機械原理課程設(shè)計---啤酒瓶壓蓋機機械系統(tǒng)方案設(shè)計

1、<p>　　機械原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計題目_____啤酒瓶壓蓋機機械系統(tǒng)方案設(shè)計____</p><p>　　_機械科學(xué)與工程 學(xué)院_機械設(shè)計制造及其自動化_專業(yè)</p><p>　　班級 0701 </p><p>　　完成日期 2010 年 1 月 25

2、 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)書1</b></p><p>　　1.1.設(shè)計題目1</p><p>　　1.2.工作原理與工藝動作過程1</p><p>　　1.3.原始參數(shù)1</p>&

3、lt;p>　　1.4.設(shè)計要求1</p><p>　　2系統(tǒng)運動方案設(shè)計2</p><p>　　2.1.原動機類型的選擇2</p><p>　　2.2.減速器類型的選擇2</p><p>　　2.3.實現(xiàn)壓蓋動作的機構(gòu)選擇3</p><p>　　2.4.實現(xiàn)裝箱動作的機構(gòu)選擇3</p

4、><p>　　2.5.系統(tǒng)運動方案的確定5</p><p>　　2.6.繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖5</p><p>　　3傳動系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　3.1.傳動方案分析6</p><p>　　3.2.電動機的選擇6</p><p>　　3.3.傳動比的計算和分配7<

5、/p><p>　　3.3.1.總傳動比的計算7</p><p>　　3.3.2.分配各級傳動比7</p><p>　　3.4.傳動參數(shù)的計算7</p><p>　　3.4.1.各軸轉(zhuǎn)速的計算7</p><p>　　3.4.2.各軸輸入功率的計算8</p><p>　　3.4.3.

6、各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計算8</p><p>　　3.4.4.各軸的傳動參數(shù)8</p><p>　　4執(zhí)行系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　4.1.凸輪機構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　4.1.1.凸輪機構(gòu)選型9</p><p>　　4.1.2.確定從動件運動規(guī)律9</p><p&g

7、t;　　4.1.3.確定基本參數(shù)11</p><p>　　4.1.4.凸輪輪廓曲線設(shè)計13</p><p>　　4.2.槽輪機構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　4.2.1.槽輪機構(gòu)選型14</p><p>　　4.2.2.選擇槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù)14</p><p>　　4.2.3.基本尺寸的計算

8、15</p><p>　　4.2.4.槽輪運動特性分析16</p><p>　　5收獲和體會17</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　7附錄19</b></p><p><b>　　圖表目錄</b&g

9、t;</p><p>　　圖 1曲柄滑塊機構(gòu)3</p><p><b>　　圖 2凸輪機構(gòu)3</b></p><p>　　圖 3單銷四槽外槽輪機構(gòu)4</p><p><b>　　圖 4棘輪機構(gòu)4</b></p><p>　　圖 5不完全齒輪齒條機構(gòu)4</p&g

10、t;<p>　　圖 6系統(tǒng)運動循環(huán)圖5</p><p>　　圖 7傳動系統(tǒng)簡圖6</p><p>　　圖 8從動件上下位移曲線10</p><p>　　圖 9凸輪從動件的動力學(xué)特性11</p><p>　　圖 10從動件曲線12</p><p>　　圖 11曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線13&l

11、t;/p><p>　　圖 12空間凸輪輪廓曲線14</p><p>　　圖 13槽輪某一瞬時位置16</p><p>　　圖 14槽輪運動特性16</p><p><b>　　表格目錄</b></p><p>　　表 1系統(tǒng)運動方案8</p><p>　　表 2傳動系統(tǒng)

12、各軸傳動參數(shù)表11</p><p>　　表 3外槽輪機構(gòu)基本尺寸計算公式及結(jié)果18</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　設(shè)計一個對生產(chǎn)線上的啤酒瓶進(jìn)行自動壓蓋的機器。</p><p>　　工作原

13、理與工藝動作過程</p><p>　　啤酒瓶壓蓋機的工作原理[1]是利用電機帶動推桿下降壓緊瓶蓋頂端，使鎖口裝置自動鎖緊鎖蓋。壓蓋機臺面和防護(hù)罩一般都為不銹鋼材料制造，強度大，耐磨損，使用壽命長。通過壓蓋機軋的啤酒瓶蓋密封性好。</p><p>　　工藝動作過程為：推桿做與啤酒瓶同步的圓周運動，為了實現(xiàn)自動壓蓋，推桿需做上下往返運動：首先利用磁力將瓶蓋吸附到推桿的封口頭中，然后推桿以特定的

14、運動規(guī)律先上升再向下運動，當(dāng)其將達(dá)到最低點時，恰好對準(zhǔn)運動的啤酒瓶口，實現(xiàn)快速壓蓋。然后封口頭繼續(xù)上升、下降，在另一個最低點處取瓶蓋，繼續(xù)這一過程。壓蓋后的啤酒瓶繼續(xù)運動，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次即裝滿一箱，這一動作可借助于槽輪機構(gòu)實現(xiàn)。</p><p><b>　　原始參數(shù)</b></p><p>　　啤酒瓶尺寸：瓶身直徑70mm，瓶口直徑26mm，瓶高300mm

