机械原理课程设计-香皂包装机构设计（全套图纸）.doc

课程设计说明书 题 目： 香皂包装机构设计香皂包装机构设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 副 教 授 2012 年 1 月 6 日 -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 I 页 共 I 页 目 录 目 录 .I 1 设计任务 .1 2 运动方案的拟订 .1 3 机构尺寸设计 .3 4 机构运动仿真（分析） .5 5 设计小结 .6 参考文献 .8 全套图纸加 153893706 -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 1 页 共 2 页 1 设计任务设计任务 随着中国经济的快速发展，以及即将进入老龄化社会的大趋趋势，劳动力 不断减少的问题日渐突出，尤其是中国的中经济支柱制造行业，受这一问题的 影响尤其深远，这几年各地不断出现用工荒，各地都面临招不到员工的困境， 究其原因，是中国经济过于依赖廉价的劳动办，而忽略了社会结构的不断变化 情况。所以本次课设的目标是解决制造业缺乏劳动力这一问题。课设的香皂香 皂包装机构设计的目标就是完由机械自动完成香皂的进料，包装，出料等工序。 在未来的 20 年随着年青劳动的不断减少，这款产品必将满足各制造产商的生 产需要，从而摆脱用工荒这一因境。 设计工作量：设计工作量： 1)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2)按工艺动作过程拟定运动循环图。 3)构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 4)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 5)进行机构运动分析或仿真（可以 CAD 软件进行仿真分析，也可编程分析） 。 6)绘制系统机械运动方案简图（提交电子版和打印版） 。 6)编写设计说明书（提交电子版和打印版） 。 2 运动方案的拟订运动方案的拟订 （1）实现的功能实现的功能 香皂的进料，包装，出料 （2）工作流程工作流程 纸张的进料（由送纸机构传送完成） 偏心轮机械送入香皂恰好入在纸上 由齿条送入后面一道工序 接收上级工位传下的纸盒（该工位用不完全齿轮实现步进，并且步进的节奏 -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 2 页 共 2 页 与偏心轮的推动过程一致） 用吸力吸起纸盒的四边，同时压板压下完 成折纸动作 送出装盒后的香皂 （3）设计方案的评价及选择设计方案的评价及选择 步进机构的方案步进机构的方案 a、不完全齿轮机构 不完全齿轮机构（如图）是由齿轮演变过来的，又称为间歇齿轮机构或欠 齿轮机构。它也能将主动轮的等速连续运动转换为从动轮的间歇运动。 与其他间歇运动机构相比，其结构简单，制造方便。另外主动轮转动一周， 从动轮停歇的次数和每次停歇的时间，以及每次转动的转角等，其允许选择的 幅度比槽轮机构、棘轮机构范围大，因而设计灵活。但不完全齿轮机构在转动 过程中，在从动轮开始和终止运动时角速度有突变，冲击较大，故一般用于低 速轻载运动机构的场合中。若用于高速则需要安装瞬心线附加杆以改善其动力 特性。 不完全齿轮机构多用于多工位自动机和半自动机工作台的间歇转位、计数机 构及某些间歇进给机构中。 b、槽轮机构 桂林电子科技大学课程设计说明书第 3 页 共 2 页 槽轮机构（如图）能将主动构件的等速连续 运动，转换为从动件间歇运动。槽轮机构常 用于步进，转位，分度转动，是一种使用较 普遍的机构。 槽轮机构主要由曲柄、圆销、具有径向槽的槽轮以及机架等组成。槽轮机 构工作时，曲柄为主动件，以转速 连续回转，从动件槽轮在圆销的带动下， 可作时而转动，时而停止的间歇转动。当曲柄上圆销还没进入槽轮内时，槽轮 的内凹圆弧面被曲柄的外凹圆弧卡住，槽轮是不转动的；圆销进入槽轮的径向 槽内时，槽轮被带动的按照与曲柄相反的方向转动。 槽轮机构的机构简单、工作可靠，如果槽轮机构得到合理的设计，拔销进 入啮合和退出啮合的过程中槽轮的运动比较平稳。槽轮每次转过的角度 =2/z。因此，槽轮多用于不要求经常调整转角的转位运动机构中，运动过 程中槽轮机构有较大的运载荷，当槽数少而载荷大时，槽轮运动过程中存在冲 击与振动，故槽轮机构一般不用于高速运动场合。此外由于限于制造工艺、机 构尺寸的因素，槽轮机构的槽数不宜过多，使得槽轮两次停歇之间的转角过大。 c、两种方案的比较 槽轮机构与不完全齿轮相比，两者的机构都较简单，而且工作可靠。显然， 不完全齿轮的从动轮停歇的次数和每次停歇的时间，以及每次转动的角度等的 选择范围相对槽轮来说比较大，但是其在从动轮开始和终止运动时角速度有突 变，冲击角大；而槽轮在设计合理的前提下，拔销进入啮合和退出啮合时，运 动较平稳。 推送香皂机构的方案推送香皂机构的方案 -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 4 页 共 2 页 a、曲柄滑块机构（实际生产中用偏心轮代替可使结构紧凑，安装快捷 便利） 在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械结构，它将曲柄 的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水 泵等机械的主机构。 