機械原理課程設計---塊狀物品推送機的機構綜合與設計

1、<p><b>　　機械原理</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　塊狀物品推送機的機構綜合與設計</p><p><b>　　題目說明</b></p><p>　　在自動包裹機的包裝作業(yè)過程中，經(jīng)常需要將物品從前一工序轉送到

2、下一工序。現(xiàn)要求設計一用于糖果、香皂等包裹機中的物品推送機，將塊狀物品從一位置向上推送到所需的另一位置，如右圖所示 </p><p>　　1．設計數(shù)據(jù)與要求：</p><p>　　1）向上推送距離H=120mm，生產(chǎn)率為每分鐘推送物品120件；</p><p>　　2）推送機的原動機為同步轉速為3000轉/分的三相交流電動機，通

3、過減速裝置帶動執(zhí)行機構主動件等速轉動；</p><p>　　3）由物品處于最低位置時開始，當執(zhí)行機構主動件轉過1500時，推桿從最低位置運動到最高位置；當主動件再轉過1200時，推桿從最高位置又回到最低位置；最后當主動件再轉過900時，推桿在最低位置停留不動；</p><p>　　4）設推桿在上升運動過程中，推桿所受的物品重力和摩擦力為常數(shù)，其值為500N；設推桿在下降運動過程中，推桿所受

4、的摩擦力為常數(shù)，其值為100N；</p><p>　　5）使用壽命10年，每年300工作日，每日工作16小時；</p><p>　　6）在滿足行程的條件下，要求推送機的效率高（推程最大壓力角小于350），結構緊湊，振動噪聲小。</p><p><b>　　2. 設計任務：</b></p><p>　　1）至少提出三種運動

5、方案，然后進行方案分析評比，選出一種運動方案進行機構綜合；</p><p>　　2）確定電動機的功率與滿載轉速；</p><p>　　3）設計傳動系統(tǒng)中各機構的運動尺寸，繪制推送機的機構運動簡圖；</p><p>　　4）在假設電動機等速運動的條件下，繪制推桿在一個運動周期中位移、速度和加速度變化曲線；</p><p>　　5）如果希望執(zhí)行機

6、構主動件的速度波動系數(shù)小于3%，求應在執(zhí)行機構主動件軸上加多大轉動慣量的飛輪；</p><p>　　6）進行推送機減速系統(tǒng)的結構設計，繪制其裝配圖和兩張零件圖；</p><p>　　7）編寫課程設計說明書。</p><p><b>　　二、方案設計與評價</b></p><p><b>　　1.方案設計<

7、/b></p><p>　　針對此問題我們設計了三種方案，具體方案如下：</p><p><b>　　1）凸輪機構：</b></p><p>　　如圖1所示的滾子推桿盤形凸輪機構，可使推桿實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　

8、　2）凸輪－齒輪組合機構</p><p>　　如圖2所示的凸輪－齒輪組合機構，可以將擺動從動件的擺動轉化為齒輪齒條機構的齒條直線往復運動。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3）凸輪－連桿組合機構</p><p>　　如圖3所示的凸輪－連桿組合機構也可以實現(xiàn)行程放大功能</p>

9、<p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　2.方案評價</b></p><p>　　針對上述三種方案，我們做了一定的比較，對比如下：</p><p>　　總的來說，方案三既簡單，行程又比較大，所以我們選擇方案三。</p><p><b>　　三、尺寸設計<

10、;/b></p><p>　　1.執(zhí)行機構整體設計：</p><p>　　AB=1200 AC=270 AO=300 =300 =30</p><p><b>　　以上單位均為毫米</b></p><p>　　經(jīng)過程序（見附錄）驗證，上述參數(shù)滿足壓力角小于的要求。</p>

11、<p><b>　　2.凸輪形狀設計</b></p><p>　　利用上述參數(shù)，我們用matlab繪制了凸輪的輪廓圖，包括理論廓線和實際廓線，圖形如下：</p><p><b>　　四、運動分析</b></p><p><b>　　1.推桿的運動分析</b></p><

12、p>　　要盡量減少沖擊，所以推桿的運動規(guī)律我們選正弦加速度運動規(guī)律。</p><p><b>　　其推程時的方程為：</b></p><p><b>　　回程的方程為：</b></p><p>　　此時，h取120，=，=120,</p><p>　　用matlab繪制的位移、速度、加速度曲線

13、如下： </p><p>　　圖4推桿位移時間曲線</p><p><b>　　圖5速度時間曲線</b></p><p><b>　　圖6加速度時間曲線</b></p><p><b>　　2.凸輪形狀分析</b></p><p><b>　　

14、根據(jù)公式：</b></p><p>　　可以繪制出凸輪的理論廓線，</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p>　　可以繪制出凸輪的實際廓線</p><p>　　首先用余弦定理可以求：]</p><p><b>　　表示凸輪的轉角</b><

15、;/p><p>　　由于擺桿大端長度很長，所以可以將推桿的運動近似地看成是沿著大端半徑所對應的圓弧即,所以擺角的運動規(guī)律與推桿的運動規(guī)律近似成一定的比例關系，此處r=1200mm,故將面推桿的s代入，即可求得，再將代入上述公式,最終即可求得凸輪的形狀，凸輪形狀如下圖所示 </p><p><b>　　五、動力分析</b></p><p>　　1.

