机械原理课程设计课设.docx
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机械原理课程设计课设
目录
1设计任务------------------------------------2
2工作原理分析--------------------------------4
3原动机选择----------------------------------5
4主运动机构选型与分析比较--------------------6
4.1各执行机构可能方案--------------------------------6
5机器传动方案的拟定和比较--------------------9
6主运动机构尺度综合--------------------------13
6.1自动打印机机械运动系统原理简述---------------------13
6.2自动打印机各机构尺寸设计---------------------------13
7主运动机构的运动分析------------------------18
8机械系统运动循环图--------------------------19
9设计小结------------------------------------20
10参考资料------------------------------------21
1设计任务
1.1设计题目:
自动打印机
对于包装好的纸盒上,为了商品某种需要而打印一种记号。
它的动作主要有三个:
送料到打印工位,然后打印记号,最后将产品输出。
1.2设计条件
表1原始数据
方案号
纸盒尺寸
生产率次/min
电动机转速r/min
长mm
宽mm
高mm
A
100
70
30
80
1440
B
120
80
40
1440
C
130
90
45
960
D
150
100
50
960
自动打印机系统的系统功能图如下所示。
1.3设计任务及要求
1.要求设计实现该打印机功能的送料机构、夹紧机构、打印机构和产品输出机构。
一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。
至少设计出三种能实现机运动形式要求的机构,绘制所选机构的机构示意图(绘制在说明书上),比较其优缺点,并最终选出一个自己认为最合适的机构进行机构综合设计,绘制出其机构运动简图。
2.设计传动系统并确定其传动比分配(皮带传动传动比i≈2,每级齿轮传动传动比i≤7.5)。
3.在图纸上画出自动打印机的传动系统方案图和工作循环图。
4.在图纸上画凸轮机构设计图(包括位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置);要求确定运动规律,选择基圆半径,校核最大压力角与最小曲率半径,确定凸轮廓线。
5.设计计算其中一对齿轮机构。
6.以上所要求绘制的图形均绘制在一张一号图纸上。
7.编写设计计算说明书一份。
1.4设计提示
1.从结构简化考虑将送料—夹紧机构合为一体,可以采用凸轮机构或连杆机构。
2.打印机构和输出可以采用平面连杆机构或凸轮机构。
3.由于定位夹紧时在送料方向有一挡块,输出运动可与送料运动方向互相垂直。
2工作原理分析
2.1工作循环分析
要求设计实现该打印机功能的送料机构、夹紧机构、打印机构和产品输出机构。
一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。
各机构之间的相互运动存在相互配合关系,先是送料机构将商品运到指定的位置,然后是夹紧装置将商品固定,保压,打印机构运动打印商标,并保压一定时间,打印机构收回,然后夹紧装置松开,送料机构回到起点准备输送下一件商品,输出机构将打印好商标的的商品输出。
3原动机选择
第二类原动机的性能比较
类别
电动机
气压马达
液压马达
尺寸
较大
较小
最小
功率/重量
大
比电动机大
最大
输出刚度
硬
软
较硬
调速方法和性能
直流电动机课改变电枢的电阻、电压或改变磁通进行调速交流电动机通常是不调速的,需要时则也可通过变频、变极或变转差率进行速
用气阀控制,简单、迅速,但不精确
通过阀控或泵控制改变流量,调速范围大
反转性能
通常是单向回转的需要时可采用反向开关,或特殊电路反向,简单
通过方向控制阀反向供气,简单、迅速
通过方向控制阀反向供油或使变量装置超过中心位置,简单
运行温度的控制高温使用性能
在正常环境温度下使用,电机采用风冷,温升应低于允许值受绝缘的限制,采用耐热的绝缘材料和特殊设计,
排气时空气膨胀自冷取决于结构材料的允许使用温度
对油箱进行风冷或水冷受油液最高使用温度的限制,采用高温油可提高使用温度
防燃爆性能
需采用防爆电动机
介质不会燃爆,可用于易燃易爆的大气中
用于易燃环境时,必须使用防燃性油
恶劣环境适应性
需用防护是,或密封式电动机
多用于多尘、潮湿和不良的大气中
需用密封结构
故障反应
运转故障或严重过载,可能烧坏电动机,需要考虑过载保护装置
过载不引起部件损坏
过载不引起部件损坏
功率范围
0.3~10000kW,范围极广
使用范围:
15kW以下,与马达类型有关特别适用于0.75kw以下的高速传动
受实际油压(一般最大为34N/mm2)和马达尺寸的限制。
电动机型号
额定功率/(kW)
满载转速/(r*min-1)
堵转转矩/额定转矩
最大转矩/最大转矩
同步转速1500r/min,4级
Y90S-4
1.1
1400
2.2
2.2
4主运动机构选型与分析比较
4.1各执行机构可能方案
4.1.1送料机构
送料机构需要一种能完成直线往复运动的机构来实现,可采用以下机构来实现送料:
1).
