机械原理课程设计-块状物品推送机的机构综合与结构设计（全套图纸）.docx

机械原理课程设计计算说明书设计题目：块状物品推送机的机构综合与结构设计学 院：专 业：班 级：姓 名：学 号：目录前言1一 设计题目11.1 设计题目11.2 设计数据与要求11.3 设计提示21.4 设计任务2二 实现推送机推送要求的执行机构方案选定32.1 实现推送机推送要求的执行机构设计方案32.1.1 方案一：凸轮连杆组合机构32.1.2 方案二：凸轮机构32.1.3 方案三：连杆机构42.2 方案的选定4三 传动零件设计计算53.1 齿轮的选择53.2 轴的设计63.3 凸轮的设计73.4 运动简图8四 传动装置运动和动力参数计算84.1 减速系统的设计84.2 动力参数设置84.3 电动机的选择94.3 带轮的选择9五 所选方案的机构运动学分析105.1 凸轮轮廓曲线125.2 从动件位移图135.3 从动件速度曲线图135.4 从动件加速度曲线图145.5 所选方案的运动角度变化14总结14参考文献16附录 117附录 220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。全套图纸加153893706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。一 设计题目1.1 设计题目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。1.2 设计数据与要求 向上推送距离H=120mm，生产率为每分钟推送物品120件； 推送机的原动机为同步转速为3000转/分的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动； 由物品处于最低位置时开始，当执行机构主动件转过1500时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过1200时， 推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过900时，推杆在最低位置停留不动；设推杆在上升运动过程中， 推杆所受的物品重力和摩擦力为常数， 其值为500N；设推杆在下降运动过程中，推杆所受的摩擦力为常数， 其值为100N； 使用寿命10年，每年300工作日，每日工作16小时； 在满足行程的条件下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于350），结构紧凑，振动噪声小。1.3 设计提示实现推送机推送要求的执行机构方案很多，下面给出几种供设计时参考。 凸轮机构，可使推杆实现任意的运动规律，但行程较小。 凸轮齿轮组合机构，可以将摆动从动件的摆动转化为齿轮齿条机构的齿条直线往复运动。当扇形齿轮的分度圆半径大于摆杆长度时， 可以加大齿条的位移量。 凸轮连杆组合机构也可以实现行程放大功能，但效率较低。 连杆机构由曲柄摇杆机构ABCD与曲柄滑块机构GHK通过连杆EF相联组合而成。连杆BC上E点的轨迹，在e1e2部分近似呈以F点为圆心的圆弧形， 因此，杆FG在图示位置有一段时间实现近似停歇。 固定凸轮连杆组合机构可视为连杆长度 BD 可变的曲柄滑块机构， 改变固定凸轮的轮廓形状，滑块可实现预期的运动规律。1.4 设计任务 提出三种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合； 设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图； 在假设电动机等速运动的条件下， 绘制推杆在一个运动周期中位移、 速度和加速度变化曲线； 撰写设计说明书二 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2.1.1 方案一：凸轮连杆组合机构 图2-1 方案一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。2.1.2 方案二：凸轮机构图2-2 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。2.1.3 方案三：连杆机构 图23 连杆机构图23所示的连杆机构由曲柄摇杆机构ABCD与曲柄滑块机构GHK通过连杆EF相联组合而成。连杆BC上E点的轨迹，在部分近似呈以F点为圆心的圆弧形，因此，杆FG在图示位置有一段时间实现近似停歇。2.2 方案的选定经比较最后选择方案一。图2-4 方案的选定。 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。三 传动零件设计计算3.1 齿轮的选择传递的功率为P1=1.5kw，小齿轮转速为500r/min传动比为5（1）确定材料及许用应力小齿轮用45钢调质，齿面硬度为197286Mpa，大齿轮用45钢正火，齿面硬度为156217Mpa，取SH=1.25, SF=1.6 （2）按齿面接触疲劳强度设计该齿轮按8级精度制造，载荷系数K=1 齿宽系数小齿轮上转矩为,取ZE=189.8。，取齿数Z1=30，Z2=iZ1=530=150模数,取标准值Z=4齿宽，取b1=125mm,b2=120mm.则d1=mZ1=120mm,d2=nZ2=480mm(3)验证轮齿弯曲强度齿形系数YFa1=2.52,YSa1=1.625,YFa2=2.124,YSa2=1.774(4)齿轮圆周速度,故选择8级精度制造是合适的。