香烟盒包装机机构设计

- 1 -湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋机械工程 学院（系、部） 第 二 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 职称 教授 学生姓名 . 专业班级 . 学号.题 目 香烟盒包装机设计 成 绩 起止日期 2012 年 6 月 11 日 2012 年 6 月 15 日目 录 清 单序号 材 料 名 称 资料数量 备 注1 课程设计任务书 12 课程设计说明书 13 课程设计图纸 若干 张456 湖南工业大学 机械原理课程设计- 0 -机 械 原 理 课程设计设 计 说 明 书香烟盒包装机设计起止日期： 2012 年 6 月 11 日 至 2012 年 6 月 15 日学 生 姓 名 .班 级 .学 号 .成 绩指 导 教 师 (签 字 )机械工程学院（部）2012 年 6 月 11 日 湖南工业大学 机械原理课程设计- 1 -目录0.设计任务书21.工作原理和工艺动作分解32 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图63.执行机构选型与比较74.机械运动方案的选择和评定95.机械传动系统的速比和变速机构136.包装机的机构运动简图147.运动机构的尺度设计158 包装机机构的三维建模189,运动机构的速度与加速度分析1910.参考资料2211.设计总结23 湖南工业大学 机械原理课程设计- 2 -湖南工业大学课程设计任务书2011 2012 学年第 2 学期机械工程 学院（系、部） 机械类 专业 . 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 香烟盒包装机设计 完成期限：自 2012 年 6 月 11 日至 2012 年 6 月 15 日共 1 周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数将 10 包烟装成一条并封口。主要运动包括：将 10 包烟送到包装工位进行包装、封口。其余设计参数是：1）包含成品烟送料、包装纸送料动作。2）每小时完成包装 3600 条。3）包好的烟条送入烟箱包装工序。 二、设计工作量要求：1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；2）构思能实现上述动作要求的成品烟送料机构，包装纸送料机构，包装机构；3）结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；5）画出机械运动方案简图；6）对传动机构和执行机构进行尺度设计；7）完成设计计算说明书。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。 （有条件的要求用三维动画表述） 。起止日期 工作内容6.11-6.12 构思该机械运动方案6.13-6.14 运动分析及作图进度安排 6.15 整理说明书与答辩主要参考资料1 朱理机械原理 北京：高等教育出版社，2010.4：15-2002 邹慧君机械原理课程设计 北京：高等教育出版社，2010.6：15-250指 导 教 师 ： 刘扬 2012 年 6 月 11 日 湖南工业大学 机械原理课程设计- 3 -设计题目：香烟盒包装机机构设计1 设计原理：香烟盒包装机是将 10 包烟装成一条并封口。主要运动包括：将 10 包烟送到包装工位，在包装工位进行包装、封口。2 设计要求：包含成品烟送料、包装纸送料动作。每小时完成包装 3600 条。包好的烟条送入烟箱包装工序。香烟盒包装形状如图 1-1 所示：散装成品烟 包装成小包后 烟条装入烟箱图 1-1 香烟包装形状图 湖南工业大学 机械原理课程设计- 4 -第 1 章 工作原理和工艺动作分解1.1 工作原理和工艺动作分解根据工艺过程，机构应具有一个电动机三个执行构件（一个送料、一个凸轮机构控制运输爪的升降、一个导杆机构控制往复运动） 。定向送料原理根据香烟盒的定向控制机构，因为过滤嘴的重量比烟的重量大则此机构会将烟嘴的一端进行排列。2.根据推板定长计数将香烟进行叠装，第 1,3 行摆 7 根，中间的一行摆 6 根，工 3 列为一盒，在此过程中，推板的长度应满足大于（n-1）b 而小于 nb,一般取 L=(n-0.5)b(mm)。推板的高度 H=(0.8到 1.2)h，h 为物料的高度。在此过程中，推板每第 2 次推时，必需要稍微倾斜一点这样就可使包装时第 2 层为 6 根，且在包装盒中有间隙,则再重新退回到原先的位置。待包装的规则块状物料 5 经定向排列后由输送装置 4 到达挡板 1,2 之间，然后计数推板 3 推送物料到包裹工位。挡料 1,2 之间的间隔尺寸就是推板 3 一次计量的物料件数的总宽度，可表示为 B=nb+ ，式中 B 为挡板 1,2 之间的距离(mm) ; b 为每件规则物料在定向排列方向的宽度(mm) ; n 为推板一次定量物料的件数 ; 为余隙，常取 大于 1 而小于 1/2b(mm)。由此得出曲柄导杆滑块机构构件运动线图： 湖南工业大学 机械原理课程设计- 5 - 湖南工业大学 机械原理课程设计- 6 -第 2 章.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。曲柄导杆机构控制水平向左 控制水平向右凸轮机构 高度不变 控制向下运动高度不变控制向上运动图 2-1 香烟盒包装机的机构运动循环图 湖南工业大学 机械原理课程设计- 7 -第 3 章.