包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ========================
編號(hào)
無(wú)錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923018
學(xué)生姓名： 周 洋
指導(dǎo)教師： 馮鮮（職稱：講師 ）
（職稱：講師 ）
2013年5月25日
III
無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械91
學(xué) 號(hào)： 0923018
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無(wú)錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專題：
1、題目 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2、專題
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
經(jīng)過(guò)考慮現(xiàn)在包裝機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)后, 為了更好地實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的自動(dòng)化控制，改進(jìn)推包機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率而給定的。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1、方案設(shè)計(jì)，并確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸和各構(gòu)件尺寸。
2、機(jī)械部分設(shè)計(jì)。確定電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速、對(duì)部分構(gòu)件如齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并確定其尺寸。
3、進(jìn)行推包及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制其裝配圖。
4、工作過(guò)程3D演示。
5、單片機(jī)檢測(cè)下一個(gè)工件是否到位時(shí)，為防止一些干擾，要求感光板低電平20毫秒后，才確認(rèn)下一工件已經(jīng)到位。
6、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
注：所有圖紙均要求計(jì)算機(jī)打印。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械91 班 姓名 周 洋
五、開(kāi)始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
包裝機(jī)是一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)和外包的機(jī)器的統(tǒng)稱，其主要功能是包裝各種產(chǎn)品，而包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)則是給包裝機(jī)提供包裝產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)，其主要功能就是從生產(chǎn)線將產(chǎn)品輸送到包裝機(jī)的相應(yīng)入口，推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)按一定軌跡的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它推送物品到達(dá)指定包裝工作臺(tái)，該機(jī)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的人工移動(dòng)物品，改善了工作效率低的缺點(diǎn)。
本文所設(shè)計(jì)的推包機(jī)構(gòu)，有回程一體的全自動(dòng)化功能，其主要設(shè)計(jì)思路來(lái)自于對(duì)傳統(tǒng)工藝的分解,然后按照相應(yīng)功能的機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)比,選定,以及優(yōu)化組合。綜合利用凸輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng),齒輪的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以及減速器的定值調(diào)速比的設(shè)定。再利用Auto Cad軟件強(qiáng)大繪圖功能,和Word的編輯功能,把設(shè)計(jì)方案圖文并茂,栩栩如生的展現(xiàn)出來(lái)。在本系統(tǒng)中,用激光感應(yīng)被包裝工件并通過(guò)單片機(jī)對(duì)推包機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。激光測(cè)得被推物體確認(rèn)到達(dá)后,由感光板上發(fā)出脈沖,通過(guò)89C51單片機(jī)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2803對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。同時(shí)被包裝工件的件數(shù)由LED顯示器顯示。對(duì)推包機(jī)構(gòu)則采用偏置滑塊機(jī)構(gòu)與盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)相結(jié)合。其中，偏置滑塊機(jī)構(gòu)控制推頭的水平方向上運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)則控制推頭垂直方向的運(yùn)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，在推頭回程過(guò)程中不影響下一個(gè)工件的到來(lái)，從而總體來(lái)講提高了效率。
關(guān)鍵詞：包裝機(jī)；推包機(jī)構(gòu)；減速機(jī)；齒輪
III
Abstract
Packing machine is a machine of a production and outsourcing collectively, Its main function is the packaging of various products, However, the packaging machine push package body is the institutions of packaging products, packaging machine, Its main function is to transport products from the production line to the corresponding entry of the packaging machine, the agency's movement is a movement of the cycle by a certain trajectory. The agency push items arrived at the designated packing table, the agency replaces the traditional manual movable objects inefficiency.
I designed the push package institution push package, return one of the fully automated,its main design ideas comes from the decomposition of traditional technology,then designed follow the corresponding function body parts, contrast, selected, and optimized. The use of the cam reciprocates, the movement of the gear drive, and the set value of the speed ratio of the reducer. The use of the powerful drawing features Auto Cad software and Word editing features, design illustrated, lifelike. In this system, laser sensor packaging workpiece to push package institutions controlled by the microcontroller. Laser test object to be driven to confirm arrival, photosensitive plate pulses, stepper motor controlled by the 89C51 microcontroller and stepper motor driver chip ULN2803. The same time, the number of pieces of packaging workpiece by the LED display shows. Push institutions using the combined mechanism of the the bias slider mechanism and disc-shaped cam mechanism, among them, the bias slider mechanism controls the pusher in the horizontal direction movement,and the cam mechanism controls the pusher in the vertical direction movement. In this design,in the return process it does not affect the arrival of the next workpiece, and thus in general, to improve efficiency.
