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1、一、设计题目2二、设计方案的选定3三、机构的设计61、偏置滑块机构的设计62、直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计7四、电动机的选定及传动系统方案的设计91、电动机转速、功率的确定92、传动系统的设计9五、小结以及对这次课程设计的心得体会12六、参考文献12一、设计题目现需要设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1（见 图1）先由输送带送到推包机构的推头2的前方，然后由该推头2 将工件由a处推至b处（包装工作台），再进行包装。为了提高生 产率，希望在推头2结束回程（由b至a）时，下一个工件已送 到推头2的前方。这样推头2就可以马上再开始推送工作。这就 要求推头2在回程时先退出包装工作台，然后再低
2、头，即从台面 的下面回程。因而就要求推头2按图示的abcde线路运动。即实 现“平推一水平退回一下降一降位退回一上升复位”的运动。 设计数据与要求：要求每5-6s包装一个工件，且给定：L=100mm， S=25mm， H=30mm。行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取，推包机由电动 机推动。在推头回程中，除要求推头低位退回外，还要求其回程速度 高于工作行程的速度，以便缩短空回程的时间，提高工效。至于 “cdea”部分的线路形状不作严格要求。 J-图1推包机构执行构件运动要求二、设计方案的选定方案一：双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合，（见图2）方案一的运动分析和评价：该机构由凸轮1和凸轮2,以
3、及5个杆组成。机构一共具有7 个活动构件。机构中的运动副有7个转动副，4个移动副以及两 个以点接触的高副。其中机构的两个磙子存在两个虚约束。由此 可知：机构的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p =1机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。 所以，该机构具有确定的运动。在原动件凸轮1带动杆3会在一 定的角度范围内摇动。通过连杆4推动杆5运动，然后连杆6在 5的推动下带动推头做水平的往返运动，从而实现能推动被包装 件向前运动。同时凸轮2在推头做回复运动的时候通过向上推动 杆7，使连杆的推头端往下运动，从而实现推头在给定的轨迹中 运动。该机构中除了有两个凸轮与从动间接触的两个高副外，所
4、有的运动副都是低副。在凸轮与从动件的接触时，凸轮会对从动 件有较大的冲击，为了减少凸轮对从动件冲击的影响，在设计过 程中把从动件设计成为滚动的从动件，可以间接增大机构的承载 能力。同时，凸轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因 为载荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中，原 动件1是一个凸轮，凸轮只是使3在一定角度的往复摆动，而对 整个机构的分析可知，机构的是设计上不存在运转的死角，机构 可以正常的往复运行。机构中存在两个凸轮，不但会是机构本身 的重量增加，而且凸轮与其他构件的连接是高副，而高副承载能 力不高，不利于实现大的载荷。而整个机构连接不够紧凑，占空 间比较大。方案二：偏
5、执滑块机构与盘形凸轮机构组合，（见图3）图3偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合方案二的运动分析和评价：方案二的机构主要是由一个偏置滑块机构以及一个凸轮机构 组合而成的。偏置滑块机构主要是实现推头的往复的直线运动， 从而实现推头在推包以及返回的要求。而凸轮机构实现的是使推 头在返程到达C点的时候能够按照给定的轨迹返回而设计的。这 个组合机构的工作原理主要是通过电动机的转动从而带动曲柄2 的回转运动，曲柄在整周回转的同时带动连杆3在一定的角度内 摆动，而滑块4在水平的方向实现往复的直线运动，从而带动连 着推头的杆运动，完成对被包装件的推送过程。在推头空载返回 的过程中，推头到达C点时，凸轮的转动进入
6、推程阶段，使从动 杆往上运动，这时在杆5和杆6连接的转动副就成为一个支点， 使杆6的推头端在从动件的8的推动下向下运动，从而使推头的 返程阶段按着给定的轨迹返回。这个机构在设计方面，凸轮与从 动见的连接采取滚动从动件，而且凸轮是槽型的凸轮，这样不但 能够让从动件与凸轮之间的连接更加紧凑，而且因为采用了滚动 从动件，能使减轻凸轮对它的冲击，从而提高了承载能力。而采 用的偏置滑块机构能够实现滑块具有急回特性，使其回程速度高 于工作行程速度，以便缩短空回程的时间，提高工作效率。但此 机构的使用的是槽型凸轮，槽型凸轮结构比较复杂，加工难度大, 因此成本会比较高。方案三：偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的
7、组合，（见图4）图4偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合方案三的运动分析和评价：用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往 复移动凸轮机构的组合（图4）。此方案通过曲柄1带动连杆2使 滑块4实现在水平方向上的往复直线运动，在回程时，当推头到 达C点，在往复移动凸轮机构中的磙子会在槽内相右上方运动， 从而使杆7的推头端在偏置滑块和往复移动凸轮的共同作用下沿 着给定的轨迹返回。在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大 的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实 现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将 转动变换为移动凸轮的往复直线运动。但是，此机构所占的空间