图1圆柱凸轮机构
2).
图2摆动导杆机构
4.1.2打印机构
当工件送到指定的位置时,打印机构通过一定的行程将标记打印到原料盒上,打印机构要求有一定的间歇性,并且应与原料盒有一定的接触时间,从而清晰地打印记号。
可采用以下机构实现:
1).
2).
凸轮滑块机构
4.1.3输出机构
产品输出应连续、整齐;输出机构不应对产品产生冲击破坏;输出产品应易于堆放、装箱。
可由以下机构实现:
1).
2).
图6圆柱形凸轮机构
3).
图7槽轮皮带传动
5机器传动方案的拟定和比较
5.1方案1:
机构简图如下
方案分析:
此方案采取的是用偏心凸轮和若干个连杆构成的。
输送杆垂直方向的运动是有偏心轮驱动的,而水平方向的往复运动则有曲柄驱动。
从而达到间歇送料的目的。
当传带翻转时,已加工好的产品自动输出。
产品的夹紧主要是采用固定口的方法夹紧。
优点:
连杆机构一般均为低副。
其运动副元素为面接触,压力较小,承载能力较大,润滑好,磨损小,加工制造容易,且连杆机构中的低副一般是几何封闭,对保证工作的可靠有利。
凸轮的使用容易实现预期的运动规律。
缺点:
(1)由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递,因而传动路线较长,易产生较大的误差积累,同时也使效率降低。
(2)在连杆机构运动中,连杆所产生的惯性力难以用一般方法消除,因而此机构不宜用于高速运动。
(3)连杆须较高的运动精度。
(4)送料机构所需的空间较大,造成经济上的浪费。
5.2方案2:
机构简图如下
传动部分采取槽轮机构,平面图如下
方案分析:
此机构的送料部分采取的是盘型结构,盘的转动通过槽轮带转,从而实现其间歇送料的目的。
夹紧部分采取的是固定位置夹紧。
产品输出利用定位固定挡块的方法,将产品垂直方向输出。
输出运动于送料运动的方向互相垂直。
优点:
机构紧凑,使传动速率增大。
因为有紧凑的机构,所以减少占地面积。
用槽轮传动,所以工作可靠,在圆销进入和脱离啮合时,运动平稳,能准确控制转动的角度。
缺点:
槽轮的配合要求比较高。
槽轮的转角大小不能够调节,在转位始末有冲击。
因此此机构只能应用于转速要求不高的装置中。
5.3方案3:
机构简图如下
带动部分为凸轮式间歇运动机构。
其平面图如下
方案分析:
打印机构通过凸轮来达到间歇运动目的,在远休止处打印,近休止处等待送料过来。
与凸轮连接的滚子通过弹簧使其始终与凸轮相连,本来凸轮具有易磨损的特点,滚子的应用很好的解决了这个问题;;夹紧部分采取的是固定位置夹紧;盘的转动通过应用凸轮式间歇运动机构来带动,使之实现间歇运动;产品输出利用定位固定挡块的方法,将产品从下输出。
输出运动于送料运动的方向互相垂直。
优点:
只要适当设计出凸轮轮廓曲线,就可使从动盘获得所预期运动规律。
其动载荷小,无刚性和柔性冲击。
无需采用其他的定位装置,就可获得高的定位精度。
且机构结构紧凑,节约使用空间。
缺点:
加工成本高,对装配、调整要求严格。
5.4方案4:
机构简图如下
方案分析:
送料机构通过圆柱凸轮的转动实现推料杆的往复直线运动,将原料盒推至打印工位。
打印机构将打印机构设置于推杆的推料端,在推杆送料的同时,打印设备对原料盒打印记号。
输出机构在与送料机构方向成90度角的方向上放一输送机构(曲柄滑块机构),通过滑块的往复直线运动,将打印好的产品推送到皮带轮上,在皮带轮的带动下,产品将落到承载台上,进而可对产品装箱。
