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1、课程设计 机械原理课程设计 课程设计项目：鞭炮插引机的设计 院 （系）：机械工程学院 班级： 0.0.0 同组成员： 0.0.0 0.0.0 0.0.0 指导老师： 0.0.0 2014 年 6 月 20 日 星期五 第 1 页 共 25 页 前 言 随着经济的发展， 市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格 低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场 竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品设计中， 首要任务 是进行机械运动方案的设计和构思、 各种传动机构和执行机构的选用和创 新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工 作特点、设计方法
2、及其在系统中的作用等知识， 根据使用要求和功能分析， 选择合理的工艺动作过程， 选用或创新机构型式并巧妙地组合成新的机械 运动方案，从而设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、实用 性强的机械产品。 机械原理课程设计是通过对某种简单的机器（工艺过长比较简单的机 器）的分析，进行机构运动简图的设计，包括机器性能的分析、工艺动作 过程的确定、执行机构的选择、 机械运动方案的评定、 机构尺度综合等等， 吉祥街原理课程设计也是我们大学生在大学期间第一次应用已学过的只 是和计算机工具比较全面地、 具有实际内容和意义的课程设计，也是机械 原理课程的一个重要的实践教学环节，作为知识转化为能力的桥梁，
3、机械 原理课程设计的主要目的是进一步巩固我们所学的理论知识，并将其系统 化， 同时通过设计培养我们综合运用所学的知识独立解决实际的问题的能 力，让我们学会合理地利用专业知识创造性地构思出各种可能的方案，并 从中选出最佳方案，在机构的分析与综合方面得到一次全面系统的训练。 更多的是通过机械原理课程设计培养我们的开发和创新能力，并且可以加 强我们的机械设计的基本功， 和培养以及各种线代设计方法与手段的掌握 与应用，让我们具有更高的综合素质，来适应时代的要求。 本次我们设计的是鞭炮的插引机设计，目前许多鞭炮生产企业均采用 人工插入引线，工人的劳动强度大，生产效率低。为了提高引线插入的效 率，减轻工人
4、的劳动强度，我们尝试着设计一种鞭炮插引机。 第 2 页 共 25 页 目录 第一章：机构的工作原理和工作过程 3 第二章：课程设计任务和参数要求 4 2-1 原始数据以及设计要求 4 2-2 设计任务 4 2-3 设计提示 5 第三章：工作原理和工艺动分解 6 3-1 各构件的运动形式 6 3.2 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 7 第四章 : 设计的基本原理和方案的提出 9 4-1 运动方案的选择 9 4-2 机器工作部件的运动循环图的绘制 12 4-3 原动机的选择和传动系统的选择 14 4-4原动系统功能分解 16 4-5切引刀凸轮机构的尺度设计 18 4-6压引板凸轮机构尺度设计
5、 19 4-7槽轮机构的尺寸设计 20 第五章设计总结 23 第 3 页 共 25 页 第一章 : 机构的工作原理和工作过程 鞭炮插引机的动作执行构件有双胶辊、切引刀、压引板和送料板等， 各工作要求实现的运动形式如下图所示。原动机通过传动系统将动力传递 给双胶辊，双胶辊对滚压紧线并使引线向下间歇进给，达到进给量L 后， 切引刀切断引线。 在这一过程中送料板不东， 然后送料板进给位移S，切引 刀往左回摆或移动，为给下一排鞭炮插引线作准备。 图 1-1 鞭炮插引机结构示意图 第 4 页 共 25 页 第二章：课程设计任务和参数要求 2-1 原始数据以及设计要求 引线进给量 L 与鞭炮的引线长度相等
