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1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 产品包装生产线（方案 4 ） 院 系： 机电工程学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 陈照波 设计时间： 2013 年 7 月 1 日-7 月 7 日 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓 名： 院 （系）：机电工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化 班 号：任务起至日期： 2013 年 7 月 1 日至 2013 年 7 月 7 日课程设计题目： 产品包装生产线 (方案 4)已知技术参数和设计要求：工作量： 工作计划安排：同组设计者及分工：指导教
2、师签字_年 月 日 教研室主任意见：教研室主任签字_年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写哈尔滨工业大学课程设计说明书1. 题目要求如图 1 所示，输送线 1 上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=600*200*200 采取步进式输送方式，送第一包和第二包产品至托盘 A 上（托盘 A 上平面与输送线 1 的上平面同高）后，每送一包产品托盘 A 下降 200mm，当第三包产品送到以后，托盘 A 上升 400mm，然后，把产品推入输送线 2。原动机转速为 1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线 2 分别输送 9、18、24 件小包装产品。图 1 产品包装生产线（方案 4）功能
3、简图2. 题目解答（1） 工艺动作分析由题目可以看出，产品包装线共由 3 个执行机构组成。其中，控制产品在输送线1 上作步进运动的是执行机构 1，在 A 处控制产品上升、下降的是执行机构 2，在 A处把产品推到输入线 2 的是执行机构 3，三个执行构件的运动协调关系如图 2 所示。下图中 T1 为执行构件 1 的工作周期，T 2 是执行构件 2 的工作周期，T 3 是执行构件 3 的工作周期，T 3是执行构件 3 的动作周期。由图 2 可以看出，执行构件 1 是作连续往复移动的，而执行构件 2 则有一个间歇往复运动，执行构件 3 作一个间歇往复运动。三个执行构件的工作周期关系为：3T 1= T
4、2= T3。T2T1执行构件 运动情况执行构件1进 退 进 退 进 退 进执行构件2休 降 休 降 休 升 休 休执行构件3停 进 退 停T3哈尔滨工业大学课程设计说明书图 2 产品包装生产线运动循环图（2） 运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，驱动执行构件 1 工作的执行机构应该具有运动功能如图 3 所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件 1）往复运动一次，主动件的转速分别为 9、18、24 rpm。9、18、24 rpm图 3 执行构件 1 的运动功能由于电动机转速为 1430rpm，为了在执行机构 1 的主动件上分别得到
5、12、18、26 rpm的转速，则由电动机到执行机构 1 之间的传动比 iz 有 3 种分别为：iz1= = 158.8914309iz2= = 79.4444143018iz3= = 59.58143024总传动比由定传动比 ic 与变传动比 iv 组成，满足以下关系式：iz1 = ic*iv1iz2=ic*iv2iz3=ic*iv3三种传动比中 iz1 最大，i z3 最小。由于定传动比 ic 是常数，因此 3 种传动比中 iv1 最大，i v3最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于 4，即：iv1=4则有：ic= = 39.72 1 1 故定传动比的其他值为：= = 2.00
6、2 2 = = 1.503 3 于是，有级变速单元如图 4：i = 4, 2.0, 1.5图 4 有级变速运动功能单元为保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护哈尔滨工业大学课程设计说明书运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护能力，还具有减速功能，如图 5 所示。i=2.5图 5 过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为i = = 15.9 2.5减速运动功能单元如图 6 所示。i=15.9图 6 执行机构 1 的运动功能根据上述运动功
7、能分析，可以得到实现执行构件 1 运动的功能系统图，如图 7 所示。1430rpm i=2.5 i=4,2.0,1.5 i=15.9图 7 实现执行构件 1 运动的运动功能系统图为了使用同一原动机驱动执行构件 2，应该在图 7 所示的运动功能系统图加上个运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件 2，该运动分支功能单元如图 8 所示。执行构件 2 有一个间歇单向转动。执行构件 3 有一个执行运动，为间歇往复移动，其运动方向与执行构件 1 的运动方向垂直。为了使执行构件 2 和执行构件 3 的运动和执行构件 1 的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，同时该运动单元具有减速
