包裝機推包機構(gòu)運動方案設(shè)計

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1、一、 設(shè)計題目 2 二、 設(shè)計方案的選定 3 三、 機構(gòu)的設(shè)計 6 1、 偏置滑塊機構(gòu)的設(shè)計 6 2、 直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 7 四、 電動機的選定及傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計 9 1、電動機轉(zhuǎn)速、功率的確定 9 2、傳動系統(tǒng)的設(shè)計 五、 小結(jié)以及對這次課程設(shè)計的心得體會 12 六、 參考文獻 12 一、設(shè)計題目 現(xiàn)需要設(shè)計某一包裝機的推包機構(gòu)，要求待包裝的工件1（見 圖1）先由輸送帶送到推包機構(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），再進行包裝。為了提高生 產(chǎn)率，希望在推頭2結(jié)束回程（由b至a）時，下一個工件已送 到推頭2的前方

2、。這樣推頭2就可以馬上再開始推送工作。這就 要求推頭2在回程時先退出包裝工作臺，然后再低頭，即從臺面 的下面回程。因而就要求推頭 2按圖示的abcde線路運動。即實 現(xiàn)“平推一水平退回一下降一降位退回一上升復(fù)位”的運動。 設(shè)計數(shù)據(jù)與要求： 要求每5-6s包裝一個工件，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，推包機由電動 機推動 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間，提高工效。至于 “ cdea'部分的線路形狀不作嚴格要求。 圖1推包機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件運動要求 、設(shè)

3、計方案的選定 方案一：雙凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)的組合，（見圖2） 圖2雙凸輪機構(gòu)與搖桿機構(gòu)滑塊機構(gòu)的組合 方案一的運動分析和評價： 該機構(gòu)由凸輪1和凸輪2,以及5個桿組成。機構(gòu)一共具有7 個活動構(gòu)件。機構(gòu)中的運動副有 7個轉(zhuǎn)動副，4個移動副以及兩 個以點接觸的高副。其中機構(gòu)的兩個磙子存在兩個虛約束。由此 可知： 機構(gòu)的自由度 F=3 n-2PI+Ph-p' =1 機構(gòu)中有一個原動件，原動件的個數(shù)等于該機構(gòu)的自由度。 所以，該機構(gòu)具有確定的運動。在原動件凸輪 1帶動桿3會在一 定的角度范圍內(nèi)搖動。通過連桿 4推動桿5運動，然后連桿6在 5的推動下帶動推頭做水平的往返運動，從而

4、實現(xiàn)能推動被包裝 件向前運動。同時凸輪2在推頭做回復(fù)運動的時候通過向上推動 桿7,使連桿的推頭端往下運動，從而實現(xiàn)推頭在給定的軌跡中 運動。該機構(gòu)中除了有兩個凸輪與從動間接觸的兩個高副外，所 有的運動副都是低副。在凸輪與從動件的接觸時，凸輪會對從動 件有較大的沖擊，為了減少凸輪對從動件沖擊的影響，在設(shè)計過 程中把從動件設(shè)計成為滾動的從動件，可以間接增大機構(gòu)的承載 能力。同時，凸輪是比較大的工件，強度比較高，不需要擔心因 為載荷的過大而出現(xiàn)機構(gòu)的斷裂。在整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)過程中，原 動件1是一個凸輪，凸輪只是使3在一定角度的往復(fù)擺動，而對 整個機構(gòu)的分析可知，機構(gòu)的是設(shè)計上不存在運轉(zhuǎn)的死角，機構(gòu)

