江西农业大学机械原理课程设计

1、江西农业大学机械原理课程设计 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY机械原理课程设计题目： 包装机推包机构运动简图与传动系统设计 学 院： 工学院 姓 名： * 学 号： * 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： * 指导教师： * 职 称：*强调：本文有误，自己去改 2013 年 8 月目录1 设计题目21.1 设计题目：包装机推包机构运动简图与传动系统设计21.2 设计数据与要求31.3 设计任务32 推包机构运动方案的拟定32.1 方案1的运动分析32.2 方案2的运动分析42.3 方案1和方案2比较与平价53 电动机选择63.1 选择电机类型63.2 电动

2、机功率转速选择73.3 皮带轮的传动比73.4 减速器的传动比84 曲柄导杆机构的设计84.1 曲柄导杆的尺寸计算94.2 曲柄导杆机构的速度加速度分析104.3 曲柄导杆机构设计图125 凸轮机构的设计125.1 凸轮从动件运动线图135.2 从动件运动的位移、速速和加速度135.3 凸轮轮廓设计151 设计题目1.1 设计题目：包装机推包机构运动简图与传动系统设计 现需设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1（见图1）先由运输带运输到推包机构的推头2的前方，然后由推头2将工件由a处推至b处（包装工作台),在进行包装。为了提高生产效率，希望在推头2结束回程（由b到a)时，下一个工件已送至

3、推头2的前方。这样推头2就可以马上再开始推送工作。这就要求推头2在回程时先退出包装工作台，然后再低头，即从台面的下面回程。因而就要求推头2按图示的“a-b-c-d-e-a”线路运动。即实现“平推水平退回下降降位回退上升复位”的运动。图 1.1 推包机构执行机构的运动要求1.2 设计数据与要求 要求每56秒钟包装一个工件，且给定：L=100mm，S=25mm，H=30mm。行程速度比系数K在1.21.5范围内选取，推包机由电动机驱动。在推头回程中，除要求推头低位退回外，还要求其回程速度高于工作行程的速度，以便缩短空回行程的时间，提高效率。至于“c-d-e-a”部分的线路形状不作严格要求。1.3

4、设计任务1. 至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种方案进行设计；2. 确定电动机的功率和转速；3. 设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推包机的机构运动简图；4. 对运输工件的传动系统提出一种方案并进行设计；5. 对所用到的齿轮进行强度设计计算，确定其尺寸；6. 进行推包机结构设计，绘制其装配图；7. 编写课程设计说明书。2 推包机构运动方案的拟定2.1 方案1的运动分析图 2 曲柄导杆机构与凸轮机构的组合一如图所示，在此方案中采用了曲柄导杆机构和凸轮机构。图1中1为推包机构的推头，2为推头连杆，推头1、连杆2、连杆3固结在一起。4为摆杆，5为凸轮，7为导杆。杆3和杆4与杆7共

5、同组成曲柄导杆机构。曲柄导杆机构实现了推头2水平推进退回的运动。凸轮5和连杆6组成凸轮机构，凸轮机构主要实现了推头2低位退回及其低位上升的运动。机构的自由度计算为F=3×72×91=2，凸轮5和导杆7为原动件。凸轮转动由此推动连杆6运动，连杆6的上下运动由凸轮的外轮廓决定，连杆6的运动又控制着动推头杆2的运动，从而实现了推头的低位退回和上升复位的运动要求。与连杆6相连的滑块保证了推头的水平运动不受凸轮机构的影响。导杆7在电动机的带动下做往复周转运动，同时导杆带动摇杆4做来回摆动运动，摇杆4铰接于连杆3上的滑块，实现了推头的水平来回运动，连杆3上的滑块保证了推头杆2只受曲柄导

6、杆机构的水平运动的控制而不影响其竖直方向的运动。2.2 方案2的运动分析图 2.2 曲柄导杆与凸轮机构的组合二 如图3所示，1为推头，连杆2、连杆3与凸轮5一起组成了凸轮机构；此凸轮机构的设置目的是为了实现推头的低位退回上升复位的运动动作。导杆4、连杆6、固定端、固定端连杆组成曲柄导杆机构；该曲柄导杆机构可以完成推头的水平往复运动。电动机经过减速后将动力传至导杆4和凸轮5。凸轮5 匀速转动并通过外表轮廓推动连杆3作出相应的运动动作，连杆3又带动连杆2从而控制推头的升降运动，两个铰接在一起的滑块把推头的运动分解为水平运动和竖直运动，并且两者的运动互不相干扰，即凸轮机构只控制着推头的上升与下降运动

