产品包装生产线课程设计.docx

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）harbin institute of technology机械原理课程设计课程名称： 机械原理课程设计 设计题目：产品包装生产线(方案1) 院 系： 机电工程学院 设 计 者：班 级：学 号：指导教师：设计时间： 2015.7.6-7.11 哈尔滨工业大学目录1.功能描述32.机械系统工艺分析33.机械系统运动功能系统图43.1主传动链运动功能分析43.1.1原动机运动功能43.1.2过载保护功能53.1.3执行构件1运动功能53.1.4有级调速运动功能53.1.5减速运动功能63.1.6运动分支运动功能73.2辅传动链运动功能分析73.2.1减速运动功能73.2.2间歇运动功能83.2.3增速运动功能83.2.3执行构件2运动功能84.机械系统运动方案拟定95.机械系统运动尺寸确定135.1执行机构运动尺寸确定135.1.1执行机构1尺寸确定135.2主传动链运动尺寸确定155.2.1带传动尺寸确定155.2.2滑移齿轮传动尺寸确定155.2.3定轴齿轮尺寸确定165.3辅传动链运动尺寸确定175.3.1圆锥齿轮尺寸确定175.3.2槽轮机构尺寸确定175.3.3槽轮机构尺寸确定175.4齿轮几何尺寸及其重合度计算195.4.1滑移齿轮195.4.2定轴齿轮235.4.3圆锥齿轮245.4.4槽轮机构256.运动方案分析267. 参考文献.27附表：构件参数表格281.功能描述如下图所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长宽高。采取步进式输送方式，将小包装产品输送至a处（自由下落），达到2包时，被送到下一个工位进行包装。原动机转速为，产品输送数量分三档可调，每分钟向下一工位可以分别输送14，22,30件小包装产品。图1：功能描述2.机械系统工艺分析 执行构件1负责将小包装产品，推送至a处，小包装产品间的距离为280mm，也就是说执行构件1的行行程为280mm，当a处有第2件产品来到时，执行构件2开始工作，将产品推送至下一工位，且在执行构件复位的同时，执行构件2回到初始位置，等待下一次出现2件产品的情况，由产品的尺寸可以知道，执行构件2 的最小行程应该是600mm。由于要求运送货物分3档可调，说明传动系统中存在有级变速系统，执行构件1为往复直线运动，执行构件2为间歇直线运动，该产品包装生产线正式在这些系统的通力协调下才能够完成设计所要求的工艺动作。t1t1由功能描述可知，执行构件1负责将输送线1上的包装产品推送至a处，执行构件2负责将a处的2包产品推送到下一工位，二者的运动协调关系可用以下两图来表示：执行构件运动情况执行构件1进退进退执行构件2停止t2、进退t2图2：产品包装生产线运动循环图图中为执行构件1的工作周期，为执行构件2的工作周期，为执行构件2的动作周期。由图可以看出，执行构件1为连续往复运动，构件2为间歇运动，且二者动作周期关系为：，而执行构件2的动作周期与执行构件1的工作周期关系为：。3.机械系统运动功能系统图由上面的分析可知该产品包装线由 一台原动机驱动，有两个执行构件协调动作，其相对应的运动传递路径如下图所示。图中有原动件传递到执行构件1为主传动链，由主传动链分解一个运动到构件2为辅传动链。原动机执行构件1执行构件2主传动链辅传动链图3:产品生产包装线运动传递路径图3.1主传动链运动功能分析3.1.1原动机运动功能原动机的转速为，所以其运动功能单元符号可表示如下：图4：原动机运动功能单元表达符号3.1.2过载保护功能为了保证过载时机器不至于损坏，应该在原动机和传动链间加一过载保护单元，同时这一过载保护单元还具有减速功能，这里取传动比为， 所以其表达符号可如下图所示：图5：过载保护运动功能单元表达符号3.1.3执行构件1运动功能执行构件1做的是连续往复运动，即当主动件每运动一个周期，执行构件1往复运动一次。