机械课程设计讲解

1、机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：玻璃印花机构及传动装置 设 计 者： 学 号： 专业班级：机械工程及自动化 1 班 指导教师： 完成日期：天津理工大学机械工程学院目录一 设计题目1.1 设计目的11.2 设计题目11.3 设计条件及设计要求2二 执行机构运动方案设计2.1 功能分解与工艺动作分解22.2 方案选择与分析32.3 执行机构设计112.4 机械系统方案设计运动简图13三 传动系统方案设计3.1 传动方案设计173.2 电动机的选择183.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配203.4 传动装置的运动和动力参数计算20四 设计小结 22五 参考文献 24一 设计题目1.1

2、设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练， 是一个重要 的实践性教学环节。设计的目的在于， 进一步巩固并灵活运用所学相关知识； 培养应用所学过的 知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计 （ 机构运动简 图设计 ）有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案 的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料 诸方面的能力， 以及利用现代设计方法解决工程问题的能力， 以得到一次较完整 的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、 结构、运动方式、 力 和能量的传递方式、 各个构件的尺寸等进行

3、构思、 分析和计算， 是机械产品设计 的第一步， 是决定机械产品性能的最主要环节， 整个过程蕴涵着创新和发明。 为 了综合运用机械原理课程的理论知识， 分析和解决与本课程有关的实际问题， 使 所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2 设计题目： 玻璃印花机构及传动装置工作原理： 玻璃瓶印花机需要完成三个执行 动作：置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装 放于座中）作单向间歇（向左）直线移 动；定位压块作水平方向的往复移动， 以便压紧瓶颈端面或松开； 下端装有上 墨系统的印花弧形图章上下往复移动。 通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶 印花工作。印花过程的工作要求是： 当置瓶座 中的

4、玻璃瓶由输送链（或带）移进工作 位置后，停止前进，压瓶定位压块开始 左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。此时，上方的印花弧形图章已向下移动， 并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。然后，图章上移，定位压块右移松 开，输送链带着瓶移开工作位置， 后一个瓶又进入工作位置， 开始第二次的印花 循环过程。印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。方案号6分配轴转速 n（r/min）50分配轴转矩 T（Nm）540玻璃瓶单程移距（ mm）115分配轴输入功率（ kw）1.0印花图章上下移距（ mm）52定位压块左右移距（ mm）25说明：（1）工作条件： 2 班制，工作环境良好，有轻微振动； （2）使用

5、期限十年，大修期三年；（ 3）生产批量：小批量生产（ 20 台）；（ 4）带传动比 i=2.5 3.5；（ 5）采用 Y 型电动机驱动。（6） 分配轴 ：与减速器输出轴相连接（各执行机构的输入轴） 。1.3 设计条件及设计要求1） 动力源是电动机。2） 三执行构件（定位压块、弧形图章、步进链） 弧形图章上下往复移动二、执行机构运动方案设计2.1 功能分解与工艺动作分解1） 功能分解 为了实现玻璃印花的总功能， 将功能分解为： 印花图章的印花功能、 定位压 块的固定夹紧功能、置瓶座的固定功能。2） 工艺动作分解。要实现上述分功能，有下列工艺动作过程：（1）利用间歇运动机构实现置瓶座的单向间歇直线

6、运动，使玻璃瓶运动到工 作位置后停止，等待印花。（2）定位压块开始向左移动，压紧瓶颈，使玻璃瓶在水平位置固定。(3) 瓶子固定好之后，位于其上方的印花图章开始向下移动，压在瓶子柱面 上，停止片刻后印花完成。随后图章上移，定位压块向右松开，输送链带着瓶子 离开工作位置，开始第二次的印花循环过程2.2 方案选择与分析1 弧形图章的运动机构设计弧形图章机构的主要运动要求： 作上下直线往复运动， 并要有一定的加压时方案二方案一方案四弧形图章的运动方案定性分析：方案号主要性能特征功能功能质量经 济 适 用 性运动变换增 力加 压 时 间一级 传动 角二级 传动 角工作 平稳 性磨损 与变 形效 率复杂性

7、加工 装配 难度成本运 动 尺 寸满 足弱较 长较小-平稳一般高简单易一般较 小满 足弱较 长较大-一般一般高简单易一般较 小满 足无短小大有冲 击一般高复杂易一般较 大满 足无短大大有冲 击一般高较复 杂易一般般对以上方案进行初步分析。从表中的分析结果不难看出，方案 1， 2 有较好 综合性能。 印花机构在竖直方向上的往复运动中， 要求在印花过程中有一段时间 停歇，故曲柄滑块机构不满足要求，所以选取凸轮机构。2 定位压块的运动机构设计方案二方案一方案三方案四定位压块机构运动方案定性分析：方案号功能经 济 适 用 性运动变 换水平 往复工作平稳性磨损与 变形效率复杂性加工装 配难度成本运动尺

