機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝線設(shè)計(jì)(方案1)

1、harbin institute of technology機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱：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1）院系：機(jī)電工程學(xué)院班級(jí)： 1308101 設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)： h130811402指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2015年7月6日至11日哈爾濱工業(yè)大學(xué)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(方案1)一.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(zhǎng)寬高=600200200。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2包時(shí)，被送到下一個(gè)工位進(jìn)行包裝。原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1430r/min，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14、22、30件小包裝產(chǎn)品。圖1產(chǎn)品

2、包裝生產(chǎn)線（方案1）功能簡(jiǎn)圖二.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(dòng)產(chǎn)品在輸送線1上運(yùn)動(dòng)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(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如圖2所示。圖2產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案1）運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖2中t1是執(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，t2,是執(zhí)行構(gòu)件2的動(dòng)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(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期t2是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期t1的2倍，執(zhí)行構(gòu)件2的動(dòng)作周期 t2,則只有執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期t1的二分之一左右，所以，執(zhí)行構(gòu)件2大多數(shù)時(shí)間是在停歇狀態(tài)。三.設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)功能分析根據(jù)前面的

3、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)一次，主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速分別為14、22、30r/min。14、22、30r/min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1430r/min，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動(dòng)件上分別得到14、22、30r/min的轉(zhuǎn)速，則由電動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)1之間的傳動(dòng)比iz有3種分別為：iz1= 143014 = 102.14iz2=143022 = 65.00iz3=143030 =47.67總傳動(dòng)比由定傳動(dòng)比ic與變傳動(dòng)比iv組成，即：iz1=iciv1i

4、z2=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。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動(dòng)比最好不要大于4，即：iv1=4于是定傳動(dòng)比為：ic=iz1iv1= 102.144 = 25.54故定傳動(dòng)比的其他值為：iv2=iz2ic=65.0025.54 = 2.55iv3 =iz3ic=47.6725.54 = 1.87于是，傳動(dòng)系統(tǒng)的有級(jí)變速功能單元如圖4。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

5、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 = ic 2.5=25.542.5=10.22減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖6所示。圖6 減速運(yùn)動(dòng)功能單元根據(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。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)圖加上一運(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。圖8 運(yùn)動(dòng)分支功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期

6、t2是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期t1的2倍，也就是說(shuō)，運(yùn)動(dòng)分支在驅(qū)動(dòng)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的一半，由于執(zhí)行構(gòu)件2與執(zhí)行構(gòu)件1的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直，因此，該減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖9所示。i=2圖9減速運(yùn)動(dòng)功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運(yùn)動(dòng)，且由圖2可以看出執(zhí)行構(gòu)件2的間歇時(shí)間是其工作周期t2的四分之三，也就是說(shuō)其運(yùn)動(dòng)時(shí)間是其工作周期t2的四分之一。因此，間歇運(yùn)動(dòng)功能單元的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為：=14間歇運(yùn)動(dòng)功能單元如圖10所示。=0.25圖10 間歇運(yùn)動(dòng)功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2的動(dòng)作周期t2,是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期t1的一半，因此，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1的驅(qū)動(dòng)機(jī)

7、構(gòu)1 的主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速的2倍左右。所以，間歇運(yùn)動(dòng)功能的運(yùn)動(dòng)應(yīng)經(jīng)過增速運(yùn)動(dòng)功能單元增速，如圖11所示。i=0.25圖11 增速運(yùn)動(dòng)功能單元增速運(yùn)動(dòng)單元輸出的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)功能。由于執(zhí)行構(gòu)件2作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，如圖12所示。圖12 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2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13所示。圖13 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案1）的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖四.設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)方案擬定據(jù)圖13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13中的運(yùn)動(dòng)功能單元1

8、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14所示。1430r/min1圖14電動(dòng)機(jī)替代運(yùn)動(dòng)功能單元1圖13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15所示。2圖15 帶傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元2圖13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16所示。3圖16滑移齒輪變速替代運(yùn)動(dòng)功能單元3圖13中的運(yùn)動(dòng)功能單元4是減速功能，可以選擇行星齒輪傳動(dòng)代替，如圖17所示。圖17 行星齒輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元4圖13中運(yùn)動(dòng)功能單元5是運(yùn)動(dòng)分支功能單元，可以用圓錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)輪與導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄固聯(lián)替代，如圖18所示

9、。圖13中的運(yùn)動(dòng)功能單元6將連續(xù)傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動(dòng)，可以選擇導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代，如圖19所示。圖19導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能單元6圖13中的運(yùn)動(dòng)功能單元7是運(yùn)動(dòng)傳遞方向轉(zhuǎn)換功能和減速運(yùn)動(dòng)功能單元，可以用圓錐齒輪傳動(dòng)替代，如圖20所示。i = 2圖20圓錐齒輪傳動(dòng)替代減速運(yùn)動(dòng)功能單元7圖13中運(yùn)動(dòng)功能單元8是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元，可以用槽輪機(jī)構(gòu)替代。該運(yùn)動(dòng)功能單元的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為：=0.25由槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系數(shù)的計(jì)算公式有：=z-22z式中，z槽輪的徑向槽數(shù)。則，槽輪的徑向槽數(shù)為：z= 21-2=21-20.25=4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(dòng)功能單元8圖13中的運(yùn)

10、動(dòng)功能單元9是增速運(yùn)動(dòng)功能單元，可以圓柱齒輪傳動(dòng)代替，如圖22所示。圖22 用圓柱齒輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元9圖13中運(yùn)動(dòng)功能單元10是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元，可以用正弦機(jī)構(gòu)替代，如圖23所示。圖23正弦機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能單元10根據(jù)上述分析，按照?qǐng)D13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1）的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，如圖24。1.電動(dòng)機(jī) 2,4.皮帶輪 3.皮帶 5,6,7,8,9,10,11,12,13,25,26.圓柱齒輪 15,27.曲柄 14,16圓錐齒輪 18,28.滑塊 19.搖桿20,29.連桿21.滑枕 24.產(chǎn)品 17.撥

