机械原理课程设计-包装机推包机构运动方案设计

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1、引言2关键字:机构运动分析机构结构设计 曲柄滑块 2一、设计题目：包装机推包机构运动方案设计 31、设计题目 32、设计数据与要求 33、设计任务 3二、执行机构运动方案设计 3方案一 3方案二 5方案三 6三、传动方案的选择 7电机的的选择 7执行构件运动分析 9凸轮设计13四、心得体会16引言机 械 原 理 课 程 设 计 是 使 学 生 较 全 面 、系 统 巩 固 和 加 深 机 械 原 理 课程的基本原理方法的重要实践环节，通过此次设计,学生可以学 习机构运 动方案的确定 ,培养 分析向 设计机械能力 ,以及开发 创新 的能力。以机械系统方案设计与拟定为结合点,进一步巩固和另深 学生

2、所学的理论知识。明确课程设计目的、步骤，根据自己的设计 题目对设计内容进行分析，确定输入，输出件运动型式（即功能原 理 分 析 ）。 包 装 机 推 包 机 是 一 种 包 装 机 中 不 可 缺 少 的 一 部 分 ， 它 推 送物品到达指定包装工作台，该机构取代了传统的人工移动物品 工作效率底的缺点，我所设计的推包机构推包，回程一体的全自动 化功能其主要设计思路来自于对传统工艺分解然后按照相应功能 的机构部件进行设计对比选定以及优化组合，综合利用凸轮的往复 运动齿轮的传动运动，以及减速器的定植调速比的设定，利用 A u toC a d 、 ma t lab 等 软 件 强 大 绘 图 功

3、能 和 的 编 辑 功 能 ， 把 设 计 做 得 更加精准，更加可靠。关键字:机构运动分析机构结构设计 曲柄滑块一、设计题目：包装机推包机构运动方案设计1、设计题目Ha 2c|_sb c包装工作台2de现需设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件 1（见附图33）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件。这就要求推头 2在回程时先 退出包装工作台，然后再低头，即从台面的下面回程。因而 就 要 求 推头2

4、附图33 推包机构执行构件运动要求按图示的 abcdea 线路运动。即实现“平推水平退回下降降位退回上升复位”的 运动。2、设计数据与要求要求每56s包装一个工件，且给定：L=100mm,S=25mm, H=30mm.行程速比系数K在1.21.5范围内选取，推包机由电动机驱动。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， 以便缩短空回行程的时间，提高工效。至于“ cdea ”部分的线路形状不作严格要求。3、设计任务1）、至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计。2）、确定电动机的功率与转速。3）、设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推包机

5、的机构运动简图。4）、对输送工件的传动系统提出一种方案并进行设计。5）、对所用到的齿轮进行强度计算，确定其尺寸。6）、进行推包机结构设计，绘制其装配图。7）、编写课程设计说明书。二、执行机构运动方案设计方案一1、电动机 2、3 带传动 4、齿轮减速器 5、连杆 6、工作台 7、凸轮图 1, 传动方案一工作循环图：S /I.图 2 方案一机构运动简图方案一分析：方案一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。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进行沉头返回。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。机构的动力 由

6、电动机通过减速器从而带动曲柄的回转运动，曲柄带动连杆 2，连杆 2 带动连杆 1 在一 定的角度内摆动，滑块 8 受连杆 1 的推力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，凸轮的转动进入回程阶段，使从动杆往下运动，使杆 7 水平向下运动，杆 7带动推 头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，动杆 5 用弹簧与机架相连，达到复位的作用，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 4 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

7、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。电机和减速器之间采用带传动，能够缓冲 吸振，适合放在高速级传动。方案二图 3 方案二 传动方案工作循环图图 4 方案二机构运动简图方案二分析：方案二同样需要将机构偏置，不然会与工作台冲突，电机的动力带动凸轮 5 转动通过平底推杆的上下运动来控制推头的下沉与上升，通过曲柄连接移动副 2，移动副2带 动杆1 移动，杆1 带动移动副 4，移动副 4 带动杆 3，从而实现推头的水平往复运动。但 是减速箱通过电机的直连方式，直连主轴属于刚性连接，启动冲击大，容易损伤主轴和齿 轮。减速箱使用了蜗轮

8、蜗杆，虽然传动比高，但是因为减少了齿轮的使用，传动效率较低， 不宜在大功率下长期连续工作；为了减磨耐磨，蜗轮齿圈需用贵重的青铜制造，成本较高。方案三分析：方案三并没有使用凸轮，电动机的动力带动杆 1杆 2做圆周运动杆2带动杆3运动，图 6 方案三机构运动简图杆3带动推头杆7做水平往复运动，杆1带着杆4运动，由于杆4和杆5组成的II 级杆组的自由度为2，所以在杆1某一角度范围内，杆5不会对滑块6产生影响，当杆4、 5 运动到在同一直线上的时候，随着杆1 的继续运动，滑块6 会被拉下来，从而达到回程 沉头的目的。电机和减速器之间使用齿轮的联接方式，由于电机的高速容易对齿轮造成较 大的冲击。综上分析

