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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923018 學(xué)生姓名： 周 洋 指導(dǎo)教師： 馮鮮（職稱：講師 ） （職稱：講師 ） 2013年5月25日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝機(jī)推包 機(jī)構(gòu)設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致 謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體 已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械91 學(xué) 號： 0923018 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 經(jīng)過考慮現(xiàn)在包裝機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢后, 為了更好地實(shí)現(xiàn)包裝 機(jī)械的自動化控制，改進(jìn)推包機(jī)構(gòu)的設(shè)計以提高生產(chǎn)效率而給定的。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1、方案設(shè)計，并確定傳動系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸和各構(gòu)件尺寸。 2、機(jī)械部分設(shè)計。確定電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速、對部分構(gòu)件如齒輪進(jìn) 行強(qiáng)度計算，并確定其尺寸。 3、進(jìn)行推包及結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制其裝配圖。 4、工作過程3D 演示。 5、單片機(jī)檢測下一個工件是否到位時，為防止一些干擾，要求感光 板低電平20毫秒后，才確認(rèn)下一工件已經(jīng)到位。 6、設(shè)計說明書一份。 注：所有圖紙均要求計算機(jī)打印。 I 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械91 班 姓名 周 洋 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所 長簽名 系主任 簽名 2012年11月12日 II 摘 要 包裝機(jī)是一個產(chǎn)品生產(chǎn)和外包的機(jī)器的統(tǒng)稱，其主要功能是包裝各種產(chǎn)品，而包裝 機(jī)推包機(jī)構(gòu)則是給包裝機(jī)提供包裝產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)，其主要功能就是從生產(chǎn)線將產(chǎn)品輸送到 包裝機(jī)的相應(yīng)入口，推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是一個按一定軌跡的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動。它推送物品到 達(dá)指定包裝工作臺，該機(jī)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的人工移動物品，改善了工作效率低的缺點(diǎn)。 本文所設(shè)計的推包機(jī)構(gòu)，有回程一體的全自動化功能，其主要設(shè)計思路來自于對傳 統(tǒng)工藝的分解,然后按照相應(yīng)功能的機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計,對比,選定,以及優(yōu)化組合。綜合 利用凸輪的往復(fù)運(yùn)動,齒輪的傳動運(yùn)動，以及減速器的定值調(diào)速比的設(shè)定。再利用 Auto Cad 軟件強(qiáng)大繪圖功能,和 Word 的編輯功能,把設(shè)計方案圖文并茂,栩栩如生的展現(xiàn)出來。 在本系統(tǒng)中,用激光感應(yīng)被包裝工件并通過單片機(jī)對推包機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。激光測得被推物 體確認(rèn)到達(dá)后,由感光板上發(fā)出脈沖,通過89C51單片機(jī)及步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動芯片 ULN2803對 步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行控制。同時被包裝工件的件數(shù)由 LED 顯示器顯示。對推包機(jī)構(gòu)則采用偏 置滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)相結(jié)合。其中，偏置滑塊機(jī)構(gòu)控制推頭的水平方 向上運(yùn)動，凸輪機(jī)構(gòu)則控制推頭垂直方向的運(yùn)動。在本設(shè)計中，在推頭回程過程中不影 響下一個工件的到來，從而總體來講提高了效率。 關(guān)鍵詞：包裝機(jī)；推包機(jī)構(gòu)；減速機(jī)；齒輪 III Abstract Packing machine is a machine of a production and outsourcing collectively, Its main function is the packaging of various products, However, the packaging machine push package body is the institutions of packaging products, packaging machine, Its main function is to transport products from the production line to the corresponding entry of the packaging machine, the agencys movement is a movement of the cycle by a certain trajectory. The agency push items arrived at the designated packing table, the agency replaces the traditional manual movable objects inefficiency. I designed the push package institution push package, return one of the fully automated,its main design ideas comes from the decomposition of traditional technology,then designed follow the corresponding function body parts, contrast, selected, and optimized. The use of the cam reciprocates, the movement of the gear drive, and the set value of the speed ratio of the reducer. The use of the powerful drawing features Auto Cad software and Word editing features, design illustrated, lifelike. In this system, laser sensor packaging workpiece to push package institutions controlled by the microcontroller. Laser test object to be driven to confirm arrival, photosensitive plate pulses, stepper motor controlled by the 89C51 microcontroller and stepper motor driver chip ULN2803. The same time, the number of pieces of packaging workpiece by the LED display shows. Push institutions using the combined mechanism of the the bias slider mechanism and disc-shaped cam mechanism, among them, the bias slider mechanism controls the pusher in the horizontal direction movement,and the cam mechanism controls the pusher in the vertical direction movement. In this design,in the