机械原理课程设计计划书产品包装生产线(方案3)

机械原理课程设计任务书课程名称：机械原理设计题目：产品包装生产线（方案3）院系：机电工程学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014年6月25日星期三哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学机械原理课程设计1目录一、机械系统运动循环图-------------------------------------------------------(2)二、机械系统运动功能系统图------------------------------------------------(3)三、拟定机械运动方案----------------------------------------------------------(6)四、机械系统传动部分、执行机构运动尺寸-----------------------------(9)1）滑移齿轮传动设计----------------------------------------------------------(9)2）定轴齿轮传动设计---------------------------------------------------------(14)2.1圆柱齿轮传动设计-----------------------------------------------------(14)2.2圆锥齿轮传动设计-----------------------------------------------------(16)3）执行构件1的设计---------------------------------------------------------(17)4）执行构件2的设计---------------------------------------------------------(20)5）执行构件3的设计---------------------------------------------------------(22)6）传送带的设计---------------------------------------------------------------(24)五、机械系统实际运动循环--------------------------------------------------(25)（1）初始位置的确定---------------------------------------------------------(25)（2）机械系统的机构运动循环图----------------------------------------(25)哈尔滨工业大学机械原理课程设计2产品包装生产线(方案3)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1430r/min，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产品包装生产线之方案31.机械系统运动循环图由题目可以看出，产品包装线共由3个执行机构组成。其中，控制产品在输送线1上作步进运动的是执行机构1（构件1），在A处控制产品上升、下降的是执行机构2（构件2），在A处把产品推到输入线2的是执行机构3（构件3），三个执行构件的运动协调关系如图2所示。图2机构运动协作2.机械系统运动功能系统图哈尔滨工业大学机械原理课程设计3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、4所示。该运动功能是先把一个连续的单向转动转换为间隙的单向转动，再把间隙的单向转动转换为间隙的单向直线运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）向前推进960mm，主动件的转速分别为4、8、12r/min。4、8、12r/min图3构件1的运动（1）4、8、12r/min图4构件1的运动（2）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、12rpm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：𝐢𝐳𝟏=𝟏𝟒𝟑𝟎𝟒=𝟑𝟓𝟕.𝟓𝐢𝐳𝟐=𝟏𝟒𝟑𝟎𝟖=𝟏𝟕𝟖.𝟕𝟓𝐢𝐳𝟑=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，iv3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=𝐢𝐳𝟏𝐢𝐯𝟏=𝟑𝟓𝟕𝟒=𝟗𝟎故定传动比的其他值为：𝐢𝐯𝟐=𝐢𝐳𝟐𝐢𝐜=𝟏𝟕𝟖.𝟕𝟓𝟗𝟎=𝟐𝐢𝐯𝟑=𝐢𝐳𝟑𝐢𝐜=𝟏𝟐𝟎𝟗𝟎=𝟏.𝟑𝟑于是，有级变速单元如图5：i=4,2,1.33哈尔滨工业大学机械原理课程设计4图5有级变速运动功能单元为保证系统过载时不至于损坏，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6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=𝐢𝐜𝟐.𝟓=𝟑𝟔减速运动功能单元如图7所示：i=36图7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8所示：1430r/mini=2.5i=4,2,1.33i=36图8实现执行构件1运动的运动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8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9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，使用不完全锥齿轮，又改变了方向又使连续变间隙成为可能，如图10所示:图9运动分支功能单元哈尔滨工业大学机械原理课程设计5图10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，需要再加一个运动分支功能分支单元，如图11所示:图11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12、13所示：图12构件2的运动（1）图13构件2的运动（2）根据上述分析可以得出实现执行构件2运动功能的运动功能系统图，如图14所示：图14执行构件2的运动功能图执行构件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τ=0.25的间歇运动单元，如图15所示：τ=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：哈尔滨工业大学机械原理课程设计6i=14图16运动功能放大图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3）的运动功能系统图3.拟定机械运动方案根据图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：1430r/min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：i=2.52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：哈尔滨工业大学机械原理课程设计7i=4,2,1.333图21滑移齿轮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：i=364图222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直线运动，可以选择不完全齿轮和齿条机构替代，如图23所示：图23不完全齿轮和齿条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11是将连续转动转换为间歇往复移动，可以用不完全齿轮和曲柄滑块机构实现，每次经过30度的有齿部分时，小齿轮都将转过半个周期，如图25所示：哈尔滨工业大学机械原理课程设计811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可以通过不完全齿轮和齿轮带动曲柄滑块机构得到，不完全齿轮将主轴的连续转动转换为间歇转动，小齿轮与曲柄滑块机构曲柄齿轮的主动轮固连，每转过一次不完全齿轮有齿的地方一次，曲柄转动一周，方案如图26所示：图26不完全齿轮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27所示：（手工作业画图，详见A3图纸）4.机械系统传动部分、执行机构运动尺寸1）滑移齿轮传动设计哈尔滨工业大学机械原理课程设计9○1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，z7，z8，z9，z10。由前面分析可知：𝐢𝐯𝟏=𝟒𝐢𝐯𝟐=𝐢𝐳𝟐𝐢𝐜=𝟐𝐢𝐯𝟑=𝐢𝐳𝟑𝐢𝐜=𝟏.𝟑𝟑按最小不根切齿数取z9=17，则z10=iv1z9=3×17=51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=51。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。②计算齿轮几何尺寸齿轮表1齿轮5、齿轮6序号项目代号计算公式及计算结果最后结果1齿数齿轮55Z3434齿轮66Z34342模数m223压力角2020度4齿顶高系数ah115顶隙系数c25.00.256标准中心距a682)(65zzm687实际中心距'a86688啮合角'2020度9变位系数齿轮55x0.60.6齿轮66x0.90.610齿顶高齿轮55ah25aamhh2哈尔滨工业大学机械原理课程设计10齿轮66ah26aamhh211齿根高齿轮55fh5.2)(5chmhaf2.5齿轮66fh5.2)(6chmhaf2.512分度圆直径齿轮55d6855mzd68齿轮66d6866mzd6813齿顶圆直径齿轮55ad722555aahdd72齿轮66ad722666aahdd7214齿根圆直径齿轮55fd642555ffhdd64齿轮66fd642666ffhdd6415齿顶圆压力角齿轮55a27.441)arccos(555abadd27.441度齿轮66a066627.441)arccos(abadd27.441度16重合度680.1)tan(tan)tan(tan21'66'55