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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：日 27 月 12 年 2015 时间：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 1、概述 72、基本参数 93、设计步聚 111）确定驱动方案 112）确定 e 113）确定 h 12 错误！未定义书签。 4）确定6） 求算 b、b 廊线 错误！未定义书签。5）确定 12 271）设计凸轮148）检验压力角 16五、参数优化 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
2、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一次 较全面的设计能力训练，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定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。一、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要
3、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
4、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固定凸轮与连 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，了解设计题目要求；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 机构进行拆装实验等，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
5、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）装配图设计绘制装配图确定机体结构和有关尺寸；计算和选择机构的参数； 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；完成装配图的其他要求；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。确定设计题目后，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、设计说明书要全面反映设计思想
6、、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、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，反对不求甚解、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
7、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、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。以下是几种典型 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，驱动铰销C 上的滚动轴承6在固定槽凸轮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。图1直
8、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
9、向平 的两个运动极D轴与铰销y所示）3行；对于摆动从动杆类型（见图 限位置之连线DD平行。考虑到曲柄有两种转向，又规定y轴的正轴 后所得轴为轴的正轴，于是，前者逆着曲柄转向旋转90轴的正?？100轴向右，而手者则向左。基本参数有：ey轴与DD线的间距，简称偏心距；h铰销D至轴的最小距离；10?a曲柄AB长；bb杆件BC、CD长；一从动杆升程运动起始时刻的曲柄位置AB21、和y轴负轴的夹角，？00。BAY=180-Z?铰销B和D的距离用b表示，b=BD,它的最大值和 0最小值分别用b、b表示。已知参数：minmax？升程和降程的运动规律从动杆的行程 ？ 升程和降程按五 3142次多项式运动100
10、100130 1300表1 初始参数表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、，确定后，每一运动时刻的b值及、值也随之确?bb 定。显 axminm然，b、b应满足下式b?b?b? ?21 max21b?b?b?min12因此，应根据从动杆的运动规律和确定的c、h、l值，?先计算出b、b,然后用下式求算bb值：1?b1?（b?b）?2?2、minmaxl minmax1?）b（b?b2?23、设计步聚minmax1）确定驱动方案它对凸轮的压力角
11、机构的传动效率影响较大。应根据运动要求确定之 用下列符号表示运动要求：S分别为直动总行程；一升程运动对应的曲柄转角；？一最高位 m1置停留对应的曲柄转角； ?降程运动对应的曲柄转角； ?最低23位置停留对应的曲柄转角；？运动拉着杆件BC时，=360，当先用曲40柄AB?血血 时，的方案；当时，应选用曲柄AB推着BC杆运动323141的方案。? 可任选其中一种方案。31312) 确定ee=0直动从动杆，取3) 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s。 S,h=3小，对从动杆驱动力的压力角也愈大。通常取h上4)确定?mm若a值过小，会使凸轮压力角明显增大，甚至不能实现预期
12、动动。可 取a=0.8S。? 5)确定其值对凸轮的压力角影响极大，过小，尤m 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？ aa?min(?)式中a为凸轮的最大压力角。6 =-4lmlm1m6)求算b、b 21须先求算b、bo (1)直动从动杆类型21minmax参阅图4，依据铰销B、D的坐标，可建立它们之间距离的公式。B的 坐标为?) asin(?X? ?(3) ?)cos(?ya?BBD的坐标为：eX?。？)(4S?y?h?D相对应为与； S =0式中一曲柄转角，取升程起始时的?=0值分为升 程(的从动杆位移，即铰销D至其最低位置的距离。S?)、+=+、 最
13、高位置停留(=+)、降程(? :122211311值为b360)四个阶段求算。最低位置停留(=+? )y(yx?x)?(5)将式(3)、(4)代入式(5),求算b、b,然后用式b=DBBD(2)算 得b、bo因此,应根据从动杆的运动规律和确定的e,minnax 21h , a值，先计算出bmax , bmin，利用MA TL AB强大的可视化功能, 绘出b随的曲线图，见图4 ,程序如附录程序一.。：bmax = 397.8748mm , bmin =256.9556mm可以很方便地得到.图4 B D 长度曲线图然后再利用(2)式求得、分别为:bl=70.4613mm, b2 = bb 327.
14、417112mm7)设计凸轮廊线固定凸轮的理论廊线就是滚子中心C的运动轨迹线，根据铰销B、D的位置及b、b值可确定C的位置。令铰销B , D的连线B D与D021D1线(或y轴)的夹角为，BD与CD的夹角为B,则：?x?xx?x?(6) ?arcsinarctanby?y bbb?BDBDBD222(7) cos?ar 2bb显然，xB x D时。为正值,反之则为负值，而B12 2始终为正值。：的坐标为C铰销.?)?xbsin(x?(8) ?)?bcos(?yy? 该式运算2CD2DC符号“ + ”和“一”的确定原则是:令b = bmax时的?在”号-;区间，为，b = bmin时的为，在取“
15、？?mmmmm,”。由图4可得到区间,取“ + 和? ?3600? m= 216.7442 mm(3.7829 弧度)。弧度=82.8496 (1.4460 )，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)检验压力角8,初始参数选择不当会导致凸轮轮廓设计不合理凸轮机构设计中,或者运行中动力学性能欠,从而导致从动件运动不能 按预定规律进行佳。)凸轮的压力角(la不考虑(P为驱动铰销运1动的力为P和V的夹角。参阅图2, a v点的凸轮廊线切线C,与为CcC1铰链C的运动方向，摩擦力)，BC重合，v P的斜率，则K、K分别表