Key words: packing machine; push institution; reducer;gear
目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
1 緒論 1
1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 2
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 3
2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 4
2.1 方案的選擇 4
2.2 凸輪及桿的設(shè)計(jì) 6
2.2.1 設(shè)計(jì)要求及計(jì)算 7
2.2.2 校核各桿的壓桿穩(wěn)定性 9
2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度 9
2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度 9
2.3 減速器概述 10
2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
2.4.1 初步確定負(fù)載推力 11
2.4.2 電動(dòng)機(jī)選擇步驟 12
2.4.3 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配 14
2.4.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 14
2.5 齒輪的設(shè)計(jì) 14
2.5.1 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)與分類 14
2.5.2 齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求 14
2.5.3 齒輪組的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 15
2.6 軸的設(shè)計(jì) 19
2.6.1 軸的分類 19
2.6.2 軸的材料 19
2.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
2.6.4 低速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
2.6.5 高速軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25
2.6.6 選擇和校驗(yàn)鍵聯(lián)接 26
2.7 軸承的選用 26
2.7.1 軸承種類的選擇 26
2.7.2 深溝球軸承結(jié)構(gòu) 26
2.8 聯(lián)軸器的選擇 27
2.8.1 聯(lián)軸器的功用 27
2.8.2 聯(lián)軸器的類型特點(diǎn) 27
2.8.3 聯(lián)軸器的選用 28
2.8.4 聯(lián)軸器材料 28
3 控制部分的設(shè)計(jì) 29
3.1 控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)要求 29
3.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 29
3.3 控制原理圖 32
4 結(jié)論與展望 33
4.1 結(jié)論 33
4.2 不足之處及未來(lái)展望 33
致 謝 34
參考文獻(xiàn) 35
33
包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 緒論
包裝機(jī)械是指能完成全部或部分包裝過(guò)程的機(jī)器。作用是給有關(guān)行業(yè)提供必要的技術(shù)裝備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過(guò)程。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。機(jī)械包裝的生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，無(wú)疑這將會(huì)更好地適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需要，合理安排勞動(dòng)力，為社會(huì)多創(chuàng)造財(cái)富。 現(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單地模仿人的動(dòng)作，甚至可以說(shuō)在很多場(chǎng)合用巧妙的機(jī)械方法包裝出來(lái)的成品,不論在式樣、質(zhì)地或精度等方面，大都是手工操作無(wú)法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化，這一點(diǎn)越來(lái)越引起了人們的重視。有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很嚴(yán)格，如藥品、食品等，采用機(jī)械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對(duì)產(chǎn)品的污染。同時(shí)由于機(jī)械包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時(shí)間短，從而減少了污染機(jī)會(huì)，有利于食品和藥品的衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。 另外，由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。采用真空、換氣、無(wú)菌等包裝機(jī)械，可使食品和飲料等流通范圍更加廣泛，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。采用自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，節(jié)約了包裝的場(chǎng)地和倉(cāng)儲(chǔ)面積，并改善了后道包裝工序的工藝條件。
包裝機(jī)械的特點(diǎn) 包裝機(jī)械即具有一般自動(dòng)化機(jī)械的共性，也具有自身的特性，主要有如下特點(diǎn)：
(1) 大多數(shù)包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度快，動(dòng)作精度高。為了滿足性能要求，對(duì)零部件的剛度和表面質(zhì)量等都具有較高的要求。
(2) 用于食品和藥品的包裝機(jī)械要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的無(wú)毒材料制成。
(3) 進(jìn)行包裝時(shí)作用力一般都較小，所以包裝機(jī)械的電動(dòng)機(jī)功率較小。
(4) 包裝機(jī)械一般都采用無(wú)級(jí)變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力。因?yàn)橛绊懓b質(zhì)量很多，諸如包裝機(jī)的工作狀態(tài)、包裝材料和包裝物的質(zhì)量等。所以，為了便于機(jī)器的調(diào)整，滿足質(zhì)量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機(jī)設(shè)計(jì)成無(wú)級(jí)可調(diào)的，即采用無(wú)級(jí)變速裝置。
(5) 包裝機(jī)械是特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維修，減少投資設(shè)備，在各種包裝機(jī)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化、通用性及多功能性[1]。
1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義
研究?jī)?nèi)容：(1) 方案設(shè)計(jì)。并確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸和各構(gòu)件尺寸。
(2) 機(jī)械部分設(shè)計(jì)。確定電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速，并確定其尺寸。
(3) 進(jìn)行推包及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。繪制其裝配圖。
意義：迄今,一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家,在食品、醫(yī)藥、輕工、化工、紡織、電子、儀表和兵器等工業(yè)部門(mén),已經(jīng)程度不同地形成了由原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝三大基本環(huán)節(jié)所組成的包裝連續(xù)化和自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程,有的還將包裝材料加工、包裝容器成型及包裝成品儲(chǔ)存系統(tǒng)都聯(lián)系起來(lái)組成高效率的流水作業(yè)線。大量事實(shí)表明,實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化,尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性(或稱柔性)的自動(dòng)包裝線,不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向,同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。
(1) 能增加花色品種,改善產(chǎn)品質(zhì)量,加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力
(2) 能改善勞動(dòng)條件,避免污染危害環(huán)境
(3) 能節(jié)約原材料,減少浪費(fèi),降低成本
