1、 机械原理课程设计 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： 机电工程学院 班 级： 1208103 设 计 者： xxxxxx 学 号： 1120810332 指导教师： 王黎钦 设计时间： 2014.6.23-2014.6.28 哈尔滨工业大学目录一、机械系统运动循环图（1）二、机械系统运动功能系统图（1）三、拟定机械运动方案（4）1 根据运动功能单元确定替代机构（5）2 连接各替代机构形成运动方案（6）四、机械系统传动部分、执行机构运动尺寸（9）1 执行构件1的设计（9）2 执行构件2的设计 （11）3 槽轮机构的设计 （12） 4 滑移齿轮的设计 （1
2、3）5 齿轮传动设计（19）5.1圆柱齿轮传动设计（19）5.2圆锥齿轮传动设计（24）6带传动设计（26）五、机械系统实际运动循环图（26）一、 机械系统运动循环图推动产品在输送线1上与懂得是执行构件1，在A处吧产品推到下一工位的是执行构件2，这连个执行构件的运动协调关系如图1所示。执行构件运动情况执行构件1进退进退进退执行构件2退停止进退图1生产包装线运动循环图图1中 是执行构件1的工作周期， 是执行构件2的工作周期，是执行构件2的动作周期。因此，执行构件1是做连续往复运动，执行构件2是简谐运动，执行构件2的工作周期是执行构件1的工作周期的3倍。执行构件2的动作周期则只有执行构件1的工作周
3、期的左右，因此，执行构件2大多数时间是在停止状态。二、 机械系统运动功能系统图由题目可知，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2所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为连续的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件转速分别为12,21,30r/min。图2生产包装线运动循环图由于电动机的转速为，为了在执行机构1的主动件上分别的到的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比有3种，分别为：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
4、如图3所示。图3减速过载保护功能单元设带传动比为，滑移齿轮的传动比为，整个传动系统锦靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在真个传动系统中还要另加前速传动系统，其传动比为，则总传动比：令：可得定轴齿轮传动部分的传动比：可得滑移齿轮传动比：于是得到有级变速运动功能单元，如图4所示：图4有级变速运动功能单元减速运动功能单元如图5所示，图5减连续转动运动缩小功能单元 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6所示。执行构件111 图6 实现执行构件1运动的运动功能系统图为了使原动机同时也能够驱动执行构件2，应该使其具有运动分支部分以驱动执行构件2 ，该运
5、动分支功能单元如图7所示。由于执行构件2的工作周期T2是执行构件1的工作周期T1的3倍，因此，运动分支在驱动执行构件2之前应该减速，使其转速等于于执行机构1的主动件转速的，再加上执行构件2与执行构件1的运动平面相互垂直，因此，该减速运动功能单元如图8所示。图7 运动分支部分功能单元图8 减速运动功能单元由于执行构件2是间歇运动，且由图1可以看出执行构件2的间歇时间是，即其运动时间是。因此，间歇运动功能单元的运动系数为间歇运动功能单元如图9所示图9 连续转动转换为间歇转动的运动功能单元由于执行构件2的动作周期，因此，驱动执行构件2的驱动机构2的主动件的转速应该是驱动执行构件1的驱动机构1的主动件
6、的转速的2倍左右。所以，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速运动功能单元增速，如图10所示。图10 运动放大功能单元增速运动功能单元输出的运动驱动执行机构2实现执行构件2的运动功能。由于执行构件2做往复直线运动，因此，执行构件2的运动功能是把连续转动转换为往复直线运动，如图11所示。图11 连续转动转换为往复连续直线运动 综上所述，得到机械系统运动功能系统图：图12 机械系统运动功能系统图 三、 拟定机械运动方案1.根据运动功能单元确定替代机构 （1）能够实现图12机械系统运动功能系统图中功能单元1，即原动机，的载体选用三相异步电动机，一般均采用三相异步电动机为原动机，因此原动机选为三相异步电
7、动机Y100l1-4，功率2.2kw，转速1430r/min,如图13所示。图13三相异步电动机代替功能单元1（2） 能够实现图12机械系统运动功能系统图中功能单元2，即减速过载保护功能单元，的载体可选用带传动机构代替，如图14所示。 图14 带传动机构替代功能单元2（3） 图12机械系统运动功能系统图中功能单元3，即有级变速功能单元，的载体可选用滑移齿轮代替，如图15所示。 图15 滑移齿轮机构代替功能单元3（4） 图12机械系统运动功能系统图中功能单元4，即连续转动运动缩小单元，的载体可选用定轴齿轮替代，如图16所示。图16 定轴齿轮代替功能单元4（5） 图12机械系统运动功能系统图中功能
