1、 機械原理課程設計設計計算說明書設計題目：玻璃瓶印花機構及傳動裝置設 計 者： 學 號： 專業班級：機械工程及自動化 一 班指導教師： 完成日期： 2010年 12 月 10 日天津理工大學機械工程學院目 錄一 設計題目 1.1 設計目的11.2 設計題目11.3 設計條件及設計要求2二 執行機構運動方案設計2.1功能分解與工藝動作分解22.2 方案選擇與分析22.3執行機構設計132.4 機械系統方案設計運動簡圖17三 傳動系統方案設計3.1傳動方案設計183.2電動機的選擇193.3傳動裝置的總傳動比和各級傳動比分配203.4傳動裝置的運動和動力參數計算21四 設計小結22五 參考文獻23

2、一 設計題目1.1設計目的機械原理課程設計是我們第一次較全面的機械設計的初步訓練，是一個重要的實踐性教學環節。設計的目的在于，進一步鞏固并靈活運用所學相關知識；培養應用所學過的知識，獨立解決工程實際問題的能力，使對機械系統運動方案設計(機構運動簡圖設計)有一個完整的概念，并培養具有初步的機構選型、組合和確定運動方案的能力，提高我們進行創造性設計、運算、繪圖、表達、運用計算機和技術資料諸方面的能力，以及利用現代設計方法解決工程問題的能力，以得到一次較完整的設計方法的基本訓練。機械原理課程設計是根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個構件的尺寸等進行構思、分析和計算，

3、是機械產品設計的第一步，是決定機械產品性能的最主要環節，整個過程蘊涵著創新和發明。為了綜合運用機械原理課程的理論知識，分析和解決與本課程有關的實際問題，使所學知識進一步鞏固和加深，我們參加了此次的機械原理課程設計。1.2設計題目：玻璃瓶印花機構及傳動裝置玻璃瓶印花機需要完成三個執行動作：置瓶座（玻璃瓶用人工依順序裝放于座中）作單向間歇（向左）直線移動；定位壓塊作水平方向的往復移動，以便壓緊瓶頸端面或松開；下端裝有上墨系統的印花弧形圖章上下往復移動。通過三個執行動作的配合完成玻璃瓶印花工作。印花過程的工作要求是：當置瓶座中的玻璃瓶由輸送鏈（或帶）移進工作位置后，停止前進，壓瓶定位壓塊開始左移，并

4、壓緊瓶頸，使得玻璃瓶固定。此時，上方的印花弧形圖章已向下移動，并壓在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完畢。然后，圖章上移，定位壓塊右移松開，輸送鏈帶著瓶移開工作位置，后一個瓶又進入工作位置，開始第二次的印花循環過程。印花后的瓶經烘干后，自動裝入專用包裝箱內。1.3設計條件及設計要求分配軸轉速n(r/min)20分配軸轉矩M(Nmm)1300玻璃瓶單程移距（mm）120印花圖章上下移距（mm）55定位壓塊左右移距（mm）30（1）工作條件：2班制，工作環境良好，有輕微振動；（2）使用期限十年，大修期三年；（3）生產批量：小批量生產（20臺）；（4）帶傳動比i 3；（5）采用Y型電動機驅動。（6）分配

5、軸 ：與減速器輸出軸相連接（各執行機構的輸入軸）二、執行機構運動方案設計 2.1功能分解與工藝動作分解1)功能分解 為了實現玻璃瓶印花的總功能，將功能分解為：玻璃瓶輸送功能、玻璃瓶定位功能、印花功能。 2)工藝動作過程 要實現上述分功能，有下列工藝動作過程： (1)利用間歇機構帶動傳送鏈（帶）將玻璃瓶輸送到指定位置，玻璃瓶到位后，間歇機構停歇等待下一循環。 (2)玻璃瓶定位機構向左移動，壓緊瓶頸，使得玻璃瓶固定。 (3)印花機構向下移動，壓在瓶子柱面上，停止片刻后，印花機構上移。 (4)玻璃瓶定位機構向右移動，松開瓶頸。 (5)間歇機構帶動傳送鏈（帶）將玻璃瓶移開工作位置，開始第二次印花循環過

