哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称： 机械原理课程设计 设计题目：产品包装生产线（方案2）院 系： 机电学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学产品包装生产线（方案2）一、产品包装生产线使用功能描述图中所示，输送线1上为已包装产品，其尺寸为长宽高=400200200，该产品采取步进式输送方式，送至托盘A上（托盘A上平面与输送线1的上平面同高）后，托盘A上升5mm、顺时针旋转90，然后下降5mm/吧产品推入输送线2，托盘A逆时针回转90恢复到初始位置。原动机转速为1430rpm，每分钟向输送线2分别输送10，20，30件小包装产品。图1 产品包装生产线（方案二）功能简图二、 工艺方法分析由设计题目可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A处把产品推到下一工位的是执行构件2，这两个执行构件的运动协调关系如图2所示。 执行构件运 动 情 况执行构件1转停执行构件2升降停升停降停转动停+90停-90执行构件3 停 进退停图2 生产包装线方案二运动循环图 图2 生产包装线方案二运动循环图三、 运动功能分析及运动功能系统图根据一中分析，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图3所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的单向移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）向右移动一次，主动件转速分别为10、20、30转/分。 10、20、30 rpm图3执行机构1的运动功能由于电动机的转速为1430转/分，为了在执行机构1的主动件上分别的到10、20、30转/分的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比iz有3种，分别为iz1=143iz2=71/5iz3=47/67总传动比由定传动比ic和变传动比iv两部分构成，即iz1=iciv1iz2=iciv2iz3=iciv33种总传动比中iz1最大，iz3最小。由于定传动比ic是常数，因此，3种变传动比中iv1最大，iv3最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，即iv1=4于是定传动比为 ic= =35/75变传动比的其他值为 iv2= =2iv3=1/33于是，传动系统的有级变速功能单元如图4所示。i=4，2，1/33图4有级变速运动功能单元为了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功能还具有减速功能，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运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为i= ic/2/5=35/754/2/5=14/3减速运动功能单元如图6所示。i=14/3 图6 减速运动功能单元根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的运动功能系统图，如图7所示。1430rpm i=2/5 i=4，2，1/33 i=14/3图7 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中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件2，该运动分支功能单元如图7所示。执行构件二有两个执行运动。一个是间歇往复移动，一个是间歇往复转动，并且这两个运动的运动平面相互垂直。执行构件三的运动为间歇往复移动，其运动方向与执行构件一的运动方向垂直。为了使执行构件三和执行构件二的运动与执行构件一得运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传递方向转换功能单元，如图9图8 运动分支功能单元图9方向转换功能单元经过运动方向转换功能单元输出的运动需要分成三个运动分支，分别驱动执行机构2的两个运动和执行机构三的一个运动，因此，需要加一个运动分支功能单元，如图10所示。图10执行构件2的一个运动是间歇往复移动，可以选用连续转动转换为间歇往复移动运动功能单元，若考虑使用尺寸较小的凸轮进行由连续转动到间歇往复移动的转换，同时用平行四边形机构变换方向，方案如图11所示。 图11连续转动转换为间歇往复移动，并转换方向功能单元执行机构二的另一个运动是间歇往复转动，且其运动平面与第一个运动的运动平面垂直，因此，可以选用运动传递方向转换功能单元，如图12所示。 图12执行机构2的运动功能单元经过运动方向转换之后，可以选用另一个运动单元，把连续转动转化为间歇转动。然后再经过另一个把连续转动转化为间歇转动的功能单元，可以用不完全齿轮，不完全齿轮还可以调整较长非工作时间段与工作时间段的比值。从动件能够做整周回转，以驱动构件二做间歇往复转动。 根据上述分析，可以得出实现执行机构一和执行机构二的运动功能系统图，如图13所示。图13 执行构件一和二的运动功能系统图执行构件三需要进行间歇往复移动。为此，首先将连续转动转换为间歇转动，其运动功能单元如图14所示。图14 连续转动转化为间歇转动的运动功能单元 同时执行构件三载一个工作周期内，它的间歇时间很长，动作时间很短，但其运动则是连续的、周期的。因此，需要把间歇转动转化为连续的整周转动。于是，在其后加一个运动放大功能单元，如图15所示。然后再把该运动功能单元输出的运动转化为往复移动，其功能单元图如果16所示。图15运动放大功能单元图16 连续转动转化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17所示。 图17 产品包装生产线（方案2）的运动功能系统图四、系统运动方案拟定根据图17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17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14所示。1430rpm图18 电动机替代运动功能单元1图17中的运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替，如图15所示。 i=2/5图19 皮带传动替代运动功能单元2图17中的运动功能单元3是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代替，如图16所示。 