包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

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1、一、 設(shè)計(jì)題目 2 二、 設(shè)計(jì)方案的選定 3 三、 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6 1、 偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6 2、 直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì) 7 四、 電動(dòng)機(jī)的選定及傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 9 1、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的確定 9 2、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 五、 小結(jié)以及對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì) 12 六、 參考文獻(xiàn) 12 一、設(shè)計(jì)題目 現(xiàn)需要設(shè)計(jì)某一包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)，要求待包裝的工件1（見(jiàn) 圖1）先由輸送帶送到推包機(jī)構(gòu)的推頭2的前方，然后由該推頭2 將工件由a處推至b處（包裝工作臺(tái)），再進(jìn)行包裝。為了提高生 產(chǎn)率，希望在推頭2結(jié)束回程（由b至a）時(shí)，下一個(gè)工件已送 到推頭2的前方

2、。這樣推頭2就可以馬上再開(kāi)始推送工作。這就 要求推頭2在回程時(shí)先退出包裝工作臺(tái)，然后再低頭，即從臺(tái)面 的下面回程。因而就要求推頭 2按圖示的abcde線路運(yùn)動(dòng)。即實(shí) 現(xiàn)“平推一水平退回一下降一降位退回一上升復(fù)位”的運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求： 要求每5-6s包裝一個(gè)工件，且給定：L=100mm，S=25mm, H=30mm。行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取，推包機(jī)由電動(dòng) 機(jī)推動(dòng) 在推頭回程中，除要求推頭低位退回外，還要求其回程速度 高于工作行程的速度，以便縮短空回程的時(shí)間，提高工效。至于 “ cdea'部分的線路形狀不作嚴(yán)格要求。 圖1推包機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)要求 、設(shè)

3、計(jì)方案的選定 方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合，（見(jiàn)圖2） 圖2雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)的組合 方案一的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 該機(jī)構(gòu)由凸輪1和凸輪2,以及5個(gè)桿組成。機(jī)構(gòu)一共具有7 個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副有 7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，4個(gè)移動(dòng)副以及兩 個(gè)以點(diǎn)接觸的高副。其中機(jī)構(gòu)的兩個(gè)磙子存在兩個(gè)虛約束。由此 可知： 機(jī)構(gòu)的自由度 F=3 n-2PI+Ph-p' =1 機(jī)構(gòu)中有一個(gè)原動(dòng)件，原動(dòng)件的個(gè)數(shù)等于該機(jī)構(gòu)的自由度。 所以，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。在原動(dòng)件凸輪 1帶動(dòng)桿3會(huì)在一 定的角度范圍內(nèi)搖動(dòng)。通過(guò)連桿 4推動(dòng)桿5運(yùn)動(dòng)，然后連桿6在 5的推動(dòng)下帶動(dòng)推頭做水平的往返運(yùn)動(dòng)，從而

4、實(shí)現(xiàn)能推動(dòng)被包裝 件向前運(yùn)動(dòng)。同時(shí)凸輪2在推頭做回復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候通過(guò)向上推動(dòng) 桿7,使連桿的推頭端往下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推頭在給定的軌跡中 運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)中除了有兩個(gè)凸輪與從動(dòng)間接觸的兩個(gè)高副外，所 有的運(yùn)動(dòng)副都是低副。在凸輪與從動(dòng)件的接觸時(shí)，凸輪會(huì)對(duì)從動(dòng) 件有較大的沖擊，為了減少凸輪對(duì)從動(dòng)件沖擊的影響，在設(shè)計(jì)過(guò) 程中把從動(dòng)件設(shè)計(jì)成為滾動(dòng)的從動(dòng)件，可以間接增大機(jī)構(gòu)的承載 能力。同時(shí)，凸輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因 為載荷的過(guò)大而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，原 動(dòng)件1是一個(gè)凸輪，凸輪只是使3在一定角度的往復(fù)擺動(dòng)，而對(duì) 整個(gè)機(jī)構(gòu)的分析可知，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計(jì)上不存在運(yùn)轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)

5、可以正常的往復(fù)運(yùn)行。機(jī)構(gòu)中存在兩個(gè)凸輪，不但會(huì)是機(jī)構(gòu)本身 的重量增加，而且凸輪與其他構(gòu)件的連接是高副，而高副承載能 力不高，不利于實(shí)現(xiàn)大的載荷。而整個(gè)機(jī)構(gòu)連接不夠緊湊，占空 間比較大。 方案二：偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)與盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)組合，（見(jiàn)圖3） 圖3偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤(pán)形凸輪 機(jī)構(gòu)的組合 方案二的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 方案二的機(jī)構(gòu)主要是由一個(gè)偏置滑塊機(jī)構(gòu)以及一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu) 組合而成的。偏置滑塊機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)推頭的往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)推頭在推包以及返回的要求。而凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是使推 頭在返程到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)候能夠按照給定的軌跡返回而設(shè)計(jì)的。這 個(gè)組合機(jī)構(gòu)的工作原理主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)