6、， 送料板的位移 S和鞭炮的外径 D 之间的关系约为 :S=0.866D。为了提高生产效率，每13 个鞭炮连成一排进 行盘鞭，每个工作循环为一排鞭炮插引。要求达到的性能参数见下表。 2-2 设计任务 (1) 设计该鞭炮插引机的工作部件使双胶辊、切引刀、压引板和送料板 实现上述运动形式，并达到性能参数的要求。 (2) 绘制机器工作部件的运动循环图。 (3) 自选原动机，拟定传动系统总体方案。一般应包括带传动、齿轮或 蜗杆传动等，绘制机器传动系统方案简图 (4) 分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，设计计算出几 何尺寸。 (5) 设计工作部件中的凸轮机构。确定运动规律，选定基圆半径，绘制
7、 凸轮的轮廓曲线，并校核最大压力角和最小曲率半径。 (6) 设计工作部件中的连杆机构。确定各构件的结构尺寸和执行构件的 运动参数。 (7) 设计工作部件中的间歇运动机构。确定各构件的结构尺寸和执行构 件的运动参数。 (8) 建立工作部件的运动模型并进行运动仿真分析（选作） 2-3 设计提示 (1) 由于双胶辊将引线向下送到要求的长度后才切断，切断的时候不能 第 5 页 共 25 页 送进引线。因此需要间歇运动机构使双胶辊间歇转动。为减小外形结构尺 寸，可采用不完全齿轮机构实现。 (2) 引线切割之后，为了保证引线能够准确到达炮心位置，需要压引压 紧引线并送达指定位置向外向上回退。向下送引的位移
8、约为815mm ，同学 们可在该范围中自己确定。 (3) 切引机构、送料机构可考虑用凸轮机构或组合机构实现。 第 6 页 共 25 页 第三章工作原理和工艺动作分解 根据数据和参数的要求，该机械的应有的工艺过程是，机构应由双胶 辊、切引刀、压引板和送料板的运动组成。 3-1 各构件的运动形式 双胶辊，每一个运动周期的开始转动一定角度将引线进给35mm ，做间 歇运动，其运动规律如图3.11 所示： 图 3.11双胶辊运动循环图 切引刀，引线向下进给达到指定位置并且压引板压紧引线后，切引刀 切断引线，之后压引板压紧引线插入鞭炮。其运动规律如图3.12 所示： 图 3.12 切引刀运动循环图 压引
9、板，引线向下进给后，压引板水平方向正向进给5mm 压紧引线， 切引刀切断引线后再竖直向下进给10mm ，使引线插入鞭炮，之后水平负方 向退回 5mm ，再竖直向上进给10mm ，准备下一个运动周期的循环。其运动 第 7 页 共 25 页 规律如图 3.13 所示： 图 3.13 压引板运动循环图 送料板，压引板将引线插进鞭炮并松开引线后，水平进给S=3.464mm 。 其运动规律如图 3.14 所示： 图 3.14送料板运动循环图 3-2 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 根据以上分析，拟定鞭炮插引机运动循环图如图2-1 所示，制定运动 循环图的目的是确定鞭炮插引机各机构执行构件动作的先后
10、顺序、相位， 以利于设计、装配和调试。 第 8 页 共 25 页 图 3.21 鞭炮插引机运动循环图 第 9 页 共 25 页 第四章 : 设计的基本原理和方案的提出 4-1 运动方案的选择 4.11 双胶辊的机构方案 由于双胶辊将引线向下送到要求的长度后才切断，切断的时候不能送 进给线。因此需要间歇运动机构使双胶辊间歇运动。这里有两种方案一种 是不完全齿轮机构（见图4.11）来使双胶辊间歇运动，另一种是通过槽轮 机构（见图 4.12）来实现双胶辊的间歇运动。 图 4.11 不完全齿轮机构 图 4.12 普通外槽轮机构 第 10 页 共 25 页 4.12 切引刀的机构方案 切引刀是通过来回摆
11、动或移动来切断引线，因此采用凸轮机构和杆组 来实现。由以上切引刀的工艺动作分解可知切引刀机构需要实现间歇性的 往复摆动运动，根据要求拟定如下三种方案，如图4.13 采用凸轮机构和杆 组来实现，如图 4.14 运用导杆机构也可以实现，和凸轮机构来实现来回摆 动来切断引线如图4.15。 图 4.13 凸轮杆组机构 图 4.14 导杆机构 第 11 页 共 25 页 图 4.15 凸轮机构 4.13 压引板的机构方案 为了保证引线能够准确到达炮心位置，所以采用两个凸轮机构来实现 个控制上下移动，一个控制向外、向内移动（如图4.16 所示） 。 图 4.16 组合的凸轮机构 4.14 送料板机构的方案
