產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線 的設(shè)計方案 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 200200，采取步進式輸送方式，小包裝產(chǎn)品送至 A 處（自由下落）達到 3 包時，被送到下一個工位進行包裝。原動機轉(zhuǎn)速為 1430品輸送數(shù)量分三檔可調(diào)，每分鐘向下一工位分別輸送 12、 21、 30 件小包裝產(chǎn)品。 圖 1 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 2）功能簡圖 由設(shè)計題目和圖 1 可以看出，推動產(chǎn)品在輸送線 1 上運動的是執(zhí)行構(gòu)件 1，在 A 處把產(chǎn)品推向下一工位的是執(zhí)行構(gòu)件 2，這兩個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如圖 2 所示。 執(zhí)行構(gòu)件 運動情況 執(zhí)行構(gòu)件 1 進 退 進 退 進 退 執(zhí)行構(gòu)件 2 退 停止 進 退 圖 2 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 2）運動循環(huán)圖 圖 2 中是執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期，是執(zhí)行構(gòu)件 2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)運動，執(zhí)行構(gòu)件 2 是間歇運動，執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期是執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期的 3 倍，執(zhí)行構(gòu)件 2的動作周期則只有執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期的四分之一左右。 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 12、 21、30 12、 21、 30 3 執(zhí)行機構(gòu) 1 的運動功能 由于電動機轉(zhuǎn)速為 1430了在執(zhí)行機構(gòu) 1的主動件上分別得到 12、 21、30轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu) 1 之間的傳動比有 3 種分別為： = = = = 傳動比由定傳動比與變傳動比組成，即： = = = 三種傳動比中最大，最小。由于定傳動比是常數(shù)，因此 3 種傳動比中最大，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： =4 于是定傳動比為： = = = 定傳動比的其他值為： = = = = 是，傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖 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 = 5 過載保護運動功能單元 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 = = 速運動功能單元如圖 6 所示。 圖 6 減速運動功能單元 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。 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)圖加上一運動分支功能單元，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。 圖 8 運動分支功能單元 由于執(zhí)行構(gòu)件 2 的工作周期是執(zhí)行構(gòu)件 1 的工作周期的 3 倍，也就是說，運動分支在驅(qū)動構(gòu)件 2 之前應(yīng)該減速，使其轉(zhuǎn)速等于執(zhí)行構(gòu)件 1 的三分之一，由于執(zhí)行構(gòu)件 2 與執(zhí)行構(gòu)件 1 的運動平面相互垂直，因此，該減速運動功能單元如圖9 所示。 i=3 圖 9 減速運動功能單元 由于執(zhí)行構(gòu)件 2 是間歇運動，且由圖 2 可以看出執(zhí)行構(gòu)件 2 的間歇時間是其 工作周期的四分之三，也就是說其運動時間是其工作周期的四分之一。因此，間歇運動功能單元的運動系數(shù)為 間歇運動功能單元如圖 10 所示。 圖 10 間歇運動功能單元 由于執(zhí)行構(gòu)件 2的動作周期是執(zhí)行構(gòu)件 2的工作周期的四分之一左右，因此，驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2 的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2 的轉(zhuǎn)速的 4 倍左右。所以，間歇運動功能 的運動應(yīng)經(jīng)過增速運動功能單元增速，如圖 11 所示。 圖 11 增速運動功能單元增速 增速運動單元輸出的運動驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) 2 實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu) 2 的運動功能。由于執(zhí)行構(gòu)件 2 作往復(fù)直線運動，因此，執(zhí)行機構(gòu) 2 的運動功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運動，如圖 12 所示。 圖 12 執(zhí)行機構(gòu) 2 的運動功能單元 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 13 所示。 1430 i = i = 4, i = 13 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 2）的運動功能系統(tǒng)圖 根據(jù)圖 13 所示的運動功能系統(tǒng)圖 ,選擇適當(dāng)?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 13 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 14 所示。 