机械原理课程设计论文(胡骏马)

机械原理课程设计

说明书

----------包装机推包机构运动简图与传动系统设计

班级： 05020903

姓名：胡骏马

学号： 2009301336

指导老师：王三民

前言

在本次机械原理课程设计众多课题中，我们小组最终选择了包装机推包机构的设计。该机构结构上并不太复杂，但功能明确，实用价值较强；而且各构件多为机械原理理论课程中所学，让我们很好地将理论知识运用到实践中去，不仅巩固了学科知识，也加深了我们对该学科的理解。

本说明书详细介绍了我们所设计机构的设计原理和各构件的选型及其设计方法。在传动机构的选择时，我们在考虑到带传动、齿轮及涡轮等机构的优缺点后最终选择了带传动与齿轮传动的组合设计减速装置。在比较了执行机构各方案的优劣后我们选择了导杆与盘形凸轮的组合机构，而在之后的凸轮机构设计中，我们充分利用了计算机技术完成了凸轮机构的轮廓设计、整体机构的造型以及机构运动动画的生成。

此次课程设计从最初方案的确定到左后说明书的编写都得到了王三民老师的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。

由于编者的水平有限，书中欠妥之处在所难免，敬请读者批评指正。

目录

1. 设计任务书

2. 传动机构设计

2.1 原动机选型

2.2 传动机构方案设计

3. 执行机构设计

3.1 执行机构方案及讨论

3.2 连杆机构的设计

3.3 凸轮机构的设计

3.4 曲柄连杆滑块机构运动机构分析

4. 个人总结

1.设计任务书

（一）、设计题目

现需设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1（见图6—26）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就可以马上再开始推送工件。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abcdea 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。

（二）、设计数据与要求

要求每5~6秒钟包装一个工件，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，推包机由电动机驱动。

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，以便缩短空回行程的时间，提高工效。至于“cdea ”部分的线路形状不作严格要求。

（三）．设计任务

1．至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进

行设计；

2．确定电动机的功率与转速；

3．设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推包机的机构运动简图； 4．对输送工件的传动系统提出一种方案并进行设计； 5．对所用到的齿轮进行强度计算，确定其尺寸； 6．进行推包机结构设计，绘制其装配图； 7．编写课程设计说明书。

包装工作台

1 2 b d

S c a H

e

L

2.传动机构设计

2.1 原动机选型

按照设计要求机构每5--6秒包装一个工件，则凸轮与连杆原动件的转速为12r/min,则原动机可选择低转速的电动机，查常用电动机规格表，可选择型号为Y2-160L-8的电动机，额定功率为7.5KW ，转速为720r/min ，效率为85.5%，满足题目要求。

2.2 传动机构方案设计

根据上述选择，可得传动系统的总传动比6012

720

==

i ，及要求设计出一个减速比为60的减速器。考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。

当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、选价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。

蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低；

根据以上的分析比较，再结合要求的工作条件可以得到，在此采带传动与齿轮传动的组合设计减速装置。

带传动设计：由于带传动的传动比较小，平带的传动比更是《4--5，故选择带传动的传动比为5，即10

50

51=

=i ，小轮与大轮的直径分别为10mm 和50mm 。 二级齿轮减速器的设计：12521?==i i i ，即122=i 。设计齿轮减速器的齿轮

齿数为15,45,60,154321====Z Z Z Z ，则12

15

1545

6031422=??==

Z Z Z Z i 。此设计满足题目要求。

3.执行机构设计3.1 执行机构方案及讨论

方案1：双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合

该机构由2个凸轮以及5个连杆组成。机构共有7各活动构件，7个转动副，4个移动副及2个以点接触的高副。其中滚子处存在两虚约束。机构的自由度F=3n-2pl-ph-p’=1

凸轮与从动件滚子相接触，可以间接增大机构的承载能力，同时减少了凸轮的磨损。凸轮是比较大的工件，强度较高，不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。

机构中有两个凸轮，不但会使整个机构的重量增加，而且凸轮与其他构件以高副连接，承载能力不高，另外机构紧凑性不高，所占空间较大。两凸轮协调设计上较困难。

方案二：轮槽-----连杆机构

该机构构结构设计简单，但弹簧挡片7和8工作频繁，要求具有较高的疲劳强度，回程时，推头5的连杆受力较大，要求具有一定的刚度。轮槽可用铸造，精度要求不高，该机构避免了使用凸轮而带来的高磨损和润滑不便。特别是该机构对于不同行程的适应性较强，轮槽设计简单，避免凸轮设计上的麻烦。但轮槽长度受推程限制，当推程较长时，轮槽也会很大。

方案三：导杆机构与盘形凸轮机构的组合机构

该机构具有机构简单，工作平稳的优点，各机构协调容易，协调性好，凸轮以及连杆的设计也较容易，行程较容易实现。凸轮承受压力较小，工作平稳，磨损较小。

综合考虑，我们选择第三种方案。

杆长设计推导公式：

导杆运动机构 中BC=100mm,为推杆的运动位移，又要求运动回程系数K 在

1.2--1.5之间，由公式??+-=1801

1K K θ得：16.436θ<<。。 ，取=26θ。，算得K=1.33，满足题目要求。 设计推导公式：

2

22tan ,sin 2120,100AC AD CD AD CD

OA OE BC

CD mm

OE mm BC =+=====θθ 由上述可得：OA=88.9mm ，AD=216.57mm ，AC=AB=222.27mm

基于SolidWorks的对心滚子直动盘形凸轮设计

本次设计是在Excel环境中生成凸轮轮廓的点坐标信息，存成文本格式，在SolidWorks环境中利用"通过XYZ点的曲线"直接生成凸轮轮廓曲线。

在Excel环境中，将凸轮回转一个周期分为360份，即每 1取1个点，计算出每个点对应的坐标值，如下图;