return process it does not affect the arrival of the next workpiece, and thus in general, to improve efficiency. Key words: packing machine; push institution; reducer;gear 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .2 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .3 2 機(jī)械部分的設(shè)計 .4 2.1 方案的選擇 .4 2.2 凸輪及桿的設(shè)計 .6 2.2.1 設(shè)計要求及計算 .7 2.2.2 校核各桿的壓桿穩(wěn)定性 .9 2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度 .9 2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度 .9 2.3 減速器概述 .10 2.4 電動機(jī)的選擇 .11 2.4.1 初步確定負(fù)載推力 .11 2.4.2 電動機(jī)選擇步驟 .12 2.4.3 確定傳動裝置的總傳動比及其分配 .14 2.4.4 計算傳動裝置的運(yùn)動及動力參數(shù) .14 2.5 齒輪的設(shè)計 .14 2.5.1 齒輪傳動特點(diǎn)與分類 .14 2.5.2 齒輪傳動的主要參數(shù)與基本要求 .14 2.5.3 齒輪組的設(shè)計與強(qiáng)度校核 .15 2.6 軸的設(shè)計 .19 2.6.1 軸的分類 .19 2.6.2 軸的材料 .19 2.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .20 I 2.6.4 低速軸的設(shè)計與計算 .21 2.6.5 高速軸的設(shè)計與計算 .25 2.6.6 選擇和校驗(yàn)鍵聯(lián)接 .26 2.7 軸承的選用 .26 2.7.1 軸承種類的選擇 .26 2.7.2 深溝球軸承結(jié)構(gòu) .26 2.8 聯(lián)軸器的選擇 .27 2.8.1 聯(lián)軸器的功用 .27 2.8.2 聯(lián)軸器的類型特點(diǎn) .27 2.8.3 聯(lián)軸器的選用 .28 2.8.4 聯(lián)軸器材料 .28 3 控制部分的設(shè)計 .29 3.1 控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計要求 .29 3.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 .29 3.3 控制原理圖 .32 4 結(jié)論與展望 .33 4.1 結(jié)論 .33 4.2 不足之處及未來展望 .33 致 謝 .34 參考文獻(xiàn) .35 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 包裝機(jī)械是指能完成全部或部分包裝過程的機(jī)器。作用是給有關(guān)行業(yè)提供必要的技 術(shù)裝備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過程。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動 化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。機(jī)械包裝的生產(chǎn) 能力往往比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，無疑這將會更好地適應(yīng)市場的實(shí)際 需要，合理安排勞動力，為社會多創(chuàng)造財富。 現(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 了簡單地模仿人的動作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機(jī)械方法包裝出來的成品,不論 在式樣、質(zhì)地或精度等方面，大都是手工操作無法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化， 這一點(diǎn)越來越引起了人們的重視。有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很嚴(yán)格，如藥品、食品等，采用 機(jī)械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對產(chǎn)品的污染。同時由于機(jī)械 包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時間短，從而減少了污染機(jī)會，有利于食品和藥 品的衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。 另外，由于包裝機(jī)械的計量精度高，產(chǎn)品包裝的外形 美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷售的競爭力， 可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。采用真空、換氣、無菌等包裝機(jī)械，可使食品和飲料等流通范 圍更加廣泛，延長食品的保質(zhì)期。采用自動包裝生產(chǎn)線，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較 集中的，各包裝工序安排比較緊湊，節(jié)約了包裝的場地和倉儲面積，并改善了后道包裝 工序的工藝條件。 包裝機(jī)械的特點(diǎn) 包裝機(jī)械即具有一般自動化機(jī)械的共性，也具有自身的特性，主要 有如下特點(diǎn)： (1) 大多數(shù)包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動速度快，動作精度高。為了滿足性能要求，對零 部件的剛度和表面質(zhì)量等都具有較高的要求。 (2) 用于食品和藥品的包裝機(jī)械要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或 經(jīng)過化學(xué)處理的無毒材料制成。 (3) 進(jìn)行包裝時作用力一般都較小，所以包裝機(jī)械的電動機(jī)功率較小。 (4) 包裝機(jī)械一般都采用無級變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)包裝機(jī)的生產(chǎn) 能力。因?yàn)橛绊懓b質(zhì)量很多，諸如包裝機(jī)的工作狀態(tài)、包裝材料和包裝物的質(zhì)量等。 所以，為了便于機(jī)器的調(diào)整，滿足質(zhì)量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機(jī)設(shè)計成無級可 調(diào)的，即采用無級變速裝置。 (5) 包裝機(jī)械是特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維修， 減少投資設(shè)備，在各種包裝機(jī)的設(shè)計中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化、通用性及多功能性 1。 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 研究內(nèi)容：(1) 方案設(shè)計。并確定傳動系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸和各構(gòu)件尺寸。 (2) 機(jī)械部分設(shè)計。確定電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速，并確定其尺寸。 (3) 進(jìn)行推包及結(jié)構(gòu)設(shè)計。繪制其裝配圖。 意義：迄今,一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家,在食品、醫(yī)藥、輕工、化工、紡織、電子、 儀表和兵器等工業(yè)部門,已經(jīng)程度不同地形成了由原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝三大基 本環(huán)節(jié)所組成的包裝連續(xù)化和自動化的生產(chǎn)過程,有的還將包裝材料加工、包裝容器成型 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 1 及包裝成品儲存系統(tǒng)都聯(lián)系起來組成高效率的流水作業(yè)線。大量事實(shí)表明,實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī) 械化和自動化,尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性(或稱柔性)的自動包裝線,不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生 產(chǎn)的發(fā)展方向,同時也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益 2。 (1) 能增加花色品種,改善產(chǎn)品質(zhì)量,加強(qiáng)市場競爭能力 (2) 能改善勞動條件,避免污染危害環(huán)境 (3) 能節(jié)約原材料,減少浪費(fèi),降低成本 (4) 能提高生產(chǎn)效率,加速產(chǎn)品的不斷更新 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 90年代以來，包裝機(jī)械工業(yè)每年平均以20%30%的速度增長，發(fā)展速度高于整個包 裝工業(yè)平均增長速度的15%17%，比傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)平均增長4.7個百分點(diǎn)。包裝機(jī)械工 業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的新興行業(yè)。我國目前從事包裝機(jī)械生產(chǎn)的企 業(yè)約有1500多家，其中具有一定規(guī)模的企業(yè)近400家。產(chǎn)品有40類，2700多種，其中有一 批既能滿足國內(nèi)市場需要，又能參與國際市場競爭的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國包裝機(jī)械行業(yè)近些 年取得了相當(dāng)顯著的成績，但與國外產(chǎn)品相比仍存在20年左右的差距。 3 國外包裝機(jī)械水平高的國家主要是美國、日本、德國。美國的包裝工業(yè)發(fā)展較早,門 類齊全,基礎(chǔ)扎實(shí),水平很高。僅就包裝機(jī)械制造業(yè)而論,實(shí)力相當(dāng)雄厚,其品種與總產(chǎn)值 均居世界首位。由于國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化,自選市場蓬勃興起,客觀上要求包裝機(jī)械 沿著自動化方向發(fā)展,并將電子計算機(jī)及其他有關(guān)新技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程。日本已建 立起獨(dú)立的包裝工業(yè)體系,其包裝工業(yè)總產(chǎn)值約為美國的一半而躍居世界的第二位。日本 擁有一批規(guī)模不大的包裝機(jī)械制造廠,側(cè)重于開發(fā)中小型、半自動的包裝機(jī)及配套設(shè)備, 其技術(shù)水平好多已進(jìn)入國際的先進(jìn)行列。由政府資助的日本包裝技術(shù)協(xié)會主要搞技術(shù)情 報交流。另外設(shè)有日本包裝機(jī)械工業(yè)協(xié)會,它乃是本行業(yè)的全部業(yè)務(wù)活動中心。而德國的 包裝機(jī)械在設(shè)計、制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位。德國包裝機(jī)械的77為出口。 中國是德國包裝機(jī)械的主要出口國。最著名的是克朗斯公司(KRONES)，2002年銷售額達(dá) 到20億歐元，中國知名的啤酒企業(yè)都進(jìn)口過他們的設(shè)備 4。最近幾年德國設(shè)備表現(xiàn)出如下 特點(diǎn)： (1) 工藝流程自動化程度越來越高。 (2) 提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。 (3) 適應(yīng)產(chǎn)品變化，設(shè)計具有好的柔性和靈活性。 (4) 成套供應(yīng)能力強(qiáng)。 (5) 包裝機(jī)械設(shè)計普遍使用仿真設(shè)計技術(shù)。 我國包裝機(jī)械行業(yè)存在的問題：研發(fā)經(jīng)費(fèi)少，技術(shù)力量薄弱。低水平重復(fù)太多。行 業(yè)科技力量不足。國際貿(mào)易人員匱乏。應(yīng)變能力不強(qiáng)。 我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的新趨勢： (1) 生產(chǎn)效率化。機(jī)械功能多元化。結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。控制智能化。 (2) 資源的高利用化 (3) 產(chǎn)品節(jié)能化 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 (4) 新技術(shù)實(shí)用化 (5) 大力加強(qiáng)科研、開發(fā)能力 我國裝機(jī)械既面臨著國外先進(jìn)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)和競爭，同時也面臨著巨大的國內(nèi)外市場 和較好的發(fā)展機(jī)遇。進(jìn)入21世紀(jì)，我國國民經(jīng)濟(jì)整體水平和綜合國力又邁上了一個新的 臺階，國際國內(nèi)的環(huán)境都為我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展提供良好的機(jī)遇 5。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 運(yùn)動控制技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展特別快，但是在膠帶機(jī)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展動力卻顯得 上升乏力。運(yùn)動控制產(chǎn)品及技術(shù)在包裝機(jī)械上的作用主要是達(dá)到精確的位置控制和嚴(yán)格 的速度同步的要求，主要用在裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。運(yùn)動控制技術(shù)是 區(qū)別高、中、低端膠帶機(jī)包裝機(jī)械的關(guān)鍵因素之一，也是中國包裝機(jī)械升級的技術(shù)支撐。 因此，需要對包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式做設(shè)計改善。經(jīng)過考慮現(xiàn)在包裝機(jī)械的現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢后, 為了更好地實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的自動化控制，改進(jìn)推包機(jī)構(gòu)的設(shè)計以提高生 產(chǎn)效率而給定的。 推包機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)推送，回程全自動一體化的一個機(jī)構(gòu)。它由推刨機(jī)構(gòu)，回程機(jī)構(gòu) 以及電動機(jī)組成。現(xiàn)需要設(shè)計某一包裝機(jī)的推包機(jī)構(gòu)，要求待包裝的工件先由輸送帶送 到推包機(jī)構(gòu)的推頭的前方，然后由該推頭將工件由推至包裝工作臺，再進(jìn)行包裝。為了 提高生產(chǎn)率，希望在推頭結(jié)束回程時，下一個工件已送到推頭的前方。這樣推頭就可以 馬上再開始推送工作。這就要求推頭在回程時先退出包裝工作臺，然后再低頭，即從臺 面的下面回程。因而就要求推頭實(shí)現(xiàn)“平推水平退回下降降位退回上升復(fù)位” 的運(yùn)動。 我的設(shè)計是每5-6s 包裝一個工件，且假定：滑塊移動距離 L=400mm, 推頭在返程階 段到達(dá)離最大推程距離 S=100mm, 推頭回程向下的距離 H=50mm。行程速比系數(shù) K 在 1.2-1.5范圍內(nèi)選取，推包機(jī)由電動機(jī)推動。在推頭回程中，除要求推頭低位退回外，還要 求其回程速度高于工作行程的速度，以便縮短空回程的時間，提高工效。 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 2 機(jī)械部分的設(shè)計 2.1 方案的選擇 實(shí)現(xiàn)改推包機(jī)構(gòu)可以使用偏置滑塊機(jī)構(gòu)、往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)、盤形凸輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿 機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)、雙凸輪機(jī)構(gòu)、搖桿機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)及組合機(jī)構(gòu)。 方案一：雙凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合 圖2-1 方案一的運(yùn)動簡圖 方案一的運(yùn)動分析和評價： 該機(jī)構(gòu)由凸輪1和凸輪2，以及5個桿組成。機(jī)構(gòu)一共具有7個活動構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中的運(yùn) 動副有7個轉(zhuǎn)動副，4個移動副以及兩個以點(diǎn)接觸的高副。其中機(jī)構(gòu)的兩個磙子存在兩個 虛約束。