产品包装生产线的设计方案

产品包装生产线 的设计方案 如图 1 所示，输送线 1 上为小包装产品，其尺寸为长宽高 =600 200200，采取步进式输送方式，小包装产品送至 A 处（自由下落）达到 3 包时，被送到下一个工位进行包装。原动机转速为 1430品输送数量分三档可调，每分钟向下一工位分别输送 12、 21、 30 件小包装产品。 图 1 产品包装生产线（方案 2）功能简图 由设计题目和图 1 可以看出，推动产品在输送线 1 上运动的是执行构件 1，在 A 处把产品推向下一工位的是执行构件 2，这两个执行构件的运动协调关系如图 2 所示。 执行构件 运动情况 执行构件 1 进 退 进 退 进 退 执行构件 2 退 停止 进 退 图 2 产品包装生产线（方案 2）运动循环图 图 2 中是执行构件 1 的工作周期，是执行构件 2 的工作周期，是执行构件 2的动作周期。由图 2 可以看出，执行构件 1 是作连续往复运动，执行构件 2 是间歇运动，执行构件 2 的工作周期是执行构件 1 的工作周期的 3 倍，执行构件 2的动作周期则只有执行构件 2 的工作周期的四分之一左右。 根据前面的分析可知，驱动执行构件 1 工作的执行机构应该具有运动功能如图 3 所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件 1）往复运动一次，主动件的转速分别为 12、 21、30 12、 21、 30 3 执行机构 1 的运动功能 由于电动机转速为 1430了在执行机构 1的主动件上分别得到 12、 21、30转速，则由电动机到执行机构 1 之间的传动比有 3 种分别为： = = = = 传动比由定传动比与变传动比组成，即： = = = 三种传动比中最大，最小。由于定传动比是常数，因此 3 种传动比中最大，最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于 4，即： =4 于是定传动比为： = = = 定传动比的其他值为： = = = = 是，传动系统的有级变速功能单元如图 4： 图 4 有级变速运动功能单元 为保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护能力，还具有减速功能，如图 5 所示。 i = 5 过载保护运动功能单元 整个传动系统仅靠过载保护功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为 i = = 速运动功能单元如图 6 所示。 图 6 减速运动功能单元 根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件 1 运动的功能系统图，如图7 所示。 图 7 实现执行构件 1 运动的运动功能系统图 为了使用同一原动机驱动执行构件 2，应该在图 7 所示的运动功能系统图加上一运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件 2，该运动分支功能单元如图 8 所示。 图 8 运动分支功能单元 由于执行构件 2 的工作周期是执行构件 1 的工作周期的 3 倍，也就是说，运动分支在驱动构件 2 之前应该减速，使其转速等于执行构件 1 的三分之一，由于执行构件 2 与执行构件 1 的运动平面相互垂直，因此，该减速运动功能单元如图9 所示。 i=3 图 9 减速运动功能单元 由于执行构件 2 是间歇运动，且由图 2 可以看出执行构件 2 的间歇时间是其 工作周期的四分之三，也就是说其运动时间是其工作周期的四分之一。因此，间歇运动功能单元的运动系数为 间歇运动功能单元如图 10 所示。 图 10 间歇运动功能单元 由于执行构件 2的动作周期是执行构件 2的工作周期的四分之一左右，因此，驱动执行构件 2 的转速应该是驱动执行构件 2 的转速的 4 倍左右。所以，间歇运动功能 的运动应经过增速运动功能单元增速，如图 11 所示。 图 11 增速运动功能单元增速 增速运动单元输出的运动驱动执行机构 2 实现执行机构 2 的运动功能。由于执行构件 2 作往复直线运动，因此，执行机构 2 的运动功能是把连续转动转换为往复直线运动，如图 12 所示。 图 12 执行机构 2 的运动功能单元 根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图 ，如图 13 所示。 1430 i = i = 4, i = 13 产品包装生产线（方案 2）的运动功能系统图 根据图 13 所示的运动功能系统图 ,选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元 ,便可拟定出机械系统运动方案。 图 13 中的运动功能单元 1 是原动机。根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图 14 所示。 1430 图 14 电动机替代运动功能单元 1 图 13 中的运动功能单元 2 是过载保护单元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图 15 所示。 2 图 15 带传动替代运动功能单元 2 图 13 中的运动功能单元 3 是有级变速功能单元，可以选择滑移齿轮变速传动替代，如图 16 所示。 3 图 16 滑移齿轮变速替代运动功能单元 3 图 13 中的运动功能单元 4 是减速功能，可以选择 2 级齿轮传动代替，如图17 所示。 