哈工大机械原理课程设计包装生产线方案六.pdf

H arbi n Insti tute of Technol ogy 课程设计说明书 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 6）院 系：船舶与海洋工程学院 班 级：设 计 者：学 号：指导教师：产品包装生产线(方案 6)1.题目要求 如图 1 所示，输送线 1 上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=600*200*200，采取步进式输送方式，把产品送至托盘 A 上（托盘 A 上平面与输送线 1 的上平面等高）托盘 A 上升 5mm、顺时针回转 90后，把产品推入输送线 2。然后，托盘A 顺时针回转 90、下降 5mm，恢复原始位置。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 10，18，30 件小包装产品。图 1 2.项目设计（1）构件时序关系分析 如图 1 所示，执行构件 1 带动产品在输送线 1 上运动。A 处产品上升，旋转的是执行构件 2，而执行构件 3 在 A 处把产品推到下一个位置。三个执行构件的运动时序关系如下：执行构件 运动情况 执行构件 1 进 退 执行构件 2 停 升 5mm 停 降 5mm 执行构件 2 停 顺时针90 停 顺时针90 停 图 2 如图 2 可看出，构件 1 为连续往复，构件 2 为间歇往复和间歇单向转动，构件 3间歇往复。三个构件的工作周期关系为 T1=T2=T3。（2）构件运动关系分析 根据前面构件时序关系分析，而且因为源动件为电机。则构件 1 工作应该具有把一个连续单向运动转化为连续往复移动的功能。电动机每转动一周，构件 1往复运动一次。则构件 1 的主动件转速分别为 10，18，30rpm。10、18、30rpm 图 3 执行机构 1 的运动功能 电机转速为 1430rpm，为了在构件 1 的主动件上分别获得 10，18，30rpm 的转速，则电动机到构件 1 之间的传动比 iz有 3 种 iz1=143 iz2=79.44 iz3=47.66 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：iz1=ic*iv1 iz2=ic*iv2 iz3=ic*iv3 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 4.5，取：iv1=4 则有：ic=错误！未找到引用源。=35.75 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=2.22 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=1.33 于是，有级变速单元如图 4：i=4,2.22,1.33 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。错误！未找到引用源。图 5 过载保护运动功能单元 执行构件 3 停 进 退 停 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=错误！未找到引用源。=14.3 减速运动功能单元如图 6 所示。i=14.3 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 iv=4,2.22,1.33 i=14.3 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，另一个是间歇单向转动，并且这两个运动的运动平面互相垂直。执行构件 3 只有一个执行运动，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，可以加一个运动传递方向转换功能单元，如图 9 所示。图 8 运动分支功能单元 图 9 运动传递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，将连续转动转换成间歇往复移动功能单元，如图 11 所示。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单向转动，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 然后再把这个运动经过下一个运动单元把连续单向转动化成间歇单向转动，以驱动构件 2 的第二个运动，如图 13 所示。图 13 连续单向转动转换为间歇单向转动的运动功能单元 根据上述分析可以得出实现执行构件 1 和执行构件 2 运动功能的运动功能系统图，如图 14 所示。1 2 3 4 5 6 7 9 8 10 图 14 执行构件 1、2 的运动功能系统图 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。故采用如图 15 所示运动单元把连续单向转动化成间歇单向转动。图 15 连续单向转动转换为间歇单向转动的运动功能单元 执行构件 1 执行构件 2 执行构件 3 需要进行间歇往复移动，而实现连续单向转动转换为单向转动的运动功能单元的不完全齿轮角度过小，所以要采用如图 16 运动放大以带动图 17 把连续转动转换为往复移动的运动功能单元的曲柄滑块机构以实现间歇往复。