块状物品推送机机械原理课程设计.docx

块状物品推送机机械原理课程设计.docx

《块状物品推送机机械原理课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《块状物品推送机机械原理课程设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

块状物品推送机机械原理课程设计

机械原理课程设计说明书

设计题目:

块状物品推送机的机构综合与结构设计

班级:

姓名:

学号:

同组成员:

组长:

指导教师:

时间:

一、设计题目

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，如图所示。

二、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。

三、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。

四、方案设计

1.凸轮连杆组合机构

凸轮－连杆组合机构也可以实现行程放大功能，在水平面得推送任务中，优势较明显，但在垂直面中就会与机架产生摩擦，加上凸轮与摆杆和摆杆与齿条的摩擦，积累起来，摩擦会很大，然后就是其结构较为复杂，非标准件较多，加工难度比较大，从而生产成本也比较大，连杆机构上端加工难度大，而且选材时，难以找到合适的材料，使其既能满足强度刚度条件又廉价，因此不宜选择该机构来实现我们的设计目的。

2.凸轮机构

方案结构简单紧凑，噪音小，运用蜗轮蜗杆传递动力，采用了带传动，凸轮机构回转运动，易于完成小范围内的物料推送任务，效率较高并且运动精确稳定效应迅速，可使推杆有确定的运动，完全符合设计目标。

3.连杆机构

利用等价的平面连杆机构实现机构的推送任务，几何封闭，传送稳定性高，通过设计合适的杆长可以实现预期的运动，当以AB杆作为原动件时，运动传到推杆K产生一定的增力效果，但是此机构由于运用了很多杆件，进行了多次中间传力，会导致机械效率的降低和误差的积累，而且连杆与滑块产生的惯性力难以平衡加以消除，因此在高速推送任务中，不宜采用此机构。

4.凸轮齿轮组合机构

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。

当扇形齿轮的分度圆半径大于摆杆长度时，可以加大齿条的位移量。

但是比较难设计，不好实现。

经过比较，选定方案2。

五、方案尺寸数据与发动机参数

经程序运算和查询相关资料，最终尺寸确定为凸轮基圆半径r0=100mm,推程h=120mm，滚子半径rb=20mm；经附录程序运算，得推程最大压力角为29.8度，符合要求。

蜗杆m=4，头数为一，分度圆直径d=40mm；右旋；

蜗轮m=4，齿数25，分度圆直径d=100mm；

V带基准长度250；

带轮1基准直径

=50，外径

=52.2；槽型为Y；

带轮2基准直径

=20，外径

=23.2槽型为Y；

电动机效率η1=80%单头蜗杆传动效率η2=75%

V带传送效率η3=85%凸轮传动效率η4=95%

移动副传动效率η5=95%

电动机型号选为YD100L-6/4/2型三项异步电机，此电动机额定功率为1.8KW，工作电压为380V，额定电流为4.8A，额定转速为3000r/min,转子转动惯量为0.0014Kg*

。

计算可知,在一个工作周期T=0.5s中，

阻力功w=（500*120+100*120）*0.001=0.072J；

阻力功率p1=w/T=0.144J/s，

机构总效率η=η1*η2*η3*η4*η5=0.3826；

机构驱动力功率p2=p1/η=0.3764J/s=1.36kw

六、运动分析

1.位移分析

其中

=150°，

=270°

由曲线可知，在一个周期内推杆位移先增加（0°-150°）后减小（150°-270°）后不变（270°-360°），符合推杆先上升后下降再停顿。

2.速度分析

其中

=150°，

=270°

凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，由上图可知在150°之前，无速度突变即无刚性冲击，推杆速度先均匀增大后均匀较小至零。

回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，先增加后减小至零，曲线完全符合，无速度突变亦即无刚性冲击。

近休时（270°-360°）,速度为零，无刚性冲击。

3.加速度分析

其中

=150°，

=270°

凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，在开始时（0°）、（75°-80°）、（150°）加速度有突变，但是突变有限，因而引起的冲击较小，故只存在柔性冲击。