8、寸1满足有又冲击强较高简单易低小2满足有平稳一般较高简单一般一般小3满足有平稳一般较高复杂较难较高小4满足无有冲击一般较高较复杂较难高小对以上方案初步分析。 从表中的分析结果不难看出， 方案一磨损严重， 方案3， 4 成本较高。3 置瓶座的运动机构设计方案二置瓶座运动机构运动方案定性分析方案号功能经 济 适 用 性间歇 送进工作平 稳性磨损与 变形效率复杂性加工装 配难度成本运动尺 寸1有平稳一般较高较复杂较难较高较大2有平稳强较高较复杂较难较高较大3有平稳一般较低复杂最难高较小对以上方案初步分析，槽轮机构结构简单，工作稳定。故方案一最佳3 执行机构运动方案的形成机器中各工作机构都可按前述方法

9、构思出来， 并进行评价， 从中选出最佳的 方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。 为使各执行构件的运动、 动作在时间上相互协调配合， 各机构的原动件通常由同 一构件（分配轴）统一控制。1) 凸轮机构印花弧形图章机构，凸轮机构的定位压块机构，槽轮机构 置瓶器2) 凸轮弧形图章印花机构、曲柄滑块定位机构、不完全齿轮间歇机构置瓶器3) 凸轮印花弧形图章机构、齿轮齿条定位压块机构、不完全齿轮间歇机构置瓶器4）凸轮弧形图章印花机构、曲柄滑块定位机构、槽轮机构置瓶器2.3 执行机构设计1. 执行机构设计 执行机构分别为：（1）凸轮印花机构（2）凸轮定位机构 （3）不完全齿轮

10、输送机构 印花机构的设计：凸轮机构的设计； 定位机构的设计：凸轮机构的设计； 输送机构的设计：不完全齿轮机构的设计；1）印花机构的设计凸轮机构设计： 凸轮推程运动角 取 120，回程运动角 取与推程运动角 相等，远 休止角s取30，近远休止角s取 30。升程 h取52mm。为了防止出现刚 性冲击，故采用简谐运动。下面的三张截图，均为通过软件，所做的移动从动件盘形滚子凸轮的动态仿 真图和不同数据下的动态演示， 以及运动规律图， 通过这些截图能清晰的反应凸 轮的运动规律及动态图形2）输送机构的设计槽轮机构设计其1 角取 90。*D4=120mmR=76.4mm3）定位机构的设计13摇杆机构设计其2

11、 角取 12014uujoe由图可知L2 3L1L1 L2 L1 30(2 3)L1 30L1 111.9mmL2 193.8mm2. 机构运动循环图1 弧形图章印花机构 2 定位压块机构 3 置瓶座机构主动件旋转 90，传动带停止运转，定位压块接触玻璃瓶。主动件旋转 120，印花机构接触玻璃瓶开始印花。主动件旋转 180，图章开始离开玻璃瓶，向上移动。主动件旋转 240，定位压块开始向右移动，离开玻璃瓶。主动件旋转 360，传送带带动玻璃瓶向左移动，开始下一循环。三、传动系统方案设计3.1 传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间， 将原动机的运动和动力传递给执行系 统。除进行功率传递，

12、使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用： 实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路 传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。 当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后， 即可根据执行机构所需要的 运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下， 传动环节应尽量简短， 这样可使机构 和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效 率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求， 执行系统对动力、 传动比或速度变化 的要求以及原动机的工作特性， 选择合

13、适的传动装置类型。 根据空间位置、 运动 和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件， 合理拟定传动路线， 安排各传动机构的先后顺序， 完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布 置方案。机械系统的组成为：原动机 传动系统 （ 装置 ）原动机：Y 系列三相异步电动机；传动系统 （机构） ：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳， 承载能力高等 优点，故在

14、减速器中采用斜齿轮传动。 根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮 传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直 径和齿轮的齿数。故传动系统由“ V带传动 +二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据：已知工作机（执行机构原动件）主轴：转速： n=50 (r/min)转矩： T=540 (N/m)3.2 电动机的选择1）选择电动机类型按已知工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。2）选择电动机容量a工作轴输出功率 ：PW=T /1000 （KW）=n/30=50/30=5.233 (rad/s)18Pw= T /1000=540*5.233/10

15、00=2.82582 KW注：工作轴执行机构原动件轴b所需 电动机的功率： Pd= PW /a a由电动机至工作轴的传动总效率 a =带 轴承 3齿轮 2 联 查表可得：对于 V带传动 :带 =0.96对于 8 级精度的一般齿轮传动： 齿轮=0.97 对于一对滚动轴承： 轴承 =0.99 对于弹性联轴器： 联轴器 =0.99则 a =带 轴承 3齿轮 2联 =0.960.9930.9720.99= 0.868 Pd= PW / a=2.82582/0.868=3.256 KW 查各种传动的合理传动比范围值得：V 带传动常用传动比范围为 i 带 =2 4，单级圆柱齿轮传动比范围为 i 齿 =3

