机械原理课程设计块状物品推送机的机构综合与设计

下载原文可修改文字颜色查看原文机械原理课程设计说明书块状物品推送机的机构综合与设计题目说明在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，如右图所示1．设计数据与要求：1）向上推送距离H=120mm，生产率为每分钟推送物品120件；2）推送机的原动机为同步转速为3000转/分的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动；3）由物品处于最低位置时开始，当执行机构主动件转过1500时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过1200时，推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过900时，推杆在最低位置停留不动；4）设推杆在上升运动过程中，推杆所受的物品重力和摩擦力为常数，其值为500N；设推杆在下降运动过程中，推杆所受的摩擦力为常数，其值为100N；5）使用寿命10年，每年300工作日，每日工作16小时；6）在满足行程的条件下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于350），结构紧凑，振动噪声小。2.设计任务：1）至少提出三种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合；2）确定电动机的功率与满载转速；3）设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图；4）在假设电动机等速运动的条件下，绘制推杆在一个运动周期中位移、速度和加速度变化曲线；5）如果希望执行机构主动件的速度波动系数小于3%，求应在执行机构主动件轴上加多大转动惯量的飞轮；6）进行推送机减速系统的结构设计，绘制其装配图和两张零件图；7）编写课程设计说明书。二、方案设计与评价1.方案设计针对此问题我们设计了三种方案，具体方案如下：1）凸轮机构：如图1所示的滚子推杆盘形凸轮机构，可使推杆实现任意的运动规律。图12）凸轮－齿轮组合机构如图2所示的凸轮－齿轮组合机构，可以将摆动从动件的摆动转化为齿轮齿条机构的齿条直线往复运动。图23）凸轮－连杆组合机构如图3所示的凸轮－连杆组合机构也可以实现行程放大功能图32.方案评价针对上述三种方案，我们做了一定的比较，对比如下：方案优点缺点一结构简单、紧凑，便于制造行程较小，不利于物品的推送二齿轮具有良好的耐磨性和稳定性中间的扇形齿比较难加工三制造相对简单，经济性好效率较低总的来说，方案三既简单，行程又比较大，所以我们选择方案三。三、尺寸设计1.执行机构整体设计：AB=1200AC=270AO=300r0=300r以上单位均为毫米经过程序（见附录）验证，上述参数满足压力角小于35°2.凸轮形状设计利用上述参数，我们用matlab绘制了凸轮的轮廓图，包括理论廓线和实际廓线，图形如下：四、运动分析1.推杆的运动分析要尽量减少冲击，所以推杆的运动规律我们选正弦加速度运动规律。其推程时的方程为：回程的方程为：此时，h取120，δ0=150°，δ0'=120用matlab绘制的位移、速度、加速度曲线如下：图4推杆位移时间曲线图5速度时间曲线图6加速度时间曲线2.凸轮形状分析根据公式：可以绘制出凸轮的理论廓线，根据公式：可以绘制出凸轮的实际廓线首先用余弦定理可以求φ0：φδ表示凸轮的转角由于摆杆大端长度很长，所以可以将推杆的运动近似地看成是沿着大端半径所对应的圆弧即s=φ∗r,所以摆角的运动规律与推杆的运动规律近似成一定的比例关系，此处r=1200mm,故φ=s/1200将面推杆的s代入，即可求得φ，再将φ代入上述公式,最终即可求得凸轮的形状，凸轮形状如下图所示五、动力分析1.最大功率的确定（电动机的确定）由上升过程中推杆的受力为500N，下降过程中推杆的受力为100N可知，最大功率发生在推杆上升过程中且Pmax=Fmax∗vmax2.飞轮的确定首先分别算出推程平均功率、回程平均功率以及全程的平均功率，并绘制功率时间图像如下：由图像可知∆Wmax为彩色部分的面积（两块彩色部分面积相等，都等于∆Wmax），所以有∆Wmax=（288-192）×512T=20J。所以飞轮的转动惯量J六、传动系统设计带传动的优点：适用于中心距较大的传动；带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽然使传动失效，但可防止损坏其他零件；机构简单、成本低廉。带传动的缺点：（1）传动的外廓尺寸较大；（2）需要张紧装置；（3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；(4)带的寿命较短；（5）传动效率较低。通常，带传动适用于中小功率的传动。