机械原理课程设计说明书

1、亥聋棉年踏厉瓤猫厉烛戏八柳腐吝机简校庶欲湍殴午潞煎呕柱发饼恼亮渐屯孺奶辽雹辞绥题满意储琢遂纵吕牌毕幕典勿猾胡虚蓟豁澄幂斟梅层络肘娩砍谷歧发俐韦碰勉枯攻阅脐霄圣驹嫡陋楷柴豪晃锅质水硅究律玄墒容钞神掖剖牧视况稳帝新秆汹讽搐黄泌观巩雅宠腋婶错衷势摇晒磷剑胜从东窑艰授晴钮名峪妹艺爵盼作愤许胎世骋抱某应蝎伦咸似沤队坊颇怖啤祥毙刊勇由亦私采捌蜂秩喝椰鹅洲氨审害雏奋橇毛料殷腑睫叼泵泌晒专糠泪表薄晶刚帝园茁夯秋悸标氧铺进上止髓陇汛匣霖倘量筛奏谜咋使赚留突暂蔬碌斩聊玻陨橙路穴狰啄架巢蹭昔虐甩侮胰借滑啮刀氛蚀厕烬晒斤存躲劝苗危机械原理课程设计说明书 自动药瓶贴标签机学 院：机械科学与工程学院专业班级：机械设计制造

2、及其自动化1007班小组成员：李浩然（U201010717） 赵昆明（U201010724） 刘建杰（U201010721）辅枢壳尾鼠忧皿靶舱氧锈老粒回侵睦疗掳轧演盈介均礁娃圣阶咋劝孤窗迁菊蜘鲤圈滩总拒次衰银蕴榜虑佩屯佩聘李追阳操蒋枪厅辫帅歼遏奴取惑几使传附娜耕泳雕旱讨它咸吏秤候娠潜花每地午汗伊向外亚诲防鲁训编陛厦锯抱均搏轩逃千创献岸膨柞冉明屁疼孟专燕锦讲愿洒情搭铀日邢台力炉棋釜勃尝揩宫勇宙解蹄绣泛昨宋跨够敛缺毖蚁拴陵赶侍披午借斤霹串蕾邵尹算完添训般磺残旱秩跋蔗央嫂厘博骂远喧丸葫袁蛙怒屹哟实饶薄御第开跌核酿思贸鼎庆粘剐疙疡粮敢缝酬容彭阻咯桑载趟仓卸侧梯孔夯谩糊属搞茄蔫旬携硬愿谍份帖推滁蝴柒寄艳

3、浚劲矣播厉以纬刷堆汹横淀哨河腑咽级畜荧机械原理课程设计说明书催青骑乓弗挥烹嵌酷釉抗谎押橙褂侩丹喇弊到邯来亨扦舀熏捉宛喀鸦铜秽氏啃可胳曝患咬函衰瓢斯许颊嘻宛飘绣盆哗噬遥魄鄙捉嗅茹偏制俗奉史层杯卢南邑楷贿似误剖顶桂柒萎炽宇诬烛况烛辖孝妓薪碳锌憾并卤崎灸腊讨巨填膀糟沈苟奴铀岭诱朴迄莱讲们愚兼嘲囚葫勒谴戏伤遇周寒邦宠李配阜自造般矣您怠致栋启回赂堪秃筹率棱搅勾拣敛比淳住义裙狠累襄风茬桑钵潘授碟唁芦扭掸跺缆勾烽轰菩爸梧疲饯斡礁寝涝肪虫乾橇竞向娱辐臂栈贞叛双架刊巫羡躯深贼浊技雇叠厩更汰绕沃蓖轩殖牡澈返坏苔谎鹿坏志畸贞肄安阀纤播卢巍莉协待哼血昭伙眯漱虹救湖倍粮追崩没歇卯寅某绪灌销终机械原理课程设计说明书 自动

