機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線3

HarbinInstituteofTechnology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3〕院系：機(jī)電工程學(xué)院班級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：哈爾濱工業(yè)大學(xué)題目要求如圖1所示，輸送線1上為小包裝產(chǎn)品，其尺寸為長(zhǎng)*寬*高=600*200*200，采取步進(jìn)式輸送方式，送第一包產(chǎn)品至托盤A上〔托盤A上平面與輸送線1的上平面同高〕后，托盤A下降200mm，第二包產(chǎn)品送到后，托盤A上升200mm，然后把產(chǎn)品推入輸送線2。原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，產(chǎn)品輸送量分三檔可調(diào)，每分鐘向輸送線2分別輸送8、16、24件小包裝產(chǎn)品。圖1功能簡(jiǎn)圖題目解答機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖由題目和功能簡(jiǎn)圖可以看出，推動(dòng)產(chǎn)品在輸送線1上運(yùn)動(dòng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)1，在A處使產(chǎn)品上升，下降的是執(zhí)行構(gòu)件2，在A處把產(chǎn)品推到下一個(gè)工位的是執(zhí)行構(gòu)件3，三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如下圖。TT1執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)情況 執(zhí)行構(gòu)件1進(jìn)退進(jìn)退進(jìn)退進(jìn)退執(zhí)行構(gòu)件2停降停升停降停升執(zhí)行構(gòu)件3停進(jìn)退停圖2運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖1中T1為執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期，T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，T3是執(zhí)行構(gòu)件3的工作周期。由圖2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件1是作連續(xù)往復(fù)移動(dòng)的，而執(zhí)行構(gòu)件2那么有一個(gè)間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件3作一個(gè)間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)。三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的工作周期關(guān)系為：2T1=T2。執(zhí)行構(gòu)件3的動(dòng)作周期為其工作周期的1/4。機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動(dòng)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(dòng)功能如圖3所示。該運(yùn)動(dòng)功能把一個(gè)連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的往復(fù)移動(dòng)，主動(dòng)件每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從動(dòng)件〔執(zhí)行構(gòu)件1〕往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速分別為4、8、12rpm。4、8、12rpm圖3執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動(dòng)功能由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動(dòng)件上分別得到4、8、12rpm的轉(zhuǎn)速，那么由電動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)比iz有3種分別為：總傳動(dòng)比由定傳動(dòng)比ic與變傳動(dòng)比iv組成，滿足以下關(guān)系式：iz1=iciv1iz2=iciv2iz3=iciv3三種傳動(dòng)比中iz1最大，iz3最小。由于定傳動(dòng)比ic是常數(shù)，因此3種傳動(dòng)比中iv1最大，iv3最小。假設(shè)采用滑移齒輪變速，其最大傳動(dòng)比最好不要大于4，即：iv1=4那么有：ic=故定傳動(dòng)比的其他值為：==于是，有級(jí)變速單元如圖4：i=4,2,1.33圖4有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)功能單元為保證系統(tǒng)過載時(shí)不至于損壞，在電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間加一個(gè)過載保護(hù)環(huán)節(jié)。過載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元可采用帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這樣，該運(yùn)動(dòng)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(dòng)功能單元整個(gè)傳動(dòng)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(dòng)比，因此，在傳動(dòng)系統(tǒng)中還要另加減速運(yùn)動(dòng)功能單元，減速比為i==36減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖6所示。i=36圖6執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動(dòng)功能根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)功能分析，可以得到實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的功能系統(tǒng)圖，如圖7所示。1430rpmi=2.5i=4,2,1.33i=36執(zhí)行構(gòu)件1執(zhí)行構(gòu)件1圖7實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖為了使用同一原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2，應(yīng)該在圖7所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖加上1個(gè)運(yùn)動(dòng)分支功能單元，使其能夠驅(qū)動(dòng)分支執(zhí)行構(gòu)件2，該運(yùn)動(dòng)分支功能單元如圖8所示。執(zhí)行構(gòu)件2的執(zhí)行運(yùn)動(dòng)是間歇往復(fù)移動(dòng)。執(zhí)行構(gòu)件3有一個(gè)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，為間歇往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向與執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動(dòng)方向垂直。為了使執(zhí)行構(gòu)件2和執(zhí)行構(gòu)件3的運(yùn)動(dòng)和執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動(dòng)保持正確的空間關(guān)系，可以加一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)換功能單元，如圖9所示。圖8運(yùn)動(dòng)分支功能單元圖9運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)功能單元經(jīng)過運(yùn)動(dòng)傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元輸出的運(yùn)動(dòng)需要分成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分支分別驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2的一個(gè)運(yùn)動(dòng)和執(zhí)行構(gòu)件3的一個(gè)運(yùn)動(dòng)。