8、单元5，即有运动分支单元，的载体可选用圆锥齿轮以及圆锥齿轮主动轮与导杆滑块机构的曲柄固联替代，如图17所示。图17 主动件固连代替功能单元5 （6） 图12机械系统运动功能系统图中功能单元6，即连续转动转换为连续往复摆动单元，可选用导杆滑块替代，如图18所示。图17 圆锥齿轮及其运动功能单元表达符号图17 圆锥齿轮及其运动功能单元表达符号图18 导杆滑块机构代替功能单元5 （7） 图12机械系统运动功能系统图中功能单元7，即减速单元，且其运动输入轴与输出轴垂直，可以锥齿轮传动替代，如图18所示。 图17 圆锥齿轮传动代替功能单元7（8） 图12机械系统运动功能系统图中功能单元8，即把连续转动转
9、换为间歇转动的运动功能单元，可选用槽轮机构来替代，如图18所示，其中该运动功能单元的运动系数为：根据槽轮机构运动系数的计算公式得到槽轮径向槽数：图18 槽轮机构代替功能单元8 （9）图12机械系统运动功能系统图中功能单元9，即增速运动单元，可选用圆柱齿轮传动来替代，如图19所示。 图19 圆柱齿轮传动代替功能单元9（10）图12机械系统运动功能系统图中功能单元10，即把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可选用曲柄滑块机构来替代，如图20所示。图20 曲柄滑块机构代替功能单元102.连接各替代机构形成运动方案图根据上述分析，按照图12各个运动功能单元连接的顺序吧各个运动功能单元的替代机构
10、依次连接彼此形成了产品包装生产线的运动方案图，如图21所示。（a）（b）（c）1. 电动机 2，4.皮带轮 3.皮带 5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，26，27.圆柱齿轮 15，28.曲柄 16，17.圆锥齿轮 18，30滑块 19.摇杆 20，29连杆 21.滑枕 22.棘爪 23.产品 24.拨盘 25.槽轮2.图21 产品包装生产线（方案2）的运动方案图四、 确定机械系统传动部分、执行机构运动尺寸1. 执行构件1的设计执行机构1驱动执行构件1运动，由图21可知，执行构件一由曲柄15，滑块18，导杆19，连杆20和滑枕21组成，滑枕21的行程为滑枕21的行程有导杆19的摆
11、动实现，去柄摇杆是一种具有急回特性的机构，设在工作中该机构的行程速比系数为则该机构的极位夹角为导杆19的摆角为由此可得导杆19的长度如图22所示，作直线，在此直线上确定两点,，其距离为作线段的中垂线，并以为圆心，以导杆长度的为半径做圆弧交线段的中垂线于点D，该点为导杆18的摆转中心。当导杆由位置摆到位置时，其摆角为，其轨迹为。该轨迹的最高点为，最低点为，在最高点和最低点之间做平行于的中线，该线为滑枕20的导路，距点D的距离为图22 导杆滑块机构设计在C1点有机构最大压力角，设导杆21的长度为，最大压力角的正弦值等于要求最大压力角，得曲柄15的回转中心在过D点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，
12、可选取，据此可以得到曲柄15的长度2. 执行机构2的设计 执行机构2驱动执行构件2运动，由图23可知，执行构件2由曲柄28，连杆29和滑块30组成。由设计题目可知，滑块30的行程为由此可确定该机构曲柄的长度连杆29的长度与机构的许用压力角、曲柄存在条件及结构有关，即由此可以看出，连杆29的长度越大，机构的最大压力角就越小。若要求则执行机构2如图23图23 曲柄滑块机构设计3. 槽轮机构的设计（1） 确定槽轮销数 当拨盘圆销数k=1时，由以上求得带入求得槽轮槽数该槽轮的如图24所示。图24 槽轮机构几何尺寸关系（2） 槽轮槽间角（3） 槽轮每次转位时拨盘的转角（4） 中心距 槽轮机构的中心距应该
13、根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为（5） 拨盘圆销回转半径（6） 槽轮半径（7） 锁止弧张角（8） 圆销半径圆整（9） 槽轮槽深取（10） 锁止弧半径取4. 滑移齿轮传动设计（1） 确定齿轮齿数 图21（a）中的齿轮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,由前面的分析可知按最小不根切齿数取则为了改善传动性能应使得相互啮合的齿数互为质数，于是可取另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同为了更接近传动比，且满足齿数互为质数，可取同理（2） 计算齿轮的几何尺寸 由于，若取模数，则这两对齿轮的标准中心为这两对齿轮为标准传动。对于齿轮7、8，为了使齿轮7、8的实
