机械原理课程设计正式版

1、目 录 TOC o 1-5 h z 前言1机械原理设计任务书.2 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第一部分机构设计41.1自动打印机的功能和设计要求51.1.1产品数据设计1.2原动机的选择61.3功能原理图及其解释71.4功能分解81.5传动机构的选择传动路线图确定91.5.1传动机构的选择与比较1.5.2传动比计算1.5.3传动路线图 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 1.6执行机构的选择与比较101.6.1各送料机构备选方案比较与选择1.6.2各打印机构备选方案比较与选择1.6.3各输出

2、机构备选方案比较与选择 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 1.7机构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制21.7.1机构系统运动转换功能图1.7.2形态学矩阵表 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 1.8机械系统运动方案简图13 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 1.9根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图141.9.1运动循环表1.9.2运动循环图 HYPERLINK l bookmark113 o Curren

3、t Document 第二部分机构尺寸计算与确定15 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 2.1送料机构的尺寸与计算162.1.1曲柄滑块机构基本尺寸的确定2.1.2曲柄滑块机构最小传动角的确定 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 2.2打印机构的尺寸与计算17 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 2.3输出机构的尺寸与计算182.3.1槽轮机构的设计过程2.3.2三工位园盘的设计过程 HYPERLINK l bookmark139 o Curr

4、ent Document 2.4总体安装尺寸的确定19第三部分计算调试机构205.1凸轮形状与运动调试及设计结果205.2连杆机构与程序编写及结果调试21第四部分 课程设计总结22第五部分参考文献及编号23前言随着科学技术的发展，工业生产水平的不断发展和人们生活条 件的不断改善，消费者的价值观念变化很快，市场需求出现多样化的 特征，机械产品的种类日益增多，同时这些机械产品的寿命周期也相 应缩短，企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新 产品的开发包括产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步， 是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因 素。机械产品的设计是对产

5、品的功能、工作原理、系统运动方案、机 构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个 零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思分析与计算，并将其转 化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。其中机械产品的功能、 工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、 力和能量的传递方式等设计内容是机械原理课程的教学内容。机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节 同时又是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在 培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面起到十分重要 的作用。通过课程设计这一环节使学生更好的掌握和加深理解本课程 的基本理论和方法进

6、一步提高学生查阅技术资料，绘制工程图和应用 计算机的能力。在课程设计中要重视培养学生创新设计的能力。自动打印机2011 年 1 月 14贵州大学机械工程学院机械原理课程设计任务书自动打印机设计一、工作原理及工艺动作过程在某商品包装好的纸盒上，为了某种需要而在商品上打印一种记号。它的主要动作有三个：送料到达打印工位，然后 打印记号，最后将产品输出。二、原始数据和设计要求纸盒尺寸：长100150mm、宽70 100mm、高 3050mm。;产品重量：510N；自动打印机的生产率：80次/min；要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工1-送料器；2-产品；3-打印头；4-杠杆；5-弹簧；

7、6-凸轮工艺过程：减速-送料-打印-输出三、设计方案提示实现送料一夫紧功能的机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间的连杆 机构。当送料、夹紧机构的执行构件将产品推至指定位置，执行构件停止不动， 维持推紧力(前有挡块挤压)，待打印机构执行件打完印记后，被推走。实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动(摆动)凸轮机构。实现输出功能的机构可以采用与送料、夹紧机构相类似的机构。为简化结 构，可考虑固定定位挡块，而将输出运动与送料运动的方向互相垂直。4）自动打印机系统采用一个电机驱动主轴控制三个机构的执行构件完成各 自的功能运动，如何将三个执行机构的主动件均固定在主轴上而达到设计要求是 需要认真考虑的

8、。四、设计任务（1）按工艺动作要求拟定运动循环图；（2）进行送料夹紧机构、打印机构和输出机构的选型；（3）机械运动方案的评定和选择：（至少两个以上），进行方案评价，选出较 优方案。（4）按选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；（5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；（6）绘制系统机械运动方案简图；（7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图；（8）编写设计计算说明书。第一部分机构设计1.1自动打印机的功能和设计要求其功能是1.1.1产品数据设计打印印头如图1-1.1所示；所要打印的产品质量为510N；自动打印机的生产率为80件/min；产