6、程。2.2 方案選擇與分析1. 概念設計根據以上功能分析，應用概念設計的方法，經過機構系統搜索，可得“形態學矩陣”的組合分類表，如表1所示。表1 組合分類表玻璃瓶輸送功能間歇機構組合機構棘輪機構玻璃瓶定位功能曲柄滑塊機構組合機構凸輪機構印花功能組合機構凸輪機構曲柄滑塊機構可滿足機構總功能的機械系統運動方案有N個，即N333個27個。運用確定機械系統運動方案的原則與方法，來進行方案分析與討論。2. 方案選擇1) 印花機構 方案一 方案二 方案三 方案四 表2印花機構部分運動方案定性分析方 案 號 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 質 量 經 濟 適 用 性 運動變換 印花 時間工作平穩性

7、磨損與變形 效率 復雜性 加工裝配難度 成本 運動尺寸 1 滿足 較長 較平穩 強 較高 復雜較難較高較大2 滿足 長 平穩 強高 復雜 較難較高較大3滿足 較短 一般 一般 高 較簡單 易低 較小4 滿足 短 平穩 強 低 最復雜最難較高較大 5滿足較長一般一般高較簡單易低較大對以上方案初步分析如表2。從表中的分析結果不難看出，方案3,4的性能明顯較差；方案1尚可行，方案2，5有較好綜合性能，因此1，2, 5這三個方案可作為被選方案，待運動設計，運動分析和動力分析后，通過定量評價選出最優方案。 2) 玻璃瓶輸送機構方案一方案二 方案三 用手畫的 方案四 用手畫的 方案五表3 玻璃瓶輸送機構部

8、分運動方案定性分析方案號功能經 濟 適 用 性間歇送進工作平穩性磨損與變形效率復雜性加工裝配難度成本運動尺寸1有平穩一般較高較復雜較難較高較大2有平穩強較高較復雜較難較高較大3有平穩一般較低復雜難高較小4有平穩較強較高較復雜較難較高較大5有平穩一般較低復雜最難高較小對以上方案初步分析如表3。從表中的分析結果不難看出，方案3,5的性能較差；方案2，4較好，而方案1可為最優方案。因此1這個方案可作為被選方案，待運動設計，運動分析和動力分析后，通過定量評價選出最優方案。3) 玻璃瓶定位機構 方案一 用手畫的 方案二 方案二 用手畫的方案三方案五 方案六表4玻璃瓶定位機構部分運動方案定性分析方 案 號

9、 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 質 量 經 濟 適 用 性 運動變換 增力 固定時間 工作平穩性 磨損與變形 效率 復雜性 加工裝配難度 成本 運動尺寸 滿足 弱 較短 較平穩 一般 較高 最復雜 較難 較高最大 滿足 較強 較長 一般強 較高 復雜 較難 較高 較小 滿足 強 短 有沖擊 一般 高 簡單 易 低 較大 滿足 弱 短 有沖擊 一般較高 簡單 易 低較小 滿足 較強 長 平穩 強 較高 復雜 較難 較高較小 滿足 強 長 平穩 一般 高 復雜 較難 較高較小 對以上方案初步分析如表4。從表中的分析結果不難看出，方案1，3的性能明顯較差；方案2，4，5尚可行，方案6有較好

10、綜合性能，因此2，4，5，6這四個方案可作為被選方案，待運動設計，運動分析和動力分析后，通過定量評價選出最優方案。3. 執行機構運動方案的形成機器中各工作機構都可按前述方法構思出來，并進行評價，從中選出最佳的方案。將這些機構有機地組合起來，形成一個運動和動作協調配合的機構系統。為使各執行構件的運動、動作在時間上相互協調配合，各機構的原動件通常由同一構件（分配軸）統一控制。 1) 凸輪-彈簧印花機構，槽輪輸送機構，搖桿-彈簧滑塊定位機構 如圖1所示，印花機構是由凸輪機構和彈簧組合而成的。輸送機構由槽輪機構完成。定位機構由搖桿機構和彈簧滑塊機構組成。通過控制搖桿的長度可以控制定位的時間和滑塊的移動

