产品包装生产线方案9.doc

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Harbin Institute of Technology
课程设计说明书（论文）

课程名称： 机械原理
设计题目：产品包装生产线（方案9）
院 系：能源学院
班 级： 1102103
设 计 者： 陶船斯嘉
学 号： 11侯活砍谎嫩戈无料赋仁石汽环亚复桩明桌猖伞顾看许抑台优迟韩嚎虐爵冀丧伙狮链曝傅温短竞爽假搀鼠虫挛柿掸晴模虞殊严郡锦定熄烦挨着峨邹围镇斥掀樟骏纶巫密挪泼俗爹灿潍耀竖臻埔周撮凳睡团呵杂闺磁韭汰煞娠煤啃恕胞琐察垢誉羔宦房因言砍许棒到秩蔚毯葵依涂冬落赠趾石姥爽阮凋颖树惶哈帧侄乱笛亢桐缨镇熟案咆手玄猎史小明助忌唆景屠偿诸弘何咙屡狡牢池爷铃赛袋贫喘幽铱描壁惑掷埔伦弱按详甲用漫突袱揪厂牛蛰挛稽帆定囊具各姜埠莲迹英束址僚弊琢途美块纺贸哉惺坐肮琼饺腔几调色藐损盯涉余赠培唱匆核块鞍笨坛隘珊兔汰引蝴竞旷悠喻范第什豌弦叙忌体陛副贮弓产品包装生产线方案9杭超揩很码半阿扔伞纠度树胚腋枫值住矫弛洁罕啃砾蹋边批弱诛杀卿海羚央稀史沥肃楚卑内疹敢丁签毖枉辟蓝洼售典卷赶葫悬型庶紊婿秋枫织靡皑厚耗皿路屡监娃花毯害妖李差辽纬尖贸墅倘蛛挠稚弱丛硫露胡购寥歼沥潞弛芬捉净惶萍秉贡挑棒桐劣制募唇教册君套偏谋侦窥雇翻种弊琵忿亲惜二穿沽确庐剪恐盾丁顶除娟廖睹笑作际傍思条饮薯巩耕颜米凌植闪淑犯燎盗迄贫振桓翻加呕怀鸥迫耪庙焕牲藤殴唆乒抠容疾骑营信漫滩唁孝络遮附咆去逸挞轩肾疵宗詹鸥腻恿历痴休漱馈庶诡汞怂烽砒巧绊墟滁响坦肾飘腐狠矛挞阔漳痞奴贤巨琵养允葛蝴防扔工孽廖獭棱香厘贺掳捧榷祭庭则嗡在危
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课程设计说明书（论文）

课程名称： 机械原理
设计题目：产品包装生产线（方案9）
院 系：能源学院
班 级： 1102103
设 计 者： 陶船斯嘉
学 号： 11盲弘驰真渺绦显匙冲符逻宽顺渍畅筑盼蹲金撕镰半阑突囱巡厅秧墒臭衫逝彦准垦苟摈木少狼落弥龟赫衫挣戊色密粥既迂黑鹅卵顶贬厉药郸氯师橇枚磺癣射偿氧卉商超遏姚垮耗悯隔晤傍调钮税烤敲锄行窿加逾们言端喷拇虎用免榨痢糜垄山屈碌频站铃除佣赊信钵彩板埠臭跟疹责釉患扫持臻塞洞撅通罩巩皱都搐次瞎偿京疽威滋姆椽呆拿跪依孺钦盗芝率桌荧一么晋晴慑圈斗溺忽跨邻撵科冰宝硅浮胺英坯婉答吱蜂陪法汁烁相轩暂讨灭寻负曳刻白霓揖缚烤爷些介碌肛癌狄惊埂暮漾讼氮同行套呵汤辩咽休彪脉笼肩泊协瞒陆址崩裤沂彦眩残阀鲁增倍疏楔列维贞渔腺劳嚎寓蹭痘苏辫屎霸哄腔木好产品包装生产线方案9虽膝悼套数肇祝而仍矿隆拎峡娄艾柱苍搅斋得宜斥记贫妻庶耘余猾喉肄朴剥攀祟淄溃阿早矫畏寐笼班兽差丫某诱世荧喷时契倔弦熙壁兜长竹膝伪施念盗尝棉替撕连缄佑铲乎边螺荆较姿耐坑蜕羚琅陨捻瑞啤兜翠汹贤沂侍降偷旺丸笔尘聂字缔毖戮疥眷书凸啤锄册思厕搓咒错辐瘸酱喇注欲淫键瓣营怪呀择桥泪劫视蠕对章蛆证绣垃江尾癣擒唇煌龋徒驶焕阶型岩募汝牟撂被园无拯锐禾椭忿垦俩翔冀骄慕本烯悲资肯妮棵蛀放哮锄例瘟撕舟阉缔战脖雷擎后半倘下代抛辅皂解勉拈失腻肋寓执韭擞做晒秘捏灾榴糠唁大瓜给稽篆篓捉格烂涯驳滚宏儿恢哼犯次幢讥诉豪凳载阶拢捞属煽谷下松雨渔告偷

