机械课程设计玻璃印花机构及传动装置.doc

机械原理课程设计
设计计算说明书

设计题目：玻璃印花机构及传动装置

目 录
一 设计题目
1.1 设计目的…………………………………………………………1
1.2 设计题目…………………………………………………………1
1.3 设计条件及设计要求……………………………………………2
二 执行机构运动方案设计
2.1功能分解与工艺动作分解………………………………………2
2.2 方案选择与分析…………………………………………………3
2.3执行机构设计……………………………………………………11
2.4 机械系统方案设计运动简图……………………………………13
三 传动系统方案设计
3.1传动方案设计……………………………………………………17
3.2电动机的选择……………………………………………………18
3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配………………………20
3.4传动装置的运动和动力参数计算………………………………20
四 设计小结……………………………………………………………22
五 参考文献……………………………………………………………24

一 设计题目
1.1设计目的
机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。
设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。
机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算，是机械产品设计的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。
1.2设计题目：玻璃印花机构及传动装置
工作原理：
玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作：置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装放于座中）作单向间歇（向左）直线移动；定位压块作水平方向的往复移动，以便压紧瓶颈端面或松开；下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。
印花过程的工作要求是：当置瓶座中的玻璃瓶由输送链（或带）移进工作位置后，停止前进，压瓶定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。此时，上方的印花弧形图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。然后，图章上移，定位压块右移松开，输送链带着瓶移开工作位置，后一个瓶又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。
方 案 号
6
分配轴转速n(r/min)
50
分配轴转矩T(N·m)
540
玻璃瓶单程移距（mm）
115
分配轴输入功率（kw）
1.0
印花图章上下移距（mm）
52
定位压块左右移距（mm）
25
说明：（1）工作条件：2班制，工作环境良好，有轻微振动；
（2）使用期限十年，大修期三年；
（3）生产批量：小批量生产（<20台）；
（4）带传动比i=2.5～3.5；
（5）采用Y型电动机驱动。
(6) 分配轴 ：与减速器输出轴相连接（各执行机构的输入轴）。
1.3设计条件及设计要求
1) 动力源是电动机。
2) 三执行构件（定位压块、弧形图章、步进链）
弧形图章上下往复移动
二、执行机构运动方案设计
2.1功能分解与工艺动作分解
1)功能分解
为了实现玻璃印花的总功能，将功能分解为：印花图章的印花功能、定位压块的固定夹紧功能、置瓶座的固定功能。
2)工艺动作分解。
要实现上述分功能，有下列工艺动作过程：
(1)利用间歇运动机构实现置瓶座的单向间歇直线运动，使玻璃瓶运动到工作位置后停止，等待印花。
(2)定位压块开始向左移动，压紧瓶颈，使玻璃瓶在水平位置固定。
(3)瓶子固定好之后，位于其上方的印花图章开始向下移动，压在瓶子柱面上，停止片刻后印花完成。随后图章上移，定位压块向右松开，输送链带着瓶子离开工作位置，开始第二次的印花循环过程。
2.2 方案选择与分析
1 弧形图章的运动机构设计
弧形图章机构的主要运动要求：作上下直线往复运动，并要有一定的加压时间。
方案一 方案二

方案三 方案四

弧形图章的运动方案定性分析：
方
案
号
主 要 性 能 特 征
功 能
功 能 质 量
经 济 适 用 性
运动变换
增力
加压时间
一级传动角
二级传动角
工作平稳性
磨损与变形
效率
复杂性
加工装配难度
成本
运动尺寸
１
满足
弱
较长
较小
---
平稳
一般
高
简单
易
一般
较小
２
满足
弱
较长
较大
---
一般
一般
高
简单
易
一般
较小
３
满足
无
短
小
大
有冲击
一般
高
复杂
易
一般
较大
４
满足
无
短
大
大
有冲击
一般
高
较复杂
易
一般
一般
对以上方案进行初步分析。从表中的分析结果不难看出，方案1，2有较好综合性能。印花机构在竖直方向上的往复运动中，要求在印花过程中有一段时间停歇，故曲柄滑块机构不满足要求，所以选取凸轮机构。
2 定位压块的运动机构设计
方案一 方案二

方案三 方案四

定位压块机构运动方案定性分析：
方案号
功 能
经 济 适 用 性
运动变换
水平往复
工作平稳性
磨损与变形
效率
复杂性
加工装配难度
成本
运动尺寸
1
满足
有
又冲击
强
较高
简单
易
低
小
2
满足
有
平稳
一般
较高
简单
一般
一般
小
3
满足
有
平稳
一般
较高
复杂
较难
较高
小
4
满足
无
有冲击
一般
较高
较复杂
较难
高
小
对以上方案初步分析。从表中的分析结果不难看出，方案一磨损严重，方案3，4成本较高。
3 置瓶座的运动机构设计
方案一

