東華大學(xué)——機(jī)械原理課程設(shè)計——易拉罐打碼裝箱機(jī)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計易拉罐打碼裝箱機(jī)東華大學(xué)班級 機(jī)械1304 學(xué)號 姓名 賀俊杰 梁蘊韜 2015年7月4日-7月12日1 課程設(shè)計題目41.1 設(shè)計題目41.2 設(shè)計任務(wù)和要求42方案設(shè)計及功能分析52.1 打碼設(shè)計方案52.2 雙層裝箱設(shè)計方案63 工藝流程圖及工藝原理圖103.1工藝流程圖103.2工藝原理圖114 運動配合圖及運動循環(huán)圖124.1運動配合圖124.2 運動循環(huán)圖135 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)選型155.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型155.2傳動機(jī)構(gòu)選型166 裝置運動簡圖177 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計及參數(shù)的計算177.1圓柱凸輪設(shè)計及計算177.2 1號支撐板盤型凸輪的設(shè)計及計算197.3 2

2、號支撐板盤型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算197.4 空箱擋板盤型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算207.5 傳送帶功率的計算208 電機(jī)的選擇及與分配軸傳動的計算218.1電機(jī)的選擇及效率的計算218.2電機(jī)與分配軸傳動比的計算229 小組總結(jié)22參考文獻(xiàn)241 課程設(shè)計題目1.1 設(shè)計題目易拉罐打碼裝箱機(jī)用于自動生產(chǎn)線的最后一道工序。前道工序?qū)⒐扪b好的易拉罐送入導(dǎo)軌，由打碼裝箱機(jī)自動完成以下動作。（1） 在每罐成品的罐底打印生產(chǎn)日期及批次等字碼；（2） 將易拉罐裝入紙箱；（3） 滿箱后紙箱推離，空紙箱就位。原始數(shù)據(jù)如下：（1） 生產(chǎn)率為3000罐/h；（2） 每12罐分為兩疊裝滿一箱；（3） 推箱和送空箱用一個

3、機(jī)構(gòu)控制，送空箱速度為推滿箱速度的1.3倍以上。1.2 設(shè)計任務(wù)和要求（1） 對易拉罐打碼裝箱機(jī)進(jìn)行功能分析，并對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型，合理安排各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動配合關(guān)系。（2） 繪制易拉罐打碼裝箱機(jī)的運動方案示意圖或機(jī)構(gòu)運動簡圖及運動循環(huán)圖。（3） 若采用凸輪機(jī)構(gòu)，則需設(shè)計該凸輪機(jī)構(gòu)，包括選定從動件運動形式和運動規(guī)律，確定凸輪基圓半徑，計算和繪制凸輪廓線，校核凸輪機(jī)構(gòu)最大壓力角。（4） 若采用連桿機(jī)構(gòu)，則需對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型和尺寸設(shè)計，給出機(jī)構(gòu)的最大壓力角，機(jī)會運動特性系數(shù)（若有急回特性）；（5） 選擇齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒數(shù)，并計算傳動比；（6） 對易拉罐打碼裝箱機(jī)進(jìn)行三維造型進(jìn)行三維造型和運動仿真

4、，并畫出輸出構(gòu)件的位移，速度和加速度曲線。（7） 編寫設(shè)計計算說明書。2方案設(shè)計及功能分析2.1 打碼設(shè)計方案方案（1）：采用凸輪+連桿的設(shè)計方案，并列凸輪為力封閉。類似于訂書機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)，輸出桿上裝有類似于蓋章的裝置。當(dāng)傳送帶上的易拉罐到達(dá)指定位置時，傳送帶停止，然后凸輪開始轉(zhuǎn)動，輸出桿夾緊，從而在易拉罐的底部印上碼條。方案（2）：采用激光掃描打碼裝置優(yōu)劣分析：方案（1）需要增加傳送帶的運動規(guī)律，而且在打碼的時候需要機(jī)構(gòu)停止，降低了生產(chǎn)效率。采用方案（2）的激光掃描打碼運用了機(jī)電一體化技術(shù)，能夠在易拉罐在傳送帶上高速運動的同時完成打碼，效率非常高。這也是目前工廠大多使用的方法。綜上所述：采用