8、很大，切机构多依杆件为主，结构并不紧凑，抗破坏能力较差， 对于较大载荷时对杆件的刚度和强度要求较高。会使的机构的有 效空间白白浪费。并且由于四连杆机构的运动规率并不能按照所 要求的运动精确的运行只能以近似的规律进行运动。综合对三种方案的分析，方案二结构相对不是太复杂，而且 能满足题目的要求，最终我选择方案二。三、机构的设计1、偏置滑块机构的设计由题目给定的数据L=100mm行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取k 一 1 可由曲柄滑块机构的极位夹角公式9 =180k +1.k=1.2-1.5其极位夹角9的取值范围为16.36。36在这范围内取极位夹角为25。滑块的行程题目给出S=100mm偏
9、置距离e选取40mm用图解法求出各杆的长度如下：（见图5）由已知滑块的工作行程为100mm,作BB为100mm,过点B 作BB所在水平面的垂线BP,过点B作直线作直线BP交于点P, 并使ZBPB = 25。然后过B、B、P三点作圆。因为已知偏距 e=40mm,所以作直线平行于直线BB，向下平移40mm,与圆O 交于一点O,则O点为曲柄的支点，连接OB、OB, 则OB-OB=2aOB+OB=2b从图中量取得： AB=151.32mmAB=61.86mm则可知曲柄滑块机构的：曲柄 a=44.73mm 连杆 b=106.59mm到此,机构组合的曲柄滑块机构设计完毕。2、直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计
10、用作图法求出凸轮的推程角,远休止角,回程角,近休止角。 （见下图）因为题目要求在推头在返程阶段到达离最大推程距离为25mm 时,要求推头从按照给定的轨迹,从下方返回到起点。 因此可利用偏置滑块机构,滑块在返回阶段离最大推程为25mm的地方作出其曲柄，连杆和滑块的位置，以通过量取曲 柄的转动的角度而确定凸轮近休止角的角度,以及推程角,回 程角。具体做法如下：1）先在离点 B 为 25mm 的地方作点 B；2）过点B作直线AB交圆O于点A,并使AB=AB；3）连接OA，则OA , AB为曲柄以及连杆在当滑块离最 大推程距离为 25mm 时的位置。因为题目要求推头的轨迹在 abc 段内实现平推运动，
11、因此即凸 轮近休止角应为曲柄由A转动到A的角度，从图上量取，ZA OA = 254。，即凸轮的近休止角为s = ZA OA =。因为题目对推头在返程 cdea 段的具体线路形状不作严格要 求，所以可以选定推程角，远休止角，回程角的大小。选定推程角为 o =，回程角 s =远休止角o=。18909ion因为题目要求推头回程向下的距离为30mm,因此从动件的行程h=30mm。,127兀丄7兀,19兀由选定条件近休止角为es =推程角为e o =回程角es=901890远休止角eo = ， h=30mm,基圆半径r = 50 mm,从动杆长度为40mm,90滚子半径r二5 mm。通过软件输入参数如下
12、,rVli-勢数输入q迓样升程EE 推程用T 远林止| 回程垢广I 2?卜圜半怪 推独医动规惮帀.正眨:托逵底曲线二|-洞心 距mm 滚子宜桎“Tmil 刀貝宜锂Em 许用压力第” I 凸樹由直 讨算歩柴I 凹桎运动枫徉j逮酸年犬8 U帕棺X室0?凸轮册亜度尸压力 凸轮推49.011612G.1&7EBU.SBn-HZT.DB4通过软件输出凸轮轮廓线及机构简图如下图:四、电动机的选定及传动系统方案的设计1、电动机转速、功率的确定题目要求5-6s包装一个件，即要求曲柄和凸轮的转速为 12r/min考虑到转速比较低，因此可选用低转速的电动机，查 常用电动机规格，选用Y160L-8型电动机，其转速为
13、720r/min, 功率为7.5kW。2、传动系统的设计720系统的输入输出传动比i = i xi = 5x 12 = 60 i = 60，即1 2 12要求设计出一个传动比i = 60的减速器，使输出能达到要求 的转速。其传动系统设计如下图：电动机连接一个直径为10的皮带轮2,经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段，这段皮带传动的传动比为i = 50 = 5，此时转速为720 = 144r/min。1105从皮带轮1输入到一个二级减速器，为了带到要求的传动比,设计齿轮齿数为，Z二15,Z二60,Z二15,Z二45 。1234验算二级减速器其传动比i二空红二605二122 Z X Z15
14、X1513整个传动系统的传动比i = i xi = 5x 12 = 601 2则电动机转速经过此传动系统减速后能满足题目要求推包机 构主动件的转速。至此，包装机推包机构的机构以及传动系统的设计已经设计完毕。推包机构的总装配简图如下:五、小结以及对这次课程设计的心得体会通过这次课程设计，我有了很多收获。首先，通过这一次的 课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和 基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉 及的实际问题的能力。对平面连杆机构和凸轮机构有了更加深刻 的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。其次通过这次课程设计，我学会了怎样去研究设计一个从来 没接触过的机械机构。学会了一步一步地去了解一个没接触过的 机构的运动规律，运动要求，根据要求设计出一个符合要求的运 动机构。这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。非常有成 就感，培养了很深的学习兴趣。这样的课程设计能提高我们的自 主设计能力，培养自己的创新能力。这次课程设计我投入了不少时间和精力，我觉得这是完全值 得的。因为感觉通过这次课程设计我独立思考能力得到了进一步 的加强。六、参考文献1、机械原理王知行，刘延荣主编，高等教育出版社，2000 2、机械原理课程设计陆凤仪主编，机械工业出版社，2002 3、机械原理课程设计邹慧君主编，高等教育出版社，1998