15、；</p><p><b>　　推桿直徑30mm；</b></p><p>　　傳輸帶寬度：90mm。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　完全2個以上的工藝動作；</p><p>　　生產(chǎn)能力達(dá)到14400瓶/小時；</p>&l

16、t;p>　　具有較高的工作效率和自動化程度；</p><p>　　使用性能良好，運行穩(wěn)妥可靠，維護(hù)成本低；</p><p>　　壓蓋過程沖擊盡量小，噪音控制在適當(dāng)范圍內(nèi)；</p><p>　　滿足傳動精度，凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)具備一定的耐磨性；</p><p>　　工作過程安全可靠。 </p><p><b&

17、gt;　　系統(tǒng)運動方案設(shè)計</b></p><p>　　確定系統(tǒng)的工藝動作之后，需選擇適宜的機構(gòu)型式將其實現(xiàn)，故這一過程也稱為機構(gòu)的選型[2]，它需要考慮多方面的因素，如運動變換要求、尺寸限制、制造成本、動力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。</p><p><b>　　原動機類型的選擇</b></p><p>　　在機械系統(tǒng)設(shè)

18、計過程中，原動機的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)，因為它直接影響到動力輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行效率和總體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代機械中，常見的原動機有熱機、電動機、液動機和氣動機，各自具有不同的特點和應(yīng)用。</p><p>　　熱機包括蒸汽機和內(nèi)燃機，其應(yīng)用范圍相對單一，主要用于經(jīng)常變換工作場所的機械設(shè)備和運輸車輛。</p><p>　　電動機在現(xiàn)代機械中應(yīng)用最為廣泛，尤其是交流異步電動機，其具有結(jié)構(gòu)簡單，價格

19、低廉，動力源方便等優(yōu)點，但功率系數(shù)較低，且調(diào)速不便，適用于運行環(huán)境比較穩(wěn)定、調(diào)速范圍窄的場合。</p><p>　　液動機一般調(diào)速方便，且傳動鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。</p><p>　　當(dāng)只需實現(xiàn)簡單的運動變換時，氣動機較為方便，其缺點是有一定的噪聲。</p><p>　　本設(shè)計中對原動機的要求為：運行環(huán)境穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，綜合以上各種原動機的特

20、點，選擇交流異步電動機作為壓蓋機的原動機。</p><p><b>　　減速器類型的選擇</b></p><p>　　減速器是指原動機與工作機之間獨立封鎖式傳動裝置，用來減低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。</p><p>　　齒輪減速器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便，其缺點是傳動比

21、的分配比較麻煩；而蝸桿減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，噪音低等優(yōu)點，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損等問題。</p><p>　　行星齒輪減速器[3]的主要特點有：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、傳動比大等優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造和安裝較為困難，成本也高。</p><p>　　在本設(shè)計中，對減速器要求為：傳動比較小，結(jié)構(gòu)盡量簡單，成本低廉，制造安裝方便。綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點，選擇圓柱-圓錐

22、齒輪減速器作為啤酒壓蓋機的減速器。</p><p>　　實現(xiàn)壓蓋動作的機構(gòu)選擇</p><p>　　在壓蓋機中，推桿的運動為復(fù)合運動，即回轉(zhuǎn)運動與具有特定運動規(guī)律的上下往返運動。滿足這種要求的機構(gòu)有很多，在此僅討論曲柄滑塊機構(gòu)和凸輪機構(gòu)。</p><p><b>　　曲柄滑塊機構(gòu)</b></p><p><b>

23、;　　圖 1曲柄滑塊機構(gòu)</b></p><p>　　圖1所式為典型的曲柄滑塊機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，零件加工容易，易實現(xiàn)所需動作要求等優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)零件重用性差，比較適合于執(zhí)行機構(gòu)不改變的系統(tǒng)。</p><p><b>　　凸輪機構(gòu)</b></p><p><b>　　圖 2凸輪機構(gòu)</b></p>

24、<p>　　凸輪機構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能精確實現(xiàn)所需的運動軌跡，其缺點是從動件行程不宜過大，且曲面加工成本較高。適用于傳力較小、運動靈活、運動規(guī)律復(fù)雜的場合。</p><p>　　本設(shè)計中，推桿的運動規(guī)律較為復(fù)雜，既有繞中心軸的旋轉(zhuǎn)運動，也有按給定規(guī)律往返的上下運動，結(jié)合以上兩種機構(gòu)的特點分析，選擇凸輪機構(gòu)能夠滿足要求。</p><p>　　實現(xiàn)裝箱動作的機構(gòu)選擇<

25、/p><p>　　瓶子壓蓋完成后，每四瓶進(jìn)行一次裝箱，而三次可裝滿一箱。這個動作須由間歇機構(gòu)完成，包括槽輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)和不完全齒輪齒條機構(gòu)[4]。</p><p><b>　　槽輪機構(gòu)</b></p><p>　　圖 3單銷四槽外槽輪機構(gòu)</p><p>　　槽輪機構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易加工，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機械效率高

