产品包装生产线方案五

1、 目录1.产品包装生产线使用功能描述22.工艺方法分析33.运动功能分析及运动功能系统图34.系统运动方案拟定75.系统运动方案设计125.1 执行机构1的设计125.2 执行机构2设计135.3 执行机构3设计145.4 槽轮机构设计155.5滑移齿轮传动设计175.6齿轮传动设计185.6.1圆柱齿轮设计185.6.2 圆锥齿轮传动设计195.7 带传动设计206.机械系统运动分析206.1执行构件1的运动分析216.1.1曲柄17的运动分析216.1.2构件20,21组成的RPR基本杆组的运动分析216.1.3构件22,23组成的RRP基本杆组的运动分析226.2 执行机构2运动分析22

2、6.2.1 曲柄30的运动分析226.2.2 构件31,32组成的RPR基本杆组的运动分析236.3 执行机构3运动分析237.各齿轮参数表239.程序附录251.产品包装生产线使用功能描述如下图所示，输送线1上为已包装产品，其尺寸为长宽高，采取步进式输送方式，送至托盘上（托盘上平面与输送线1的上平面同高）后，托盘上升、顺时针回转，把产品推入输送线2，托盘逆时针回转,然后下降，回复到原始位置。原动机转速为1430，产品输送数量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送7，14，23件小包装产品。 图1 功能简图2.工艺方法分析由设计题目和图可以看出，使产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A处使产品

3、上升，转位的是执行构件2，在A处把产品推到输送线2的是执行构件3，这三个执行构件的运动协调关系如图所示。图2 产品包装生产线（方案五）运动循环图 T 1=T2=T3 执行构件运 动 情 况执行构件1进退执行构件2停上升5mm停下降5mm执行构件2停顺90停逆90停执行构件3停进退停 T3上图中推动产品在输送线1上运动的是执行机构1，在A处使产品上升转位的是执行机构2，在A处把产品推到下一工位的是执行机构3，三个执行构件的运动协调关系如图所示。T1是执行构件1的工作周期，T2是执行构件2的工作周期，T3是执行构件3的工作周期，各执行构件周期相等。由图可以看出，执行构件1是做单向连续运动，而执行构

4、件2是有一个间歇往复移动和一个间歇往复转动，执行构件3是做间歇往复移动。三个构件的工作周期关系为T1=T2=T3，执行构件3的动作周期T3是其工作周期T3的六分之一左右。3.运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，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单向直线运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）单向直线运动一段距离，主动件转速分别为7、14、23转/分。 7、14、23 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7、14、23转/分的转速，则由电动机到执行机构1之

5、间的总传动比有3种，分别为总传动比由定传动比和变传动比两部分构成，即3种总传动比中最大，最小。由于定传动比是常数，因此，3种变传动比中最大，最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，即于是定传动比为变传动比的其他值为 于是，传动系统的有级变速功能单元如图4所示。 i=4，2，1.22 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

6、此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为减速运动功能单元如图6所示。i=20.43 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。1430rpm i=2.5 i=4，2，1.22 i=20.43 图7 实现执行构件1运动的运动功能系统图 为了使用统一原动机驱动执行构件2，应该能在图7所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元，使其能够驱动分支执行构件2，该运动分支功能单元如图8所示。由于执行构件2有两个执行运动，一个是间歇往复移动，一个是间歇往复转动。执行构件3的运动是间歇往复移动，其运动方向与执行构件1的运动方向垂直。为了使

7、执行构件2和执行构件3的运动与执行构件1的运动保持正确的空间关系，可以加一个运动传递方向转换功能单元，如图9所示。 图8 运动分支功能单元 i=2 图9 运动传动方向转换的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元输出的运动需要分成三个运动分支分别驱动执行构件2的2个运动和执行构件3的一个运动，因此，需要加一个运动分支功能单元，如图10所示。 图10 运动分支功能单元执行构件2的运动是间歇往复移动，可以选连续转动转换为间歇往复移动运动功能单元，如图11所示。 图11 连续转动转化为间歇往复移动的运动功能单元执行构件2的另一运动是间歇往复转动，且其平面与第一个的垂直，因此，可以选运动传递方向转换能

8、单元，如图12所示。 图12 运动传递方向转换为间歇往复移动的运动功能单元经过运动传递方向转换功能单元后，可以通过另一运动功能单元把连续转动转换为往复连续转动如图13，然后再把这个运动经过下一个运动功能单元把往复转动转换为间歇往复转动，以驱动执行构件2的第二个运动，如图14所示。 图13 连续转动转换为往复连续转动功能单元 图14 往复连续转动为间歇往复转动功能单元根据上述分析可以得出实现执行构件1和2的运动功能系统图。 执行构件3需要进行间歇往复移动，为此，首先将连续转动转换为间歇转动，如图15，由图2看出执行构件3在一个周期内，间歇时间很长，动作很短。运动功能单元的运动系数为=1/6,尽管