3.2 轴的设计（1）轴的选材：因为是一般用轴，所以选材料为45钢，调质，查机械设计基础表16-1，查取，查机械设计基础表16-4，因为是碳素钢，所以取许用弯曲应力，查机械设计基础表16-3，因为是45钢，所以查取3040Mpa, C=118107。（2）高速轴的设计：按纯扭转强度估算轴径（最小轴径）：,考虑到轴的最小处要安装联轴器，增大3%5%，故取d1=12mm。图3-1 高速轴的设计选联轴器的型号为TL5，轴承为7205C中速轴的设计：,取d2=20mm图3-2 中速轴的设计低速轴的设计：,取d3=32mm图3-3 低速轴的设计3.3 凸轮的设计从动件的运动规律遵循二次多项式动运规律推程运动角为 ，回程运动角为 远休止角为，近休止角为。转速为n=100r/min，h=80mm，r0=40mm.推程前半段： , 推程后半段：,回程前半段：,回程后半段：，近休止段：S=0, V=0，a=0。求得轮廓曲线各点的坐标公式如下：代入各已知条件用EXCEL求解，得轮郭曲线图和各阶段运动图。 3.4 运动简图四 传动装置运动和动力参数计算4.1 减速系统的设计本机构原动件为一高速电动机，其同步转速为3000r/min,但我们所需要的是转速是100r/min,所以要减速，对于减速装置我们采用的是皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速，减为500r/min,第二级采用齿轮减速至100r/min。皮带传动机构设计分析如下:带传动的优点：（1）适用于中心距较大的传动；（2）带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；（3）过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽然使传动失效，但可防止损坏其他零件；（4）机构简单、成本低廉。带传动的缺点：（1）传动的外廓尺寸较大；（2）需要张紧装置；（3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；(4)带的寿命较短；（5）传动效率较低。通常，带传动适用于中小功率的传动。目前V带传动应用最广，一般带速为V=525m/s，传动比i7，传动效率0.9至0.95。4.2 动力参数设置本机构原动件为一高速电机,其转速为3000r/min,但我们所需要的转速是120r/min,所以要减速。对于减速装置我们采用皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速,减为240r/min。第二级是用齿轮减为120r/min。该皮带传动为一平带传动，传递功率P=0.8KW，带在小轮上的包角a=170度（2.97rad），带的厚度=4.8mm,带的密度=1kg/c，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。传递的圆周力F=1000P/V=1000N紧边、松边拉力因，所以离心力引起的拉力，这种平带每米长的质量q=100b=0.48kg/m，如前所述，离心力引起的拉力所需的初拉力带的离心力使带与论免检的压力减小、传动能力降低，为了补偿这种影响，所需初拉力应为=1302N，此结果表明，传递圆周力1000N时 ，为防止打滑所需的初拉力不得小于1302N。作用在轴上的压力，静止时轴上压力为4.3 电动机的选择根据设计要求，根据设计要求，所选择的电机型号为同步转速为1420转/分的三相交流电动机，功率为总传动比为。分配传动比，采用二级减速器，第一级减至500r/min，第二级减至100r/min，故选择传动比分别为5.68和5。4.3 带轮的选择(1)设计功率(2)选择V带型号根据计算功率及小带轮转速选择Z型V带(3)确定小带轮基准直径d1和d2 选取标准值d2=280mm(4)确定中心距a和v带的基准长度Ld初定中心距,所以选择。V带基准长度为：选取接近基准长度Ld=1800mm,kc=1.1。(5)实际中心距，故a=630mm。(6)小带轮包角(7)确定V带根数Z,(8)确定初拉力F0及计算作用在带轮轴上的压力FQ五 所选方案的机构运动学分析推程运动角为 ，回程运动角为 远休止角为，近休止角为。转速为n=100r/min，h=80mm，r0=40mm.推程前半段： , 推程后半段：,回程前半段：,回程后半段：，近休止段：S=0, V=0，a=0。求得轮廓曲线各点的坐标公式如下：代入各已知条件用EXCEL求解，得轮郭曲线图和各阶段运动图。 根据求得的轮廓曲线各点的坐标公式：代入各已知条件用EXCEL求解，可求得轮郭曲线图和各阶段运动图。5.1 凸轮轮廓曲线图5-1 凸轮轮廓曲线5.2 从动件位移图图5-2 从动件位移曲线图5.3 从动件速度曲线图图5-3 从动件速度曲线图5.4 从动件加速度曲线图图5-4 从动件加速度曲线图5.5 所选方案的运动角度变化凸轮转角推杆上升下降停止 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。总结本次课程设计不同于之前的设计，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。通过这次设计，使我认识到上课时的内容虽然已经很很丰富，但如果没有实践的话，学习再多的理论也只是纸上谈兵，就像用到的各种符号，往往就同其它的一些符号相混，结果往往是张冠李戴。通过这次设计，我查找资料的能力也得到了很大的提高。