产品包装生产线

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

机械原理课程设计

设计题目：产品包装生产线（方案1）院系：机电工程学院

班级：0908107班

分析者：郭江峰

学号：1090810701

同组人: 武桐、孙鹏

指导教师: 赵永强

设计时间: 2011年6月30号

哈尔滨工业大学

产品包装生产线（方案I ）

1. 题目要求

如图所示，输送线1上位小包装产品，其尺寸为长×宽×高＝600×200×200，采取步进式输送方式，小包装产品送至A 处达到2包时，被送到下一个工位进行包装。原动机转速为1430rpm ，产品输送数量为三档可调，每分钟向下一个工位可以分别输送14、22、30件小包装产品。

A

2. 题目解答

1）工艺动作分析

由设计题目和图形可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A 处把产 品推到下一个工位的是执行构件2，这两个执行构件的云顶协调关系如下图所示：

1T 是执行构件1的工作周期，2T 是执行构件2的工作周期，2T '是执行构件2的动作周

期。由上图可以看出，执行构件1是做连续往复运动，执行构件2是间歇运功，2的工作周期2T 是1的工作周期的2倍。执行构件2的动作周期2T '则只有1的工作周期的二分之一左右。

2) 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工作的执行构件应该具有的运动功能如下图所示 。该运动功能单元把一个连续的单向运动装换为连续的往复移动，主动件每转动一周，执行构件1往复运动一次，主动件的转速分别为14、22、30r /min 。

由于电动机的转速为1430r/min ，为了在执行构件1的主动件上分别得到14、22、30r/min

的转速，则由电动机到执行构件1的总传动比z i 有3种，分别为

11430715

102.143147z i =

== 214306522

z i ==

3143014347.667303

z i ===

总的传动比由定传动比c i 和变传动比v i 组成，即

zk c vk i i i = (k=1,2,3)

三种传动比中1z i 最大，3z i 最小。由于定传动比c i 是常数，因此，3种变传动比中1v i 最大，3v i 最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于4，即

14v i =

于是定传动比和其他变传动比分别为

112233715125.536746528

28 2.5457151114328 1.8673715

z c v z v c z v c i i i i i i i i i =

=?===?===

=?= 于是，传动系统的有机变速功能单元图如下：

为了保证系统过载是不至于随坏，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课采用带传动实现。这样一来，该运动功能单元不仅具有过载保护功能还有减速功能，如下图。

传动系统另外的减速功能单元的传动比为

25.53610.2142.5 2.5

c i i =

== 其运动功能单元为

根据上述运动功能分析，可以得到实现构件1运动的运动功能系统图，如下

为了使用同一原动机驱动执行构件2，应该在上图所示的运动功能系统图中加一运动分支单元，其运动分支驱动执行构件2，该运动分支功能单元如下图所示。

I=10.214

由于执行构件2的工作周期是执行构件1的工作周期的2倍，因此，上述运动分支在驱动执行构件2之前应该减速为执行构件1的主动件转速的二分之一。由于执行构件1与2的运动平面是垂直的，故，该减速运动功能单元如下图。

由于执行构件2是间歇运动，且其间歇时间是其工作周期的四分之三，其运动时间是其工作周期的四分之一。因此，间歇运动功能单元的运动系数为

14

τ=

间歇运动功能单元如下图所示

由于执行构件2的动作周期是执行构件1动作周期二分之一左右，因此，驱动执行构件2的驱动机构的主动件的转速应该是驱动执行构件1的驱动构件的转速的2倍左右。故，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速功能单元，如下图。

由于执行构件2的功能是做往复直线运动，因此，执行构件2的功能是将连续的转动转化成往复直线运动，如下图。

根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如下。

3) 系统运动方案拟定

根据整个系统的运动功能系统图，选择合适的机械系统来实现各个运动功能单元。

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，课采用电动机来实现次功能。如下图。

运动功能单元2为过载保护功能单元兼有减速功能，可以选用带传动，如下图。

i=2.5

运动功能单元3是有极变速功能单元，可以采用滑移齿轮变速传动。

运动功能单元4是减速功能单元，可以选用两级齿轮传动，如下图。

运动功能单元6是把连续转动装换为连续往复摆动，可以采用凸轮机构实现，如下图。

运动功能单元7是减速功能单元，其运动输入轴与输出轴相垂直，可以采用锥齿轮传动。

i=3

7

运动功能单元5是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动的主动轮与导杆滑块滑块机构的曲柄固联替代。如下图。