26、。常被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速。</p><p><b>　　棘輪機構(gòu)</b></p><p><b>　　圖 4棘輪機構(gòu)</b></p><p>　　棘輪機構(gòu)的優(yōu)

27、點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運動，但工作時常伴有振動，齒尖磨損，傳動平穩(wěn)性差，因此它的工作頻率不能過高。</p><p><b>　　不完全齒輪齒條機構(gòu)</b></p><p>　　圖 5不完全齒輪齒條機構(gòu)</p><p>　　不完全齒輪齒條機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，允許選擇的范圍比棘輪機構(gòu)和槽輪機構(gòu)的大，因而設(shè)計靈

28、活。其缺點是從動輪在轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速、輕載的工作條件。</p><p>　　綜合以上分析，結(jié)合壓蓋機的工作條件，選擇槽輪機構(gòu)實現(xiàn)間歇運動。另外，為了保證箱子每裝四瓶能夠直線移動一次，還需將齒輪與槽輪固結(jié)，再通過齒輪齒條嚙合實現(xiàn)箱子的間歇直線移動。</p><p><b>　　系統(tǒng)運動方案的確定</b></p>

29、<p>　　綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運動方案見下表:</p><p><b>　　表 1系統(tǒng)運動方案</b></p><p><b>　　繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖</b></p><p>　　為了表達(dá)壓蓋機各執(zhí)行機構(gòu)在一個運動循環(huán)中各動作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，選擇推桿的上下位移、槽輪的轉(zhuǎn)角、齒條的直線位移為對象，以推桿

30、繞空間凸輪主軸旋轉(zhuǎn)一周為一個運動周期，畫出系統(tǒng)運動循環(huán)圖，結(jié)果如下：</p><p>　　圖 6系統(tǒng)運動循環(huán)圖</p><p><b>　　傳動系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　傳動方案分析</b></p><p>　　機器一般由原動機、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。其中，傳動系統(tǒng)是用來傳遞原

31、動機的運動和動力、變換其運動形式以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的需要，是機器的重要組成部分。傳動系統(tǒng)是否合理將直接影響機器的工作性能、重量和成本。合理的傳動方案除滿足執(zhí)行系統(tǒng)的功能外，還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護(hù)方便。</p><p>　　本設(shè)計中傳動方案為三級傳動[5]。第一級為直齒錐齒輪傳動，主要作用是改變傳動的方向。第二、三級為直齒圓柱齒輪傳動，起著減速作用。通過整個傳動系統(tǒng)的變向和減速，達(dá)到滿

32、足執(zhí)行系統(tǒng)要求的傳動比。</p><p>　　綜合以上分析，可作出啤酒瓶壓蓋機的傳動系統(tǒng)簡圖如下：</p><p><b>　　圖 7傳動系統(tǒng)簡圖</b></p><p><b>　　電動機的選擇</b></p><p>　　根據(jù)工作要求和條件，選用Y系列三相異步電動機[6]。這種電動機是供一般用途

33、的全封閉自扇冷籠型三相異步電動機，具有效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動小、體積小、重量輕、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，具有廣泛適用性。 </p><p>　　結(jié)合啤酒瓶壓蓋機的運行特點，本設(shè)計中選用Y系列(IP44)三相異步電動機B3_80-132，其轉(zhuǎn)速為940RPM，額定功率1.5KW。</p><p><b>　　傳動比的計算和分配</b></p>

34、<p><b>　　總傳動比的計算</b></p><p>　　根據(jù)傳動比的定義有如下結(jié)果：</p><p>　　其中：為電動機滿載轉(zhuǎn)速，本設(shè)計中為；</p><p>　　為壓蓋機的工作轉(zhuǎn)速，為。</p><p><b>　　分配各級傳動比</b></p><p&g

35、t;　　由于傳動系統(tǒng)是三級傳動，故應(yīng)該滿足以下公式：</p><p>　　其中，為總傳動比，、、分別為第1、2、3級傳動比。</p><p>　　傳動比的分配原則可概括為[7]：</p><p>　　使各級傳動的承載能力大致相等（齒面接觸強度大致相等）；</p><p>　　使減速器能能獲得最小外形尺寸和重量；</p><

36、p>　　使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑最為簡便。</p><p>　　結(jié)合以上原則，再查文獻(xiàn)[7]中的表16-1-3可確定本設(shè)計中的各級傳動比為：</p><p><b>　　傳動參數(shù)的計算</b></p><p><b>　　各軸轉(zhuǎn)速的計算</b></p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)速與

37、傳動比的關(guān)系，計算如下：</p><p><b>　　各軸輸入功率的計算</b></p><p>　　輸入功率與傳動效率直接相關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)[7]中的表16-2-59，可查得各級的傳動效率為：，，。故各軸輸入功率為：</p><p><b>　　各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計算</b></p><p>　　輸入轉(zhuǎn)矩

