1、包装机械设计课程设计指导书（1）机械工程学院2011 年八月2一、课程设计的目的包装机械设计课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本目的是：（1） 培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。（2） 通过制订设计方案，合理选择裹包机中块状物品推送机构和零件类型，正确计算零件工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的机构的设计过程和方法
2、。（3） 进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。二、设计内容与步骤（一）设计内容以裹包机中块状物品推送机构的典型机构固定凸轮与连杆组合机构为题。课程设计通常包括如下内容：读懂块状物品推送机构典型机构固定凸轮与连杆组合机构，了解设计题目要求；分析该块状物品推送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构的基本参数；进行机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。（二）设计步骤：（1）设计准备认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸
3、、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图以及推送机构进行拆装实验等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。（2）推送机构装置的总体设计决定推送机构装置的方案；选择机构的类型，计算机构装置的运动参数。（3）装配图设计计算和选择机构的参数；确定机体结构和有关尺寸；绘制装配图草图；选择计算轴承和进行支承结构设计；进行机体结构及其附件的设计；完成装配图的其他要求；审核图纸。（4）零件工作图设计（5）整理和编写计算说明书（6）设计总结和答辩三、设计要求在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。
4、确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下：、设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表（草图） 。说明书用 A4 纸打印，约 20 页左右，并装订成册。3、设计图样按“机械制图” 、 “公差与配合”等国家标准完成。、零件图按生产图样要求完成，零件的有关精度和技术要求要有合理的标注或说明。设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计，反对不求甚解、照抄照搬或依赖老师。要求设计态度严肃认真、有错必改，反对敷衍塞责，容忍错误的存在。只有这样，才能保证课程设计达到教学基本要
5、求，在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。四、设计指导裹包机所包装的产品，绝大多数是单件或多件集合而成的块状物品。包装作业线中前后机之间物品的输送、换向、排列组合，及单机内部的物品移动等，需要用各种各样的机构或装置完成。以下是几种典型的推送块状物品的组合机构一一固定凸轮与连杆组合机构。（一） 概述图 1 所示，是该机构的结构简图，用于香皂、糖果等裹包机中，将物品向上推送较大距离。原动杆件 AB 按逆时针方向转动，驱动铰销 C 上的滚动轴承 6 在固定槽凸轮 4 的槽内运动，再通过连杆 CD 使推送杆（即滑块）2 按预定规律作上下往复移动。这种直动从杆类型的固定凸轮与连杆组合机构相
6、当于连杆长度可变的曲柄滑块机构，曲柄为 AB，滑块为推送杆，连杆为 BD，在运动过程中连杆 BD 的长度是变化的。4图 1 直动从动杆类型的固定凸轮和连杆组合的推送机构结构简图1推送板 2推送杆 3导轨 4固定槽凸轮 5支座6滚动轴承 7导轨5图 2 固定凸轮与连杆组合机构示意图1- 推料板 2推料杆： 3固定凸轮 4滚子6图 3 摆动从动杆类型的固定凸轮与连杆组合机构示意图图 3 所示是摆动从动杆型固定凸轮与连杆组合机构简图。它相当于连杆长度可变的曲柄摇杆机构，原动件为曲柄 AB，从动件为摇杆 DE，连杆 BD 长是变化的，其值由杆件BC、CD 的长度和它们的夹角（由凸轮确定）决定。以上两图