图 16 运动放大功能单元 图 17 把连续转动转换为往复移动的运动功能单元 1 2 3 4 5 6 7 9 8 10 11 12 13 14 图 18 产品包装生产线的运动功能系统图 （3）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。1430rpm 1 图 19 电动机替代运动功能单元 1 执行构件 1 执行构件 2 停（0.1T）执行构件 3 停（0.1T）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 传动带替代运动单元 2 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=4,2.22,1.33 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 3 级齿轮传动代替，如图22 所示。i=14.3 图 22 3 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。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单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图 24 所示。i=1 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 的运动输出齿轮固联替代，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，可以选用凸轮机构替代，如图 26。图 26 凸轮机构替代运动功能单元 9 图 18 中的功能单元 11 是改变传递方向的，可以选择圆锥齿轮传动替代，如图27。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 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，且两次停歇时间不同，于是可以用不完全齿轮机构代替该运动功能单元，如图 28 所示。图 28 不完全齿轮传动机构代替运动功能单元 11 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 12 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。图 29 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 12 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用不完全齿轮机构替代。如图 30 所示。图 30 不完全齿轮传动机构代替运动功能单元 12 图 18 中运动功能单元 13 是加速功能，可以选择齿轮传动代替，传动比为，如图 30 所示。图 31 用齿轮传动替代运动功能单元 13 图 18 中运动功能单元 14 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。图 32 用曲柄滑块机构替代运动功能单元 14 根据上述分析，按照图 19 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 6）的运动方案简图，详见图纸 （4）系统运动方案设计 1）执行机构 1 的设计 该执行机构是曲柄滑块机构，由曲柄17，滑块，导杆 20，连杆 21 和滑枕 22 组成。其中大滑块的行程h=480mm,现对机构进行参数计算。该机构具有急回特性，在导杆 20 与曲柄 17 的轨迹圆相切时候，从动件处于两个极限位置，此时导杆的末端分别位于 C1和 C2位置。取定 C1C2的长度，使其满足：hCC21 利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离 E1E2=C1C2=h，这样就利用了机构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。设极位夹角为，显然导杆 20 的摆角就是，由执行构件 1 推程时间为 0.6T1求得机构的行程速比系数 K=1.5，由此可得极位夹角和导杆 20 的长度。mmhl66.7762sin2361801k1-k 图 导杆滑块机构设计 先随意选定一点为D，以 D 为圆心，l 为半径做圆。再过 D 作竖直线，以之为基础线，左右各作射线，与之夹角 18，交圆与 C1和 C2点。则弧 C1C2即为导杆顶部转过的弧线，当导轨从 C1D 摆到 C2D 的时候，摆角为 36。接着取最高点为 C,在 C 和 C1之间做平行于 C1C2的直线 m，该线为滑枕 22 的导路，距离 D 点的距离为 cos22l lsl 在 C1点有机构最大压力角，设连杆 21 的长度为 l1，最大压力角的正弦等于 1max22cossinlll 要求最大压力角小于 100，所以有 mm45.10910sin218cos-166.776sin22sinmax1lll l1越大，压力角越小，取l1=200400mm。曲柄 17 的回转中心在过D 点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可选 llAD3221 取 AD=500mm，据此可以得到曲柄17 的长度 mm51.15418sin5002sin2ADl 同理得到曲柄33 的长度l33=51mm,导杆 l34=340mm 2）执行机构 2 的设计 如图所示，执行机构 2 由两个运动复合而成。