11、距離。彈簧滑塊機構可以供給玻璃瓶足夠的壓力使其定位。 圖12) 凸輪連桿印花機構，不完全齒輪輸送機構，圓柱凸輪定位機構如圖2示，印花機構是由凸輪連桿機構組成的。輸送機構由不完全齒輪機構完成。定位機構由圓柱凸輪機構組成。 圖23) 槽凸輪印花機構，槽輪輸送機構，槽凸輪定位機構如圖3所示，印花機構是由槽凸輪機構組成的。輸送機構由槽輪機構完成。定位機構由槽凸輪機構組成。 圖34機構組合方案的確定根據所選方案是否能滿足要求的性能指標，結構是否簡單、緊湊；制造是否方便；成本是否低等選擇原則。經過前述三個綜合方案的評價，采用系統工程評價法進行分析論證，確定方案一是上述三個方案中最為合理的方案。2.3執行機

12、構設計1.執行機構設計執行機構分別為： 凸輪-彈簧印花機構 槽輪輸送機構 搖桿-彈簧滑塊定位機構印花機構的設計:凸輪機構的設計；輸送機構的設計:槽輪機構的設計；定位機構的設計:搖桿機構的設計；1）印花機構的設計凸輪機構設計作圖法：凸輪推程運動角取150左右，遠休止角s取30左右， 回程運動角取與推程運動角相等，近遠休止角s取30左右。升程h取55mm。為了防止出現剛性沖擊，故采用等加速等減速運動規律。設計結果如圖五。圖五其中基圓半徑R1=15mm，R2=65mm，滾子半徑r=5mm。下面的四張截圖，均為通過軟件，所做的移動從動件盤形滾子凸輪的動態仿真圖和不同數據下的動態演示，以及運動規律圖，通

13、過這些截圖能清晰的反應凸輪的運動規律及動態圖形。 2）輸送機構的設計槽輪機構設計其1角取90。*D4=120mmR=76.4mm3）定位機構的設計搖桿機構設計其2角取120。由圖可知 2. 機構運動循環圖主動件旋轉15 o，印章開始離開玻璃瓶，向上方移動。主動件旋轉120 o，定位壓塊向右移動，離開玻璃瓶。主動件旋轉135 o，傳送帶帶動玻璃瓶向左移動。主動件旋轉165 o，印章停止移動。主動件旋轉180o，定位壓塊開始向左移動。主動件旋轉195 o，印章開始向下方移動。主動件旋轉225 o，傳送帶停止運轉。主動件旋轉240 o，定位壓塊壓緊玻璃瓶，并停止移動。主動件旋轉345 o，印花圖章接

14、觸玻璃瓶，停止移動，開始印花過程。開始下一個循環。2.4 機械系統方案設計運動簡圖三、傳動系統方案設計3.1傳動方案設計傳動系統位于原動機和執行系統之間，將原動機的運動和動力傳遞給執行系統。除進行功率傳遞，使執行機構能克服阻力作功外，它還起著如下重要作用：實現增速、減速或變速傳動；變換運動形式；進行運動的合成和分解；實現分路傳動和較遠距離傳動。傳動系統方案設計是機械系統方案設計的重要組成部分。當完成了執行系統的方案設計和原動機的預選型后，即可根據執行機構所需要的運動和動力條件及原動機的類型和性能參數，進行傳動系統的方案設計。在保證實現機器的預期功能的條件下，傳動環節應盡量簡短，這樣可使機構和零

15、件數目少，滿足結構簡單，尺寸緊湊，降低制造和裝配費用，提高機器的效率和傳動精度。根據設計任務書中所規定的功能要求，執行系統對動力、傳動比或速度變化的要求以及原動機的工作特性，選擇合適的傳動裝置類型。根據空間位置、運動和動力傳遞路線及所選傳動裝置的傳動特點和適用條件，合理擬定傳動路線，安排各傳動機構的先后順序，完成從原動機到各執行機構之間的傳動系統的總體布置方案。機械系統的組成為：原動機 傳動系統(裝置) 工作機（執行機構）原動機：Y系列三相異步電動機；傳動系統(機構)：常用的減速機構有齒輪傳動、行星齒輪傳動、蝸桿傳動、皮帶傳動、鏈輪傳動等，根據運動簡圖的整體布置和各類減速裝置的傳動特點，選用二

