课程设计计算说明书 .doc

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1、机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置设 计 者： 学 号：专业班级：指导教师：完成日期： 目 录一、设计题目 1.1 设计目的 11.2 设计题目 11.3 设计条件及设计要求 21.4 设计任务 2二、执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解 32.2 方案选择与分析32.3执行机构设计及运动分析 172.4机械系统方案设计运动简图 23三、传动系统方案设计3.1传动方案设计 233.2电动机的选择 243.3传动装置的总传动比和各级传动比分配 263.4传动装置的运动和动力参数计算 26四、设计小结 29五、参考文献 30 一、 设计题目1.1设计目的机

2、械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术数据诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算，是机械产品设计的第一步，是决

3、定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作：置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装放于座中）作单向间歇（向左）直线移动；定位压块作水平方向的往复移动，以便压紧瓶颈端面或松开；下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。印花过程的工作要求是：当置瓶座中的玻璃瓶由输送链（或带）移进工作位置后，停止前进，压瓶定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。此

4、时，上方的印花弧形图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。然后，图章上移，定位压块右移松开，输送链带着瓶移开工作位置，后一个瓶又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。1.3设计条件及设计要求 分配轴转速n(r/min)15分配轴转矩M(Nmm)1750玻璃瓶单程移距（mm）115印花图章上下移距（mm）52定位压块左右移距（mm）25说明：（1）工作条件：2班制，工作环境良好，有轻微振动；（2）使用期限十年，大修期三年；（3）生产批量：小批量生产（20台）；（4）带传动比i 3；（5）采用Y型电动机驱动。 (6) 分配轴 ：与减速器输

5、出轴相连接（各执行机构的输入轴）。 1.4设计任务1、执行机构设计及分析1） 执行机构的选型及其组合2） 拟定执行机构方案，并画出机械传动系统方案示意图3） 画出执行机构的运动循环图4） 执行机构尺寸设计，画出总体机构方案图，确定其基本参数、标明主要尺寸5） 画出执行机构运动简图6） 对执行机构进行运动分析2、传动装置设计（1） 选择电动机（2） 计算总传动比，并分配传动比（3） 计算各轴的运动和动力参数3、撰写课程设计说明书二、执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解1)功能分解 为了实现玻璃瓶印花的总功能，将功能分解为：玻璃瓶输送功能、玻璃瓶定位功能、印花功能。 2)工艺动作过程

6、要实现上述分功能，有下列工艺动作过程： (1)利用间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶输送到指定位置，玻璃瓶到位后，间歇机构停歇等待下一循环。 (2)玻璃瓶定位机构向左移动，压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。 (3)印花机构向下移动，压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花机构上移。 (4)玻璃瓶定位机构向右移动，松开瓶颈。 (5)间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶移开工作位置，开始第二次印花循环过程。2.2 方案选择与分析1. 概念设计根据以上功能分析，应用概念设计的方法，经过机构系统搜索，可得“形态学矩阵”的组合分类表，如表1所示。表1 组合分类表玻璃瓶输送功能间歇机构组合机构玻璃瓶定位功能曲柄滑块机构组合机构

7、凸轮机构曲柄摇杆机构印花功能曲柄滑块机构组合机构凸轮机构曲柄摇杆机构可满足机构总功能的机械系统运动方案有N个，即N244个32个。运用确定机械系统运动方案的原则与方法，来进行方案分析与讨论。2.方案选择 1）印花机构方案选择滑块上下运动的主要运动要求：主动件作回转或摆动运动，从动件(执行构件)作直线上下往复运动，机构有较好的动力特性。根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）及约束条件，可以构思出如下能满足从动件(执行构件)作直线上下往复运动的一系列运动方案。方案一机构分析：结构简单，紧凑，工作效率高。方案二机构分析：结构紧凑；加工精度高，装配困难。方案三结构分析：

8、运动平稳，压块行程较大。方案四机构分析：工作平稳，具有急回运动特性，结构简单，成本低，效率较高。方案五机构分析：工作平稳，印花时间长，效率较高；容易磨损，加工装配难度大。方案六机构分析：结构比较简单，成本低；印花时间短，效率较低。方案七机构分析：结构简单，加工装配容易，工作效率较高，压块行程较大；印花时间短。方案八机构分析：结构简单，加工装配容易；印花时间短。方案九机构分析：工作平稳；加工精度高，容易磨损，压块行程较小，效率低。方案十机构分析：机构简单，工作效率高；印花时间短。方案十一结构分析：效率较高；结构复杂，不适于高速重载。方案十二机构分析：结构简单，加工装配容易，效率较高；印花时间短。

