機(jī)械原理課程設(shè)計---奶茶封蓋機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計

1、<p>　　奶茶封蓋機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一.課程設(shè)計任務(wù)及工作要求 ...................................1頁</p><p>　　二.擬定工藝原理圖和運(yùn)動循環(huán)圖..................................2 頁<

2、;/p><p>　　三.設(shè)計總圖.................................... ...............3 頁</p><p>　　四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型..............................4頁</p><p>　　1.封蓋和插管的執(zhí)行機(jī)構(gòu)................................

3、........4頁</p><p>　　2.間隙運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型........................................6頁</p><p>　　3.移送的執(zhí)行構(gòu)選型............................................8頁</p><p>　　五.機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及運(yùn)動分析..................

4、....................10頁</p><p>　　1.擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)................................................10 頁</p><p>　　2.槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動分析......................................11頁</p><p>　　3.凸輪搖桿組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計.

5、.....................................11頁</p><p>　　4.傳動系統(tǒng)的設(shè)計..............................................14頁</p><p>　　5.工作臺的設(shè)計................................................15 頁</p><

6、p>　　六.小組總結(jié)....................................................16 頁</p><p><b>　　奶茶封蓋機(jī)設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　該機(jī)在奶茶自產(chǎn)自銷網(wǎng)點使用，以降低營業(yè)員的勞動強(qiáng)度，提高工效。操作

7、者將裝有奶茶的紙杯放上工作臺，由封蓋插管機(jī)自動完成如下動作：</p><p><b>　　1）封蓋；</b></p><p>　　2）插入吸管（方便顧客當(dāng)場飲用）；</p><p>　　3）移送到柜臺上，停歇適當(dāng)時間讓顧客取走奶茶。</p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b></p>

8、<p>　　1）生產(chǎn)率為每分鐘20杯；</p><p>　　2）機(jī)器與柜臺之間的距離1000mm~1200mm；</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)和要求</b></p><p>　　1）擬定工藝原理圖和運(yùn)動循環(huán)圖；</p><p>　　2）進(jìn)行封蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型；</p>&l

9、t;p>　　3）進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合方案的評定和選擇，畫出執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合方案示意圖；</p><p>　　4）選擇電動機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，擬定傳動系統(tǒng)并確定其傳動比；</p><p>　　5）畫出包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動方案示意圖；</p><p>　　6）對傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，按比例在圖紙（A2或A3）上畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖；</p>

10、<p>　　7）對主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，畫出運(yùn)動線圖；</p><p>　　8）對奶茶封蓋機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案簡圖進(jìn)行三維造型和運(yùn)動模擬；</p><p>　　9）編寫設(shè)計計算說明書。</p><p>　　二.工藝原理圖和運(yùn)動循環(huán)圖</p><p>　　由電動機(jī)通過凸輪搖桿機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，對奶茶進(jìn)行送進(jìn)、壓蓋、插管、送出的工序，

11、以滿足每分鐘20杯的生產(chǎn)要求，其核心為槽輪機(jī)構(gòu)，使整個工作臺做間歇運(yùn)動。</p><p><b>　　工藝原理圖</b></p><p><b>　　運(yùn)動循環(huán)圖</b></p><p><b>　　三.設(shè)計總圖：</b></p><p>　　說明：電動機(jī)驅(qū)動皮帶輪，使皮帶輪逆時

12、針轉(zhuǎn)，使大齒輪順時針轉(zhuǎn)動，送進(jìn)機(jī)構(gòu)順時針轉(zhuǎn)動，推程時送瓶。壓蓋插管機(jī)構(gòu)同時進(jìn)行，擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)上的曲柄做逆時針轉(zhuǎn)動，搖推程的時候壓蓋、插管機(jī)構(gòu)收回，搖桿回程的時候做壓蓋插管運(yùn)動。撥盤和槽輪從上往下看做順時針轉(zhuǎn)動，滿足工作臺從上往下做順時針運(yùn)動的要求。送出機(jī)構(gòu)從右往左看做順時針運(yùn)動，回程的時候送出瓶子。</p><p>　　四.壓蓋、插管、移送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型</p><p>　　1.封蓋和插管