其中一个运动是连续转动转换为单向间歇转动，由不完全齿轮 26、27 实现。另一个运动是将连=续传动转换为间歇往复移动，可以选用直动平底从动件盘形凸轮机构（28、29）固联来共同完成要求。不完全齿轮 26、27 的设计 不完全齿轮 27 在一个工作周期内的运动为 设其传动比为 1/5，可知主动轮转动一周，主动轮和从动轮的运动关系为 转+90（0.05T2）转+90（0.05T2）停（0.7T2）转 18 转 36 转 270 转 18 停（0.10T2）齿轮 27 可按可按最小不根切齿数确定，但为了使不完全齿轮 26 的齿数为整数，取 z27=20，则主动轮的假想齿数为 z26=100。取模数为 2 mm，齿轮 27 为完全齿轮，其集合尺寸可按照标准齿轮计算。齿轮 27 为不完全齿轮，其上的有两段齿数均为 5 的齿形，夹角为 36。主动轮转动 252时开始与从动轮啮合。不完全齿轮传动 26、27 设计 凸轮机构的设计 凸轮机构在一个工作周期的运动为 近休程角 推程角 远休程角 回程角 216 36 72 36 凸轮基圆半径 50mm，无偏距，升程为 5mm,回程也为 5mm。推程为正弦加速，回程为余弦加速。滑移齿轮传动设计 确定齿轮齿数 如图齿轮 5，6，7，8，9，10 组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为 z5，z6，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知，iv1=4 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=2.22 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=1.33 按最小不根切齿数取 z9=17，则 z10=iv1 z9=4*17=68 为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，取 z10=69。其齿数和为 z9+z10=17+69=86，另外两对啮合齿轮的齿数和应大致相同，即 z7+z886，z5+z686 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=2.22 Z7 26.7,取7z=27,错误！未找到引用源。=86-错误！未找到引用源。60 故齿轮 7 和 8 要采用变位齿轮 停 0.6T2 停 0.2T2 向下 5mm（0.1T2）同理求得 Z5=37，Z6=49 计算齿轮几何尺寸 取模数 m=2 mm，则 5，6，9，10 这两对齿轮的标准中心距相同 a=这三对齿轮均为标准齿轮，其几何尺寸可按标准齿轮计算。圆柱齿轮传动设计 由图可知，齿轮 11、12、13、14 实现运动功能单元 4 的减速功能，它所实现的传动比为 14.3。由于齿轮 11、12、13、14 是 2 级齿轮传动，这 2 级齿轮传动的传动比可如此确定 取 Z11=Z13=Z15=17 于是 26.413.1417Z16Z14Z123 为使传动比更接近于运动功能单元4 的传动比 14.3，取 Z11=Z13=Z15=17 Z12=42 Z14=41 Z16=41 取模数 m=2 mm，按标准齿轮计算。3）齿轮传动设计 不完全齿轮 29、30 的设计 不完全齿轮 29 在一个工作周期内的运动为 设其传动比为 0.4，可知主动轮转动一周，主动轮和从动轮的运动关系为 齿轮30可按可按最小不根切齿数确定，但为了使不完全齿轮29的齿数为整数，取z30=20，则主动轮的假想齿数为z29=50。取模数为 2 mm，齿轮 30 为完全齿轮，其集合尺寸可按照标准齿轮计算。齿轮 29 为不完全齿轮，其上的有一段齿数均为 5 的齿形。主动轮转动 270时开始与从动轮啮合。由图 34-（b）可知，齿轮 31、32 实现运动功能单元 13 的放大功能，所非啮合（0.15T3）转 36 转 54 停 转 90 停 啮合 36（0.1T3）实现的传动比为 0.25。齿轮 32 可按最小不根切齿数确定，即取 17 齿轮 31 的齿数为 17/0.25=68 齿轮 31 32 的几何尺寸，取模数 m=2 mm，按标准齿轮计算。圆锥齿轮传动设计 由图可知，圆锥齿轮 18、19 实现图 18 中的运动功能单元 7 的方向运动功能，它所实现的传动比为 1，两圆锥的齿轮的轴交角为=90 圆锥齿轮 19 的分度圆锥角为 63.435 度 圆锥齿轮 18 的分度圆锥角为 26.565 度 圆锥齿轮的最小不根切当量齿数为 错误！未找到引用源。圆锥齿轮 19 的齿数可按最小不根切齿数确定，即 Z=15 取圆锥齿轮 19 的齿数为 25 齿轮 18、19 的几何尺寸，取模数 m=2 mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。方案中所有圆锥齿轮均为转向作用，传动比均为1:1。齿数均相同。圆锥齿轮的分度圆锥角均为 45 圆锥齿轮的最小不根切当量齿数为 错误！未找到引用源。圆锥齿轮齿数可按最小不根切齿数确定，即z=17 齿轮 18、19、24、25 的几何尺寸，取模数 m=2 mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。（5）运动方案执行构件的运动时序分析 曲柄 17 的初始位置 如图所示，曲柄 17 顺时针转动时的初始位置。由于该曲柄导杆机构的极位夹角=36，因此，当导杆 20 处于左侧极限位置时 系统运动示意图 凸轮的初始位置 如图可知凸轮为顺时针转动。