38、與輸入功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：。依據(jù)此式，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩，結(jié)果如下：</p><p><b>　　各軸的傳動參數(shù)</b></p><p>　　以上結(jié)果可用下表表示：</p><p>　　表 2傳動系統(tǒng)各軸傳動參數(shù)表</p><p>　　根據(jù)相關(guān)的傳動參數(shù)，選擇合適的齒輪和軸，組成一個完整的傳動系統(tǒng)。<

39、/p><p><b>　　執(zhí)行系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　凸輪機構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　凸輪機構(gòu)選型</b></p><p>　　在啤酒瓶壓蓋機中，凸輪機構(gòu)主要為推桿提供特定的運動規(guī)律，完成壓蓋工作。由于壓蓋過程中啤酒瓶繞中心軸旋轉(zhuǎn)，因此推

40、桿的運動必須滿足以下要求：</p><p>　　繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)循環(huán)壓蓋。</p><p>　　空間上下運動，實現(xiàn)取蓋上升下降壓蓋上升下降取蓋的動作流程。</p><p>　　根據(jù)以上要求，本設(shè)計中選擇空間凸輪作為控制機構(gòu)。</p><p>　　空間凸輪是指凸輪和推桿之間的運動為空間運動，凸輪的運動平面與從動件的運動平面不平行或重合，

41、它能同時實現(xiàn)多個方向上的直線運動或回轉(zhuǎn)運動?？臻g凸輪的輪廓線或輪廓面為空間曲線或曲面。當(dāng)空間凸輪為原動件時，從動件的運動方式有往復(fù)直動和往復(fù)擺動兩種。當(dāng)凸輪為機架時，從動件上的點一般按預(yù)期的軌跡作空間復(fù)雜運動[8]。</p><p>　　根據(jù)工藝動作的要求，本設(shè)計中空間凸輪作為機架。考慮到從動件為低速旋轉(zhuǎn)，為了提高凸輪的耐磨性，采用滾子從動件凸輪機構(gòu)。</p><p><b>　

42、　確定從動件運動規(guī)律</b></p><p>　　由以上的分析可知，從動件的合運動由兩部分分組成：繞空間凸輪軸線的回轉(zhuǎn)運動和直線上下運動。因為旋轉(zhuǎn)運動由傳動系統(tǒng)直接提供，對凸輪設(shè)計影響不大，故在此可予以忽略，只考慮從動件的上下運動規(guī)律。</p><p>　　為了實現(xiàn)取蓋上升下降壓蓋上升下降取蓋的動作流程，在一個運動周期里，從動件的上下位移曲線特點為:升—?！亍?。其中停的

43、部分即為壓蓋，對應(yīng)的休止角為。為了盡量減少沖擊，其余曲線段選擇余弦加速度運動規(guī)律[9]，其一般表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，為周期，為待定系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的表3-3，可以列出余弦加速度運動方程式如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p&

44、gt;<p>　　其中，、、、、分別為從動件的上下位移、速度、加速度、回轉(zhuǎn)角速度和行程。而為推程運動角，為從動件轉(zhuǎn)角。</p><p>　　式中的有關(guān)參數(shù)可分段確定如下：</p><p>　　在和區(qū)間均為1/4余弦加速度運動周期，，。</p><p>　　區(qū)間為休止段，此時。</p><p>　　區(qū)間為1/2余弦加速度運動周期，

45、，。</p><p>　　同時，從動件的運動還應(yīng)滿足：運動過程中速度沒有突變；在三個點速度均為0。</p><p>　　根據(jù)式（4-2）和以上約束條件，利用MATLAB編程，得到從動件的位移規(guī)律，如下圖所示：</p><p>　　圖 8從動件上下位移曲線</p><p>　　為了分析從動件的動力學(xué)特性，將其速度、加速度隨轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律用圖表示

46、如下：</p><p>　　圖 9凸輪從動件的動力學(xué)特性</p><p>　　從上圖可以看出，從動件的速度無突變，但在兩個點過渡不光滑，導(dǎo)致其加速度出現(xiàn)突變。另外，在處加速度也出現(xiàn)突變。</p><p><b>　　確定基本參數(shù)</b></p><p>　　本設(shè)計中空間凸輪的內(nèi)、外輪廓曲線水平面投影都為圓周，因此其基本參

47、數(shù)為：凸輪外徑、凸輪內(nèi)徑、滾子半徑。</p><p>　　空間凸輪內(nèi)外徑的確定</p><p>　　凸輪外徑受到機構(gòu)總體尺寸的限制，它決定了從動件的回轉(zhuǎn)直徑，也即啤酒瓶的旋轉(zhuǎn)直徑，本設(shè)計中取為600mm。相應(yīng)的，凸輪內(nèi)徑為400mm。因此，由內(nèi)外徑構(gòu)成的滾子運動軌道寬度為100mm。</p><p><b>　　滾子半徑的確定</b></

