说明书

包装机推包机的设计

摘要

     包装机是一个产品生产和外包的机器的统称，其主要功能是包装各种产品，而包装机推包机构则是给包装机提供包装产品的机构，其主要功能就是从生产线将产品输送到包装机的相应入口，改机构的运动是一个按一定轨迹的循环往复运动。

 随着科技的发展，包装机的更新换代，也迫使推包机构的革新，输送产品的过程不可轻视，推包机构的运用影响到包装机的效率和质量，因而设计者在设计推包机的同时大多同时提供了推包机构的设计，另外也有人专门为各种设备设计推包机构。

 包装在当今社会相当流行，对于任何产品出厂的最后一部大多是包装，因此包装机的推包机构也是很有市场的。

关键字：包装机推包机构  输送  

Packing up charter aircraft design

Summary

   Packer is a product of outsourcing production and machinery collectively Its main function is to a variety of packaging products, packaging machine and push package body is to provide packaging products, packaging machine and its main function is the product from the production line will be transported to The corresponding packaging machine entrance to the sports bodies are based on a certain trajectory of the campaign cycle. 

 With the development of science and technology, the upgrading of packaging machines, forcing up the body bag innovation, product delivery process should not be underestimated, pushing the body bag to the impact of the use of packaging machine efficiency and quality, and therefore designers pushed the charter at the same time At the same time, provide most of the bodies pushed the package design, it was also a variety of equipment designed specifically for the push package body. 

 Packaging very popular in today's society, any product manufactured most of the last of a package, the packaging machine is also a body bag up their markets.

Keywords: transport Packing up charter aircraft design

第一章设计题目.......................................................  4

1.1 总功能要求................................................  4

1.2 设计数据..................................................  5

第二章机构设计.......................................................  6

2.1 机构选型...................................................  6

2.2 机构组合...................................................  6

第三章方案的拟定及评价...............................................  7

3.1  方案的拟定................................................  7

3.2  方案的评价................................................  8

第四章机构运动尺度综合............................................... 11

4.1  运动示意图................................................ 11

4.2  功能元分解................................................ 11

 第五章 运动设计及参数................................................. 15

 减速设备................................................... 15

 曲柄滑块导杆............................................... 16

 5.3 编程计算导杆机构中位置、速度、加速度的情况................. 18

 第六章 运动循环图..................................................... 21

 第七章 设计总结....................................................... 22

 第八章 参考文献....................................................... 23

第一章 设计题目

现需设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1（见图1.2）先由输送带送到推包机构的推头2的前方，然后由该推头2将工件由a处推至b处（包装工作台），再进行包装。为了提高生产率，希望在推头2结束回程（由b至a）时，下一个工件已送到推头2的前方。这样推头2就可以马上再开始推送工件。这就要求推头2在回程时先退出包装工作台，然后再低头，即从台面的下面回程。因而就要求推头2按图示的abcdea线路运动。即实现“平推—水平退回—下降—降位退回—上升复位”的运动。

1.1 总功能要求

图 1.1 推包机

图1.2 推包机构执行构件运动要求

包装机推包机构是一个特殊的输送机构，如图1.1是推包机构的整体外形，如图1.2为其简单示意图，机构将零件由a点输送到b点再由cde回到a点，机构的执行构件的端点实现近似矩形轨迹。推包机由电动机推动，在推头回程中，除要求推头低位退回外，还要求其回程速度高于工作行程的速度，以便缩短空回程的时间，提高工效。

1.2设计数据

1）电机驱动，即必须有曲柄。

2）输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下将该曲线简称为轨迹曲线）。

3）轨迹曲线的AB段为近似的水平直线段，其长度为L=350 mm，允差±20 mm（这段对应于工件的移动）；轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为H =50 mm，（以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰）。

4）在设计图中绘出机构的四个位置，AB段和CDE段各绘出两个位。须注明机构的全部几何尺寸。

第二章 机构设计

2.1 机构选型

实现改推包机构可以使用偏置滑块机构、往复移动凸轮机构、盘形凸轮机构、导杆机构、凸轮机构机构、双凸轮机构、摇杆机构滑块机构及组合机构。

2.2 机构组合

      对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合起来，设计组合机构。

 在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。

第三章 方案的拟定及评价

3.1 方案的拟定

据前述该机构的功能和要求可有以下几种方案，下面将一一说明。

方案一：用偏置滑块机构与凸轮机构的组合机构，偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合（图1.3.1）。在此方案中，偏置滑块机构可实现行程较大的往复直线运动，且具有急回特性，同时利用往复移动凸轮来实现推头的小行程低头运动的要求，这时需要对心曲柄滑块机构将转动变换为移动凸轮的往复直线运动。