其初始位移应为0mm。如图所示。凸轮转动方向示意图 4、滑移齿轮变速传动中每对齿轮几何尺寸及重合度的计算 4.1 滑移齿轮 5 和齿轮 6 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 5 37 齿轮 6 49 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 0.25 6 标准中心距 =(错误！未找到引用源。)/2=86 7 实际中心距 86 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 5 0 齿轮 6 0 10 齿顶高 齿轮 5 错误！未找到引用源。2mm 齿轮 6 错误！未找到引用源。2mm 11 齿根高 齿轮 5 错误！未找到引用源。2.5mm 齿轮 6 2.5mm 12 分度圆直径 齿轮 5 74mm 齿轮 6 错误！未找到引用源。98mm 13 齿顶圆直径 齿轮 5 错误！未找到引用源。78mm 齿轮 6 错误！未找到引用源。102mm 14 齿根圆直径 齿轮 5 错误！未找到引用源。69mm 齿轮 6 错误！未找到引用源。93mm 15 齿顶圆压力角 齿轮 5 错误！未找到引用源。26.937 齿轮 6 错误！未找到引用源。25.465 16 重合度 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。/2=1.7244 4.2 滑移齿轮 7 和齿轮 8 序号 项目 代号 计算公式及计算结果 1 齿数 齿轮 7 27 齿轮 8 60 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 0.25 6 标准中心距 =(错误！未找到引用源。)/2=86 7 实际中心距 87 8 啮合角 21.73 9 变位系数 齿轮 7 0.33 齿轮 8 0.21 10 齿顶高 齿轮 7 错误！未找到引用源。2.6mm 齿轮 8 错误！未找到引用源。2.35mm 11 齿根高 齿轮 7 错误！未找到引用源。1.9mm 齿轮 8 错误！未找到引用源。2.1mm 12 分度圆直径 齿轮 7 错误！未找到引用源。54mm 齿轮 8 错误！未找到引用源。120mm 13 齿顶圆直径 齿轮 7 错误！未找到引用源。59.2mm 齿轮 8 错误！未找到引用源。124.7mm 14 齿根圆直径 齿轮 7 错误！未找到引用源。50.2mm 齿轮 8 错误！未找到引用源。115.8mm 15 齿顶圆压力角 齿轮 7 错误！未找到引用源。29.96 齿轮 8 错误！未找到引用源。25.65 16 重合度 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。/2=1.54 4.3 滑移齿轮 9 和齿轮 10 序项目 代号 计算公式及计算结果 号 1 齿数 齿轮 9 17 齿轮 10 69 2 模数 2 3 压力角 20 4 齿顶高系数 1 5 顶隙系数 0.25 6 标准中心距 =(错误！未找到引用源。)/2=86 7 实际中心距 86 8 啮合角 9 变位系数 齿轮 9 0 齿轮 10 0 10 齿顶高 齿轮 9 错误！未找到引用源。2mm 齿轮 10 错误！未找到引用源。2mm 11 齿根高 齿轮 9 错误！未找到引用源。2.5mm 齿轮 10 错误！未找到引用源。2.5mm 12 分度圆直径 齿轮 9 错误！未找到引用源。34mm 齿轮 10 错误！未找到引用源。138mm 13 齿顶圆直径 齿轮 9 错误！未找到引用源。38mm 齿轮 10 错误！未找到引用源。142 mm 齿根圆直径 齿轮 9 错误！未找到引用源。29mm 14 齿轮 10 错误！未找到引用源。133mm 15 齿顶圆压力角 齿轮 9 错误！未找到引用源。32.778 齿轮 10 错误！未找到引用源。24.045 16 重合度 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。/2=1.536 5、各个零件参数及尺寸 序号 名称 尺寸及参数 1 电动机 略 2 皮带轮 d=50mm 3 皮 带 略 4 皮带轮 d=125mm 5 齿 轮 z=37 m=2mm 6 齿 轮 z=49 m=2mm 7 齿 轮 z=27 m=2mm x=0.33mm 8 齿 轮 z=60 m=2mm x=0.21mm 9 齿 轮 z=17 m=2mm 10 齿 轮 z=69 m=2mm 11 齿 轮 z=17 m=2mm 12 齿 轮 z=42 m=2mm 13 齿 轮 z=17 m=2mm 14 齿 轮 z=41 m=2mm 15 齿 轮 z=17 m=2mm 16 齿 轮 z=41 m=2mm 17 曲 柄 l=151.51mm 18 圆锥齿轮 z=25 m=2mm=45 19 圆锥齿轮 z=25 m=2mm=45 20 导 杆 l=776.66mm 21 连 杆 l=378mm 22 滑 枕 略 23 输送带 略 24 圆锥齿轮 z=25 m=2mm=45 25 圆锥齿轮 z=25 m=2mm=45 26 不完全齿轮 z=100 m=2mm 27 齿 轮 z=20 m=2mm 28 凸 轮 基圆半径 50mm，无偏距，升程为 5mm,回程也为 5mm 29 不完全齿轮 Z=50 m=2mm 30 齿 轮 Z=20 m=2mm 31 齿 轮 Z=68 m=2mm 32 齿 轮 Z=17 m=2mm 33 曲 柄 l=51mm 34 导 杆 l=340mm 35 滑 块 略