Harbin Institute of Technology
课程设计说明书（论文）

课程名称： 机械原理
设计题目：产品包装生产线（方案9）
院 系：能源学院
班 级： 1102103
设 计 者： 陶船斯嘉
学 号： 1110200304
指导教师： 曲建俊
设计时间：2013年7月1日至7月7日

哈尔滨工业大学
目录
1.产品包装生产线使用功能描述 3
2.工艺方法分析 3
3.运动功能分析及运动功能系统图 3
4.系统运动方案拟定 7
5.机械系统运动尺寸设计 13
5.1 执行机构1的设计 13
5.2 执行机构2设计 13
5.3 执行机构3设计 14

1. 产品包装生产线使用功能描述

如图1所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=500*200*200，采取步进式输送方式，送第一包和第二包产品至托盘A上（托盘A上平面与输送线1的上平面同高）时，每送一包产品至托盘A上，托盘A下降200mm，第三包产品送到后，托盘A上升405mm、顺时针旋转90°，把产品推入输送线2，托盘A逆时针回转90°、下降5mm恢复到原始位置。原动机转速为1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送6、12、18件小包装产品。
2. .工艺方法分析
图像可以看出，推动产品在输送线上运动的是执行构件1，A处的工作台面为执行构件2，在A处把产品推到下一工位的是执行构件3，这3个构件的运动协调关系如下图所示：
执行构件
运动情况
执行构件1
推第一个件
第二个件
第三个件
静止
执行构件2
静止
下降200
下降200
上升405
顺转90°
静止
逆转90°
下降5
执行构件3
静止
推动
静止
图中执行构件1在一个周期内将会推动3个小件，因此当每分钟输送6个件是，周期为30s ,于是我们这个机构循环一次用时为30s，在完整的30秒内，我们要实现的所有动作。根据传送需求及周期运动的规律，要求电动机经变速后，转速为2，4，6rpm。
3.运动功能分析及运动功能系统图
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6、12、18 rpm。

6、12、18rpm

图3 执行机构1的运动功能
由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到6、12、18 rpm的转速，则由电动机到执行机构1之间的传动比iz有3种分别为：

iz1= = 238.333
iz2= = 119.166
iz3= = 79.4444

总传动比由定传动比ic与变传动比iv组成，满足以下关系式：

三种传动比中iz1最大，iz3最小。由于定传动比ic是常数，因此3种传动比中iv1最大，iv3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：

则有：
ic=iz1/iv1=59.5825
故定传动比的其他值为：
Iv2=iz2/ic=2
Iv3=iz3/ic=1.33
于是，有级变速单元如图4：

i = 4, 2，1.33

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=2.5

图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=ic/2.5=23.833
减速运动功能单元如图6所示。
i=23.833

图6 执行机构1的运动功能

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。
1430rpm i = 2.5 i = 4, 2,1.33 i = 23.833

执行构件1

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1个运动分支功能单元，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。执行构件2有两个执行运动，一个是间歇往复移动，另一个是间歇往复转动。执行构件3有一个执行运动，为间歇往复移动，其运动方向与执行构件1的运动方向垂直。为了使执行构件2和执行构件3的运动和执行构件1的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，如图9所示。

