機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)最終方案

1、奶茶封蓋機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)目錄一.課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作要求 .1頁(yè)二.擬定工藝原理圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖.2 頁(yè)三.設(shè)計(jì)總圖. .3 頁(yè)四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型.4頁(yè) 1.封蓋和插管的執(zhí)行機(jī)構(gòu).4頁(yè) 2.間隙運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型.6頁(yè) 3.移送的執(zhí)行構(gòu)選型.8頁(yè)五.機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析.10頁(yè) 1.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).10 頁(yè)2.槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析.11頁(yè)3.凸輪搖桿組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).11頁(yè)4.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).14頁(yè)5.工作臺(tái)的設(shè)計(jì).15 頁(yè)六.小組總結(jié).16 頁(yè) 奶茶封蓋機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目該機(jī)在奶茶自產(chǎn)自銷網(wǎng)點(diǎn)使用，以降低營(yíng)業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工效。操作者將裝有奶茶的紙杯放上工作臺(tái)，由封蓋插管機(jī)自動(dòng)完成如

2、下動(dòng)作：1）封蓋；2）插入吸管（方便顧客當(dāng)場(chǎng)飲用）；3）移送到柜臺(tái)上，停歇適當(dāng)時(shí)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(jī)器與柜臺(tái)之間的距離1000mm1200mm；設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1）擬定工藝原理圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；2）進(jìn)行封蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型；3）進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合方案的評(píng)定和選擇，畫出執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合方案示意圖；4）選擇電動(dòng)機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，擬定傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比；5）畫出包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖；6）對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，按比例在圖紙（A2或A3）上畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖；7）對(duì)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，畫出運(yùn)動(dòng)線圖；8）對(duì)奶茶封蓋機(jī)的機(jī)械運(yùn)

3、動(dòng)方案簡(jiǎn)圖進(jìn)行三維造型和運(yùn)動(dòng)模擬；9）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。二.工藝原理圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 由電動(dòng)機(jī)通過(guò)凸輪搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，對(duì)奶茶進(jìn)行送進(jìn)、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(jī)構(gòu)，使整個(gè)工作臺(tái)做間歇運(yùn)動(dòng)。工藝原理圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖三.設(shè)計(jì)總圖：說(shuō)明：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪，使皮帶輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)，使大齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，送進(jìn)機(jī)構(gòu)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推程時(shí)送瓶。壓蓋插管機(jī)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)上的曲柄做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，搖推程的時(shí)候壓蓋、插管機(jī)構(gòu)收回，搖桿回程的時(shí)候做壓蓋插管運(yùn)動(dòng)。撥盤和槽輪從上往下看做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足工作臺(tái)從上往下做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的要求。送出機(jī)構(gòu)從右往左看做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，回程的時(shí)候送

4、出瓶子。四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型1.封蓋和插管的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于封蓋和插管的動(dòng)作一樣，既都需要一定的沖擊速度來(lái)完成壓蓋和插管動(dòng)作，從上到下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且有一定的急回特性，所以可以統(tǒng)一設(shè)計(jì)。（1）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) （2）直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)（形鎖合）（3）移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（4）曲柄搖桿機(jī)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(jī)構(gòu)。由于是紙杯壓蓋和插管，壓蓋速度要求不高。以上機(jī)構(gòu)均能滿足要求。但凸輪機(jī)構(gòu)加工相比連桿機(jī)構(gòu)加工較難，維護(hù)不方便，且耐磨性較差。而擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力較好，傳動(dòng)性能優(yōu)異，承受較大的響應(yīng)的沖擊力的優(yōu)點(diǎn)。且能產(chǎn)生一定的急回特性，能夠達(dá)到壓蓋動(dòng)作壓程速度

5、相對(duì)較快的要求。2.間隙運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型由于壓蓋與插管需要一定的停留時(shí)間，需要間隙運(yùn)動(dòng)。間隙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）槽輪機(jī)構(gòu)（2）具有休止的凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的遠(yuǎn)休止與進(jìn)休止可以實(shí)現(xiàn)間歇傳動(dòng)（3）不完全齒輪不完全凸輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，設(shè)計(jì)時(shí)從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)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(dòng)機(jī)械或生產(chǎn)線上。（4）圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)多用于高速高精度的定位機(jī)構(gòu)。綜上4種方案優(yōu)劣，選擇方案1作為間歇運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)作為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用最廣泛。主動(dòng)撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)能帶動(dòng)從動(dòng)軸做單相周期運(yùn)動(dòng)。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，機(jī)械效率高的優(yōu)點(diǎn)。而圓柱凸輪制

6、作具有休止的凸輪機(jī)構(gòu)雖能實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但制造麻煩，維護(hù)較難，機(jī)構(gòu)較為笨重。3. 移送機(jī)構(gòu)選型送入機(jī)構(gòu)完成將奶茶杯按特定的時(shí)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(jī)構(gòu)完成按特定的時(shí)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(tái)，供客人享用。介于奶茶的送入機(jī)構(gòu)和送出機(jī)構(gòu)功能和結(jié)構(gòu)類似，所以，以下只研究送入機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)方案一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，但是傳動(dòng)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(jī)構(gòu)用凸輪推桿機(jī)構(gòu)好處在于可以較精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)送入和送出的運(yùn)動(dòng)軌跡要求。最大缺點(diǎn)是加工較難、耐磨性差、重量較重、維護(hù)麻煩。方案三：凸輪搖桿組合