因此，需要加一個(gè)運(yùn)動(dòng)分支功能分支單元，如圖10所示。圖10運(yùn)動(dòng)分支功能單元執(zhí)行構(gòu)件2的一個(gè)運(yùn)動(dòng)是間歇往復(fù)移動(dòng)，考慮采用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單元，將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成間歇單向轉(zhuǎn)動(dòng)，再轉(zhuǎn)換成間歇往復(fù)移動(dòng)。如圖11所示。圖11連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元根據(jù)上述分析可以得出實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1和執(zhí)行構(gòu)件2運(yùn)動(dòng)功能的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，如圖14所示。圖14執(zhí)行構(gòu)件1、2的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖執(zhí)行構(gòu)件3需要進(jìn)行間歇往復(fù)移動(dòng)，為此，需要將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]采用一個(gè)運(yùn)動(dòng)系數(shù)為的間歇運(yùn)動(dòng)單元，如圖15所示。圖15間歇運(yùn)動(dòng)功能單元盡管執(zhí)行構(gòu)件3在一個(gè)工作周期內(nèi)，其間歇時(shí)間很長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短，但是當(dāng)其運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)那么是連續(xù)的、周期的。因此，需要把圖15中的運(yùn)動(dòng)功能單元的輸出運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為整周運(yùn)動(dòng)，于是在其后加一個(gè)運(yùn)動(dòng)放大功能單元，如圖16所示。然后，再把該運(yùn)動(dòng)功能單元輸出地運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)功能單元如圖17所示。i=1/4圖16運(yùn)動(dòng)放大功能單元圖17把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元根據(jù)上述分析，可以畫出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，如圖18所示。圖18產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線〔方案8〕的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖3、設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)方案擬定根據(jù)圖18所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖,選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元,便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元1是原動(dòng)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(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。如圖19所示。1430rpm1圖19電動(dòng)機(jī)替代運(yùn)動(dòng)功能單元1圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元2是過載保護(hù)單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，如圖20所示。2圖20過載保護(hù)功能單元圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元3是有級(jí)變速功能單元，可以選擇滑移齒輪變速傳動(dòng)替代，如圖21所示。圖21滑移齒輪變速替代運(yùn)動(dòng)功能單元3圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元4是減速功能，可以選擇2級(jí)齒輪傳動(dòng)代替，如圖22所示。圖222級(jí)齒輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元4圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元6將連續(xù)傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)擺動(dòng)，可以選擇不完全齒輪和導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代，如圖23所示。圖23不完全齒輪和導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能單元6、7圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元8是運(yùn)動(dòng)傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元，可以用圓錐齒輪傳動(dòng)替代，如圖24所示。圖24圓錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能單元8圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元10、11是將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動(dòng)，可以用凸輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖25所示。圖25凸輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元11圖18中實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件3的運(yùn)動(dòng)功能單元14、15、16可以通過槽輪傳動(dòng)和齒輪帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得到，槽輪機(jī)構(gòu)將主軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄齒輪的主動(dòng)輪固連，槽輪每轉(zhuǎn)動(dòng)0.25周期，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，方案如圖27所示。圖27槽輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能14、15、16根據(jù)上述分析，按照?qǐng)D18各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元連接順序把個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元的替代機(jī)構(gòu)依次連接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線〔方案3〕的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，如圖28所示。圖28〔c〕4、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案尺寸設(shè)計(jì)4-1滑移齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)確定齒輪齒數(shù)如圖21中齒輪5，6，7，8，9，10組成了滑移齒輪有級(jí)變速單元，其齒數(shù)分別為z5，z6，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知，iv1=4==2==1.33按最小不根切齒數(shù)取z9=17，那么z10=iv1z9=417=68為了改善傳動(dòng)性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取z10=69。