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机械原理课程设计包装机包装机构设计说明书.doc


包装机推包机构

目 录
第一章 设计题目 1.1 设计数据与要求 1.2 设计任务

第二章 功能分解

第三章 机构设计 3.1 机构选型 3.2 机构最终成型与凸轮设计 第四章 其他推包机构的设计方案

第五章 推包机构设计方案的评定与选择

第六章 推包设计方案的

最终简图

第七章 心得体会

第八章 参考文献

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第一章 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 (见附图 33)先由输送 送到推包机构的推头 2 前方,然后由该推头 2 工件由 a 处推至 b 处 (包 工作台) ,再进行包装。
b 包装工作台 d e s c 1 a 2 H

带 的 将 装 为

附图33 推包机构执行构件运动要求

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。

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图一 推包机构执行构件运动要求

1.1、 1.1、设计数据与要求 要求每 5~6s 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。

1.2、 1.2、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。
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第二章 功能分解
完成包装机推包机构(见图 33)的相关工艺,需实现下 列运动功能要求: (1) 推头为了实现 a、b、c 或 d、e 间的往复运动,需要设计 一个滑块导杆机构或者一个摇杆滑块机构或者是一个凸轮 导杆机构。 (2) 为了实现推头由 a 向 b 平动,以及 c 向 d 的下降运动, 以及 e 向 a 的上升运动的上下往复运动,需要设计一个凸轮 机构。

第三章 机构设计
3.1 机构选型 实现改推包机构可以使用偏置滑块机构、往复移动凸轮 机构、盘形凸轮机构、导杆机构、凸轮机构机构、双凸轮机 构、摇杆机构滑块机构及组合机构。分别选择相应的机构以 实现各项运动功能,见下表。
功能 循环往复运动 执行构件 推头 工艺动作 水平往复运动 执行机构 凸轮—导杆弹 簧机构
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包装机推包机构 上升、下降运动 推头 上下往复运动 凸轮—导杆机 构

3.2 机构最终成型与凸轮设计 各部分机构的运动要求协调配合,可以采用集中驱动, 由电动机通过皮带减速后带动减速器,再由减速器主轴带动 其他轴从而驱动各机构。

图二

最终成型设计图

说明:1—电动机、2—v 带传动、3—圆柱凸轮、 4—盘型凸轮、5—弹簧(未注明型号) 、 6—包装机工作台面、7—推物品的推头、 8—物品运输带、9—待包装物品
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运动注释: (此处的 abcde,均是图一上面的注释) a.当被包装物品放置在推头的 a 处时,电动机带到传动轴, 传动轴带动凸轮 3 转动,使滑轮 8 顺着凸轮 3 的外面轮廓进 行上升运动,从而使物品由 a 处运动到 b 处,同时,凸轮 2 的运动要求使导杆 7 做水平直线运动。 b.当推头 6 由 b 处返回 a 处时,滑轮 8 由凸轮 3 的最高点向 最低点运动,从而使推头 6 顺利完成返回。同时,利用凸轮 2 表面的特定的形状,使推头 6 能够完成由 c 处向 d 处的下 降运动,以及由 e 处向 a 处运动的上升运动。 c.当推头 6 回到 a 处时, 就能继续下一个推物品的循环运动。 从而实现预设的推头 6 运动路线。 d.由于推头 6 回到 a 处时,就能继续下一个推物品的循环运 动。从而实现预设的推头 6 运动路线。 e.利用弹簧力,使推杆与凸轮保持良好的接触。

凸轮设计示意图: (盘型凸轮)

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图三

盘型凸轮示意图

第四章 其他推包机构的设计方案
方案一: 吕献周设计) (吕献周设计 方案一: 吕献周设计)双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合。 (