11、盤 22.槽輪 23.圓銷30.滑槽 h.系桿圖24 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案1）的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖五.設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)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(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)，由圖25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。其中滑枕21的行程h=480mm。滑枕21的行程由導(dǎo)桿19的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)。圖25 導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是一種具有急回特性的機(jī)構(gòu)，設(shè)在工作中該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)k=1.4，在導(dǎo)桿19與曲柄15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)，由下圖可知滑塊移動(dòng)的距離e

12、1e2= 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，顯然導(dǎo)桿19的擺角就是，由此可得極位夾角和導(dǎo)桿19的長(zhǎng)度。先隨意選定一點(diǎn)為d，以d為圓心，導(dǎo)桿19長(zhǎng)l為半徑做圓。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(shí)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=911.49mm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

13、小，取l1=300mm。曲柄15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15的長(zhǎng)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(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2運(yùn)動(dòng)，由圖26可知，執(zhí)行構(gòu)件2由曲柄27、推桿29、滑塊28和滑槽30組成。由設(shè)計(jì)題目可知，推桿的行程為h=420mm由此可確定該機(jī)構(gòu)曲柄的長(zhǎng)度 l1=12h=210mm由曲柄運(yùn)動(dòng)可知可知滑槽最小長(zhǎng)度l1=2l1=420mm執(zhí)行機(jī)構(gòu)2如圖26。圖26 正弦機(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(shí)，槽輪槽數(shù)z=4。 槽輪槽間角2=360z=3604=90 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)撥盤的轉(zhuǎn)角

14、2=180-2=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=ra=sin=sin45=0.7071r=a=0.7071150=106.065mm 槽輪半徑=ra=sin=1-2=0.7071r=a=0.7071150=106.065mm 鎖止弧張角=360-2=360-90=270 圓銷半徑rar6=106.0656=17.6675mm圓整：ra=18mm 槽輪深度h+-1a+ra =0.7071+0.7071-1150+18=80.13mm 鎖止弧半徑rsr-ra=106.065-18=88.065mm取rs=80mm4）

15、 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 滑移齒輪設(shè)計(jì)確定齒輪齒數(shù)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中齒輪5、6、7、8、9、10組成了滑移齒輪有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)單元，其齒數(shù)分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知 iv1=z10/z9=4iv2=z8/z7=2.55iv3=z6/z5=1.87按最小不根切齒數(shù)取z9=17則 z10=4*17=68為了改善傳動(dòng)性能，應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)護(hù)衛(wèi)質(zhì)數(shù)，于是可取z9=17z10=69其齒數(shù)和為 z9+z10=17+69=86另外兩對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大致相同z7+z886z5+z686iv2=（86-z7）/z7= 2,55z724z8= 62iv3 =（86-z5）/z5= 1.87

16、z530z6= 56為了更接近于所要求的傳動(dòng)比，最終可?。簔5=30 z6= 56z7=24 z8= 61 z9=17 z10=69計(jì)算齒輪幾何尺寸各齒輪分度圓直徑：d9=m*z9=34mmd10=m*z10=138mmd7=m*z7=48mmd8=m*z6=122mm d5=m*z5=60mmd6=m*z6=112mm 要求齒輪9、10的齒數(shù)和與齒輪5、6的齒數(shù)和相等，即z9+z10=z5+z6=86若取齒輪模數(shù)為m=2mm，則這兩對(duì)齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心矩相同 a=86mm這兩對(duì)齒輪互為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其幾何尺寸按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。而齒輪7、8的齒數(shù)和比齒輪5、6的齒數(shù)和小，為了使齒輪7、8的實(shí)際中心距與齒

17、輪5、6的標(biāo)準(zhǔn)中心距相等，齒輪7、8需要正變位，齒輪7、8為正傳動(dòng)，其幾何尺寸按變位齒輪計(jì)算?？傋兾幌禂?shù)：x=2mm 定軸齒輪設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，齒輪11、12、13實(shí)現(xiàn)圖17中的運(yùn)動(dòng)單元4的減速運(yùn)動(dòng)功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比是10.22。由于齒輪11、12、13構(gòu)成行星輪系，因此，齒數(shù)可如此分配：ih11，12=（n11-nh）/（n12-nh）=z12/z11而n12=0，故：ih11，12=-n11/nh+1=-10.22+1=9.22z12/z11=9.22齒輪11可按最小不根切齒數(shù)設(shè)計(jì)，即：z11=17所以：z12=9.22*17=157由中心距匹配z12=z11+2z13可確定： z1

18、3 =70取模數(shù)m=2mm，可求出三齒輪分度圓直徑為：d11=34mm d12=314mmd13=140mm由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，齒輪25、26實(shí)現(xiàn)圖22中的運(yùn)動(dòng)單元9的增速運(yùn)動(dòng)功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比是0.25。齒輪26可按最小不根切齒數(shù)設(shè)計(jì)，即：z26=17 z25=z26/0.25=17/0.25=68取模數(shù)m=2mm，得到齒輪25、26的分度圓直徑：d26=34mm d25=136mm 圓錐齒輪設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，齒輪14、16實(shí)現(xiàn)圖20中的運(yùn)動(dòng)單7的減速運(yùn)動(dòng)功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比是2。兩錐齒輪的軸間角為a=90o錐齒輪14的分度圓錐角為b16=arctan（z14/z16）=arctan2=26.565錐齒輪的最小