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机械原理课程设计说明书
设计题目:包装机推包机构运动简图与传动系统设计
学院:机电学院
专业:机械工程及其自动化
姓名:
学号:
小组成员:
指导老师:
目 录
一、设计题目···································2
二、功能分解···································3
三、运动变换···································3
四、执行机构的选择与比较·······················3
五、原动机的选择·······························5
六、运动方案的拟订·····························6
七、传动机构···································8
八、运动表示图································10
九、运动循环图································11
十、执行机构计算······························12
十一、参照资料································14
十二、小结····································15
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一、设计题目
现需要设计某一包装机的推包机构,要求待包装的工件 1(见图1)先由输
送带送到推包机构的推头2的前面,尔后由该推头2将工件由a处推至b处(包装工作台),再进行包装。为了提高生产率,希望在推头2结束回程(由b至a)
时,下一个工件已送到推头2的前面。这样推头2就可以马上再开始推送工作。这就要求推头2在回程时先退出包装工作台,尔后再低头,即从台面的下面回程。所以就要求推头2按图示的abcdea线路运动。即实现“平推—水平退回—下降—降位退回—上升复位”的运动。
设计数据与要求:
要求每5-6s包装一个工件,且给定:L=100mm,S=25mm,H=30mm。-,推包机由电动机推动。
在推头回程中,除要求推头低位退回外,还要求其回程速度高于工作行程的速度,以便缩短空回程的时间,提高工效。至于“cdea”部分的线路形状不作严格要求。
图1推包机构执行构件运动要求
设计任务:
,尔后进行方案解析评比,选出一种运动方案进
行设计;
2. 确定电动机的功率与转速;
3. 设计传动系统中各机构的运动尺寸,绘制推包机的机构运动简图;
4. 对输送工件的传动系统提出一种方案并进行设计;
5. 编写课程设计说明书。
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二、功能分解
由运动表示图可知此机构可分解为俩个运动,凸轮机构控制运输爪的起落,导杆机构控制往来运动,俩者的配合及凸轮的设计能够达到abcde的轨迹。、2为主动件,2、3、4和5的导杆机构,能够达成a、b、c间或c、d间的往来运动,1的凸轮与4机构的平底接触,能够使整个4机构上下往来运动,从而有abc与cd间的高度差,经过设计凸轮的参数,配合导杆机构达成整个abcde的运动轨迹。
所以功能一:导杆机构——实现a、b、c或d、e间的往来运动,功能二:凸轮机构——实现4机构的上下往来运动
三、运动变换
运动变换即传动机构和执行机构之间的变换。在本方案中,只要为将凸轮的转动变换为连杆的双向直线运动和上下运动。
在本案中,凸轮的DBC段为圆弧,在此段上凸轮转动时平底从动件高度不变,前后搬动,在D点时工件在a处,在BC段某一处时在b处,在C点时工件在c
处,CE段时凸轮半径逐渐减小,平底从动件向下运动,工件开始下降,到E点时下降到d处,EF为圆弧段,凸轮转动时平底从动件上下不运动,做水平运动,由d运动至e,FD段凸轮半径逐渐增加,平底从动件向上运动,回到a处。
四、执行机构的选择与比较
方案一:用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构,偏置滑块机构与往来搬动凸轮机构的组合(图2)。在此方案中,偏置滑块机构可实现行程较大的往来直线运
动,且拥有急回特点,同时利用往来搬动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求,这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为搬动凸轮的往来直线运动。
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图2 偏置滑块机构与往来搬动凸轮机构的组合
若是采用直动推杆盘形凸轮机构或摇动推杆盘形凸轮机构, 可有另两种方案
(图3、图4)。
图3 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合之一
图4偏置滑块机构与盘形
凸轮机构的组合之二
方案二:采用导杆机构与凸轮机构的组合机构
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图5、导杆机构与凸轮机构的组合机构
方案三:双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合
五、原动机的选择
由题可知,选择的原动机为电动机,采用单机集中驱动的驱动方式。这种驱动方式传动装置复杂,操作麻烦,功率较大,但价格低价。电动机的尺寸较大,输出刚度较硬,直流电动机可经过改变电阻等来进行调速,交流电动机
可经过变频、变极进行调速。电动机平时是单向反转的,在正常温度下使用,电机采用风冷。使用电动机时,需考虑过载保护装置,以防烧坏电动机。电