14、际中心距与齿轮5、5的中心距相同，齿轮7、8需要角度变位传动，实际中心距,，得中心距变动系数可得啮合角经过计算可以得到两个齿轮相对应的变位系数之和齿高变动系数再根据教材174页选择变位系数线图得。表1 滑移齿轮5,6几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最终结果1齿数齿轮5齿轮62模数 m3压力角4齿顶高系数5顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮5齿轮610齿顶高齿轮5齿轮611齿根高齿轮5齿轮612分度圆直径齿轮5齿轮613齿顶圆直径齿轮5齿轮614齿根圆直径齿轮5齿轮615齿顶圆压力角齿轮5齿轮616重合度表2 滑移齿轮7,8几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最
15、终结果1齿数齿轮7齿轮82模数 m3压力角4齿顶高系数5顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮7齿轮810齿顶高齿轮7 齿轮811齿根高齿轮7齿轮812分度圆直径齿轮7齿轮813齿顶圆直径齿轮7齿轮814齿根圆直径齿轮7 齿轮815齿顶圆压力角齿轮7齿轮816重合度表3 滑移齿轮9,10几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最终结果1齿数齿轮9齿轮102模数 m3压力角4齿顶高系数5顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮9齿轮1010齿顶高齿轮9齿轮1011齿根高齿轮9齿轮1012分度圆直径齿轮9齿轮1013齿顶圆直径齿轮9 齿轮10 14齿根圆直径齿轮9
16、 齿轮10 15齿顶圆压力角齿轮9齿轮1016重合度5. 齿轮传动的设计5.1圆柱齿轮传动设计由图21（a）可知，齿轮11,12,13,14实现运动功能4的减速运动功能，他所实现的传动比齿轮11、12可按最小不根切齿数确定，即于是取齿轮11、12、13、14的几何尺寸，取模数,按标准齿轮计算。由图21（b）可知，齿轮26、27实现运动功能9的增速运动功能，它所实现的传动比为，齿轮27 按不根切的最小齿数确定，即则齿轮26、27的几何尺寸，取模数m=2mm,按标准齿轮计算。表4 圆柱齿轮11,12几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最终结果1齿数齿轮11齿轮122模数 3压力角4齿顶高系数5
17、顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮11齿轮1210齿顶高齿轮11齿轮1211齿根高齿轮11齿轮1212分度圆直径齿轮11齿轮1213齿顶圆直径齿轮11 齿轮12 14齿根圆直径齿轮11 齿轮12 15齿顶圆压力角齿轮11 齿轮1216重合度表5 圆柱齿轮13,14几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最终结果1齿数齿轮13齿轮142模数 3压力角4齿顶高系数5顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮13齿轮1410齿顶高齿轮13齿轮1411齿根高齿轮13齿轮1412分度圆直径齿轮13齿轮1413齿顶圆直径齿轮13 齿轮14 14齿根圆直径齿轮13 齿轮1
18、4 15齿顶圆压力角齿轮13 齿轮1416重合度表6 圆柱齿轮26,27几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮26齿轮27172模数 3压力角4齿顶高系数5顶隙系数6标准中心距7实际中心距 8啮合角9变位系数齿轮26齿轮2710齿顶高齿轮262齿轮27211齿根高齿轮262.5齿轮272.512分度圆直径齿轮26204齿轮273513齿顶圆直径齿轮26 208齿轮27 3814齿根圆直径齿轮26 199齿轮27 2915齿顶圆压力角齿轮26齿轮2716重合度1.7035.2圆锥齿轮传动设计由图21（a）可知，锥齿轮16,17实现图运动功能7的减速运动功能，它所实现的传动比为3。两圆
19、锥齿轮的轴交角为锥齿轮17的分度圆锥角锥齿轮16的分度圆锥角锥齿轮的最小不根切当量齿数锥齿轮16的最小不根切当量齿数锥齿轮17的齿数取模数m=2mm,按标准直齿锥齿轮传动计算。表7 圆锥齿轮16,17几何尺寸表序号项目代号计算公式及计算结果最终结果1齿数齿轮16齿轮172模数23压力角4齿顶高系数5顶隙系数6分度圆锥角齿轮16齿轮177分度圆直径齿轮16齿轮178锥距9齿顶高齿轮162齿轮17210齿根高齿轮162.4齿轮172.411齿顶圆直径齿轮1635.495齿轮1797.26512齿根圆直径齿轮16齿轮1713当量齿数齿轮16齿轮1714当量齿轮齿顶圆压力角齿轮16 齿轮1715重合度 6. 带传动设计带的类型：胶帆布平带；带轮直径分别为100mm，250mm；轴间距200mm。五、机械系统实际运动循环图构件运动情况21进退进退进退15 30退停止进退28停止24 25停止图25 曲柄15逆时针转动时的机构运动循环图构件运动情况21进退进退进退15 30退停止进退2824 25停止图26 曲柄15顺时针转动时的机构运动循环图27
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