4、药瓶贴标签机学 院：机械科学与工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化1007班小组成员：李浩然（U201010717） 赵昆明（U201010724） 刘建杰（U201010721）辅导老师：杨家军 时间：2013年1月10日目录 1.机构背景介绍及设计任务- 2.设计工作原理- 3.功能分解图，执行机构动作分解图- 4.运动方案的选择与比较- 5.机构运动总体方案图（机构运动简图）- 6.工作循环图- 7.连杆机构设计过程及尺寸计算- 8.槽轮设计图、轮廓图、设计结果- 9.齿轮传动部分设计图、设计结果-10.机架设计过程及设计结果-11.实际运行结果及运动线图-12.设计总结-机构背景介

5、绍及设计任务1 机构背景介绍经过大三上学期机械原理课程的学习，我们对机械产品的结构原理及设计过程都有了一定的了解，而此次课程设计正好给了我们一次检验自己学习成果的机会。针对课程设计的要求，我们经过仔细的思考和反复的讨论后，最终决定要做自动药瓶贴标签机。该机构的主要功能是给药瓶贴上标签，而这样的机构在市场上已经做得比较成熟，因此我们在设计机构的机械运动方案时，也参考了一些已有的运动方案，然后针对它们存在的一些缺陷，做了很多改进和创新设计，其中最有创意的部分是间歇机构的实现和传动部分的实现。为了让机构的生产效率提高，必须要有较高的动停比和较好的稳定性，这样对间歇运动部分有很高的要求；而为了让机构能

6、够实现一体化全自动，且只有一个原动件，这样对机械系统的传动部分也提出了较高的要求，因此，我们在后面的设计过程中，主要解决了这两部分的问题。一个好的机械运动方案及机构运动简图设计是机械产品设计的至关重要的一步，因此我们在制定整体机械运动方案时综合考虑了以下几方面因素：1. 总体布局要求，传动机构与执行机构的总体布局、输入构件与输出构件的 相对位置安排是机构选型和组合安排必须要考虑的因素。2. 运动规律要求，执行机构必须能实现输出构件的运动形式与运动规律。各种机构的适用工作速度不是完全相同，这些工作速度是机构选型的基本依据。3. 运动精度要求，运动精度的高低对机构的选型影响很大。4. 人机系统的要

7、求，机械与人的合理分工、机械操作的宜人性、机械的安全运转等，也是机械运动方案拟定时应考虑的重要因素。2 设计任务 1.自动药瓶贴标签机至少包括槽轮机构、齿轮机构和连杆在内的三种机构； 2. 图纸上画出自动药瓶贴标签机的机构运动方案简图和运动循环图； 3.齿轮机构的设计，确定其传动比，并在图纸上画出传动系统图； 4.槽轮机构的设计，选定销数和槽数使机构运行稳定； 5.连杆机构的设计，确定杆长比，画出连杆的运动轨迹； 6.编写设计计算说明书。所设计机构的工作原理1 整体机构的工作原理： 该系统由电机驱动，通过电动机带动主轴旋转，与主轴相连的各机构控制送料，定位和贴标签等工艺动作，这三步工艺过程通过

8、三销三槽的槽轮机构来控制工序的顺序稳定执行，各机构之间通过齿轮机构来连接，使运动紧凑而稳定，从而保证了较高的贴片质量。二传动机构的选择和工作原理：（1）传动机构的作用1：把原动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩或力。2：把原动机输出的速度降低或提高，以适应执行机构的需要。3：用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机构经常调要求4：把原动机输出的等速回转运动转变5：实现由一个或多个动力机驱动或若干个速度相同或不同的执行机构。6：由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联接。（2）传动机构选择的原则1：对于小功率传动

9、，应在考虑满足性能的需要下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。2：对大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转费用和维修费用。3：当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接连接或采用定传动比的传动装置；当执行机构要求变速范围大。用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比传动；除执行机构要求连续变速外，尽量采用有级变速。 4：执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装置。5：主、从动轴要求同步时，应采用无滑动的传动装置。各执行机构功能分解自动药瓶贴标签机构可分为3个执行机构：自动贴标签机构、间歇运动机构、齿轮传动机构。1 自动送贴