(4) 能提高生產(chǎn)效率,加速產(chǎn)品的不斷更新
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
90年代以來(lái)，包裝機(jī)械工業(yè)每年平均以20%～30%的速度增長(zhǎng)，發(fā)展速度高于整個(gè)包裝工業(yè)平均增長(zhǎng)速度的15%～17%，比傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)平均增長(zhǎng)4.7個(gè)百分點(diǎn)。包裝機(jī)械工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的新興行業(yè)。我國(guó)目前從事包裝機(jī)械生產(chǎn)的企業(yè)約有1500多家，其中具有一定規(guī)模的企業(yè)近400家。產(chǎn)品有40類，2700多種，其中有一批既能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要，又能參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)近些年取得了相當(dāng)顯著的成績(jī)，但與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在20年左右的差距。[3]
國(guó)外包裝機(jī)械水平高的國(guó)家主要是美國(guó)、日本、德國(guó)。美國(guó)的包裝工業(yè)發(fā)展較早,門(mén)類齊全,基礎(chǔ)扎實(shí),水平很高。僅就包裝機(jī)械制造業(yè)而論,實(shí)力相當(dāng)雄厚,其品種與總產(chǎn)值均居世界首位。由于國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化,自選市場(chǎng)蓬勃興起,客觀上要求包裝機(jī)械沿著自動(dòng)化方向發(fā)展,并將電子計(jì)算機(jī)及其他有關(guān)新技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程。日本已建立起獨(dú)立的包裝工業(yè)體系,其包裝工業(yè)總產(chǎn)值約為美國(guó)的一半而躍居世界的第二位。日本擁有一批規(guī)模不大的包裝機(jī)械制造廠,側(cè)重于開(kāi)發(fā)中小型、半自動(dòng)的包裝機(jī)及配套設(shè)備,其技術(shù)水平好多已進(jìn)入國(guó)際的先進(jìn)行列。由政府資助的日本包裝技術(shù)協(xié)會(huì)主要搞技術(shù)情報(bào)交流。另外設(shè)有日本包裝機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì),它乃是本行業(yè)的全部業(yè)務(wù)活動(dòng)中心。而德國(guó)的包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)、制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位。德國(guó)包裝機(jī)械的77％為出口。中國(guó)是德國(guó)包裝機(jī)械的主要出口國(guó)。最著名的是克朗斯公司(KRONES)，2002年銷售額達(dá)到20億歐元，中國(guó)知名的啤酒企業(yè)都進(jìn)口過(guò)他們的設(shè)備[4]。最近幾年德國(guó)設(shè)備表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：
(1) 工藝流程自動(dòng)化程度越來(lái)越高。
(2) 提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。
(3) 適應(yīng)產(chǎn)品變化，設(shè)計(jì)具有好的柔性和靈活性。
(4) 成套供應(yīng)能力強(qiáng)。
(5) 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍使用仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。
我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)存在的問(wèn)題：研發(fā)經(jīng)費(fèi)少，技術(shù)力量薄弱。低水平重復(fù)太多。行業(yè)科技力量不足。國(guó)際貿(mào)易人員匱乏。應(yīng)變能力不強(qiáng)。
我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)：
(1) 生產(chǎn)效率化。①機(jī)械功能多元化。②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。③控制智能化。
(2) 資源的高利用化
(3) 產(chǎn)品節(jié)能化
(4) 新技術(shù)實(shí)用化
(5) 大力加強(qiáng)科研、開(kāi)發(fā)能力
我國(guó)裝機(jī)械既面臨著國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)和競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也面臨著巨大的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和較好的發(fā)展機(jī)遇。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體水平和綜合國(guó)力又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，國(guó)際國(guó)內(nèi)的環(huán)境都為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展提供良好的機(jī)遇[5]。
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求
運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展特別快，但是在膠帶機(jī)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力卻顯得上升乏力。運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品及技術(shù)在包裝機(jī)械上的作用主要是達(dá)到精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步的要求，主要用在裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是區(qū)別高、中、低端膠帶機(jī)包裝機(jī)械的關(guān)鍵因素之一，也是中國(guó)包裝機(jī)械升級(jí)的技術(shù)支撐。因此，需要對(duì)包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式做設(shè)計(jì)改善。經(jīng)過(guò)考慮現(xiàn)在包裝機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)后, 為了更好地實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的自動(dòng)化控制，改進(jìn)推包機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率而給定的。
推包機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)推送，回程全自動(dòng)一體化的一個(gè)機(jī)構(gòu)。它由推刨機(jī)構(gòu)，回程機(jī)構(gòu)以及電動(dòng)機(jī)組成?，F(xiàn)需要設(shè)計(jì)某一包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)，要求待包裝的工件先由輸送帶送到推包機(jī)構(gòu)的推頭的前方，然后由該推頭將工件由推至包裝工作臺(tái)，再進(jìn)行包裝。為了提高生產(chǎn)率，希望在推頭結(jié)束回程時(shí)，下一個(gè)工件已送到推頭的前方。這樣推頭就可以馬上再開(kāi)始推送工作。這就要求推頭在回程時(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。因而就要求推頭實(shí)現(xiàn)“平推—水平退回—下降—降位退回—上升復(fù)位”的運(yùn)動(dòng)。
我的設(shè)計(jì)是每5-6s包裝一個(gè)工件，且假定：滑塊移動(dòng)距離L=400mm, 推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離S=100mm, 推頭回程向下的距離H=50mm。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。
2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
2.1 方案的選擇
實(shí)現(xiàn)改推包機(jī)構(gòu)可以使用偏置滑塊機(jī)構(gòu)、往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)、盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)、雙凸輪機(jī)構(gòu)、搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)及組合機(jī)構(gòu)。
方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合
圖2-1 方案一的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
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：Error! No bookmark name given.