9、执行构件3在一个周期内，间歇时间很长，动作很短，但其运动时是连续的，周期的。因此，需要把图15所示的运动功能单元的输出运动转换为整周运动，于是在其后加一个运动放大功能单元，如图16所示。然后再把该运动功能单元输出的运动转换为往复移动，其运动功能单元如图17所示。 =1/6 图15 间歇运动功能单元 i=1/3 图16 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3实现执行构件3的运动功能。由于执行构件3做往复直线运动，因此，执行构件3的运动功能是把连续转动转换为往复直线运动，如图17所示。 图17 执行机构3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18所示。

10、 图18 产品包装生产线方案5的运动功能系统图4.系统运动方案拟定根据图18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18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19所示。1430rpm 图19 电动机替代运动功能单元1图18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20所示。 i=2.5 图20 皮带传动替代运动功能单元2图18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21所示。 i=4，2,1.22 图21 滑移齿轮变速替

11、代运动功能单元3 图18中的运动功能单元4是减速功能，可以选择3级齿轮传动代替，如图22所示。 i=20.43 图22 2级齿轮传动替代运动功能单元4 图18中的运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用功能单元6导杆滑块机构的曲柄和功能单元7圆锥齿轮传动的主动轮固连替代。如图23所示。 图23 6运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元5 图18中的运动功能单元6是把连续转动转换为连续的单向直线运动，可以选择皮带轮传动机构替代，如图24所示。 图24 导杆滑块机构替代运动功能单元6图18中的运动功能单元7是改变转动传递方向的功能，可以用锥齿轮替代，如图25所示。 i=1 图25 圆锥齿轮传动替

12、代运动功能单元7 图18中的运动功能单元8是运动分支功能单元，可以用功能单元9凸轮机构的凸轮，功能单元10锥齿轮的主动轮和功能单元13槽轮机构的拨盘固联代替，如图26所示。 图26 运动分支功能单元图18中的运动功能单元9是把连续转动转换为间歇往复移动，可以选择凸轮机构代替，如图27所示。 图27 凸轮机构代替运动功能单元9 凸轮理论轮廓曲线如下图 图18中的运动功能单元10是改变转动传递方向的功能，可以用锥齿轮替代，如图28所示。 i=1 图28 锥齿轮替代运动功能单元10图18中运动功能单元13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 根据槽

13、轮机构运动系数的计算公式 式中,Z为槽轮径向槽数。于是槽轮的径向槽数为z=2/(1-2)=2/(1-2/6)=3。该槽轮机构如图29所示。 图29 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元13图18中的运动功能单元14是增速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，如图30所示。 i=1/3 图30 圆柱齿轮传动替代增速运动功能单元14图18中的运动功能单元15是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可以用曲柄滑块机构替代，如图31所示。图31 曲柄滑块机构替代连续转动转化为连续往复移动的运动功能单元15 图18中的运动功能单元11是把连续单向转动转换为往复转动，可以选用曲柄摇杆机构

14、代替如图32所示。 图32 曲柄摇杆机构代替功能单元11图18中的运动功能单元12是把往复转动转换为往复间歇转动，可以选用单槽轮和齿轮的组合机构代替如图33所示。 图33 单槽轮和齿轮的组合机构代替功能单元12 根据以上分析，按照图18各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构依次连接便形成了产品包装生产线（方案五）的运动方案简图，如图34所示（见A3图纸）。5.系统运动方案设计5.1 执行机构1的设计 执行机构1驱动执行构件1运动，由图24可知，执行机构1由曲柄17、滑块20、导杆21、连杆22和滑枕23组成。由设计题目知，滑枕的行程为滑枕23的行程由导杆19的摆动实现。曲柄导杆

15、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=1.5则，该机构的极位夹角为 导杆21的摆角为= 由此可得导杆21的长度为776.66mm连杆22的长度l1可以按照许用压力角再考虑结构来确定。执行机构在工作过程中，其最大压力角为，要求 则可得109.45mm，越大，压力角越小，取=250mm。曲柄的回转中心在过D点的竖直线上，曲柄越长，曲柄受力越小，可选AD=，取AD=400mm据此可得曲柄17的长度123.61mm。 图24 导杆滑块机构5.2 执行机构2设计5.2.1 凸轮机构：基圆半径：60mm 升程：10mm偏距：0 滚子半径：10mm 升程运动角：30。回程运动

16、角：30。 近休止角：150。 远休止角：150。 5.2.2 曲柄摇杆机构：由图32所示取l30=125mm 两固定点之间的距离为145mm，摇杆的最大摆角为120度，摇杆的长度l32>270mm。取l32=350mm 图32 连续转动转换为往复转动机构 5.2.3 槽轮机构：（1）槽轮槽间 （2）槽轮每次转位时拨盘的转角 （3）中心距 槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 (4)拨盘圆销回转半径 (5)槽轮半径 (6)锁止弧张角 (7)圆销半径 圆整 (8)槽轮槽深相对槽深 (9)锁止弧半径 取5.3 执行机构3设计 执行机构3驱动执行构件3运动，由图3