9、，选择方案一比较合适。三、传动方案的选择电机的的选择市场上的交流电机主要有同步电机和异步电机，他们各自的特点如下：1. 同步电动机：恒转速输出，功率因数可调，价格贵，一般只在不需要 调速的高电压、大容量的机械上采用，以改善并提高电网的功率因数，如鼓 风机、空压机及水泵等设备。但是，近年来，随着变频技术的发展，高电压、 大容量的同步机已广泛用于冷、热轧机的主传动上2. 异步电动机：异步电动机具有高效、节能、起动转矩大、性能好、噪 声低、振动小、可靠性高、功率等级和安装尺寸符合丨EC标准以及使用维护 方便等优点。Y系列电动机适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所 和无特殊要求的机械上异步电机主

10、要分为笼型电动机和绕线型电动机（1）：结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但起动和调 速性能差，起动时的功率因数低（0.25 左右），一般无调速要求的机械应广 泛采用。变极多速电动机，可分级调速，但体积大，价格较贵。（2）：因有滑环，结构复杂，维修麻烦，价格比较贵。但由于它的起动 力矩大，起动时的功率因数高，且可进行小范围的速度调节，控制设备也简 单，故适用于电网容量小，起动次数多的机械，如起重机上的机械设备。此 外，绕线型电动机也用于需要软化特性的机械，如带飞轮的剪断机等。由于本次设计不需要调速，并且笼型电动机的综合性能较好，所以选择 笼型电动机。根据市场调查，电机的极数越多价格越

11、高，所以选择四级异步 电机，再通过减速器进行减速到达我们所需要的转速。综合方面的技术要求 和生产要求，选用Y132S-4型电机，额定电压：380V 额定功率5.5KW,额定转速：n1=1450rpm传动方案的选择在方案一中，凸轮每转一圈完成一个工作周期，取每一个周期为5s,则 凸轮的转速n=60/5=12rpm2总传动比i二n/n=120.833,根据传动方案一的减速箱，可以设计皮带轮12之间的传动比为i =5,0可以设计齿轮为z =z =17；13z =z =8424；总传动比 i = i zz/zz =5*84*84/17*17=122076120.8330 2 41 3可以控制生产的周期

12、在5s6s 。由题目给定的数据 L=100mm行程速比系数 K 在 1.2-1.5 范围内选取可由曲柄滑块机构的极位夹角公式e =上1180k +10.k=1.2-1.5其极位夹角e的取值范围为16.3636滑块的行程题目给出S=100mm用图解法求各杆长度取曲柄滑块的偏置距离是80mm，极位夹角为34，则可以用Autocad画出图形进行分析a+b=160b-a=88.81则 b=124.405mm,a=35.595mm 因为曲柄滑块机构曲柄的存在条件为a士eWb凸轮实际转速转速n二n1/i=11.878rmp2即3 1.244rad/s执行构件运动分析曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1

13、中，L、L和e分别为曲柄滑块的曲12柄、连杆和偏差，（P、（P分别为曲柄和连杆的转角，Q/分别为曲柄和连杆的角速度，1 2 1 2S 为滑块的位移。2.1 位移分析按图1中四边形ABCD的矢量方向有:AB = CD将上式转化成幅值乘以角度的形式，得到如下等式：L ed + L 幺叫=S + ie 1 1 2 2(1)分别取上式的虚部和实部，并在e前面乘N, N取值1或一1,用以表示滑块在x轴的上方或者下方，得到下面两式：L cos 甲 + L cos 甲=S1 1 2 2L sin 甲 + L sin 甲=Nb1 1 2 2整理上面两个公式得到S和申的计算公式:2S = L cos 甲 + L

14、 cos 甲1 1 2 2.Ne - L sin 甲 Q = arcsm +2L22.2 速度分析将（1）式两边对时间求导得（6）式L (p iei%ieip2 = S1 1 1 2 2 2取（6）式的实部和虚部，整理得S和P的计算公式: 2sin（p - p ） S （p L 121 1 cos p2(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8) L cp cos申申=_-12 L cosp22根据（7）式和（8）式即可得到滑块的速度及连杆的角速度2.3 加速度分析将（6）式子两边对时间进行求导得L1iei9+L2 pieg=S用 matlab 进行仿真，画出曲柄滑块中的位置，速度，加速度与时间的关系图像，分别如下Q Figure 1回File Edit View Insert Tools Desktop Windcw 旦 elp铤耳巴?眉凰n id 口140o2JI_o4EJ Figure 2Eile Edit 呈 iew Insert Ido Is Des. Hop Window Help 口已la 釧鹫头巴越哽曲忌目口曲