Harbin Institute of Technology机械原理课程设计说明书课程名称：机械原理设计题目：产品包装生产线（方案1）院系：机电学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：一、绪论机械原理课程设计是在我们学习了机械原理之后的实践项目，通过老师和书本的传授，我们了解了机构的结构，掌握了机构的简化方式与运动规律，理论知识需要与实践相结合，这便是课程设计的重要性。

我们每个人都需要独立完成一个简单机构的设计，计算各机构的尺寸，同时还需要编写符合规范的设计说明书，正确绘制相关图纸。

通过这个项目，我们应学会如何收集与分析资料，如何正确阅读与书写说明书，如何利用现代化的设备辅助工作。

这种真正动手动脑的设计有效的增强我们对该课程的理解与领会，同时培养了我们的创新能力，为以后机械设计课程打下了坚实的基础。

二、设计题目产品包装生产线使用功能描述图中所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长⨯宽⨯高=600⨯200⨯200，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，每分钟向下一工位可以分别输送14，22，30件小包装产品。

产品包装生产线（方案一）功能简图三、设计机械系统运动循环图由设计题目可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A处把产品推到下一工位的是执行构件2，这两个执行构件的运动协调关系如图所示。

ϕ1ϕ1执行构件一执行构件二ϕ01ϕ02运动循环图图中ϕ1 是执行构件1的工作周期，ϕ01 是执行构件2的工作周期，ϕ02是执行构件2的动作周期。

因此，执行构件1是做连续往复运动，执行构件2是间歇运动，执行构件2的工作周期ϕ01 是执行构件1的工作周期T1的2倍。

执行构件2的动作周期ϕ02则只有执行构件1的工作周期T1的二分之一左右。

四、 设计机械系统运动功能系统图根据分析，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图所示。

运动功能单元把一个连续的单向传动转换为连续的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件转速分别为14,22,30rpm14,22,30rpm执行机构1的运动功能由于电动机的转速为1430rpm ，为了在执行机构1的主动件上分别得到14、22、30rpm 的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比i z 有3种，分别为i z1=141430=102.14 i z2=221430=65.00i z3=301430=47.67总传动比由定传动比i c 和变传动比i v 两部分构成，即i z1=i c i v1 i z2=i c i v2 i z3=i c i v33种总传动比中i z1最大，i z3最小。

由于定传动比i c 是常数，因此，3种变传动比中i v1最大，i v3最小。

为满足最大传动比不超过4，选择i v1 =4 。

定传动比为 i c =v1z1i i =4102.14=25.54变传动比为 i v2=cz2i i =54.2565=2.55 i v3=c z3i i =54.2547.67=1.87 传动系统的有级变速功能单元如图所示。

i=4,2.55,1.87有级变速运动功能单元为了保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。

过载保护同时还具有减速功能。

i=2.5在传动系统中还要加减速运动功能单元，其减速比为i=10.22为了避免齿轮过大，采用两级减速。

i 1=i 2=3.2减速运动功能单元如图6所示。

i 1=i 2=3.2减速运动功能单元至此，驱动执行机构一的全部机构已经设计完毕，其总体结构如下图。

1430rpm i=2.5 i=4,2.55,1.87i 1=3.2 i 2=3.2由于只有一个原动件，为了同时驱动执行机构一、二，需要一个运动分支单元。

运动分支单元减速运动功能单元由于执行构件二为间歇运动，且间歇时间是工作周期T 2的3/4，即其运动时间是其工作周期T2的1/4。

因此，间歇运动功能单元的运动系数为τ=41 间批歇运动功能单元如图所示执行构件一τ=0.25间歇运动功能单元由于执行构件1的工作周期T 1是执行构件2的工作周期T 2的2倍，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的驱动机构1的主动件的转速的2倍左右。

所以，间歇运动功能单元输出的运动应经过增速运动功能单元增速，如图所示。

i=0.25增速运动功能单元增速运动功能单元输出的运动驱动执行机构2实现其运动功能。

由于执行构件2做往复直线运动，因此，执行构件2的运动功能是把连续转动转换为往复直线运动，如图所示。

执行机构2的运动功能单元根据上述分析，整个系统的运动功能系统图，如图所示。

1430rpm i=2.5 i=4,2.55,1.87i 1=3.2 i 2=3.2执行构件一执行构件二1 23 4 5 678 91011五、选定电动机转速、拟定机械系统运动方案根据上图所示的运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。

上图中的运动功能单元1是原动机。

根据产品包装生产线的工作要求，可以选择电动机作为原动机，如图所示。

电动机运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替，如图所示。

皮带传动图中的运动功能单元3是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代替，如图所示。

滑移齿轮变速运动功能单元6是运动分支功能单元，可以用圆锥齿轮传动替代。

如图所示。

1430rpmi=2.5i=4，2.55，1.87锥齿轮替代运动分支单元运动功能单元7是把连续转动转换为连续往复摆动，可以选择直动平底从动件盘形凸轮机构替代，如图所示。