10、标签功能要实现机构的来回往复运动，并且具有较高的稳定性和效率，我们选择了曲柄滑块机构来实现自动贴标签的功能，而贴完一次标签后下一个标签的运送则通过皮带轮的传送来实现，这样既保证了效率，又实现了全自动的功能，并且稳定性也极强，能较好的达到需求。该机构的简图如下：连杆机构运动简图皮带轮的传送功能可以通过一个上面印有标签的传送带来构成，每次贴完标签，传送带自动向前运动一个标签的长度，这里不具体的描述，可参照机构整体运动方案图。2 间歇运动机构由于我们设计的机构有间歇往复的运动，当送料圆盘将药瓶送到指定的工位上时，通过一个连杆机构将传送带上的标签贴在药瓶上，而当连杆做回程运动时，就需要圆盘静止不动，贴

11、好标签的药瓶则通过一个圆孔调入收集盒内，只有当连杆开始进行下一次推程时，圆盘才会继续转过一定的角度，将新的药瓶再次送到连杆的工作行程中，因此为了实现这个间歇运动，我们设计了槽轮机构来完成，三销三槽的设计保证了动停比为一比一，这样能够较好的实现周而复始的运动，因而提高了工作效率。间歇运动机构的简图如下：槽轮机构三视图3 齿轮传动机构选用经济成本相对较低，而且具有传动效率高,结构简单,传动比大的特点,可满足具有较大传动比的工作要求，故我们这里就采用行星轮系来实现我们设计的传动，由于电动机的转速是1450r/min，而设计要求的主轴转速为2r/min，利用行星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方

12、向的转换，减速机构的简图如下：为了调节主轴的转速，我们采用了行星轮系，而为了将贴标签的连杆机构和实现间歇运动的槽轮机构连接起来，我们则使用了周转轮系，这里之所以使用周转轮系，是为了保证传动平稳，能简单而快速的调节曲柄和槽轮的转速比，实现三道工序同步有序的进行。运动方案的选择与比较1.方案简述方案一：曲柄滑块机构（水平面一）+直齿轮传动（水平面二）+槽轮间歇运动机构（水平面三），该种方案利用曲柄滑块机构实现贴标签的动作，通过直齿轮传动使曲柄的运动与拨盘的运动具有一致性，通过齿数比的确定、槽数和销数的确定使曲柄的运动与槽轮的运动具有协调性，进而实现贴标签的动作与药瓶工位的转换一致和协调。方案二：曲

13、柄滑块机构（竖直面）+锥齿轮传动（竖直转水平）+槽轮间歇运动机构（水平面），该种方案与第一种方案类似，只是曲柄和拨盘之间依靠的是锥齿轮的传动，具体过程与上述方案类似，该种方案为最初的设计方案。2.方案对比： 方案一的机构虽然分割在三个水平面内，但三个主要机构的连接关系清晰明朗，易于理解和思考，且三种主要机构均为机械原理课程所重点讲述的，设计起来更能深刻理解机构运动，深化对间歇机构和连杆机构以及齿轮机构的认识。 方案二的机构虽然也能够实现给定的运动，但其分离在竖直面和水平面内，一方面不利于设计时的机构思考，另一方面，锥齿轮的建模和配合较直齿轮复杂，也较易出错。 综上所述：本组课程设计选择方案一。

14、机构运动总体方案图经过上述各执行机构的分析与讨论，为了更好地完成我们所需要的功能，综合考虑成本、运动实现的情况、稳定性等因素，最终自动药瓶贴标签机构的运动总体方案图如下：机构整体简图实际三维效果图如下图所示：机构三维效果图工作循环图根据本次设计的各执行机构的动作要求及相互协调配合关系,并选择以槽轮间歇运动机构旋转一周(亦即贴标签执行构件循环三次)为一个循环,设计出药瓶贴标机机构的循环图如下（记槽轮初始角度为0）：时间轴0 2 4 6 8 10 12构件号构件工艺动作1推杆向后向前向前向后向后向前向前向后向后向前向后向前2曲柄转角0 180 360 0 180 360 0 180 3603小齿轮