由此可知：機(jī)構(gòu)的自由度： Error! No bookmark name 1P-2-N3h1F given. 機(jī)構(gòu)中有一個原動件，原動件的個數(shù)等于該機(jī)構(gòu)的自由度。所以，該機(jī)構(gòu)具有確定 的運(yùn)動。在凸輪1帶動桿3會在一定的角度范圍內(nèi)搖動。通過連桿4推動桿5運(yùn)動，然后連 桿6在5的推動下帶動推頭做水平的往返運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)能推動被包裝件向前運(yùn)動。同時 凸輪2在推頭做回復(fù)運(yùn)動的時候通過向上推動桿7，使連桿的推頭端往下運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn) 推頭在給定的軌跡中運(yùn)動。該機(jī)構(gòu)中除了有兩個凸輪與從動件接觸的兩個高副外，所有 的運(yùn)動副都是低副。在凸輪與從動件的接觸時，凸輪會對從動件有較大的沖擊，為了減 少凸輪對從動件沖擊的影響，在設(shè)計過程中把從動件設(shè)計成為滾動的從動件，可以間接 增大機(jī)構(gòu)的承載能力。同時，凸輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因?yàn)檩d荷 的過大而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，原動件1是一個凸輪，凸輪只是使 3在一定角度的往復(fù)擺動，而對整個機(jī)構(gòu)的分析可知，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計上不存在運(yùn)轉(zhuǎn)的死角， 機(jī)構(gòu)可以正常的往復(fù)運(yùn)行。機(jī)構(gòu)中存在兩個凸輪，不但會是機(jī)構(gòu)本身的重量增加，而且 凸輪與其他構(gòu)件的連接是高副，而高副承載能力不高，不利于實(shí)現(xiàn)大的載荷。 而整個機(jī) 構(gòu)連接不夠緊湊，占空間比較大。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 方案二：偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)與盤形凸輪機(jī)構(gòu)組合 圖2-2 方案二的運(yùn)動簡圖 方案二的運(yùn)動分析和評價： 方案二的機(jī)構(gòu)主要是由一個偏置滑塊機(jī)構(gòu)以及一個凸輪機(jī)構(gòu)組合而成的。偏置滑塊 機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)推頭的往復(fù)的直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)推頭在推包以及返回的要求。而凸輪 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是使推頭在返程到達(dá) C 點(diǎn)的時候能夠按照給定的軌跡返回而設(shè)計的。這個組 合機(jī)構(gòu)的工作原理主要是通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)動從而帶動曲柄2的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲柄在整周回轉(zhuǎn) 的同時帶動連桿3在一定的角度內(nèi)擺動，而滑塊4在水平的方向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動，從 而帶動連著推頭的桿運(yùn)動，完成對被包裝件的推送過程。在推頭空載返回的過程中，推 頭到達(dá) C 點(diǎn)時，凸輪的轉(zhuǎn)動進(jìn)入推程階段，使從動桿往上運(yùn)動，這時在桿5和桿6連接的 轉(zhuǎn)動副就成為一個支點(diǎn)，使桿6的推頭端在從動件的8的推動下向下運(yùn)動，從而使推頭的 返程階段按著給定的軌跡返回。這個機(jī)構(gòu)在設(shè)計方面，凸輪與從動見的連接采取滾動從 動件，而且凸輪是槽型的凸輪，這樣不但能夠讓從動件與凸輪之間的連接更加緊湊，而 且因?yàn)椴捎昧藵L動從動件，能使減輕凸輪對它的沖擊，從而提高了承載能力。而采用的 偏置滑塊機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)滑塊具有急回特性，使其回程速度高于工作行程速度，以便縮短 空回程的時間，提高工作效率。但此機(jī)構(gòu)的使用的是槽型凸輪，槽型凸輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 加工難度大，因此成本會比較高。 方案三：偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 圖2-3 方案三的運(yùn)動簡圖 方案三的運(yùn)動分析和評價： 用偏置滑塊機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)，偏置滑塊機(jī)構(gòu)與往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)的組合 （圖4） 。此方案通過曲柄1帶動連桿2使滑塊4實(shí)現(xiàn)在水平方向上的往復(fù)直線運(yùn)動，在回程 時，當(dāng)推頭到達(dá) C 點(diǎn)，在往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)中的磙子會在槽內(nèi)相右上方運(yùn)動，從而使桿7 的推頭端在偏置滑塊和往復(fù)移動凸輪的共同作用下沿著給定的軌跡返回。在此方案中， 偏置滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)行程較大的往復(fù)直線運(yùn)動，且具有急回特性，同時利用往復(fù)移動凸 輪來實(shí)現(xiàn)推頭的小行程低頭運(yùn)動的要求，這時需要對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動變換為移動 凸輪的往復(fù)直線運(yùn)動。但是，此機(jī)構(gòu)所占的空間很大，切機(jī)構(gòu)多依桿件為主，結(jié)構(gòu)并不 緊湊，抗破壞能力較差，對于較大載荷時對桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。 會使的機(jī)構(gòu)的 有效空間白白浪費(fèi)。并且由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)率并不能按照所要求的運(yùn)動精確的運(yùn) 行只能以近似的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動。 綜合對三種方案的分析，方案二結(jié)構(gòu)相對不是太復(fù)雜，而且能滿足題目的要求，最 終我選擇方案二。 2.2 凸輪及桿的設(shè)計 凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)和機(jī)架組成，凸輪通過直接接觸將預(yù)定的運(yùn) 動傳給從動件。凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)。只要適 當(dāng)?shù)卦O(shè)計凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。在各種機(jī)械，特別 是自動機(jī)械和自動控制裝置中，廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能 在各種自動機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗嬗袀鲃?、?dǎo)引及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。 當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于傳動機(jī)構(gòu)時，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運(yùn) 動，以及暫時停留或各種步進(jìn)運(yùn)動；凸輪機(jī)構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生 復(fù)雜的軌跡或平面運(yùn)動；當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用作控制機(jī)構(gòu)時，可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動工作循 環(huán)。因此凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計和制造方法對現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。一般可分為三類： 盤形凸輪：凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動且有變化直徑的盤形構(gòu)件； 移動凸輪：凸輪相對機(jī)架作直線移動； 圓柱凸輪：凸輪是圓柱體，可以看成是將移動凸輪卷成一圓柱體。 