执行机构选型与比较实现推包机构可以使用偏置滑块机构、往复移动凸轮机构、盘形凸轮机构、导杆机构、凸轮机构机构、双凸轮机构、摇杆机构滑块机构及组合机构。方案一：用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合（图 2） 。在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动。图 2 偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合如果采用直动推杆盘形凸轮机构或摆动推杆盘形凸轮机构，可有另两种方案（图 3、图 4） 。图 3 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合之一 湖南工业大学 机械原理课程设计- 8 -图 4 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合之二方案二：采用导杆机构与凸轮机构的组合机构图 5、导杆机构与凸轮机构的组合机构方案三：双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合 湖南工业大学 机械原理课程设计- 9 -第 4 章.机械运动方案的选择和评定方案一：双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合， （见图 2）图 2 双凸轮机构与摇杆机构滑块机构的组合方案一的运动分析和评价：该机构由凸轮 1 和凸轮 2，以及 5 个杆组成。机构一共具有 7 个活动构件。机构中的运动副有 7 个转动副，4 个移动副以及两个以点接触的高副。其中机构的两个磙子存在两个虚约束。由此可知：机构的自由度 F=3n-2Pl+Ph-p =1机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。所以，该机构具有确定的运动。在原动件凸轮 1 带动杆 3 会在一定的角度范围内摇动。通过连杆 4 推动杆 5 运动，然后连杆 6 在 5 的推动下带动推头做水平的往返运动，从而实现能推动被包装件向前运动。同时凸轮 2 在推头做回复运动的时候通过向上推动杆 7，使连杆的推头端往下运动，从而实现推头在给定的轨迹中运动。该机构中除了有两个凸轮与从动间接触的两个高副外，所有的运动副都是低副。在凸轮与从动件的接触时，凸轮会对从动件有较大的冲击，为了减少凸轮对从动件冲击的影响，在设计过程中把从动件设计成为滚动的从动件，可以间接增大机构的承载能力。同时，凸轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中，原动件 1 是一个凸轮，凸轮只是使 3 在一定角度的往复摆动，而对整个机构的分析可知，机构的是设计上不存在运转的死角，机构可以正常的往复运行。机构中存在两个凸轮，不但会是机构本身的重量增加，而且凸轮与其他构件的连接是高副，而高副承载能力不高，不利于实现大的载荷。 而整个机构连接不够紧凑，占空间比较大。方案二：偏置滑块机构与盘形凸轮机构组合， （见图 3） 湖南工业大学 机械原理课程设计- 10 -图 3 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合方案二的运动分析和评价：方案二的机构主要是由一个偏置滑块机构以及一个凸轮机构组合而成的。偏置滑块机构主要是实现推头的往复的直线运动，从而实现推头在推包以及返回的要求。而凸轮机构实现的是使推头在返程到达 C 点的时候能够按照给定的轨迹返回而设计的。这个组合机构的工作原理主要是通过电动机的转动从而带动曲柄 2 的回转运动，曲柄在整周回转的同时带动连杆 3 在一定的角度内摆动，而滑块 4 在水平的方向实现往复的直线运动，从而带动连着推头的杆运动，完成对被包装件的推送过程。在推头空载返回的过程中，推头到达 C 点时，凸轮的转动进入推程阶段，使从动杆往上运动，这时在杆 5 和杆 6 连接的转动副就成为一个支点，使杆 6 的推头端在从动件的 8 的推动下向下运动，从而使推头的返程阶段按着给定的轨迹返回。这个机构在设计方面，凸轮与从动件的连接采取滚动从动件，因为采用了滚动从动件，这样不但能够让从动件与凸轮之间的连接更加紧凑，而且凸轮是槽型的凸轮，能减轻凸轮对它的冲击，从而提高了承载能力。而采用的偏置滑块机构能够实现滑块具有急回特性，使其回程速度高于工作行程速度，以便缩短空回程的时间，提高工作效率。但此机构的使用的是槽型凸轮，槽型凸轮结构比较复杂，加工难度大，因此成本会比较高。方案三：偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合，（见图 4） 湖南工业大学 机械原理课程设计- 11 -图 4 偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合方案三的运动分析和评价：用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合（图 4） 。此方案通过曲柄 1 带动连杆 2 使滑块 4 实现在水平方向上的往复直线运动，在回程时，当推头到达 C 点，在往复移动凸轮机构中的磙子会在槽内相右上方运动，从而使杆 7 的推头端在偏置滑块和往复移动凸轮的共同作用下沿着给定的轨迹返回。