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动机噪声小,初始成本低,运转花销最低,保护要求最少,功率范围较广。
题目要求5-6s包装一个件,即要求曲柄和凸轮的转速为 12r/min考虑到转速
比较低,所以可采用低转速的电动机,查常用电动机规格,采用Y160L-8型电动机,其转速为720r/min,。
六、运动方案的拟订
方案一:双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合,(见图2)
图2双凸轮机构与摇杆机构滑块机构的组合
方案一的运动解析和议论:
该机构由凸轮1和凸轮2,以及5个杆组成。机构一共拥有7个活动构件。机构中的运动副有7个转动副,4个搬动副以及两个以点接触的高副。其中机构的两个磙子存在两个虚拘束。由此可知:
机构的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p'=1
机构中有一个原动件,原动件的个数等于该机构的自由度。所以,该机构拥有确定的运动。在原动件凸轮1带动杆3会在必然的角度范围内摇动。经过连
杆4推动杆5运动,尔后连杆6在5的推动下带动推头做水平的往返运动,从而实现能推动被包装件向前运动。同时凸轮2在推头做回复运动的时候经过向上推动杆7,使连杆的推头端往下运动,从而实现推头在给定的轨迹中运动。该机构
中除了有两个凸轮与从动间接触的两个高副外,所有的运动副都是低副。在凸轮与从动件的接触时,凸轮会对从动件有较大的冲击,为了减少凸轮对从动件冲击的影响,在设计过程中把从动件设计成为转动的从动件,能够间接增大机构的承载能力。同时,凸轮是比较大的工件,强度比较高,不需要担忧由于载荷的过大
而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中,原动件1是一个凸轮,凸轮可是
使3在必然角度的往来摇动,而对整个机构的解析可知,机构的是设计上不存在运转的死角,机构
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能够正常的往来运转。机构中存在两个凸轮,不仅会是机构自己的重量增加,而且凸轮与其他构件的连接是高副,而高副承载能力不高,不利于实现大的载荷。
而整个机构连接不够紧凑,占空间比较大。
方案二:偏置滑块机构与盘形凸轮机构组合,(见图3)
图3偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合
方案二的运动解析和议论:
方案二的机构主若是由一个偏置滑块机构以及一个凸轮机构组合而成的。 偏
置滑块机构主若是实现推头的往来的直线运动, 从而实现推头在推包以及返回的
要求。而凸轮机构实现的是使推头在返程到达 C点的时候能够依照给定的轨迹返
回而设计的。这个组合机构的工作原理主若是经过电动机的转动从而带动曲柄 2
的辗转运动,曲柄在整周辗转的同时带动连杆 3在必然的角度内摇动,而滑块 4
在水平的方向实现往来的直线运动,从而带动连着推头的杆运动,达成对被包装件的推送过程。在推头空载返回的过程中,推头到达C点时,凸轮的转动进入推程阶段,使从动杆往上运动,这时在杆5和杆6连接的转动副就成为一个支点,使杆6的推头端在从动件的8的推动下向下运动,从而使推头的返程阶段按着给定的轨迹返回。这个机构在设计方面,凸轮与从动见的连接采用转动从动件,而且凸轮是槽型的凸轮,这样不仅能够让从动件与凸轮之间的连接更加紧凑,而且由于采用了转动
从动件,能使减少凸轮对它的冲击,从而提高了承载能力。而采用的偏置滑块机构能够实现滑块拥有急回特点,使其回程速度高于工作行程速度,以便缩短空回程的时间,提高工作效率。但此机构的使用的是槽型凸轮,槽型凸轮结构比较复
杂,加工难度大,所以成本会比较高。
方案三:偏置滑块机构与往来搬动凸轮机构的组合,(见图
4)
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图4偏置滑块机构与往来搬动凸轮机构的组合
方案三的运动解析和议论:
用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构,偏置滑块机构与往来搬动凸轮机构的组合(图4)。此方案经过曲柄1带动连杆2使滑块4实现在水平方向上的往来直线运动,在回程时,当推头到达C点,在往来搬动凸轮机构中的磙子会在槽内相右上方运动,从而使杆7的推头端在偏置滑块和往来搬动凸轮的共同作用下沿着给定的轨迹返回。在此方案中,偏置滑块机构可实现行程较大的往来直线运动,且拥有急回特点,同时利用往来搬动凸轮来实现推头的小行程低头运动的
要求,这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为搬动凸轮的往来直线运动。但是,此机构所占的空间很大,切机构多依杆件为主,结构其实不紧凑,抗破坏能力较差,
对于较大载荷时对杆件的刚度和强度要求较高。会使的机构的有效空间白白浪费。而且由于四连杆机构的运动规率其实不能够依照所要求的运动精确的运转只能以近似的规律进行运动。
综合对三种方案的解析,方案二结构相对不是太复杂,而且能满足题目的要求,最后我选择方案二。
七、传动机构
系统的输入输出传动比ii1i251260i
720
60,即要求设计出一个传
12
动比i 60的减速器,使输出能达到要求的转速。
其传动系统设计以以下图:电动机连接一个直径为10的皮带轮2,经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段,这段皮带传动的传动比为
i
50
5,此时转速为720144r/min。
1
10
5
从皮带轮1输入到一个二级减速器,为了带到要求的传动比,设计齿轮齿数
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