优点:
将打印机构和送料机构有效的结合在一起,有效的减少了方案一中的多个传动轴在不同方向的缺点,优点在推料的同时打印记号,这
缺点:
但送料机构和输出机构仍不在同一方向,在设计时仍存在一定的困难。
其他不足之处在输出产品时,滑块对产品可产生冲击,对产品的质量产生损害和对打印机构的加墨不太好实现。
5.5方案5:
机构简图如下
方案分析:
送料机构采用皮带轮机构,通过槽轮带动皮带轮作间歇性转动;在重力的作用下,原料盒有序的掉落于皮带轮上,并通过定位齿对原料盒定位。
打印机构:
采用凸轮控制驱动式间歇打印机构,凸轮运动分推程、远休、回程、近休四个阶段;在远休时,皮带轮静止,打印头停留在原料盒上,进行打印工作,油墨充分地打印到纸盒上;在近休时,打印头停留在初位置同时供墨系统又向打印头补充油墨,以保证打印机构能够连续的工作。
输出机构:
输出机构与送料机构为同一机构(皮带机构在使产品输入后经过打印机构又把打印好的产品有序的输出),当产品输送到皮带轮边缘时,由于重力的作用,产品将通过导板自动滑落到承载台上,然后就可对产品进行整箱。
此方案巧妙的将三个机构(送料、打印、输出)结合在一起,更大程度上节省了空间。
在原料盒的加工过程中,原料盒始终在皮带轮上,送料、打印和输出三个动作一气呵成,极大的提高了生产效率。
三个机构的传动轴可以巧妙的结合在一起,设计简单,同时在工作的过程中对机器的损害也较小。
6主运动机构尺度综合
6.1自动打印机机械运动系统原理简述
自动打印机机械运动简图
由上图可见,自动打印机有三个执行机构来完成以下工艺动作:
1).送料到打印工位
这一动作利用原料盒自身重力有序的掉落于皮带轮上,并通过定位齿对原料盒定位。
皮带轮在槽轮的带动下要实现工作行程——停歇。
2).打印记号
利用凸轮控制驱动式间歇打印机构的运动特性,凸轮要实现
工作行程——停歇——回程——停歇。
具体运动过程如下:
在皮带轮静止时,凸轮实现工作行程——停歇动作,皮带轮运动时,凸轮实现回程——停歇。
3).输出产品
将打印好的产品通过皮带传送落到承载台上,进行打包、装箱。
6.2自动打印机各机构尺寸设计
6.2.1.机构尺寸要求
表2产品尺寸
方案号
纸盒尺寸
生产率次/min
电动机转速r/min
长mm
宽mm
高mm
A
100
70
30
80
1440
B
120
80
40
1440
C
130
90
45
960
D
150
100
50
960
6.2.2.机构尺寸计算
1)槽轮机构
槽轮机构
取外槽轮槽数z=8,主动拨盘上有一个圆销,查表得外槽轮的运动系数为
k=td/t=1/2-1/z=3/8
根据机构的受力情况和机械所允许的安装尺寸,我们确定中心距L=200mm,圆销半径r=20mm,最后按图(10)所示的几何关系,求得下列各式其他尺寸:
R=Lsinφ2=Lsin(π/z)=200*sin(π/8)=76.54mm
s=Lcosφ2=Lcos(π/z)=200*cos(π/8)=184.78mm
h≥s-(L-R-r)=184.78-(200-76.54-12)=73.32mm
拨盘轴的直径d1及槽轮轴的直径d2受以下条件限制
d1≤2(L-s)=2*(200-184.78)=54mm
d2<2(L-R-r)=2*(200-76.54-12)=111.46mm
锁止弧的半径大小根据槽轮轮叶齿顶厚度b来确定,通常取b=3-10mm.
