创新设计方案与实验.doc

创新设计方案与实验172020年5月29日文档仅供参考目 录一、设计题目1二、设计方案的选定2三、机构的设计61、偏置滑块机构的设计62、直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计7四、电动机的选定及传动系统方案的设计91、电动机转速、功率的确定9 2、传动系统的设计9五、实验心得12六、参考文献12一、设计题目现需要设计某一包装机的推包机构,要求待包装的工件1(见图1)先由输送带送到推包机构的推头2的前方,然后由该推头2将工件由a处推至b处(包装工作台),再进行包装。为了提高生产率,希望在推头2结束回程(由b至a)时,下一个工件已送到推头2的前方。这样推头2就能够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abcde线路运动。即实现”平推水平退回下降降位退回上升复位”的运动。设计数据与要求:要求每5-6s包装一个工件,且给定:L=100mm,S=25mm,H=30mm。行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取,推包机由电动机推动。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,以便缩短空回程的时间,提高工效。至于”cdea”部分的线路形状不作严格要求。 图1 推包机构执行构件运动要求摘要:包装机推包机是一种包装机中不可缺少的一部分,它推送物品到达指定包装工作台该机构取代了传统的人工移动物品,工作效率底的缺点, 我所设计的推包机构推包,回程一体的全自动化功能其主要设计思路来自于对传统工艺分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定,以及优化组合.综合利用凸轮的往复运动,齿轮的传动运动,以及减速器的定植调速比的设定.利用Auto Cad软件强大绘图功能,和Word的编辑功能,把设计方案图文并茂,栩栩如生.关键字:凸轮 推包回程 齿轮传动功能分析:为使包装机推头完成规定的进给回程路线及运动规律,需将其运动功能分成两部分。1. 推头有直线进给运动,且有急回特性,为此需设计进给机构。2. 推头回程时有低头运动,为此需设计升降机构。3.为完成规定路线,需使进给与升降联动,故需有连结机构。机构选用:功能执行机构工艺动作执行机构进给推头急回进给转动导杆摇杆升降推头回程低头凸轮二、设计方案的选定1.推头左右运动方案a:1 轴承 2 推头 3 凸轮a方案所采用推送机构是如图所示的类似于曲柄滑块机构。其主要由凸轮和推头组成。该机构运动时,凸轮逆时针转动,带动推头运动,实现推头的左右来回的动作。方案b: 方案b采用的是曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构的组合,优点是机构的稳定性好,能够实现所需的各种要求,产生的压力也大。曲柄运动带动推头完成各种动作。综上所述,b方案明显优于a方案,因此推头采用b方案的设计。2.推头上下运动方案a 方案a所采用机构是如图所示的凸轮机构。其主要由凸轮和推头串联而成。该机构运动时,凸轮逆时针转动,带动推头运动,实现压和停歇的动作。方案b:方案b采用曲柄来带动从动件来实现运动。当凸轮顺时针转动时,带动推头完成所需的各种动作。此方案结构简单,不过这个有个缺点,就是它没有急回运动,此机构满足所需的要求,但工作效率不是很高,因此不是很理想。该运动所需的时间长,从简便等各个方面的因素考虑,方案一:双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合,(见图2)图2双凸轮机构与摇杆机构滑块机构的组合方案一的运动分析和评价:该机构由凸轮1和凸轮2,以及5个杆组成。机构一共具有7个活动构件。机构中的运动副有7个转动副,4个移动副以及两个以点接触的高副。其中机构的两个磙子存在两个虚约束。由此可知: 机构的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p =1 机构中有一个原动件,原动件的个数等于该机构的自由度。因此,该机构具有确定的运动。在原动件凸轮1带动杆3会在一定的角度范围内摇动。经过连杆4推动杆5运动,然后连杆6在5的推动下带动推头做水平的往返运动,从而实现能推动被包装件向前运动。同时凸轮2在推头做回复运动的时候经过向上推动杆7,使连杆的推头端往下运动,从而实现推头在给定的轨迹中运动。该机构中除了有两个凸轮与从动间接触的两个高副外,所有的运动副都是低副。在凸轮与从动件的接触时,凸轮会对从动件有较大的冲击,为了减少凸轮对从动件冲击的影响,在设计过程中把从动件设计成为滚动的从动件,能够间接增大机构的承载能力。同时,凸轮是比较大的工件,强度比较高,不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中,原动件1是一个凸轮,凸轮只是使3在一定角度的往复摆动,而对整个机构的分析可知,机构的是设计上不存在运转的死角,机构能够正常的往复运行。机构中存在两个凸轮,不但会是机构本身的重量增加,而且凸轮与其它构件的连接是高副,而高副承载能力不高,不利于实现大的载荷。 而整个机构连接不够紧凑,占空间比较大。方案二:偏执滑块机构与盘形凸轮机构组合,(见图2)图2偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合方案二的运动分析和评价:方案二的机构主要是由一个偏置滑块机构以及一个凸轮机构组合而成的。偏置滑块机构主要是实现推头的往复的直线运动,从而实现推头在推包以及返回的要求。