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)件接觸的兩個(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?yàn)檩d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)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
圖2-2 方案二的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
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)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
圖2-3 方案三的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
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。
2.2 凸輪及桿的設(shè)計(jì)
凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件或從動(dòng)件系統(tǒng)和機(jī)架組成，凸輪通過(guò)直接接觸將預(yù)定的運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)件。凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制裝置中，廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能在各種自動(dòng)機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗嬗袀鲃?dòng)、導(dǎo)引及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運(yùn)動(dòng)，以及暫時(shí)停留或各種步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；凸輪機(jī)構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運(yùn)動(dòng)；當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用作控制機(jī)構(gòu)時(shí)，可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)工作循環(huán)。因此凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造方法對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。
凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。一般可分為三類：
盤(pán)形凸輪：凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且有變化直徑的盤(pán)形構(gòu)件；
移動(dòng)凸輪：凸輪相對(duì)機(jī)架作直線移動(dòng)；
圓柱凸輪：凸輪是圓柱體，可以看成是將移動(dòng)凸輪卷成一圓柱體。
按從動(dòng)件的形狀分類；
① 頂尖式從動(dòng)件；
② 滾子式從動(dòng)件；
③ 平底式從動(dòng)件；
④ 曲底式從動(dòng)件。
按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類：
① 直動(dòng)從動(dòng)件。
② 擺動(dòng)從動(dòng)件；
按凸輪與從動(dòng)件維持運(yùn)動(dòng)副接觸的方式分類：
① 力封閉方式。
② 幾何形封閉方式。
膠印機(jī)中應(yīng)用最多的是盤(pán)形凸輪、滾子式從動(dòng)桿凸輪。
2.2.1 設(shè)計(jì)要求及計(jì)算
2.2.1.1 偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
行程速比系數(shù)K在1.2-1.5范圍內(nèi)選取
可由《機(jī)械原理》[6]曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式
k=1.2-1.5 其極位夾角的取值范圍為
在這范圍內(nèi)取極位夾角為
滑塊的行程 L=400 mm
偏置距離e選取240 mm
用圖解法求出各桿的長(zhǎng)度如下：（見(jiàn)圖2-4）
由已知滑塊的工作行程為400mm，作BB’ 為400mm，過(guò)點(diǎn)B作BB’所在水平面的垂線BP，過(guò)點(diǎn)B’作直線B’P交于點(diǎn)P，并使=。然后過(guò)B、B’、P三點(diǎn)作圓。因?yàn)橐阎鄀=240mm,所以作直線平行于直線BB’，向下平移240mm，與圓O’交于一點(diǎn)O，則O點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接OB、OB’，則 OB-OB’=2a，OB+OB’=2b。
從圖中量取得： OB=632.11mm OB’=302.89mm
則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=164.61mm 連桿b=467.5mm
圖2-4 連桿的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.2.1.2 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）
在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為S=100mm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100mm的地方作出其曲柄，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100mm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’’，則OA’’ ，A’’B’’為曲柄以及連桿在當(dāng)滑塊離最大推程距離為100mm時(shí)的位置。因?yàn)橐笸祁^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，，即凸輪的近休止角為。因?yàn)轭}目對(duì)推頭在返程cdea段的具體線路形狀不作嚴(yán)格要求，所以可以選定推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角的大小。
現(xiàn)選定推程角為，回程角，遠(yuǎn)休止角。
圖2-5 連桿的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
推頭回程向下的距離為30mm，因此從動(dòng)件的行程H=30mm。
由選定條件近休止角為推程角為回程角為遠(yuǎn)休止角為，h=50mm，基圓半徑為=60mm,從動(dòng)桿長(zhǎng)度為120mm，滾子半徑為=10mm。參考文獻(xiàn)《連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》[7]《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》[8]后，通過(guò)CAD軟件畫(huà)出凸輪輪廓線及機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖：
圖2-6 凸輪的外形
2.2.2 校核各桿的壓桿穩(wěn)定性
校核各桿中最長(zhǎng)桿即可，若最長(zhǎng)桿滿足抗彎強(qiáng)度要求，則其他桿更滿足強(qiáng)度要求。各桿中最長(zhǎng)桿是=467mm，規(guī)定壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為=10，由《材料力學(xué)》[9] P293頁(yè)公式 壓桿的臨界力為=