6、曲柄 2 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)連桿 3在一定的角度內(nèi) 擺動(dòng)，而滑塊4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連 著推頭的桿運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)被包裝件的推送過(guò)程。在推頭空載返回 的過(guò)程中，推頭到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入推程階段，使從動(dòng) 桿往上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在桿5和桿6連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副就成為一個(gè)支點(diǎn)， 使桿6的推頭端在從動(dòng)件的8的推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，從而使推頭的 返程階段按著給定的軌跡返回。這個(gè)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面，凸輪與從 動(dòng)見(jiàn)的連接采取滾動(dòng)從動(dòng)件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但 能夠讓從動(dòng)件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因?yàn)椴捎昧藵L動(dòng) 從動(dòng)件，能使減輕凸輪對(duì)它的沖擊，從而提高了承載能力。而采 用的偏

7、置滑塊機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)滑塊具有急回特性，使其回程速度高 于工作行程速度，以便縮短空回程的時(shí)間，提高工作效率。但此 機(jī)構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工難度大, 因此成本會(huì)比較高。 方案三：偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的組合，（見(jiàn)圖 4） 方案三的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)： 用偏置滑塊機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)，偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往 復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的組合（圖4）。此方案通過(guò)曲柄1帶動(dòng)連桿2使 滑塊4實(shí)現(xiàn)在水平方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，在回程時(shí)，當(dāng)推頭到 達(dá)C點(diǎn)，在往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)中的磙子會(huì)在槽內(nèi)相右上方運(yùn)動(dòng)， 從而使桿7的推頭端在偏置滑塊和往復(fù)移動(dòng)凸輪的共同作用下沿 著給定的軌跡返回。在此方案

8、中，偏置滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)行程較大 的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，且具有急回特性，同時(shí)利用往復(fù)移動(dòng)凸輪來(lái)實(shí) 現(xiàn)推頭的小行程低頭運(yùn)動(dòng)的要求，這時(shí)需要對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將 轉(zhuǎn)動(dòng)變換為移動(dòng)凸輪的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。但是，此機(jī)構(gòu)所占的空間 很大，切機(jī)構(gòu)多依桿件為主，結(jié)構(gòu)并不緊湊，抗破壞能力較差， 對(duì)于較大載荷時(shí)對(duì)桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。 會(huì)使的機(jī)構(gòu)的有 效空間白白浪費(fèi)。并且由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)率并不能按照所 要求的運(yùn)動(dòng)精確的運(yùn)行只能以近似的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 綜合對(duì)三種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對(duì)不是太復(fù)雜，而且 能滿足題目的要求，最終我選擇方案二。 三、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1、偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由題目給定的數(shù)據(jù)L=100m

9、m 行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取 k 1 可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式 「180o k 1 Qk=1.2-1.5 其極位夾角 的取值范圍為16.36° ~ 36° 在這范圍內(nèi)取極位夾角為 25° 。 滑塊的行程題目給出S=100mm 偏置距離e選取40mm 用圖解法求出各桿的長(zhǎng)度如下：（見(jiàn)圖5） 100 由已知滑塊的工作行程為100mm,作BB'為100mm,過(guò)點(diǎn) B作BB'所在水平面的垂線BP,過(guò)點(diǎn)B'作直線作直線B' P交 于點(diǎn)P,并使 BPB'=25o。然后過(guò)B、B'、P三點(diǎn)作圓。因?yàn)?已知偏距e=40mm所以作直線平行于直線BB'，向下平移

10、40mm, 與圓O'交于一點(diǎn)O,貝U O點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接OB、OB', OB-OB' =2a OB+OB ' =2b 從圖中量取得： AB=151.32mm AB' =61.86mm 則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=44.73mm連桿b=106.59mm 到此，機(jī)構(gòu)組合的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢。 2、直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì) 用作圖法求出凸輪的推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角。 （見(jiàn)下圖） 因?yàn)轭}目要求在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為 25mm時(shí)，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點(diǎn)。 因此可利用偏置滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊在返回階段離最大推程為 25mm的地方

