块状物品推送机的机构综合与机构设计

机械原理课程设计 设计说明书第 1 页 共 23 页摘要输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。本文主要是对用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机进行设计，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，加强对机械设计的理解。机械原理课程设计 设计说明书第 2 页 共 23 页前言未来输送机的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440 公里以上带式输送机的单机长度已近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道” 。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的输送机。输送机的发展趋向是：继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440 公里以上。带式输送机的单机长度已近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的带式输送道。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1 吨物料输送 1 公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。机械原理课程设计 设计说明书第 3 页 共 23 页目录摘要 .2前言 .21.1 设计数据和要求： .4二 .实现推送机推送要求的执行机构方案选定 .42.1 实现推送机推送要求的执行机构设计方案 .4三.机械运动方案选型及最终方案构件尺寸63.1 最终确定方案的构件尺寸 .6四.所选方案的机构运动学分析 .64.1 推杆位移公式 .64.2 推杆速度公式 .74.3 推杆加速度公式 .84.4 所选方案的运动角度变化： .10五 总结与建议 .11参考文献 .12附录： .12一 .设计题目：块状物品推送机的机构综合与机构设计机械原理课程设计 设计说明书第 4 页 共 23 页在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置。1.1 设计数据和要求：.推送的距离，生产率为每分钟推送物品件。.推送机的原动件为同步转速为的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动。.由物品处于最高位置是开始，当执行机构主动件转过时，推杆从最低位置运动到最高位置，当主动件再转过时，推杆从最高位置又回到最低位置，最后当主动件再转过时，推杆在最低位置保持静止。.设推杆在上升过程中所受到的物品中立和摩擦力为常数，其大小为，推杆在下降过程中所受到的摩擦力为常数，大小为。.使用寿命为年，每年工作个工作日，每个工作日工作小时。.在满足行程的条件下，要求推送机的效率较高（推诚的最大压力角应小于），结构紧凑，震动噪音小。二 .实现推送机推送要求的执行机构方案选定2.1 实现推送机推送要求的执行机构设计方案方案一机械原理课程设计 设计说明书第 5 页 共 23 页凸轮连杆组合机构 如上图所示的凸轮连杆组合机构也可以实现行程放大功能，在水平面得推送任务中，优势较明显，但在垂直面中就会与机架产生摩擦，加上凸轮与摆杆和摆杆与齿条的摩擦，积累起来，摩擦会很大，然后就是其结构较为复杂，非标准件较多，加工难度比较大，从而生产成本也比较大，连杆机构上端加工难度大，而且选材时，难以找到合适的材料，使其既能满足强度刚度条件又廉价，因此不宜选择该机构来实现我们的设计目的。方案二如上图所示的凸轮机构，凸轮以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件，可使推杆实现任意的运动规律,但是使用凸轮机构磨损较为严重，滚子不能很好的紧贴凸轮，容易振动，运行时稳定性能差，由于摩擦较大，动力使用效率不高，造成能源浪费，不能到达环保节能的目的，不能满足设计要求。机械原理课程设计 设计说明书第 6 页 共 23 页方案三如上图所示，方案存在有一定缺点，首先存在磨损问题，运动链较长，进而需要更多能量来驱动，其次是加工难度较大，但是结构简单紧凑，噪音小，运用蜗轮蜗杆传递动力，采用了带传动，凸轮机构回转运动，易于完成小范围内的物料推送任务，效率较高并且运动精确稳定效应迅速，动力使用率较高，满足环保节能的目的，可使推杆有确定的运动，完全符合设计目标。机械原理课程设计 设计说明书第 7 页 共 23 页三.机械运动方案选型及最终方案构件尺寸3.1 最终确定方案的构件尺寸四.所选方案的机构运动学分析4.1 推杆位移公式21/sh1(0,/2211()/11(/,21cos()/sh12(,机械原理课程设计 设计说明书第 8 页 共 23 页其中 =150， =27012分析：由曲线可知，在一个周期内推杆位移先增加（0-150 ）后减小(150-270) 后不变(270 -360)，符合推杆先上升后下降再停顿。4.2 推杆速度公式214/vh1(0,/2)211()/11(/,)2121sin()v12(,)其中 =150， =27012机械原理课程设计 设计说明书第 9 页 共 23 页分析：凸轮的推程（0-150）选择的是等加速等减速运动规律，由上图可知在150之前，无速度突变即无刚性冲击，推杆速度先均匀增大后均匀较小至零。回程时（150-270）选择的是五次多项式运动规律，先增加后减小至零，曲线完全符合，无速度突变亦即无刚性冲击。近休时（270-360）,速度为零，无刚性冲击。4.3 推杆加速度公式214/ah1(0,/2)21/ 11(/,)22121()cos()a12(,)其中 =150， =27012机械原理课程设计 设计说明书第 10 页 共 23 页分析：凸轮的推程（0-150）选择的是等加速等减速运动规律，在开始时（0）、（75-80）、（150）加速度有突变，但是突变有限，因而引起的冲击较小，故只存在柔性冲击。回程时（150-270）选择的是五次多项式运动规律，由曲线可知加速度无突变，即无柔性冲击。综合分析：有速度、加速度曲线可知，推杆的推程只存在柔性冲击，推杆回程既无刚性冲击也无柔性冲击。机械原理课程设计 设计说明书第 11 页 共 23 页凸轮廓线4.4 所选方案的运动角度变化：凸轮转角 推杆 上升 下降 停止机械原理课程设计 设计说明书第 12 页 共 23 页启动电机，通过传送带传动涡轮蜗杆带动凸轮转动，凸轮推动推杆运动。当凸轮从最低点运动到最高点作推程运动时，推杆推送物品作上升运动，同时压缩弹簧。