资源描述
机械原理课程设计
设计计算说明书
设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置
设 计 者：
学 号：
专业班级：
指导教师： 柴晓艳
完成日期：2012年12月20日
天津理工大学机械工程学院
25
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……………………………………………………13
2.4 机械系统方案设计运动简图……………………………………17
三 传动系统方案设计
3.1传动方案设计……………………………………………………18
3.2电动机的选择……………………………………………………19
3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配………………………21
3.4传动装置的运动和动力参数计算………………………………21
四 设计小结……………………………………………………………24
五 参考文献……………………………………………………………25
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
玻璃瓶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，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。
1.3设计条件及设计要求
分配轴转速n(r/min)
50
分配轴输入功率P（kw)
1.1
玻璃瓶单程移距（mm）
115
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）。
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
为了实现玻璃瓶印花的总功能，将功能分解为：向下印花功能，左右往复
运动定位压块定位功能，置瓶座间歇运动功能。
2)工艺动作过程
要实现上述分功能，有下列工艺动作过程：
（1）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。
（2）定位压块此时向左运动压紧玻璃瓶，使得玻璃瓶固定。
（3）上方的印花机构开始向下运动，并压在瓶子柱面上，间歇停留片刻后离
开，印花完成，将成型后的玻璃瓶经过传送带送走，完成一个循环。
2.2 方案选择与分析
1. 概念设计
根据以上功能分析，应用概念设计的方法，经过机构系统搜索，可得“形态学矩阵”的组合分类表，如表1所示。
表1 组合分类表
弧形图章机构功能
曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
凸轮机构
曲柄滑块机构
定位压块功能
曲柄滑块机构
组合机构
凸轮机构
组合机构
置瓶座功能
齿轮机构
槽轮机构
齿轮机构
棘轮机构
总共可实现N＝4×4×4＝64种设计方案。运用确定机械系统运动方案的原则与方法，来进行方案分析与讨论。
2. 方案选择
1) 弧形图章机构的方案选择
弧形图章机构的主要要求是：主动件做回转运动，从动件做上下往复运动，
根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）
及约束条件，可以构思出如下能满足从动件作直线往复运动的一系列运动方案。
方案一：
方案二：
方案三：
方案四：
表2弧形图章机构部分运动方案定性分析
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 ①
一级传动角②
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
无
短
大
很大
有冲击
一般
高
复杂
易
低
较小
２
满足
无
长
小
大
一般
一般
高
复杂
易
低
较小
３
满足
弱
较长
小
---
一般
一般
高
复杂
难
一般
较小
４
满足
无
短
大
很大
有冲击
强
高
复杂
易
一般
较大
注：①加压时间是指在相同施压距离内，下压模移动所用的时间，越长则越有利。②一级传动角指四杆机构的传动角；二级传动角指六杆机构中后一级四杆机构的传动角。③评价项目应因机构功能不同而有所不同。
对以上方案初步分析如表2。从表中的分析结果不难看出，方案2，4的性能明显较差；方案1，3有较好综合性能，且各有特点，这两个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。
2) 定位压块机构的方案选择
方案一：
方案二：
方案三：
方案四：
表3 定位压块机构部分运动方案定性分析
方案号
功 能
经 济 适 用 性
运动变换
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
满足
有
平稳
一般
较高
简单
一般
一般
较小
2
满足
无
平稳
一般
较高
简单
简单
较低
较小
3
满足
有
平稳
一般
较高
简单
一般
较低
较小
4
满足
有
平稳
一般
较高
简单
简单
较低
较小
对以上方案初步分析如表3。从表中的分析结果不难看出，方案2，4的性能较差；方案3较好，而方案1可为最优方案。
3) 置瓶座机构的方案选择
方案一：
方案二：
方案三：
方案四：
表4 置瓶座机构部分运动方案定性分析
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
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
一般
较简单
难
高
小
4
有
平稳
一般
较低
复杂
较难
高
较小
对以上方案初步分析如表3。从表中的分析结果不难看出，方案3，4的性能较差；方案1，2有较好综合性能，且各有特点，这两个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。
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—弹簧印花机构，不完全齿轮输送机构，凸轮—弹簧定位机构
2）凸轮印花机构，槽轮输送机构，曲柄滑块定位机构
3）凸轮—弹簧印花机构，不完全齿轮输送机构，曲柄滑块定位机构
4) 曲柄滑块印花机构，槽轮输送机构，曲柄滑块定位机构
4．机构组合方案的确定
根据所选方案是否能满足要求的性能指标，结构是否简单、紧凑；制造是否方便；成本是否低等选择原则。经过前述方案评价，采用系统工程评价法进行分析论证，确定方案2)是上述四个方案中最为合理的方案。
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—弹簧印花机构
②槽轮输送机构
③曲柄摇杆定位机构
印花机构的设计:凸轮机构的设计；
输送机构的设计:槽轮机构的设计；
定位机构的设计:摇杆机构的设计。
1）印花机构的设计
凸轮机构设计：
已知条件：从动件升程，由上述条件确定的凸轮、
、、，推程许用压力角左右，回程许用压力
角左右。利用设计软件确定基圆半径、凸轮廓线等参数并将结果列入计算说明书中。
利用凸轮的模拟软件确定