b、凸轮机构（如右图） 由凸轮的回转运动或往复运动推 动从动件作规定往复移动或摆动的机构。 凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、 圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间 凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从 动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但 尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持 接触，可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动， 为确定凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多 数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适 用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可 靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构 易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。 桂林电子科技大学课程设计说明书第 5 页 共 2 页 c、两种方案的比较 曲柄滑块机构是连杆机构演变而来的 其运动规律主要由各杆长和曲 柄转速控制 运动副多为低副，凸轮机构其主要运动规律由凸轮轮廓轨迹 和转速控制，运动副多为高副。 整体方案比较整体方案比较(齿轮齿条与转盘工位机构的比较齿轮齿条与转盘工位机构的比较) 齿轮齿条机构和转盘工位机构均是实现步进的功能，齿轮齿条机构的 传动，只需要直齿轮即可不需要斜齿轮传动，而转盘工位机构需要传动转 向，所以必需要用到斜齿轮机构。 本次设计的齿轮机构避免了用到斜齿轮机构,是考虑到了以下几点: 1 斜齿轮在传动时会产生轴向推力, 斜齿轮是在直齿轮的基础上研发出 来的 2、直齿轮在啮合中，轮齿的啮合原理为：轮齿啮入渐开线纯滚动进 行力的传递轮齿啮出将力的传递工作交义于下一对轮齿 3、从上述可以看出，齿轮在啮合中，轮齿的啮合实际上是间歇的，由于 -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 6 页 共 2 页 渐开线轮齿在制造中的制造误差、安装误差等因素，将会凸显间歇传动的 特性 4、之所以用渐开线作为齿廓，是希望传递平稳、传动比恒定，缘于制造 误差，轮齿的突然啮入与突然啮出，将导致机构将形成瞬间冲击、瞬时传 动比变化。 5、于是，斜齿轮应运而生，斜齿轮的啮合原理将不是具有冲击性的突然 啮入和突然啮出，在啮入啮出的循环中，每一对轮齿的啮入啮出将是渐次 的，没有直齿轮的啮合冲击现象，运行比较平稳，容易保证传动比恒定 6、直齿轮的轮齿受力面是沿齿轮轴向分布于全齿宽，而斜齿轮的受力面 在齿轮轴向的分布却不能布满全齿宽，按这个道理，相同模数相同齿数相 同材料的前提下，斜齿轮的受力将小于直齿轮，但是，由于斜齿轮的轮齿 螺旋角又将增强齿轮的法向受力能力，这样看来，斜齿轮与直齿轮在载荷 上基本加以忽略 7、因此，大型齿轮、受冲击的齿轮、对传动比没什么要求的机构，将用 直齿轮，反之，则用斜齿轮 8、直齿轮制造简单，斜齿轮制造和安装比较麻烦，但运行平稳 齿条传动的优点 1）瞬时传动比恒定，工作平稳性较高； 2）维护简便； 3）传动比变化范围大，特别是采用行星传动时，传动比可到 100200（单 级） ，适用于减速或增速传动； 4）采用非圆齿轮，瞬时传动比可按所需变化规律设计； 5）传递功率范围大，承载能力高； 6）传动效率高，特别是精度较高的圆柱齿轮副，其效率可达 =0.99 以 上； 7）结构紧凑，如使用行星传动、少齿差传动，或谐波齿轮传动，可使部 件更为缩小，成为同轴线传动； 桂林电子科技大学课程设计说明书第 7 页 共 2 页 8）速度范围大，齿轮的圆周速度可从 V0.1M/S 达到 200m/s，或更高； 转速可从 n1r/min 到 20000r/min 以上 3 机构尺寸设计机构尺寸设计 不完全齿轮机构运动尺寸设计不完全齿轮机构运动尺寸设计 右边为不完全齿轮，左边为标准齿轮，右边齿轮转一圈，右边齿轮转动 60。 具体参数为：z 右=4，z 左=19，m=3mm，=20，=60 中心距：a=m(z 右 *360/+ z7)/2=3*(4*6+36)/2=60mm 分度圆半径：r 右= r 左=a/2=60/2=30mm 基圆半径：rb 右= rb 左=a*cos/2=60*cos20/2=56.4mm 齿顶圆半径：ra 右= ra 左=(z 左+2ha*)*m/2=(19+2*1)*3/2=31.5mm 齿顶圆压力角：a 右=a 左=arccos【z 左 cos/（z 左+2ha*） 】 =acrcos【19cos20/（19+2*1） 】=32 基圆齿距：Pb 右=Pb 左=mcos=3.14*3*cos 20=8.86mm 曲柄滑块机构运动尺寸设计曲柄滑块机构运动尺寸设计 曲柄长：a=35mm 连杆长：b=120mm 偏心距：e=10mm 行程：s=70mm 级位夹角：= arccos【e/(a+b） 】- arccos【e/(b-a） 】=3.1 最小传动角：rmin= arccos【e/(b-a） 】=83.2 行程速比：k=（180+）/（180-）=1.0351 滑块的速度分析曲线图 滑块的加速度分析曲线图 桂林电子科技大学课程设计说明书第 8 页 共 2 页 由上述运动曲线图知：该机构具有急回特性，由加速度曲线知，该机构冲击较 小。 