槽轮转速的确定:
拨盘的角速度w1=8π/3rad/s;设拨盘和槽轮的位置分别用a和φ来表示,并规定a和φ在圆销进入区为负,在圆销离开区为正。
设圆销至槽轮回转轴心的距离为rx,则有
Rsina=rx*sinφ
Rcosa+rxcosφ=L并令R/L=k,可得
tanφ=ksina/(1-kcosa)对其对时间求导,并令dφ/dt=w2:
w2/w1=k(cosa-k)/(1-2kcosa+k*k)
2)凸轮机构
凸轮控制驱动式间歇打印机构,其原理如图4所示.打印头位于凸轮机构从动件下端,在弹簧的作用下,凸轮与从动件保持接触,打印机头随从动杆作上下往复运动,对包装产品进行商标打印。
其循环设计步骤如下:
第一:
确定打印机构的工作运动循环
设所给定的打印机构生产能力为每分80个,从所选取的打印机构原理图看到,凸轮回转一周就完成一件产品的打印,因而机构作打印工作的节拍时间或称打印的运动循环周期就是打印工作机构中凸轮转一周的时间T。
对设定的打印生产能力应为:
T=60/80=0.75秒
即自动打印工作机构正常工作时,打印工作机构打印一件产品的工作运动循环周期为1秒。
划分和确定工作运动循环的区段组成
根据打印机构的工作运动和打印工艺过程的需要,打印头的工作运动循环由下列四个区段组成:
即:
t1--(推程)打印头向包装产品行进运动时间;
t2--(远休)打印头在包装产品上停留,即打印商标时间;
t3--(回程)打印头打印结束后,向初始位置返回行程的时间;
t4--(近休)打印头在初位置停留,供墨装置为其加墨的时间。
故打印机构的运动循环时间组成为:
T=t1+t2+t3+t4
若用凸轮轴上的旋转角表示,相应的有:
φ=φ1+φ2+φ3+φ4
第三:
确定工作机构运动循环各区段时间间隔根据打印工艺要求,设打印头在包装产品的停留时间为t2=3T/8=0.375秒,加墨停留时间为t4=1T/8=0.125秒,为简化凸轮轮廓曲线,取凸轮的推程和回程时间相等为:
t1=t3=(T-t2-t4)/2=(1-0.375-0.125)/2=0.25秒
若以相应的凸轮旋转角表达则为:
φ1=360°*0.25/1=90°
φ2=360°*0.375/1=135°
φ3=360°*0.25/1=90°
φ4=360°*0.125/1=45°
第四:
凸轮机构基本尺寸的确定
根据实际工作情况,取推程h=60mm.
a.凸轮机构的压力角,工程上要求αmax<≤[α],直动推杆:
[α]=30°
b.凸轮的基圆半径的确定
利用诺模图确定基圆半径,对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,δ0=90°,h=120mm,推杆以正弦加速度运动,要求:
[α]=30°。
作图得:
h/ro=0.61,则ro>60/0.61=98.36mm,因此我们取ro=100mm。
第五:
凸轮轮廓曲线的设计
1.推杆的运动规律
选择推杆运动规律,首先需要满足机器的工作要求,同时还应使凸轮机构具有良好的动力特性和使所设计的凸轮便于加工等。
在此次设计的结构中为了减小滚子对原料盒的冲击,确定推杆以正弦加速度运动.其运动规律如下:
设其推程角为δ1,设其回程角为δ2。
其推程时的运动方程为:
s=h[(δ/δ1)-sin(2πδ/δ1)/(2π)]
v=hw[1-cos(2πδ/δ1)]/δ1
a=2πhw*wsin(2πδ/δ1)/(δ1*δ1)
其回程时的运动方程为:
s=h[1-(δ/δ2)+sin(2πδ/δ2)/(2π)
v=hw[cos(2πδ/δ2)-1]/δ2
a=-2πhw*wsin(2πδ/δ2)/(δ2*δ2)
在正弦加速度运动中,无论是推程运动还是回程运动既无刚性冲击也无柔性冲击。
表3:
运动规律
运动规律
最大速度Vmax(hw/δ0)*
最大加速amax
(hw*w/(δ0*δ0))*
最大跃度jmax(hw*w*w/(δ0*δ0*δ0))*
适用场合
等速运动
1.00
∞
低速轻载
等加速等减速
2.00
4.00
∞
中速轻载
正弦加速度
1.57
4.93
∞
中低速轻载
余弦加速度
2.00
6.28
39.5
中高速轻载
五次多项式
1.88
5.77
60.0
高速轻载
在凸轮机构中,为了避免冲击,推杆不宜采用加速度有突变的运动规律。
2.凸轮轮廓曲线的设计:
3.滚子半径的确定
滚子的尺寸受其强度、结构的限制,不能做得太小,通常取滚子半径rr=(0.1~0.5)ro,其中ro为凸轮的基圆半径。
我们取rr=0.1r0=0.1*120=12mm.