7、所示推送机构，除了从动杆的运动形式不同之外，还有一个重要差别：前者是曲柄 AB 推着杆件 BC 运动，杆件 BC 承受压力；后者是曲柄 AB 拉着 BC 杆运动，杆件BC 承受拉力。这是两种不同的驱动方案。当然，无论是前者还是后者，都可以在两种驱动方案中任意选择。（二） 基本参数为研究方便，特规定：以曲柄回转中心 A 为坐标的原点，并作 x、y 轴。对于直动从7动类型（见图 1 所示） ，y 轴与从动杆的运动方向平行；对于摆动从动杆类型（见图 3 所示）y 轴与铰销 D 的两个运动极限位置之连线 D0D1 平行。考虑到曲柄有两种转向，又规定 y 轴的正轴逆着曲柄转向旋转 900 后所得轴为 轴
8、的正轴，于是，前者 轴的正轴向右，而手者则向左。基本参数有：ey 轴与 D0D1 线的间距，简称偏心距；h铰销 D 至 轴的最小距离；a曲柄 AB 长；b1、 b2杆件 BC、CD 长；l摆动从动杆 DE 长；从动杆升程运动起始时刻的曲柄位置 AB0 和 y 轴负轴的夹角， =1800 B 0AY。铰销 B 和 D 的距离用 b 表示，b=BD，它的最大值和最小值分别用 bmax、b min 表示。固定凸轮与连杆组合机构的特点是，从动杆的运动可以象凸轮机构的从动杆那样实现停留和按照定规律（如余弦加速度）运动。从动杆的行程、动停时间、运动速度由工艺要求预先给定。这样，当参数 c、h、 、 、l
9、确定后，每一运动时刻的 b 值及 bmas、b min值也随之确定。显然，b 1、b 2 应满足下式 (5-1) min12ax因此，应根据从动杆的运动规律和确定的 c、h、 、 、l 值，先计算出 bmax、b min，然后用下式求算 b1、 b2 值： (5-2)(minaxi（三）设计步聚1、确定驱动方案它对凸轮的压力角机构的传动效率影响较大。应根据运动要求确定之。用下列符号表示运动要求：Sm、 分别为直动总行程和摆动总行程；1升程运动对应的曲柄转角；最高位置停留对应的曲柄转角；2降程运动对应的曲柄转角；3最低位置停留对应的曲柄转角；4=3600 。3218当 时，先用曲柄 AB 拉着杆
10、件 BC 运动的方案；当 时，应选用曲柄31 31AB 推着 BC 杆运动的方案。 时，可任选其中一种方案。312、确定 e直动从动杆，取 e=00.2S m；摆动从动杆，取 e=00.4lsin 。2m3、确定 h从结构紧凑和减小凸轮压力角考虑，应将 h 值取小些。但 h 值愈小，对从动杆驱动力的压力角也愈大。通常取 hS m 或 h2l sin 。m4、确定 若 a 值过小，会使凸轮压力角明显增大，甚至不能实现预期动动。可取 a=0.60.9Sm或 a=1.21.8lsin 。2m5、确定 l摆动从动杆长 l 由执行构件所完成的推送物品要求而定。应该强调指出，摆动从动杆支点 E 的位置对传
11、动效率也有较大影响，应选用 的方案， 为支点 E 的 轴坐标。eE6、确定 其值对凸轮的压力角影响极大， 过小，尤其是过大，会使压力角急剧增加。在前述参数确定后，最好将 优化，目标函数为a1m( ) （a 1m）min式中 a1m 为凸轮的最大压力角。7. 求算 b1、b 2须先求算 bmax、b min。（1）直动从动杆类型参阅图 4，依据铰销 B、D 的坐标，可建立它们之间距离的公式。B 的坐标为（3）)cos(inayXD 的坐标为（4）ShyeD式中 曲柄转角，取升程起始时的 =0；9S 与 相对应的从动杆位移，即铰销 D 至其最低位置的距离。S 值分为升程（=0 1） 、最高位置停留
12、（ = 1 1+ 2） 、降程（ = 1+ 2 1+ 2+ 3） 、最低位置停留（ = 1+ 2+ 3 360）四个阶段求算。b 值为b= (5)2)()(DBDByx将式（3） 、 （4）代入式（5） ，求算 bnax、b min，然后用式（2）算得 b1、 b2。（2）摆动从动杆类型参阅图 5，铰销 B 的坐标同式（ 3） ，铰销 D 的坐标为（6）2sin2comDlexhy式中 从动杆的角位移，计算方法同 S。xD 式的正负运算符号取决于支点 E 的位置。当 xEe 时取“+” ；X Ee 时取“” 。利用式（5）求算 b、b max、b min 。8、设计凸轮廊线固定凸轮的理论廊线就