5、可以正常的往復(fù)運行。機構(gòu)中存在兩個凸輪，不但會是機構(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，不利于實現(xiàn)大的載荷。而整個機構(gòu)連接不夠緊湊，占空 間比較大。 方案二：偏執(zhí)滑塊機構(gòu)與盤形凸輪機構(gòu)組合，（見圖3） 圖3偏置滑塊機構(gòu)與盤形凸輪 機構(gòu)的組合 方案二的運動分析和評價： 方案二的機構(gòu)主要是由一個偏置滑塊機構(gòu)以及一個凸輪機構(gòu) 組合而成的。偏置滑塊機構(gòu)主要是實現(xiàn)推頭的往復(fù)的直線運動， 從而實現(xiàn)推頭在推包以及返回的要求。而凸輪機構(gòu)實現(xiàn)的是使推 頭在返程到達C點的時候能夠按照給定的軌跡返回而設(shè)計的。這 個組合機構(gòu)的工作原理主要是通過電動機的轉(zhuǎn)動從而帶動

6、曲柄 2 的回轉(zhuǎn)運動，曲柄在整周回轉(zhuǎn)的同時帶動連桿 3在一定的角度內(nèi) 擺動，而滑塊4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)的直線運動，從而帶動連 著推頭的桿運動，完成對被包裝件的推送過程。在推頭空載返回 的過程中，推頭到達C點時，凸輪的轉(zhuǎn)動進入推程階段，使從動 桿往上運動，這時在桿5和桿6連接的轉(zhuǎn)動副就成為一個支點， 使桿6的推頭端在從動件的8的推動下向下運動，從而使推頭的 返程階段按著給定的軌跡返回。這個機構(gòu)在設(shè)計方面，凸輪與從 動見的連接采取滾動從動件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但 能夠讓從動件與凸輪之間的連接更加緊湊，而且因為采用了滾動 從動件，能使減輕凸輪對它的沖擊，從而提高了承載能力。而采 用的偏

7、置滑塊機構(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間，提高工作效率。但此 機構(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, 因此成本會比較高。 方案三：偏置滑塊機構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機構(gòu)的組合，（見圖 4） 方案三的運動分析和評價： 用偏置滑塊機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)，偏置滑塊機構(gòu)與往 復(fù)移動凸輪機構(gòu)的組合（圖4）。此方案通過曲柄1帶動連桿2使 滑塊4實現(xiàn)在水平方向上的往復(fù)直線運動，在回程時，當推頭到 達C點，在往復(fù)移動凸輪機構(gòu)中的磙子會在槽內(nèi)相右上方運動， 從而使桿7的推頭端在偏置滑塊和往復(fù)移動凸輪的共同作用下沿 著給定的軌跡返回。在此方案

8、中，偏置滑塊機構(gòu)可實現(xiàn)行程較大 的往復(fù)直線運動，且具有急回特性，同時利用往復(fù)移動凸輪來實 現(xiàn)推頭的小行程低頭運動的要求，這時需要對心曲柄滑塊機構(gòu)將 轉(zhuǎn)動變換為移動凸輪的往復(fù)直線運動。但是，此機構(gòu)所占的空間 很大，切機構(gòu)多依桿件為主，結(jié)構(gòu)并不緊湊，抗破壞能力較差， 對于較大載荷時對桿件的剛度和強度要求較高。 會使的機構(gòu)的有 效空間白白浪費。并且由于四連桿機構(gòu)的運動規(guī)率并不能按照所 要求的運動精確的運行只能以近似的規(guī)律進行運動。 綜合對三種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對不是太復(fù)雜，而且 能滿足題目的要求，最終我選擇方案二。 三、機構(gòu)的設(shè)計 1、偏置滑塊機構(gòu)的設(shè)計 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度如下：（見圖5） 100 由已知滑塊的工作行程為100mm,作BB'為100mm,過點 B作BB'所在水平面的垂線BP,過點B'作直線作直線B' P交 于點P,并使 BPB'=25o。然后過B、B'、P三點作圓。因為 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O,貝U O點為曲柄的支點，連接OB、OB', OB-OB' =2a OB+OB ' =2b 從圖中量取得： AB=151.32mm AB' =61.86mm 則可知曲柄滑塊機構(gòu)的：曲柄 a=44.73mm連桿b=106.59mm 到此，機構(gòu)組合的曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計完畢。 2、直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 用作圖法求出凸輪的推程角，遠休止角，回程角，近休止角。 （見下圖） 因為題目要求在推頭在返程階段到達離最大推程距離為 25mm時，要求推頭從按照給定的軌跡，從下方返回到起點。 因此可利用偏置滑塊機構(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，以通過量取曲 柄的轉(zhuǎn)動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B為25mm的地方作點B''； 2） 過點B''作直線A' ' B''交圓O于點A''，并使 A' ' B'' =AB ; 3） 連接OA'',貝U OA' ' , A' ' B''為曲柄以及連桿 在當滑塊離最大推程距離為25mm時的位置。 因為題目要求推頭的軌跡在 abc段內(nèi)實現(xiàn)平推運動，因此即凸 輪近休止角應(yīng)為曲柄由 A'轉(zhuǎn)動到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、因為題目對推頭在返程 cdea段的具體 90 線路形狀不作嚴格要求，所以可以選定推程角，遠休止角，回 程角的大小。 選定推程角為0 —，回程角s ?生遠休止角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 遠休止角 o' , h=30mm ,基圓半徑r0 50mm,從動桿長度為 40mm, 9 滾子半徑rr 5 mm。通過軟件輸入?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 — — 評吃 — F1 10 120.1 90UB&O1 4rT^0h4  通過軟件輸出凸輪輪廓線及機構(gòu)簡圖如下圖: 四、電動機的選定及傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計 1、電動機轉(zhuǎn)速、功率的確定 題目要求 5-6s包裝一個件，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)速的電動機，查 常用電動機規(guī)格，選用丫160L-8型電動機，其轉(zhuǎn)速為720r/min, 功率為7.5kW。 2、傳動系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的輸入輸出傳動比i ii i2 5 12 60 i 720 60