16、級減速。第一級采用皮帶減速，皮帶傳動為柔性傳動，具有過載保護、噪音低、且適用于中心距較大的場合；第二級采用齒輪減速，因斜齒輪較之直齒輪具有傳動平穩，承載能力高等優點，故在減速器中采用斜齒輪傳動。根據運動簡圖的整體布置確定皮帶和齒輪傳動的中心距，再根據中心距及機械原理和機械設計的有關知識確定皮帶輪的直徑和齒輪的齒數。故傳動系統由“V帶傳動+二級圓柱斜齒輪減速器”組成。原始數據：已知工作機（執行機構原動件）主軸：轉速：nW=20 （r/min）轉矩：Mb =1300 (N.m)3.2電動機的選擇1） 選擇電動機類型按已知工作要求和條件選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動。2） 選擇電

17、動機容量a工作軸輸出功率 ： PW=M/1000 (KW) =nW /30=20/30=2.093 (rad/s)PW=M/1000=1300*2.093/1000=2.7213 KW注：工作軸執行機構原動件軸。b所需電動機的功率：Pd= PW /aa-由電動機至工作軸的傳動總效率a =帶軸承3齒輪2聯 查表可得：對于V帶傳動: 帶 =0.96 對于8級精度的一般齒輪傳動：齒輪=0.97對于一對滾動軸承：軸承 =0.99對于彈性聯軸器：聯軸器=0.99則 a =帶軸承3齒輪2聯=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=2.7213/0.868=3.135 KW查各

18、種傳動的合理傳動比范圍值得：V帶傳動常用傳動比范圍為 i帶=24，單級圓柱齒輪傳動比范圍為i齒=35，則電動機轉速可選范圍為nd=i帶 i齒2nW=(24)( 35)2 nW =（18 100 ）nW=(18100)20=3602000 r/min符合這一轉速范圍的同步轉速有750 r/min，1000 r/min和1500r/min，根據容量和轉速，由有關手冊查出兩種適用的電動機型號，因此有兩種傳動比方案。方案電動機型號額定功率ped/kw電動機轉速/ r/min電動機質量/kg傳動裝置的傳動比同步滿載總傳動比V帶傳動比齒輪傳動1Y132M1-64100096073322.512.82Y16

19、0M1-84750720118242.59.63Y112M-44150014404348316對于電動機來說，在額定功率相同的情況下，額定轉速越高的電動機尺寸越小，重量和價格也低，即高速電動機反而經濟。若原動機的轉速選得過高，勢必增加傳動系統的傳動比，從而導致傳動系統的結構復雜。由表中兩種方案，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、結構和帶傳動及減速器的傳動比，認為方案3的傳動比較合適，所以選定電動機的型號為Y112M-4。Y112M-4電動機數據如下: 額定功率：4 Kw滿載轉速：n滿=1440 r/min同步轉速：1500 r/min3.3傳動裝置的總傳動比和各級傳動比分配1傳動裝置的總傳動比i

20、總= n滿/ nW =1440/20= 722 分配各級傳動比根據機械設計課程設計表2.2選取，對于三角v帶傳動,為避免大帶輪直徑過大,取i12=3.6；則減速器的總傳動比為 i減=i總/3.6=72/3.6=20對于兩級圓柱斜齒輪減速器,按兩個大齒輪具有相近的浸油深度分配傳動比,取 ig=1.3idi減= igid = 1.3i2d =20i2d =20/1.3=15.3846id =3.92ig=1.3id=1.33.92=5.099 注：ig -高速級齒輪傳動比；id 低速級齒輪傳動比；3.4傳動裝置的運動和動力參數計算計算各軸的轉速：電機軸：n電= 1440 r/min軸 n= n電/