杆件尺寸计算杆件尺寸计算 杆件 1：长 1500mm 杆件 2：140mm 杆件 3：1500mm 齿条：长 1510mm 宽 200mm 滑块：长 100mm 宽 60mm 高 35mm 凸轮机构尺寸计算 基圆半径： R0=75mm 推程： S=50mm 推程角： 0=78 回程角： 桂林电子科技大学课程设计说明书第 9 页 共 2 页 0=36 近休角： 1=45 远休角： =21 直齿轮传动计算 设转动比 i=2.5 取 Z1=22，Z2i222.52255。按钢制齿轮计算，取模数 m=5mm.。 则 d1Z1m110 mm.d2Z2m275 mm. 其他基本尺寸计算（ha*=1，c*=025） 小直齿轮 齿数 z1=24 压力角 =20 分度圆直径 d1Z1m110 mm 齿顶高 ha=h*m=5 mm 齿根高 hf=m（h+c）=6.25mm 齿全高 h=ha+hf=11.25 mm 齿顶圆直径 da1=（z1+2ha*）m=120 mm 齿根圆直径 df1=（z1-2ha*-2c*）m=97.5 mm 基圆直径 d1=mZ1cos=103.4 mm 齿距 p=m=15.7 mm 齿槽宽 e=m/2=7.85 mm 桂林电子科技大学课程设计说明书第 10 页 共 2 页 齿厚 s=m/2=7.85 mm 大直齿轮 齿数 z2=55 压力角 =20 分度圆直径 d2Z2m275 mm 基圆直径 d2=mZ2cos=206.8 mm 齿顶高 ha=h*m=5 mm 齿根高 hf=m（h+c）=6.25mm 齿全高 h=ha+hf=11.25 mm 齿顶圆直径 da2=（z2+2ha*）m=285 mm 齿根圆直径 df2=（z2-2ha*-2c*）m=262.5 mm 齿距 p=m=15.7 mm 齿槽宽 e=m/2=7.85 mm 齿厚 s=m/2=7.85 mm 桂林电子科技大学课程设计说明书第 11 页 共 2 页 4机构运动仿真（分析） 三维图形正面三维图形正面 三维图形背面 桂林电子科技大学课程设计说明书第 12 页 共 2 页 机构运用皮带传送，把香皂送入到曲柄滑块工位，与此同是，送纸机构把 纸盒的纸送入曲柄滑块的相邻工位，下一时刻，取纸机构运动到最高点取下一 张纸，而曲柄推动滑块把香皂推到齿条上的纸上，卷纸机构运动到最低点开始 动作。下一时刻，机构的动作开始重复前面的动作。 5机械运动循环图 卷纸机构到达最高点，曲柄滑块退回到原点，送纸机构送纸到齿条上卷 纸机构到达最低点完成卷纸动作曲柄滑块把香皂送到齿条上的包装纸上送 纸机构到达最高点抓取下一张纸循环以上动作 6 电动机的选择，传动比的计算 设定香皂长,宽,高分别为为 a=80mm,b=50mm,c=25mm 的长方体。 步进长 L=4*3.14*m=37.68mm 取齿条的工作速度为 v=0.25m/s 按香皂与齿条接触时就与齿条同线速度转动算 t=0.03768/0.25=0.151（s） 实际上还有个加速的过程，所以 t 应稍取大点，取 t=1s 故香皂与齿条接触的时间应大于 t=1s 电动机转一圈需时间 ，则槽轮转向所需时间为，故间歇时间为 0t 04t034t 由=1=4/3 034t 0t 电动机主轴转速为 n=45r/ min 选取电动机的型号：通过查阅电动机的有关资料选择电动机为 YCTD132-4B， -装 - 订 - 线- 桂林电子科技大学课程设计说明书第 13 页 共 2 页 其相关参数为额定转矩 19.23N.m，调速范围为 1300100r/min 拖动电机 功率 3kW 调定电动机的转速为 n=900r/min 则减速齿轮的传动比为=900/45=20 12i 12 齿条的半径为 =0.25*60/2 n=0.053m 012r 去两齿轮半径相同，则齿轮传动比为=1 34i 7 设计小结 机械原理设计课程设计是机械电子工程专业教学活动中不可或缺的一个 重要环节。通过了课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械 的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。 此次机械原理课程设计题目很有意义考察的知识点也很全面，有凸轮设 计及结构分析，还有直齿轮，圆锥齿轮的设计及电动机的选择等，还有 CAXA 制图，以及各种设计方案的比较，这不仅培养了我综合应用大学三年里所学的 理论知识和生产实际知识解决工程实际问题的能力，还培养出了我们二个人的 合作精神。培养我们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,结合生产实际反系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等方面有重要的作用；同时通过计算设计组成传 动系统的各个构件的尺寸以及通过计算选择电动机等一系列的步骤，让我们在 学会团结合作的同时更加理