7、，并不作用于推头的水平运动。推头的水平运动主要受到曲柄导杆机构的控制。导杆4在电动机的带动下做匀速周转运动，并通过滑块传动给摇杆6，摇杆6和连杆7相铰接把动力传到推头，固定端约束了连杆7上的滑块的上下运动，使得滑块只能做水平运动动，即实现了推头的水平来回运动，同时滑块保证了推头的上升下降运动不受导杆连杆的影响。2.3 方案1和方案2比较与平价 方案1和方案2都采用了曲柄导杆机构与凸轮机构，两个方案中都是将两者通过组合想成一个完整的运动系统，从而实现所需的运动动作。凸轮机构具有设计简单的优点，只需要适当的设计凸轮的外形轮廓，便可以得到任意的预期运动，而且机构简单、紧凑、设计方便；其缺点是凸轮与从

8、动件为点或线接触，很容易磨损，只适用于传动不大的场合，其次是凸轮轮廓的加工比较困难，且从动件的行程不宜过大，过大会使得凸轮变的笨重。曲柄导杆机构具有急回运动性质，且其传动角始终为90度，其压力角为0，具有最好的传力性能；该机构的缺点是自由度比较小，不适合活动要求高的场合。两个方案中都是用凸轮机构来控制推头的上升回降。推头的上升回降都为空载，所需要的推动力比较小，而且从动件的行程较小，故此采用凸轮机构，为了减小从动件与凸轮之间的磨损，从动件与凸轮之间的接触为点接触，使用滚子从而减小了摩擦。推头做水平运动时，推程加载，回程空载；由于需要推动工件，故在推头推程阶段推力要大，回程阶段推力则要小很多；此

9、外整个推头的运动行程为100mm，比推头的竖直运动的行程大很多，为此选用了曲柄导杆机构。在方案1当中，整个机构较方案2更为简单，凸轮的设计也较方案2更为方便；此方案所占有的空间小，工件加工数目少，加工简单，节省了空间、材料、时间、经费，是很好的设计。方案2虽然结构比较复杂，占用的空间大，但是方案2 比方案1拥有更大推动力，更好的传动效果，节省了电动机的所做的功。考虑到整个推送机构尺寸较小，因此待推物体也会比较小；又因为物体较小所需要的推力也较小，虽然方案2中可以提供比方案1更大的推力，但实际所需要的推力并不是很大，故此方案2中所实现的大推力在本题目中推力过剩，产生浪费。综合考虑，我选择方案1进

10、行进一步的设计。3 电动机选择3.1 选择电机类型电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速确定具体的型号。生产的单位一般用三相交流电源，如无特殊的要求（如在较大范围内平稳地调速，经常启动和反转等），通常都采用三相交流异步电动机。我国已制定了一标准的系列是一

11、般用途的全封闭的自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械食品机械等。由于系列还具有启动性好的优点，因此也适合某些对启动转矩要求较高的机械。三相交流异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类的电动机结构又制成若干种安装形式。各类型的电动机的参数和外型及安装尺寸可查手册。3.2 电动机功率转速选择 由题可知，选择的原动机为电动机，采取单机集中驱动的驱动方式。这种驱动方式传动装置复杂，操作麻烦，功率较大，但价格便宜。电动机的尺寸较大，输出刚度较硬，直流电动机可通过改变电阻等

12、来进行调速，交流电动机可通过变频、变极进行调速。电动机通常是单向反转的，在正常温度下使用，电机采用风冷。使用电动机时，需考虑过载保护装置，以防烧坏电动机。电动机噪声小，初始成本低，运转费用最低，维护要求最少，功率范围较广。题目要求5-6s包装一个件，即要求曲柄和凸轮的转速为12r/min考虑到转速比较低，因此可选用低转速的电动机，查常用电动机规格，选用Y160L-8型电动机，其转速为720r/min,功率为7.5kW。 考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、选价