在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动。但是，此机构所占的空间很大，切机构多依杆件为主，结构并不紧凑，抗破坏能力较差，对于较大载荷时对杆件的刚度和强度要求较高。 会使的机构的有效空间白白浪费。并且由于四连杆机构的运动规率并不能按照所要求的运动精确的运行只能以近似的规律进行运动。方案四：采用导杆机构与凸轮机构的组合机构（图 5） 湖南工业大学 机械原理课程设计- 12 -图 5 导杆机构与凸轮机构的组合机构方案四的运动分析和评价：图 5 导杆机构与凸轮机构的组合机构相对于其它的设计机构显的简单的多，采用平底从动件，多数平底与其速度方向垂直，因此受力情况好，传动效率高，与凸轮接触面间易形成锲形油膜，易润滑，结构维护简单、体积小，重量轻，但不能与内凹或直线轮廓工作，且平底不能太长。多用于高速小型凸轮机构。该设计若 L 过大则机身过高，对于 L 较小是比较好的设计。综合对四种方案的分析，方案四结构相对不是太复杂，而且能满足题目的要求，最终我选择方案四。 湖南工业大学 机械原理课程设计- 13 -第 5 章.机械传动系统的速比和变速机构系统的输入输出传动比 ，即要求设计12560i721i出一个传动比 的减速器，使输出能达到要求的转速。60i其传动系统设计如下图：电动机连接一个直径为 10 的皮带轮 2，经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段，这段皮带传动的传动比为，此时转速为 。150i 7214/min5r从皮带轮 1 输入到一个二级减速器，为了带到要求的传动比，设计齿轮齿数为， , , , 。Z2603Z45验算二级减速器其传动比 2136012i整个传动系统的传动比 25i则电动机转速经过此传动系统减速后能满足题目要求推包机构主动件的转速。 湖南工业大学 机械原理课程设计- 14 -第 6 章.包装机的机构运动简图综合本组.、.同学的机构选型，做出包装机的总体机构运动简图，如图 6-1 所示图 6-1 包装机的总体机构运动简图经计算得自由度 F=1,该机构有一个主动件，所以该机构可以正常运转。功能元分解由运动简图可知此机构可分解为俩个运动，凸轮机构控制运输爪的升降，导杆机构控制往复运动，俩者的配合及凸轮的设计可以达到 abcde 的轨迹。如图 6.1 中 1、2 为主动件，2、3、4 和 5 的导杆机构，可以完成 a、b、c 间或c、d 间的往复运动，1 的凸轮与 4 机构的平底接触，可以使整个 4 机构上下往复运动，从而有 abc 与 cd 间的高度差，通过设计凸轮的参数，配合导杆机构完成整个 abcde 的运动轨迹。c5bed1324a 湖南工业大学 机械原理课程设计- 15 -第 7 章机构运动的尺度设计导杆机构实现 a、b、c 或 d、e 间的往复运动此处导杆机构中 AB=350 mm，为输送爪的输送距离 L，OE 为摇杆，BC 为导杆,长为 S=750 mm。（1）设计简图图 7.1 导杆机构设计图 湖南工业大学 机械原理课程设计- 16 -（2）设计推导公式，350ABm 80OEm，7C，1sin2BDA，sinOEC22BC由上述式得： 34.7sinOEC m229.0DB由计算得主动件 2 的安装位置，和 CD 的高。功能二：凸轮机构实现 4 机构的上下往复运动此方案中设计的凸轮两端为圆的一部分,其中，则高(轨迹曲线的 CDE 段的最高点低于直线段 AB 的距离至少为 H =50 mm)。 湖南工业大学 机械原理课程设计- 17 -（1）设计简图图 7.2 凸轮机构设计图（2）设计说明由设计需求知，此轨迹需近似矩形，abc 段和 de 段的直线往复，需将凸轮此时的轮廓设计为圆弧，由图 7.2 可计算出 ,为输送机构轨迹的 abc 段作支撑，所以为圆弧， 段为其轨迹的 de 段作支撑，也为圆弧，让运动变的平稳很多。BAOCDEF 湖南工业大学 机械原理课程设计- 18 -第 8 章包装机的三维建模图与皱帮弼、陈坤同学的设计汇总，做出包装机的总体结构图，如图 8-1 所示图 8-1 包装机的总体结构图包装机三维图如图 8-2 所示图 8-2 包装机的装配图 湖南工业大学 机械原理课程设计- 19 -第 9 章,运动机构的速度与加速度分析用 C 语言编程计算曲柄导杆的运动，源程序如下：#include stdio.h#include math.h#define PI 3.14159265main()FILE *fp;int i;double x=0.080,y,w1=50,z=0.34347; /*定义变量 x、y、z 和 1 */double A,p1,p3,w3,a2,a3,v2,s; /*定义变量 a、 b、c、f、g 和 1 */fp=fopen(曲柄导杆机构运算结果.out,a+);fprintf(fp,p1tp3tv2tstw3ta2ta3n); /*打印表头*/fclose(fp); for(i=0;i=360;i=i+10) /*从 0-360，每 5取一个数值*/p1=PI*i/180; /*将 1 转换为弧度*/A=(x*sin(p1)+z)/(x*cos(p1); /*式 5-1*/p3=p3=sqrt(A*A)/(1+A*A); v2=-(x*w1*sin(p1-p3); /*式 5-2*/s=(x*cos(p1)/(cos(p3); /*式 5-3*/w3=(x*w1*cos(p1-p3)/s; /*式 5-4*/a2=s*w3*w3-(x*w1*w1*cos(p1-p3); /*式 