17、1可知，执行机构3由曲柄41，连杆42和滑块43组成。由设计题目可知，滑块43的行程为 由此可以确定该机构曲柄的长度连杆42的长度与机构的许用压力角、曲柄存在条件及结构有关，即时，有最大值由此可以看出，连杆42的长度越大，机构的最大压力角越小。若要求则执行机构3如图31所示。图31 曲柄滑块机构设计5.4 槽轮机构设计确定槽轮槽数 在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=3，该槽轮的各几何尺寸关系如图29所示。图29 槽轮机构几何尺寸关系1）槽轮槽间角由图29可知槽轮的槽间角为槽轮每次转位时拨盘的转角2）中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 3）拨盘圆销回转半径4

18、）槽轮半径5）锁止弧张角6）圆销半径 圆整7）槽轮槽深相对槽深 8）锁止弧半径取5.5滑移齿轮传动设计1)确定齿轮齿数结构简图34中齿轮5、6、7、8、9、10组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为、。由前面的分析可知按最小不跟切齿数取 则为了改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，于是可取其齿数和为另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同 2）计算齿轮几何尺寸 齿轮9、10的齿数和齿轮5、6，7、8的齿数和相等，即 若取齿轮模数为，则这两对齿轮的标准中心距相同这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。5.6齿轮传动设计 5.6.1圆柱齿轮设计 由结构简图34可知，齿轮11

19、、12、13、14、15、16实现图22中的运动功能4的减速运动功能，它所实现的传动比为20.43。由于齿轮11、12、13、14、15、16是3级齿轮传动，这3级齿轮传动的传动比可如此分配：齿轮11、13、15可按最小不根切齿数确定，即于是取 ，齿轮11、12、13、14、15、16的几何尺寸，取模数，按标准齿轮计算。由结构简图34可知，齿轮35、36实现图33中的运动功能12的减速运动功能，它所实现的传动比为5/3。齿轮35可按最小不根切齿数确定，即齿轮36的齿数为齿轮35、36的几何尺寸，取模数，按标准齿轮计算。由结构简图34可知，齿轮39、40实现图30中的运动功能14的增速运动功能，

20、它所实现的传动比为1/3。齿轮40可按最小不根切齿数确定，即 齿轮39的齿数为 齿轮39、40的几何尺寸，取模数，按标准齿轮计算。 5.6.2 圆锥齿轮传动设计由结构简图34可知，锥齿轮18、19、26、29实现图18中的运动功能7、10的改变转动传递方向运动功能，它所实现的传动比为1。两锥齿轮的轴间角为锥齿轮18、26的分度圆锥角为 锥齿轮19、29圆锥角为 锥齿轮的最小不根切当量齿数为锥齿轮18、26最小不根切齿数确定，即锥齿轮19、29为锥齿轮18、19、26、29的几何尺寸，取模数，按标准直齿锥齿轮传动计算。5.7 带传动设计由于工作环境与工作条件尚不明确带传动，根据传动比，暂定带轮的

21、直径为6.机械系统运动分析在该设计方案中，原动机1430rpm的转速依次通过的皮带轮第一次减速、的滑移变速齿轮组第二次减速和的3级齿轮第三次减速输出到传送带的主动轮上，主动轮转动一周执行机构1前进480mm，实现每分钟输送7,14,23件小包装产品。同时，通过一个与传送带主动轮同轴固联的锥齿轮引出一运动分支，并通过的锥齿轮改变运动方向、的槽轮传动、齿轮加速和曲柄滑块机构将动力输出到执行构件3上。其中，主动轮转动一周对应曲柄41转过一周，即实现槽处产品到达1包时；而的槽轮则保证执行构件3的动作时间只占自身周期的；的加速齿轮使得执行构件3在较短的动作时间内完成一个的工作行程。 该方案所设计的产品包

22、装生产线机构结构简单，仅由带传动、齿轮传动和槽轮传动组成的传动系统，凸轮和曲柄滑块机构组成的运动执行结构，再加上原动机组成。整体结构紧凑、简单、有效，尺寸适中。由于该机构主要是由标准齿轮和简单的曲柄滑块机构组成，其加工组装容易，制造成本低廉。该机构能很好满足题目所给出的运动要求。设齿轮11的角速度为，则 由齿数比知槽轮角速度槽轮角加速度其中是拨盘位置角齿轮39角速度角加速度齿轮40角速度角加速度6.1执行构件1的运动分析6.1.1曲柄17的运动分析 根据机械原理中机构运动分析的数学模型，可以写出图24中曲柄17上p点的位置方程式中为曲柄17与x轴正向所夹的角。得p点的速度方程式中表示曲柄17的角速度p点的加速度方程式中表示曲柄17的角加速度6.1.2构件20,21组成的RPR基本杆组的运动分析根据机械原理中RPR基本杆组运动分析的数学模型，可以写出图24中曲柄17上Q点的位置方程式中为曲柄21与x轴正向所夹的角。式中为导杆21上点P与O5之间的距离。得Q点的速度方程式中式中表示导杆21角速度Q点的加速度方程式中式中表示导杆21角加速度6.1.3构件22,23组成的RRP基本杆组的运动分析点R的位置式中