【正文】 Harbin Institute of Technology 課程設(shè)計說明書（論文） 課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 4 ） 院 系： 機電工程學(xué)院 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 陳照波 設(shè)計時間： 2020年 7月 1日 7月 7日 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 號： 任務(wù)起至日期： 2020 年 7 月 1 日至 2020 年 7 月 7 日 課程設(shè)計題目： 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線 (方案 4) 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求： 工作量： 工作計劃安排 ： 同組設(shè)計者及分工： 指導(dǎo)教師簽字 ___________________ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字 ___________________ 年 月 日 *注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 1. 題目要求 如圖 1 所示，輸送線 1 上為小包裝產(chǎn)品，其尺寸為長 *寬 *高 =600*200*200 采取步進式輸送方式，送第一包和第二包產(chǎn)品至托盤 A上（托盤 A上平面與輸送線 1 的上平面同高）后，每送一包產(chǎn)品托盤 A 下降 200mm，當?shù)谌a(chǎn)品送到以后，托盤 A 上升 400mm，然后，把產(chǎn)品推入輸送線 2。原動機轉(zhuǎn)速為 1430rpm，產(chǎn)品輸送量分三檔可調(diào)，每分鐘向輸送線 2 分別輸送 1 24 件小包裝產(chǎn)品。 圖 1 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 4）功能簡圖 2. 題目解答 （ 1） 工藝動作分析 由題目可以看出，產(chǎn)品包裝線共由 3個執(zhí)行機構(gòu)組成。其中，控制 產(chǎn)品在輸送線 1上 作步進 運動的是執(zhí)行機構(gòu) 1，在 A處控制 產(chǎn)品上升、 下降的是執(zhí)行 機構(gòu) 2，在 A處把產(chǎn)品推到輸入線 2 的是執(zhí)行 機構(gòu) 3，三個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如圖 2 所示。 下圖中 T1為執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期， T2 是執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期， T3 是執(zhí)行構(gòu)件3 的工作周期， T3’是執(zhí)行構(gòu)件 3 的動作周期。由圖 2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件 1 是作連續(xù)往復(fù)移動的，而執(zhí)行構(gòu)件 2則有一個間歇往復(fù)運動，執(zhí)行構(gòu)件 3 作一個間歇往復(fù)運動。三個執(zhí)行構(gòu)件的工作周期關(guān)系為： 3T1= T2= T3。 T2 T1 執(zhí)行構(gòu)件 運動情況 執(zhí)行構(gòu)件1 進 退 進 退 進 退 進 執(zhí)行構(gòu)件2 休 降 休 降 休 升 休 休 執(zhí)行構(gòu)件3 停 進 退 停 T3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 圖 2 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線運動循環(huán)圖 （ 2） 運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖 根據(jù)前面的分析可知，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 1 工作的執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該具有運動功能如圖 3 所示。該運動功能把一個連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的往復(fù)移動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件 1）往復(fù)運動一次，主動件的轉(zhuǎn)速分別為 1 24 rpm。 1 24 rpm 圖 3 執(zhí)行構(gòu)件 1 的運動功能 由于電動機轉(zhuǎn)速為 1430rpm，為了在執(zhí)行機構(gòu) 1 的主動件上分別得到 1 1 26 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu) 1 之間的傳動比 iz 有 3 種分別為： iz1=14309 = iz2=143018 = iz3=143024 = 總傳動比由定傳動比 ic與變傳動比 iv組成，滿足以下關(guān)系式： iz1 = ic*iv1 iz2=ic*iv2 iz3=ic*iv3 三種傳動比中 iz1 最大， iz3 最小。由于定傳動比 ic 是常數(shù)，因此 3 種傳動比中 iv1最大， iv3最小。若采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不要大于 4，即： iv1=4 則有： ic= iz1 iv1 = 故定傳動比的其他值為： iv2= iz2 ic= iv3= iz3 ic= 于是，有級變速單元如圖 4： i = 4, , 圖 4 有級變速運動功能單元 為保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護能力，還具有減速功能，如圖 5 所示。 i= 圖 5 過載保護運動功能單元 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護功能單元的減速功能不能實現(xiàn)全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，減速比為 i = ic = 減速運動功能單元如圖 6 所示。 i= 圖 6 執(zhí)行機構(gòu) 1 的運動功能 根據(jù)上述運動功能分析 ，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件 1 運動的功能系統(tǒng)圖，如圖 7 所示。 1430rpm i= i=4, i= 圖 7 實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件 1 運動的運動功能系統(tǒng)圖 為了使用同一原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2，應(yīng)該在圖 7 所示的運動功能系統(tǒng)圖加上個運動分支功能單元，使其能夠驅(qū)動分支執(zhí)行構(gòu)件 2，該運動分支功能單元如圖 8 所示。執(zhí)行構(gòu)件 2有一個間歇單向轉(zhuǎn)動。執(zhí)行構(gòu)件 3有一個執(zhí)行運動，為間歇往復(fù)移動，其運動方向與執(zhí)行構(gòu)件 1 的運動方向垂直。