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1、直动式固定凸轮与连杆机构的设计设计者所在院（系）：湖南工业大学专业：机械设计制造及其自动化 班级学号：指导老师：时间：2015年12月27日目录一、课程设计的目的3二、设计内容与步骤41、设计内容42. 设计步骤4三、设计要求6四、设计指导71、概述72、基本参数93、设计步聚111）确定驱动方案112）确定e113）确定h124）确定。125）确定/ 126）求算bi、刃127）设计凸轮廊线148）检验压力角16五、参数优化18六、结论19七、参考文献20八、附图21摘要包装设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次 重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第 次较全面的设计能力
2、训练，也是对机械设计课程的全面复 习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综 合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析 和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设 计方面的知识。本次设计的题目是直动式固肚凸轮与连杆机构的设计。 根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的 工作：根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序； 利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；画出装 配图及其主要零件图；完成设计计算说明书。课程设计的目的包装机械设计课程设计是本课程各教学环节中重耍的一环, 它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本 目的是：培养理论
3、联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有 关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力， 巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。通过制订设计方案, 合理选择裹包机中块状物品推送机构和零件类型，正确计算零件工作 能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维 护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械 经常采用的机构的设计过程和方法。进行设计基本技能的训练。例如 计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以 及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。二、设计内容与步骤1、设计内容以裹包机中块状物品推送机构的典型机构一一固
4、定凸轮与连 杆组合机构为题。课程设计通常包括如下内容：读懂块状物品推送机 构典型机构固定凸轮与连杆组合机构，了解设计题目耍求；分析 该块状物品推送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构 的基本参数；进行机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作 图；编写计算说明书以及进行设计答辩。2. 设计步骤(1) 设计准备认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过 阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图以及 推送机构进彳亍拆装实验等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉 零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟 定设计计划等。(2) 推送机构装
5、置的总体设计决定推送机构装置的方案；选择机构的类型，计算机构装置的运 动参数。(3) 装配图设计计算和选择机构的参数；确定机体结构和有关尺寸；绘制装配图 草图；选择计算轴承和进行支承结构设计；进行机体结构及其附件的 设计；完成装配图的其他耍求；审核图纸。(4) 零件工作图设计(5) 整理和编写计算说明书(6) 设计总结和答辩三、设计要求在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设 计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题冃后，至少应复习在课程 中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下：1、设计说明书耍全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。 其工艺设计要有文字、计算、公式来源、
6、参数选取的资料名称或代号、 图表（草图）。说明书用A4纸打印，约20页左右，并装订成册。2、设计图样按“机械制图”、“公差与配合”等国家标准完成。3、零件图按生产图样要求完成，零件的有关精度和技术要求要 有合理的标注或说明。设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地 进行设计，反对不求萇解、照抄照搬或依赖老师。要求设计态度严肃 认真、有错必改，反对敷衍塞责，容忍错误的存在。只有这样，才能 保证课程设计达到教学基本要求，在设计思想、设计方法和设计技能 等方面得到良好的训练。四、设计指导裹包机所包装的产品，绝大多数是单件或多件集合而成的块状物 品。包装作业线中前后机之间物品的输送、换向、