48、p><p>　　當(dāng)采用滾子從動件時，應(yīng)注意滾子半徑的選擇，否則從動件有可能實現(xiàn)不了預(yù)期的運動規(guī)律[9]。設(shè)凸輪的理論輪廓曲線的最小曲率半徑為，滾子半徑為，則為了避免出現(xiàn)運動失真和應(yīng)力集中，實際輪廓曲線的最小曲率半徑不應(yīng)小于3mm，所以應(yīng)有：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　上式可化為：</

49、b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　因此，要確定滾子半徑，首先需求得凸輪理論輪廓曲線的最小曲率半徑。由高等數(shù)學(xué)可知，曲線曲率半徑的計算公式為：</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　在本文中，對應(yīng)于從動件的上下位移，則對應(yīng)于從

50、動件的旋轉(zhuǎn)距離，設(shè)從動件到空間凸輪中心軸的距離為264mm，將圖8中的曲線轉(zhuǎn)化為曲線，如下圖所示:</p><p><b>　　圖 10從動件曲線</b></p><p>　　對于圖10中的直線部分，式（4-5）中的和都等于0。而對于余弦曲線部分，和可按下式計算：</p><p><b>　?。?-6）</b></p

51、><p>　　其中，為余弦曲線的1/4周期，其它符號定義與式（4-2）相同。</p><p>　　聯(lián)立式（4-5）、（4-6），借助MATLAB編程，運用數(shù)值解法進(jìn)行逐點求解，解得最小曲率半徑為。且曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線如下圖所示：</p><p>　　圖 11曲率半徑隨旋轉(zhuǎn)位移的變化曲線</p><p>　　一般建議，但從滾子的結(jié)構(gòu)和強度

52、上考慮，滾子半徑也不能太小。在此，結(jié)合空間凸輪的結(jié)構(gòu)和尺寸，確定滾子半徑為。</p><p><b>　　凸輪輪廓曲線設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)已經(jīng)確定的從動件運動規(guī)律可知，空間凸輪的外輪廓曲線由兩部分疊加而成[10]：第一部分為直徑600mm的圓周，另一部分為圖8中所示的位移曲線。因此，以空間凸輪中心軸為軸，以水平面為平面，以從動件轉(zhuǎn)角為參數(shù)，則在一個運

53、動周期內(nèi)，凸輪外輪廓曲線方程可表達(dá)如下：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　其中，為從動件的上下位移，如圖8中所示，其表達(dá)式為一分段函數(shù)：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　聯(lián)立以上兩式，運用MATLAB進(jìn)行求解，可畫出空間凸輪的外

54、輪廓曲線。同理，建立相似的方程可畫出凸輪內(nèi)輪廓曲線。其結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖 12空間凸輪輪廓曲線</p><p><b>　　槽輪機構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　槽輪機構(gòu)選型</b></p><p>　　槽輪機構(gòu)作為一種分度、轉(zhuǎn)位等步進(jìn)機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、

55、外形尺寸小、機械效率高等優(yōu)點，主要應(yīng)用于低速場合。在啤酒瓶壓蓋機中，槽輪機構(gòu)主要是將傳動系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為周期性間歇運動，并通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)對壓蓋后的瓶子進(jìn)行裝箱的功能。</p><p>　　槽輪機構(gòu)分為兩種形式：一種是外槽輪機構(gòu)，其主動撥盤與槽輪轉(zhuǎn)向相反；另一種為內(nèi)槽輪機構(gòu)，其主動撥盤與槽輪轉(zhuǎn)向相同。</p><p>　　本設(shè)計中，槽輪機構(gòu)每轉(zhuǎn)動一次實現(xiàn)一次裝箱，要求這個動作快

56、速、準(zhǔn)確完成，以保證機構(gòu)的高效運行，其運動系數(shù)比較小。而內(nèi)槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)總大于0.5，顯然無法滿足此要求。因此，本設(shè)計中選擇普通型外槽輪機構(gòu)。</p><p>　　選擇槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù)</p><p>　　在槽輪機構(gòu)的一個運動循環(huán)中，槽輪的運動時間與撥盤的運動時間之比可用來衡量槽輪的運動時間在一個間歇周期中所占的比例，稱為運動系數(shù)。</p><p>　　根據(jù)

57、文獻(xiàn)[9]中的公式（6-1），可得槽輪機構(gòu)運動系數(shù)表達(dá)式為：</p><p><b>　　（4-9）</b></p><p>　　其中，為撥盤圓銷數(shù)，為槽輪槽數(shù)。</p><p>　　由式（4-9）可知，槽輪運動系數(shù)由、所決定。本設(shè)計中，根據(jù)工藝動作要求，需滿足，即：</p><p><b>　　（4-10）&

58、lt;/b></p><p>　　在、為整數(shù)，且的條件下，式（4-10）有唯一解，即。此時槽輪的運動系數(shù)。</p><p>　　即最終選擇的槽輪是普通型外槽輪單銷三槽機構(gòu)。</p><p><b>　　基本尺寸的計算</b></p><p>　　槽輪的主要尺寸參數(shù)為槽數(shù)、圓銷數(shù)和槽輪機構(gòu)的中心距。根據(jù)機構(gòu)的尺寸要求