9、品数据参数如下：长X宽X高:LxBxh=120X80X50；(单位：mm)要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。1.2原动机的选择如表格1-2.1所示:型号功率/kW额定转速/ (r/min)额定转矩/ (N m)最大转矩Tk/ (N m)角速度wk/ (1/s)Y132S-6396029.84459.68896.34选择的电动机的额定功率必须满足负载要求，而且必须保证在启动时可以 顺利地运行，对于电动机来说，转速选择960r/min合适，可以保证运行的稳定 性。另外转速也不可过高，这样造成功率因素过低，这也是不经济的。电动机的 运动参数为转速。电动机的速度越高，其尺寸和质量也就

10、越大，价格也就越高，但当执行构件的速度较低时，若选用高速电动机，势必需要大减速比的减速装置， 反而可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。在此机械运动 中执行构件要求的效率不是很大，经过多方面的考虑我选960r/min的电动机。 型号为Y132S-6。1.3功能原理图及其解释图 1-2.1如图所示，送料器1将产品2送到打印工位，由带有弹簧5的杠杆4在凸轮 机构6的带动下，通过印头3将所需的印记打印在产品2上，完成生产所需。1.4功能分解为实现将图1-1.1所示的产品上打印出所需的印记，可将总功能分解为如下 分功能：自动送料功能；自动定位功能；自动打印功能；产品自动输出功能。图 1

11、-4.11.5传动机构的选择与比较以及传动比的计算和传动路线图1.5.1传动机构的选择与比较机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能 量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮 传动、带传动、蜗杆传动等。他们的特点如表1-5.1：表格1-5.1特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比怛定，米用 卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小， 工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高， 精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料 的接触和弯曲疲 劳强度以及抗胶 合与抗磨损能力金属切削机床、 汽车、起重运输 机械、冶金矿山 机械以及仪器等蜗

12、杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比； 传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动 比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动 需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀 具费用贵。制造精确，润滑 良好，寿命较长； 低速传动，磨损 显著金属切削机床 （特别是分度机 构）、起重机、冶 金矿山机械、焊 接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和 冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护 作用；结构简单，成本低，安装要求不高； 外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于 分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃 易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带 的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带 3500

13、-5000h金属切削机床、锻压机床、输送 机、通风机、农 业机械和纺织机 械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间 形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应 能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运 转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平 稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以 后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振 装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油 机械、矿山机械、 运输机械和起重 机械等由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于传动比较大，故选择齿轮传 动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护的作用。1.5.2传动比的计算各齿轮的参数如表1-5.2所示：表

14、1-5.2AECD1齿轮名称模数（mm）压力甫（度）齿数（个）2直齿轮E320303直齿轮/320904直齿轮工3320305直齿轮泌320606锥齿轮法320307锥齿轮工6320303直齿轮苗320609直齿轮以3202010直齿轮展3206011传专动比相关计算如下下所示：-3于生产率为80件/min，电机的转速为960r/min,则H2012总传齿轮球二 12；3204013送料机构和矗机构的减速：3202014-级减速输带减速)=260/1303；-2040二级减速（齿轮减速）i2=Z2/Z1=90/30=3；三级减速（齿轮减速）i3=Z4/Z3=Z7/Z3=60/30=2。输出机构

15、（拨盘的转动）的减速：一级减速（齿轮减速）i4=Z9/Z8=60/20=3;二级减速（齿轮减速）i5=Z11/Z10=40/20=2;三级减速（齿轮减速）16=Z13/Z12=40/20=2;1.5.3传动路线图1.6执行机构的选择与比较1.6.1送料机构备选方案比较与选择 备选方案I：直动凸轮机构图 1-6.1.1功能：通过直动滚子推杆凸轮机构旋转运动转换为推杆往复动运动，从而实现自 动送料功能。优点：送料连续，运转速度、精度较高，振动、噪声较小，结构紧凑，避免了冲 击；在行程的起此点有较好的边界条件，各段不同的运动规律有较好的动力性能 和工艺性能。缺点：承载能力较小，传力特性一般，并且加工