12、 送料机构需要实现间歇性的单向进给运动，根据要求拟定如下三种方 案，一种是棘轮齿条机构可以保证鞭炮间接性单向进给运动（如图2.17） 第二种就是 是不完全齿轮机（见图2.11） ，第三种是通过槽轮机构（见图 第 12 页 共 25 页 2.12）来实现送料机构的间歇性的单向进给运动。 图 4.17 棘轮齿条机构 4-2 机器工作部件的运动循环图的绘制 4.21 绘制机器运动方案图 （1）机器运动运动简图方案一： 图 4.21 方案一 第 13 页 共 25 页 （2）机器运动运动简图方案二： 图 4.22 方案二 （3）机器运动运动简图方案三： 图 4.23 方案三 其他的方案把送料板机构和双
13、胶辊机构换成以上的各个部件的方案 第 14 页 共 25 页 4.22 器运动部件方案选择 双绞辊机构选择比较 为不完全齿轮机构可设计（或选取）的参数较多，如两轮圆周上设想布 满齿时的齿数 z1、z2；主、从动轮上锁止弧的数目M 、N；及锁止弧间的齿 数、等均可在相当宽广的范围内自由选取。因而标志间歇运动特性的各 参数，如主动轮每转一周从动轮停歇的次数、从动轮每转一周停歇的次数、 每次运动转过的角度、每次停歇的时间长短等，允许调整的幅度比槽轮机 构大得多，故设计比较灵活。不完全齿轮机构和普通齿轮机构的区别，不 仅在轮齿的分布上，而且在啮合传动中，当首齿进入啮合及末齿退出啮合 过程中，轮齿并非在
14、实际啮合线上啮合，因而在此期间不能保证定传动比 传动。由于从动轮每次转动开始和终止时，角速度有突变，故存在刚性冲 击。相比之下，槽轮机构构造简单，外形尺寸小，机械效率高，运动平稳， 柔性冲击。因此选用槽轮机构。 切引刀机构选择比较 曲柄滑块运动空间较大，无间歇运动，消耗功率较大，而且如果切引 刀持续工作对于生产安全不利。如果选用凸轮机构，动量较小，消耗功率 较小，结构简单，所需工作空间较小而且传递机械效率效果较好。所以选 用凸轮机构。 送料机构选择比较 棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠，并且棘轮的转角可以 根据需要进行调节等优点。缺点是：传动力小、工作时有冲击和燥声。槽 轮机构的优点是
15、：结构简单、工作可靠、机械效率高。缺点是：制造与装 配精度要求高、转角大小不能调节。然而传送带所需的动停比为1:3，且每 分钟做 60 周期循环，选用棘轮使其告诉运动可能影响传动精确度，相比之 下槽轮运行更为稳定，选用槽轮更合适。 从以上来看为了更好地保证鞭炮插引机的工作选择方案二比较合适。 4-3 原动机的选择和传动系统的选择 4.31 原动机的选择 （1）原动机的分类原动机的种类按其输入能量的不同可以分为两类 一次原动机此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，因此 第 15 页 共 25 页 称为一次原动机。属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机 等。 二次原动机此类原动机是
16、将发电机等能机所产生的各种形态的能量 转变为机能，因此称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机，液压马 达，气压马达，汽缸和液压缸等。 （2）选择原动机时需考虑的因素 考虑现场能源的供应情况。 考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。 考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳，调速和控制等 方面的要求。 考虑工作环境的影响。 考虑工作可靠，操作简易，维修方便。 为了提高机械系统的经济效益，须考虑经济成本：包括初始成本和 运转维护成本。 综上所述，在鞭炮插引机中最益选择二次原动机中的电动机作为原动 件。 4.32 原动机的选择和工作原理 （1）传动机构的作用 把原动机输出的转矩变换为执行