目前V带传动应用最广，一般带速为V=5≈25m/s，传动比i≦7，传动效率0.9至0.95相比于带传动，齿轮传动可大大减小传动装置的占有空间，能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;传递的功率和速度范围较大;结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高,使用寿命长，但其应用环境要求高,润滑条件要好,不适合灰尘较多以及距离较远的两轴之间的传动,制造和安装精度高。本系统原动机同步转速为n1=3000r/min,即要求传动系统输入为3000r/min,输出为120r/min,总传动比i=25.综合分析，采用一级V带传动和2级齿轮减速箱组合传动，并令i1=5,i2=5.传动系统结构简图如下图所示。1—电动机1—电动机2—V带传动3—减速器4—联轴器5—凸轮轴七、系统整体结构简图1234××××ⅠⅡⅢ1234××××ⅠⅡⅢⅣ651—电动机2—V带传动3—减速器4—联轴器5—凸轮轴6—凸轮7—连杆8—推杆78八、参考文献[1]王三民.机械原理与设计课程设计机械工业出版社[2]葛文杰.机械原理（第七版）高等教育出版社[3]张志涌,杨祖英.MATLAB教程北京航空航天大学出版社[4]曹惟庆.机构组成原理北京：高等教育出版社．1985．[5]纪明刚.机械设计高等教育出版社2006年5月第8版[6]叶伟昌.机械工程简明设计手册（上册）机械工业出版社08年2月[7]谭浩强.程序设计（第三版）清华大学出版社九、小结这次课程设计，让我学到了很多东西，使我意识到虽然我们在课上学到很多、很丰富的知识，但是不通过实践，学再多的理论也只是纸上谈兵。通过这次课程设计，我解决问题的能力得到了提高，不仅仅局限于解一道题，而是去解决一系列相关联的题目链，从整体出发合作去解决一个问题的各个方面，这种能力的培养在平时的学习阶段是很难得的，但却是我们将来在工作岗位上最需要的！这次课设培养了我们发现问题、分析问题和解决问题的能力，使我能够更全面地去考虑问题，就拿写论文来说吧，不光要把做的东西表现出来，还要去排版使得论文看上去更清晰，这并不是一件容易的事！在这里我们要感谢王三民老师的精心指导，每次我们去答疑，王老师总是耐心给我们解答，正是这样我们的课设才能顺利地进行下去。在课程设计这段时间里，我不仅学到了许多知识，巩固了在《机械原理》课程中学习的知识，也让我学会了如何去合作，如何在团队中发挥应有的作用。在这里我也要感谢我的舍友，正是他们让我体会到了团队力量的伟大，通过不断地讨论、交流，最终我们最终顺利地完成了这次的课程设计。经过这次课程设计，我们学到了许多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更有那种苦后的甘甜，那种成就感！最后再次感谢王三民老师的耐心指导！十、附录1.推杆运动规律曲线代码t=0:dt:5*pi/6;s=1200*0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi));plot(t,s)t=5*pi/6:dt:3*pi/2;s=1200*0.1*(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi));holdonplot(t,s)t=0:dt:5*pi/6;v=1200*0.1*4*pi*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6);plot(t,v)t=0:dt:5*pi/6;v=1200*0.1*4*pi*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6);plot(t,v)t=5*pi/6:dt:3*pi/2;v=1200*0.1*4*pi*(cos(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))-1)/(2*pi/3);holdonplot(t,v)t=0:dt:5*pi/6;a=2*pi*1200*0.1*16*pi*pi*sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(25*pi*pi/36);plot(t,a)t=5*pi/6:dt:3*pi/2;a=-2*pi*1200*0.1*16*pi*pi*sin(2*pi*(t-pi*5/6)/(2*pi/3))/(4*pi*pi/9);2.