方案二

方案三

置瓶座运动机构运动方案定性分析
方案号
功能
经 济 适 用 性
间歇送进
工作平稳性
磨损与变形
效率
复杂性
加工装配难度
成本
运动尺寸
1
有
平稳
一般
较高
较复杂
较难
较高
较大
2
有
平稳
强
较高
较复杂
较难
较高
较大
3
有
平稳
一般
较低
复杂
最难
高
较小
对以上方案初步分析，槽轮机构结构简单，工作稳定。故方案一最佳。
3执行机构运动方案的形成
机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件（分配轴）统一控制。
1） 凸轮机构印花弧形图章机构，凸轮机构的定位压块机构，槽轮机构置瓶器

2） 凸轮弧形图章印花机构、曲柄滑块定位机构、不完全齿轮间歇机构置瓶器

3） 凸轮印花弧形图章机构、齿轮齿条定位压块机构、不完全齿轮间歇机构置瓶器

4）凸轮弧形图章印花机构、曲柄滑块定位机构、槽轮机构置瓶器

2.3 执行机构设计
1.执行机构设计
执行机构分别为：（1）凸轮印花机构
（2）凸轮定位机构
（3）不完全齿轮输送机构
印花机构的设计：凸轮机构的设计；
定位机构的设计：凸轮机构的设计；
输送机构的设计：不完全齿轮机构的设计；
1）印花机构的设计
凸轮机构设计：
凸轮推程运动角Φ取120°，回程运动角Φ′取与推程运动角Φ相等，远休止角Φs取30°，近远休止角Φs′取30°。升程h取52mm。为了防止出现刚性冲击，故采用简谐运动。
下面的三张截图，均为通过软件，所做的移动从动件盘形滚子凸轮的动态仿真图和不同数据下的动态演示，以及运动规律图，通过这些截图能清晰的反应凸轮的运动规律及动态图形

2）输送机构的设计
槽轮机构设计

其φ1角取90°。

π*D\4=120mm
R=76.4mm

3）定位机构的设计
摇杆机构设计

其φ2角取120°。

由图可知

2.机构运动循环图

1弧形图章印花机构2定位压块机构3置瓶座机构
主动件旋转90°，传动带停止运转，定位压块接触玻璃瓶。
主动件旋转120°，印花机构接触玻璃瓶开始印花。
主动件旋转180°，图章开始离开玻璃瓶，向上移动。
主动件旋转240°，定位压块开始向右移动，离开玻璃瓶。
主动件旋转360°，传送带带动玻璃瓶向左移动，开始下一循环。
三、传动系统方案设计
3.1传动方案设计
传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。
在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。
根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。
机械系统的组成为：
原动机 →传动系统(装置)→ 工作机（执行机构）
原动机：Y系列三相异步电动机；
传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。
故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。
原始数据：
已知工作机（执行机构原动件）主轴：
转速：n=50 (r/min)
转矩：T=540 (N/m)
3.2电动机的选择
1）选择电动机类型
按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。
2）选择电动机容量
a．工作轴输出功率 ：PW=Tω/1000 (KW)
ω=nπ/30=50π/30=5.233 (rad/s)
Pw= Tω/1000=540*5.233/1000=2.82582 KW
注：工作轴——执行机构原动件轴
b．所需电动机的功率：Pd= PW /ηa
ηa——由电动机至工作轴的传动总效率
ηa =η带×η轴承3×η齿轮2×η联
查表可得：对于V带传动: η带 =0.96
对于8级精度的一般齿轮传动：η齿轮=0.97
对于一对滚动轴承：η轴承 =0.99
对于弹性联轴器：η联轴器=0.99
则
ηa =η带×η轴承3×η齿轮2×η联
=0.96×0.993×0.972×0.99
= 0.868
∴　Pd= PW /ηa=2.82582/0.868=3.256 KW
查各种传动的合理传动比范围值得：
V带传动常用传动比范围为 i带=2～4，单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=3～5，则电动机转速可选范围为
nd=i带 ×i齿2×n
=(2～4)( 3～5)2 ×n
=（18 ～100 ）×n
=(18～100)×50
=900～5000 r/min
符合这一转速范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出三种适用的电动机型号
电动机型号
额定功率ped/kw
电动机转速/ r/min
同步
满载
Y90L-4
1.5
1500
1400
Y100L-6
1.5
1000
940
Y132S-8
2.2
750
710
对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。由以上三种方案可知，选定电动机型号为Y90L-4
Y90L-4电动机数据如下：
额定功率：1.5 KW
满载转速：n满=1400 r/min
同步转速：1500 r/min
3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配
1.传动装置的总传动比
i总=n满/n=1400/50=28.8
2.分配各级传动比
根据《机械设计课程设计》表2.2选取，对于三角v带传动，为避免大带轮直径多大，取i12=2.8；
则减速器的总传动比为i减=i总/3.6=28.8/3.6=8
对于两级圆柱斜齿轮减速器，按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比，取ig=1.3id
i减= ig×id = 1.3i2d=8
id=1.84
ig=1.3id=2.38
注：ig -高速级齿轮传动比；
id –低速级齿轮传动比；
3.4传动装置的运动和动力参数计算
计算各轴的转速：
电机轴：n电= 500 r/min
Ⅰ轴 nⅠ= n电/i带=1400/2.8=500 r/min
Ⅱ轴 nⅡ= nⅠ/ ig=500/2.38=210 r/min
Ⅲ轴 nⅢ=nⅡ/ id =210/1.84=114 r/min
计算各轴的输入和输出功率：
Ⅰ轴： 输入功率 PⅠ= Pdη带=3.256×0.96=3.125 kw
输出功率 PⅠ= 3.125η轴承=3.125×0.99=3.094 kw
Ⅱ轴： 输入功率 PⅡ=3.094×η齿轮=3.094×0.97=3.001 kw
输出功率 PⅡ= 3.001×η轴承=3.001×0.99=2.971 kw
Ⅲ轴 输入功率 PⅢ=2.971×η齿轮=2.971×0.97=2.882 kw
输出功率 PⅢ= 2.882×η轴承=2.882×0.99=2.853 kw
计算各轴的输入和输出转矩：
电动机的输出转矩 Td=9.55×106×Pd /n电=9.55×106×3.256/1440
=21.6×103 N·mm
Ⅰ轴： 输入转矩 TⅠ=9.55×106×PⅠ / nⅠ=9.55×106×3.125/500
=59.1×103 N·mm
输出转矩 TⅠ=9.55×106×PⅠ / nⅠ=9.55×106×3.004/500
=58.3×103 N·mm
Ⅱ轴： 输入转矩 TⅡ=9.55×106×PⅡ / nⅡ=9.55×106×3.001/210
=13.6×103 N·mm
输出转矩 TⅡ=9.55×106×PⅡ / nⅡ=9.55×106×2.971/210
=135.1×103 N·mm
Ⅲ轴 输入转矩 TⅢ=9.55×106×PⅢ / nⅢ=9.55×106×2.882/19.96
=1378.9×103 N·mm
输出转矩 TⅢ=9.55×106×PⅢ / nⅢ=9.55×106×2.853/19.96
=1365×103 N·mm
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：
轴名
功率p/kw
转矩T ( N·mm)
转速n/r·min-1
传动比i
效率η
输入
输出
输入
输出
电机轴