17、机构所需的转矩或力。 把原动机输出的速度降低或提高，以适应执行机构的需要。 用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机 构经常调要求 把原动机输出的等速回转运动转变 实现由一个或多个动力机驱动或若干个速度相同或不同的执行机 构。 由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机 构 不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联接。 （2）原动机构选择的原则 对于小功率传动，应在考虑满足性能的需要下，选用结构简单的传 动装置，尽可能降低初始费用。 对大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转费用 和维修费用。 当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可
18、直接连接 第 16 页 共 25 页 或采用定传动比的传动装置；当执行机构要求变速范围大。用动力机调速 不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比传动；除执行机构 要求连续变速外，尽量采用有级变速。 执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装 置。 主、从动轴要求同步时，应采用无滑动的传动装置。 动装置的选用必须与制造水平相适应，尽可能选用专业厂生产的标 准的传动装置，加减速器，变速器和无级变速器等。 4-4 原动系统功能分解 4.41 功能分解为以下几个部件 （1）双胶辊：电动机开动后通过轴带动双胶辊滚动，双胶辊然后带动 引线运动使引线到达导引板下面。 （2）切引机构：
19、引线向下到达一定长度后，切引刀通过来回运动切断 引线。 （3）压引板：引线切断之后，压引板压紧引线并送达指定位置向外、 向上回退。 （4）送料机构：送料板通过进给位移S到达指定位置。等压引板回退 时再进给位移 S给下一排鞭炮插引线作准备。 4.42 原动系统的方案和简图 传动系统，一般包括皮带传动、齿轮传动或者涡杆传动等，机器传动 系统所以有以下几个方案：首先我们先计算总传动比： I = n(电动机转速 )/60 一般电动机的转速为1440r/min 所以 I = 1440/60=24 （1）方案一：齿轮传动 第一级采用一级齿轮减速器， 传动比为 2， 第二级采用二级齿轮减速器， 传动比为 3
20、，第三级采用三级齿轮减速器，传动比为4 变速机构如图 51 所示。 第 17 页 共 25 页 图 4.41系统变速机构 （2）方案二：皮带传动和齿轮传动 第一级采用传送带减速器，传动比为4，第二级采用一级齿轮减速器， 传动比为 6。 图 4.42 皮带齿轮传动 第 18 页 共 25 页 （3）机器传动方案的选择 方案一和方案二的比较虽然说方案二设计的比较简单，但是方案一和 方案二比较传动更加有效率点，而且传动比比较小对机器的损耗较小，所 以将采取方案一。 4-5 切引刀凸轮机构的尺度设计 切引刀的运动不具高速和大负载，可选用等加等减速运动形式，转速 为 60r/min ，由要求和已知条件可
21、知推程h=50，压力角设置为 45。由切 引刀凸轮工艺动作分解得到以下凸轮基本参数：推程角=50远休角 s=30回程角 1=50近休角 s1=230。 r0 基圆半径 平底宽度 l 计算 位置确定 x，y r0max=52 确定 r0=150 l=32.13 确定 l=33 图 4.51 引刀凸轮外形 第 19 页 共 25 页 图 4.52 切引刀凸轮推杆位移 4-6 压引板凸轮机构尺度设计 压引板的运动不具高速和大负载，可选用等加等减速运动形式，转速 为 60r/min ，由要求和已知条件可知推程h=30，压力角设置为 45。由切 引刀凸轮工艺动作分解得到以下凸轮基本参数：推程角=30远休