16、5，则电动机转速可选范围为nd=i 带 i 齿 2n2=（24）（ 35）2 n=（18 100 ） n=（18100）50=9005000 r/min符合这一转速范围的同步转速有 750 r/min、1000 r/min 和 1500 r/min ，根据 容量和转速，由有关手册查出三种适用的电动机型号电动机型号额定功率 ped/kw电动机转速 / r/min同步满载Y90L-41.515001400Y100L-61.51000940Y132S-82.275071019对于电动机来说， 在额定功率相同的情况下， 额定转速越高的电动机尺寸越 小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。若原动机的转

17、速选得过高，势必 增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。由以上三种方案可知， 选定电动机型号为 Y90L-4Y90L-4 电动机数据如下：额定功率： 1.5 KW满载转速： n 满=1400 r/min同步转速： 1500 r/min3.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配1. 传动装置的总传动比i 总=n 满/n= 1400/50=28.82. 分配各级传动比根据机械设计课程设计表 2.2 选取，对于三角 v 带传动，为避免大带 轮直径多大，取 i 12=2. 8；则减速器的总传动比为 i 减=i 总/3.6=28.8/3.6=8 对于两级圆柱斜齿轮减速器， 按两个大齿轮具有相

18、近的浸油深度分配传动 比，取 ig=1.3idi 减= igid = 1.3i2d=8i d=1.84ig=1.3id=2.38注：ig -高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；3.4 传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速：电机轴：n 电 =500 r/min轴n=n 电 /i 带=1400/2.8=500r/min轴n=n/ ig=500/2.38=210r/min轴n=n/ id =210/1.84=114r/min计算各轴的输入和输出功率：20轴：输入功率P=Pd带 =3.256 0.96=3.125 kw输出功率P=3.125轴承 =3.125 0.99=3.094 kw轴：

19、输入功率P=3.094齿轮=3.0940.97=3.001kw输出功率P= 3.001 轴承=3.0010.99=2.971kw轴输入功率P=2.971齿轮=2.9710.97=2.882kw输出功率P= 2.882 轴承=2.8820.99=2.853kw计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n 电=9.551063.256/14403=21.6 103 Nmm 轴： 输入转矩 T=9.55 106 P / n=9.551063.125/5003=59.1103 N mm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.004/5003=58.310

20、 N mm 轴： 输入转矩 T=9.55 106 P / n=9.551063.001/210 3=13.610 N mm输出转矩 T=9.55106P / n=9.55 1062.971/2103=135.1 103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55 106 P / n=9.551062.882/19.963=1378.9103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.55 1062.853/19.963=1365103 Nmm将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率 p/kw转矩 T ( N mm)转速 n/r min-1传动比 i效率 输入输出输入输出电机轴3.25

21、621.610314002.8轴3.1253.09459.110358.31035002.38轴3.0012.9713136.41033135.11032101.84轴2.8822.85331378.910331365.5103114四、设计小结这次课程设计， 我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置。 其实它就是运 用机械原理课上所学过的连杆机构，凸轮，带传动，间歇运动，齿轮传动，链条 传动原理等。通过对有关书籍的参考，和老师耐心的教导，我对于我的设计产生了灵感， 也引发了我浓厚的兴趣。 找对了方向也就找到了设计的突破口。 这为我以后的毕 业设计带来了很大的方便。原来此设计的关键点在于间歇机构

22、的设计与运用。我在学校的图书馆找到一些相关的资料 , 回来查到了很多 , 看到了很多机构 , 使我开阔了眼界，也学习到了很多设计方法和思想。在设计的过程中，我也遇到了很多问题，比如 CAD的画法， PRO-E的渲染方 法，传动机构的计算等，都在老师、同学和书籍的帮助下一一破解。不仅让我学 习到解决问题的方法， 也体会到成功的喜悦。 同时为大四的毕业设计会有很大帮 助。在机械原理课上所学的知识是比较理论化的， 通过这些理论我了解了一些机 构的运动方案与运动轨迹， 至于这些构件、 这些机构真正要派些什么用场， 在我 脑中的概念还是挺模糊的， 但是在这次为完成课程设计的任务当中， 我开始对传 授机械

23、原理这门课的真正意义所在有了初步了解。 换句话说， 因这次课程设计我 把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。通过这次玻璃瓶印花机构及传动装置的设计， 我知道其实要做一项课程设计 并不简单，要把它做好就更不易了， 从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。 在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高。 但也因此而小 小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。几周机械原理设计的学习及研究， 我明白了许多在课堂上不懂的知识， 也让 我深刻体会到实践学习的重要性。正是这种实践练习，使我看到了自己的不足， 学会了很多解决问题的方法。通过这次课程设计 , 其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易 了，从中我也感到自己的知识面其