21、i帶=1440/3.6=400 r/min軸 n= n/ ig=400/5.099=78.45 r/min軸 n=n/ id =78.45/3.92=20.02 r/min 計算各軸的輸入和輸出功率：軸： 輸入功率 P= Pd帶=3.1350.96=3.010 kw 輸出功率 P= 3.010軸承=3.0100.99=2.980 kw軸： 輸入功率 P=2.980齒輪=2.9800.97=2.890 kw 輸出功率 P=2.890軸承=2.8900.99=2.861 kw軸 輸入功率 P=2.861齒輪=2.8610.97=2.775 kw 輸出功率 P= 2.775軸承=2.7750.99=

22、2.748 kw計算各軸的輸入和輸出轉矩：電動機的輸出轉矩 Td=9.55106Pd /n電=9.551063.135/1440=20.8103 Nmm軸： 輸入轉矩 T=9.55106P / n=9.551063.010/400=71.9103 Nmm 輸出轉矩 T=9.55106P / n=9.551062.980/400=71.15103 Nmm軸： 輸入轉矩 T=9.55106P / n=9.551062.890/78.45=351.8103 Nmm輸出轉矩 T=9.55106P / n=9.551062.861/78.45=348.3103 Nmm軸 輸入轉矩 T=9.55106P

23、/ n=9.551062.775/20.02=1310.9103 Nmm輸出轉矩 T=9.55106P / n=9.551063.17/29.96=1010.5103 Nmm 將運動和動力參數計算結果進行整理并列于下表：軸名功率p/kw轉矩T ( Nmm)轉速n/rmin-1傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電機軸3.13520.810314403.6軸3.0102.98071.910371.151034005.099軸2.8902.861351.8103348.310378.453.92軸2.7752.7481323.71031310.510320.02四、設計小結這次課程設計，我拿到的題目是玻璃

24、瓶印花機構及傳動裝置。其實它就是運用機械原理課上所學過的連桿機構，凸輪，帶傳動，間歇運動，齒輪傳動，鏈條傳動原理等。 通過對有關書籍的參考，和老師耐心的教導，我對于我的設計產生了靈感，也引發了我濃厚的興趣。找對了方向也就找到了設計的突破口。這為我以后的畢業設計帶來了很大的方便。原來此設計的關鍵點在于間歇機構的設計與運用。我在學校的圖書館找到一些相關的資料,回來查了查,看到了很多機構,使我開闊了眼界，也學習到了很多設計方法和思想。在設計的過程中，我也遇到了很多問題，比如CAD的畫法，PRO-E的渲染方法，傳動機構的計算等，都在老師、同學和書籍的幫助下一一破解。不僅讓我學習到解決問題的方法，也體會

25、到成功的喜悅。同時為大四的畢業設計會有很大幫助。在機械原理課上所學的知識是比較理論化的，通過這些理論我了解了一些機構的運動方案與運動軌跡，至于這些構件、這些機構真正要派些什么用場，在我腦中的概念還是挺模糊的，但是在這次為完成課程設計的任務當中，我開始對傳授機械原理這門課的真正意義所在有了初步了解。換句話說，因這次課程設計我把理論與實踐運用結合了起來，達到了學以致用的目的。通過這次玻璃瓶印花機構及傳動裝置的設計，我知道其實要做一項課程設計并不簡單，要把它做好就更不易了，從中我也感到自己的知識面其實是很狹隘的。在理論知識的貫穿上和用理論解決實際問題的能力上也亟待提高。但也因此而小小地鍛煉了一下自己，為大四的畢業設計做了一個準備。幾周機械原理設計的學習及研究，我明白了許多在課堂上不懂的知識，也讓我深刻體會到實踐學習的重要性。正是這種實踐練習，使我看到了自己的不足，學會了很多解決問題的方法。通過這次課程設計,其實要做一項課程設計并不簡單，要把它做好就更不易了，從中我也感到自己的知識面其實是很狹隘的。在理論知識的貫穿上和用理論解決實際