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1、前言进入 21 世纪以来， 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品创新设计。机械产品设计中，首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识，根据使用要求和功能分析，选择合理的工艺动作过程，选用或创新机构型式并巧妙地组合成新的机械运动方案，从而设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、实用性强的机械产品
2、。企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等，使学生进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际结合的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。因此，机械项目设计在机械类专业学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。本次我们设计的是卷料机，以小见大，
3、设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对卷料机的设计进一步了解机械原理课程设计的流程，为我们今后的设计课程奠定了基础。一、 项目设计的进度安排1-2 天方案的选取与对比3-4 天方案对比5-8 天确定方案与绘制草图9-11 天绘制三维图12-13 天三维运动仿真14 天说明书的制作与整理1.2 卷料机的功能与用途为了对产品的长度和宽度不同需求。进行对保鲜膜、缠绕膜、拉伸膜、镀铝膜，纸张，无纺布等等进行的二次复卷工作。取代以前的人工操作的工作。改善之前繁琐和沉重的工作程序及体力劳动以及用工匮乏的尴尬局面和减少不必要的开支，提高工作效率，从而达到企业降低生产
4、成本的目的。1.3 卷料机的特点。代替以前的手工复卷。有效的提高了工作效率，减少和节约了用工量和工人工资的问题，是有关企业直接降低生产成本不可缺少生产配套设备。持续性：可多工程连续转动高速性：（每分钟可达 720 次）泛用性：无论材料之宽度与厚度，只需调整卷料机去配撑料筒即可使用构造简单经济实用故障率低，保养容易送料精度：依回转数及送料长度而有所不同，一般其精度在 0.03mm11 国内外关于该论题的研究现状在我国和国外的生产和研究中，卷料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如电动机的选择功率，转速的选择，现有的卷料机多采用齿轮传动，往复运动多造成齿轮的磨损，造成机械维修的增加，虽
5、然以前的一整套机构比较简单，制造容易，不能调整卷料筒的大小、夹紧等一系列的细节加工，如卷料筒的往复旋转圆周运动不一致，主轴的左右摇摆造成产品的分布不均件，易产生叠料，定位不正，增加废品率，使用也不安全。1 课程设计 卷料机1.1设计题目设计某生产线的一部分卷料机。如图 1 所示，加工过程要求产品在撑料瓦的旋转运动下做往复的圆周运动，达到设计要求的产品成型，考虑到使用的要求，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，而应设计带传动机构。具体设计要求为：1、电机驱动，即利用带传动原理。2、电机带动主轴转动，主轴在联轴器的作用下与丝杠相连。3、丝杠与撑料瓦相连，来完成产品成型过
6、程，撑料瓦的设计可以调节，以达到调节撑料筒的大小。1.2 设计任务1.卷料机一般至少包括带传动和主轴转动二种常用机构。2. 设计传动系统并确定其传动比分配。3. 图纸上画出卷料机的机构运动方案简图。4. 对带传动机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；机构中输出件的速度、加速度；运动线图。1.3设计提示1. 由于创新设计要求构件实现轨迹往复并且封闭的曲线，所以输出构件采用带传动中的 V带传动比较合适。2. 由于对输出构件的运动时间有往复开启的要求，可以使用三相异步电动机，三相异步电动机结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较
7、频繁的启动、反转及制动；3. 由于输出机构要长时间的运行，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用双 V 带传动。2 设计思路2.1 连杆机构的特点：1） 其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证机构的可靠性有利。2） 在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各机构的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。3） 在连杆机构中，在连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线，其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定的工作需要。利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方
8、向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的图 2.1 连杆机构2.2 齿轮机构的特点：齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大，传动功率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。图 2.2 齿轮机构2.3 带传动的特点 O2O1 图 2.3 带传动机构考虑到主轴的往复运动，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，故采用 V 带传动机构。3 工作原理功能要求：加工过程要求产品在撑料筒的表面上做往复的旋转作用，以达到产品成型，便于运输，储藏，使用。功能原理：卷料机的工作原理如图 4 所示，
9、 该系统由电动机驱动，主轴与丝杠用联轴器连接，再由丝杠带动撑料瓦转动，使做往复运动。原动机的选择：经过计算与讨论，最终我们选择转速为 720r/min 的电动机，因为经过比较在此转速下的电动机能够充分满足动力要求而且不会造成机器的浪费。 原 动 机 传 动 机 构执 行 机 构图 3.1 工作原理分解图3.1 传动机构：齿轮传动：优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。缺点制造精度要求高。主要用于传动。带传动：优点中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护。缺点有打滑现象，轴上受力较大。常用于传动链的高速端。连杆传动：优点适用于宽广的载
10、荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩晓行程。缺点设计复杂，不宜高速度运动。 既可为传动机构又可做为执行机构。凸轮机构：优点能实现各种运动规律，机构紧凑。缺点易磨损，主要用于运动的传递。主要用于执行机构3.2 传动机构的选择与比较：鉴于传动机构的特点，我们小组提出了四种方案：方案 1：采用凸轮摇杆机构图 3.2 凸轮摇杆机构此机构虽然能够满足运动轨迹的要求，但由于该机构有凸轮机构，导致在机构的运动路线的计算时非常复杂，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而且构件会损坏的非常快，所以舍弃这个方案。方案 2：采用从动件圆柱凸轮机构As=图 （
11、3-1)图 3.3 从动圆柱凸轮机构该凸轮机构虽然能实现工件的移动，但不满足设计要求的输送爪的运动轨迹，所以该方案舍弃。方案 3：采用齿轮与齿条的配合 As=图 3.4 齿轮与齿条配合方案 4：采用齿轮连杆机构 12 345abcd方案 5：带传动 经过激烈的讨论与研究，我们最终采用方案五。33 执行机构的选择：方案 1：带传动： O2O1图 带传动图示方案 2：丝杠与撑料瓦 经过慎重考虑，最终我们选择了以上的结合方案第三章 结构设计3.1 皮带传动的设计3.1.1 电动机的选择电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。（一）根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。
12、其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 （二）电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 （三）电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控
13、制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 （四）电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。（五）电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。3.1.2 电动机技术发展现状电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从 19 世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础
14、上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各
15、个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19 世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以 20 世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），
16、使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在 20 世纪 60 年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是 70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。经历了 100 多年的技术发展，电动机自身的理