按從動件的形狀分類； 頂尖式從動件； 滾子式從動件； 平底式從動件； 曲底式從動件。 按從動件的運(yùn)動形式分類： 直動從動件。 擺動從動件； 按凸輪與從動件維持運(yùn)動副接觸的方式分類： 力封閉方式。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 幾何形封閉方式。 膠印機(jī)中應(yīng)用最多的是盤形凸輪、滾子式從動桿凸輪。 2.2.1 設(shè)計要求及計算 2.2.1.1 偏置滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 行程速比系數(shù) K 在1.2-1.5范圍內(nèi)選取 可由機(jī)械原理 6曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角公式 180k k=1.2-1.5 其極位夾角 的取值范圍為6.3 在這范圍內(nèi)取極位夾角為 30 滑塊的行程 L=400 mm 偏置距離 e 選取240 mm 用圖解法求出各桿的長度如下：（見圖2-4） 由已知滑塊的工作行程為400mm，作 BB 為400mm，過點(diǎn) B 作 BB所在水平面的垂 線 BP，過點(diǎn) B作直線 BP 交于點(diǎn) P，并使 = 。然后過 B、B 、P 三點(diǎn)作圓。B30 因?yàn)橐阎?e=240mm,所以作直線平行于直線 BB，向下平移240mm，與圓 O交于一點(diǎn) O，則 O 點(diǎn)為曲柄的支點(diǎn)，連接 OB、OB ，則 OB-OB=2a，OB+OB=2b。 從圖中量取得： OB=632.11mm OB=302.89mm 則可知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的：曲柄 a=164.61mm 連桿 b=467.5mm 圖2-4 連桿的運(yùn)動簡圖 2.2.1.2 直動滾子從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 用作圖法求出凸輪的推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角。 （見下圖） 在推頭在返程階段到達(dá)離最大推程距離為 S=100mm 時，要求推頭從按照給定的軌跡， 從下方返回到起點(diǎn)。因此可利用偏置滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊在返回階段離最大推程為100mm 的 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 地方作出其曲柄，連桿和滑塊的位置，以通過量取曲柄的轉(zhuǎn)動的角度而確定凸輪近休止 角的角度，以及推程角，回程角。具體做法如下： (1) 先在離點(diǎn) B 為100mm 的地方作點(diǎn) B； (2) 過點(diǎn) B作直線 AB交圓 O 于點(diǎn) A，并使 AB=AB； (3) 連接 OA，則 OA ，AB為曲柄以及連桿在當(dāng)滑塊離最大推程距離為100mm 時的位置。因?yàn)橐笸祁^的軌跡在 abc 段內(nèi)實(shí)現(xiàn)平推運(yùn)動，因此即凸輪近休止角應(yīng)為曲柄 由 A轉(zhuǎn)動到 A的角度，從圖上量取， ，即凸輪的近休止角為261A 。因?yàn)轭}目對推頭在返程 cdea 段的具體線路形狀不作嚴(yán)格要求，所18026sOA 以可以選定推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角的大小。 現(xiàn)選定推程角為 ，回程角 ，遠(yuǎn)休止角 。6o6s18039o 圖2-5 連桿的運(yùn)動簡圖 推頭回程向下的距離為30mm，因此從動件的行程 H=30mm。 由選定條件近休止角為 推程角為 回程角為 遠(yuǎn)休止角為18026s6o6s ，h=50mm，基圓半徑為 =60mm,從動桿長度為120mm，滾子半徑為18039or =10mm。參考文獻(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 7畫法幾何及機(jī)械制圖 8后，通過 CAD 軟件r 畫出凸輪輪廓線及機(jī)構(gòu)簡圖如下圖： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖2-6 凸輪的外形 2.2.2 校核各桿的壓桿穩(wěn)定性 校核各桿中最長桿即可，若最長桿滿足抗彎強(qiáng)度要求，則其他桿更滿足強(qiáng)度要求。 各桿中最長桿是 =467mm，規(guī)定壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為 =10，由材料力學(xué) 9 P2931Lstn 頁公式 壓桿的臨界力為 =crF 2EIL 鋼的材料 E=210GPa，I= = = ，則46D40.186 = = =6678.8NcrF 2EIL98210.3 n= =6678.8/3.29=2030 ,所以所設(shè)計的各桿滿足抗彎強(qiáng)度的要求。r stn 2.2.3 校核各桿的強(qiáng)度 各推桿采用圓形截面, D 取為10mm,用45鋼,由機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 10 表 2-7 P25查得45鋼的抗拉強(qiáng)度 =600MPa, =355 MPa，bs 由材料力學(xué) 9公式（2.12）P 29 A=d 2/4F/ 代入數(shù)據(jù)求得 d0.810 -4m 所以所選桿的直徑滿足要求。 2.2.4 校核凸輪的強(qiáng)度 由機(jī)械設(shè)計 11表8.3 P150選取凸輪的材料選為45鋼，調(diào)質(zhì) 220260HBS， =2HBS+70MPa，與其對應(yīng)的推桿表面淬火4045HRC。由機(jī)械設(shè)計 11 limH P152頁公式 189.()nHPTcFLr 式中： ，凸輪的法向壓力，本設(shè)計中，由設(shè)計數(shù)據(jù)知凸輪上所承受的所有物重約n 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 為6N，考慮其他因素如導(dǎo)桿上下滑動時摩擦等，取 Fn=20N； ：凸輪實(shí)際輪廓上接觸點(diǎn)處的曲率半徑， =80mm;c c rr:滾子半徑，10mm ：從動件接觸端滾子與凸輪的接觸寬度， 20mm;L limHNRPZS :凸輪副材料接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力，取 =72MPa；li limH ：壽命系數(shù)，取為1；N ：表面粗糙度系數(shù)，取 =1；RZRZ ：安全系數(shù)，取 =1.1;HSHS =65.45 MPa;limNRP 代入數(shù)據(jù)可得： H=63.66 MPa40)的減速器。單級減速器的傳動比如果過大，則其外廓尺寸將很大。二級和 電動機(jī) 聯(lián)軸器 高速軸 低速軸 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 二級以上圓柱齒輪減速器的傳動布置形式有展開式、分流式和同軸式等數(shù)種。展開式最 簡單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩 邊的軸承受力不等。為此，在設(shè)計這種減速器時應(yīng)注意：1)軸的剛度宜取大些；2)轉(zhuǎn)矩應(yīng) 從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻；3)采用斜齒輪布置，而且受載 大的低速級又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。這種減 速器的高速級齒輪常采用斜齒，一側(cè)為左旋，另一側(cè)為右旋，軸向力能互相抵消。為了 使左右兩對斜齒輪能自動調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應(yīng)能作小 量游動。同軸式減速器輸入軸和輸出軸位于同一軸線上，故箱體長度較短。但這種減速 器的軸向尺寸較大。 圓柱齒輪減速器在所有減速器中應(yīng)用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至40 000kW，圓周速度也可從很低至60m/s-70m/s，甚至高達(dá)150m/s。傳動功率很大的減速器 最好采用雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式。這兩種布置方式可由兩對齒輪副分擔(dān)載荷，有利于改 善受力狀況和降低傳動尺寸。設(shè)計雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式齒輪傳動時，應(yīng)設(shè)法采取自動 平衡裝置使各對齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動軸承和彈性支承。 圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩大類。除齒形不同外，減速器結(jié)構(gòu)基本 相同。