根据建模需要，可以在Z=0的平面内绘制凸轮轮廓在计算出凸轮轮廓的360个离散点位置坐标后，可将X、Y、Z轴的坐标值保存为纯文本格式，SolidWorks打开数据文件时，软件会自动将前三列的数值作为X、Y、Z轴的坐标值，如下图所示：

最终设计的凸轮3维模型图如下：

3.4 曲柄连杆滑块机构运动机构分析

在图导杆机构中，已知曲柄的长度错误！未找到引用源。、转角错误！未找到引用源。、等角速度错误！未找到引用源。及中心距错误！未找到引用源。，我们来分析下导杆的转角错误！未找到引用源。、角速度错误！未找到引用源。和角加速度错误！未找到引用源。，以及滑块在导杆上的位置s、滑动速度错误！未找到引用源。及加速度错误！未找到引用源。。

位置分析：（1）

展开后

413113sin cos cos l l s l s θθθ+==

得114113cos sin tan θθθl l l +=

3

1

1cos cos θθl s =

速度分析：

将（1）式两边同时对时间求导，得

33

111233i i i B B l ie V e s ie θθθωω=+ （2）

两边同时乘以3

i e

θ-得

13()11233i B B l ie V s i

θθωω-=+

展开并取实部和虚部相等得：

2311133111311133sin()cos()

cos()

B B V l s l l s

ωθθωωθθωθθω=--=--=

加速度分析：

将（2）式两边同时对时间求导，整理得

33

21211233323()(2)i i i B B B B l e a s e sa V ie θθθωω-=-++

两边同时乘以3i e θ-得13()2211233323()(2)i B B B B l e a s sa V i θθωω--=-++

展开并取实部和虚部相等得：

22233111323231113cos()2sin()B B B B a s l sa V l ωωθθωθθ-=--+=--

故

2223311132111323

3cos()sin()2B B B B a s l l V a s ωωθθωθθ=-----=

基于C语言编程求解曲柄连杆滑块机构的运动情况，编程如下：#include"stdio.h"

#include"math.h"

#define PI 3.14159265

void main()

{

FILE *fp;

int i;

double x=0.020,y,w1=50,z=0.0889;

double A,p1,p3,w3,a2,a3,v2,s;

fp=fopen("结果","a+");

fprintf(fp,"p1\tp3\tv2\ts\tw3\ta2\ta3\n");

fclose(fp);

for(i=0;i<=360;i=i+10)

{p1=PI*i/180;

A=((x*sin(p1)+z)/(x*cos(p1)));

p3=p3=sqrt((A*A)/(1+A*A));

v2=-(x*w1*sin(p1-p3));

s=(x*cos(p1))/(cos(p3));

w3=(x*w1*cos(p1-p3))/s;

a2=s*w3*w3-(x*w1*w1*cos(p1-p3));

a3=-((2*v2*w3+x*w1*w1*sin(p1-p3))/s);

fp=fopen("结果","a+");

fprintf(fp,"%d\t%lf\t%lf\t%lf\t%lf\t%lf\t%lf\n",i,p3,v2,s,w3,a2,a3);

fclose(fp);}

}

计算结果如下：

绘制曲线如下：

050100150200250300350400

55.8

5656.256.456.656.85757.257.4

57.6摇杆3角位移线图

050100150200250300350400

-35

-30-25-20-15-10-50

5摇杆3角速度图

050100150200250300350400

-5

5

10

15

20

25

摇杆3角加速度图

运动循环图： 曲柄导杆机

构 控制水平向左

控制水平向右

凸轮机构

高度不变

控制向下运动

高度不变

控制向上运动

4.个人总结

经过一段时间的努力我们的课程设计终于完成了，在这次的课程设计中，我学到了很多新东西，不仅对机械原理这门课有了更深的了解，同时也积攒了一些课程设计的经验，我相信，这些都将会对我以后的学习工作有很大的帮助。

由于理论课程学习的不够扎实，再者，缺乏课程设计的经验，在课程设计之

初显得有点力不从心，但随着我们对课题的研究以及查阅相关资料，渐渐开始有了些眉目。之后，我们开始了执行机构的各项数据的计算，随着连杆及凸轮的设计完成，之后的部分都比较稳定的进行着，直到整体工作基本完成。

当然，在整个过程中，我们也遇到了一些难题，如三维造型的工作，大家都不熟悉，但是经过大家的讨论以及研究最终还是艰难的完成了，虽然完成的质量不是很高，但也是我们努力的结果了。

这次课程设计让我学到了很多新东西，同时也锻炼我的能力，尤其是与大家合作的能力。总之，这次经历，我收获颇丰。