16、最大功率的確定（電動機的確定）</p><p>　　由上升過程中推桿的受力為500N，下降過程中推桿的受力為100N可知，最大功率發(fā)生在推桿上升過程中且,,由推桿的速度時間曲線可得，為1.2m/s，=600W,所以電動機選擇Y801-2，其滿載轉速為2850r/min,額定功率為0.75kW，符合條件。電動機如下圖所示：</p><p><b>　　2.飛輪的確定</b&g

17、t;</p><p>　　首先分別算出推程平均功率、回程平均功率以及全程的平均功率，并繪制功率時間圖像如下：</p><p>　　由圖像可知為彩色部分的面積（兩塊彩色部分面積相等，都等于），所以有=（288-192）=20J。所以飛輪的轉動慣量,由設計條件可知，，代入n可以算出,為了使波動系數(shù)充分小于，我們?nèi)　Ｓ捎陲w輪的制造工藝比較復雜，成本較高，這里我們直接選用傳動部分的與凸輪同軸的齒輪

18、來充當飛輪的作用。</p><p><b>　　六、傳動系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　帶傳動的優(yōu)點：</b></p><p>　　適用于中心距較大的傳動；</p><p>　　帶具有良好的撓性，可緩和沖擊，吸收振動；</p><p>　　過載時帶與帶輪間會出現(xiàn)

19、打滑，打滑雖然使傳動失效，但可防止損壞其他零件；</p><p>　　機構簡單、成本低廉。</p><p><b>　　帶傳動的缺點：</b></p><p>　　（1）傳動的外廓尺寸較大；</p><p>　　（2）需要張緊裝置；</p><p>　?。?）由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比

20、；</p><p>　　(4)帶的壽命較短；</p><p>　?。?）傳動效率較低。</p><p>　　通常，帶傳動適用于中小功率的傳動。目前V帶傳動應用最廣，一般帶速為V=5≈25m/s，傳動比i≦7，傳動效率0.9至0.95</p><p>　　相比于帶傳動，齒輪傳動可大大減小傳動裝置的占有空間，能保證瞬時傳動比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞

21、運動準確可靠;傳遞的功率和速度范圍較大;結構緊湊、工作可靠,可實現(xiàn)較大的傳動比;傳動效率高,使用壽命長，但其應用環(huán)境要求高,潤滑條件要好,不適合灰塵較多以及距離較遠的兩軸之間的傳動,制造和安裝精度高。</p><p>　　本系統(tǒng)原動機同步轉速為n1=3000r/min,即要求傳動系統(tǒng)輸入為3000r/min,輸出為120r/min,總傳動比i=25.綜合分析，采用一級V帶傳動和2級齒輪減速箱組合傳動，并令i1=5

22、,i2=5.傳動系統(tǒng)結構簡圖如下圖所示。</p><p>　　七、系統(tǒng)整體結構簡圖</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　[1] 王三民.機械原理與設計課程設計 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 葛文杰.機械原理（第七版） 高等教育出版社</p>

23、<p>　　[3] 張志涌,楊祖英.MATLAB教程 北京航空航天大學出版社 </p><p>　　[4] 曹惟慶.機構組成原理 北京：高等教育出版社．1985．</p><p>　　[5] 紀明剛.機械設計 高等教育出版社 2006年5月第8版</p><p>　　[6] 葉偉昌.機械工程簡明設計手冊（上冊

24、） 機械工業(yè)出版社 08年2月</p><p>　　[7] 譚浩強.程序設計（第三版） 清華大學出版社</p><p><b>　　九、小結</b></p><p>　　這次課程設計，讓我學到了很多東西，使我意識到雖然我們在課上學到很多、很豐富的知識，但是不通過實踐，學再多的理論也只是紙上談兵。通過這次課程設計，我解決問題的能力得