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1 工作台 2 物体

3 推头

4 导杆 5 盘形凸轮 8 电动机 9 导杆

6 摇杆

7 减速器

图 3.1 导杆机构与凸轮机构的组合机构

4.1.1 自由度的分析
机构中经计算得自由度 F=1 F=1,该机构有一个主动件,所以该机构 可以正常运转。

4.1.2 4.1.2 总体功能分析
由运动简图可知此机构可分解为两个运动,凸轮机构控制运输爪 的升降,导杆机构控制往复运动,俩者的配合及凸轮的设计可以达到 abcde 的轨迹。如图 3.1 中 1、2 为主动件,2、3、4 和 5 的导杆机构, 可以完成 a、b、c 间或 c、d 间的往复运动,1 的凸轮与 4 机构的平底 接触,可以使整个 4 机构上下往复运动,从而有 abc 与 cd 间的高度 差, 通过设计凸轮的参数, 配合导杆机构完成整个 abcde 的运动轨迹。
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包装机推包机构 下面将俩个机构按功能分开分析: 功能一 导杆机构——实现 a、b、c 或 d、e 间的往复运动

此处导杆机构中 AB=350 mm,为输送爪的输送距离 L,OE 为摇 杆,BC 为导杆,长为 S=750 mm。 (1)设计简图

图 3.2 导杆机构设计图

(2)设计推导公式

AB = 350  mm , OE = 80  mm BC = 750 mm ,

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OE ⊥ BC ,
BD = 1 AB = BC sin θ 2

OE = sin θ 2 2 2 OC , CD + BD = BC

由上述式得: 由上述式得:
OC = OE = 343mm sin θ

CD 2 = BC 2 ? BD 2 = 729mm

的安装位置, 的高。 由计算得主动件 2 的安装位置,和 CD 的高。 功能二 凸轮机构——实现 4 机构的上下往复运动

(1) 设计简图

图 3.3(a) 凸轮机构设计图

设计说明 由设计需求知,此轨迹需近似矩形,abc 段和 de 段(图 1.1)
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包装机推包机构 的直线往复,需将凸轮此时的轮廓设计为圆弧, 由图 3.3 可知 ,圆弧 c`e`d ` 为输送机构轨迹的 abc 段 (图 1.1) 作 支撑,所以为圆弧, 圆弧 a `b` 段为其轨迹的 de(图 1.1)段作支撑, 也为圆弧,让运动变的平稳很多。 (2)运动过程

(b)

(c)

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(d)

当推杆 4 从接触 c`点,转过角度 207°到达 d ` ,经过 R=100 的基圆圆弧,
此过程推杆 4 没有上下运动(静止或者平动) (见图(b);当推杆 4 接触 d 转过 61.5°到 ) 达 b ,推杆 4 实现推程运动(见图(c);由 b 转过 30°到达 a ,推杆 4 实现远休(见图 ) (d); )
` ` ` `

功能三 曲柄滑块导杆

图 3.4 导杆机构

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包装机推包机构 在图 3.4 导杆机构中,已知曲柄的长度错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 、 错误 转角错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 、等角速度错误!未找到引用源。及中心 错误! 错误 错误 未找到引用源。 距 i4 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 ,我们来分析下导杆的转角错误!未找到 错误! 错误 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 错误! 错误! 引用源。 错误 未找到引用源。 错误 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。 错误! 用源。 错误 未找到引用源。 及加速度错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 。 错误

方案二: (黄颖姬设计)
4.1.3 设定包装机传送系统机构图

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由电动机提供动力,物品经传送带运至推包机构,再经另一条传送带 传送至包装工作台,终成产品。

4.1.4 包推机构设计
用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构, 偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组 合,见图 3-1-4。在此方案中,偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动, 且具有急回特性,同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求, 这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动 。

图 3-1-4

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s 1

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装置 A:

由构件摇杆机构、滑块机构组成,当被包装物品放置

在推头的 a 处时,原动件带动传动轴,传动轴带动摇杆转动,由 此经连接带动滑块做前后运动,实现推头前进、后退的往复动 作。最终使物品由 a 处运动到 b 处再返回 a 处。 装置 B: 利用凸轮特定的形状,从而使导杆上下运动,实现推 头的上下往复运动,使推头能完成由 c 处向 D 处的下降运动,以 及由 e 处向 a 处运动的上升运动