5、方案（2）更為合理。2.2 雙層裝箱設(shè)計方案在雙層裝箱這個方案里我們有機(jī)械臂入箱和推桿入箱兩種方案，下面進(jìn)行優(yōu)劣分析。機(jī)械臂入箱所采用的工藝流程少，速度較快。但考慮到是易拉罐而非瓶子外形，所以無法采用氣囊吸附機(jī)構(gòu)，只能采用夾持機(jī)構(gòu)控制入箱。但采用夾持機(jī)構(gòu)為保證易拉罐不掉落所需力較大，失誤率高的勇士也可能會導(dǎo)致易拉罐外表形變，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械臂在放置同時或多或少會產(chǎn)生振動，如果罐內(nèi)裝碳酸飲料，也會影響產(chǎn)品質(zhì)量。如果采用推桿的方式，盡管運動流程較復(fù)雜，但運動平穩(wěn)，失誤率小，對產(chǎn)品質(zhì)量的保障也高。綜上所述，推桿方案較為合理方案（1）：傳送帶將第一層易拉罐送入可以一起移動的3道隔層中，沒道隔層的

6、中央有一個用于支撐的桿，當(dāng)易拉罐如隔層后，隔層一起向左移動，使邊緣與桿重合進(jìn)而使易拉罐下落到有底的下方各層中。然后在以同樣的方式將第二批易拉罐下落進(jìn)而形成第二層，最后用一定高度的推桿將兩層易拉罐推入箱中。方案（2）：將易拉罐平放到傳送帶上，將空箱傳送到可升降且傾斜的平臺上，然后讓第一層滾入箱中后停止，之后平臺下降一個易拉罐的高度，傳送帶繼續(xù)傳遞，繼而讓第二層滾入箱中。方案（3）：存在與方案（1）類似的隔板，在隔板下有平行運動的支撐板1和垂直運動的支撐板2.傳送帶將易拉罐送入隔板到達(dá)支撐板1上，傳送帶停止。支撐板1水平抽離，到達(dá)支撐板2上，支撐板2下降一個易拉罐高度，支撐板1伸入，傳送帶繼續(xù)傳遞

7、，將下一批易拉罐送到支撐板1上，支撐板1抽離，然后支撐板2上便有2層易拉罐，支撐板2上升，用推桿推入箱中。方案（4）步驟與方案（3）大體相同，只不過在第二層到達(dá)支撐板1，支撐板1抽離之后，支撐板2下降1個易拉罐高度，隨后用推桿推入箱中。優(yōu)劣分析：方案（1）可以實現(xiàn)兩層的堆疊，但是要用易拉罐下落的方式有些不妥，一會產(chǎn)生沖擊，損害產(chǎn)品的質(zhì)量；二會增加機(jī)構(gòu)的磨損程度。方案（2）盡管采用了空箱傾斜放置的方式，但第二層滾入后也會卡在縫隙之中導(dǎo)致整個機(jī)構(gòu)運動停止，同時也不易放置推桿。方案（3）與方案（4）大體相同，但方案（4）更容易放置推桿。綜上所述，我們小組認(rèn)為方案（4）為最佳方案。3 工藝流程圖及工藝

8、原理圖3.1工藝流程圖傳送帶上的易拉罐以6罐為一組，在傳送過程中進(jìn)行打碼，打碼之后有如下流程。3.2工藝原理圖 罐傳送帶同步帶 錐齒輪 罐擋板 盤型凸輪 同步帶 支撐板1 盤形凸輪 放大桿 錐齒輪 電動機(jī) 支撐板2 放大桿 盤型凸輪 分配軸推板 放大桿 圓柱凸輪 同步帶傳送帶23 同步帶 盤型凸輪 箱擋板 錐齒輪4 運動配合圖及運動循環(huán)圖4.1運動配合圖4.2 運動循環(huán)圖5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)選型5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型（1） 推桿機(jī)構(gòu)：間歇運動機(jī)構(gòu)圓柱凸輪因為推桿所需行程較大，所以采用圓柱凸輪。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，運動傳遞的平穩(wěn)性高，設(shè)計時只需畫出輪廓線即可。但正常尺寸的圓柱凸輪依然不能滿足行程要

9、求，所以還需加放大桿機(jī)構(gòu)。（2）1，2號支撐板：間歇運動機(jī)構(gòu)盤型凸輪分配軸通過錐齒輪與放大桿相連再與盤型凸輪相連。盤型凸輪設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，只需畫出輪廓線即可。（3）空箱擋板：間歇運動機(jī)構(gòu)盤型凸輪分配軸通過錐齒輪傳遞運動到盤型凸輪總結(jié)：因此裝置設(shè)計多個機(jī)構(gòu)的間歇運動，且彼此有相互關(guān)系，故執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用凸輪機(jī)構(gòu)，計算方便，設(shè)計便捷，并且直觀。有時如果需要過大的行程，需用放大桿將運動放大。5.2傳動機(jī)構(gòu)選型1.經(jīng)過計算（后續(xù)會說明），由于分配軸和電機(jī)轉(zhuǎn)速相差比較大，我們選擇3次降速：分別為皮帶輸出降速，蝸輪蝸桿降速，同步帶降速。2.在罐傳送帶傳送方式中我們有兩種方案：方案（1）：因為罐的輸送為間歇運動，