运动输入

运动输出

运动功能单元8是把连续转动转化为间歇转动的运动功能单元，可以采用不完全齿轮机构来实现。该运动功能单元的运动系数为

0.25τ= 以实现主轮转动1周，从动轮转动四分之一圆周。其结果如下

运动功能单元9是增速运动功能运动单元，可以采用齿轮传动。如下图。

9

i=0.25

9

运动功能单元10是把连续的转动装换成往复的直线移动的功能单元，可以采用曲柄滑块机构实现。如下图。 9

根据以上分析，把各个功能单元按顺序连接起来就形成了运动方案见图，如下。

4）系统运动方案设计

（1）执行构件1的设计

执行构件1驱动执行构件1运动， 执行构件1由凸轮19，链轮18，凸轮从动件20组成，凸轮从动件的行程为

h=480mm

凸轮的转动由链轮18带动实现。

凸轮从动件的行程为h=480mm ，为了使其有机会特性，设定推程运动角回程运动角分别为

240o φ=? 120o φ'=?

远休止角和近休止角都为0?。由于该凸轮的转速很小，故采用等速运动规律。编写VB 程序，画出()ds

s d ??

-

曲线后，确定凸轮基圆半径、偏距、滚子半径分别为220mm ，40mm ，30mm 。最终凸轮的轮廓线及机构运动简图下图

由题目可知，从动件导杆的长度至少为480mm ，为了使凸轮机构的结果紧凑，令从动件导杆长为L=500mm 。

凸轮的动力通过链轮由圆锥齿轮获得。 (2) 执行机构2的设计

执行机构2驱动执行构件2运动，它由曲柄28,、连杆29和滑枕22组成。滑块2的行程为

h=620mm

由此可确定该机构曲柄的长度

10.5310l h mm ==

连杆29的长度2l 与机构的许用压力角、曲柄存在条件有关，即

1

max 2

sin l l α=

由此可知，连杆的长度越长，机构的许用压力角就越小。 若要求

max 30α≤?

则

12max

620sin l l mm α≥

=

执行机构2的运动简图如下

(3) 不完全齿轮的设计

中心距

不完全齿轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不确定的情况下暂定为

150a mm =

齿数z

因从动轮每次转四分之一周，选

213z =

2160z z ''==

4K =

主动轮齿数

12112z z K =+-=

因要求中心距为150mm 左右

12()1502

m a z z mm '

'=

+≈ 取

2.5m mm =

取压力角和齿顶高系数

20α?=

**121a a h h ==

主动轮齿顶压力角

111cos arccos 24.58022

a z z α

α'==?'+

从动轮齿顶压力角

22

2cos arccos 24.58022

a z z α

α'==?'+

一次间歇运动，从动轮转角

1111z =>

2236090z z δ?

'=

=?'

主动轮末齿齿顶高系数*

am h 和首齿高系数*

as h

221802[

2()]

5.009a inv inv z π

γααπ

?

=+-=?'

22

18014.5047K z δγ?

=

+=?' 21221222

()2(1)()(2)cos 59.57752

z z z z z z z L δ'''''''+++-++==

*0.9768am

h ==

*0.90as h =

锁止弧半径R

218.9906θδγ=-=?

0.9241θ?=?

74.27R mm =

= 主动轮齿顶圆半径1a r ，首齿顶圆半径1as r 和末齿顶圆半径1am r

*

111(2)77.52a a m r z h mm '=

+= *

11(2)77.252as as m r z h mm '=+=

*

11(2)77.442am am m r z h mm '=+=

从动员齿顶圆半径2a r

*

222(2)77.52

a a m r z h mm '=

+= 主动轮首、末两齿中心线夹角ψ

11360(1)

69.2308z z ψ?-=

=?'

主动轮锁止弧中点的向径与首齿中心线间的夹角E Q

11180(

)

0.80962as inv inv z π

λααπ

?

=-+='

1111

112111221174.66cos arccos

19.282180()

0.7817(2)sin

2arctan 10.6412()(2)cos

2

11.4508c c c as c E r mm mz r inv inv z z z z Q α

αψααπ

θ

βψθ

βλ=

='==??

=-=?

'+=+=?

'''+-+=+=?

主动轮锁止弧起始的向径与末齿中心线间的夹角S Q

21180(

)

0.74542am inv inv z π

λααπ

?

=-+=?'

222*2222

arcsin(sin )14.52213.7704am S z z h Q βδβλ'+==?

'+=-=?

(4) 滑移齿轮传动设计 ①确定齿轮齿数

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5z 、6z 、

7z 、8z 、9z 、10z 。由前面的分析可知

10

19

1182276335z =4z 715125.53674

z 6528=28 2.545

z 71511z 14328= 1.867z 3715

v z c v z v c z v c i i i i i i i i i i ==

=?===?===

=?=

按最小不根切齿数取

9z =17 1019z =i z =417=68v ?