9、方案十三机构分析：压块行程较大，效率较高；工作平稳性一般，结构较复杂。从以上的分析结果不难看出，方案2，5，6,8，9,11，12,13的性能相对较差一些；方案1，3，4，7，10尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这五个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。 2）玻璃瓶传送机构方案选择方案一机构分析：结构简单，效率高，运动相对平稳，能很好的锁止；存在冲击与震动，不适用于高速重载场合。方案二机构分析：设计灵活，容易实现一个周期中多次动、停时间不等的间歇运动；加工复杂，成本高，存在刚性冲击，不宜用于告诉传动。方案三机构分析：可以通过改变O1O2距离和曲

10、柄长度来获得不同的动、停时间比；动力性能不佳，震动冲击大，不适合高速重载场合，不能很好定位。方案四机构分析：运转可靠，转位精确，可适用于高速重载；精度要求高，加工比较复杂，安装调整比较困难。从以上的分析结果不难看出，方案3的性能相对较差一些；方案1，2，4尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这三个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。 3）玻璃瓶定位机构方案选择滑块左右运动的主要运动要求：主动件作回转或摆动运动，从动件(执行构件)作直线左右往复运动，要求运动灵活，定位准确，机构有较好的动力特性。根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行

11、程速比系数等）及约束条件，可以构思出如下能满足从动件(执行构件)作直线左右往复运动的一系列运动方案。方案一机构分析：设计灵活，工作稳定，回程时通过弹簧的作用，具有急回运动特性，使压块迅速离开瓶口。方案二机构分析：工作平稳，压块行程较大；加工精度高，成本较高。方案三机构分析：压块行程短，工作效率低，容易磨损。方案四机构分析：工作平稳，传力性能好；结构较复杂，加工装配困难。方案五机构分析：结构简单，设计灵活，传力性能较好；加工精度要求高，容易磨损，效率低。方案六机构分析：结构简单，加工成本低，有急回运动特性，效率较高。方案七机构分析：结构简单，性能稳定，加工装配容易，应用广泛。方案八机构分析：设计

12、新颖，通过弹簧的作用，使压块具有急回运动特性，提高工作效率；结构较复杂，加工装配难度大。3执行机构运动方案的形成机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件统一控制。在选择方案时还需要进行非机械行业的综合考虑，例如机械的市场创新性，市场前瞻性，再开发性等各种各样的因素，这样会大大提高机械的价值和生命期。通过对上述方案的拼装和组合，和多方因素的考虑，由此可以设计出以下组合方案以供选择。方案一方案分析：印花机构采用盘形凸轮，定位机构

13、采用圆柱凸轮，间歇运动机构为槽轮机构，各执行机构间通过锥齿轮传动。整体方案性能较高，加工装配要求精度高，成本较高。运动分析：电动机带动下面的水平轴，扭矩通过锥齿轮的相互啮合，传递给左右竖直的两根轴，再通过锥齿轮传递给三个执行机构，进行工作。方案二方案分析：印花和定位机构都采用圆柱槽凸轮组合机构，传送机构采用槽轮机构。各执行机构之间采用锥齿轮传动。运动分析：电动机带动左侧的竖直的轴转动，槽轮与次轴相连进行工作，再通过锥齿轮将扭矩传递给上下两根水平轴，带动执行机构进行工作。方案三方案分析：印花机构采用连杆滑块机构，定位机构采用移动凸轮机构，传送机构采用圆柱凸轮间歇运动机构，采用立式圆盘传送瓶子。运

14、动分析：电动机将扭矩传给左侧竖直的轴，再通过锥齿轮啮合，将扭矩传递给三根水平的轴，带动执行机构进行工作。方案四方案分析：印花机构采用曲柄摇杆机构，定位机构采用凸轮连杆组合机构，传送机构采用不完全齿轮间歇机构。运动分析：电动机带动左侧竖直轴转动，通过锥齿轮啮合，将扭矩传递给两根水平轴和曲柄，带动执行机构进行工作。方案五方案分析：印花机构采用曲柄滑块机构，定位机构采用凸轮滑块组合机构，传送机构采用圆柱凸轮间歇机构。采用水平圆盘传送玻璃瓶。运动分析：电动机带动下面竖直的轴转动，通过锥齿轮将扭矩传递给水平轴和上面的凸轮，再通过三个直齿圆柱形齿轮啮合将扭矩传递给曲柄，执行机构进行工作。方案六方案分析：印

