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 (2)二、设计数据与要求 (2)三、设计任务 (3)四、方案设计 (4)1.凸轮连杆组合机构 (4)2.凸轮机构 (5)3.连杆机构 (6)4.凸轮齿轮组合机构 (7)五、方案尺寸数据及发动机参数 (7)六、运动分析 (8)1.位移分析 (8)2.速度分析 (9)3.加速度分析 (10)七、飞轮设计 (11)八、个人总结 (12)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。

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。

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，而且连杆及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、方案尺寸数据及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a d =50，外径a d =52.2； 槽型为 Y ；带轮2基准直径ad =20，外径ad =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*2m 。

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=0.072 J ； 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. 3764 J/s=1.36kw六、运动分析1.位移分析2212/s h δδ=1(0,/2]δδ∈22112()/s h h δδδ=--11(/2,]δδδ∈21[1cos()]/2s h πδδδ=+- 12(,]δδδ∈其中1δ=150°，2δ=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214/v h δδ=1(0,/2)δδ∈2114()/v h δδδ=--11(/2,)δδδ∈2121sin()v ππδδδδδ=---12(,)δδδ∈其中1δ=150°，2δ=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214/a h δ= 1(0,/2)δδ∈214/a h δ=11(/2,)δδδ∈22121()cos()a ππδδδδδ=--- 12(,)δδδ∈其中1δ=150°，2δ=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=0.1162JWm=w=4*Π；m；Jf=△Wmax/([δ]*Wm*Wm)-Je=0.0232 Kg*2八、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及老师的辛勤教导。

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《ADAMS 2005 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<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#define PI 3.141592653double fact[72][2];double theory[72][2];int ang1=150,ang2=270,ang3=360;double h=120, rb=60,b=2;double A1=30*PI/180, A2=70*PI/180;double P=13,e=0;double So,r=18;double S(int I){double s;double A;double B;if(I<=ang1/2){A=I*PI/180;B=ang1*PI/180;s=2*h*pow(A/B,2);}else if((I>ang1/2)&&(I<=ang1)){A=I*PI/180;B=ang1*PI/180;s=h-2*h*pow((B-A)/B,2);}else if(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));}else s=0;return(s);}double ds(int Q){double A,B,C;if(Q<=ang1/2){A=Q*PI/180;B=ang1*PI/180;C=4*h*A/(B*B);}else if((Q>ang1/2)&&(Q<=ang1)){A=Q*PI/180;B=ang1*PI/180;C=4*h*(B-A)/(B*B);}else if(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);}else C=0;return C;}double dss(int B3){double A,B,C;if(B3<=ang1/2){A=B3*PI/180;C=ang1*PI/180;B=4*h/(C*C);}else if(B3>ang1/2&&B3<=ang1){A=B3*PI/180;C=ang1*PI/180;B=-4*h/(C*C);}else if(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);}else B=0;return(B);}void xy(int ang){double A,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;}double a(int B1)/*****求解压力角****/{double A,B;A=sqrt((ds(B1)-e)*(ds(B1)-e));B=S(B1);return atan(A/(B+So));}double p(int B2){double dx,dy,dxx,dyy;double A,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void main(){ FILE *fp;int i;int k,h,l;double angle1max=0,angle2max=0,pmin=1000;if((fp=fopen("f:\\sanying","w"))==NULL){printf("Cann't open this file.\n");exit(0);}fprintf(fp,"\n The Kinematic Parameters of Point 4\n");fprintf(fp," x y x' 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)<P)break;}if(ang1+5-i)continue;for(i=ang1+5;i<=ang2;i=i+5){if(a(i)>A2||p(i)<P)break;}if(ang2+5-i)continue;for(i=ang2+5;i<360;i=i+5){if(p(i)<P)break;}}for(i=0;i<360;i=i+5){xy(i);}for(i=0;i<=ang1;i=i+5){if(angle1max<a(i)){angle1max=a(i);k=i;}if(pmin>p(i)){pmin=p(i);h=i;}}for(i=ang1;i<=ang2;i=i+5){if(angle2max<a(i)){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<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#define PI 3.141592653void main(){double h=120;int ang1=150,ang2=270,ang3=360;double s[72],v[72],a[72];double A ,B; int i;for(i=0;i<ang1;i+=5){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<ang2;i+=5){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<ang3;i+=5){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);}。