16、要困难，维护又较为麻烦，致使 其经济成本较高。备选方案II:六杆机构图 1-6.1.2功能：该机构可以将曲柄的连续转动转化为有急回运动的往复运动的机构。优点：可以改善从动件的运动特性，可获得较大的机械利益，还有能取得有利的 传动角，并且可以获得较小的运动空间，而且还能实现特定要求下的平面导引。 缺点：构件数目多，累积误差大，设计相对比较复杂；尤其是机构中作复杂平面 运动和往复运动的构件所产生的惯性力（力矩）难以平衡，在高速是会引起震动， 噪声和交大的附加动载荷。备选方案B：曲柄滑块机构图 1-6.1.3功能：将曲柄连续往复转动转换成滑块在导轨上连续往复移动，实现送料功能。优点：设计制作简单，易

17、于维护，经济，可靠性高，使用范围广。缺点：运动规律任意性较差，运转精度较低。综合评价与选择：通过对以上备选方案在运动性能，工作性能，动力性能，经济 性和结构紧凑性等方面的比较，最终自动打印机的送料机构选择方案hi。1.6.2打印机构备选方案比较与选择备选方案I：凸轮连杆机构图 a?.1功能：将凸轮的连续往复转动转换成印头的上下往复移动，从而实现打印功能。优点：构造简单，在行程的起此点有较好的边界条件；在各段不同的运动规律的链接点上满足位移、速度连续，即其运动曲线应光滑过度；各段不同的运动规律有较好的动力性能和工艺性能，打印精度高。缺点：凸轮制造较困难，容易磨损，经济性差，维护性不好。备选方案I

18、I：凸轮对心推杆机构图 1-6.2.2功能：将凸轮的连续往复转动转换成印头的上下往复移动，从而实现打印功能。优点：构造简单，在行程的起此点有较好的边界条件；在各段不同的运动规律的 链接点上满足位移、速度连续，即其运动曲线应光滑过度；各段不同的运 动规律有较好的动力性能和工艺性能，打印精度高。缺点：凸轮制造较困难，维护性不好。综合评价与选择：通过对以上备选方案在运动性能，工作性能，动力性能，经济 性和结构紧凑性等方面的比较，最终自动打印机的打印机构选择方案II。1.6.2各输出机构备选方案比较与选择备选方案I：不完全齿轮机构功能：将主动轮的连续回转运动转换成从动轮的间歇回转运动，从而实现连续的

19、送料、打印和输出。y%顼优点：结构简单，制造方便，可实现等速转位，工作可靠；在一个周期内，从动 轮的动停时间比和从动轮每次转动的角度，可以不受机构的限制，根据需 要设计，故其实用性较好。缺点：有较大冲击，故只宜用于低速、轻载场合。备选方案II:功能：将主动拨盘的连续往复转动转换成槽轮的时动时停的间歇运动。优点：结构简单，制造容易，工作可靠，机械效率高，并能较平稳地、间歇地进 行转位；启动时没有刚性冲击，只有柔性冲击，运动比较平稳。缺点：传动时尚存在柔性冲击，常用于速度不太高的场合。综合评价与选择：通过对以上备选方案在运动性能，工作性能，动力性能，经济 性和结构紧凑性等方面的比较，最终自动打印机

20、的输出机构选择方案II。1.7机构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制1.7.1机构系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图1-7.1所示。图 1-7.11.7.2形态学矩阵表表 1-7.21.8机械系统运动方案筒图凸轮机祠z3柄滑或机祠电动机960r/mlnzlCrrZ12图 1-8.1如图1-8.1所示为机械系统运动方案运动简图。自动打印机总传动路线为:（1）转速为960r/min的电动机经皮带传动传至轴1，轴1带动齿轮转动，然 后通过齿轮传动将运动传递到轴2,轴2再通过齿轮啮合传动，将运动传 递到轴3,轴3通过锥齿轮啮合传动改变运动轴线，转换为曲柄滑块机