59、，在此選擇中心距。</p><p>　　槽輪基本尺寸按下表公式進(jìn)行計算：</p><p>　　表 3外槽輪機構(gòu)基本尺寸計算公式及結(jié)果</p><p>　　根據(jù)以上所得結(jié)果，即可確定槽輪的尺寸，畫出機構(gòu)簡圖。</p><p><b>　　槽輪運動特性分析</b></p><p>　　槽輪機構(gòu)的運動和

60、動力特性通常用和來衡量[11]。</p><p>　　圖13所示為外槽輪機構(gòu)在運動過程中的某一瞬時位置。其中，為槽輪2的轉(zhuǎn)角，為撥盤1的轉(zhuǎn)角。</p><p>　　圖 13槽輪某一瞬時位置</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7]中的表4-2-69，和的計算式分別如下：</p><p><b>　　（4-11）</b><

61、/p><p><b>　　式中，。本文中，。</b></p><p>　　利用MATLAB編程，以為變量，求解式（4-11），得到槽輪運動特性如下：</p><p>　　圖 14槽輪運動特性</p><p>　　從圖14中可以看出，槽輪機構(gòu)具有周期為的柔性沖擊。但考慮到本設(shè)計中槽輪為低速運轉(zhuǎn)，其造成的影響不大，可滿足設(shè)計要求

62、。</p><p><b>　　收獲和體會</b></p><p>　　前言：在這普通平凡的兩周時間里，我們有幸一起努力，依靠集體的力量去追求共同的目標(biāo)，盡管過程坎坷，卻不失為一種歷練。這樣的經(jīng)歷，值得擁有。</p><p>　　為期兩周的機械原理課程設(shè)計即將結(jié)束，從接到設(shè)計任務(wù)開始，我們一路走來，歷經(jīng)波折，有喜悅，也有失落；有成功，亦有挫折。

63、但無論如何，我們還是堅持到了最后，順利完成了這次設(shè)計任務(wù)。回顧過去的十來天，感慨頗多。</p><p>　　在這次課程設(shè)計正式開始之前，我們已經(jīng)做了一定的準(zhǔn)備，譬如從圖書館借閱相關(guān)的書籍，熟悉必要的工具軟件和提高編程計算能力。課程設(shè)計開始的前一天，我們經(jīng)過討論，確定了我們的設(shè)計題目：設(shè)計一臺啤酒瓶壓蓋機，并且很快明確了分工：由我進(jìn)行編程計算和說明書的編寫，劉玉貴主要負(fù)責(zé)SolidWorks畫圖裝配和機構(gòu)簡圖的繪制

64、，而萬小康則主攻動畫制作。當(dāng)然，這種分工也不是絕對的，更不代表我們的工作是互為獨立的。例如，機構(gòu)運動方案的討論確定、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計，都需要我們一起參與；繪圖所需的部分尺寸，需要先通過計算機編程得到結(jié)果；動畫的制作，更只能在裝配圖完成之后才開始；而文檔的編寫，亦是伴隨著設(shè)計的不斷深入，才能得以完善。簡而言之，整個設(shè)計過程應(yīng)該是互動的。因此，明確的分工和高效的合作，是保證我們此次順利完成設(shè)計的一大重要因素。</p>

65、<p>　　在十幾天的設(shè)計過程中，我們學(xué)習(xí)到了很多，尤其是在課堂上所無法汲取的知識和設(shè)計經(jīng)驗。以往的上課只是老師授予知識，我們更多的是被動的學(xué)習(xí)。而課程設(shè)計正好相反，它提供了一個利用所學(xué)知識自由發(fā)揮的機會。從設(shè)計題目的構(gòu)思，到運動方案的確定，再到相關(guān)資料的搜索，還有動畫制作、文檔編寫、改正錯誤，這些點點滴滴，都是主動努力的結(jié)果，更是平時難以獲得的經(jīng)歷。因此也可以說，課程設(shè)計給了我們一次提高自身的機會。</p>&

66、lt;p>　　由于整個設(shè)計過程是由三個人協(xié)作完成的，因而毫無疑問，團(tuán)隊合作是非常重要的。這不僅需要我們經(jīng)常交流意見，也需要能夠很好地理解各自的設(shè)計意圖。在發(fā)生分歧的時候，通過討論來解決，避免各自的工作出現(xiàn)不一致。這對于順利完成一項設(shè)計任務(wù)是極其重要的。</p><p>　　當(dāng)然，在設(shè)計過程中，我們也犯了不少的錯誤，有的是原理上的，有的則是配合上的。在一開始構(gòu)思運動方案和設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)時，由于缺乏必要的數(shù)據(jù)，對