22、角 s=120回程角 1=30近休角 s1=180。 r0 基圆半径 平底宽度 l 计算 位置确定 x，y r0max=33 确定 r0=200 l=32 确定 l=33 第 20 页 共 25 页 图 4.61 压引板凸轮外形 图 4.62压引板凸轮推杆位移 4-7 槽轮机构的尺寸设计 根据槽轮所需运动条件， 形成动停比为 1:3 ，及相关尺寸， 确定槽轮各 部分基本尺寸如下： 中心距 c=120 拨销与轮槽底部径向间隙错误！未找到引用源。 模数 m=1 槽轮在槽口出厚度b=4 停休比 错误！未找到引用源。 第 21 页 共 25 页 圆柱销数 k=1 圆销半径 RT=8 拨盘角速度 w1=
23、2错误！未找到引用源。 槽轮运动角 2，错误！未找到引用源。 。 拨盘运动角 2，错误！未找到引用源。 。 圆销中心轨迹半径 1，错误！未找到引用源。 。 槽轮外径 2，错误！未找到引用源。 轮槽深度 h，h=R1+R2-C+RT+8=47.08 拨盘回转轴直径 d1，d1 错误！未找到引用源。 槽轮轴直径 d2，错误！未找到引用源。 拨盘锁止弧张角， 错误！未找到引用源。 。 锁止弧半径 R0，错误！未找到引用源。 圆销中心轨迹半径R1与中心距 c 的比错误！未找到引用源。/2 槽轮角位移 错误！未找到引用源。 槽轮角速度 错误！未找到引用源。 槽轮角加速度 错误！未找到引用源。 Excel
24、 表格计算如下： 第 22 页 共 25 页 图 4.71槽轮角速度曲线 图 4.72 槽轮角加速度 第 23 页 共 25 页 第五章设计总结 很惊讶、很欣喜地发现我们竟然把这个鞭炮插引机的课程设计完成了， 在完成之前我们还不知道如何下手，在老师的指导、我们不查阅资料和 同组之间的相互讨论下慢慢地一步一步的完成了这个课程设计，虽然说不 是设计的很完美，但是这是我们在大学期间第一次应用已学过的只是和计 算机工具比较全面地、具有实际内容和意义的课程设计，但是对于我们来 说这是一份很宝贵的财富，通过本次课程设计，我们更加熟练的掌握了机 械原理的相关知识，将课本上所学的到的相关知识熟练应用于生活实际
25、中。 只有通过亲身参与这种课程设计才能更好的了解机械设计中所需要的一些 设计常识，积累更多的设计经验，这更有利于我们今后的实际设计工作。 而且通过分组方法设计课题，还让我们懂得了相互帮助，一起解决难题， 不仅让我在学识上收获了不少，而且让我们的友谊更在实习设计当中依靠 与被依靠对我的触及很大, 有些人很有责任感 , 把这样一种事情当成是自己 的重要任务 , 并为之付出了很大的努力, 不断的思考自己所遇到的问题. 而 有些人则不以为然, 总觉得自己的弱势 其实在生活中这样的事情也是 很多的 , 当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的, 这当然 也会影响我们的结果 . 很多时候问题的，
26、出现所期待我们的是一种解决问题 的心态 , 而不是看我们过去的能力到底有多强, 那是一种态度的端正和目的 的明确 , 只有这样把自己身置于具体的问题之中, 我们才能更好的解决问 题。在设计的过程中，我们提出了很多种方案（比如说切引刀、送料板机 构的方案的提出），这锻炼了我们的发散思维，敢于把自己想的联系实际运 用于生活中吗，我也希望以后老师多安排一下这样的设计，锻炼锻炼我们 的综合能力。总之这次课程设计让我弥补了我在课堂上知识的欠缺（比如 说能够产生间歇性运动的机构不仅仅有不完全齿轮机构、槽轮机构、棘轮 机构，还有凸轮式间歇运动机构） ， 本次课程设计让我懂得：知识必须通 过应用才能实现其价值！ 第 24 页 共 25 页 参考资料 1 刘会英 .机械原理 . 北京：机械工业出版社 ,2013.9.1. 2 邹慧君 ,殷鸿梁 . 简谐运动机构设计与应用创新. 机械工业出版 社,2008.9.1. 3 王淑仁 .机械原理课程设计. 科学出版社 ,2006.9.1. 4 朱理. 机械原理高等教育出版社 ,2010.4.1.