13、低廉以及缓冲吸振等特点。 图 3.2 图3.2为传动系统的示意图，由于电动机转速为，而传至曲柄和凸轮的转速要求为，故此需要对电动机进行减速处理，使用减速器以及皮带轮对电动机进行减速。减速倍数为。3.3 皮带轮的传动比图 3.3 皮带轮 为主动轮，为皮带，为从动轮3.4 减速器的传动比图 3.4 减速器4 曲柄导杆机构的设计 曲柄导杆机构多用于受力大的场合，用于牛头刨床、插床和送料装置中。曲柄导杆机构具有急回运动性质，且其传动角始终为90度，其压力角为0，具有最好的传力性能；该机构的缺点是自由度比较小，不适合活动要求高的场合。4.1 曲柄导杆的尺寸计算 由题目给定的数据L=100mm 行程速比系

14、数K在1.2-1.5范围内选取 可由导杆滑块机构的极位夹角公式 k=1.2-1.5 其极位夹角的取值范围为 在这范围内取极位夹角为30°滑块的行程题目给出S=100mm图 4.1已知AE=100，OC=100，DOF=30°DOC=15°÷×在中已知°，曲柄长为，导杆长，当曲柄处于图示位置时，沿逆时针旋转°至位置，导杆便运动至位置，即为行程；当导杆处于位置时，导杆继续做逆时针旋转，旋转°；导杆便由处运动到处，此时行程就是设计要求里的的长度，即。4.2 曲柄导杆机构的速度加速度分析图 4.2位置分析如图所示，机构的封

15、闭矢量方程式为： （1）展开取实部和虚部：两式相除得：速度分析将（1）式对时间求导得： （2）两边乘后展开，并取实部虚部得：加速度分析将（2）式对时间求导得：两边乘后展开，取实部虚部得：注：曲柄长度为，转角为，角速度为，中心距为；导杆的转角为，角速度为，角加速度为；滑块在导杆上的位移为s，滑块速度为，滑块加速度为4.3 曲柄导杆机构设计图 由以上计算得出曲柄导杆机构的基本尺寸，下图为曲柄导杆机构的设计与其设计尺寸。图 4.35 凸轮机构的设计凸轮机构具有设计简单的优点，只需要适当的设计凸轮的外形轮廓，便可以得到任意的预期运动，而且机构简单、紧凑、设计方便；其缺点是凸轮与从动件为点或线接触，很容

16、易磨损，只适用于传动不大的场合，其次是凸轮轮廓的加工比较困难，且从动件的行程不宜过大，过大会使得凸轮变的笨重。5.1 凸轮从动件运动线图图 5.1.1如图所示，图 5.1.1 为从动件运动线图。当导杆完成一个推程时，曲柄转动的角度为210曲柄再运功，此时导杆开始做回程运动，当回程行程为25时，曲柄转动的角度为7.35（由曲柄导杆设计部分可知），为计算方便取为7°。即推头沿路线“a-b-c”运动时，曲柄总共转了217°，由此可知凸轮也应旋转了217°，此时凸轮接着转动，由于凸轮外轮廓的改变，从动件开始下降，下降最大值为30,。凸轮进入远休止角，此时推头保持低位并做水平回程运动，然后从动件开始复位上升，同时带动推头上升回到位置a。下图b为凸轮的具体设计尺寸。起始点为G点，凸轮做逆时针转动沿轨迹“G-A-B-C-D”运动，推头则沿路线“a-b-c”运动；凸轮由D点转至点时，推头则由点运动到点，凸轮处于点时推头运动到最低点位置；凸轮由点转到点，推头保持同一水平位置，由点水平运动到点；凸轮从点转到点时，推头则由点运动到点，从而完成上升复位，此时整个动作完成，开始进行下一次推回运动。（注：在图中滚子半径未给出，此处取滚子半径。）5.2 从动件运动的位移、速速和加速度从动件的运动规律采用摆线运动东规律，图 5.2为摆线运动规律图，其中S为从动件的运动