凸轮形状代码dt=pi/500;A=500;L=320;Fai0=0.609358;t=0:dt:5*pi/6;x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+Fai0);y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+Fai0);plot(x,y,'r'),axisequalgridonx=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+Fai0)-30*sin(t);y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi))+Fai0)-30*cos(t);holdonplot(x,y,'.k');t=5*pi/6:dt:3*pi/2;x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0);y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0);holdonplot(x,y);x=A*sin(t)-L*sin(t+0.1*(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0)-30*sin(t);y=A*cos(t)-L*cos(t+0.1*(1-(t-5*pi/6)/(2*pi/3)+sin(2*pi*(t-5*pi/6)/(2*pi/3))/(2*pi))+Fai0)-30*cos(t);holdonplot(x,y,'.k');t=3*pi/2:dt:2*pi;x=A*sin(t)-L*sin(t-3.8982e-018+Fai0);y=A*cos(t)-L*cos(t-3.8982e-018+Fai0);holdonplot(x,y,'mh');x=A*sin(t)-L*sin(t-3.8982e-018+Fai0)-30*sin(t);y=A*cos(t)-L*cos(t-3.8982e-018+Fai0)-30*cos(t);holdonplot(x,y,'.k');holdont=0:dt:2*pi;x=300*cos(t);y=300*sin(t);plot(x,y,'g')title('彩线为理论曲线，黑线为实际轮廓曲线，绿线为基圆')3.验证压力角代码1）推程#include<stdio.h>#definepi3.1415926#include<math.h>voidmain(){ inti; doublea=500,l=320,r=300,zhenga,m;doublefai0,t,t1=pi/120,fai,dfai;FILE*fp; fp=fopen("d:\\机械原理推程1.txt","w+");fai0=acos((a*a+l*l-r*r)/(2*a*l));printf("a指凸轮中心到摆杆圆心距离.\n");fprintf(fp,"a指凸轮中心到摆杆圆心距离.\n");printf("l指摆杆半径长度。\n");fprintf(fp,"l指摆杆半径长度。\n");printf("r指凸轮基圆半径.\n");fprintf(fp,"r指凸轮基圆半径.\n");printf("所有显示数据保存在d:\\机械原理推程1.txt。\n");fprintf(fp,"所有显示数据保存在d:\\机械原理推程1.txt。\n");printf("FAI0=%lf",fai0);fprintf(fp,"FAI0=%lf",fai0);m=tan(35*pi/180);printf("标准正切=%lf\n",m);fprintf(fp,"标准正切=%lf\n",m);for(i=0;i<=100;i++) { t=i*t1; printf("T=%lf",t);fai=0.1*(t/(5*pi/6)-sin(2*pi*t/(5*pi/6))/(2*pi));dfai=0.1*(1-cos(2*pi*t/(5*pi/6)))/(5*pi/6);printf("FAI=%lf",fai);fprintf(fp,"FAI=%lf",fai);zhenga=(a*cos(fai+fai0)-l*(1-dfai))/(a*sin(fai+fai0));printf("正切=%lf",zhenga);fprintf(fp,"正切=%lf",zhenga);if(zhenga>tan(35*pi/180)){ printf("有问题\n");fprintf(fp,"有问题\n");}else{ printf("没问题\n");fprintf(fp,"没问题\n");}}}2）回程#include<stdio.h>#definepi3.1415926#include<math.h>voidmain(){ inti; doublea=500,l=320,r=300,zhenga,m;doublefai0,t,t1=pi/120,fai,dfai;FILE*fp; fp=fopen("d:\\机械原理回程2.txt","w+");fai0=acos((a*a+l*l-r*r)/(2*a*l));printf("a指凸轮中心到摆杆圆心距离.\n");fprintf(fp,"a指凸轮中心到摆杆圆心距离.\n");printf("l指摆杆半径长度。\n");fprintf(fp,"l指摆杆半径长度。\n");printf("r指凸轮基圆半径.\n");fprin