1、哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 1 产品包装生产线( 方案 3)1.设计课题概述如图 1 所示，输送线 1 上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=600*200*200，采取步进式输送方式，送第一包产品至托盘 A 上（托盘 A 上平面与输送线 1 的上平面同高）后，托盘 A 下降 200mm，第二包产品送到后，托盘 A 上升 200mm，然后把产品推入输送线 2。原动机转速为 1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线 2 分别输送 8、16、24 件小包装产品。图 1 功能简图2.设计课题工艺分析由题目和功能简图可以看出，推动产品在输送线 1 上运动的是执行机构 1，在 A 处
2、使产品上升，下降的是执行构件 2，在 A 处把产品推到下一个工位的是执行构件 3，三个执行构件的运动协调关系如图所示。TT1执行构件 运动情况执行构件 1 进 退 进 退 进 退 进 退执行构件 2 停 降 停 升 停 降 停 升执行构件 3 停 进 退 停图 2 运动循环图图 1 中 T1 为执行构件 1 的工作周期，T 2 是执行构件 2 的工作周期，T 3 是执行构件 3 的工作周期。由图 2 可以看出，执行构件 1 是作连续往复移动的，而执行构件 2 则有一个间歇往复运动，执行构件 3 作一个间歇往复运动。三个执行构件的工作周期关系为：2T 1= T2。执行构件 3 的动作周期为其工作
3、周期的1/4。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 2 3.设计课题运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，驱动执行构件 1 工作的执行机构应该具有运动功能如图 3 所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件 1）往复运动两次，主动件的转速分别为4、8、12 rpm。4、8、12 rpm图 3 执行机构 1 的运动功能由于电动机转速为 1430rpm，为了在执行机构 1 的主动件上分别得到4、8、12 rpm 的转速，则由电动机到执行机构之间的传动比 iz 有 3 种分别为：z1=14304=357.52=14308 =178.753=
4、143012 =120总传动比由定传动比 ic 与变传动比 iv 组成，满足以下关系式：iz1 = iciv1iz2=iciv2iz3=iciv3三种传动比中 iz1 最大， iz3 最小。由于定传动比 ic 是常数，因此 3 种传动比中 iv1 最大，i v3 最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于 4，即：iv1=4则有：ic=1 1=3574=90故定传动比的其他值为：=22 =178.7590=2=33 =12090=1.33于是，有级变速单元如图 4：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 3 i = 4, 2, 1.33图 4 有级变速运动功能单元为保证系统过载时不至于损
5、坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护能力，还具有减速功能，如图 5 所示。i=2.5图 5 过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护功能单元的减速功能不能实现全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，减速比为i = = 36 2.5减速运动功能单元如图 6 所示。i=36图 6 执行机构 1 的运动功能根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件 1 运动的功能系统图，如图 7 所示。1430rpm i = 2.5 i = 4, 2 ,1.33 i = 36图 7 实现执行构件 1 运动的运动
6、功能系统图为了使用同一原动机驱动执行构件 2，应该在图 7 所示的运动功能系统图加上 1 个运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件 2，该运动分支功能单元如图 8 所示。执行构件 2 的执行运动是间歇往复移动。执行构件 3 有一个执行运动，为间歇往复移动，其运动方向与执行构件 1 的运动方向垂直。为了使执行构件 2 和执行构件 3 的运动和执行构件 1 的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传动方向转换功能单元，如图 9 所示。图 8 运动分支功能单元执行构件 1哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 4 图 9 运动传动方向转换的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成
7、两个运动分支分别驱动执行构件 2 的一个运动和执行构件 3 的一个运动。因此，需要加一个运动分支功能分支单元，如图 10 所示。图 10 运动分支功能单元执行构件 2 的一个运动是间歇往复移动，考虑采用两个运动单元，将连续转动转换成间歇单向转动，再转换成间歇往复移动。如图 11 所示。图 11 连续转动转换为间歇往复移动的运动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件 1 和执行构件 2 运动功能的运动功能系统图，如图 14 所示。图 14 执行构件 1、2 的运动功能系统图执行构件 3 需要进行间歇往复移动，为此，需要将连续转动转换为间歇转动。考虑采用一个运动系数为 的间歇运动单元，如图 15