1430 圖 14 電動機替代運動功能單元 1 圖 13 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 15 所示。 2 圖 15 帶傳動替代運動功能單元 2 圖 13 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 16 所示。 3 圖 16 滑移齒輪變速替代運動功能單元 3 圖 13 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17 所示。 圖 17 2 級齒輪傳動替代運動功能單元 4 圖 13 中的運動功能單元 6 將連續(xù)傳動轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動，可以選擇導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)替代，如圖 18 所示。 圖 18 導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)替代運動功能單元 6 圖 13 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 19 所示。 i = 3 圖 19 圓錐齒輪傳動替代 減速 運動功能單元 7 圖 13 中運動功能單元 5 是運動分支功能單元，可以用圓錐齒輪傳動的主動輪與導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)的曲柄固聯(lián)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 13 中運動功能單元 8 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 由槽輪機構(gòu)運動系數(shù)的計算公式有： 式中， Z 槽輪的徑向槽數(shù)。 則，槽輪的徑向槽數(shù)為： 該槽輪機構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 用槽輪機構(gòu)替代運動功能單元 8 圖 13 中的運動功能單元 9 是增速運動功能單元，可以圓柱齒輪傳動代替，如圖 22 所示。 圖 22 用圓柱齒輪傳動 替代運動功能單元 9 圖 13 中運動功能單元 10 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 23 所示。 圖 23 用 曲柄滑塊機構(gòu)替代運動功能單元 10 根據(jù)上述分析，按照圖 13 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 2）的運動方案簡圖，如圖 24 所示。 （ a） 2,皮帶輪 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,26,15,16,17 圓錐齒輪 18,20,圖 24 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線（方案 2）的運動方案簡圖 5. 設(shè)計課題運動方案設(shè)計 1） 執(zhí)行機構(gòu) 1 的設(shè)計 執(zhí)行機構(gòu) 1驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 1運動，由圖 24可知，執(zhí)行機構(gòu) 1由曲柄 15，滑塊 18，導(dǎo)桿 19，連桿 20 和滑枕 21 組成。其中大滑塊的行程 h=480對機構(gòu)進行參數(shù)計算。 該機構(gòu)具有急回特性，在導(dǎo)桿 19 與曲柄 15 的軌跡圓相切時候，從動件 處于兩個極限位置，此時導(dǎo)桿的末端分別位于 2位置。取定 其滿足： 21 利用平行四邊形的特點，由下圖可知滑塊移動的距離 h，這樣就利用了機構(gòu)急回運動特性，使滑塊移動了指定的位移。 設(shè)極位夾角為，顯然 導(dǎo)桿 19 的擺角就是，取機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=此可得極位夾角和導(dǎo)桿 19的長度。 001 1 8 0 3 01/29 2 7 . 2 8 9s i m m 圖 25 導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)設(shè)計 先隨意選定一點為 D，以 l 為半徑做圓。再過 之為基礎(chǔ)線，左右各作射線，與之夾角 15，交圓與 2點。則弧 導(dǎo)軌從 到 時候，擺角為 30。接著取最高點為 C,在 C 和 1m，該線為滑枕 21 的導(dǎo) 路，距離 c o s 22 在 導(dǎo)桿 21 的長度為，最大壓力角的正弦等于 1m a x 22c o ss 要求最大壓力角小于 100，所以有 01 0m a xs i n 1 c o s 1 529 2 7 . 6 8 9 9 1 . 0 22 s i n 2 s i n 1 0m m 越大，壓力角越小，取 =200400 曲柄 15的回轉(zhuǎn)中心在過 柄越長，曲柄受力越小，可選 221 取 00此可以得到曲柄 15的長度 02 s i n 5 0 0 s i n 1 5 1 2 9 . 4 12l A D m m 2） 執(zhí)行機構(gòu) 2 的設(shè)計 執(zhí)行機構(gòu) 2 驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件 2 運動，有圖 24 可知，執(zhí)行構(gòu)件 2 由曲柄 28，連桿 29 和滑塊 30 組成。由設(shè)計題目可知，滑塊 30 的行程為 由此可確定該機構(gòu)曲柄的長度 連桿 29 的長度與機構(gòu)的許用壓力角、曲柄存在條件及結(jié)構(gòu)有關(guān)，即 由此可以看出，連桿 29 的長度越大，機構(gòu)的最大壓力角就越小。 若要求 則 執(zhí)行機構(gòu) 2 如圖 26 圖 26 曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計 3） 槽輪機構(gòu)的設(shè)計 確定槽輪槽數(shù) 根據(jù)圖 21 可知，在撥盤圓銷數(shù) k=1 時，槽輪槽數(shù) z=4。 