14、 ,即 12 要求設(shè)計出一個傳動比i 60的減速器，使輸出能達到要求 的轉(zhuǎn)速。 其傳動系統(tǒng)設(shè)計如下圖：電動機連接一個直徑為10的皮帶輪 2，經(jīng)過皮帶的傳動傳到安裝在二級減速器的輸入段， 這段皮 帶傳動的傳動比為i1 50 5，此時轉(zhuǎn)速為-720 144r/min。 10 5 從皮帶輪1輸入到一個二級減速器，為了帶到要求的傳動比， 設(shè)計齒輪齒數(shù)為， 乙 15,Z2 60, Z3 15,Z4 45。 驗算二級減速器其傳動比i2 型佟 12 乙 Z3 15 15 整個傳動系統(tǒng)的傳動比i h i2 5 12 60 則電動機轉(zhuǎn)速經(jīng)過此傳動系統(tǒng)減速后能滿足題目要求推包機 構(gòu)主動件的轉(zhuǎn)

15、速。 至此，包裝機推包機構(gòu)的機構(gòu)以及傳動系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)設(shè)計完畢 推包機構(gòu)的總裝配簡圖如下: 五、小結(jié)以及對這次課程設(shè)計的心得體會 通過這次課程設(shè)計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的 課程設(shè)計，我進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，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉 及的實際問題的能力。對平面連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)有了更加深刻 的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。 其次通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了怎樣去研究設(shè)計一

16、個從來 沒接觸過的機械機構(gòu)。學(xué)會了一步一步地去了解一個沒接觸過的 機構(gòu)的運動規(guī)律，運動要求，根據(jù)要求設(shè)計出一個符合要求的運 動機構(gòu)。這都將為我以后參加工作實踐有很大的幫助。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)計能提高我們的自 主設(shè)計能力，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。 這次課程設(shè)計我投入了不少時間和精力，我覺得這是完全值 得的。因為感覺通過這次課程設(shè)計我獨立思考能力得到了進一步 的加強。 六、參考文獻 1、 《機械原理》王知行，劉延榮主編，高等教育出版社, 2、 《機械原理課程設(shè)計》陸鳳儀主編，機械工業(yè)出版社, 3、 《機械原理課程設(shè)計》鄒慧君主編，高等教育出版社, 2000 2002 1998