8、 所示。=0.25=0.25图 15 间歇运动功能单元尽管执行构件 3 在一个工作周期内，其间歇时间很长，运动时间很短，但是当其运动时，运动则是连续的、周期的。因此，需要把图 15 中的运动功能单元的输出运动转换为整周运动，于是在其后加一个运动放大功能单元，如图 16所示。然后，再把该运动功能单元输出地运动转换为往复移动，其运动功能单元如图 17 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 5 i =1/4图 16 运动放大功能单元图 17 把连续转动转换为往复移动的运动功能单元根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图 18 所示。图 18 产品包装生产线（方案 8）的运动功能系统
9、图4.设计课题运动方案拟定根据图 18 所示的运动功能系统图,选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元,便可拟定出机械系统运动方案。图 18 中的运动功能单元 1 是原动机。根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机。如图 19 所示。1430rpm 1图 19 电动机替代运动功能单元 1图 18 中的运动功能单元 2 是过载保护单元兼具减速功能，可以选择带传动实现，如图 20 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 6 2图 20 过载保护功能单元图 18 中的运动功能单元 3 是有级变速功能单元，可以选择滑移齿轮变速传动替代，如图 21 所示。图 21 滑移齿轮
10、变速替代运动功能单元 3图 18 中的运动功能单元 4 是减速功能，可以选择 2 级齿轮传动代替，如图22 所示。图 22 2 级齿轮传动替代运动功能单元 4图 18 中的运动功能单元 6 将连续传动转换为间歇往复摆动，可以选择不完全齿轮和导杆滑块机构替代，如图 23 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 7 图 23 不完全齿轮和导杆滑块机构替代运动功能单元 6、7图 18 中的运动功能单元 8 是运动传递方向转换功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代，如图 24 所示。图 24 圆锥齿轮传动运动功能单元 8图 18 中的运动功能单元 10、11 是将连续转动转换为间歇往复移动，可以用凸轮结
11、构实现，如图 25 所示。图 25 凸轮传动替代运动功能单元 11图 18 中实现执行构件 3 的运动功能单元 14、15、16 可以通过槽轮传动和齿轮带动曲柄滑块机构得到，槽轮机构将主轴的连续转动转换为间歇转动，槽轮与曲柄滑块机构曲柄齿轮的主动轮固连，槽轮每转动 0.25 周期，曲柄转动一周，方案如图 27 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 8 图 27 槽轮机构和曲柄滑块机构替代运动功能 14、15、16根据上述分析，按照图 18 各个运动单元连接顺序把个运动功能单元的替代机构依次连接便形成了产品包装生产线（方案 3）的运动方案简图，如图 28 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书
12、（论文） 9 图 28（c）5. 设计课题运动方案设计1） 滑移齿轮传动设计 确定齿轮齿数如图 21 中齿轮 5，6，7，8，9，10 组成了滑移齿轮有级变速单元，其齿数分别为 z5， z6 ，z 7 ，z 8 ，z 9 ，z 10。由前面分析可知，iv1=4= = 22 2 = = 1.333 3 按最小不根切齿数取 z9=17，则 z10= iv1 z9=4 17= 68为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，取 z10= 69。其齿数和为 z9+ z10=17+69=86，为满足传动比和中心距要求，三对齿轮均取角度变位齿轮。 计算齿轮几何尺寸齿轮 5 6 7 8 9 10变位系数
13、 0.6 0.9 0.6 0.9 0.6 1.3哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 10 齿数 31 41 25 50 17 69啮合角 24.7o 24.7o 24.09o重合度 1.468 1.444 1.468取模数 m=2 mm，齿顶高系数 1,顶隙系数 0.25，得实际中心距为89.99mm。2） 定轴齿轮传动设计（1）圆柱齿轮传动设计由图可知，齿轮 11、12、13、14 实现运动功能单元 4 的减速功能，它所实现的传动比为 36。由于齿轮 11、12、13、14、15、15是 2 级齿轮传动，这 2 级齿轮传动的传动比可如此确定，11=13=17于是 12=14=3.05811
14、 5211=1712=52 13=1714=52 15=1715=52取模数 m=2 mm，各尺寸均按标准齿轮计算。由图 28-（c）可知，齿轮 32、33 实现运动功能单元 15 的放大功能，它所实现的传动比为 1/4，齿轮 33 可按最小不根切齿数确定，即 33=17则齿轮 32 的齿数为 174=68为使传动比更接近于要求，取33=1732=69齿轮 32、33 的几何尺寸，取模数 m=2 mm，按标准齿轮计算。由上述齿轮齿数配比可得最后输出转速分别为7.93rpm、8.06rpm、12.06rpm。（2）圆锥齿轮传动设计由图 28-（a）可知，圆锥齿轮 17、18，23、24 均起改变