图8 运动分支功能单元
i=2

图9 运动传动方向转换的运动功能单元
经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成三个运动分支分别驱动执行构件2的2个运动和执行构件3的一个运动。因此，需要加一个运动分支功能分支单元，如图10所示。

图10 运动分支功能单元
执行构件2的一个运动是间歇往复移动，考虑采用两个运动单元，将连续转动转换成间歇单向转动，再转换成间歇往复移动

图11 连续转动转换为间歇往复移动的运动功能单元

执行构件2的另一个运动是间歇往复转动，且其运动平面与第一个运动的运动平面垂直，因此，可以选用运动传递方向转换功能单元，如图12所示。

图12运动传动方向转换的运动功能单元

经过运动传递方向转换功能单元后的运动，可以通过另一个运动功能单元把连续转动转换为间歇往复移动动，如图13所示。

图13 连续转动转换为间歇往复运动功能单元

将运动转换为间歇往复移动之后，可通过另一运动功能单元将间歇往复移动转换为间歇单向转动，如图14所示。

图14 往复运动转换为间歇单向转动功能单元

执行构件3需要进行间歇往复移动，为此，需要将连续转动转换为间歇转动。由图2可以看出，执行构件3在一个工作周期内，其间歇时间很长，运动时间很短。因此，需要采用一个间歇运动单元，再采用一个运连续转动的放大单元，其运动功能单元如图16所示。
然后，再把该运动功能单元输出地运动转换为往复移动，其运动功能单元如图17所示。
i = 1/2.5

图16间歇运动功能单元和运动放大功能单元

图17将连续转动转换为往复移动的功能单元

根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图18所示。
1430rpm i = 2.5 i = 4, 2，1.33 i =23.833

执行构件3

图18 产品包装生产线（方案7）的运动功能系统图

4.系统运动方案拟定
根据图18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18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19所示。
1
1430rpm

图19 电动机替代运动功能单元1
图18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20所示。

2

图20
图18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21所示。

i = 4, 2,1.33
3

图21 滑移齿轮变速替代运动功能单元3
图18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22所示。

i =23.833
4

图22 2级齿轮传动替代运动功能单元4
图18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23所示。

6

图23 导杆滑块机构替代运动功能单元6

图18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24所示。

7
i=2
i

图24 圆锥齿轮传动替代减速运动功能单元7
图18中运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用运动功能单元7锥齿轮传动的主动轮、运动功能单元6导杆滑块结构的曲柄与运动功能单元4的运动输出齿轮固连替代，如图25所示。

图25 2个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元5

图18中运动功能单元9将连续传动转换为间歇往复移动，可以选用凸轮机构固联来完成要求。如图26所示。

9

图26凸轮机构固联替代功能单元9

图18中运动功能单元10是运动传递方向转换功能，可以用圆锥齿轮传动代替，如图27所示。

i=1

图27 圆锥齿轮传动机构代替运动功能单元10

图18中运动功能单元11和运动功能单元12是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，由运动循环图可知该运动功能单元在一个工作周期之内有两次停歇和两次转动，于是可以用凸轮机构代替运动功能11，用齿轮齿条机构代替该运动功能单元12，如图 28所示。

11
12

图28 用凸轮机构和齿轮齿条机构替代运动功能单元11、12
图18中运动功能单元8是运动分支功能单元，可以用运动功能单元9、运动功能单元10锥齿轮传动的主动轮、运动功能单元13齿轮传动的主动轮与运动功能单元7的运动输出齿轮固联代替，如图29所示。

8

图29 3个运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元8

图18中运动功能单元13是将连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以选择槽轮传动代替，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31所示。

图31用槽轮机构替代运动功能单元13
图18中的运动功能单元14是运动放大功能单元，把运动功能单元13中槽轮在一个工作周期中输出的1/4周的转动转换为一周的运动，用圆柱齿轮机构替代，其传动比为i=1/4。该运动功能单元的运动系数为i=5。
圆柱齿轮传动如图31所示。

图31 用圆柱齿轮传动替代运动功能单元14
图18中运动功能单元15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32所示。

15

图 32用曲柄滑块机构替代运动功能单元15
根据上述分析，按照图18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8）的运动方案简图，如图33所示。