67、實際運行結(jié)果沒有多加考慮，而在經(jīng)過了相關(guān)的動力學(xué)分析和全局考慮之后，才發(fā)現(xiàn)原先的設(shè)計存在問題，導(dǎo)致了返工，這也損失了一定的時間。例如我們在進(jìn)行減速器部分的設(shè)計時，一開始使用的是四級減速，然而后來發(fā)現(xiàn)級數(shù)過多，實際上只要三級便可實現(xiàn)，所以只能進(jìn)行修改。而偶爾也會出現(xiàn)畫圖的尺寸和編程計算所得結(jié)果不一致的情況，這說明在一致性檢查方面還做的不夠。</p><p>　　忙碌的十幾天終于過去了，我們最終提前完成了設(shè)計任務(wù)。這

68、固然得益于充分的準(zhǔn)備、明確的分工和合作等因素，但其實最重要的，是態(tài)度。正所謂“態(tài)度決定一切”，這種態(tài)度不僅是面對一項任務(wù)的態(tài)度，更是在面對困難挫折時不放棄的態(tài)度，也是踏踏實實做好工作的一種態(tài)度。</p><p>　　課程設(shè)計雖然即將結(jié)束，但我們在這整個過程中所學(xué)到的知識和技巧，取得的經(jīng)驗教訓(xùn)并沒有隨著失去，而是會激發(fā)我們在以后的學(xué)習(xí)工作中，以一種正確的態(tài)度和方法，去迎接不斷的挑戰(zhàn)。</p><

69、p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 工業(yè)資源網(wǎng)，壓蓋機|介紹|特點|工作原理|主要用途，http://www.cisregister.com/html/article/yagaiji.html，2010年1月20號。</p><p>　　[2] 楊家軍，機械原理專題篇，武漢：華中科技大學(xué)，2006。</p><p&

70、gt;　　[3] 饒振綱，行星傳動機構(gòu)設(shè)計，北京：國防工業(yè)出版社，1994。</p><p>　　[4] 李艷莉 張海燕，常用間歇機構(gòu)及其在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用，今日印刷，2008年2月：67-69。</p><p>　　[5] 朱孝錄，齒輪傳動設(shè)計手冊，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005。</p><p>　　[6] 三維資源在線，三維標(biāo)準(zhǔn)件模型，http://ww

71、w.3dsource.cn/part/category-1244.html，2010年1月20號。</p><p>　　[7] 成大先，機械設(shè)計手冊第五版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008。</p><p>　　[8] 楊國太 陳玉，空間凸輪在自動灌裝機中的應(yīng)用與設(shè)計，機械傳動，第32卷第2期：82-89，2008年2月。</p><p>　　[9] 楊家軍，機械原理

72、基礎(chǔ)篇，武漢：華中科技大學(xué)，2005。</p><p>　　[10] 張繼春 王劍峰，圓柱凸輪機構(gòu)的參數(shù)化造型和運動仿真，科學(xué)技術(shù)與工程，第6卷第9期：1213-1215，2006年5月。</p><p>　　[11] 興倫電子學(xué)習(xí)，槽輪機構(gòu)的運動和動力特性，http://www1.bigc.edu.cn/jxyl/chapter07/inside_07_02_04_m.htm，2010

73、年1月24號。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　凸輪從動件位移曲線MATLAB程序</p><p><b>　　t=0:80;</b></p><p>　　plot(t,15*(1-cos(pi/90*t*9/8)))</p><p><b

74、>　　hold on</b></p><p>　　x=[80 100];</p><p>　　y=[30 30];</p><p><b>　　plot(x,y)</b></p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　t=100:1

75、80;</p><p>　　plot(t,15*(1-cos(pi/90*(t-20)*9/8)))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　t=180:360;</p><p>　　plot(t,20*(1-cos(pi/90*t)))</p><p>　　yli

76、m([0 180])</p><p>　　xlim([0 360])</p><p>　　凸輪從動件運動特性MATLAB程序</p><p><b>　　w=pi;</b></p><p>　　subplot(1,2,1)</p><p><b>　　t=0:80;</b>&

77、lt;/p><p>　　plot(t,pi*30*w/2/80*180/pi*sin(pi/80*t))</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　t=80:100;</b></p><p>　　plot(t,t*0)</p><p><

78、;b>　　hold on</b></p><p>　　t=100:180;</p><p>　　plot(t,pi*30*w/2/80*180/pi*sin(pi/80*(t-20)))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　t=180:360;</p>

79、<p>　　plot(t,pi*30*w/2/90*180/pi*sin(pi/90*t))</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　xlim([0 360])</p><p>　　xlabel('角位移/度');</p><p>　　ylabel('速度

80、/(mm/s)');</p><p>　　title('凸輪從動件的速度變化')</p><p>　　subplot(1,2,2)</p><p><b>　　t=0:80;</b></p><p>　　plot(t,pi^2*30*w^2/2/6400*(180/pi)^2*cos(pi/80*

81、t))</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　t=80:100;</b></p><p>　　plot(t,t*0)</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　t=100:180;&

82、lt;/p><p>　　plot(t,pi^2*30*w^2/2/6400*(180/pi)^2*cos(pi/80*(t-20)))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　t=180:360;</p><p>　　plot(t,pi^2*30*w^2/2/8100*(180/pi)^2*c