由于产品输送数量分三档可调，且每分钟向下一工位可以分别输送14，22,30件小包装产品，所以主动件的转速分别为：。所以执行构件1的运动功能单元表达符号可如下所示：图6：执行构件1运动功能表达符号3.1.4有级调速运动功能 因为原动机的转速为，而驱动执行构件1运动的主动件的转速为，为获得所需主动件的转速，要通过有级变速对其进行调速。所以从原动件到执行构件1的总传动比为，以下对其分别进行计算：总传动比由变传动比和定传动比构成，定传动比又由过载保护皮带轮的传动比和定轴齿轮的传动比构成即有以下关系式：由于总传动最大，所以为了满足最大传动比，所以可以取，所以定传动比为：所以各变传动比可以求得：所以有级变速的运动功能表达符号可如下图表示：图7：有级变速的运动功能表达符号3.1.5减速运动功能由上面的分析可得，又因为所以可求得定轴齿轮的传动比：为避免齿轮过大，在这一齿轮减速系统中采用两级变速，所以其传动比可以分配为，所以减速齿轮系统的运动功能表达符号可如下表示：图8：减速运动功能表达符号3.1.6运动分支运动功能原动机除了为了执行构件1提供动力外还要为执行构件2提供动力。为此，在主动链上加一个运动分支单元，将一个输入运动分成两个输出运动，其运动功能表达符号可如下表示：图9：运动分支运动功能表达符号通过以上的分析，主传动链上的构件全部设计完毕，该传动链的功能系统图可表示如下： 执行构件1 图10：主传动链功能系统图3.2辅传动链运动功能分析3.2.1减速运动功能由运动循环图可知执行构件2的工作周期为执行构件1的工作周期的2倍，所以运动分支在驱动构件2之前应当减速，使其转速等于执行构件1的，又因为执行构件2与执行构件1的运动平面相互垂直，所以其运动功能表达符号可如下图表示：图11：减速运动功能表达符号3.2.2间歇运动功能 由运动循环图可知，一个周期内执行构件2的间歇时间是其工作周期的，亦即其运动时间是其工作周期的，所以其运动系数为：。所以其运动功能表达符号可表示如下：图12：间歇运动功能表达符号3.2.3增速运动功能由于执行构件1的工作周期t1是执行构件2的运动周期的2倍，即，因此，驱动执行构件2的的主动件的转速应该是驱动执行构件1的主动件的转速的2倍左右。所以增速运动功能表达符号可如下图表示：图13：增速运动功能比符号3.2.3执行构件2运动功能上述增速运动单元输出的运动是连续的转动，而执行构件2的运动是往复直线运动，所以执行构件2的运动功能为将连续转动转换为往复直线运动，其运动功能表达符号可如下图表示：图14：执行构件2的运动功能表达符号 由以上的分析整个产品包装生产线系统的运动功能系统已经全部设计完毕，完整运动功能系统图如下所示： 执行构件1执行构件21 2 3 4 5 6 7 8 9 10图15：产品包装生产线运动功能系统图4.机械系统运动方案拟定根据产品包装运动功能系统图，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，即可拟定出机械系统运动方案。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（转速为），如下图所示： 图16：原动机及其运动功能单元表符号运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替（传动比为），如下图所示： 图17：带传动机构及其运动功能单元表达符号运动功能单元3是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动来代替（传动比分别为：），如下图所示： 图18：滑移齿轮变速机构及其运动功能单元表达符号 运动功能单元4是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代（传动比为1），如下图所示：图19：圆锥齿轮分支机构及其运动功能单元表达符号运动单元5具有减速的功能，为避免齿轮过大，对此减速单元可采取两级齿轮传动来替代 (传动比可以分配为)，如下图所示： 图20：两级齿轮减速机构及其运动功能单元符号运动单元6将连续的转动转换为连续的往复直线运动，可以用曲柄导杆机构替代之，如下图所示： 图21：曲柄导杆机构及其运动功能符号运动功能单元7兼具运动传递方向转换和减速运动功能（传动比为），可以用圆锥齿轮传动替代之，如下图所示： 图22：圆锥齿轮减速机构及其运动功能符号运动单元8将连续的转动转化为间歇的转动，可以用槽轮机构替代之，又该槽轮机构的运动系数，由槽轮机构的槽数和运动系数的关系，可以得到：槽数：所以可以替代如下图所示： 图23：槽轮机构及其运动功能符号 运动单元9具有增速的功能（传动比为），可以用齿轮传动代替之，如下图所示： 图24：齿轮增速机构及其运动功能符号运动单元10具有将连续的转动转换为往复的直线运动，可以用曲柄滑块机构代替之，如下图所示：图25：曲柄滑块机构及其运动功能符号 将各单元依次连接可以得到传动系统运动简图图26：传动系统运动简图同样可以的到执行机构2的运动简图：图27：执行机构2运动简图从而整个包装生产线的云动简图可以得到：图28：包装生产线运动简图5.机械系统运动尺寸确定5.1执行机构运动尺寸确定5.1.1执行机构1尺寸确定由机构运动简图可以看出，执行构件1为六杆机构，该机构的清晰运动简图如下图所示。根据上述的已知条件可知，滑枕的行程为：并假设连杆bc驱动滑枕的最大压力角为并设定该机构的行程速比系数为：如下图所示图29：执行构件1清晰运动简图令点到滑枕导路的距离为，点到导杆竖直位置时点的距离为，点到连线的距离为，则：当时，连杆bc驱动滑枕的压力角最小，即：由图可知滑块的行程为，又曲柄摆动导杆机构的极位夹角为所以导杆的长度为：连杆bc的长度为：曲柄的回转中心在过点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可选这里取导杆中心距离为： 曲柄的长度为： 5.1.2执行机构2尺寸确定执行构件2为曲柄滑块机构，由所要包装产品的尺寸可知，滑块的行程为曲柄的长度为当时，有最大值连杆的长度越大，机构的最大压力角就越小。若要求，则5.2主传动链运动尺寸确定5.2.1带传动尺寸确定采用皮带轮，传动比为，取带轮1的直径为150mm，带轮2的直径为375mm，皮带宽为30mm。5.2.2滑移齿轮传动尺寸确定由运动简图可知齿轮5、6、7、8、9、10构成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，设其齿数分别为。由上述的分析可得：按最小不根切齿数可确定所以为使两齿轮啮合齿数互为质数可以选择 两齿轮齿数和为为保证中心距一致，另两对齿轮齿数和应该与上述齿轮齿数和打至相等，即有由于有所以同理对齿轮5和6综上滑移齿轮的齿数可确定如下：5.2.3定轴齿轮尺寸确定 定轴齿轮减速功能单元的传动比为，为避免齿轮过大，将传动比分配为，标准齿轮传动为避免根切，可以取所以为提高齿轮的传动性能，一对齿轮齿数最好互质，所以定轴齿轮齿数确定如下：5.3辅传动链运动尺寸确定5.3.1圆锥齿轮尺寸确定该圆锥齿轮传动兼具转向减速运动功能（传动比为）两锥齿轮的轴交角 锥齿轮16的分度圆锥角为 锥齿轮15的分度圆锥角为 锥齿轮的最小不根切当量齿数为 锥齿轮15齿数按最小不根切齿数确定，即 锥齿轮16的齿数为 5.3.2槽轮机构尺寸确定增速齿轮传动比为0.25，为避免根切可以取，所以为使传动性能更好可以取5.3.3槽轮机构尺寸确定槽轮机构的运动系数，所以可以得到槽轮的槽数为：槽轮的槽间角：槽轮每次转位时拨盘的转角：槽轮与拨盘的中心距：拨盘圆销相对回转半径：槽轮相对半径：锁止弧张角：圆销半径：槽轮槽深：槽轮轮毂直径：拨盘轮毂直径：取为80mm锁止弧半径：取为80mm5.4齿轮几何尺寸及其重合度计算5.4.1滑移齿轮表1:滑移齿轮9,10几何尺寸及重合度序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮918齿轮10712