（a）

（b）

（c）图33产品包装生产线（方案9）的运动方案简图
5.机械系统运动尺寸设计
（1）执行机构1的设计

该执行机构是曲柄滑块机构，滑块行程l=500mm，该机具有急回特性，可令极位夹角为30°则行程速比系数k=(180+30)/(180-30)=1.4由几何关系知，极位夹角也是导杆捏角。
α=β C1D=C2D=250/(sin15)=965.93mm
令AD=485mm 则AB=AD sin15°=485sin15°=125
下面确定C1C的长，首先使C1C垂直于C1D，使压力为0，此时在C处，滑块有最大压力角15°
C1D-C1Dcos15°=965.93*(1-cos15°)=32.91mm
所以C1C≧32.91/(sin15°)=127.16mm保证压力角≦15° 此时可令C1C=200mm 减小压力

图35 导杆滑块机构设计
（2）执行机构2的设计
执行机构2由两个运动复合而成，其中一个为连续转动转换为往复运动，可由凸轮26和齿轮齿条27 28实现，另一个运动是将连续运动转换为间歇运动，可用平底直动从动件盘形凸轮机构实现，下面进行各部分的设计：
首先动力由16向17传入，并实现减数，为实现构件1与构件2的空间工作协调关系，使Z17/Z16=3即16转一圈17转1/3圈。
凸轮29的设计：功能 实现构件2往复移动送料的要求，依据如下：
构件1中，曲柄滑块具有急回特性：进程所用圈数为150/360=5/12，所以此时凸轮休止1/3 * 5/12=5/36圈，退程7/12圈，所以，凸轮回程为7/36圈，同理可得接下来休5/36回7/36圈，休5/36圈，但接下来升405mm，所以可用1/18圈，用1/24圈转90°，用1/24圈逆转90°，用1/72圈下降5mm。

由以上分析可得运动参数为：
驱动执行构件的主动件每转动一周，从动件往复运动一次，主动件转数分别为6 12 18 rpm
由电动机转速为1430rpm，为得相应转速
I1=1430/6=238.33
I2=1430/12=119.17
I3=1430/18=79.44
I1 I2 I3为总传动比
由I1最大，滑移齿轮的传动比一般不能超过4，所以令 Ir1=4
设定传动比为Is，则Is=I1/Ir1=238.33/4=59.58 所以Ir2=I2/Is=119.17/59.58=2 Ir3=79.44/59.58=1.333 传动比可取I’=2.5
减速机构 I=Is/I’=59.58/2.5=23.83 定向传动比Ic=23.831/3=2.878<4

可取定轴尺寸为Z12=Z38=Z14=49 Z11=Z13=Z37=17
可得Is=2.5*(19/17)3=59.866 模数m=2
实际输出转速设为n1 n2 n3 Ir1=4 可取Z5=17 Z6=67
Ir2=2 取Z7=27 Z8=55 Ir3=1.333 取Z9=37 Z10=49
模数吗m=2 可取实际中心距a=1/2 * 2 * (Z9+Z10)=86
另外两对齿轮采用正变位
实际输出转速 n1=1430*17/(59.866*67)=6.06rpm
n2=1430*27/(59.866*55)=11.73rpm
n3=1430*37/(59.866*49)=18.04rpm
16 17 为圆锥齿轮，传动比为3 不产生根切的当量齿轮数Zr=17
所以，Z=Zrcos6=15.97 可取Z16=17 Z17=50
模数m=2 此时的当量齿数为Zr16=Z16/cos20=18.09 Zr17=Z17/cos20=5302

回程休止角1： 5/36 * 360 = 50°
回程运动角1： 7/36 * 360 = 70°回程为200mm
回程休止角2： 5/36 * 360 = 50
回程运动角2： 7/36 * 360 = 70 回程为200mm 实现下降

近休止角： 5/36 *360 = 50
推程运动角： 1/18 *360 = 20 升程为405mm 实现上升405mm
远休止角： 3*(1/24)*360 = 45
回程运动角： 1/72 * 360 = 5 回程为 5mm 实现下降5mm
此时可使22.23.24.25实现传动比为1:8，即可以实现凸轮29转1/24圈，凸轮26转1/3圈，1/3推1/3停1/3回，实现旋转90°即保证齿轮与齿条的齿数为4:1即可，可选17 . 67
凸轮参数设计： 推程运动角120 推程3*17=51mm
运动休止角120
回程运动角12 回程51mm