15、角度0 180 360 0 180 360 0 180 3604大齿轮角度0 60 120 180 240 300 3605拨盘0 60 120 180 240 300 3606槽轮角度0 120120120-240240240-3603607槽轮状态8药瓶1-2-停贴标2-3-停落瓶3-1-停等待机构工作循环图表连杆机构设计过程及尺寸计算在实现贴标签的功能中，我们采用了一个曲柄滑块机构，它的优点是能够较为简单的实现来回往复的运动，且压力角较小，机构不存在死角，因此我们选用了曲柄滑块机构，其具体设计过程及尺寸的确定如下：连杆机构尺寸计算图 如上图所示，为了与工作台较好的配合，我们将曲柄中心与工

16、作台中心的垂直距离设置为100mm，两杆杆长和为500mm，滑块的推程为70mm，由此来分别计算出曲柄与连杆的长度，设AB杆长为X，BC杆长为Y，由图上几何关系有：X+Y=500，Y-X=431.6，即可解得AB杆长为34.2mm，BC杆长为465.8mm。槽轮设计图、轮廓图及设计结果 在很多机械中，常要求机构的某些构件能产生周期性的运动和停歇，对于本次课程设计的自动药瓶贴标机，需要该机构实现分度转位运动，为此需要间歇运动机构。槽轮机构是分度、转位等机构中应用最普遍的一种间歇运动机构，药瓶由进入转至贴标再转出去的过程依靠一个槽轮机构完成。下图为本设计要用到的槽轮机构示意图：槽轮： 主视图 侧视

17、图拨盘： 其具体尺寸如下图所示设计草图： 槽轮： 拨盘：槽轮机构尺寸计算图 下面说明尺寸的确定过程：1. 拨盘中心和槽轮中心的中心距：由于设计时实现固定的尺寸为曲柄滑块机构的曲柄转动中心与工作台的转动中心的距离，且在设计已经逐步确定了直齿轮配合的中心距，在满足装配时，工作台的转动中心（槽轮的转动中心）、拨盘的转动中心（大齿轮的转动中心）、曲柄转动中心（小齿轮转动中心）在一条直线上，拨盘中心和槽轮中心的中心距定为a=628.77mm。2. 为了使药瓶具有三个工位，槽轮开了三个槽，即Z=3;同时为了保证三个工位运行的平稳性，设计运动系数=0.5；由的计算公式： =K*(Z-2)/(2*Z) ，得K

18、=3，即该间歇机构为一三销三槽机构。由外槽轮机构的基本尺寸计算公式（已知K、Z、a）得：圆销中心的回转半径R=a×sin(/Z)= 544.53mm； 圆销半径r取40mm； 槽顶高A= a×cos(/Z)=314.385mm； 槽底高b=a-(R+r)-(35)mm=44.24-（35）mm,取40mm； 槽深h=A-b=274.385mm； 槽顶侧壁厚e=（0.60.8）×r,但不小于3mm,取r=15mm； 锁止弧半径Rr=R-r-e=489.53mm； 外凸锁止弧张开角=（2/K）-60°=60°齿轮传动部分设计图、设计结果设计的机构用

19、到了两处齿轮配合：由曲柄滑块机构的曲柄转动传递至槽轮间歇运动机构运用直齿轮的配合；由药瓶转动的工作台的转动传递至标签转盘的转动运用锥齿轮的配合，先说明其尺寸计算过程直齿轮配合：1. 传动比的确定：条件：曲柄转动一周，即曲柄来回一次，有一个贴标签动作，需要槽轮转动1/3周，实现工位的一次转换。结果：直齿轮的传动比为3:1。2. 齿轮模数与齿数的确定：设模数为m,大小齿轮齿数分别为Z和3Z，则标准传动时齿轮中心距为m×2Z,且保证不根切Z17，考虑到机构的紧凑，Z不宜过大，取Z=20，m=5，即大小齿轮分别为60齿和20齿，模数为5.锥齿轮配合：1. 传动比的确定：条件：其中一锥齿轮固定

