為了保證奶茶在壓蓋和插管的時候保持穩(wěn)定，所以我們將工作臺改為有四個凹槽的平臺。如圖所示，凹槽的寬度為62毫米，為了流出充分的空間供奶茶準(zhǔn)確送入指定位置。 圖中四個凹槽為奶茶杯在瓶中加工的位置六.小組總結(jié) 本次參加機械原理課程設(shè)計獲益匪淺。經(jīng)過這次課程設(shè)計，充分認(rèn)識到理論知識的學(xué)習(xí)與實踐有很大的差距。理論知識的學(xué)習(xí)與考核只是別人提供相關(guān)的信息，設(shè)計需要自己從多方面考慮，對各種機構(gòu)要較全面的熟練掌握。剛開始時，有點不知如何下手，為了了解奶茶封蓋壓管機的工作原理，我們小組特意去食堂三樓奶茶店進行了實地考察，之后經(jīng)過小組成員的仔細(xì)思考和激烈討論，有了初步的想法。記憶最深刻的一次在工作盤的設(shè)計和工位的時間分配的問題上，大家各持己見，經(jīng)過長達(dá)兩個半小時的討論后，