凸轮从最高点作回程运动时，推杆在自身重力和弹簧弹力的作用下作下降运动。电动机不断地提供电能带动整个装置的传动，完成构件上下往复运动，把一个物品从一个位置推送到另一个位置。五 总结与建议本次大作业不同于前两次，这次是综合设计，并不像之前的只是设计单个构件，这次所需要设计的东西更多，需要各个构件之间的配合才能达到设计的要求。这次作业还是有一定难度的，它需要对学过的东西十分熟练，并且还需要对没有学过的东西进行自学从而完成设计任务。在实际过程中我使用了 CAD、C 语言编程、EXCEL绘图等软件，并且查阅了关于物块推送的相关资料，知道了物块推送需要较高的效率、稳定性、精确度，当然还需要环保，即噪音小，动力使用效率高，不产生太多废弃物。通过本次大作业我学会了很多。首先是在设计方面，我学会了综合考虑，对比选择最优机构，学会了发现问题并及时解决问题，当然我也学会了多种查阅资料的方法，比如图书馆的相关文献、googel 文献引索、中知网。团队精神也是很重要的，在这次设计中，我们小组三人分工明确，积极探讨，深深体会到了团队的作用。当然也发现了自身的很多不足，所以决定在假期里来填补自己的不足，机械原理课程设计 设计说明书第 13 页 共 23 页以便今后完成更多，更复杂的设计，为自己的专业服务。像这种能够锻炼自己的机会并不多，我建议在日后的学习中可以多一些这样的机会，让我们更牢固的掌握我们所学到的专业知识。参考文献机械原理 高等教育出版 孙恒 主编C 语言教程 清华大学出版社 谭浩强 主编机械原理课程设计实习指南 机电学院 郭红利主编附录：推杆运动学数据：角度 位移 速度 加速度0 0 0 70.0332025 0.266667 6.11155 70.03320210 1.066667 12.2231 70.03320215 2.4 18.334649 70.03320220 4.266667 24.446199 70.03320225 6.666667 30.557749 70.03320230 9.6 36.669299 70.03320235 13.066667 42.780849 70.03320240 17.066667 48.892399 70.03320245 21.6 55.003948 70.03320250 26.666667 61.115498 70.03320255 32.266667 67.227048 70.03320260 38.4 73.338598 70.03320265 45.066667 79.450148 70.03320270 52.266667 85.561697 70.033202机械原理课程设计 设计说明书第 14 页 共 23 页75 60 91.673247 70.03320280 67.733333 85.561697 -70.03320285 74.933333 79.450148 -70.03320290 81.6 73.338598 -70.03320295 87.733333 67.227048 -70.033202100 93.333333 61.115498 -70.033202105 98.4 55.003948 -70.033202110 102.933333 48.892399 -70.033202115 106.933333 42.780849 -70.033202120 110.4 36.669299 -70.033202125 113.333333 30.557749 -70.033202130 115.733333 24.446199 -70.033202135 117.6 18.334649 -70.033202140 118.933333 12.2231 -70.033202145 119.733333 6.11155 -70.033202150 120 0 0155 119.918529 -2.740656 -60.080296160 119.389468 -10.030077 -104.487471165 118.07373 -20.562694 -134.646354170 115.740741 -33.15728 -151.981776175 112.257577 -46.756945 -157.918564180 107.578125 -60.429142 -153.881548185 101.732223 -73.365662 -141.295557190 94.814815 -84.882636 -121.58542195 86.975098 -94.420535 -96.175967200 78.405671 -101.544169 -66.492027205 69.331688 -105.94269 -33.958428210 60 -107.429587 0215 50.668312 -105.94269 33.958428220 41.594329 -101.544169 66.492027225 33.024902 -94.420535 96.175967230 25.185185 -84.882636 121.58542235 18.267777 -73.365662 141.295557240 12.421875 -60.429142 153.881548245 7.742423 -46.756945 157.918564250 4.259259 -33.15728 151.981776255 1.92627 -20.562694 134.646354260 0.610532 -10.030077 104.487471265 0.081471 -2.740656 60.080296270 0 0 0275 0 0 0280 0 0 0285 0 0 0机械原理课程设计 设计说明书第 15 页 共 23 页290 0 0 0295 0 0 0300 0 0 0305 0 0 0310 0 0 0315 0 0 0320 0 0 0325 0 0 0330 0 0 0335 0 0 0340 0 0 0345 0 0 0350 0 0 0355 0 0 0360 0 0 0推杆运动学分析代码：#include#include#include#define PI 3.141592653void main()double h=120;int ang1=150,ang2=270,ang3=360;double s72,v72,a72;double A ,B; int i;for(i=0;i#include#include#define PI 3.141592653double fact722;double theory722;int ang1=150,ang2=270,ang3=360;double h=120, rb=60,b=2;double A1=30*PI/180, A2=70*PI/180;double P