21、构 的连续往复移动，而滑块的移动会推动产品纸盒进行移动，完成自动送料 功能；（2）轴2通过齿轮啮合传动，将运动传递到轴4,轴4带动凸轮机构并通过直 动推杆上的印头完成自动打印功能；（3）电动机直接带动轴5,通过齿轮啮合传动，将运动传递到轴6,轴6再通 过齿轮啮合传动，将运动传递到轴7，轴7通过一对锥齿轮啮合传动，并 改变轴线运动方向，将运动传递到轴8,而轴8通过槽轮作间歇转动，再 将运动传递到轴9,最后轴9带动三工位工作转盘，完成自动定位功能和 产品自动输出功能。（4）机器在运转时通过曲柄滑块机构的滑块进行送料，然后急回，在进行下一 次送料。当工件被送入三工位工作转盘后，拨盘带动槽轮使轴9转动

22、，再由轴9带动三工位工作转盘转动。由转盘的转动使工件一起随之转动120 度角停此，然后打印，打印好后工件再随转盘转动120度角后输出。如此 循环，这样就实现了工件的整个打印过程和工件的连续打印。1.9根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图1.9.1运动循环表执行阶段运动阶段运动时间（s）分配角度（）送料阶段送料0.5240回程0.25120打印阶段向下0.296停0.148向上0.296停0.25120输出阶段无输出0.5240输出0.25120表 1-9.1.11.9.2运动循环图图 1-9.2.1注明：由于定位由三工位圆盘和圆形托盘共同作用，机器运行时三工位圆盘的三 个工位同时进行送料，

23、定位，打印和输出。在运动循环图中不好体现，实际定位 在送料完成后到工件的输出结束。第二部分机构尺寸计算与确定2.1送料机构的尺寸与计算2.1.1曲柄滑块机构基本尺寸的确定图 2-1.1.1曲柄滑块机构相关参数确定步骤：第一步：通过对送料机构和打印机构同时性及与输出机构的时间关系分析得 出，K=2，则极位夹角theta=60。，因此，取偏距e=36，行程S=160，作图法得 出A点位置；第二步：由曲柄2AB=AC2-AC1，2BC=AC2+AC1，则以A为圆心，AC1长为半径 作圆，与AC?交于D1点，与AC?的反向延长线交于D2点，如图所示，2AB=D1C22BC=D2C2因此，得出曲柄AB=

24、68.5，连杆BC=106.7；第三步：确定该曲柄机构运动可行性，由于行程SN2AB（曲柄长度的两倍）， 因此可行性满足。2.1.2曲柄滑块机构最小传动角的确定图 2-1.1.2曲柄滑块机构最小传动角的确定步骤：第一步：以A为圆心，并以曲柄AB=68.5mm长为半径作圆，在曲柄AB与机 架共线的位置之一取得最小传动角；第二步：由于此机构为曲柄滑块机构即AB垂直导轨方向时，连杆BC与竖直 方向之间的夹角之一取得最小传动角；第三步：由图可知，最小传动角的取得为B1C11与竖直方向之间的夹角即为 最小传动角，所以该机构的最小传动角为12。为确保滑块的制造简单，并且能很好的推动纸盒不使纸盒被推翻设计尺

25、寸为 长 x 宽 x 高=30 x30 x30。2.2打印机构的尺寸与计算打印机构为凸轮通过直动滚子推杆带动印头完成自动打印功能如图2-2.1所小：凸轮基圆半径（mm）滚子半径 （mm）直动推杆杆长（包含 印头厚度）（mm）推杆行程（即凸轮机构升程）（mm）301096202.3输出机构的尺寸与计算2.3.1槽轮机构的设计过程过程一：过程三:图 2-3.1.3槽轮最终设计样图:通过对生产过程中的运动和受力并且还有槽轮的通用性，最终绘出槽轮结构 和尺寸图如2-3.1.4所示，为保证满足生产需要和经济性要求将槽轮机构的圆销 直径选择10mm，槽轮厚度为30mm.安装时与直径为40mm的轴，用标准半圆键(GB/T 1099.1-2003)连接。2.3.2三工位园盘的设计过程设计过程如下图此构件保证了被打