25、到了提高，不僅僅局限于解一道題，而是去解決一系列相關聯(lián)的題目鏈，從整體出發(fā)合作去解決一個問題的各個方面，這種能力的培養(yǎng)在平時的學習階段是很難得的，但卻是我們將來在工作崗位上最需要的！這次課設培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使我能夠更全面地去考慮問題，就拿寫論文來說吧，不光要把做的東西表現(xiàn)出來，還要去排版使得論文看上去更清晰，這并不是一件容易的事！</p><p>　　在這里我們要感謝王三民老師的精心

26、指導，每次我們?nèi)ゴ鹨?，王老師總是耐心給我們解答，正是這樣我們的課設才能順利地進行下去。</p><p>　　在課程設計這段時間里，我不僅學到了許多知識，鞏固了在《機械原理》課程中學習的知識，也讓我學會了如何去合作，如何在團隊中發(fā)揮應有的作用。在這里我也要感謝我的舍友，正是他們讓我體會到了團隊力量的偉大，通過不斷地討論、交流，最終我們最終順利地完成了這次的課程設計。</p><p>　　經(jīng)過

27、這次課程設計，我們學到了許多課本上沒有的東西，它對我們今后的生活和工作都有很大的幫助，所以這次的課程設計不僅僅有汗水和艱辛，更有那種苦后的甘甜，那種成就感！</p><p>　　最后再次感謝王三民老師的耐心指導！</p><p><b>　　十、附錄</b></p><p>　　1.推桿運動規(guī)律曲線代碼</p><p>

28、　　t=0:dt:5*pi/6;</p><p>　　s=1200*0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi));</p><p><b>　　plot(t,s)</b></p><p>　　t=5*pi/6:dt:3*pi/2;</p><p>　　s= 1200*0.1*

29、(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi));</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　plot(t,s)</b></p><p>　　t=0:dt:5*pi/6;</p><p>　

30、　v=1200*0.1*4*pi*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6);</p><p><b>　　plot(t,v)</b></p><p>　　t=0:dt:5*pi/6;</p><p>　　v=1200*0.1*4*pi*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6);</p&g

31、t;<p><b>　　plot(t,v)</b></p><p>　　t=5*pi/6:dt:3*pi/2;</p><p>　　v=1200*0.1*4*pi*(cos(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))-1)/(2*pi/3);</p><p><b>　　hold on</b><

32、/p><p><b>　　plot(t,v)</b></p><p>　　t=0:dt:5*pi/6;</p><p>　　a=2*pi*1200*0.1*16*pi*pi*sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(25*pi*pi/36);</p><p><b>　　plot(t,a)</b>&l

33、t;/p><p>　　t=5*pi/6:dt:3*pi/2;</p><p>　　a=-2*pi*1200*0.1*16*pi*pi*sin(2*pi*(t-pi*5/6)/(2*pi/3))/(4*pi*pi/9);</p><p><b>　　2.凸輪形狀代碼</b></p><p>　　dt=pi/500;</p

34、><p><b>　　A=500;</b></p><p><b>　　L=320;</b></p><p>　　Fai0=0.609358;</p><p>　　t=0:dt:5*pi/6;</p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(t/(5*pi/6

35、)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+ Fai0);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+ Fai0);</p><p>　　plot(x,y,'r'),axis equal</p><p><b>　　g

36、rid on</b></p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+ Fai0)-30*sin(t);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+ Fai0)-30*cos

37、(t);</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(x,y,'.k');</p><p>　　t=5*pi/6:dt:3*pi/2;</p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1* (1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*

38、(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+ Fai0);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1* (1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+ Fai0);</p><p><b>　　hold on</b></p><p>

39、;　　plot(x,y);</p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1* (1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0) -30*sin(t);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1* (1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-

40、5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0) -30*cos(t);</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(x,y,'.k');</p><p>　　t=3*pi/2:dt:2*pi;</p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t-

41、3.8982e-018+ Fai0);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t-3.8982e-018+ Fai0);</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(x,y,'mh');</p><p>　　x=A*sin(t)-L*sin(t-3.8

42、982e-018+ Fai0) -30*sin(t);</p><p>　　y=A*cos(t)-L*cos(t-3.8982e-018+ Fai0) -30*cos(t);</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(x,y,'.k');</p><p><b

43、>　　hold on</b></p><p>　　t=0:dt:2*pi;</p><p>　　x=300*cos(t);</p><p>　　y=300*sin(t);</p><p>　　plot(x,y,'g')</p><p>　　title('彩線為理論曲線，黑線為實

44、際輪廓曲線，綠線為基圓')</p><p><b>　　3.驗證壓力角代碼</b></p><p><b>　　1）推程</b></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define pi 3.1415926</p><p

45、>　　#include<math.h></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　double a=500,l=320,r=300,zhenga,m;</p>