10、所以我們選擇用不完全齒輪對傳送帶進(jìn)行傳送。方案（2）：罐傳送帶為連續(xù)傳動，用一個有間歇運動的擋板，即罐傳送帶擋板來控制整個罐傳送帶上易拉罐的間歇運動。優(yōu)劣分析：如果對傳送帶進(jìn)行間歇運動控制，會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線運動不連續(xù)，不穩(wěn)定。同時會增加易拉罐之間間距，使之不緊湊，進(jìn)而導(dǎo)致裝箱時產(chǎn)生差錯。使用擋板的方式，不僅可以對易拉罐實現(xiàn)間歇運動的控制，同時也可以是整個生產(chǎn)線不間斷，罐之間無間距。綜上所述，方案（2）更為合理。3. 空箱與滿箱傳送帶的運動傳遞的運動傳遞考慮到空箱與滿箱傳送帶與分配軸之間的距離較大，所以我們選擇同步帶傳送。6 裝置運動簡圖7 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計及參數(shù)的計算基本要求：成產(chǎn)速度：3000

11、個/h 250箱/h 最終速度周期為14.4s/箱7.1圓柱凸輪設(shè)計及計算（1） 基本尺寸計算圓柱凸輪采用正弦加速度運動規(guī)律。圓柱凸輪的輸出機(jī)構(gòu)為推板，推板有動作的區(qū)域為280360度。展開后長度為 r=1935mm最終的參數(shù)為：回程S=65×3×2=390mm 半徑r=19362000mm 直徑d=38724000mm由于凸輪尺寸較大，制造不現(xiàn)實，所以采用2個杠桿放大機(jī)構(gòu)。 比例：1:5所以r實際的值=r×=80mm（2） 功率的計算紙板與支撐板之間的摩擦因素=0.6摩擦力f=G=0.6×4.32×9.8=25.40N慣性力F1=ma=4,3

12、2×=8.3NF=706N（考慮到機(jī)械效率摩擦角不選30度而是40度）T= P=24W7.2 1號支撐板盤型凸輪的設(shè)計及計算（1） 基本尺寸的計算行程S=65×2=130mm盤型凸輪同樣采用正弦加速度運動規(guī)律，取盤型凸輪的最大壓力角=30.=arctan（）推程S=130÷2 （可忽略）取S=130 得到基圓r=130mm（無偏執(zhí)）（2） 功率的計算摩擦因數(shù)=0.1f1=ma=1.38Nf2=360×12×9.8×0.1=4.32N轉(zhuǎn)矩T=（f1+f2)×r×2=0.69N.M（可忽略）7.3 2號支撐板盤型凸輪機(jī)

13、構(gòu)的設(shè)計及計算（1）基本尺寸的計算行程S=230mm與1號支撐板盤型凸輪機(jī)構(gòu)的計算方式相同得到基圓r=230mm經(jīng)2倍放大后r=115mm.（2） 效率及功率的計算2號支撐板對罐的力F=G-ma當(dāng)板下降時有負(fù)載且a=0時F最大F=12×360×9.8=42.33N因為此處有2倍放大桿 放大后的力F1=84.66N最大力矩T=F×r×tan(30)=8.39N.M功率P=3.66W7.4 空箱擋板盤型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算（1） 基本尺寸的計算行程S=4mm與1號支撐板凸輪的原理相同，求得基圓半徑r=4mm（2） 效率與功率的計算應(yīng)為空箱擋板只起到格擋作用并

14、無負(fù)載，所以他的功率損耗不予考慮。7.5 傳送帶功率的計算我們認(rèn)為，傳送帶與罐之間的摩擦為最大靜摩擦，且摩擦因數(shù)=0.6設(shè)：罐傳送帶上有n組12個罐子空箱傳送帶一次只有一箱滿箱傳送上有n組受力：罐傳送帶F1=n×2×360×9.8×=25.40n 空箱傳送帶F2=25.40. 滿箱傳送帶F3=25.40n罐傳送帶的線速度為v,在個周期內(nèi)： 時間t=s 行程L=3×65=195mm 線速度v=0.12m/s 角速度所以，傳送帶輪的半徑輸出角速度為2倍得到的=136mm我們讓滿箱傳送帶的速度與罐傳送帶的速度相同，則根據(jù)要求空箱傳送帶的速度為滿箱傳送