直动平底从动件盘形凸轮机构运动功能单元9是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。

该运动功能单元的运动系数为τ=0.25，根据槽轮机构运动系数的计算公式τ=(Z-2)/2Z式中Z----槽轮径向槽数。

于是槽轮的径向槽数为Z=4该槽轮机构如图21所示。

槽轮机构运动输入运动输出运动输出运动功能单元9是增速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，如图所示。

圆柱齿轮传动运动功能单元10是把连续转动转换为连续往复移动的运动功能单元，可以用曲柄摇杆机构替代，如图所示。

正弦机构替代连续转动转化为间隙转动的运动功能单元10根据以上分析，按照各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了产品包装生产线的运动方案简图。

六、系统运动方案设计1、执行机构1的设计使用直动平底从动件盘形凸轮机构可以有效的解决最大压力角的问题，在理想情况下，摩擦力为0，最大压力角为0。

同时，当偏距e=0时，凸轮的升程h=(r+d)-(r-d)由题目可知，执行机构的升程为280+200=480=2d因此d=240考虑到凸轮基圆半径不宜过小，故选择r=4002.执行机构2设计执行机构2驱动执行构件2运动，由结构简图可知，执行机构2由曲柄1，连杆2，摇杆3，连杆4，滑块5组成。

由设计题目可知，滑块3的行程为h=600由此可以确定曲柄1长a=225连杆2长b=525摇杆3长c=405连杆4长d=4203.槽轮机构设计 1) 确定槽轮槽数在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=4由图可知槽轮的槽间角为2β=3600/z=3600/4=9002) 槽轮每次转位时拨盘的转角2α=1800-2β=903) 中心距a=150mm4) 拨盘圆销回转半径123450.7071106.0655)槽轮半径=0.7071R=ξa=0.7071*150=106.0656)锁止弧张角γ=3600-2α=3600-900=27007)圆销半径r A≈r/6=106.065/6=17.6675mm8)槽轮槽深h>(λ+ξ-1)a+r A=(0.7071+0.7071-1)*150+18=80.13mm9)锁止弧半径r S<r-r A=106.065-18=88.065mm取R S=80mm4、滑移齿轮传动设计1)确定齿轮齿数结构简图中齿轮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z5、z6、z7、z8、z9、z10。

由前面的分析可知I v1=Z10/Z9=4I v2=Z8/Z7=2.55I v3=Z6/Z5=1.87按最小不跟切齿数取z9= 18则 z10=i v1z9=4*17=72为使相互啮合的齿轮齿数互为质数，可取z10=71其齿数和为z9+z10=18+71=89另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同I v2=2.55Z7=89/(1+i v2)=89/(1+2.55)≈25Z8=2.55*25≈64I v3=1.87Z5=89/(1+i v3)=89/(1+1.87)≈31Z6=1.87*31≈58可取Z5=31Z6=58Z7=25Z8=642) 计算齿轮几何尺寸齿轮7、8齿数和、齿轮5、6的齿数和均与齿轮9、10的齿数和相等，即z 9+z 10=z 5+z 6=89若模数相等m=2，这两对齿轮的标准中心距相同a=m(Z 9+Z 10)/2=m(Z 5+Z 6)/2=89mm这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。

5、齿轮传动设计 1）两级减速齿轮两级减速传动比均为3.2，标准齿轮不产生根切的最小齿数为17，因此Z 11=17，Z 12=54.4为满足一对齿轮齿数最好互质，选择Z 12=54同理Z 13=17，Z 14=542） 圆锥齿轮传动设计由结构简图可知，锥齿轮15、16实现图21中的运动功能7的减速运动功能，他所实现的传动比为2两锥齿轮的轴间角为90∑=锥齿轮16的分度圆锥角为161615arctanarctan 263.435z z δ=== 锥齿轮15的分度圆锥角为15169063.43526.565δδ=∑-=-=锥齿轮的最小不根切当量齿数为min 17v z =锥齿轮15齿数按最小不根切齿数确定，即15205.15565.26cos *17cos 15min 15≈=︒==δv z z锥齿轮16的齿数为1615221530z z ==⨯=锥齿轮15、16的几何尺寸，取m=2mm ，按标准直齿锥齿轮传动计算。

七、机械系统实际运动循环图ϕ 1 ϕ1执行构件一执行构件二ϕ01ϕ02运动循环图八、总结通过检索与阅读资料，结合题目的有关要求，绘制出运动循环图。

根据执行机构一、二的动作，设计机械系统运动功能图。

在已知电动机转速及执行机构转速的情况下，确定机械系统传动部分尺寸，并进行运动分析，最后建立运动模型，绘制实际运动循环图。

这是我们在进入大学后的首个课程设计，并没有意识到它的重要性，在深入的了解到其中所包含的内容以后，才发现这是整个机械原理课程的缩影，要想完成一个合理的机构设计，我们要学会分析与解决问题。