46、<p>　　double fai0,t,t1=pi/120,fai,dfai;</p><p>　　FILE * fp;</p><p>　　fp=fopen("d:\\機械原理推程1.txt","w+");</p><p>　　fai0=acos((a*a+l*l-r*r)/(2*a*l));</p>

47、;<p>　　printf("a指凸輪中心到擺桿圓心距離.\n");</p><p>　　fprintf(fp,"a指凸輪中心到擺桿圓心距離.\n");</p><p>　　printf("l指擺桿半徑長度。\n");</p><p>　　fprintf(fp,"l指擺桿半徑長度。\

48、n");</p><p>　　printf("r指凸輪基圓半徑.\n");</p><p>　　fprintf(fp,"r指凸輪基圓半徑.\n");</p><p>　　printf("所有顯示數(shù)據(jù)保存在d:\\機械原理推程1.txt。\n");</p><p>　　fpr

49、intf(fp,"所有顯示數(shù)據(jù)保存在d:\\機械原理推程1.txt。\n");</p><p>　　printf("FAI0=%lf ",fai0);</p><p>　　fprintf(fp,"FAI0=%lf ",fai0);</p><p>　　m=tan(35*pi/180);</p>

50、;<p>　　printf( "標準正切=%lf\n",m);</p><p>　　fprintf(fp,"標準正切=%lf\n",m);</p><p>　　for( i=0;i<=100;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>&l

51、t;b>　　t=i*t1;</b></p><p>　　printf(" T=%lf ",t);</p><p>　　fai=0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi));</p><p>　　dfai=0.1*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6)

52、;</p><p>　　printf("FAI=%lf ",fai);</p><p>　　fprintf(fp,"FAI=%lf ",fai);</p><p>　　zhenga=(a*cos(fai+fai0)-l*(1-dfai))/(a*sin(fai+fai0));</p><p>

53、;　　printf("正切=%lf ",zhenga);</p><p>　　fprintf(fp,"正切=%lf ",zhenga);</p><p>　　if(zhenga>tan(35*pi/180))</p><p><b>　　{</b></p><p&

54、gt;　　printf("有問題\n");</p><p>　　fprintf(fp,"有問題\n");</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b><

55、/p><p>　　printf("沒問題\n");</p><p>　　fprintf(fp,"沒問題\n");</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

56、;/b></p><p><b>　　2）回程</b></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define pi 3.1415926</p><p>　　#include<math.h></p><p>　　void main(

57、)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　double a=500,l=320,r=300,zhenga,m;</p><p>　　double fai0,t,t1=pi/120,fai,dfai;</p><

58、;p>　　FILE * fp;</p><p>　　fp=fopen("d:\\機械原理回程2.txt","w+");</p><p>　　fai0=acos((a*a+l*l-r*r)/(2*a*l));</p><p>　　printf("a指凸輪中心到擺桿圓心距離.\n");</p>

59、<p>　　fprintf(fp,"a指凸輪中心到擺桿圓心距離.\n");</p><p>　　printf("l指擺桿半徑長度。\n");</p><p>　　fprintf(fp,"l指擺桿半徑長度。\n");</p><p>　　printf("r指凸輪基圓半徑.\n"

60、;);</p><p>　　fprintf(fp,"r指凸輪基圓半徑.\n");</p><p>　　printf("所有顯示數(shù)據(jù)保存在d:\\機械原理推程1.txt。\n");</p><p>　　fprintf(fp,"所有顯示數(shù)據(jù)保存在d:\\機械原理推程1.txt。\n");</p>

61、<p>　　printf("FAI0=%lf ",fai0);</p><p>　　fprintf(fp,"FAI0=%lf ",fai0);</p><p>　　m=tan(35*pi/180);</p><p>　　printf( "標準正切=%lf\n",m);</p>&

62、lt;p>　　fprintf(fp,"標準正切=%lf\n",m);</p><p>　　for( i=0;i<=80;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　t=pi*5/6+i*t1;</p><p>　　printf(" T=%lf &

63、quot;,t);</p><p>　　fai=0.1* (1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi));</p><p>　　dfai=0.1*(cos(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))-1)/(2*pi/3);</p><p>　　printf("FAI=%lf

64、 ",fai);</p><p>　　fprintf(fp,"FAI=%lf ",fai);</p><p>　　zhenga=(a*cos(fai+fai0)-l*(1-dfai))/(a*sin(fai+fai0));</p><p>　　printf("正切=%lf ",zhenga);&l

65、t;/p><p>　　fprintf(fp,"正切=%lf ",zhenga);</p><p>　　if(zhenga>tan(35*pi/180))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　printf("有問題\n");</p>&

66、lt;p>　　fprintf(fp,"有問題\n");</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　printf("沒問題\n")