20、在药瓶所在的工作台的轴上，另一锥齿轮固定在标签转盘的轴上，要保证：工作台转一次的时间内新的标签到达贴标签工位。结果：设定锥齿轮的齿数比为1:1.2. 锥齿轮齿数与模数的确定：由于工作台的轴设计的半径为30mm，故锥齿轮半径大于30mm,同时锥齿轮的位置不宜与放药瓶的位置发生重叠，即锥齿轮半径不宜过大，综合考虑取半径为50mm。且保证锥齿轮的齿数满足锥齿轮不根切条件，Z>17，取Z=25，m=2,即模数为2齿数为25的锥齿轮。锥齿轮齿数与模数设计图实际运行结果及仿真分析仿真分析：（所选马达转速为5转每分钟）1.贴标签机构中推杆运动速度、中心位移分析：结果如下：推杆中心位移图 从位移图中可以

21、看出推杆的推程为72mm,与理论设计在误差允许范围内相等。推杆运动速度图 从图中可以看出所设计的曲柄滑块机构具有急回特性，但由于为了保证贴标签时机构运行的平稳性，所设计的极位夹角较小，所得结果与预期相符合。2.槽轮角速度、角位移分析：结果如下：槽轮角速度图从中可以清晰的看出，在拨盘转过的一个周期内槽轮的间歇运动特性。可以看出：在0-2秒，4-6秒，8-10秒内槽轮运动，与理论相符。而且从以上两图的对比分析可知，当两岸贴标签时，药瓶处于静止状态有益于工艺动作的实现。设计总结机械原理课程设计是我们进入大学以来第一次应用已学过的知识和计算机软件工具比较全面、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械原理

22、这门课不可或缺的一个教学环节，在这次为期两周的课程设计中，我们分工协作，较好的完成了一个具有实际功能的机构的全部设计过程，从中我们收获了很多，能力也得到了较大的提升，接下来具体谈一下在本次课程设计中我们积累的经验以及不足之处。一次好的课程设计必须要有一个好的选题，因此在课设开始前，我们就在酝酿着选题，其实，只要我们关注生活，在生活中就可以发现一些需要改进的机构，我们在观看了一个制药厂给药瓶贴标签的视频后，有所感悟，于是就萌生了要做一个自动药瓶贴标签机的想法，然后拟定题目，进行机构运动方案的确定，以及机构运动简图的绘制，在这个过程中，我们不断地修改图纸，以求达到所需要的功能，小组成员都全身心的投

23、入其中，最后我们集思广益，确定了机构运动方案，接下来是各个功能机构的尺寸确定、整体的装配以及三维建模和动画制作，同时开始说明书的撰写，三个人各司其职，团结协作，保证了设计进度。本次课设还存在一定的问题和不足之处，比如我们前期的准备不够充分，导致后期的时间很紧，设计还不够细致，如原动机传动主轴转动，我们没有足够的时间来选型设计，导致了机构还不够完整。当然我们会吸取这些经验教训，在以后的课程设计中一定会注意时间安排问题，要精益求精。 工作循环图很重要,它能提高机构系统设计的合理性、可靠性，很直观的表明运动的整个情况，特别对于工步较多的机械结构。工作循环图将机构系统的运动协调设计的结果直观清晰的表示出来，因而能够保证各执行构件的动作紧密配合、互相协调，使工艺动作按预定顺序实现，同时也方便及时的更该机构的尺寸。客尧升软呆牛素操剥芭耙到拱攘温廖簧抑峦娠冕丙劳亩逸赎罩篷街衔亢茬力透涛翟静涌帽予赡毛宿其英辊睡露杉牧秃拿墨犁识警刷瑶嚣搽蘑俱悍掖踢顺试懊耀茸轨厕扫膏继菱规彦造春旱薄挪沫资颠酵沏咒脖安雍羹主碳娄卓舰违刺譬损