15、运动方向的作用，两圆锥齿轮的轴交角为 90o，齿数取最小不根切当量齿数 17 即可，取模数 m=2mm,尺寸按标准齿轮计算。3） 执行机构 1 的设计该执行机构是曲柄滑块机构，由曲柄 19，滑块，导杆 20，连杆 21 和滑枕 22 组成。其中大滑块的行程 h=480mm,现对机构进行参数计算。该机构具有急回特性，在导杆 20 与曲柄 19 的轨迹圆相切时候，从动件处于两个极限位置，此时导杆的末端分别位于 C1和 C2位置。取定 C1C2的长度，使其满足：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 11 hC21利用平行四边形的特点，由下图可知滑块移动的距离 E1E2= C1C2=h，这样就利用了机
16、构急回运动特性，使滑块移动了指定的位移。设极位夹角为 ，显然导杆 20 的摆角就是 ，取机构的行程速比系数K=1.5，由此可得极位夹角和导杆 20 的长度。=180 1+1=1800.52.5=36=22=24018=776.656图 35 导杆滑块机构设计先随意选定一点为 D，以 D 为圆心，l 为半径做圆。再过 D 作竖直线，以之为基础线，左右各作射线，与之夹角 18，交圆与 C1和 C2点。则弧C1C2即为导杆顶部转过的弧线，当导轨从 C1D 摆到 C2D 的时候，摆角为 36。接着取最高点为 C,在 C 和 C1之间做平行于 C1C2的直线 m，该线为滑枕 22 的导路，距离 D 点的
17、距离为 cosls在 C1点有机构最大压力角，设导杆 21 的长度为 l1，最大压力角的正弦等于 1max2cossinl要求最大压力角小于 100，所以有122=776.656118210=109.452l1越大，压力角越小，取 l1=200400mm。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 12 曲柄 19 的回转中心在过 D 点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可选 lA321取 AD=500mm，据此可以得到曲柄 19 的长度2=2=50018=154.51不完全齿轮 16、17 的设计曲柄由不完全齿轮控制其转动周期和动停时间比，由运动周期得到主动轮与从动轮运动周期之比为 1:4，主动
18、轮 16 从 0o转到 180o，从动轮 17 转两周，主动轮从 180o转到 360o期间，从动轮停止，故确定主动轮为不完全齿轮，一半有齿，另一半无齿，从动轮为标准完全齿轮，确定模数为 3mm，主动轮假想齿数和从动轮齿数分别为 101 和 25，则中心距 a=136.5mm。4） 执行机构 2 的设计如图 28（b）所示，执行机构 2 有一个运动是将连续传动转换为间歇往复移动，选用直动平底从动件盘形凸轮机构（27、29）来实现。凸轮基圆半径 100mm，无偏距，升程为 200mm。推程为正弦加速，回程为余弦加速。直动平底从动件盘形凸轮轮廓5） 执行构件 3 的设计（1）槽轮机构的设计 确定槽
19、轮槽数哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 13 根据图 28（c ）可知，在拨盘圆销数 k=1 时，槽轮槽数 z=4。 槽轮槽间角2=360=90 槽轮每次转位时拨盘的转角 2=180 o-2=90 中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不确定的情况下暂定为 a=150mm 拨盘圆销的回转半径= =0.7071r=a=0.7071*150=106.065 mm 槽轮半径= =0.7071R=a=0.7071*150=106.065 mm 锁止弧张角=360-2=270 圆销半径mm6=106.0656 =17.6675圆整： mm=18 槽轮槽深 h(+ -1)*a+ =80.
20、13 mm 锁止弧半径mm=88.065 取 mm=80（2）曲柄滑块机构设计由题目可知，滑块的行程为 h=200mm，考虑到曲柄滑块的急回特性，使滑块导轨与曲柄轴心之间增加适当的偏距，取其速比系数 K=1.4,则极位夹角 为=180 1+1=1800.42.4=30取曲柄 34 的长为 l1=l/2=100mm，由最大压力角正弦满足=1+2由最大压力角 ，取30 =30又由几何关系可知哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 14 =(2+1)2+22222(1+2)解得连杆 35 的长度 l2=288.29mm，故偏距 。=44.145446.设计课题运动方案分析（1） 运动方案执行构件的运动
21、时序分析 确定各执行构件的起始位置。T=0 时，执行构件 1 的摇杆 20 处于左侧极限位置，执行构件 2 中的平底从动件 29 处于 s=200mm 位置；执行构件 3 中滑块 36 处于最左端，即行程为零位置。 机械系统的机构运动循环图构件 运动情况主动轮 16/ 0 +90 +180 +270 +360从动轮 17/ 0 +360 +720 +720 +720滑枕 22/mm 0 +480 -480 +480-480 0 0凸轮 27/ 0 +90 +180 +270 +360平底从动件 29/mm 200 -200 停 +205 -5拨盘圆销 30/ 0 +90 +180 +270 +360槽轮 31/ 0 +0 +0 +0 +90曲柄 34/ 0 +0 +0 +0 +360（2） 凸轮机构运动情况分析 平底从动件盘形凸轮位移、速度、加速度分析哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 15 图 28（b）哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 16 图 28（a）图 18 产品包装生产线（方案 8）的运动功能系统图