3.256

21.6×103
1400
2.8

Ⅰ轴
3.125
3.094
59.1×103
58.3×103
500
2.38

Ⅱ轴
3.001
2.971
136.4×103
135.1×103
210
1.84

Ⅲ轴
2.882
2.853
1378.9×103
1365.5×103
114

四、设计小结
这次课程设计，我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置。其实它就是运用机械原理课上所学过的连杆机构，凸轮，带传动，间歇运动，齿轮传动，链条传动原理等。
通过对有关书籍的参考，和老师耐心的教导，我对于我的设计产生了灵感，也引发了我浓厚的兴趣。找对了方向也就找到了设计的突破口。这为我以后的毕业设计带来了很大的方便。原来此设计的关键点在于间歇机构的设计与运用。
我在学校的图书馆找到一些相关的资料,回来查到了很多,看到了很多机构,使我开阔了眼界，也学习到了很多设计方法和思想。
在设计的过程中，我也遇到了很多问题，比如CAD的画法，PRO-E的渲染方法，传动机构的计算等，都在老师、同学和书籍的帮助下一一破解。不仅让我学习到解决问题的方法，也体会到成功的喜悦。同时为大四的毕业设计会有很大帮助。
在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。
通过这次玻璃瓶印花机构及传动装置的设计，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。
几周机械原理设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性。正是这种实践练习，使我看到了自己的不足，学会了很多解决问题的方法。
通过这次课程设计,其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也有待提高。因此，我明白了自己还要更加刻苦的努力学习专业知识。
此次课程设计使我有了很大的收获，锻炼了我解决实际问题的能力，使我学会了勇于创新，扩展思路的解决问题的方法，还加强了和同学之间的团队协作精神。每个人都会遇到不同的困难，而对一个又一个的困难大家一起努力共同克服。最终有了今天的成绩，令我们每一个人欣慰。同时，增进了同学间的友谊。
总之，我要好好学习专业知识,为以后的出路打下很好的基础.通过设计我认识到了不足的地方.我会好好改进,做一名很好的机械学子.

五、参考文献
【1】申永胜.机械原理教程.北京：清华大学出版社.1999
【2】丘宣怀.机械设计教程.北京：高等教育出版社.1997
【3】张春林 取继方.张美麟.机械创新设计.北京:机械工业出版社.2001
【4】卢子馨.平面四杆机构运动综合.山东:石油大学出版社.1991
【5】黄茂林.机械原理.北京:机械工业出版社.2002
【6】赵明生.机械工程手册.北京:机械工业出版社.1996
【7】李秀珍 曲玉峰.机械设计基础.北京:机械工业出版社.2000
【8】王之栋 王大康.机械设计综合课程设计.北京:机械工业出版社.2003
【9】黄荣.多杆直线导向机构的设计方法与轨迹图谱.北京:机械工业出版社.1994
【10】洛克.机械原理.德国：机械工业出版社.2003
【11】刘政昆.间歇运动机构.大连：大连理工大学出版社，1991
【12】刘会英 杨志强.机械原理.北京:机械工业出版社.2003
【13】罗洪量主编，《机械原理课程设计指导书》（第二版），北京：高等教育出版社，1986年。