4.1.5 包装工作台机构设计

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第五章 推包机构设计方案的评定与选择
方案一 导杆机构与凸轮机构的组合机构相对于其它的设

计机构显的简单的多,采用平底从动件,多数平底与其速度 方向垂直,因此受力情况好,传动效率高,与凸轮接触面间 易形成锲形油膜,易润滑,结构维护简单、体积小,重量轻, 但不能与内凹或直线轮廓工作,且平底不能太长。多用于高 速小型凸轮机构。该设计若 L 过大则机身过高,对于 L 较小 是比较好的设计—选择为本次最好的设计方案。
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方案二

由于偏置摇杆的特性,使机构获得急回动运动,

使得对零件的强度要求提高;并且由于构件 4、5 为主要支 撑构件,L 的长度设计也受到相应限制,载荷量小,否则容 易出现永久性损坏;同时,由于构件 5、6 的约束,导致机 构尺寸变大,整体机构灵活调整型下降。

方案三

该方案采用的是盘型凸轮、圆柱凸轮及导杆机构的

组合。两个凸轮都是通过适当地设计凸轮的轮廓曲线,从而 实现各种预定的运动规律,并且结构简单、紧凑。但是,凸 轮轮廓线与从动件间为点线接触,易磨损,承载能力低,并 且,凸轮轮廓加工较困难。采用两个凸轮,没有急回特性, 机构连贯性好。 综合此次设计要求和尺寸要求,经过讨论一致觉得图 方案一的机构设计在此设计中较为合理,所以选取方案一。

第六章 推包设计方案的最终简图

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经计算得自由度 F=1,该机构有一个主动件,多以该机构可 以正常运转。

运动循环图:

曲柄导杆机构 凸轮机构

控制水平向左 高度不变

控制水平向右 控制向下 运动 高度不 变 控制向 上运动

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第七章 心得体会
通过这次课程设计,我学到了很多,大体可归为以下几 点: 一、温故而知新。课程设计刚开始的时候,虽然说已经 而且是刚刚学过《机械原理》,但依然是思绪全无,举步维 艰。只是生硬而且是不完整地记忆书本理论知识学习让我无 从下手。于是重新拾起刚刚放下的《机械原理》及《机械原 理课程设计指导书》,真正用心去思考,去领悟,去讨论总 结,终于有所收获,不仅让书本的重点知识记忆更加深刻,
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同时又领悟到诸多平时学习得难点,掌握了该课程的思维方 式,找到了设计的灵感。 二、持之以恒。这次课程设计难度比较大,尤其是设计 初段。于是,好几次都想就此放弃。但经过思考还是冷静低 坚持下来,再多的挫折,坚持下来了就是胜利。 三、从失败中学习。失败不要紧,重要的是善于从失败 中发现问题,找到对策,总结出经验,这样才能保证下次的 成功。用一颗持之以恒的心做到屡败屡战;用一颗善于学习 的心避免屡战屡败。 四、精益求精。如果没有课程设计,那我们将仅仅满足 于课程本身的考核高分,而不去思考我们是否真正掌握了这 些知识,是否能灵活运用这些知识。这次课程设计无疑给了 我们一次自我检验的平台, 去试试自己的身手, 发现了不足, 及时去提高。同时,在设计过程中,虽然已经设计出一、两 种方案,但经过比较、思考、讨论又会发现更好的方案。坚 信,精益求精,没有最好,只有更好。 五、开阔思维。在这次的课程设计中,通过自己的思考、 查阅,大家的讨论、总结,让我对机械设计的思路更加宽广, 为以后从事此方向的工作打下了一定基础。同时,此次设计 更让我思考问题的方式有了一定提高,这对于我以后的人生 都是有帮助的。

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总之,此次机械课程设计给了我专业知识方面的提高, 同时又给了我思维方式的扩展。

第八章 参考文献
1、 《机械原理课程设计指导书》裘建新 主编 高等教育出版 社出版 2、 《机械原理》第七版 孙桓 陈作模 葛文杰 主编 高等教 育出版社出版

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