哈工大機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案3）1. 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=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2. 設(shè)計(jì)課題工藝分析由題目和功能簡(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)

2、件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如圖所示。亠T-FT1r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則有一個(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= T20執(zhí)行構(gòu)件3的動(dòng)作周期為其工作周期的1/4。3. 設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)功能分析及運(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)

3、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、12 rpm。4、8、12 rpm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、12 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動(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：1430i z1 = = 357.5i z2 =1430""8"=178.751430總傳動(dòng)比由定傳動(dòng)比i z3 =百=120i c與變傳動(dòng)比i v組成，滿足以下關(guān)系式:i z1 = i ci v1i z2 = i ci v2i z3 = i ci v3三種傳動(dòng)比中i z1最大，i

4、 z3最小。由于定傳動(dòng)比i c是常數(shù)，因此3種傳動(dòng)比中i v1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：i v1=4則有：故定傳動(dòng)比的其他值為：于是，有級(jí)變速單元如圖i z1357i c =i v1"4 -i z2 178.75v2-i c-90i z3120v3 =ic ='90 -ii901.334：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(guò)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(guò)載保護(hù)環(huán) 節(jié)。過(guò)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(guò)載保護(hù)能力，還具有減速功能，如圖 5所示。i=2.5

5、圖5過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)僅靠過(guò)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。1430rpm i = 2.5i = 4, 2 ,1.33i = 36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)

6、，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(guò)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

7、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) 考慮采用一個(gè)運(yùn)動(dòng)系數(shù)為T = 0.25的間歇運(yùn)動(dòng)單元，如圖15所示。t = 0.25二圖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，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)則是連續(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

8、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4. 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)功能單元圖18中的運(yùn)動(dòng)功能單元2是過(guò)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。圖20過(guò)載保護(hù)功能單兀2477；a 1,:I II/

9、77T?1 = 4.25, 1.8183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。i = 28.6圖22 2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。7777T圖24圓錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能單元8圖18

10、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18中實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件 輪帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得到， 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) 方案如圖27所示。圖25凸輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元 113的運(yùn)動(dòng)功能單元14、15、16可以通過(guò)槽輪傳動(dòng)和齒 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0.25周期，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，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。5. 設(shè)計(jì)課題運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)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

11、，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，z 6，Z7 ，Z8，Z9 ，Z10。由前面分析可知，i v1=4i v2= 2I c心=弓=1.33I c按最小不根切齒數(shù)取 Z9=17，則Z10= i v1 z 9=4X17= 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+ z 10=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24.7024.7024.090重合度1.4681.4441.4

12、68取模數(shù)m=2 mm齒頂高系數(shù)1,頂隙系數(shù)0.25，得實(shí)際中心距為89.99mm2) 定軸齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)(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Z11 = Z13 = 17，于是Z12 = Z14 = 3. XZ11 52Z11 = 17Z13 = 17Z15 = 17Z12 = 52Z14 = 52Zi5' = 52取模數(shù)m=2 mr，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

13、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Z33 = 17則齒輪32的齒數(shù)為17 X4= 68為使傳動(dòng)比更接近于要求，取Z33 = 17Z32 = 69齒輪32、33的幾何尺寸，取模數(shù)m=2 mm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 <(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90°,齒數(shù)取最小不根切當(dāng)量齒數(shù)17即可，取模 數(shù)m=2mn尺寸按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。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

14、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Ci和C2位置。取定CiC2的長(zhǎng)度， 使其滿足：C1C2h利用平行四邊形的特點(diǎn)，由下圖可知滑塊移動(dòng)的距離日巳=CC2=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 20的擺角就是取機(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。K- 1O0.5K+ 12.536sin -2240sin18=776.656mm圖35導(dǎo)桿滑塊機(jī)

15、構(gòu)設(shè)計(jì)先隨意選定一點(diǎn)為D,以D為圓心，I為半徑做圓。再過(guò)D作豎直線，以 之為基礎(chǔ)線，左右各作射線，與之夾角 18°，交圓與C和C2點(diǎn)。則弧CC2 即為導(dǎo)桿頂部轉(zhuǎn)過(guò)的弧線，當(dāng)導(dǎo)軌從 GD擺到C2D的時(shí)候，擺角為36°。接 著取最高點(diǎn)為C,在C和C之間做平行于GQ的直線m該線為滑枕22的導(dǎo) 路，距離D點(diǎn)的距離為I I cos22在C點(diǎn)有機(jī)構(gòu)最大壓力角，設(shè)導(dǎo)桿 等于21的長(zhǎng)度為li，最大壓力角的正弦I I cossinmax22Ii要求最大壓力角小于100，所以有I - Isin -2-2si n a max=776.656 X1 - cos182 Xsin10109.452mm

16、I 1越大，壓力角越小，取11=200400mm曲柄19的回轉(zhuǎn)中心在過(guò)D點(diǎn)的豎直線上，曲柄越長(zhǎng)，曲柄受力越小，可選AD取AD=500m，據(jù)此可以得到曲柄19的長(zhǎng)度9I 2 = ADsin2= 500 Xsin18 ° = 154.51mm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0°轉(zhuǎn)到180°，從動(dòng)輪17轉(zhuǎn)兩 周，主動(dòng)輪從180°轉(zhuǎn)到360°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(wú)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

17、假想齒數(shù)和從動(dòng)輪齒數(shù)分別為101和25,則中心距a=136.5mm4) 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(lái)實(shí)現(xiàn)。凸輪基圓半 徑100mm無(wú)偏距，升程為200mm推程為正弦加速，回程為余弦加速。5）執(zhí)行構(gòu)件3的設(shè)計(jì)（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360°2B = z =90 ° 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)撥盤的轉(zhuǎn)角2 a =180°-2 B =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)

18、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r入=a = sin B = 0.7071r=入 a=0.7071*150=106.065 mm槽輪半徑RE =a = cos B = 0.7071aR=E a=0.7071*150=106.065 mm 鎖止弧角 圓銷半徑丫 =360° -2 a =270°r 106.065r a 6 =6= 17.6675 mm圓整：r a = 18 mm 槽輪槽深h>(入 + E -1)*a+ r a=80.13 mm 鎖止弧半徑rs < ?- rA = 88.065 mm取r = 80 mm(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啵?取其速比系數(shù)K=1.4,則極位夾角 B為K- 1O0.4K+ 12.430取曲柄34的長(zhǎng)