3)皮带轮机构
根据前面的计算我们已经确定槽轮机构中拨盘的转速为:
W1=2π/T=2π/0.75=8π/3rad/s
槽轮的转速为:
W2=(2π/8)/(3/8)=π/3rad/s
因此皮带轮的转速w3=π/3rad/s,我们取皮带轮的半径r=80mm,则包装好的纸盒在皮带轮上的运动速度:
v=w3*r=π/3*80=80π/3mm/s
4)电机
根据设计要求(电动机可选用0.55kw(或0.75kw),1440r/min)查阅《机械设计手册》,得到如下数据:
电机型号:
Y802-4(Y系列三相异步电动机)电机功率:
0.75kW电流:
6.5A转速:
1440r/min效率:
74.5%功率因数:
0.76
3.各构件转速计算
各构件工作速度
拨盘w=8π/3rad/sn=4/3r/s
槽轮w=π/3rad/sn=1/6r/s
皮带轮w=2π/3rad/sn=1/3r/s
凸轮w=8π/3rad/sn=4/3r/s
电动机n=1440r/minn=24r/s
7主运动机构的运动及动力分析
7.1运动分析:
我们所设计的自动打印机,主要分为三个机构——送料机构、打印机构、输出机构。
送料机构:
我们设计了摇杆滑块机构、圆柱凸轮机构及皮带轮和槽轮的传送机构,经过分析,我们认为前两种机构不易控制运动速度和对材料的定位,所以采用了皮带轮和槽轮机构,由槽轮带动皮带轮做间歇性运动,并且皮带轮上装有定位齿,通过合适的传动比,使槽轮走过一个槽,皮带向前运动一个工件的进位。
打印机构:
我们最初设计了曲柄滑块机构和凸轮机构两种,但是考虑到打印机的停歇周期,传送速度,精度等问题,我们最终决定采用凸轮机构,凸轮运动分为推程、远休止、回程、近休止四个阶段,远休止时进行打印,近休止时由供墨系统进行供墨。
同时,考虑到要避免打印时对纸盒造成冲击,可以使凸轮按正弦加速度曲线运动。
输出机构:
输出机构与送料机构相同,采用皮带轮传送,当工作到达皮带轮边缘时,通过自身重力,落入收集箱内。
8机械系统运动循环图
送料机构
送料
停止
打印机构
回程
近休止
推程
远休止
回程
输出机构
物品输出
停止
9设计小结
通过这次课程设计,我对机械原理课程设计加深了理解与认识。
对连杆机构,凸轮机构和齿轮机构的运动特点有了进一步的认识,学到了一些实践性的东西。
首先,经过计算机模拟运动分析可以得到直观的运动曲线,从而对各种机构的运动特性有了更深一步的理解。
对机械系统设计的步骤及方法,其中包括选择模型,运动方案的确定,运动学和动力学的分析和整体设计等,并提高了我的计算,分析,计算机辅助设计,绘图以及查阅和使用文献的综合能力。
其次,对于一些在机械原理课程中提到的比较抽象或者很少提及的概念有了一个认识,例如传动比的分配,各种参数的选择等,参数不同对结果的影响很大,甚至实现不了要求的运动动作。
通过自己对各种参数的选择,了解了这些参数的选择方法。
近一星期的机械原理课程设计结束了,在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了每个人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,真正体会到了团结合作产生的巨大力量。
在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,大家都很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.
在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的.
课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程,比如我组的张步阳同学,人家的确有种耐得住寂寞的心态.确实他在学习上取得了很多傲人的成绩,但是我所赞赏的还是他追求的过程,当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己的任务,而且孜孜不倦,追求卓越.我们过去有位老师说得好,有有些事情的产生只是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,有位那种追求的锲而不舍的过程是相同的,这就是一种优良的品质,它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步.
在这次机械原理课程设计之初我们有过一些其他的想法,但是因为难于实现而放弃了,最终题目定下来这个垂直锤钉子的装置。
通过这短短的一星期的课程设计不仅仅让我们对《机械原理》书中的知识有了更进一步的了解,而且进一步加强了我们对机械的认识和喜爱,同时也让我们了解到了创新的可贵与价值,我们会在这条机械创新的路上一直走下去,相信我们也会越走越远!
10参考资料
【1】付则绍.机械原理[M].2版.北京:
石油工业出版社,1998.
【2】孙桓,陈作模.机械原理[M].6版.北京:
高等教育出版社,1996.
【3】穆塔里夫.机械原理课程设计指导书[M].新疆大学.
【4】汤可桢,
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