鋼的材料E=210GPa，I===，則
===6678.8N
n==6678.8/3.29=2030>,所以所設(shè)計(jì)的各桿滿足抗彎強(qiáng)度的要求。
2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度
各推桿采用圓形截面, D取為10mm,用45鋼,由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》[10] 表2-7 P25查得45鋼的抗拉強(qiáng)度=600MPa, =355 MPa，
由材料力學(xué)[9]公式（2.12）P29 A=πd2/4≥F/[σ] 代入數(shù)據(jù)求得d≥0.8×10-4m
所以所選桿的直徑滿足要求。
2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表8.3 P150選取凸輪的材料選為45鋼，調(diào)質(zhì)220~260HBS，=2HBS+70MPa，與其對(duì)應(yīng)的推桿表面淬火40~45HRC。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11] P152頁(yè)公式
式中：，凸輪的法向壓力，本設(shè)計(jì)中，由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知凸輪上所承受的所有物重約為6N，考慮其他因素如導(dǎo)桿上下滑動(dòng)時(shí)摩擦等，取Fn=20N；
：凸輪實(shí)際輪廓上接觸點(diǎn)處的曲率半徑，=80mm;
rr:滾子半徑，10mm
：從動(dòng)件接觸端滾子與凸輪的接觸寬度， 20mm;
:凸輪副材料接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力，取=72MPa；
：壽命系數(shù)，取為1；
：表面粗糙度系數(shù)，取=1；
：安全系數(shù)，取=1.1;
=65.45 MPa;
代入數(shù)據(jù)可得：σH=63.66 MPa<65.45 MPa,所以滿足強(qiáng)度要求。
綜上，所設(shè)計(jì)的凸輪滿足要求。
2.3 減速器概述
減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪—蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用在動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)之間作為減速的傳動(dòng)裝置；在少數(shù)場(chǎng)合下也用作增速的傳動(dòng)裝置，這時(shí)就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用很廣。
減速器類型很多，按傳動(dòng)級(jí)數(shù)主要分為：?jiǎn)渭?jí)、二級(jí)、多級(jí)；按傳動(dòng)件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。
電動(dòng)機(jī)
聯(lián)軸器
高速軸
低速軸
圖2-7 減速器系統(tǒng)框圖
以下對(duì)幾種減速器進(jìn)行對(duì)比：
(1) 圓柱齒輪減速器
當(dāng)傳動(dòng)比在8以下時(shí)，可采用單級(jí)圓柱齒輪減速器。大于8時(shí)，最好選用二級(jí)(i=8—40)和二級(jí)以上(i>40)的減速器。單級(jí)減速器的傳動(dòng)比如果過(guò)大，則其外廓尺寸將很大。二級(jí)和二級(jí)以上圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置形式有展開(kāi)式、分流式和同軸式等數(shù)種。展開(kāi)式最簡(jiǎn)單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對(duì)稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊的軸承受力不等。為此，在設(shè)計(jì)這種減速器時(shí)應(yīng)注意：1)軸的剛度宜取大些；2)轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻；3)采用斜齒輪布置，而且受載大的低速級(jí)又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開(kāi)好。這種減速器的高速級(jí)齒輪常采用斜齒，一側(cè)為左旋，另一側(cè)為右旋，軸向力能互相抵消。為了使左右兩對(duì)斜齒輪能自動(dòng)調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應(yīng)能作小量游動(dòng)。同軸式減速器輸入軸和輸出軸位于同一軸線上，故箱體長(zhǎng)度較短。但這種減速器的軸向尺寸較大。
圓柱齒輪減速器在所有減速器中應(yīng)用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至40 000kW，圓周速度也可從很低至60m/s-70m/s，甚至高達(dá)150m/s。傳動(dòng)功率很大的減速器最好采用雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式。這兩種布置方式可由兩對(duì)齒輪副分擔(dān)載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動(dòng)尺寸。設(shè)計(jì)雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法采取自動(dòng)平衡裝置使各對(duì)齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動(dòng)軸承和彈性支承。
圓柱齒輪減速器有漸開(kāi)線齒形和圓弧齒形兩大類。除齒形不同外，減速器結(jié)構(gòu)基本相同。傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比相同時(shí)，圓弧齒輪減速器在長(zhǎng)度方向的尺寸要比漸開(kāi)線齒輪減速器約30％。
(2) 圓錐齒輪減速器
它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場(chǎng)合。二級(jí)和二級(jí)以上的圓錐齒輪減速器常由圓錐齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪傳動(dòng)組成，所以有時(shí)又稱圓錐—圓柱齒輪減速器。因?yàn)閳A錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，為了使它受力小些，常將圓錐面崧，作為，高速極：山手面錐齒輪的精加工比較困難，允許圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器廣。
(3) 蝸桿減速器
主要用于傳動(dòng)比較大(j>10)的場(chǎng)合。通常說(shuō)蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸小，這只是對(duì)傳減速器的傳動(dòng)比較大的蝸桿減速器才是正確的，當(dāng)傳動(dòng)比并不很大時(shí)，此優(yōu)點(diǎn)并不顯著。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動(dòng)的場(chǎng)合。
蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時(shí)最好采用蝸桿在下式，這時(shí)，在嚙合處能得到良好的潤(rùn)滑和冷卻條件。但蝸桿圓周速度大于4m/s時(shí)，為避免攪油太甚、發(fā)熱過(guò)多，最好采用蝸桿在上式。
(4) 齒輪-蝸桿減速器
它有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸桿傳動(dòng)在高速級(jí)兩種布置形式。前者結(jié)構(gòu)較緊湊，后者效率較高?！?