83、os(pi/90*t))</p><p>　　xlim([0 360])</p><p>　　ylim([-1200 1200])</p><p>　　xlabel('角位移/度');</p><p>　　ylabel('加速度/(mm/s^2)');</p><p>　　title(&

84、#39;凸輪從動件的加速度變化')</p><p>　　凸輪理論輪廓曲線最小曲率半徑MATLAB程序</p><p><b>　　clear</b></p><p><b>　　clc</b></p><p><b>　　w=pi;</b></p><

85、;p><b>　　v=[];</b></p><p><b>　　a=[];</b></p><p><b>　　p=[];</b></p><p>　　s=0:0.1:528*pi;</p><p>　　k=length(s);</p><p>

86、<b>　　for t=1:k</b></p><p>　　if t<=3687</p><p>　　v(t)=pi*30*w/2/368.6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-1));</p><p>　　a(t)=pi^2*30*w^2/2/368.6135^2*cos(pi/368.6135*0.1*(t-1));

87、</p><p>　　elseif t<=4608</p><p><b>　　v(t)=0;</b></p><p><b>　　a(t)=0;</b></p><p>　　elseif t<=8294</p><p>　　v(t)=pi*30*w/2/368.

88、6135*sin(pi/368.6135*0.1*(t-922));</p><p>　　a(t)=pi^2*30*w^2/2/368.6135^2*cos(pi/368.6135*0.1*(t-922));</p><p><b>　　else</b></p><p>　　v(t)=pi*30*w/2/414.6902*sin(pi/414.

89、6902*0.1*(t-1));</p><p>　　a(t)=pi^2*30*w^2/2/414.6902^2*cos(pi/414.6902*0.1*(t-1));</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　fo

90、r t=1:k</b></p><p>　　p(t)=(1+v(t)^2)^(3/2)/a(t);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　plot(s(1:1830),p(1:1830))</p><p><b>　　hold on</b></p>

91、<p>　　plot(s(1858:3687),p(1858:3687))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(s(4609:6437),p(4609:6437))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　pl

92、ot(s(6465:10349),p(6465:10349))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(s(10387:14496),p(10387:14496))</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(s(145

93、34:16588),p(14534:16588))</p><p>　　xlim([0 1659])</p><p>　　min(abs(p))</p><p>　　凸輪空間輪廓曲線MATLAB程序</p><p><b>　　t=0:360;</b></p><p><b>　　if

94、t<=80</b></p><p>　　z=15*(1-cos(pi/90*t*9/8));</p><p>　　elseif t<=100</p><p><b>　　z=30;</b></p><p>　　elseif t<=180</p><p>　　z=15*

95、(1-cos(pi/90*(t-20)*9/8));</p><p><b>　　else</b></p><p>　　z=20*(1-cos(pi/90*t));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　x=300*sin(t/180*pi);</p><

96、;p>　　y=300*cos(t/180*pi);</p><p><b>　　z=z+100;</b></p><p>　　h=plot3(x,y,z,'r+');</p><p>　　xlim([-300 300]);</p><p>　　ylim([-300 300]);</p>

97、<p>　　set(h,'Linewidth',4)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　zlim([0 150])</p><p>　　set(h,'Linewidth',4)</p><p><b>　　hold on</

98、b></p><p>　　k=plot(x,y,'r:');</p><p>　　legend('凸輪空間輪廓曲線','平面投影')</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　x=200*sin(t/180*pi);</p>

99、<p>　　y=200*cos(t/180*pi);</p><p>　　h=plot3(x,y,z,'r+');</p><p>　　set(h,'Linewidth',4)</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　k=plot(x,y,

100、9;r:');</p><p>　　槽輪運動特性MATLAB程序</p><p><b>　　r=259.81;</b></p><p><b>　　a=300;</b></p><p><b>　　q=r/a;</b></p><p>　　t=

101、-540:0.1:540;</p><p><b>　　w=[];</b></p><p><b>　　f=[];</b></p><p>　　subplot(1,2,1);</p><p>　　for i=1:length(t) </p><p>　　w(i)=q*(

102、cos(t(i)/180*pi)-q)/(1-2*q*cos(t(i)/180*pi)+q^2);</p><p>　　f(i)=q*(q^2-1)*sin(t(i)/180*pi)/(1-2*q*cos(t(i)/180*pi)+q^2)^2;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　h=plot(t,w);</

103、p><p>　　set(h,'Linewidth',2);</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　xlabel('撥盤擺角/度')</p><p>　　ylabel('w2/w1');</p><p>　　title(&

104、#39;槽輪運動特性的周期性')</p><p>　　xlim([-500 500])</p><p>　　ylim([-1 8])</p><p>　　subplot(1,2,2);</p><p>　　u=plot(t,f);</p><p><b>　　grid on</b><

105、/p><p>　　set(u,'Linewidth',2);</p><p>　　xlabel('撥盤擺角/度')</p><p>　　ylabel('e2/w1^2');</p><p>　　title('槽輪動力特性的周期性')</p><p>　　xli