13、的執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　由于封蓋和插管的動作一樣，既都需要一定的沖擊速度來完成壓蓋和插管動作，從上到下往復(fù)運(yùn)動，并且有一定的急回特性，所以可以統(tǒng)一設(shè)計。</p><p><b>　　（1）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　?。?）直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)（形鎖合）</p><p><b>　　（3）移動

14、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　?。?）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　綜上以上種方案優(yōu)劣，選擇方案1作為壓蓋和插管的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于是紙杯壓蓋和插管，壓蓋速度要求不高。以上機(jī)構(gòu)均能滿足要求。但凸輪機(jī)構(gòu)加工相比連桿機(jī)構(gòu)加工較難，維護(hù)不方便，且耐磨性較差。而擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)簡單，承載能力較好，傳動性能優(yōu)異，承受較大的響應(yīng)的沖擊力的優(yōu)

15、點。且能產(chǎn)生一定的急回特性，能夠達(dá)到壓蓋動作壓程速度相對較快的要求。</p><p>　　2.間隙運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型</p><p>　　由于壓蓋與插管需要一定的停留時間，需要間隙運(yùn)動。</p><p><b>　　間隙機(jī)構(gòu)設(shè)計： </b></p><p><b>　?。?）槽輪機(jī)構(gòu)</b></

16、p><p>　?。?）具有休止的凸輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　凸輪的遠(yuǎn)休止與進(jìn)休止可以實現(xiàn)間歇傳動</p><p><b>　　（3）不完全齒輪</b></p><p>　　不完全凸輪結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運(yùn)動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。多用于多工位，多工序的自動機(jī)械或生產(chǎn)線上。</p

17、><p><b>　?。?）圓柱凸輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　圓柱凸輪機(jī)構(gòu)多用于高速高精度的定位機(jī)構(gòu)。</p><p>　　綜上4種方案優(yōu)劣，選擇方案1作為間歇運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)作為間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，運(yùn)用最廣泛。主動撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動能帶動從動軸做單相周期運(yùn)動。其具</p><p>　　有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能準(zhǔn)確控制

18、轉(zhuǎn)角，機(jī)械效率高的優(yōu)點。而圓柱凸輪制作</p><p>　　具有休止的凸輪機(jī)構(gòu)雖能實現(xiàn)精確的運(yùn)動規(guī)律，但制造麻煩，維護(hù)較難，機(jī)構(gòu)較為笨重。</p><p><b>　　3. 移送機(jī)構(gòu)選型</b></p><p>　　送入機(jī)構(gòu)完成將奶茶杯按特定的時間規(guī)律間歇性的將奶茶杯送入到封蓋和插管的工作盤上。送出機(jī)構(gòu)完成按特定的時間規(guī)律間歇性的將加工后的奶茶

19、杯從工作盤拉出到柜臺，供客人享用。介于奶茶的送入機(jī)構(gòu)和送出機(jī)構(gòu)功能和結(jié)構(gòu)類似，所以，以下只研究送入機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計</p><p>　　方案一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　搖桿滑塊機(jī)構(gòu)具有設(shè)計簡單，成本低，但是傳動的平穩(wěn)性不好，在</p><p>　　送入的推程中摩擦阻力較大。</p><p>　　方案二：凸輪推桿機(jī)構(gòu)</p>

20、;<p>　　用凸輪推桿機(jī)構(gòu)好處在于可以較精準(zhǔn)的實現(xiàn)送入和送出的運(yùn)動軌跡要求。最大缺點是加工較難、耐磨性差、重量較重、維護(hù)麻煩。</p><p>　　方案三：凸輪搖桿組合機(jī)構(gòu)</p><p>　　凸輪搖桿機(jī)構(gòu)不僅可以較精準(zhǔn)的實現(xiàn)送入和送出的運(yùn)動軌跡要求，而且傳動平穩(wěn)，能完成較高效率的送入送出。并且凸輪機(jī)構(gòu)采用形鎖合，增大了推程和回程的動力，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動方便。</p>