7、機(jī)構(gòu)凸輪搖桿機(jī)構(gòu)不僅可以較精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)送入和送出的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，而且傳動(dòng)平穩(wěn)，能完成較高效率的送入送出。并且凸輪機(jī)構(gòu)采用形鎖合，增大了推程和回程的動(dòng)力，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方便。方案四：齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)擁有良好的傳動(dòng)特新，在連續(xù)生產(chǎn)中有著廣泛的運(yùn)用。但不能承受較大的沖擊載荷，及壓蓋時(shí)可能會(huì)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(jī)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(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)從動(dòng)形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)停歇機(jī)構(gòu)具有休止的凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪圓柱凸輪機(jī)構(gòu)移送機(jī)構(gòu)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)凸輪推桿機(jī)構(gòu)凸輪搖桿組合機(jī)構(gòu)齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)五.機(jī)構(gòu)參

8、數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析1.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)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(jī)架150mmW曲柄=23=2.09rad/s 壓蓋在推程起始點(diǎn)（如圖E點(diǎn)）作為循環(huán)起始點(diǎn)，回程（下壓）時(shí)間t1=1.25s，推程（上升）所用時(shí)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(shí)即為壓蓋和插管設(shè)備接觸紙杯的時(shí)刻，經(jīng)過(guò)計(jì)算 VD=163.4mm/s 符合壓蓋（插管）要求2.槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)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(jī)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(shí)間2.25s，

9、期間其他機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。中心距根據(jù)實(shí)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為保證奶茶的送入和送出時(shí)，杯子的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定（不至于將奶茶杯推到），凸輪在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足沒(méi)有剛性和柔性沖擊（即速度和加速度不會(huì)發(fā)生突變）。所以，選擇設(shè)計(jì)正弦加速度運(yùn)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)方程的凸輪機(jī)構(gòu)。要求：（為滿足奶茶的輸送距離和后續(xù)工作的時(shí)間要求）基圓半徑 r0=120mm 行程 H=200mm 推程運(yùn)動(dòng)角0=0.6 遠(yuǎn)休止角 s=0.3回程運(yùn)動(dòng)角 0=0.6 近休止角 s=0.5要求一個(gè)周期的時(shí)間為3s 凸輪轉(zhuǎn)速 =23rads最大推程壓力角max30。 滾子半徑 rr=5mm說(shuō)明：下面

10、的推程和回程運(yùn)動(dòng)方程中位移S的單位取mm，速度的V單位取mm/s，加速度的單位取（mm）2/s。取3.1416。推程運(yùn)動(dòng)方程：（0 0）s=h0-12sin20=20053-12sin103v=h01-cos20=222.221-cos103a=2h202sin20=1551.4sin103回程運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)線圖反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)凸輪：凸輪搖桿組合中搖桿的設(shè)

11、計(jì)：搖桿的設(shè)計(jì)主要要達(dá)到滿足輸送距離和與其他機(jī)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(jī)構(gòu)良好配合。設(shè)計(jì)尺寸如圖：4.確定電動(dòng)機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)系統(tǒng)及傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)計(jì)算. 電動(dòng)機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速關(guān)于原動(dòng)機(jī)類型的選擇，首先考慮到工作環(huán)境對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求。奶茶封蓋插管機(jī)主要用于安靜的環(huán)境，驅(qū)動(dòng)效率一般，運(yùn)動(dòng)精度一般，負(fù)載較小，外形尺寸也較小。電動(dòng)機(jī)噪音較小，具有較高的驅(qū)動(dòng)效率的運(yùn)動(dòng)精度，其型號(hào)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(dòng)機(jī)作為我們的原動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇1400r/min,機(jī)器的生產(chǎn)能力為20個(gè)/min，所以總減速比為1400/2

12、0=70。第一級(jí)皮帶輪傳動(dòng)比為i=7.8，第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比為i=9。符合減速傳動(dòng)比逐級(jí)增大且差值不大的規(guī)律。齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：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(jì)與計(jì)算用圓錐齒輪主要用來(lái)改變傳動(dòng)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(guò)計(jì)算重合度為1.77.5.工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 為了保證奶茶在壓蓋和插管的時(shí)候保持穩(wěn)定，所以我們將工作臺(tái)改為有四個(gè)凹槽的平臺(tái)。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(gè)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(jī)械原理課程設(shè)計(jì)獲益匪淺。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，充分認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐有很大的差距。理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與考核只是別人提供相關(guān)的信息，設(shè)計(jì)需要自己從多方面考慮，對(duì)各種機(jī)構(gòu)要較全面的熟練掌握。剛開始時(shí)，有點(diǎn)不知如何下手，為了了解奶茶封蓋壓管機(jī)的工作原理，我們小組特意去食堂三樓奶茶店進(jìn)行了實(shí)地考察，之后經(jīng)過(guò)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(jì)和工位的時(shí)間分配的問(wèn)題上，大家各持己見，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)半小時(shí)的討論后，