15、花机构采用盘形凸轮，定位机构采用连杆滑块机构，传送机构采用槽轮间歇机构。运动分析：电动机带动下面竖直的轴转动，通过三个锥齿轮啮合将扭矩传递给水平轴和上面竖直轴，再通过锥齿轮啮合，使执行机构进行工作。4机构组合方案的确定根据所选方案是否能满足要求的性能指针，结构是否简单、紧凑；制造是否方便；成本是否低等选择原则。经过前述方案评价，采用系统工程评价法进行分析论证，发现方案六最满足设计任务的要求，并且综合性能良好，易于再开发，所以将方案六作为执行机构的最终方案。 2.3执行机构设计及运动分析 1执行机构分别为：1） 凸轮印花机构2） 槽轮输送机构3） 连杆滑块定位机构 印花机构设计：凸轮机构的设计

16、输送机构设计：槽轮间歇机构的设计 定位机构设计：连杆滑块机构的设计 2机构设计方法 凸轮机构设计方法：计算机辅助设计 槽轮间歇机构设计方法：解析法 连杆滑块机构设计方法：计算机辅助设计 3机构设计及运动分析 1）执行机构循环图槽轮机构连杆滑块机构凸轮机构 2) 凸轮机构设计计算计算机辅助设计 相关参数：基圆半径rb=50mm 滚子半径rr=10mm 偏心距e=0 升程s =52mm 推程角=150 回程角s，=150 远休止角s=30 近休止角s=30 注：为了避免工作中产生刚性冲击，所以选择等加速等减速运动规律。3）连杆滑块机构设计计算计算机辅助设计图1、一般位置图2、右极限位置图3、左极限

17、位置基本参数：l1=13mm l2=52mm l3=25mm l4=50mm l5=28mm4) 槽轮机构设计计算解析法计算项目 计算内容 计算结果 Z为槽数 与 的关系 初选中心距：O1O2=100mm R3=10mm R1=50mm R2 R2=70.71 R4 2.4机械系统方案设计运动简图 三、传动系统方案设计3.1传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的

18、重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为：

19、原动机 传动系统(装置) 工作机（执行机构）原动机：Y系列三相异步电动机；传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据：已知

20、工作机（执行机构原动件）主轴：转速：n=15 （r/min）转矩：M =1750 (Nmm)3.2电动机的选择1） 选择电动机类型按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2）电动机容量 计算项目 计算内容 计算结果工作轴输出功率 (KW) 注：工作轴执行机构原动件轴 查表得 V带传动 8级精度一般齿轮 一对滚动轴承 弹性联轴器 电动机功率 查表得 V带传动合理传动比范围 单级圆柱齿轮传动比范围 电动机转速 根据电动机额定功率和转速，查表选出电动机型号，有下面三种型号符合要求：电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)同步转速/(r/min)级数Y112M-

21、44144015002.22.24Y132M1-6496010002.02.06Y160M1-847207502.02.08对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。由表中四种方案，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，选定电动机的型号为Y112M-4。Y112M-4电动机资料如下: 额定功率：4 Kw满载转速：n满=1440 r/min同步转速：1500 r/min3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配1）传动装置总传动比

22、2）分配各级传动比根据机械设计课程设计表2.2选取，对于三角v带传动,为避免大带轮直径过大,取i12=2.8；则减速器的总传动比为 i减=i总/2.8=96/2.8=34.2857对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =34.2857i2d =34.2857/1.3=26.3736id =5.14ig=1.3id=1.35.14=6.68 注：ig 高速级齿轮传动比id 低速级齿轮传动比3.4传动装置的运动和动力参数计算 设、轴的转速分别为：n、n、n，功率分别为：P、P、P转矩分别为：T、T、Ti带V带传动