13、是滚子中心 C 的运动轨迹线，根据铰销 B、D 的位置及 b1、b 2值可确定 C 的位置。10图 4 直动从动杆类型的固定凸轮与连杆组合机构示意图11图 5 摆动从动杆类型的固定凸轮与连杆组合机构的示意图参阅图 4 与图 5，令铰销 B、 D 的连线 BD 与 DOD1 线（或 y 轴）的夹角为 ，BD 与CD 的夹角为 ，则（7）BDyxarctgbXxarcsin（8）21ro显然，X BX D时 为正值，反之则为负值，而 始终为正值。这样，铰销 C 的坐标为（9）)cos(in2byxDc该式对直动和摆动两种从动杆类型都适用，运算符号“+”和“”的确定原则是：令B=bmax 时的 为
14、m， b=b 时的 为 m，则对于 AB 推动 BC 的驱动方案（如图 4 所示） ，在 = m m 区间，取“”号；在 =0 m 和 = m360区间，取“+”对于 AB 拉动 BC 的驱动方案，则刚好相反。129、检验压力角（1）凸轮的压力角 1参阅图 4 与图 5， 1 为 PC 和 Vc 的夹角。P C 为驱动铰销运动的力(不考虑摩擦力) ，BC重合，v c 为铰链 C 的运动方向 ,，与 C 点的凸轮廊线切线重合。用 K1、K 2 分别表示 PC、 vc的斜率，则K1 = （10）Bcxy（11）dc/2（12）211Kartg应保证 的最大值不超过许用值，即 。可取1 )(1amo
15、45)(1（2）从动杆的压力角 2a为 CD 杆对铰销 D 的驱动力（不考虑摩擦力）与 D 的运动方向的夹角。对于直动a从动杆，显然（13）对于 AB 推动 BC 的驱动方案，在 区间取“ ”号，其它区间取“+ ”号；m而对于 AB 拉动 BC 的驱动方案，刚好相反。对于摆动从动杆，支点 E 的坐标为（14）2sincomElhyex式中运算符号的选取同式（6） 。用 K3、K 4分别表示 CD、DE 的斜率，则（15） CDxK3（16）Ey4（17）432190Karctgo13应使 的最大值 （ ） 。直动从动杆（ ）=30 o，摆动从动杆（ ）=45 o。2a2a2a2a五、设计题目与
16、分组按学号顺序（或自由组合）每组学生人数为 12 名。同组同学之间的内容不能雷同。表 1：设计任务设计要求组号从动杆行程 1 2 3 4升程和降程运动规律1 120mm 150 0 110 100 升程和降程都按余弦加速度运动2 120mm 110 0 150 100 升程和降程都按余弦加速度运动3 120mm 130 0 130 100 升程和降程都按余弦加速度运动4 120mm 150 0 110 100 升程和降程都按正弦加速度运动5 120mm 110 0 150 100 升程和降程都按正弦加速度运动6 120mm 130 0 130 100 升程和降程都按正弦加速度运动7 100mm
17、 150 0 110 100升程按正弦加速度运动降程按余弦加速度运动8 100mm 110 0 150 100升程按余弦加速度运动降程按正弦加速度运动9 100mm 130 0 130 100 升程和降程按五 次多项式运动10 100mm 150 0 110 100 升程和降程都按正弦加速度运动11 100mm 110 0 150 100 升程和降程都按正弦加速度运动12 100mm 130 0 130 100 升程和降程都按余弦加速度运动13 60 150 0 110 100 升程和降程按五 次多项式运动14 60 110 0 150 100 升程和降程都按余弦加速度运动15 60 120 0 140 100 升程和降程都按正弦加速度运动16 60 140 0 120 100 升程按正弦加速14度运动降程按余弦加速度运动17 50 140 0 120 100 升程和降程按五 次多项式运动18 50 120 0 140 100 升程和降程都按正弦加速度运动19 45 150 0 110 100升程按余弦加速度运动降程按正弦加速度运动20 45 110 0 150 100升程按正弦加速度运动降程按余弦加速度运动21 45 120 0 140 100 升程和降程都按正弦加速度运动22 45 140 0 120 100升程按正弦加速度运动降程按余弦加速度运动