运动循环图：
速度图：
加速度图：
2）输送机构的设计
槽轮机构设计：
尺寸设计：
槽轮机构具有如下特点：（1）具有n个槽的槽轮机构，当原动件回转一周槽轮转过1/n周（2）销轮上均匀分布Z个圆销时，销轮转过角就完成了槽轮机构的一个运动循环。
取
槽轮槽间角
对应槽轮槽间角的槽轮运动角
玻璃瓶单程移距
槽轮外圆半径
运动系数
3）定位机构的设计
曲柄摇杆机构设计：
起始位置 任意位置 极限位置
已知条件：定位压块左右移距25mm，由上述条件确定的曲柄滑块机构曲柄半径为12.5mm，水平连杆取300mm，垂直连杆取500mm。
2. 机构运动循环图
图一为弧形图章印花机构，图二为定位压块机构，图三为置瓶座机构。
主动件旋转90º，传送带停止运动，定位压块接触玻璃瓶；
主动件旋转150º，印花机构接触玻璃瓶并开始印花；
主动件旋转180º，印花机构离开玻璃瓶向上运动；
主动件旋转270º，定位压块离开玻璃瓶；
主动件旋转360º，传送带带动玻璃瓶向右离开，并开始下一循环。
2.4 机械系统方案设计运动简图
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：
输入功率：
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：
注：工作轴——执行机构原动件轴。
b．所需电动机的功率：
——由电动机至工作轴的传动总效率
查表可得：
对于V带传动:
对于8级精度的一般齿轮传动：
对于一对滚动轴承：
对于弹性联轴器：
则：
∴
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，单级圆柱齿轮传动比范围为
，则电动机转速可选范围为
符合这一转速范围的同步转速有、和，
根据容量和转速，由有关手册查出三种适用的电动机型号，因
此有三种传动比方案。
方案
电动机型号
额定功率ped/kw
电动机转速/ r/min
电动机质量/kg
传动装置的传动比
同步
满载
总传动比
V带传动比
齿轮传动
1
Y112M-2
4
3000
2890
45
96.33
3
32.11
2
Y112M-4
4
1500
1440
43
48
3
16
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
32
2.5
12.8
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。由表中三种方案，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，认为方案2的传动比较合适，所以选定电动机的型号为Y112M-4。
Y112M-4电动机数据如下:
额定功率：
满载转速：
同步转速：
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
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，为避免大带轮直径过大，取；
则减速器的总传动比为
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
注：—高速级齿轮传动比；
—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：
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
计算各轴的输入和输出功率：
Ⅰ轴： 输入功率
输出功率
Ⅱ轴： 输入功率
输出功率
Ⅲ轴 输入功率
输出功率
计算各轴的输入和输出转矩：
电动机的输出转矩
Ⅰ轴： 输入转矩
输出转矩
Ⅱ轴： 输入转矩
输出转矩
Ⅲ轴 输入转矩
输出转矩
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
1.267
8.40×103
1440
2.8
Ⅰ轴
1.216
1.204
22.58×103
22.36×103
514.29
3.66
Ⅱ轴
1.168
1.156
79.38×103
78.56×103
140.52
2.81
Ⅲ轴
1.122
1.110
214.30×103
212.01×103
50
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。其实它的本质就是运用机械原理课上所学过的机构运动学原理。
在老师的指导下，加上我自己查阅图书馆的资料，终于有了点思路，逐步地分析出各个运动机构的运动特点，然后慢慢的画出了机构运动简图。
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。
通过这次课程设计，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，可以说这次的设计就像是一面镜子，照出了我的不足之处。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。
在为课程设计写说明书时，为了让说明书内容更充实，使自己的书面语言更趋向于专业化，我到图书馆去借了相关的书籍来翻阅。在查找资料、阅读资料的同时，我还知道了更多以前课本上没有学到过的知识，比如说电动机的选择，以及那些间歇机构的设计，都通过这次课程设计对他们有了重新的认识和理解。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，这对我们以后踏上社会做了铺垫。
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，我要努力学习好自己的专业课，用自己所学的知识来全面武装自己，为以后踏上社会打下坚实的基础。
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] 郑文纬，吴克坚主编.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，1997
[3] 邹惠君.机构系统设计.上海：上海科学技术出版社，1996
[4] 王三民.机械原理与设计课程设计.北京：机械工业出版社.2004
[5] 孟宪源主编.现代机构手册.北京：机械工业出版社，1994
[6] 严家杰著.基本机构分析与综合.上海：复旦大学出版社，1989
[7] 华大年，唐之伟主编.机构分析与设计.北京：纺织工业出版社，1985
[8] 华大年，华志宏，吕静平.连杆机构设计.上海：上海科学技术出版社，1995
[9] 刘政昆.间歇运动机构.大连：大连理工大学出版社，1991
[10] 邹慧君等编译.凸轮机构的现代设计.上海：上海交通大学出版社，1991
[11] 邹慧君.机械运动方案设计手册.上海交通大学出版社
[12] 王玉新主编，《机构创新设计方法学》，天津：天津大学出版社，1996年。
[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。
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