模数23压力角2004齿顶高系数15顶隙系数0.256标准中心距7实际中心距8啮合角9变位系数齿轮9齿轮10-10齿顶高齿轮9齿轮1011齿根高齿轮9齿轮1012分度圆直径齿轮9齿轮1013齿顶圆直径齿轮9齿轮1014齿根圆直径齿轮9齿轮1015齿顶圆压力角齿轮9齿轮1016重合度表2:滑移齿轮7,8几何尺寸及重合度序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮725齿轮8642模数23压力角2004齿顶高系数15顶隙系数0.256标准中心距7实际中心距8啮合角9变位系数齿轮7齿轮810齿顶高齿轮7齿轮811齿根高齿轮7齿轮812分度圆直径齿轮7齿轮813齿顶圆直径齿轮7齿轮814齿根圆直径齿轮7齿轮815齿顶圆压力角齿轮7齿轮816重合度表3:滑移齿轮5,6几何尺寸及重合度序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮531齿轮6582模数23压力角2004齿顶高系数15顶隙系数0.256标准中心距7实际中心距8啮合角9变位系数齿轮5齿轮6-10齿顶高齿轮5齿轮611齿根高齿轮5齿轮612分度圆直径齿轮5齿轮613齿顶圆直径齿轮5齿轮614齿根圆直径齿轮5齿轮615齿顶圆压力角齿轮5齿轮616重合度5.4.2定轴齿轮表4: 圆柱齿轮11, 12几何尺寸及重合度(齿轮13与14和齿轮11与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1117齿轮12542模数33压力角2004齿顶高系数15顶隙系数0.256标准中心距7实际中心距8啮合角9变位系数齿轮11齿轮1210齿顶高齿轮11齿轮1211齿根高齿轮11齿轮1212分度圆直径齿轮11齿轮1213齿顶圆直径齿轮11齿轮1214齿根圆直径齿轮11齿轮1215齿顶圆压力角齿轮11齿轮1216重合度5.4.3圆锥齿轮表4: 圆锥齿轮15, 16几何尺寸及重合度序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮1515齿轮16302模数23压力角2004齿顶高系数15顶隙系数0.26分度圆锥角齿轮15齿轮167分度圆直径齿轮15齿轮168锥距9齿顶高齿轮15齿轮1610齿根高齿轮15齿轮1611齿顶圆直径齿轮15齿轮1612齿根圆直径齿轮15齿轮1613当量齿数齿轮15齿轮1614当量齿轮齿顶圆压力角齿轮15齿轮1615重合度5.4.4槽轮机构表5:槽轮几何尺寸和主要运动参数序号项目代号计算结果1槽数 42槽轮的槽间角90o3中心距 1504槽轮每次转位时拨盘的转角905拨盘圆销回转半径106.056槽轮名义半径106.057锁止弧张角270o8圆销半径17.678mm9槽轮槽深80mm12锁止弧半径 80mm6.运动方案分析曲柄顺时针转动，如下图所示，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极位夹角为，因此，当导杆位于左侧极限位置时，曲柄与水平轴的夹角为，此即为曲柄的初始位置。图30：执行构件1 如下图所示，曲柄逆时针转动时的初始位置由角确定。滑块30的起始极限位置在上方极限，因此，曲柄与水平轴的夹角。图31：曲柄滑块机构拨盘逆时针转动时的初始位置由角确定，拨盘逆时针转动时的初始位置处于槽轮由动变停的分界位置，因此，拨盘与水平轴的夹角45。图32：槽轮机构 所以真实运动循环图为：执行构件运动情况执行构件1进t1/2退t1/2进t1/2退t1/2执行构件2停止进 t2/2退 t2/2拨盘90o180 o270 o360 o图33：产品生产包装线真实循环图7.参考文献1邓宗全,于红英.机械原理m.北京:高等教育出版社,2015.32陈明.机械原理课程设计m.武汉:华中科技大学出版社,2014.5附表：构件参数表格序号构件名称代号尺寸1原动机转速2皮带轮直径150mm3皮带带宽30