i=4，2，1/33图20 滑移齿轮变速替代运动功能单元3图17中的运动功能单元4是减速功能，可以选择***齿轮传动代替，如图21所示。图21行星齿轮传动替代运动功能单元4图17中的运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动的主动轮和齿轮传动来实现。如图22所示。 运动输入 图22 运动分支功能单元图17中的运动功能单元6是把连续转动转换为间歇转动，可以选择槽轮代替，如图23所示。图23 导杆滑块机构替代运动功能单元6图17中的运动功能单元7是将转动转化为单向移动，可以用传送带代替，如图24所示。 图24传送带传动替代运动功能单元7图17中运动功能单元8是把连续转动转换方向的运动功能单元，可以用锥齿轮替代。如图25/ 图25 转动方向转换功能单元图17中运动功能单元9是同功能单元8/图17 中运动功能单元10是将连续转动转化为间歇转动。可以用不完全齿轮代替。如图26 图26 连续转动转化为间歇转动图17中的功能单元11是进行放大，把非整周旋转变成整周旋转。可以用不完全齿轮啮合兼代。其作用如图27/ 图27 图17 中的运动功能单元12是两个大小尺寸完全相同的齿轮啮合，并在齿轮上固定槽轮的拨盘实现圆销转动方向的转变。其作用如图28。 图28 图17中运动功能单元13是与拨盘对应的槽轮，可以实现间歇往复转动。图29所示是将运动功能单元12与13 合并所得的设计图，将实现由单向连续转动到间歇往复转动的转换。 图29由于执行机构二同时要实现间歇往复移动。图17中的运动功能单元14可用凸轮代替，实现由连续转动到间歇往复运动的转化，又由于托盘与凸轮工作面不在同一平面上，可用一个平行四边形机构实现间歇往复移动方向的转换。如图30 所示。 图30考虑构件三运动规律的实现：图17中的运动功能单元15是将连续转动转化为间歇转动，可以用不完全齿轮代替。如图31 图31同时由于主轴转速与构件三在一个周期内的动作次数相同。又与不完全齿轮相啮合的从动轮不能实现整周回转，还需加一个变速机构来实现整周回转。此功能可以有不完全齿轮兼代。只需对从动轮的结构进行一定得调整。其功能如图运动功能单元16 图32图13中的运动功能单元16是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可以用正弦机构替代，如图32所示。图23 正弦机构替代连续转动转化为间隙转动的运动功能单元16根据以上分析，按照图13各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了产品包装生产线的运动方案简图（见A3图纸）。五、 系统运动方案设计1/变速减速机构设计（1）皮带带轮的设计带轮的半径比为：从动轮半径/主动轮半径=2/5可设主动轮半径为R=20mm/从动轮半径r=50mm(2)滑移齿轮设计运动方案简图中齿轮5，6，7，8，9，10组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为Z5，Z6，Z7，Z8，Z9，Z10。由前面的分析可知iv1=Z10/Z9=4iv2=Z8/Z7=2iv3=Z6/Z5=1/33按最小不根切齿数(17)取Z9=17则Z10=iv1Z9=417=68为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，于是可取Z10=69其齿数和为Z9+Z10=17+69=86另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同Z7+Z886Z5+Z686iv2=（86-Z7）/Z7=86/Z7-1=2Z7=86/(1+iv2)=8 6/(1+2)=28/67取=29 Z8=86-Z7=86-29=57Z5+Z686iv3=(86-Z5)/Z5=86/Z5-1=1/33Z5=86/(1+iv3)=86/(1+1/33)36/9取=37Z6=86-Z5=86-37=49齿轮模数取2，其余按标准齿轮的计算公式计算。（3）***减数齿轮的设计由运动方案简图可知，齿轮11，12，13，14实现图18中运动功能4的减速运动功能，它所实现的传动比为14/3。由于齿轮11，12，13，14是***齿轮传动，这两级齿轮传动的传动比可如此分配=4=14/3/4=3/575齿轮11、12可按最小不根切齿数确定，即Z11=Z13=17于是Z12=4*Z11=41768 取Z12=69Z14=3/575Z13=3/5751760。78 取Z14=61齿轮11、12、13、14的几何尺寸，取模数m=2mm，按标准齿轮计算。2/驱动执行机构1的机构由拨盘、槽轮、传送带组成。（1）传送带带轮半径由设计题目知，滑枕的行程为L=480mm滑枕的行程由槽轮没动作一次的转角来控制。为减小传送带带轮的尺寸，宜使槽轮每次转过的角度尽可能大。因此，选槽轮槽数为三，每次槽轮转过120则 传送带带轮半径：R=L/=229/18mm（2）槽轮机构设计1) 确定槽轮槽数由（1）中知，在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=3， 2) 槽轮槽间角 由图27可知槽轮的槽间角为2=3600/z=3600/3=12003) 槽轮每次转位时拨盘的转角2=1800-2=6004) 中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 a=100mm5) 拨盘圆销回转半径 r=a=sina=sin60a=86/6 6) 槽轮半径 R=a=0/5*100=507) 锁止弧张角 =3600-2=3600-600=30008) 圆销半径 rAr/6=86/6/6=14/43mm取整 rA=10mm(太大的话会使槽深大于槽轮半径)9) 槽轮槽深 h(+-1)a+rA=(0/7071+0/57071-1)*100+10=45/6mm10) 锁止弧半径 rS(+-1)a+rA=(1/414-1)*25 +3=13/35mm锁止弧半径rSa-r=25-17/68=7/32mm4/驱动执行机构3的机构由不完全齿轮和由曲柄滑块机构构成的正弦机构组成。（1）不完全齿轮设计由于原设计中构件3的动作周期为整个运动周期的六分之一，可以只将不完全齿轮设计成一段齿，如图35所示。图35 不完全齿轮示意图取齿轮齿数Z34=18由于设定的时间比为6：1，所以可以求出不完全齿轮的假想齿数Z33=18360/60=108模数取2从动轮啮合运动角=60由于不完全齿轮转过一段齿，从动齿轮转整周，故从动轮运动角为=360。从动轮齿数为18齿。考虑从动轮整周回转，当从动轮停歇时，可用弹簧***对从动轮进行锁止。从动轮的锁止架构如图所示。由于不完全齿轮在进入时存在
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