通過(guò)比較，我們選定圓柱齒輪減速器。
2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇
2.4.1 初步確定負(fù)載推力
假設(shè)物體重是20kg，摩擦系數(shù)為0.5，則外力為100N。
穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)下凸輪主軸所需功率：
凸輪主軸轉(zhuǎn)速為：12r/min
凸輪主軸上的轉(zhuǎn)矩：
初選聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器，滾動(dòng)軸承為滾子軸承，傳動(dòng)齒輪為閉式軟齒面圓柱齒輪，因其速度不高，選用7級(jí)精度(GB10095-88)，則機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率分別如下：
彈性柱銷聯(lián)軸器： = 0.99
滾子軸承： = 0.98
閉式圓柱齒輪（7級(jí)）：= 0.98
所以，電動(dòng)機(jī)至工件主軸之間的總效率為：
= 0.99×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98
= 0.877
所以電動(dòng)機(jī)所需功率為
合理的選擇電動(dòng)機(jī)是正確使用的先決條件。選擇恰當(dāng)，電動(dòng)機(jī)就能安全、經(jīng)濟(jì)，選擇得不合適，輕者造成浪費(fèi)，重者燒毀電動(dòng)機(jī)。選擇電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容包括很多，例如電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、防護(hù)形式、結(jié)構(gòu)形式等，但是結(jié)合農(nóng)村具體情況，需要選擇的通常只是功率、轉(zhuǎn)速、防護(hù)形式等幾項(xiàng)比較重要的內(nèi)容，因此在這里介紹一下電動(dòng)機(jī)的選擇方法及使用。
2.4.2 電動(dòng)機(jī)選擇步驟
電動(dòng)機(jī)的選擇一般遵循以下三個(gè)步驟：
2.4.2.1 型號(hào)的選擇
電動(dòng)機(jī)的型號(hào)很多，通常選用異步電動(dòng)機(jī)。從類型上可分為鼠籠式與繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩種。常用鼠籠式的有J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型異步電動(dòng)機(jī)和JS、JSQ系列中型異步電動(dòng)機(jī)。繞線式的有JR、JR O2系列小型繞線式異步電動(dòng)機(jī)和JRQ系列中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)。
從電動(dòng)機(jī)的防護(hù)形式上又可分為以下幾種：
(1) 防護(hù)式。這種電動(dòng)機(jī)的外殼有通風(fēng)孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向成45o以內(nèi)掉進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，它的通風(fēng)性能比較好，價(jià)格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用?！癑”系列電動(dòng)機(jī)就屬于這種防護(hù)形式。
(2) 封閉式。這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個(gè)封閉的機(jī)殼內(nèi)，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但它的密封不很嚴(yán)密，所以還不能在水中工作，“JO”系列電動(dòng)機(jī)屬于這種防護(hù)形式。在農(nóng)村塵土飛揚(yáng)、水花四濺的地方（如農(nóng)副業(yè)加工機(jī)械和水泵）廣泛地使用這種電動(dòng)機(jī)。
(3) 密封式。這種電動(dòng)機(jī)的整個(gè)機(jī)體都嚴(yán)密的密封起來(lái)，可以浸沒(méi)在水里工作，農(nóng)村的電動(dòng)潛水泵就需要這種電動(dòng)機(jī)。
實(shí)際上，農(nóng)村用來(lái)帶動(dòng)水泵、機(jī)磨、脫粒機(jī)、扎花機(jī)和粉碎機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的小型電動(dòng)機(jī)大多選用JO、JO2系列電動(dòng)機(jī)。
在特殊場(chǎng)合可選用一些特殊用途的電動(dòng)機(jī)。如JBS系列小型三相防爆異步電動(dòng)機(jī)，JQS系列井用潛水泵三相異步電動(dòng)機(jī)以及DM2系列深井泵用三相異步電動(dòng)機(jī)[12]。
2.4.2.2 功率的選擇
一般機(jī)械都注明應(yīng)配套使用的電動(dòng)機(jī)功率，更換或配套時(shí)十分方便，有的農(nóng)業(yè)機(jī)械注明本機(jī)的機(jī)械功率，可把電動(dòng)機(jī)功率選得比它大10%即可（指直接傳動(dòng)）。一些自制簡(jiǎn)易農(nóng)機(jī)具，我們可以憑經(jīng)驗(yàn)粗選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，用測(cè)得的電功率來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)功率。
電動(dòng)機(jī)的功率不能選擇過(guò)小，否則難于啟動(dòng)或者勉強(qiáng)啟動(dòng)，使運(yùn)轉(zhuǎn)電流超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱以致燒損。電動(dòng)機(jī)的功率也不能選擇太大，否則不但浪費(fèi)投資，而且電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，其功率和功率因數(shù)都不高，造成功率浪費(fèi)。
選擇電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，還要兼顧變壓器容量的大小，一般來(lái)說(shuō)，直接啟動(dòng)的最大一臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī)，功率不宜超過(guò)變壓器容量的1/3。
2.4.2.3 轉(zhuǎn)速的選擇
選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量與工作機(jī)械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動(dòng)，這樣既可以避免傳動(dòng)損失，又可以節(jié)省占地面積。若一時(shí)難以買(mǎi)到合適轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，可用皮帶傳動(dòng)進(jìn)行變速，但其傳動(dòng)比不宜大于3。異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般要低2%～5%，在功率相同的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低體積越大，價(jià)格也越高，而且功率因數(shù)與效率較低；高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)也有它的缺點(diǎn)，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小而啟動(dòng)電流大，拖動(dòng)低轉(zhuǎn)速的農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)傳動(dòng)不方便，同時(shí)轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)軸承容易磨損。