更重要的是，我们初步尝试了去独立地去发现问题，解决问题，反思问题的能力，并且设计的是一个整体，所以考虑问题的方向也全面了，不单单是去解一道题目，而是去解决一系列相关联的题目链，大大地提高了我们在这方面的能力，而且这种能力的培养恰恰是在学校学习阶段很难得接触到的，但却在以后踏上工作岗位中常常会遇到的。这次设计还是有一定难度的，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，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。28参考文献1 王之栎，王大康.机械设计综合课程设计M.机械工业出版社，2003.2 陆 玉，冯立艳.机械设计课程设计M.第四版.机械工业出版社，2007.3 杨黎明，杨志勤.机械设计简明手册M.北京：国防工业出版社，2008.4 濮良贵，纪明刚.机械设计M.第七版.北京；高等教育出版社，2001. 5 骆素君，朱诗顺.机械课程设计简明手册M.北京；化学工业出版社，2006.6 白新理,结构优化设计M.黄河水利出版社，2008.7 王科社,机械优化设计M.国防工业出版社，2007.8 王玉新,复杂机械系统快速创新设计M科学出版社 , 2006.9 郭鹏飞,韩英仕,结构优化设计M.东北大学出版社 , 2005.10王凌著，智能优化算法及其应用M.清华大学出版社 , 2001附录 1凸轮位置数据：实际廓线理论廓线010001188.73881699.8851229.213759117.87885517.55004299.53123718.524743117.50482826.5030798.91080528.024547116.84638735.661397.97861737.794087115.85181645.07928196.67283147.89948114.45052754.894.91638458.388963112.5549664.85237692.61879169.29073110.06301775.24900389.67826980.611453106.86093985.98418585.98418592.335296102.82649497.03229681.419764104.42326597.832368108.3465175.865043116.81285591.749659119.85791669.2129.41796584.451409131.4750561.307823142.12909775.81614143.08386352.078267154.8138965.731342154.54813241.411047167.31799554.09689165.18508729.126588179.55553739.965875174.26765915.246445189.94544924.089912181.60198.2903496.740346187.018951-16.362038204.429581-11.793673190.396166-33.571981208.240425-31.20927191.639684-51.349698209.639011-51.194073190.694956-69.407288208.58088-71.430581187.545291-87.453806205.06111-91.600625182.211745-105.2 199.113975 -111.38988174.752436-122.36297 190.812115 -130.492347165.261321-138.67071 180.265193 -148.614748153.866436-153.86643 167.618065 -165.480767140.727634-167.71266 153.048456 -180.835062126.033862-179.995 136.764191 -194.447110-190.52558 119.000000 -206.11404692.941587-199.313876100.344839-215.72094375.035617-206.15866480.413065-223.33664556.441635-210.64304859.447614-228.39027637.462987-212.46315437.859598-230.45878418.499467-211.44987316.174-229.2990250-207.578125-5.031215-224.860685-17.582122-200.96457 -25.185046 -217.280071-33.829237-191.85514 -43.775419 -206.857589-48.392716-180.60407 -60.388735 -194.024044-61.018333-167.64649 -74.735685 -179.301288-71.562663-153.46662 -86.664247 -163.261635-80-138.56406 -96.161564 -146.488953-86.419794-123.42025 -103.346374 -129.543237-91.01508-108.46754 -108.453176 -112.929924-94.06281-94.062811-111.809006-97.074877-95.897415-80.467486-113.803337-82.305411-96.879291-67.83561-114.851449-68.836388-97.3602-56.210938-115.35189-56.757813-97.647797-45.533915-115.64129-46.017857-97.971657-35.658767-115.956416-36.399321-98.453216-26.38046-116.417812-27.508868-99.082032-17.470836-117.031203-18.822606-99.70063-8.722675-117.66836-9.800034-1000-1180-99.619478.715574-117.55097410.284378-98.48077517.364818-116.20731520.490485-96.59258325.881904-113.97924830.540647-93.96926234.202014-110.88372940.358377-90.63077942.261826-106.94431949.868955-86.6025450-102.19099859-81.91520457.357644-96.65994167.682019-76.60444464.278761-90.39324475.848938-70.71067870.710678-83.438683.4386-64.27876176.604444-75.84893890.393244-57.35764481.915204-67.6820296.659941-5086.60254-59102.190998-42.26182690.630779-49.868955106.944319-34.20201493.969262-40.358377110.883729-25.88190596.592583-30.540647113.979247-17.36481898.480775-20.490485116.207315-8.71557499.61947-10.284378117.550974附录 2凸轮位置代码：#include#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=13,e=0;double So,r=18;double S(int I)double s;double A;double B;if(Iang1/2)&(I=ang1)A=I*PI/180;B=ang1*PI/180;s=h-2*h*pow(B-A)/B,2); else if(I=ang2) A=(I-ang1)*PI/180; B=(ang2-ang1)*PI/180;s=h-(10*h*pow(A/B,3)-15*h*pow(A/B,4)+6*h*pow(A/B,5); else s=0;return(s);double ds(int Q)double A,B,C;if(Qang1/2)&(Q=ang1)A=Q*PI/180;B=ang1*PI/180;C=4*h*(B-A)/(B*B); else if(Q=ang2) A=(Q-ang1)*PI/180;B=(ang2-ang1)*PI/180;C=-30*h*A*A/pow(B,3)+60*h*pow(A,3)/pow(B,4)-30*h*pow(A,4)/pow(B,5); else C=0; return C;double dss(int B3)double A,B,C;if(B3ang1/2&B3=ang1)A=B3*PI/180;C=ang1*PI/180;B=-4*h/(C*C); else if(B3=ang2)A=(B3-ang1)*PI/180;C=(ang2-ang1)*PI/180;B=-60*h* A/pow(C,3)+180*h*A*A/pow(C,4)-120*h*pow(A,3)/pow(C,5); else B=0;return(B);void xy(int ang)double A,B,C,E,F,dx,dy;A=ang*PI/180;B=S(ang);C=ds(ang); dx=(So+B)*cos(A)+sin(A)*C-e*sin(A); dy=-sin(A)*(So+B)+C*cos(A)-e*cos(A);E=r*dy/sqrt(dx*dx+dy*dy);F=r*dx/sqrt(dx*dx+dy*dy);theoryang/50=(So+B)*sin(A)+e*cos(A);theoryang/51=(So+B)*cos(A)-e*sin(A);factang/50=theoryang/50-E;factang/51=theoryang/51+F;double a(int B1)/*求解压力角*/double A,B;A=sqrt(ds(B1)-e)*(ds(B1)-e);B=S(B1);return atan(A/(B+So);double p(int B2)double dx,dy,dxx,dyy;double A,B,C,D,E;A=B2*PI/180;B=ds(B2);C=S(B2); D=dss(B2);dx=(So+C)*cos(A)+sin(A)*B-e*sin(A); dy=-sin(A)*(So+C)+B*cos(A)-e*cos(A);dxx=-(C+So)*sin(A)+cos(A)*B+D*sin(A)-e*c