8、的作用，传动比 i=3,如图 9 所示。图 8 运动分支功能单元 1i=3图 9 运动传动方向转换的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成两个运动分支分别驱动执行构件2 的运动和执行构件 3 的一个运动。因此，需要加一个运动分支功能分支单元，如图 10 所示。执行构件 1哈尔滨工业大学课程设计说明书图 10 运动分支功能单元 2执行构件 2 的一个运动是间歇往复移动，可以通过一个运动单元将连续转动转换成间歇往复移动。如图 11 所示。图 11 连续转动转换为间歇往复移动的运动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件 1 和执行构件 2 运动功能的运动功能系统图，如图 12所
9、示。1430rpm i=2.5 i=4,2.0,1.5 i=15.9图 12 执行构件 1、2 的运动功能系统图执行构件 3 需要进行间歇往复移动，为此，需要将连续转动转换为间歇转动。由图 2可以看出，执行构件 3 在一个工作周期内，其间歇时间很长，运动时间很短。因此，需要采用一个间歇运动单元，再采用一个连续转动的放大单元，其运动功能单元如图 13 所示。图 13 间歇运动和连续转动放大单元然后，再把该运动功能单元输出地运动转换为往复移动，其运动功能单元如图 14 所示。图 14 往复移动运动单元根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图 15 所示。执行构件 1执行构件 2哈尔滨工
10、业大学课程设计说明书图 15 产品包装生产线运动功能系统图（3） 系统运动方案拟定根据图 15 所示的运动功能系统图,选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元,便可拟定出机械系统运动方案。图 15 中的运动功能单元 1 是原动机。根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图 16 所示。图 16 电动机替代运动功能单元 1图 15 中的运动功能单元 2 是过载保护单元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图17 所示。图 17 带传动替代运动单元 2图 15 中的运动功能单元 3 是有级变速功能单元，可以选择滑移齿轮变速传动替代，如1 2 3 45 67 8 9执行构
11、件 1执行构件 2执行构件 310 11 121430rpm12哈尔滨工业大学课程设计说明书图 18 所示。图 18 滑移齿轮替代运动功能单元 3图 15 中的运动功能单元 4 是减速功能，可以选择 2 级齿轮传动代替，如图 19 所示。图 19 2 级齿轮传动替代运动功能单元 4图 15 中运动功能单元 5 是运动分支功能单元，可以用运动功能单元 7 锥齿轮传动的主动轮、运动功能单元 6 导杆滑块结构的曲柄与运动功能单元 4 的运动输出齿轮固连替代，如图 20 所示。图 20 2 个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元 5i = 4, 2.0,1.53i = 14.345哈尔滨工业大学课
12、程设计说明书图 15 中的运动功能单元 6 将连续传动转换为往复移动，可以选择导杆滑块机构替代，如图 21 所示。图 21 导杆滑块机构替代运动功能单元 6图 15 中的运动功能单元 7 是运动传递方向转换功能和减速运动功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图 22 所示。图 22 圆锥齿轮传动替代减速运动功能单元 7运动单元 8 的类型与运动单元 5 相同。图 15 中运动功能单元 9 将连续传动转换为间歇往复移动，可以选用凸轮机构固联来完成要求。如图 23 所示。图 23 凸轮机构固联替代功能单元 9图 15 中运动功能单元 10 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代
13、。该运动功能单元的运动系数为67i=39哈尔滨工业大学课程设计说明书=0.25由槽轮机构运动系数的计算公式有：=22式中，Z槽轮的径向槽数。则，槽轮的径向槽数为：= 212= 2120.25=4该槽轮机构如下图所示。图 24 用槽轮传动替代运动功能单元 10图 15 中的运动功能单元 11 是运动放大功能单元，把运动功能单元 10 中槽轮在一个工作周期中输出的 1/4 周的转动转换为一周的运动，用圆柱齿轮机构替代，其传动比为i=1/4。圆柱齿轮传动如图 25 所示。i=0.25图 25 用圆柱齿轮传动替代运动功能单元 11图 15 中运动功能单元 12 是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能
14、单元，可以用曲柄滑块机构替代，如图所示。1011哈尔滨工业大学课程设计说明书图 26 用曲柄滑块机构替代运动功能单元 12根据上述分析，按照图 15 各个运动单元连接顺序把个运动功能单元的替代机构一次连接便形成了产品包装生产线（方案 4）的运动方案简图，如图所示。(a)(b)12哈尔滨工业大学课程设计说明书(c)图 27 产品包装生产线（方案 4）的运动方案简图（4） 系统运动方案设计1） 执行机构 1 的设计该执行机构是曲柄滑块机构，由曲柄，滑块，导杆，连杆和滑枕组成。其中大滑块的行程 h=480mm,现对机构进行参数计算。该机构具有急回特性，在导杆与曲柄的轨迹圆相切时候，从动件处于两个极限
15、位置，此时导杆的末端分别位于 C1和 C2位置。取定 C1C2的长度，使其满足：h1利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离 E1E2= C1C2=h，这样就利用了机构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。设极位夹角为 ，显然导杆 21 的摆角就是 ，取机构的行程速比系数 K=1.4，由此可得极位夹角和导杆 21 的长度。 0183/297.sinkhlm哈尔滨工业大学课程设计说明书图 28 导杆滑块机构设计先随意选定一点为 D，以 D 为圆心，l 为半径做圆。再过 D 作竖直线，以之为基础线，左右各作射线，与之夹角 15，交圆与 C1和 C2点。则弧 C1C2即为导杆顶部转过的弧线，当导轨从 C1D 摆到 C2D 的时候，摆角为 30。接着取最高点为 C,在