槽輪槽間角 2 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角 2=90 中心距 槽輪機構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不確定的情況下暫定為 a=150 撥盤圓銷的回轉(zhuǎn)半徑 槽輪半徑 鎖止弧張角 圓銷半徑 圓整： 槽輪深度 鎖止弧半徑 取 4） 齒輪傳動設(shè)計 滑移齒輪 設(shè)計 根據(jù)滑移齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，選擇齒輪 5、 6、 7、 8、 9和 10為角度變位直齒輪，其齒數(shù)：，各個齒輪參數(shù)如下表： 表 1 滑移齒輪 5、 6 參數(shù) 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 5 33 齒輪 6 53 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 標(biāo)準中心距 = ()/2=86 7 實際中心距 88 8 嚙合角 9 變位系數(shù) 齒輪 5 輪 6 0 齒頂高 齒輪 5 =輪 6 =1 齒根高 齒輪 5 =輪 6 =2 分度圓直徑 齒輪 5 =66 齒輪 6 =106 13 齒頂圓直 徑 齒輪 5 =輪 6 =4 齒根圓直徑 齒輪 5 =輪 6 =5 齒頂圓壓力角 齒輪 5 =輪 6 =6 重合度 /= 2 滑移齒輪 7、 8 參數(shù) 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 7 27 齒輪 8 60 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 標(biāo)準中心距 = ()/2=87 7 實際中心距 88 8 嚙合角 9 變位系數(shù) 齒輪 7 輪 8 0 齒頂高 齒輪 7 =輪 8 =1 齒根高 齒輪 7 =輪 8 =2 分度圓直徑 齒輪 7 =54 齒輪 8 =120 齒頂圓直徑 齒輪 7 =輪 8 =4 齒根圓直徑 齒輪 7 =輪 8 =5 齒頂圓壓力角 齒輪 7 =輪 8 =6 重合度 /= 3 滑移齒輪 9、 10 參數(shù) 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 9 17 齒輪 10 69 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 標(biāo)準中心距 = ()/2=86 7 實際中心距 88 8 嚙合角 13 9 變位系數(shù) 齒輪 9 輪 10 0 齒頂高 齒輪 9 =輪 10 =1 齒根高 齒輪 9 =輪 10 =2 分度圓直徑 齒輪 9 =34 齒輪 10 =138 齒頂圓直徑 齒輪 9 =輪 10 =4 齒根圓直徑 齒輪 9 =輪 10 =5 齒頂圓壓力角 齒輪 9 =輪 10 =6 重合度 /= 定軸齒輪 設(shè)計 根據(jù)定軸齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求， ， 選擇齒輪 11、 12、 13 和 14為角度變位直齒輪 ，其齒數(shù)： ： ,。 根據(jù)定軸齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，選擇齒輪 26和 27為角度變位直齒輪 ，其齒數(shù)： ， 。 各個齒輪參數(shù)如下表： 表 4 定軸圓柱齒輪 11、 12 參數(shù)（齒輪 13、 14 與 11、 12 對應(yīng)相同） 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 11 17 齒輪 12 59 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 13 5 頂隙系數(shù) 標(biāo)準中心距 = ()/2=76 7 實際中心距 78 8 嚙合角 9 變位系數(shù) 齒輪 11 輪 12 0 齒頂高 齒輪 11 =輪 12 =1 齒根高 齒輪 11 =輪 12 =2 分度圓直徑 齒輪 11 =34 齒輪 12 =118 齒頂圓直徑 齒輪 11 輪 12 =4 齒根圓直徑 齒輪 11 =輪 12 =5 齒頂圓壓力角 齒輪 11 =輪 12 =6 重合度 /= 5 定軸齒輪 26、 27 參數(shù) 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 26 68 齒輪 27 17 2 模數(shù) 2 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 標(biāo)準中心距 = ()/2=85 13 7 實際中心距 87 8 嚙合角 9 變位系數(shù) 齒輪 26 輪 27 0 齒頂高 齒輪 26 =輪 27 =1 齒根高 齒輪 26 =輪 27 =2 分度圓直徑 齒輪 26 =136 齒輪 27 =34 13 齒頂圓直 徑 齒輪 26 =輪 27 =4 齒根圓直徑 齒輪 26 =輪 27 =5 齒頂圓壓力角 齒輪 26 =輪 27 =6 重合度 /= 圓錐 齒輪 設(shè)計 根據(jù) 圓錐 齒輪變速傳動系統(tǒng)中對齒輪齒數(shù)的要求，齒輪 16 和 17選擇為標(biāo)準齒輪，。 各個齒輪參數(shù)如下表： 表 5 圓錐齒輪 16、 17 參數(shù) 序號 項目 代號 計算公式及計算結(jié)果 1 齒數(shù) 齒輪 16 17 齒輪 17 51 2 模數(shù) 3 3 壓力角 20 4 齒頂高系數(shù) 1 5 頂隙系數(shù) 6 分度圓錐角 齒輪 16 =輪 17 = 分度圓直徑 齒輪 16 =51 齒輪 17 =153 8 錐距 = 齒頂高 齒輪 16 =3 齒輪 17 =3 10 齒根高 齒輪 16 =輪 17 =1 齒頂圓直徑 齒輪 16 2=輪 17 2=2 齒根圓直徑 齒輪 16 =輪 17 =3 當(dāng)量齒數(shù) 齒輪 16 =輪 17 =4 當(dāng)量齒輪 齒頂圓壓力角 齒輪 16 = 齒輪 17 = 15 重合度 /=. 設(shè)計課題運動方案分析 曲柄 15 順時針轉(zhuǎn)動 曲柄 15 的初始位置 如圖 27 所示，曲柄順時針轉(zhuǎn)動時的初始位置由角確定。由于該曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的 =30，因此，當(dāng)導(dǎo)桿 19 位于左側(cè)極限位置時，曲柄 15 與水平軸的夾角 = 15 曲柄 28 的初始位置