回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，由曲线可知加速度无突变，即无柔性冲击。

启动电机，通过带传动涡轮蜗杆传动减速并带动凸轮转动，凸轮推动推杆运动。

最初150度，凸轮从最低点运动到最高点作推程运动时，推杆推送物品作上升运动，同时压缩弹簧。

接下来120度，凸轮从最高点作回程运动时，推杆在自身重力和弹簧弹力的作用下作下降运动。

最后的的90度推杆在最低位置静止不动。

电动机不断地提供电能带动整个装置的传动，完成构件上下往复运动，把一个物品从一个位置推送到另一个位置。

七、飞轮设计

由五可得△Wmax=0.1162J

Wm=w=4*Π；

Jf=△Wmax/（[δ]*Wm*Wm）-Je=0.0232Kg*

；

八、个人总结

实际操作永远不会像想象的那样简单。

在平常的学习中，尽管自己不承认，但多多少少还是存在眼高手低的情况。

这次的课程设计就给了自己当头一棒，刚开始的时候完全不懂。

通过在网上查找资料，到图书馆借书才逐渐理清头绪。

这次课程设计对对机械原理的掌握要求非常高，而且不仅仅如此，它还需要我们学习CAD、C语言、ADAMS、MATLAB等软件，是一次对综合能力的考察。

虽然这次的课程设计完成了，但是借鉴了不少前辈的经验，自己还有很多地方需要努力，而这也许才是这次课程设计最重要的收获。

最后要感谢我的队友的大力帮助以与老师的辛勤教导。

参考文献：

《机械原理》第七版高等教育出版社孙恒

《机械原理课程设计指导》北京航空航天大学出版社张晓玲

《机械原理课程设计》高等教育出版社裘建新

《机械原理创新设计》华中科技大学出版社强建国

《ADAMS2005机械设计高级应用实例》机械工业出版社郑凯

凸轮部分代码：

#include

#include

#include

#definePI3.141592653

doublefact[72][2];

doubletheory[72][2];

intang1=150,ang2=270,ang3=360;

doubleh=120,rb=60,b=2;

doubleA1=30*PI/180,A2=70*PI/180;

doubleP=13,e=0;

doubleSo,r=18;

doubleS（intI）

{

doubles;

doubleA;

doubleB;

if（I<=ang1/2）

{

A=I*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s=2*h*pow（A/B,2）;

}

elseif（（I>ang1/2）&&（I<=ang1））

{

A=I*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;

}

elseif（I<=ang2）

{

A=（I-ang1）*PI/180;

B=（ang2-ang1）*PI/180;

s=h-（10*h*pow（A/B,3）-15*h*pow（A/B,4）+6*h*pow（A/B,5））;

}

elses=0;

return（s）;

}

doubleds（intQ）

{

doubleA,B,C;

if（Q<=ang1/2）

{

A=Q*PI/180;

B=ang1*PI/180;

C=4*h*A/（B*B）;

}

elseif（（Q>ang1/2）&&（Q<=ang1））

{

A=Q*PI/180;

B=ang1*PI/180;

C=4*h*（B-A）/（B*B）;

}

elseif（Q<=ang2）

{

A=（Q-ang1）*PI/180;

B=（ang2-ang1）*PI/180;

C=-30*h*A*A/pow（B,3）+60*h*pow（A,3）/pow（B,4）-30*h*pow（A,4）/pow（B,5）;

}

elseC=0;

returnC;

}

doubledss（intB3）

{

doubleA,B,C;

if（B3<=ang1/2）

{

A=B3*PI/180;

C=ang1*PI/180;

B=4*h/（C*C）;

}

elseif（B3>ang1/2&&B3<=ang1）

{

A=B3*PI/180;

C=ang1*PI/180;

B=-4*h/（C*C）;

}

elseif（B3<=ang2）

{

A=（B3-ang1）*PI/180;

C=（ang2-ang1）*PI/180;

B=-60*h*A/pow（C,3）+180*h*A*A/pow（C,4）-120*h*pow（A,3）/pow（C,5）;

}

elseB=0;

return（B）;

}

voidxy（intang）

{

doubleA,B,C,E,F,dx,dy;

A=ang*PI/180;

B=S（ang）;

C=ds（ang）;

dx=（So+B）*cos（A）+sin（A）*C-e*sin（A）;

dy=-sin（A）*（So+B）+C*cos（A）-e*cos（A）;

E=r*dy/sqrt（dx*dx+dy*dy）;

F=r*dx/sqrt（dx*dx+dy*dy）;

theory[ang/5][0]=（So+B）*sin（A）+e*cos（A）;

theory[ang/5][1]=（So+B）*cos（A）-e*sin（A）;

fact[ang/5][0]=theory[ang/5][0]-E;

fact[ang/5][1]=theory[ang/5][1]+F;

}

doublea（intB1）/*****求解压力角****/

{

doubleA,B;

A=sqrt（（ds（B1）-e）*（ds（B1）-e））;

B=S（B1）;

returnatan（A/（B+So））;

}

doublep（intB2）

{

doubledx,dy,dxx,dyy;

doubleA,B,C,D,E;