我的設(shè)計(jì)是5s左右包裝一個(gè)工件，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)，在《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》[10]中查常用電動(dòng)機(jī)規(guī)格，根據(jù)負(fù)載阻力或阻力矩、傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率推算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，按0.3~0.5倍負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。一般傳動(dòng)比不宜過(guò)大，在此取i=2.5，則電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為30r/min。由《步進(jìn)電機(jī)在制袋式包裝機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用》[13]初先電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為55BF001，其參數(shù)如下：
表2-1 電機(jī)的選取
電機(jī)型號(hào)
相數(shù)
步距角/度
電壓/V
相電流/A
最大靜轉(zhuǎn)矩/N*m(kgf*cm )
最高空載啟動(dòng)頻率/Hz
55BF001
3
7.5/15
27
2.5
0.372(3.8)
750
運(yùn)行頻率/Hz
分配方式
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/10-5kg*m2
質(zhì)量/kg
外徑
長(zhǎng)度
軸徑
12000
三相六拍
0.647
0.8
45
70
6
2.4.3 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配
總傳動(dòng)比
2.4.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
各軸轉(zhuǎn)速： =
=
各軸輸入功率：
各軸輸入轉(zhuǎn)矩：
2.5 齒輪的設(shè)計(jì)
齒輪傳動(dòng)的適用范圍很廣，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s(最高300m/s)，直徑能做到10m以上，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)8或更大，因此在機(jī)器中應(yīng)用很廣。
2.5.1 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)與分類
和其他機(jī)械傳動(dòng)比較，齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。缺點(diǎn)是：齒輪制造需專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度低時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大；不宜用于軸間距離大的傳動(dòng)等。
按齒線相對(duì)于齒輪母線方向分：直齒，斜齒，人宇齒，曲線齒
按齒輪傳動(dòng)工作條件分：閉式傳動(dòng)，形式傳動(dòng)，半形式傳動(dòng)
按齒廓曲線分：漸開(kāi)線齒，擺線齒，圓弧齒
按齒面硬度分：軟齒面(≤350佃)，硬齒面(>350佃)
2.5.2 齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求
齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足兩項(xiàng)基本要求:1)傳動(dòng)平穩(wěn);2)承載能力高。
在齒輪設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強(qiáng)度、制造精度、加工方法以及熱理工藝等，基本上都是圍繞這兩個(gè)基本要求進(jìn)行的。
2.5.2.1 主要參數(shù)
A 基本齒廓。漸開(kāi)線齒輪輪齒的基本齒廓及其基本參數(shù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。
B 模數(shù)。為了減少齒輪刀具種數(shù)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。
C 中心距。薦用的中心距系列查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]。
D 傳動(dòng)比i、齒數(shù)比u。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nl與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2之比稱為傳動(dòng)比i。大齒輪的齒數(shù)z2與小齒輪齒數(shù)z1之比稱為齒數(shù)比u。減速傳動(dòng)時(shí)，u=i；增速傳動(dòng)u=1/i 。
E 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m：①斜齒輪及人宇齒輪取法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，錐齒輪取大端模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。②標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先采用第一系列，括號(hào)內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。
F 變位系數(shù)。刀具從切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動(dòng)某一徑向距離(通稱變位量)后切制的齒輪，稱為徑向變位系數(shù)。刀具變位量用xm表示，x稱為變位系數(shù)。刀具向齒輪中心移動(dòng)，x為負(fù)值，反之為正值。隨著x的改變，輪齒形狀也改變，因而可使?jié)u開(kāi)線上的不同部分作為工作齒廓，以改善嚙合性質(zhì)。由變位齒輪所組成的齒輪傳動(dòng)，若兩輪變位系數(shù)的絕對(duì)值相等，但一為正值，另一為負(fù)值，即x1=-x2稱為“高度變位”，此時(shí)，傳動(dòng)的嚙合角等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓重合，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)中心距，只是齒頂高和齒根高有所變化。若x1=-x2；x1+x2≠0，這種齒輪傳動(dòng)稱為角度變位齒輪傳動(dòng)。此時(shí)，嚙合角將不等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓不再重合。
2.5.2.2 精度等級(jí)的選擇
在漸開(kāi)線圓柱齒輪和錐齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)(GBl0095—-88和GBll365—89)中，規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，按精度高低依次為1—12級(jí)，根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同，每個(gè)精度等級(jí)的各項(xiàng)公差相應(yīng)分成三個(gè)組：第Ⅰ公差組、第Ⅱ公差組和第Ⅲ公差組。
2.5.2.3 齒輪傳動(dòng)的失效形式
齒輪傳動(dòng)的失效形式主要有輪齒折斷和齒面損傷兩類。齒面損傷又有齒面接觸疲勞磨損(點(diǎn)蝕)、膠合、磨粒磨損和塑性流動(dòng)等。
減速器中齒輪分布如圖所示，齒輪的傳動(dòng)形式一般有：
(1) 齒輪傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式作齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，不按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式計(jì)算，也無(wú)需用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，將計(jì)算所得模數(shù)加大10%-15%（考慮磨損影響。傳遞動(dòng)力的齒輪模數(shù)一般不小于1.5-2mm（以防意外斷齒）。
