块状物品推送机的机构综合与结构设计

设计题目在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，如下图所示。二、设计数据与要求1.向上推送距离H=80mm，生产率为每分钟推送物品100件；2.推送机的原动机为同步转速为3000转/分的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动；3.由物品处于最低位置时开始，当执行机构主动件转过1500时，推杆从最低位置运动到最高位置；当主动件再转过1200时，推杆从最高位置又回到最低位置；最后当主动件再转过900时，推杆在最低位置停留不动；4.设推杆在上升运动过程中，推杆所受的物品重力和摩擦力为常数，其值为500N；设推杆在下降运动过程中，推杆所受的摩擦力为常数，其值为100N；5.使用寿命10年，每年300工作日，每日工作16小时；6.在满足行程的条件下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于350），结构紧凑，振动噪声小。三、设计任务1.至少提出二种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合；2.确定电动机的功率与满载转速；3.设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推送机的机构运动简图；4.在假设电动机等速运动的条件下，绘制推杆在一个运动周期中位移、速度和加速度变化曲线；5.如果希望执行机构主动件的速度波动系数小于3%，求应在执行机构主动件轴上加多大转动惯量的飞轮；6.进行推送机减速系统的结构设计，绘制其装配图和两张零件图；7.编写课程设计说明书方案一：连杆机构图1所示的连杆机构由曲柄摇杆机构ABCD与曲柄滑块机构GHK通过连杆EF相联组合而成。连杆BC上E点的轨迹，在部分近似呈以F点为圆心的圆弧形，因此，杆FG在图示位置有一段时间实现近似停歇。图1方案二：凸轮机构图2所示的凸轮机构，由凸轮、从动件、和机架三个基本构件组成，能使从动件获得较复杂的动动规律，因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时只根据从动件的运动规律来设计轮廓曲线就可以了。图2由于物品从低处运动至最高处，且有较大的停歇角，故选择方案二。其传送机构简图如下1、减速系统的设计本机构原动件为一高速电动机，其同步转速为3000r/min,但我们所需要的是转速是100r/min,所以要减速，对于减速装置我们采用的是皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速，减为500r/min,第二级采用齿轮减速至100r/min.2、电动机的选择根据设计要求，所选用的电动机型号为Y90S-2,额定功率为1.5KW，转速为2840r/min总传动比为4.281002840i＝＝总分配传动比，采用二级减速器，第一级减至500r/min，第二级减至100r/min，故选择传动比分别为5.68和53、带轮的选择1、设计功率PKPACkw5.1P1.1KAkw65.11.15.1PC2、选择V带型号根据计算功率及小带轮转速选择Z型V带3、确定小带轮基准直径d1和d2mm50d1d2=)1(dnn121=mm32.278)02.01(505002840选取标准值mm280d2s/m4.7100060ndv11s/m25s/m5V故符合要求4、确定中心距a和v带的基准长度Ld初定中心距)(2)7.0ddad(d21021mm660mm231a0选择mm600a0V带基准长度6004)(22)dd(dda122210dL=600450280214.3602502802）（）（=mm1740选取接近基准长度mm1800dL1.1cK5、实际中心距mm6302/)(dd00LaaLmm660amm230故mm630a6、小带轮包角1593.57dd180212－＝946.0k120符合要求7、确定V带根数Zkw8.31Pkw8.01P5.5)(65.1][110cPPPPZ取5Z8、确定初拉力F0NKPFC6.53q)15.2(v2v500209、计算作用在带轮轴上的压力FQNFZFQ526158sin204、齿轮的选择传递的功率为kw5.11P小齿轮转速为min/r500传动比为51、确定材料及许用应力小齿轮用45钢调质，齿面硬度为197－286MpaMpa5801limHMpa4401limF大齿轮用45钢正火，齿面硬度为156－217MpaMpa3801limHMpa3102limH取SH=1.25,SF=1.6Mpa46425.1580]1lim1[SHHHMpa30425.1380][2lim2SHHHMpa2756.1440][1lim1SFFFMpa1946.1310][2lm2SFFF2、按齿面接触疲劳强度设计该齿轮按8级精度制造，载荷系数K=1齿宽系数1d小齿轮上转矩为MNT101056135005.1655.9取8.189ZEmm120d321)][(u1ud21HZHZETK取齿数301Z150305i12ZZ模数4m11dZ,取标准值Z=4齿宽mm120dbd1取mm125b1mm120b2则mm120md11Zmm480md22Z3、验证轮齿弯曲强度齿形系数52.2a1YF625.1a1YS124.2a2YF774.1a2YS][Mpa6.422111112aa1bmFFZYSYFTK][Mpa2.392112212aaaaFFFYSYFYSYF4、齿轮圆周速度s/m14.310060nd11V故选择8级精度制造是合适的5、轴的设计轴的选材：因为是一般用轴，所以选材料为45钢，调质，查《机械设计基础》表16-1，查取mpa637B查《机械设计基础》表16-4，因为是碳素钢，所以取许用弯曲应力Mpa60][1B查《机械设计基础》表16-3，因为是45钢，所以查取[]＝30－40Mpa,C=118－1071)高速轴的设计按纯扭转强度估算轴径（最小轴径）：mm5.96.83111ndPC,考虑到轴的最小处要安装联轴器，增大3%－5%，故取mm12d1选联轴器的型号为TL5，轴承为7205C2)中速轴的设计mm174.153222ndP,取mm20d23)低速轴的设计mm1.294.263333ndP,取mm32d36、凸轮的设计从动件的运动规律遵循二次多项式动运规律推程运动角为150＝回程运动角为120＝远休止角为0＝S近休止角为90＝S转速为min/r100n80mmhmm40r0推程前半段：][750－22h2＝S*h42＝V22h4a推程后半段：][15075－22)(h2h＝S)(22h4＝V22h4a回程前半段：][210150－)150(22h2h＝S)150(h42＝V22h4a回程后半段：][270210－)1270(22h2＝S)270(h42＝V22h4a近休止段：S=0,V=0.a=0求得轮廓曲线各点的坐标公式如下：cos)(sin(00SYSXSS）＝r00S代入各已知条件用EXCEL求解，得轮郭曲线图和各阶段运动图从动件各段运动图如下：7、飞轮转动惯量JF的近似计算：设计所飞轮的JF应满足：δ≤[δ]＝0.03，即：δ=△Wmax/[(Je+JF)]2m≤[δ]得：JF≥△Wmax/([δ])2m－Je一般情况下，JeJF,故Je可以忽略，于是有：JF≥△Wmax/([δ]2m)用转速n表示：JF≥900△Wmax/22n][参考文献：[1]《机械原理》第二版邹慧君张春林李杞仪主编高等教育出版社.[2《机械设计基础》第二版王继焕主编华中科技大学出版社.[3]《机械设计手册》胡家秀主编机械工业出版社.[4]《机构组成原理》曹惟庆主编北京高校教育出版社.