其齒數(shù)和為z9+z10=17+69=86，為滿足傳動(dòng)比和中心距要求，三對(duì)齒輪均取角度變位齒輪。計(jì)算齒輪幾何尺寸齒輪5678910變位系數(shù)0.60.90.60.90.61.3齒數(shù)314125501769嚙合角24.7o24.7o24.09o重合度1.4681.4441.468取模數(shù)m=2mm，齒頂高系數(shù)1,頂隙系數(shù)0.25，得實(shí)際中心距為89.99mm。4-2定軸齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)4-2-1圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)由圖可知，齒輪11、12、13、14實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能單元4的減速功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為36。由于齒輪11、12、13、14、15、15’是2級(jí)齒輪傳動(dòng)，這2級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可如此確定，于是取模數(shù)m=2mm，各尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。由圖28-〔c〕可知，齒輪32、33實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能單元15的放大功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為1/4，齒輪33可按最小不根切齒數(shù)確定，即那么齒輪32的齒數(shù)為為使傳動(dòng)比更接近于要求，取齒輪32、33的幾何尺寸，取模數(shù)m=2mm，按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。由上述齒輪齒數(shù)配比可得最后輸出轉(zhuǎn)速分別為7.93rpm、8.06rpm、12.06rpm。4-2-2圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)由圖28-〔a〕可知，圓錐齒輪17、18，23、24均起改變運(yùn)動(dòng)方向的作用，兩圓錐齒輪的軸交角為90o，齒數(shù)取最小不根切當(dāng)量齒數(shù)17即可，取模數(shù)m=2mm,尺寸按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。4-3執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的設(shè)計(jì)該執(zhí)行機(jī)構(gòu)是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄19，滑塊，導(dǎo)桿20，連桿21和滑枕22組成。其中大滑塊的行程h=480mm,現(xiàn)對(duì)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20與曲柄19的軌跡圓相切時(shí)候，從動(dòng)件處于兩個(gè)極限位置，此時(shí)導(dǎo)桿的末端分別位于C1和C2位置。取定C1C2的長(zhǎng)度，使其滿足：利用平行四邊形的特點(diǎn)，由下列圖可知滑塊移動(dòng)的距離E1E2=C1C2=h，這樣就利用了機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)特性，使滑塊移動(dòng)了指定的位移。設(shè)極位夾角為θ，顯然導(dǎo)桿20的擺角就是θ，取機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.5，由此可得極位夾角和導(dǎo)桿20的長(zhǎng)度。圖35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。再過D作豎直線，以之為根底線，左右各作射線，與之夾角18°，交圓與C1和C2點(diǎn)。那么弧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(shí)候，擺角為36°。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22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(zhǎng)度為l1，最大壓力角的正弦等于要求最大壓力角小于100，所以有l(wèi)1越大，壓力角越小，取l1=200~400mm。曲柄19的回轉(zhuǎn)中心在過D點(diǎn)的豎直線上，曲柄越長(zhǎng)，曲柄受力越小，可選取AD=500mm，據(jù)此可以得到曲柄19的長(zhǎng)度不完全齒輪16、17的設(shè)計(jì)曲柄由不完全齒輪控制其轉(zhuǎn)動(dòng)周期和動(dòng)停時(shí)間比，由運(yùn)動(dòng)周期得到主動(dòng)輪與從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)周期之比為1:4，主動(dòng)輪16從0o轉(zhuǎn)到180o，從動(dòng)輪17轉(zhuǎn)兩周，主動(dòng)輪從180o轉(zhuǎn)到360o期間，從動(dòng)輪停止，故確定主動(dòng)輪為不完全齒輪，一半有齒，另一半無齒，從動(dòng)輪為標(biāo)準(zhǔn)完全齒輪，確定模數(shù)為3mm，主動(dòng)輪假想齒數(shù)和從動(dòng)輪齒數(shù)分別為101和25，那么中心距a=136.5mm。4-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的設(shè)計(jì)如圖28〔b〕所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2有一個(gè)運(yùn)動(dòng)是將連續(xù)傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動(dòng)，選用直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)〔27、29〕來實(shí)現(xiàn)。凸輪基圓半徑100mm，無偏距，升程為200mm。推程為正弦加速，回程為余弦加速。直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓4-5執(zhí)行構(gòu)件3的設(shè)計(jì)4-5-1槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定槽輪槽數(shù)根據(jù)圖28〔c〕可知，在撥盤圓銷數(shù)k=1時(shí)，槽輪槽數(shù)z=4。槽輪槽間角2β=槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)撥盤的轉(zhuǎn)角2α=180o-2β=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λ=r=λa=0.7071*150=106.065mm槽輪半徑ξ=R=ξa=0.7071*150=106.065mm鎖止弧張角γ=360°-2α=270°圓銷半徑mm圓整：mm槽輪槽深h>(λ+ξ-1)*a+=80.13mm鎖止弧半徑mm取mm4-5-2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由題目可知，滑塊的行程為h=200mm，考慮到曲柄滑塊的急回特性，使滑塊導(dǎo)軌與曲柄軸心之間增加適當(dāng)?shù)钠?，取其速比系?shù)K=1.4,那么極位夾角θ為取曲柄34的長(zhǎng)為l1=l/2=100mm，由最大壓力角正弦滿足由最大壓力角，取又由幾何關(guān)系可知解得連桿35的長(zhǎng)度l2=288.29mm，故偏距。5、設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)方案分析5-1運(yùn)動(dòng)方案執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)序分析確定各執(zhí)行構(gòu)件的起始位置。T=0時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件1的搖桿20處于左側(cè)極限位置，執(zhí)