图 17 2 级齿轮传动替代运动功能单元 4 图 13 中的运动功能单元 6 将连续传动转换为往复摆动，可以选择导杆滑块机构替代，如图 18 所示。 图 18 导杆滑块机构替代运动功能单元 6 图 13 中的运动功能单元 7 是运动传递方向转换功能和减速运动功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图 19 所示。 i = 3 图 19 圆锥齿轮传动替代 减速 运动功能单元 7 图 13 中运动功能单元 5 是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动的主动轮与导杆滑块机构的曲柄固联替代，如图 20 所示。 图 20 2 个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元 5 图 13 中运动功能单元 8 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为 由槽轮机构运动系数的计算公式有： 式中， Z 槽轮的径向槽数。 则，槽轮的径向槽数为： 该槽轮机构如图 21 所示。 图 21 用槽轮机构替代运动功能单元 8 图 13 中的运动功能单元 9 是增速运动功能单元，可以圆柱齿轮传动代替，如图 22 所示。 图 22 用圆柱齿轮传动 替代运动功能单元 9 图 13 中运动功能单元 10 是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可以用曲柄滑块机构替代，如图 23 所示。 图 23 用 曲柄滑块机构替代运动功能单元 10 根据上述分析，按照图 13 各个运动单元连接顺序把个运动功能单元的替代机构一次连接便形成了产品包装生产线（方案 2）的运动方案简图，如图 24 所示。 （ a） 2,皮带轮 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,26,15,16,17 圆锥齿轮 18,20,图 24 产品包装生产线（方案 2）的运动方案简图 5. 设计课题运动方案设计 1） 执行机构 1 的设计 执行机构 1驱动执行构件 1运动，由图 24可知，执行机构 1由曲柄 15，滑块 18，导杆 19，连杆 20 和滑枕 21 组成。其中大滑块的行程 h=480对机构进行参数计算。 该机构具有急回特性，在导杆 19 与曲柄 15 的轨迹圆相切时候，从动件 处于两个极限位置，此时导杆的末端分别位于 2位置。取定 其满足： 21 利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离 h，这样就利用了机构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。 设极位夹角为，显然 导杆 19 的摆角就是，取机构的行程速比系数K=此可得极位夹角和导杆 19的长度。 001 1 8 0 3 01/29 2 7 . 2 8 9s i m m 图 25 导杆滑块机构设计 先随意选定一点为 D，以 l 为半径做圆。再过 之为基础线，左右各作射线，与之夹角 15，交圆与 2点。则弧 导轨从 到 时候，摆角为 30。接着取最高点为 C,在 C 和 1m，该线为滑枕 21 的导 路，距离 c o s 22 在 导杆 21 的长度为，最大压力角的正弦等于 1m a x 22c o ss 要求最大压力角小于 100，所以有 01 0m a xs i n 1 c o s 1 529 2 7 . 6 8 9 9 1 . 0 22 s i n 2 s i n 1 0m m 越大，压力角越小，取 =200400 曲柄 15的回转中心在过 柄越长，曲柄受力越小，可选 221 取 00此可以得到曲柄 15的长度 02 s i n 5 0 0 s i n 1 5 1 2 9 . 4 12l A D m m 2） 执行机构 2 的设计 执行机构 2 驱动执行构件 2 运动，有图 24 可知，执行构件 2 由曲柄 28，连杆 29 和滑块 30 组成。由设计题目可知，滑块 30 的行程为 由此可确定该机构曲柄的长度 连杆 29 的长度与机构的许用压力角、曲柄存在条件及结构有关，即 由此可以看出，连杆 29 的长度越大，机构的最大压力角就越小。 若要求 则 执行机构 2 如图 26 图 26 曲柄滑块机构设计 3） 槽轮机构的设计 确定槽轮槽数 根据图 21 可知，在拨盘圆销数 k=1 时，槽轮槽数 z=4。 槽轮槽间角 2 槽轮每次转位时拨盘的转角 2=90 中心距 槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不确定的情况下暂定为 a=150 拨盘圆销的回转半径 槽轮半径 锁止弧张角 圆销半径 圆整： 槽轮深度 锁止弧半径 取 4） 齿轮传动设计 滑移齿轮 设计 根据滑移齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，选择齿轮 5、 6、 7、 8、 9和 10为角度变位直齿轮，其齿数：，各个齿轮参数如下表： 表 1 滑移齿轮 5、 6 参数 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 5 33 齿轮 6 53 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 标准中心距 = ()/2=86 7 实际中心距 88 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 