傳動功率和傳動比相同時，圓弧齒輪減速器在長度方向的尺寸要比漸開線齒輪減 速器約30。 (2) 圓錐齒輪減速器 它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場合。二級和二級以上的圓錐齒輪減速器 常由圓錐齒輪傳動和圓柱齒輪傳動組成，所以有時又稱圓錐圓柱齒輪減速器。因?yàn)閳A 錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，為了使它受力小些，常將圓錐面崧，作為，高速極：山 手面錐齒輪的精加工比較困難，允許圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如 圓柱齒輪減速器廣。 (3) 蝸桿減速器 主要用于傳動比較大(j10)的場合。通常說蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸小，這只是 對傳減速器的傳動比較大的蝸桿減速器才是正確的，當(dāng)傳動比并不很大時，此優(yōu)點(diǎn)并不 顯著。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動的場合。 蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于4m/s 時最 好采用蝸桿在下式，這時，在嚙合處能得到良好的潤滑和冷卻條件。但蝸桿圓周速度大 于4m/s 時，為避免攪油太甚、發(fā)熱過多，最好采用蝸桿在上式。 (4) 齒輪-蝸桿減速器 它有齒輪傳動在高速級和蝸桿傳動在高速級兩種布置形式。前者結(jié)構(gòu)較緊湊，后者 效率較高。 通過比較，我們選定圓柱齒輪減速器。 2.4 電動機(jī)的選擇 2.4.1 初步確定負(fù)載推力 假設(shè)物體重是20kg，摩擦系數(shù)為0.5，則外力為100N。 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)下凸輪主軸所需功率： 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 kwFVP017.95.61098.5610凸 凸輪主軸轉(zhuǎn)速為：12r/min 凸輪主軸上的轉(zhuǎn)矩： mNn53.12907.95凸凸 初選聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器，滾動軸承為滾子軸承，傳動齒輪為閉 式軟齒面圓柱齒輪，因其速度不高，選用7級精度(GB10095-88)，則機(jī)械傳動和摩擦副的 效率分別如下： 彈性柱銷聯(lián)軸器： = 0.991 滾子軸承： = 0.982 閉式圓柱齒輪（7級）： = 0.983 所以，電動機(jī)至工件主軸之間的總效率為： = 0.990.980.980.980.980.98總 = 0.877 所以電動機(jī)所需功率為 kwPd02.87.1總凸 合理的選擇電動機(jī)是正確使用的先決條件。選擇恰當(dāng)，電動機(jī)就能安全、經(jīng)濟(jì)，選 擇得不合適，輕者造成浪費(fèi)，重者燒毀電動機(jī)。選擇電動機(jī)的內(nèi)容包括很多，例如電壓、 頻率、功率、轉(zhuǎn)速、啟動轉(zhuǎn)矩、防護(hù)形式、結(jié)構(gòu)形式等，但是結(jié)合農(nóng)村具體情況，需要 選擇的通常只是功率、轉(zhuǎn)速、防護(hù)形式等幾項(xiàng)比較重要的內(nèi)容，因此在這里介紹一下電 動機(jī)的選擇方法及使用。 2.4.2 電動機(jī)選擇步驟 電動機(jī)的選擇一般遵循以下三個步驟： 2.4.2.1 型號的選擇 電動機(jī)的型號很多，通常選用異步電動機(jī)。從類型上可分為鼠籠式與繞線式異步電 動機(jī)兩種。常用鼠籠式的有 J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型異步電動機(jī)和 JS、JSQ 系列 中型異步電動機(jī)。繞線式的有 JR、JR O2系列小型繞線式異步電動機(jī)和 JRQ 系列中型繞 線式異步電動機(jī)。 從電動機(jī)的防護(hù)形式上又可分為以下幾種： (1) 防護(hù)式。這種電動機(jī)的外殼有通風(fēng)孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向 成45 以內(nèi)掉進(jìn)電動機(jī)內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動機(jī)內(nèi)部，它的通風(fēng)性能比較好， 價格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用。 “J”系列電動機(jī)就屬于這種防護(hù)形式。 (2) 封閉式。這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個封閉的機(jī)殼內(nèi)，能防止灰塵、 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 鐵屑或其它雜物侵入電動機(jī)內(nèi)部，但它的密封不很嚴(yán)密，所以還不能在水中工作， “JO”系 列電動機(jī)屬于這種防護(hù)形式。在農(nóng)村塵土飛揚(yáng)、水花四濺的地方（如農(nóng)副業(yè)加工機(jī)械和 水泵）廣泛地使用這種電動機(jī)。 (3) 密封式。這種電動機(jī)的整個機(jī)體都嚴(yán)密的密封起來，可以浸沒在水里工作，農(nóng)村 的電動潛水泵就需要這種電動機(jī)。 實(shí)際上，農(nóng)村用來帶動水泵、機(jī)磨、脫粒機(jī)、扎花機(jī)和粉碎機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的小型電 動機(jī)大多選用 JO、JO2系列電動機(jī)。 在特殊場合可選用一些特殊用途的電動機(jī)。如 JBS 系列小型三相防爆異步電動機(jī)， JQS 系列井用潛水泵三相異步電動機(jī)以及 DM2系列深井泵用三相異步電動機(jī) 12。 2.4.2.2 功率的選擇 一般機(jī)械都注明應(yīng)配套使用的電動機(jī)功率，更換或配套時十分方便，有的農(nóng)業(yè)機(jī)械 注明本機(jī)的機(jī)械功率，可把電動機(jī)功率選得比它大10%即可（指直接傳動） 。一些自制簡 易農(nóng)機(jī)具，我們可以憑經(jīng)驗(yàn)粗選一臺電動機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，用測得的電功率來選擇電動機(jī)功 率。 電動機(jī)的功率不能選擇過小，否則難于啟動或者勉強(qiáng)啟動，使運(yùn)轉(zhuǎn)電流超過電動機(jī) 的額定電流，導(dǎo)致電動機(jī)過熱以致燒損。電動機(jī)的功率也不能選擇太大，否則不但浪費(fèi) 投資，而且電動機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，其功率和功率因數(shù)都不高，造成功率浪費(fèi)。 選擇電動機(jī)功率時，還要兼顧變壓器容量的大小，一般來說，直接啟動的最大一臺 鼠籠式電動機(jī)，功率不宜超過變壓器容量的1/3。 2.4.2.3 轉(zhuǎn)速的選擇 選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量與工作機(jī)械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動，這樣既可 以避免傳動損失，又可以節(jié)省占地面積。若一時難以買到合適轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，可用皮帶 傳動進(jìn)行變速，但其傳動比不宜大于3。異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有 3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min 等。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一般要低2%5%， 在功率相同的情況下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速越低體積越大，價格也越高，而且功率因數(shù)與效率較 低；高轉(zhuǎn)速電動機(jī)也有它的缺點(diǎn)，它的啟動轉(zhuǎn)矩較小而啟動電流大，拖動低轉(zhuǎn)速的農(nóng)業(yè) 機(jī)械時傳動不方便，同時轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)軸承容易磨損。 我的設(shè)計是5s 左右包裝一個工件，即要求曲柄和凸輪的轉(zhuǎn)速為 12r/min 考慮到轉(zhuǎn)速比 較低，因此可選用低轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 10中查常用電動機(jī) 規(guī)格，根據(jù)負(fù)載阻力或阻力矩、傳動比和傳動效率推算步進(jìn)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，按0.30.5 倍負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。