7、排列组合，及单机 内部的物品移动等，需要用各种各样的机构或装置完成。以下是儿种 典型的推送块状物品的组合机构一一固定凸轮与连杆组合机构。1、概述图1所示，是该机构的结构简图，用于香皂、糖果等裹包机中， 将物品向上推送较大距离。原动杆件AB按逆时针方向转动，驱动较 销C上的滚动轴承6在I古I定槽凸轮4的槽内运动，再通过连杆CD使 推送杆（即滑块）2按预定规律作上下往复移动。这种直动从杆类型 的固定凸轮与连杆组合机构相当于连杆长度可变的曲柄滑块机构，曲 柄为AB,滑块为推送杆，连杆为BD,在运动过程中连杆BD的长度是 变化的。 I)推送杆亍轨支座滚动轴承CtFu导轨IIE_E3 /同定槽凸轮rE图
8、1直动从动杆类型的固定凸轮和连杆组合的推送机构结构简图1推送板2 推送杆3导轨4 固定槽凸轮5支座6滚动轴承7导轨图2固定凸轮与连杆组合机构示意图1 -推料板2-推料杆3-固定凸轮4-滚子以所示推送机构，还有2种运动方式:一是是曲柄AB推着杆件 BC运动，杆件BC承受压力；二是曲柄AB拉着BC杆运动，杆件BC 承受拉力。这是两种不同的驱动方案。当然，无论是前者还是后者， 都可以在两种驱动方案中任意选择，本题我们选择直动从动杆类型的 固定凸轮和连杆组合机构。2、基本参数为研究方便，特规定：以曲柄回转中心A为坐标的原点，并作x、 y轴。对于直动从动类型（见图1所示），y轴与从动杆的运动方向平 行；
9、对于摆动从动杆类型（见图3所示）y轴与较销D的两个运动极 限位置之连线DD平行。考虑到曲柄有两种转向，乂规定y轴的正轴 逆着曲柄转向旋转90后所得轴为力轴的正轴，于是，前者力轴的正 轴向右，而手者则向左。基本参数有：ey轴与DC线的间距，简称偏心距；h较销D至力轴的最小距离；a曲柄AB长；bLb杆件 BC、CD 长;/一从动杆升程运动起始时刻的曲柄位置AB。和y轴负轴的夹角,180 -ZBoAYo钱销B和D的距离用b表示，b二BD,它的最大值和最小值分别用bmax、bmino己知参数:从动杆的行程020304升程和降程的运动规律1001300130100升程和降程按五次多项式运动表1初始参数表
10、固定凸轮与连杆组合机构的特点是，从动杆的运动可以象凸轮机 构的从动杆那样实现停留和按照定规律（如五次多项式）运动。从动 杆的行程、动停时间、运动速度由工艺要求预先给定。这样，当参数 e、h、G、确定后，每一运动时刻的b值及也、瓜值也随之确 定。显然，bl、6应满足下式b. + b= b 1max b,-b= b J21nun ）因此，应根据从动杆的运动规律和确定的c、h、a、 8. 1值,先计算出b唤、bmin,然后用下式求算b、b2值:b 1 = 3 （max - min ）b2 = f （入 + “皿）3、设计步聚1）确定驱动方案它对凸轮的压力角机构的传动效率影响较大。应根据运动耍求确 定
11、之。用下列符号表示运动要求：S”一分别为直动总行程；0升程运动对应的曲柄转角；02 最高位置停留对应的曲柄转角；03 降程运动对应的曲柄转角；04 最低位置停留对应的曲柄转角；0+02+03+04=360,当 他时，先用曲柄AB拉着杆件BC运动 的方案；当0 V 03时,应选用曲柄AB推着BC杆运动的方案。0 =冷时, 可任选其中种方案。2）确定e直动从动杆，取e二03）确定h从结构紧凑和减小凸轮压力角考虑，应将h值取小些。但h值愈 小，对从动杆驱动力的压力角也愈大。通常取hSm, h=3Smo4）确定“若a值过小，会使凸轮压力角明显增大，甚至不能实现预期动动。可取 a=0. 8S,no5）确
12、定其值对凸轮的压力角影响极大，/过小，尤其是过大，会使压力角急剧增加。在前述参数确定后，最好将优化，目标函数为叽T %亦门式中弘为凸轮的最大压力角。6 =-46）求算b】、b2须先求算比、braino（1）直动从动杆类型参阅图4,依据较销B、D的坐标，可建立它们之间距离的公式。B的坐标为(3)X B = 6/sin(J + 0) yB = _dcos(5 +(p)D的坐标为:(4)Xe 1 yD=h + S式中(P 曲柄转角，取升程起始吋的0 -0 ; S为与0相对应的从动杆位移，即较销D至其最低位置的距离。S值分为升程(俨二00)、最咼位置停留(0二0101+处)、降程J(p = (p+(P
13、201+02+处)、最低位置停留)四个阶段求算。b值为:0二 01+02+03360将式 、(4)代入式(5),求算爲、bmin,然后用式(2)算得 b、b2o因此,应根据从动杆的运动规律和确定的e , h , a值,先计算 出bmax , bmin，利用MA TL AB强大的可视化功能，绘出b随C的 曲线图，见图4 ,程序如附录程序一.可以很方便地得到:bmax = 397. 8748mm , bmin 二256. 9556mm。图4 BD长度曲线图然后再利用（2）式求得*、*分别为：bl =70. 4613mm , b2 =327.4171 mm7）设计凸轮廊线固定凸轮的理论廊线就是滚子中
14、心C的运动轨迹线，根据较销B、D的位置及b、b2值可确定C的位置。令较销B , D的连线B D与(7)DO D1线（或y轴）的夹角为0, BD与CD的夹角为则：0 = arcsin = arctan b儿_儿p = areas=2眦显然，xB x D时0为正值，反之则为负值,而B始终为正值。较销C的坐标为:(8)xc = xD + b2 sin(0 0)?C =)1 +COS(&0)j该式运算符号“ + ”和“一”的确定原则是:令b二bmax时的 0为血，b = bmin时的0为血，在Um区间，取“- ”号;在 0 = 00”和0二忙360区间，取“ + ”。由图4可得到 m =82. 8496 （1.4460 弧度），4）nr 216. 7442 （3. 7829 弧度）。在MATLAB中，编程计算得到凸轮理论轮廓即C点的轨迹上各点的坐标，并绘出C点的轨迹线，见图5,程序如附录程序二。：图5凸轮轮廓线图8）检验压力角凸轮机构设计中，初始参数选择不当会导致凸轮轮廓设计不合理, 从而导致从动件运动不能按预定规律进行，或者运行中动力学性能欠 佳。（1）凸轮的压力角e参阅图2,为Pc和Vc的夹角。Pc为驱动较销运动的力（不考虑 摩擦力），BC重合，以为钱链C的运动方向，与C点的凸轮廊线切线 重合。用、b分别表示Pc、以的斜率，则1