為了使執(zhí)行構(gòu)件 2 和執(zhí)行構(gòu)件 3的運動和執(zhí)行構(gòu)件 1 的運動保持正確的空間關(guān)系，可以加一個運動傳動方向轉(zhuǎn)換功能單元，同時該運動單元具有減速的作用，傳動比 i=3,如圖 9 所示。 圖 8 運動分支功能單元 1 i=3 圖 9 運動傳動方向轉(zhuǎn)換的運動功能單元 經(jīng)過運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元輸出的運動需要分成兩個運動分支分別驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2 的運動和執(zhí)行構(gòu)件 3 的一個運動。因此， 需要加一個運動分支功能分支單元，如圖 10 所示。 圖 10 運動分支功能單元 2 執(zhí)行構(gòu)件 2 的一個運動是間歇往復(fù)移動，可以通過一個運動單元將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成間歇往復(fù)移動。如圖 11 所示。 執(zhí)行構(gòu)件 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 圖 11 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動 的運動功能單元 根據(jù)上述分析可以得出實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件 1 和執(zhí)行構(gòu)件 2 運動功能的運動功能系統(tǒng)圖，如圖 12所示。 1430rpm i= i=4, i= 圖 12 執(zhí)行構(gòu)件 2 的運動功能系統(tǒng)圖 執(zhí)行構(gòu)件 3 需要進行間歇往復(fù)移動，為此，需要將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動。由圖 2可以看出，執(zhí)行構(gòu)件 3 在一個工作周期內(nèi)，其間歇時間很長，運動時間很短。因此，需要采用一個間歇運動單元， 再采用一個 連續(xù)轉(zhuǎn)動的放大單元，其運動功能單元如圖 13 所示。 圖 13 間歇運動和連續(xù)轉(zhuǎn)動放大單元 然后，再把該運動功能單元輸出地運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動，其運動功能單元如圖 14 所示。 圖 14 往復(fù)移動運動單元 根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖 15 所示。 執(zhí)行構(gòu)件 1 執(zhí)行構(gòu)件 2 1 2 3 4 5 6 執(zhí)行構(gòu)件 1 執(zhí)行構(gòu)件 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 圖 15 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線運動功能系統(tǒng)圖 （ 3） 系統(tǒng)運動方案擬定 根據(jù)圖 15 所示的運動功能系統(tǒng)圖 ,選擇適當?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單元 ,便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。 圖 15 中的運動功能單元 1 是原動機。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的工作要求，可以選擇電動機作為原動機。如圖 16 所示。 圖 16 電動機替代運動功能單元 1 圖 15 中的運動功能單元 2 是過載保護單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動實現(xiàn)，如圖17 所示。 圖 17 帶傳動替代運動單元 2 圖 15 中的運動功能單元 3 是有級變速功能單元，可以選擇滑移齒輪變速傳動替代，如圖 18 所示。 7 8 9 執(zhí)行構(gòu)件 3 10 11 12 i = 4, , 3 1430rpm 1 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 圖 18 滑移齒輪替代運動功能單元 3 圖 15 中的運動功能單元 4 是減速功能，可以選擇 2 級齒輪傳動代替，如圖 19 所示。 圖 19 2 級齒輪傳動替代運動功能單元 4 圖 15 中運動功能單元 5 是運動分支功能單元，可以用運動功能單元 7 錐齒輪傳動的主動輪、運動功能單元 6 導(dǎo)桿滑塊結(jié)構(gòu)的曲柄與運動功能單元 4 的運動輸出齒輪固連替代，如圖 20 所示。 圖 20 2 個運動功能單元的主動件固聯(lián)替代運動功能單元 5 圖 15 中的運動功能單元 6 將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動 ，可以選擇導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)替代，如圖 21 所示。 i = 4 6 5 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 圖 21 導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)替代運動功能單元 6 圖 15 中的運動功能單元 7 是運動傳遞方向轉(zhuǎn)換功能和減速運動功能單元，可以用圓錐齒輪傳動替代，如圖 22 所示。 圖 22 圓錐齒輪傳動替代減速運動功能單元 7 運動單元 8 的類型與運動單元 5 相同。 圖 15 中運動功能單元 9 將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動，可以選用凸輪機構(gòu)固聯(lián)來完成要求。如圖 23 所示。 圖 23 凸輪機構(gòu)固聯(lián)替代功能單元 9 圖 15 中運動功能單元 10 是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元，可以用槽輪機構(gòu)替代。該運動功能單元的運動系數(shù)為 τ= 由槽輪機構(gòu)運動系數(shù)的計算公式有： τ=Z22Z 式中， Z—— 槽輪的徑向槽數(shù)。 則，槽輪的徑向槽數(shù)為： Z= 212τ=212*=4 7 i=3 9 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 該槽輪機構(gòu)如下圖所示。 圖 24 用槽 輪傳動替代運動功能單元 10 圖 15 中的運動功能單元 11 是運動放大功能單元，把運動功能單元 10 中槽輪在一個工作周期中輸出的 1/4 周的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為一周的運動，用圓柱齒輪機構(gòu)替代，其傳動比為 i=1/4。圓柱齒輪傳動如圖 25 所示。 i= 圖 25 用圓柱齒輪傳動 替代運動功能單元 11 圖 15 中運動功能單元 12 是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)移動的運動功能單元，可以用曲柄滑塊機構(gòu)替代，如圖所示。 圖 26 用 曲柄滑塊機構(gòu)替代運動功能單元 12 根據(jù)上述分析，按照圖 15 各個運動單元連接順序把個運動功能單元的替代機構(gòu)一次連接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 4）的運動方案簡圖，如圖所示。 10 11 12 哈爾濱工業(yè)大學(xué)