21、;<p>　　方案四：齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)</p><p>　　齒輪齒條機(jī)構(gòu)擁有良好的傳動特新，在連續(xù)生產(chǎn)中有著廣泛的運(yùn)用。但不能承受較大的沖擊載荷，及壓蓋時可能會發(fā)生較小的變形。</p><p>　　綜上四種方案，選擇第四種方案，凸輪搖桿機(jī)構(gòu)是第一和第二種方案的完美優(yōu)化和組合。</p><p><b>　　選型最后結(jié)果：</b>&l

22、t;/p><p>　　五.機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及運(yùn)動分析</p><p><b>　　1.擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　行程速比系數(shù)K=1.4</p><p><b>　　極位夾角 30</b></p><p>　　壓蓋器行程H=120mm</p><p&

23、gt;　　曲柄R=38.82mm</p><p><b>　　機(jī)架150mm</b></p><p>　　W曲柄==2.09rad/s </p><p>　　壓蓋在推程起始點（如圖E點）作為循環(huán)起始點，回程（下壓）時間t1=1.25s，推程（上升）所用時間t2=1.75s。</p><p>　　當(dāng)曲柄與導(dǎo)桿在同一水平位

24、置是，如下圖所示</p><p>　　壓蓋有最大速度，此時即為壓蓋和插管設(shè)備接觸紙杯的時刻，</p><p><b>　　經(jīng)過計算 </b></p><p>　　VD=163.4mm/s 符合壓蓋（插管）要求</p><p>　　2.槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動分析</p><p>　　由于生產(chǎn)率不高，故

25、選擇應(yīng)用廣泛的的槽數(shù)Z=4的外槽輪機(jī)構(gòu)。</p><p>　　據(jù)生產(chǎn)要求，撥盤轉(zhuǎn)速n=1轉(zhuǎn)/3s,</p><p>　　槽輪轉(zhuǎn)速n=1轉(zhuǎn)/0.75s，停歇時間2.25s，期間其他機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動作。中心距根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)，其他參數(shù)可根據(jù)相關(guān)公式算出，在此不再贅述。</p><p>　　3.凸輪搖桿組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　為保證奶茶

26、的送入和送出時，杯子的運(yùn)動穩(wěn)定（不至于將奶茶杯推到），凸輪在設(shè)計時要滿足沒有剛性和柔性沖擊（即速度和加速度不會發(fā)生突變）。所以，選擇設(shè)計正弦加速度運(yùn)規(guī)律的運(yùn)動方程的凸輪機(jī)構(gòu)。</p><p>　　要求：（為滿足奶茶的輸送距離和后續(xù)工作的時間要求）</p><p>　　基圓半徑 r0=120mm 行程 H=200mm </p><p>　　推程

27、運(yùn)動角Φ0=0.6 遠(yuǎn)休止角 Φs=0.3</p><p>　　回程運(yùn)動角 Φ’0=0.6 近休止角 Φ’s=0.5</p><p>　　要求一個周期的時間為3s 凸輪轉(zhuǎn)速 =</p><p>　　最大推程壓力角 滾子半徑 rr=5mm</p><p>　　說明：下面的推程和回程運(yùn)

28、動方程中位移S的單位取mm，</p><p>　　速度的V單位取mm/s，加速度的單位取（mm）2/s。取3.1416。</p><p>　　推程運(yùn)動方程：（0 ≤Φ≤Φ0）</p><p>　　回程運(yùn)動方程：（Φ0+Φs≤Φ≤Φ0+Φs+Φ’0）

29、 </p><p><b>　　推程和回程運(yùn)動線圖</b></p><p><b>　　反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪：</b></p><p>　　凸輪搖桿組合中搖桿的設(shè)計：</p><p>　　搖桿的設(shè)計主要要達(dá)到滿足輸送距離和與其他機(jī)構(gòu)達(dá)到配合結(jié)構(gòu)緊湊的目的，所以桿件的尺寸要能滿足要求的輸送距離，