(2) 齒輪傳動(dòng)：方法一：軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)，接觸疲勞點(diǎn)蝕是主要失效形式，計(jì)算時(shí)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出小齒輪直徑d1和接觸齒寬b，再用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)計(jì)算時(shí)先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m和接觸齒寬b，再用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。
方法二：不論軟硬齒面都分別按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m,按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出小齒輪分度圓直徑d1，再按d1=mZ1調(diào)整齒數(shù)Z1。與方法一相比，這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既剛好滿足接觸疲勞強(qiáng)度，又剛好滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，所以結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
2.5.3 齒輪組的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核
標(biāo)準(zhǔn)減速器中齒輪的齒寬系數(shù)=b/a（其中a為中心距）
對(duì)于一般減速器取齒寬系數(shù) =0.6
2.5.3.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
(1) 選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，四個(gè)齒輪均為斜齒，有利于保障傳動(dòng)的平穩(wěn)性；
(2) 推包機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095—88）；
(3) 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10—1選擇小齒輪材料為40（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
(4) 初選小齒齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)為=2.5 =50。
2.5.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
A 確定公式內(nèi)的數(shù)值
(1) 試選載荷系數(shù)=1.6，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—30選取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.433
(2) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—26查得 =0.771 =0.980 所以 =1.751
(3) 外嚙合齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù) =0.5×(1+u)× =0.5(1+2.5)×0.6=1.05
(4) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10—6得材料的彈性影響系數(shù) =189.8
(5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10—21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 =600；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 =550
(6) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60nj=60×77.628×1×(2×8×300×10)=2.235×
同理 =7.825×
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.97 =1.096
(7) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為 S=1.05 ，則
= /S=554.3
= /S=574
所以 ==564.15
B 齒輪數(shù)據(jù)計(jì)算
(1) 小齒輪分度圓直徑
所以 =45.753mm
(2) 計(jì)算圓周速度
v==0.935m/s
(3) 計(jì)算齒寬b及模數(shù)
b==46.07mm
==2.05mm
h=2.25×=4.5mm
螺旋角β= b/h=9.895
(4) 計(jì)算縱向重合度
=0.318tanβ=1.713
(5) 計(jì)算載荷系數(shù) K
已知使用系數(shù)=1，根據(jù)v=0.935m/s ，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.042；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-4查得，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-13得；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-3得，所以 載荷系數(shù) K ==1.866
(6) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
=44.92mm
(7) 計(jì)算模數(shù)
mm 圓整為2mm
2.5.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
A 確定計(jì)算參數(shù)
(1) 計(jì)算載荷系數(shù)
K ==1.774
(2) 由縱向重合度=1.713，查得螺旋角影響系數(shù)=0.8846
(3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
同理 =54.52
(4) 查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]表10-5查得齒形系數(shù)；
應(yīng)力校正系數(shù)； =1.779
(5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
(6) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ；
(7) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4；則
； 同理=257.86
(8) 計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較
=0.012927 =0.015192
大齒輪的數(shù)值大
B 法面模數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
=2.069mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取=2.0mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
=21.385 取=21 則==52.5
C 幾何尺寸計(jì)算
(1) 計(jì)算中心距
a=mm 圓整為 74 mm
(2) 按圓整的中心距修正螺旋角
因β值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
(3) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
=41.03mm 同理 =102.24mm
(4) 計(jì)算齒輪寬度
b==46.60mm 圓整后取=45mm =50mm
2.5.3.4 齒輪組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒根圓直徑為 60.944mm
mm
齒頂圓直徑為 mm
mm
2.6 軸的設(shè)計(jì)
機(jī)器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來(lái)支承，才能正常工作，因此軸是機(jī)械中不可缺少的重要零件。本章將討論軸的類型、軸的材料和輪轂聯(lián)接，重點(diǎn)是軸的設(shè)計(jì)問(wèn)題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理確定軸的形狀和尺寸，它除應(yīng)考慮軸的強(qiáng)度和剛度外，還要
收藏