机械原理课程设计

一、产品包装生产线使用功能描述。

图中所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长宽高=400200200，小包装产品送至a处达到2包时，被送到下一个工位进行包装。原动机转速为1430rpm，每分钟向下一工位可以分别输送14，22，30件小包装产品。

图1 产品包装生产线（方案一）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。

t1t1t`2

t2图2 生产包装线方案1 运动循环图。

图2中t1 是执行构件1的工作周期， t2 是执行构件2的工作周期，t’2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t2 是执行构件1的工作周期t1的2倍。执行构件2的动作周期t’2则只有执行构件1的工作周期t1的二分之一左右，因此，执行构件2大多数时间是在停歇状态。

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连续的往复运动，主动健美转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件转速分别为转/分。

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==51.07

iz2==32.50

iz3=1=23.83

总传动比由定传动比ic和变传动比iv两部分构成，即。

iz1=iciv1

iz2=iciv2

iz3=iciv3

3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=2于是定传动比为ic= =25.54

变传动比的其他值为iv2= =1.27

iv3===0.93

于是，传动系统的有级变速功能单元如图4所示。

i=2，1.27，0.93

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=25.54/2.5=10.22

减速运动功能单元如图6所示。

i=10.22

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。

为了使用统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。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2倍，也就是说，运动分支在驱动执行构件2之前应该减速，使其转速等于执行机构1的主动件转速的一半；由于执行构件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9所示。

1430rpm i=2.5 i=2，1.27，0.93i=10.22

图7 实现执行构件1运动的运动功能系统图。

图8 运动分支功能单元。

图9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的间歇时间是工作周期t2的3/4，即其运动时间是其工作周期t2的1/4。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10所示。

图10 间歇运动功能单元。

由于执行构件2的动作周期t’2是执行构件1的工作周期t1的一半，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11所示。

i=0.25

图11增速运动功能单元。

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12所示。

图12执行机构2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13所示。

1430rpm i=2.5i=4，2.55，1.87i=10.22

i=20.25i=0.25

图13 产品包装生产线方案1的运动功能系统图。

四、系统运动方案拟定。

根据图13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13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。

图14 电动机替代运动功能单元1

图13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15 皮带传动替代运动功能单元2

图13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=4，2.55，1.87

图16 滑移齿轮变速替代运动功能单元3

图13中的运动功能单元4是减速功能，可以选择行星齿轮传动代替，如图17所示。

图17行星齿轮传动替代运动功能单元4

图13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与导杆滑块机构的曲柄固连替代。如图18所示。

运动输出。运动输入。

运动输出。运动输出。

运动输入5运动输出。

图18 2运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元5

图13中的运动功能单元6是把连续转动转换为连续往复摆动，可以选择导杆滑块机构替代，如图19所示。

图19 导杆滑块机构替代运动功能单元6

图13中的运动功能单元7是减速功能，且其运动输入轴与运动输出轴相互垂直，可以用锥齿轮替代，如图20所示。

i=2图20圆锥齿轮传动替代运动功能单元7

图13中运动功能单元8是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为0.25，根据槽轮机构运动系数的计算公式。

= (z-2)/2z

式中z---槽轮径向槽数。

于是槽轮的径向槽数为。

z=2/(1-2τ) 2/(1-2*0.25)=4

该槽轮机构如图21所示。

图21 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元8

图13中的运动功能单元9是增速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，如图22所示。

图22 圆柱齿轮传动替代增速运动功能单元9

图13中的运动功能单元10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23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10

根据以上分析，，如图24所示（见a3图纸）。

五、系统运动方案设计。

1. 执行机构1的设计。

执行机构1驱动执行构件1运动，由图25可知，执行机构1由曲柄14，滑块17，导杆18，连杆19和滑枕20组成。由设计题目知，滑枕20的行程为。

h=480mm

滑枕20的行程由导杆18的摆动实现。曲柄导杆机构是一种具有急回运动特性的机构，设在工作中该机构的行程速比系数为。

k=1.4则该机构的级位夹角为

=(k-1)/(k+1) *1800=0.4/2.4*1800=300

导杆18的摆角为φ=θ300

由此可得导杆18的长度为l

如图25所示，作直线γ，在此直线上确定两点c1、c2，其距离为c1 c2=h

作线段c1 c2的中垂线，并以c1为圆心，以导杆长度l的为半径做圆弧交线段c1 c2的中垂线于点d，该点为导杆18的摆转中心。当导杆由位置c1d摆到位置c2d时，其摆角为ψ，其轨迹为c1c’ c2。该轨迹的最高点为c’，最低点为c1，在最高点和最低点之间做平行于c1 c2的中线γ’，该线为滑枕20的导路，距点d的距离为。

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