一般傳動比不宜過大，在此取 i=2.5，則電動 機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為30r/min。由步進(jìn)電機(jī)在制袋式包裝機(jī)械運(yùn)動控制中的應(yīng)用 13初先電動 機(jī)的型號為55BF001，其參數(shù)如下： 表2-1 電機(jī)的選取 電機(jī)型號 相數(shù) 步距角/度 電壓 /V 相電流/A 最大靜轉(zhuǎn)矩 /N*m(kgf*cm ) 最高空載啟動頻率 /Hz 55BF001 3 7.5/15 27 2.5 0.372(3.8) 750 運(yùn)行頻率 分配 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 質(zhì)量 外徑 長度 軸徑 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 13 /Hz 方式 /10-5kg*m2 /kg 12000 三相 六拍 0.647 0.8 45 70 6 2.4.3 確定傳動裝置的總傳動比及其分配 總傳動比 5.2130nim 2.4.4 計算傳動裝置的運(yùn)動及動力參數(shù) 各軸轉(zhuǎn)速： = in/rm = n125.301i 各軸輸入功率： kwPd0198. k019.3212 各軸輸入轉(zhuǎn)矩： mNnTdd 37.62.9501P.1508.22 2.5 齒輪的設(shè)計 齒輪傳動的適用范圍很廣，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s( 最高 300m/s)，直徑能做到10m 以上，單級傳動比可達(dá)8或更大，因此在機(jī)器中應(yīng)用很廣。 2.5.1 齒輪傳動特點(diǎn)與分類 和其他機(jī)械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動 比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。缺點(diǎn)是：齒輪制造需 專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度低時，振動和噪聲較大；不宜用于軸間距離大的傳動 等。 按齒線相對于齒輪母線方向分：直齒，斜齒，人宇齒，曲線齒 按齒輪傳動工作條件分：閉式傳動，形式傳動，半形式傳動 按齒廓曲線分：漸開線齒，擺線齒，圓弧齒 按齒面硬度分：軟齒面(350佃)，硬齒面(350 佃 ) 2.5.2 齒輪傳動的主要參數(shù)與基本要求 齒輪傳動應(yīng)滿足兩項(xiàng)基本要求:1)傳動平穩(wěn);2)承載能力高。 在齒輪設(shè)計、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強(qiáng)度、制造精度、加工方法以及 熱理工藝等，基本上都是圍繞這兩個基本要求進(jìn)行的。 2.5.2.1 主要參數(shù) A 基本齒廓。漸開線齒輪輪齒的基本齒廓及其基本參數(shù)查閱 機(jī)械設(shè)計 11。 B 模數(shù)。為了減少齒輪刀具種數(shù)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)查閱機(jī)械設(shè)計 11。 C 中心距。薦用的中心距系列查閱機(jī)械設(shè)計 11。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 D 傳動比 i、齒數(shù)比 u。主動輪轉(zhuǎn)速 nl 與從動輪轉(zhuǎn)速 n2之比稱為傳動比 i。大齒輪的 齒數(shù) z2與小齒輪齒數(shù) z1之比稱為齒數(shù)比 u。減速傳動時，u=i；增速傳動 u=1/i 。 E 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m：斜齒輪及人宇齒輪取法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，錐齒輪取大端模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn) 模數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先采用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。 F 變位系數(shù)。刀具從切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動某一徑向距離(通稱變位量)后切制的齒 輪，稱為徑向變位系數(shù)。刀具變位量用 xm 表示，x 稱為變位系數(shù)。刀具向齒輪中心移動， x 為負(fù)值，反之為正值。隨著 x 的改變，輪齒形狀也改變，因而可使?jié)u開線上的不同部分 作為工作齒廓，以改善嚙合性質(zhì)。由變位齒輪所組成的齒輪傳動，若兩輪變位系數(shù)的絕 對值相等，但一為正值，另一為負(fù)值，即 x1=-x2稱為“高度變位”，此時，傳動的嚙合 角等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓重合，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動中心距，只是齒頂 高和齒根高有所變化。若 x1=-x2；x1+x20，這種齒輪傳動稱為角度變位齒輪傳動。此 時，嚙合角將不等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓不再重合。 2.5.2.2 精度等級的選擇 在漸開線圓柱齒輪和錐齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)(GBl0095-88和 GBll36589)中，規(guī)定了12個 精度等級，按精度高低依次為112級，根據(jù)對運(yùn)動準(zhǔn)確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻 性的要求不同，每個精度等級的各項(xiàng)公差相應(yīng)分成三個組：第公差組、第公差組和 第公差組。 2.5.2.3 齒輪傳動的失效形式 齒輪傳動的失效形式主要有輪齒折斷和齒面損傷兩類。齒面損傷又有齒面接觸疲勞 磨損( 點(diǎn)蝕 )、膠合、磨粒磨損和塑性流動等。 減速器中齒輪分布如圖所示，齒輪的傳動形式一般有： (1) 齒輪傳動：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式作齒輪的設(shè)計計算，不按齒面接觸疲勞 強(qiáng)度設(shè)計公式計算，也無需用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。開式齒輪傳動，將 計算所得模數(shù)加大10%-15% （考慮磨損影響。傳遞動力的齒輪模數(shù)一般不小于1.5- 2mm（以防意外斷齒）。 (2) 齒輪傳動：方法一：軟齒面閉式齒輪傳動傳動，接觸疲勞點(diǎn)蝕是主要失效形式， 計算時先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式求出小齒輪直徑 d1和接觸齒寬 b，再用齒根彎曲疲 勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。硬齒面閉式齒輪傳動計算時先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式 求出模數(shù) m 和接觸齒寬 b，再用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。 方法二：不論軟硬齒面都分別按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式求出模數(shù) m,按接觸疲勞強(qiáng)度 設(shè)計公式求出小齒輪分度圓直徑 d1，再按 d1=mZ1調(diào)整齒數(shù) Z1。與方法一相比，這樣設(shè)計 出的齒輪傳動，既剛好滿足接觸疲勞強(qiáng)度，又剛好滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，所以結(jié)構(gòu)緊湊， 避免浪費(fèi)。 2.5.3 齒輪組的設(shè)計與強(qiáng)度校核 標(biāo)準(zhǔn)減速器中齒輪的齒寬系數(shù) =b/a（其中 a 為中心距）a 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 15 對于一般減速器取齒寬系數(shù) =0.6a 2.5.3.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1) 選用斜齒圓柱齒輪傳動，四個齒輪均為斜齒，有利于保障傳動的平穩(wěn)性； (2) 推包機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB1009588） ； (3) 材料選擇。由機(jī)械設(shè)計 11表101選擇小齒輪材料為40 （調(diào)質(zhì)） ，硬度為rC 280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 (4) 初選小齒齒數(shù) =20，大齒輪齒數(shù)為 =2.5 =50。