11、作出其曲柄，連桿和滑塊的位置，以通過(guò)量取曲 柄的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度而確定凸輪近休止角的角度， 以及推程角，回 程角。 具體做法如下： 1）先在離點(diǎn)B為25mm的地方作點(diǎn)B''； 2） 過(guò)點(diǎn)B''作直線A' ' B''交圓O于點(diǎn)A''，并使 A' ' B'' =AB ; 3） 連接OA'',貝U OA' ' , A' ' B''為曲柄以及連桿 在當(dāng)滑塊離最大推程距離為25mm時(shí)的位置。 因?yàn)轭}目要求推頭的軌跡在 abc段內(nèi)實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動(dòng)，因此即凸 輪近休止角應(yīng)為曲柄由 A'轉(zhuǎn)動(dòng)到A''的角度，從圖上量 取， A'OA'' 254° ，即凸輪的近休止角為 127 s' A'OA'' 也。

12、因?yàn)轭}目對(duì)推頭在返程 cdea段的具體 90 線路形狀不作嚴(yán)格要求，所以可以選定推程角，遠(yuǎn)休止角，回 程角的大小。 選定推程角為0 —，回程角s ?生遠(yuǎn)休止角o' 18 90 9 由選定條件近休止角為 S' 12^推程角為 0 —回程角 90 18 19 s 90 遠(yuǎn)休止角 o' , h=30mm ,基圓半徑r0 50mm,從動(dòng)桿長(zhǎng)度為 40mm, 9 滾子半徑rr 5 mm。通過(guò)軟件輸入?yún)?shù)如下， 設(shè)訂窮數(shù)輸入與選扌慕 [30- Tfi■呻用「1 po- 炳林止科廣］ [JO- 函程用卩】 莘衽仙no s正

13、社加金蘭圧t. -1 —檢社 — — 評(píng)吃 — F1 10 120.1 90UB&O1 4rT^0h4  通過(guò)軟件輸出凸輪輪廓線及機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖: 四、電動(dòng)機(jī)的選定及傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 1、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的確定 題目要求 5-6s包裝一個(gè)件，即要求曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速為 12r/min考慮到轉(zhuǎn)速比較低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，查 常用電動(dòng)機(jī)規(guī)格，選用丫160L-8型電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為720r/min, 功率為7.5kW。 2、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的輸入輸出傳動(dòng)比i ii i2 5 12 60 i 720 60

14、 ,即 12 要求設(shè)計(jì)出一個(gè)傳動(dòng)比i 60的減速器，使輸出能達(dá)到要求 的轉(zhuǎn)速。 其傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖：電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)直徑為10的皮帶輪 2，經(jīng)過(guò)皮帶的傳動(dòng)傳到安裝在二級(jí)減速器的輸入段， 這段皮 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i1 50 5，此時(shí)轉(zhuǎn)速為-720 144r/min。 10 5 從皮帶輪1輸入到一個(gè)二級(jí)減速器，為了帶到要求的傳動(dòng)比， 設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù)為， 乙 15,Z2 60, Z3 15,Z4 45。 驗(yàn)算二級(jí)減速器其傳動(dòng)比i2 型佟 12 乙 Z3 15 15 整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i h i2 5 12 60 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)此傳動(dòng)系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機(jī) 構(gòu)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)

15、速。 至此，包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢 推包機(jī)構(gòu)的總裝配簡(jiǎn)圖如下: 五、小結(jié)以及對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。首先，通過(guò)這一次的 課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和 基本知識(shí)，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉 及的實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)有了更加深刻 的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 其次通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了怎樣去研究設(shè)計(jì)一

16、個(gè)從來(lái) 沒(méi)接觸過(guò)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。學(xué)會(huì)了一步一步地去了解一個(gè)沒(méi)接觸過(guò)的 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)動(dòng)要求，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)符合要求的運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)。這都將為我以后參加工作實(shí)踐有很大的幫助。非常有成 就感，培養(yǎng)了很深的學(xué)習(xí)興趣。這樣的課程設(shè)計(jì)能提高我們的自 主設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。 這次課程設(shè)計(jì)我投入了不少時(shí)間和精力，我覺(jué)得這是完全值 得的。因?yàn)楦杏X(jué)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我獨(dú)立思考能力得到了進(jìn)一步 的加強(qiáng)。 六、參考文獻(xiàn) 1、 《機(jī)械原理》王知行，劉延榮主編，高等教育出版社, 2、 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》陸鳳儀主編，機(jī)械工業(yè)出版社, 3、 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》鄒慧君主編，高等教育出版社, 2000 2002 1998