图 3.1 偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合

如果采用直动推杆盘形凸轮机构或摆动推杆盘形凸轮机构，可有另两种方案（图1.3.2、图1.3.3）。

图 3.1.1 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合之一

图 3.1.2 偏置滑块机构与盘形

凸轮机构的组合之二

方案二：采用导杆机构与凸轮机构的组合机构（图1.3.4）

图 3.2  导杆机构与凸轮机构的组合机构

方案三：双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合（图1.3.5）。

1

图 3.3 双凸轮机构与摇杆机构滑块机构的组合

3.2 方案的评价

     由上述方案设计的比较可以看出，方案一图3.1偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合，由于5、6件的支撑，L的长度设计也受到相应，而且采取此方案会使整个机构的尺寸变大；

方案一图 3.1.1 偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合，采取盘形凸轮做主动件和部分支撑，减小了图3.1的复杂性，给设计带来了方便，另外对于图3.1.1的设计来说，采取沟槽凸轮与滚子配合的力封闭，图a,c是形封闭中最简单的形式，但凸轮尺寸较大；为了使滚子能在槽内灵活转动，槽宽应略大于滚子直径；因有间隙，故不宜用于高速、图b是一种改进结构，消除了间隙，但增加了从动件的重量，提高了对凸轮轮廓的精度要求。采用滚子从动件，耐磨损，可传递较大的动力，但结构复杂，尺寸重量大，不易润滑，滚子轴常受结构，强度较低。广泛应用于低速和中速，其改进结构可用于高速。

图3.1.2偏置滑块机构与盘形凸轮机构的组合，利用弹簧力、从动件自重等外力使从动件与凸轮始终保持接触，平面与盘形凸轮直接接触容易产生磨损，而且不够平稳。

方案二图3.2导杆机构与凸轮机构的组合机构相对于其它的设计机构显的简单的多，采用平底从动件，多数平底与其速度方向垂直，因此受力情况好，传动效率高，与凸轮接触面间易形成锲形油膜，易润滑，结构维护简单、体积小，重量轻，但不能与内凹或直线轮廓工作，且平底不能太长。多用于高速小型凸轮机构。该设计若L过大则机身过高，对于L较小是比较好的设计。

方案三图3.3双凸轮机构与摇杆滑块机构的组合，没有急回特性，机构连贯性好，图中1部位的设计对于L过长则难以实现。

综合此次设计要求和尺寸要求，本人觉的图3.2的机构设计在此设计中较为合理，所以选取方案二。

第四章 机构运动尺度综合

4.1 运动示意图

3

图 4.1 运动简图

 经计算得自由度F=1,该机构有一个主动件，所以该机构可以正常运转。

4.2 功能元分解

     由运动简图可知此机构可分解为俩个运动，凸轮机构控制运输爪的升降，导杆机构控制往复运动，俩者的配合及凸轮的设计可以达到abcde的轨迹。如图4.1中1、2为主动件，2、3、4和5的导杆机构，可以完成a、b、c间或c、d间的往复运动，1的凸轮与4机构的平底接触，可以使整个4机构上下往复运动，从而有abc与cd间的高度差，通过设计凸轮的参数，配合导杆机构完成整个abcde的运动轨迹。

下面将俩个机构按功能分开设计：

     功能一：导杆机构——实现a、b、c或d、e间的往复运动

此处导杆机构中AB=350 mm，为输送爪的输送距离L，OE为摇杆，BC为导杆,长为S=750 mm。

     （1）设计简图

图 4.2 导杆机构设计图

 （2）设计推导公式

，

，

，

，

由上述式得：

 由计算得主动件2的安装位置，和CD的高。

     功能二：凸轮机构——实现4机构的上下往复运动

此方案中设计的凸轮两端为圆的一部分,其中，则高(轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为H =50 mm)。