15、帶速度的1.3倍所以 空箱傳送帶輪的半徑=1.3倍 滿箱傳送帶輪的半徑=176mm所以 滿箱傳送帶力矩T1=罐傳送帶力矩T2=0.136×12×0.36×9.8×n=3.45n 空箱傳送帶力矩T3=0.176×12×9.8×0.6=4.49N/M所以 滿箱與罐傳送帶的功率=30nW 空箱傳送帶的功率=3.84W8 電機(jī)的選擇及與分配軸傳動的計算8.1電機(jī)的選擇及效率的計算此裝置的所有機(jī)構(gòu)為并聯(lián) 分配軸上的總功率各機(jī)構(gòu)機(jī)械效率如下 板23×滾動軸承0.982×滑動軸承0.94槽輪0.88罐傳送帶錐齒輪0.8

16、82×同步帶0.98推板槽輪0.884×滑動軸承0.945×滾動軸承0.98空滿傳送帶2×同步帶0.98所以=114.26W由此選擇電機(jī)型號為Y80M1-4：功率P=0.55kw 轉(zhuǎn)速n=1390r/min 機(jī)械效率=73%由電機(jī)轉(zhuǎn)速可得與主軸傳動比=8.2電機(jī)與分配軸傳動比的計算由于電機(jī)與分配軸的轉(zhuǎn)速差距較大，所以選擇采用3次降速的方式：（1） 皮帶（2） 蝸輪蝸桿（符合蝸輪蝸桿的傳動比范圍）（3） 同步帶9 小組總結(jié)在這普通平凡的八天時間里，我們有幸一起努力，依靠集體的力量去追求共同的目標(biāo)，盡管過程坎坷，卻不失為一種歷練。本次參加機(jī)械原理課程設(shè)計是我

17、們大學(xué)的第一次我們小組的每一個人都感到收獲頗豐，知道我們這么多天的努力是沒有白費的。特別是在我們的solidworks造型仿真運動成功的那一刻，這種感覺達(dá)到了極致。我們這么多年，一直都是在學(xué)習(xí)理論知識，經(jīng)過這次課程設(shè)計，我們充分認(rèn)識到理論知識的學(xué)習(xí)與實踐是有很大的差距的。理論知識的學(xué)習(xí)與考核只是別人提供相關(guān)的信息，而設(shè)計則則需要自己從多方面考慮，將自己學(xué)習(xí)的東西學(xué)以致用。有時，很多東西想起來是很簡單的，但實際操作卻不是那么的簡單，這次課程設(shè)計讓我們充分的認(rèn)識到了這一點，為我們工作提供了一定的經(jīng)驗。我們小組的題目是易拉罐打碼裝箱機(jī)，剛接觸到題目時，我們小組的成員都很開心，覺得這個十分簡單，然而，

18、現(xiàn)實與想象總是有差距的，當(dāng)我們開工時，我們才發(fā)現(xiàn)我們其實毫無頭緒，根本不知道如何開始。之后我們端正了態(tài)度， 上網(wǎng)查看了相關(guān)資料與視頻，再加上小組成員曾經(jīng)有去工廠參觀的經(jīng)歷，了解到了其中的工作原理，之后經(jīng)過小組成員的仔細(xì)思考和激烈討論以及指導(dǎo)老師的幫助，我們有了初步的設(shè)計方案。在這個過程中，我們充分體會到團(tuán)體的凝聚力是有多么的重要，我們積極分工，每個人都努力的去完成我們自己的那部分工作，可以這么說，缺少我們其中的任一個人，我們的課程設(shè)計都是不能完成的。在設(shè)計過程中，老師給我們的幫助是巨大的。他讓我們知道了一些我們自認(rèn)為非常好的設(shè)計實際中并不能行的通，一些機(jī)構(gòu)的設(shè)計必須經(jīng)過嚴(yán)密的推理與計算才能最終成型，而不是一味的憑借自己感覺。這使我們對機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計這個方向的概念越來越清晰，專業(yè)素養(yǎng)也隨之提高。在整個設(shè)計過程中，我們學(xué)以致用，第一次感到自己學(xué)過的東西派上了用場。我們用到了CAD、Excel、Word、SolidWorks等軟件，翻閱了一些資料，積極的向老師請教過程中遇到的問題，在小組成員的共同努力和指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下，認(rèn)真的完成了本次課程設(shè)計。最終用SolidWorks制作出了三維模型，并通過仿真模擬出了我們的機(jī)構(gòu)運動方案。 雖然過程是辛苦的，我們也遇到了不少的問題，但是我們敢于思考，勇于解決