A=B2*PI/180;

B=ds（B2）;

C=S（B2）;

D=dss（B2）;

dx=（So+C）*cos（A）+sin（A）*B-e*sin（A）;

dy=-sin（A）*（So+C）+B*cos（A）-e*cos（A）;

dxx=-（C+So）*sin（A）+cos（A）*B+D*sin（A）-e*cos（A）;

dyy=-cos（A）*（So+C）-B*sin（A）+D*cos（A）-sin（A）*B+e*sin（A）;

E=sqrt（pow（dx*dx+dy*dy,3））/sqrt（pow（（dx*dyy-dxx*dy）,2））;

return（E）;

}

//计算数据并写入文件

voidmain（）

{FILE*fp;

inti;

intk,h,l;

doubleangle1max=0,angle2max=0,pmin=1000;

if（（fp=fopen（"f:

\\sanying","w"））==NULL）

{

printf（"Cann'topenthisfile.\n"）;

exit（0）;

}

fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint4\n"）;

fprintf（fp,"xyx'y'"）;

for（;i!

=360;）

{

rb=rb+b;

So=sqrt（rb*rb-e*e）;

for（i=0;i<=ang1;i=i+5）

{

if（a（i）>A1||p（i）

break;

}

if（ang1+5-i）continue;

for（i=ang1+5;i<=ang2;i=i+5）

{

if（a（i）>A2||p（i）

break;

}

if（ang2+5-i）continue;

for（i=ang2+5;i<360;i=i+5）

{

if（p（i）

break;

}

}

for（i=0;i<360;i=i+5）

{

xy（i）;

}

for（i=0;i<=ang1;i=i+5）

{

if（angle1max

{

angle1max=a（i）;

k=i;

}

if（pmin>p（i））

{

pmin=p（i）;

h=i;

}

}

for（i=ang1;i<=ang2;i=i+5）

{

if（angle2max

{

angle2max=a（i）;

l=i;

}

if（pmin>p（i））

{

pmin=p（i）;

h=i;

}

}

for（i=0;i<72;i++）

{

fprintf（fp,"\n"）;

{

fprintf（fp,"%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t",theory[i][0],theory[i][1],fact[i][0],fact[i][1]）;

}

}

fclose（fp）;

printf（"理论坐标（x,y）"）;printf（"实际坐标（x,y）"）;printf（"\n"）;

for（i=0;i<72;i++）

{

printf（"%f",theory[i][0]）;

printf（""）;

printf（"%f",theory[i][1]）;

printf（""）;

printf（"%f",fact[i][0]）;

printf（""）;

printf（"%f",fact[i][1]）;

printf（"\n"）;

}

printf（"基圆半径是:

%f\n",rb）;

printf（"推程最大压力角是:

%f\n",angle1max*180/PI）;

printf（"此时角度是是:

%d\n",k）;

printf（"回程最大压力角是:

%f\n",angle2max*180/PI）;

printf（"此时角度是是:

%d\n",l）;

printf（"最小曲率半径是:

%f\n",pmin）;

printf（"此时角度是:

%d\n",h）;

推杆运动学分析部分代码：

#include

#include

#include

#definePI3.141592653

voidmain（）

{

doubleh=120;

intang1=150,ang2=270,ang3=360;

doubles[72],v[72],a[72];

doubleA,B;inti;

for（i=0;i

{

if（i<=ang1/2）

{A=i*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s[i/5]=2*h*pow（A/B,2）;

v[i/5]=4*h*A/（B*B）;

a[i/5]=4*h/（B*B）;

}

else{

A=i*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s[i/5]=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;

v[i/5]=4*h*（B-A）/（B*B）;

a[i/5]=-4*h/（B*B）;

}

}

for（i=ang1;i

{

A=（i-ang1）*PI/180;

B=（ang2-ang1）*PI/180;

s[i/5]=h-（10*h*pow（A/B,3）-15*h*pow（A/B,4）+6*h*pow（A/B,5））;

v[i/5]=-30*h*A*A/（B*B*B）+60*h*A*A*A/（B*B*B*B）-30*h*A*A*A*A/（B*B*B*B*B）;

a[i/5]=-60*h*A/（B*B*B）+180*h*A*A/（B*B*B*B）-120*h*A*A*A/（B*B*B*B*B）;

}

for（i=ang2;i

{

s[i/5]=0;

v[i/5]=0;

a[i/5]=0;

}for（i=0;i<72;i++）

printf（"%f%f%f\n",s[i],v[i]*4*PI,a[i]*4*PI）;

}