而凸轮机构实现的是使推头在返程到达C点的时候能够按照给定的轨迹返回而设计的。这个组合机构的工作原理主要是经过电动机的转动从而带动曲柄2的回转运动,曲柄在整周回转的同时带动连杆3在一定的角度内摆动,而滑块4在水平的方向实现往复的直线运动,从而带动连着推头的杆运动,完成对被包装件的推送过程。在推头空载返回的过程中,推头到达C点时,凸轮的转动进入推程阶段,使从动杆往上运动,这时在杆5和杆6连接的转动副就成为一个支点,使杆6的推头端在从动件的8的推动下向下运动,从而使推头的返程阶段按着给定的轨迹返回。这个机构在设计方面,凸轮与从动见的连接采取滚动从动件,而且凸轮是槽型的凸轮,这样不但能够让从动件与凸轮之间的连接更加紧凑,而且因为采用了滚动从动件,能使减轻凸轮对它的冲击,从而提高了承载能力。而采用的偏置滑块机构能够实现滑块具有急回特性,使其回程速度高于工作行程速度,以便缩短空回程的时间,提高工作效率。但此机构的使用的是槽型凸轮,槽型凸轮结构比较复杂,加工难度大,因此成本会比较高。综合对两种方案的分析,方案二结构相对不是太复杂,而且能满足题目的要求,最终我选择方案二。三、机构的设计1、偏置滑块机构的设计 由题目给定的数据L=100mm行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取可由曲柄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 。滑块的行程题目给出S=100mm偏置距离e选取40mm用图解法求出各杆的长度如下:(见图3)由已知滑块的工作行程为100mm,作BB 为100mm,过点B作BB所在水平面的垂线BP,过点B作直线作直线BP交于点P,并使=。然后过B、B、P三点作圆。因为已知偏距e=40mm,因此作直线平行于直线BB,向下平移40mm,与圆O交于一点O,则O点为曲柄的支点,连接OB、OB,则 OB-OB=2a OB+OB=2b从图中量取得: AB=151.32mm AB=61.86mm则可知曲柄滑块机构的:曲柄 a=44.73mm 连杆b=106.59mm 到此,机构组合的曲柄滑块机构设计完毕。2、直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计用作图法求出凸轮的推程角,远休止角,回程角,近休止角。(见下图) 因为题目要求在推头在返程阶段到达离最大推程距离为25mm时,要求推头从按照给定的轨迹,从下方返回到起点。因此可利用偏置滑块机构,滑块在返回阶段离最大推程为25mm的地方作出其曲柄,连杆和滑块的位置,以经过量取曲柄的转动的角度而确定凸轮近休止角的角度,以及推程角,回程角。具体做法如下:1） 先在离点B为25mm的地方作点B;2） 过点B作直线AB交圆O于点A,并使AB=AB;3） 连接OA,则OA ,AB为曲柄以及连杆在当滑块离最大推程距离为25mm时的位置。因为题目要求推头的轨迹在abc段内实现平推运动,因此即凸轮近休止角应为曲柄由A转动到A的角度,从图上量取,即凸轮的近休止角为。因为题目对推头在返程cdea段的具体线路形状不作严格要求,因此能够选定推程角,远休止角,回程角的大小。选定推程角为,回程角远休止角。因为题目要求推头回程向下的距离为30mm,因此从动件的行程h=30mm。由选定条件近休止角为推程角为回程角远休止角,h=30mm,基圆半径mm,从动杆长度为40mm,滚子半径mm。经过软件输入参数如下,经过软件输出凸轮轮廓线及机构简图如下图:四、电动机的选定及传动系统方案的设计1、电动机转速、功率的确定题目要求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,查常见电动机规格,选用Y160L-8型电动机,其转速为720r/min,功率为7.5kW。2、传动系统的设计 系统的输入输出传动比 ,即要求设计出一个传动比的减速器,使输出能达到要求的转速。 其传动系统设计如下图:电动机连接一个直径为10的皮带轮2,经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段,这段皮带传动的传动比为,此时转速为。 从皮带轮1输入到一个二级减速器,为了带到要求的传动比,设计齿轮齿数为,。 验算二级减速器其传动比 整个传动系统的传动比 则电动机转速经过此传动系统减速后能满足题目要求推包机构主动件的转速。 至此,包装机推包机构的机构以及传动系统的设计已经设计完毕。推包机构的总装配简图如下:f三维图五、实验心得 经过这次课程设计,我有了很多收获。首先,经过这一次的课程设计,我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识,培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构和凸轮机构有了更加深刻的理解,为后续课程的学习奠定了坚实的基础。其次经过这次课程设计,我学会了怎样去研究设计一个从来没接触过的机械机构。学会了一步一步地去了解一个没接触过的机构的运动规律,运动要求,根据要求设计出一个符合要求的运动机构。这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。非常有成就感,培养了很深的学习兴趣。这样的课程设计能提高我们的自主设计能力,培养自己的创新能力。这次课程设计我投入了不少时间和精力,我觉得这是完全值得的。因为感觉经过这次课程设计我独立思考能力得到了进一步的加强。六、参考文献1、王知行,刘延荣主编,高等教育出版社, 2、陆凤仪主编,机械工业出版社, 3、邹慧君主编,高等教育出版社,1998