1Z2Z1 2.5.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 321 )(HEadttuTK A 確定公式內(nèi)的數(shù)值 (1) 試選載荷系數(shù) =1.6，由機(jī)械設(shè)計 11圖1030選取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) t =2.433HZ (2) 由機(jī)械設(shè)計 11圖1026查得 =0.771 =0.980 所以 =1.7513a4aa (3) 外嚙合齒輪傳動的齒寬系數(shù) =0.5(1+u) =0.5(1+2.5)0.6=1.05d (4) 查機(jī)械設(shè)計 11表106得材料的彈性影響系數(shù) =189.8 EZMP (5) 由機(jī)械設(shè)計 11圖1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 =600 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 =5501limHMPa 2limHa (6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60nj =6077.6281(2830010)=2.2352NhL 810 同理 =7.825 180 由機(jī)械設(shè)計 11查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.97 =1.0961HNK2HN (7) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為 S=1.05 ，則 = /S=554.31H1NKlimHMPa = /S=57422li 所以 =564.15Ha B 齒輪數(shù)據(jù)計算 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 (1) 小齒輪分度圓直徑 所以 =45.753mm321 )(12HEadtt ZuTK (2) 計算圓周速度 v= =0.935m/s106nt (3) 計算齒寬 b 及模數(shù) ntm b= =46.07mmdt1 = =2.05mmnt1cosZt h=2.25 =4.5mmntm 螺旋角 = b/h=9.895 (4) 計算縱向重合度 =0.318 tan=1.713d1Z (5) 計算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù) =1，根據(jù) v=0.935m/s ，7級精度，由機(jī)械設(shè)計 11圖10-8查得動A 載系數(shù) =1.042；由機(jī)械設(shè)計 11表10-4查得 ，v 279.10*23.18.02. bKdH 查機(jī)械設(shè)計 11圖10-13得 ；查機(jī)械設(shè)計 11表10-3得 ，216.FK 4FaHK 所以 載荷系數(shù) K = =1.866AvHa (6) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 =44.92mm31tKd (7) 計算模數(shù) mm 圓整為2mm098.2cos1Zmn 2.5.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 323cosFadSanYKT A 確定計算參數(shù) 包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 (1) 計算載荷系數(shù) K = =1.774AvFa (2) 由縱向重合度 =1.713，查得螺旋角影響系數(shù) =0.8846 Y (3) 計算當(dāng)量齒數(shù) 同理 =54.5249.21cos1Zv 2vZ (4) 查取齒形系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計 11表10-5查得齒形系數(shù) ； 610.FaY20.FaY 應(yīng)力校正系數(shù) ； =1.779592.1SaY2Sa (5) 由機(jī)械設(shè)計 11圖10-20C 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；MPaFE501MPFE3802 (6) 由機(jī)械設(shè)計 11圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ；9.01FNK9.2FN (7) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4；則 ； 同理 =257.86PaSKFENF43.2112FMPa (8) 計算大、小齒輪的 ，并加以比較FSY =0.012927 =0.0151921FSaY2Sa 大齒輪的數(shù)值大 B 法面模數(shù)設(shè)計計算 =2.069mm321cosFadSanZYKTm 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)nm 度計算的法面模數(shù)，取 =2.0mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)n 度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有d21.691 =21.385 取 =21 則 = =52.5nmdZcos11ZuZ C 幾何尺寸計算 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 (1) 計算中心距 a= mm 圓整為 74 mm45.73cos2)(1nmZ (2) 按圓整的中心距修正螺旋角 21 321538.)(ars n 因 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。aKHZ (3) 計算大、小齒輪的分度圓直徑 =41.03mm 同理 =102.24mmcos1nmZd2d (4) 計算齒輪寬度 b= =46.60mm 圓整后取 =45mm =50mm1d2B1 2.5.3.4 齒輪組的結(jié)構(gòu)設(shè)計 齒根圓直徑為 60.944mmnaf mCh)(2*1 mm05.32fd 齒頂圓直徑為 mm4.7*1naa mm.42 2.6 軸的設(shè)計 機(jī)器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來支承， 才能正常工作，因此軸是機(jī)械中不可缺少的重要零件。本章將討論軸的類型、軸的材料 和輪轂聯(lián)接，重點(diǎn)是軸的設(shè)計問題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理 確定軸的形狀和尺寸，它除應(yīng)考慮軸的強(qiáng)度和剛度外，還要考慮使用、加工和裝配等方 面的許多因素。 2.6.1 軸的分類 按 軸 受 的 載 荷 和 功 用 可 分 為 ： (1) 心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸，主要用于支承回轉(zhuǎn)零件。如.車輛軸和滑輪 軸。 (2) 傳 動 軸 ： 只 承 受 扭 矩 不 承 受 彎 矩 或 承 受 很 小 的 彎 矩 的 軸 ,主 要 用 于 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 。 如 汽 車 的 傳 動 軸 。 (3) 轉(zhuǎn) 軸 ： 同 時 承 受 彎 矩 和 扭 矩 的 軸 ， 既 支 承 零 件 又 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 。 如 減 速 器 軸 。 2.6.2 軸的材料 軸主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和耐 磨性。軸的材料從以下中選?。?包裝機(jī)推包機(jī)構(gòu)設(shè)計 19 A. 碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較好的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中敏感性較低，價格便宜，應(yīng)用廣泛。例如： 35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼。一般軸采用45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)或正火處理；有耐磨性要求的軸 段，應(yīng)進(jìn)行表面淬火及低溫回火處理 。輕載或不重要的軸，使用普通碳素鋼 Q235、Q275等。 B. 合金鋼 合金鋼具有較高的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中比較敏感，淬火性較好，熱處理變形小， 價格較貴。多使用于要求重量輕和軸頸耐磨性的軸。例如：汽輪發(fā)電機(jī)軸要求，在高速、 高溫重載下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA 等?；瑒虞S承的高速軸，采用 20Cr、20CrMnTi