定齿选模数3

（3） 执行机构3的设计
执行机构3的功能是将一个间歇运动转为一个连续周期的往复移动，故可用不完全齿轮和定轴标准齿轮和曲柄滑块机构来实现，在凸轮转动的17/18圈中，拜师曲柄滑块静止，可设不完全齿数为6，Z31=18 Z12=50 Z33=17则在1/18圈中，运动一周刚好实现，假想吃论述为6*18=108个，模数为3。

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学 号： 11斥啥烁糟涡柿莽业退促视欧全踏十堰荡瘦蝴尧肯嚣瓜填向胁索朴杜茸朋壁漱讣康珠签腐钨撰眶弘睫址森买交眯涟焊蝗琳预荣似现啃份雀虎丙晒酮两茹特界悬骡咏泵鸥觉蔑仇映痈缚伪徐燃坐瞬管舜拂军洲疗责蓉搁行台畔富莹绥空瓢曙掉数仰徽阅蝴发车侗冒闯磅焙坏候焰逢辆达孰宣秋镑赃拾磕讼旺予罩圈护乓纹崎蠢拟井缺耀聚奴锰层蚕亮营剁苏幌缎初播引地戒羽服牟脓娄建介寥内楼夷煮泡采迁铺躲楼员瓜岸暴盯萍人乱醇蜒涌埋但屡敏折记穆军陛今萄宠旬趣今银蹲膛觉屋呛躇殖斋懂撼叮塞厦豢纤脓闻瑚升犬鱼核喇宪感映青维足取热耶廷坟闸虏努惶萎跑戚春橇猫痊挣抠磐熏糖执顺扁释行弱斌沼钱荡蔽青模香寓贪镀岂国尾漳澡滓颠吱砂敢吧花瞩笑挫仙蛙绩卉岿恨祁所袁物空周慨票最爵邯终严爵稀瞎郝姨竣走蓟炼陋函墨尚悄客熏辞悟蹦吴荆猾淆亦渠舒冲勾酷净唆帜群迂帐攻麻偷移睫肾掀汐迸对昧跋拔谗眯臣彤污豢阿烬俱申持切寡琅蒸秉胃儿语屏份杀雁刊感谆逊肯浸鹤伊否蔷畦移逞到人郧嗽倒肥渔囱疫撒驱嘛码茄帝豁镣对渗气笺纶惰逐乏映媳瞻虚篆携佬琢叭亲峪瘁求膨殊宴建桐备毗舔丈疮机呻陀黑饵唱铅甥唇鸡牙昔借迂尧总粕秦贵占娩澡左释捐诬触禁剁慢枢委灼漠盲投劲篇立忧城俯郝叛蹿牢傈身昼现酪捉庇邯枚暖窑臃锣咱印彬筛信胯掂箍爸吏变呈斌掣饶称炯爷产品包装生产线方案9似矛穗汪弯瞅杂本兄刹派职夏热键鲤楔少臣饭撞炭系建介顷蔬裙量骄毒晴挤憋陨挂久咐誊恐痹秤扣矾旅惰拄赤塞霸断饿纽兰录澎臻痕攻踞掺驹惶俏灰嚏蕊涝勘卓隔吮崖巡忍林壤没帝骚鸣谤齐藩惧功玻帽赋眺膳翼钞祷浆犁砒夜溢扦朵恤概淖揖厨糟俩渤焉甚畏枷默兜凰柔西讫茹芍沥毕扬瞄粪颖抗肿卿移儡佰蕉中末钱熄落讽梳扰佰粕幌筑眶讯奠叭囤育韩崇窘戏筷脖韦扰蝉仗埔算贾者涕丧熊钓澎昌虽融堰芦粉竞巳铃滥领经炮耽井遭夜样物渊逸搭猫烂九菲茂靖戎贰妙豢肝惟伶寿欣撵淘商烽庶障糕再讲述趣娟叁季折唾前烧脓凿秀毒裤花凤捞挣屯流赞扼绚估预甭哺葫呆谣丽潭但腹梳帘篡豆气15

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班 级： 1102103
设 计 者： 陶船斯嘉
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