5-5*/a3=-(2*v2*w3+x*w1*w1*sin(p1-p3)/s); /*式 5-6*/fp=fopen(曲柄导杆机构运算结果.out,a+); fprintf(fp,%dt%lft%lft%lft%lft%lft%lfn,i,p3,v2,s,w3,a2,a3); /*结果输出到文件*/fclose(fp); 湖南工业大学 机械原理课程设计- 20 -程序计算输出结果如下表：p1 p3 v2 s w3 a2 a30 0.973931 3.308406 0.142335 15.79516 -76.8997 427.909610 0.97655 2.875039 0.140716 19.76348 -84.0888 213.980220 0.980064 2.359805 0.134972 23.92902 -84.2029 37.4493930 0.984068 1.777474 0.125139 28.63511 -76.5584 -103.26640 0.988171 1.14396 0.111381 34.41293 -59.7442 -193.35550 0.992026 0.476312 0.09401 42.24593 -30.7956 -174.75760 0.995337 -0.20735 0.0735 54.34885 17.37202 165.591670 0.997871 -0.88798 0.050474 77.27121 106.363 1839.18980 0.999459 -1.54589 0.02569 143.6067 345.3342 14274.4890 1 -2.16121 0 1.27E+10 4.26E+10 2.06E+20100 0.999459 -2.71444 -0.02569 -114.365 -482.903 29451.43110 0.997871 -3.18723 -0.05047 -47.8848 -236.582 9204.737120 0.995337 -3.56312 -0.0735 -24.7313 -135.842 4821.75130 0.992026 -3.82849 -0.09401 -12.3256 -72.2183 3040.116140 0.988171 -3.97335 -0.11138 -4.13896 -24.958 2078.984150 0.984068 -3.99203 -0.12514 2.01656 12.10866 1466.377160 0.980064 -3.88376 -0.13497 7.092433 41.07465 1030.563170 0.97655 -3.65282 -0.14072 11.5836 62.61857 696.5489180 0.973931 -3.30841 -0.14234 15.79516 76.89969 427.9096190 0.972597 -2.86403 -0.1399 19.96 83.88297 206.3593200 0.972868 -2.3365 -0.13354 24.31174 83.4009 24.08391210 0.974916 -1.74461 -0.12345 29.15865 75.01829 -117.545220 0.978685 -1.10755 -0.10981 35.00407 57.63849 -201.813230 0.983798 -0.44362 -0.09284 42.81719 28.554 -170.265240 0.989526 0.23056 -0.07285 54.81735 -19.2374 188.7397250 0.99484 0.899796 -0.05024 77.57999 -107.493 1883.475260 0.998626 1.548966 -0.02566 143.7426 -345.715 14337.83270 1 2.161209 0 4.22E+09 -1.4E+10 2.29E+19280 0.998626 2.716893 0.025656 -114.425 482.7066 29528.93290 0.99484 3.194537 0.050238 -47.917 235.7125 9273.261300 0.989526 3.573622 0.072848 -24.6678 134.1783 4872.972310 0.983798 3.837896 0.092844 -12.1407 70.04426 3070.566320 0.978685 3.977541 0.109805 -3.8549 22.79604 2090.468330 0.974916 3.989555 0.123445 2.340102 -13.7677 1464.666340 0.972868 3.876772 0.133543 7.37748 -41.9921 1023.171350 0.972597 3.646352 0.139899 11.75438 -62.8919 690.4744360 0.973931 3.308406 0.142335 15.79516 -76.8997 427.9096 湖南工业大学 机械原理课程设计- 21 -由数据得出曲柄导杆滑块机构构件运动线图： 湖南工业大学 机械原理课程设计- 22 -第 10 章 参考资料1、 机械原理教程（第二版） 朱理