23、传动比ig 高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；带 V带传动效率 齿轮齿轮传动效率轴承一对滚动轴承效率联轴器联轴器效率1）计算各轴的转速：电机轴：n满= 1440 r/min轴 n= n电/i带=1440/2.8=514.29 r/min轴 n= n/ ig=514.29/6.68=76.99 r/min轴 n=n/ id =76.99/5.14=15 r/min 2）计算各轴的输入和输出功率：轴： 输入功率 P= Pd带=3.20.96=3.072 kw 输出功率 P= 3.072轴承=3.0720.99=3.041 kw轴： 输入功率 P=3.041齿轮=3.0410.97=2.95

24、 kw 输出功率 P= 2.95轴承=2.950.99=2.92 kw轴 输入功率 P=2.92齿轮=2.920.97=2.83 kw 输出功率 P= 2.83轴承=2.830.99=2.80 kw3） 计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551063.2/1440=21.2103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.072/514.29=57.04103 Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.014/514.29=56.47103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9

25、.551062.95/76.99=365.92103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.92/76.99=362.20103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.83/15=1801.77103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.80/15=1782.67103 Nmm4） 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率p/kw转矩T ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.221.210314402.80.98轴3.0723.04157.0410356.471035

26、14.296.680.98轴2.952.92365.92103362.2010376.995.130.98轴2.832.801801.771031872.6710315四、设计小结我的课程设计任务是设计一个玻璃瓶印花机，这是我第一次搞课程设计，刚拿到这个任务的时候一点想法和思路都没有，不知道该怎么做，做什么。然后通过李克旺老师的指导，还有自己到图书馆借了一些相关书籍学习，通过自己一个月左右时间的努力，完成了这次的课程设计。在设计的过程中，也有了很多的收获与感受。这次的课程设计是把我们所学的理论知识运用到实践中去，对我们的能力是一个很好的提高。在设计的过程中，我发现了自己很多的不足，很多地方学的

27、不够扎实，然后在设计的时候，当用到这些知识的时候就会有些迷糊了，这就反映出了自己的不足，然后，自己就针对这些不足，查阅相关的资料还有向其他人请教，把这些不明白的地方弄懂了，然后运用到自己的设计中去。像从构思，到设计，再到受力分析，运动分析，传动比、功率、机械效率的计算等等，我们都学习了，但是我们学的都是理论上的，如果没有亲自去设计一个东西，真的很难发现自己的不足，感觉自己学的都没问题了，都会了，可是真的让自己去设计一个东西的时候，就会发现自己很多东西都很模糊，很多细节的东西都把握不准确。所以我在课程设计的过程中，每当自己遇到不懂不清楚的地方就查相关的资料，同时锻炼了我分析问题与解决问题的能力，

28、所以这次的课程设计是一个学习与提高的过程。一个月左右机械原理课程设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性，那就是通过实践将所学知识掌握牢固，并学以致用达到对知识的融会贯通。我虽然成功的完成了这次课程设计的任务，但是，我的设计中也会有一些缺点。比如我设计的印花机构，定位机构，还有传动机构，我是不是还可以设计出一些更好的机构，来使整体的效果更加紧凑，效率更高，更加的节能与环保等等，在设计的时候，要把握细节，更要把握住整体。通过这次课程设计，我既体会到了艰辛又体会到了喜悦。总之，通过这次的机械原理课程设计，我收获了很多。在以后的学习中，我要更加努力，把自己所

29、学的知识更多的运用到实践中去，提高自己在实践中学习的能力，提高自己的创新能力。五、参考文献1申永胜.机械原理教程（第二版）.北京：清华大学出版社.2005年2柴富俊，等.工程图学与专业绘图基础.北京：国防教育出版社.2008年3王春华，等.机械设计基础.浙江大学出版社.2008年4任红英，等.机械设计教程.北京理工大学出版社.2007年5邱宣怀.机械设计（第四版）.北京：高等教育出版社.1997年6王琦，等.机械设计基础.北京：冶金工业出版社.2010年8 华大年，华志宏，吕静平.连杆机构设计.上海：上海科学技术出版社，19959 刘政昆.间歇运动机构.大连：大连理工大学出版社，199110 邹慧君等编译.凸轮机构的现代设计.上海：上海交通大学出版社，199111 邹慧君.机械运动方案设计手册.上海交通大学出版社12 王玉新主编，机构创新设计方法学，天津：天津大学出版社，1996年。13 罗洪量主编，机械原理课程设计指导书（第二版），北京：高等教育出版社，1986年。