30、并且能和其他機(jī)構(gòu)良好配合。設(shè)計尺寸如圖：</p><p>　　4.確定電動機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速，傳動系統(tǒng)及傳動比的設(shè)計計算.</p><p><b>　　電動機(jī)的適當(dāng)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　關(guān)于原動機(jī)類型的選擇，首先考慮到工作環(huán)境對電動機(jī)的要求。奶茶封蓋插管機(jī)主要用于安靜的環(huán)境，驅(qū)動效率一般，運(yùn)動精度一般，負(fù)載較小，外形尺寸也較小。電動機(jī)噪音

31、較小，具有較高的驅(qū)動效率的運(yùn)動精度，其型號繁多，可以滿足不同的工作要求，而且還具有調(diào)速功能。所以我們組選擇了電動機(jī)作為我們的原動機(jī)。</p><p>　　電動機(jī)轉(zhuǎn)速選擇1400r/min,機(jī)器的生產(chǎn)能力為20個/min，所以總減速比為1400/20=70。第一級皮帶輪傳動比為i=7.8，第二級齒輪傳動比為i=9。符合減速傳動比逐級增大且差值不大的規(guī)律。</p><p><b>　

32、　齒輪傳動設(shè)計：</b></p><p>　　Z2=45,z1=5,m=5mm, α=20度</p><p>　　d1=mz1=25mm,d2=mz2=225mm</p><p>　　中心距a=1/2m(z1+z2)=125mm</p><p>　　db1=mz1*cos(α)= 23.49,db2=mz2*cos(α)= 211

33、.43mm</p><p>　　da1=d1+2ha*m=35mm,da2=d2+2ha*m=235mm</p><p>　　αa1=arccos(db1/da1)=47.84°</p><p>　　αa2=arccos（db2/da1）=25.88°</p><p>　　ε=1/2π（z1(tan(αa1)-tan(α)

34、)+z2(tan(αa2)+tan(α))）</p><p><b>　　=1.46</b></p><p>　　圓錐齒輪的設(shè)計與計算</p><p>　　用圓錐齒輪主要用來改變傳動的方向，所以只要兩者的齒數(shù)相同即可。大端模數(shù)為1，壓力角為20°，齒形選擇為正常齒，齒輪一模數(shù)等于齒輪二模數(shù)為40.通過計算重合度為1.77.</p

35、><p><b>　　5.工作臺的設(shè)計</b></p><p>　　為了保證奶茶在壓蓋和插管的時候保持穩(wěn)定，所以我們將工作臺改為有四個凹槽的平臺。如圖所示，凹槽的寬度為62毫米，為了流出充分的空間供奶茶準(zhǔn)確送入指定位置。</p><p>　　圖中四個凹槽為奶茶杯在瓶中加工的位置</p><p><b>　　六.小組

36、總結(jié)</b></p><p>　　本次參加機(jī)械原理課程設(shè)計獲益匪淺。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，充分認(rèn)識到理論知識的學(xué)習(xí)與實踐有很大的差距。理論知識的學(xué)習(xí)與考核只是別人提供相關(guān)的信息，設(shè)計需要自己從多方面考慮，對各種機(jī)構(gòu)要較全面的熟練掌握。</p><p>　　剛開始時，有點不知如何下手，為了了解奶茶封蓋壓管機(jī)的工作原理，我們小組特意去食堂三

37、樓奶茶店進(jìn)行了實地考察，之后經(jīng)過小組成員的仔細(xì)思考和激烈討論，有了初步的想法。記憶最深刻的一次在工作盤的設(shè)計和工位的時間分配的問題上，大家各持己見，經(jīng)過長達(dá)兩個半小時的討論后，才最終達(dá)成共識。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中，我們學(xué)以致用，第一次感到自己學(xué)過的東西派上了用場。我們用到了CAD、Origin、Excel、Word等軟件，翻閱了一些資料，積極的向老師請教過程中遇到的問題，在小組成員的共同努力和指