5 轮 6 0 齿顶高 齿轮 5 =轮 6 =1 齿根高 齿轮 5 =轮 6 =2 分度圆直径 齿轮 5 =66 齿轮 6 =106 13 齿顶圆直 径 齿轮 5 =轮 6 =4 齿根圆直径 齿轮 5 =轮 6 =5 齿顶圆压力角 齿轮 5 =轮 6 =6 重合度 /= 2 滑移齿轮 7、 8 参数 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 7 27 齿轮 8 60 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 标准中心距 = ()/2=87 7 实际中心距 88 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 7 轮 8 0 齿顶高 齿轮 7 =轮 8 =1 齿根高 齿轮 7 =轮 8 =2 分度圆直径 齿轮 7 =54 齿轮 8 =120 齿顶圆直径 齿轮 7 =轮 8 =4 齿根圆直径 齿轮 7 =轮 8 =5 齿顶圆压力角 齿轮 7 =轮 8 =6 重合度 /= 3 滑移齿轮 9、 10 参数 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 9 17 齿轮 10 69 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 标准中心距 = ()/2=86 7 实际中心距 88 8 啮合角 13 9 变位系数 齿轮 9 轮 10 0 齿顶高 齿轮 9 =轮 10 =1 齿根高 齿轮 9 =轮 10 =2 分度圆直径 齿轮 9 =34 齿轮 10 =138 齿顶圆直径 齿轮 9 =轮 10 =4 齿根圆直径 齿轮 9 =轮 10 =5 齿顶圆压力角 齿轮 9 =轮 10 =6 重合度 /= 定轴齿轮 设计 根据定轴齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求， ， 选择齿轮 11、 12、 13 和 14为角度变位直齿轮 ，其齿数： ： ,。 根据定轴齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，选择齿轮 26和 27为角度变位直齿轮 ，其齿数： ， 。 各个齿轮参数如下表： 表 4 定轴圆柱齿轮 11、 12 参数（齿轮 13、 14 与 11、 12 对应相同） 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 11 17 齿轮 12 59 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 13 5 顶隙系数 标准中心距 = ()/2=76 7 实际中心距 78 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 11 轮 12 0 齿顶高 齿轮 11 =轮 12 =1 齿根高 齿轮 11 =轮 12 =2 分度圆直径 齿轮 11 =34 齿轮 12 =118 齿顶圆直径 齿轮 11 轮 12 =4 齿根圆直径 齿轮 11 =轮 12 =5 齿顶圆压力角 齿轮 11 =轮 12 =6 重合度 /= 5 定轴齿轮 26、 27 参数 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 26 68 齿轮 27 17 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 标准中心距 = ()/2=85 13 7 实际中心距 87 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 26 轮 27 0 齿顶高 齿轮 26 =轮 27 =1 齿根高 齿轮 26 =轮 27 =2 分度圆直径 齿轮 26 =136 齿轮 27 =34 13 齿顶圆直 径 齿轮 26 =轮 27 =4 齿根圆直径 齿轮 26 =轮 27 =5 齿顶圆压力角 齿轮 26 =轮 27 =6 重合度 /= 圆锥 齿轮 设计 根据 圆锥 齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，齿轮 16 和 17选择为标准齿轮，。 各个齿轮参数如下表： 表 5 圆锥齿轮 16、 17 参数 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 16 17 齿轮 17 51 2 模数 3 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 6 分度圆锥角 齿轮 16 =轮 17 = 分度圆直径 齿轮 16 =51 齿轮 17 =153 8 锥距 = 齿顶高 齿轮 16 =3 齿轮 17 =3 10 齿根高 齿轮 16 =轮 17 =1 齿顶圆直径 齿轮 16 2=轮 17 2=2 齿根圆直径 齿轮 16 =轮 17 =3 当量齿数 齿轮 16 =轮 17 =4 当量齿轮 齿顶圆压力角 齿轮 16 = 齿轮 17 = 15 重合度 /=. 设计课题运动方案分析 曲柄 15 顺时针转动 曲柄 15 的初始位置 如图 27 所示，曲柄顺时针转动时的初始位置由角确定。由于该曲柄导杆机构的 =30，因此，当导杆 19 位于左侧极限位置时，曲柄 15 与水平轴的夹角 = 15 曲柄 28 的初始位置