(1)设计简图

E

F

D

C

O

图 4.3 凸轮机构设计图

（2）设计说明

 由设计需求知，此轨迹需近似矩形，abc段和de段的直线往复，需将凸轮此时的轮廓设计为圆弧，

由图 4.2 可计算出 ,为输送机构轨迹的abc段作支撑，所以为圆弧， 段为其轨迹的de段作支撑，也为圆弧，让运动变的平稳很多。

第五章 运动设计及参数

5.1减速设备

推包机构的速度不需很快，因此在传动机构中设计了减速设备。

接曲柄

图 5.1  减速设备

通过齿轮组实现较大的传动比，  ,可根据需求将电动机的速度降低到所需速度，再将速度传给曲柄和凸轮，曲柄控制机构水平方向的往复运动，凸轮控制机构上下往复运动。其中主要参数为曲柄滑块导杆的设计参数，设计需求表明对水平方向的参数即曲柄滑块导杆机构的参数要求较严格，凸轮参数方面只需保正其机构的上下的高度差和与曲柄滑块导杆机构的配合即可。

5.2曲柄滑块导杆

3

C

图 5.2 导杆机构

 在图5.2 导杆机构中，已知曲柄的长度、转角、等角速度及中心距，我们来分析下导杆的转角、角速度和角加速度，以及滑块在导杆上的位置s、滑动速度及加速度。

（1）位置分析 

如图 5.2 所示。该机构的矢量方程式为

 (h)

展开后分别取实部和虚部：

两式相除得

 （式5-1）

求得角后可得

 （式5-2）

（2）速度分析

 将式（h）对时间求导数得

                                                                         (i)

  两边乘后展开，并取实部和虚部得

 （式5-3）

  则

 （式5-4）

（3）加速度分析

  将式（i）对时间求导数得  

                                                                       (j)

  两边乘以后展开，并取实部和虚部得

故

 （式5-7）

 （式5-8）

5.3 编程计算导杆机构中位置、速度、加速度的情况

给出  用 C 语言编程计算曲柄导杆的运动，源程序如下：

#include "stdio.h"

#include "math.h"

#define PI 3.14159265

main()

{

  FILE *fp;

  int i;

double x=0.080,y,w1=50,z=0.34347;  定义变量 x、y、z和 ω1 */

double A,p1,p3,w3,a2,a3,v2,s;  定义变量 a、b、c、f、g 和 ω1 */

  fp=fopen("曲柄导杆机构运算结果.out

  fprintf(fp,"p1\p3\v2\s\w3\a2\a3\\n"); /*打印表头*/

  fclose(fp); 

  for(i=0;i<=360;i=i+10) /*从0-360°，每5°取一个数值*/

  {

   /*将 φ1 转换为弧度*/

 A=((x*sin(p1)+z)/(x*cos(p1)));  式5-1*/

 p3=sqrt((A*A)/(1+A*A));                                     

   式5-2*/

   式5-3*/

   式5-4*/

   /*式5-5*/

   /*式5-6*/

 "曲柄导杆机构运算结果.out); 

fprintf(fp,"%d\%lf\%lf\%lf\%lf\%lf\%lf\\ni,p3,v2,s,w3,a2,a3);    

/*结果输出到文件*/

  }

}

程序计算输出结果如下表：

第六章 运动循环图

第七章 设计体会

 作为一名机械系，机械设计制造及其自动化大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。 

在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次大作业的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次大作业要求用AutoCAD制图、VC++编程等，所以我们还要好好掌握这几门软件。虽然过去从未应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率好高，记得大一学CAD时觉得好难就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

通过这次设计，我对机械运动原理有了更深一步的了解，机械设计不仅要满足运动轨迹，更还要考虑受力程度和工作行程，这些我都感受很深。这次课程设计既学到了知识，又培养了一点创新设计能力，我感到十分满意。

谈谈我的意见和建议：

 首先，我觉得老师给我们作类似的课程设计是十分必要的，这不仅可以提起我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践锻炼一下我们，使我们不但不在对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的积极性。

其次，我觉得应该培养我们的团队合作精神，让几个人一起作这样的课程设计我想会更好的发挥我们的特长。

第八章 参考文献

[1] 郑文纬、吴克坚主编.机械原理：第七版，北京：高等教育出版社，1997

[2] 吴国凤、宣善立主编.C/C++程序设计：第一版，北京：高等教育出版社，2006

[3] 王三民主编.机械原理与设计课程设计: 第一版,北京: 机械工业出版社, 2005下载本文