机械原理课程设计鞭炮插引机长安大学

机械原理课程设计

说明书

设计题目 ：鞭炮插引机的设计

学 院 ：

专 业 ：

班 级 ：

设 计 者 ：Cookie

指导教师 ：成建联

2013年7月1日

前言

传统的生产方式主要靠人力生产，工人劳动强度大，生产效率低。随着科学技术、工业生产水平的不断发展，越来越多的机械设备开始出现，生产工业化水平不断加强，生产力大大提高。

企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造的工作过程。其中机械产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等内容是机械原理课程的教学内容。

当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，综合国力的竞争日趋激烈。国力的竞争，归根结底是科技与人才的竞争。而机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节，同时，又是机械类专业人才培养计划中一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面，起着重要的作用。在课程设计中，它培养了学生创新设计的能力。

此次设计的题目是鞭炮插引机的设计，它需要学生综合运用所学到的知识，同时又可以很好地考察学生的学习能力和创新能力，是机械原理课程设计中的典型课题。

目录

一、设计题目…………………………………………………………………………………………3

1.1工作原理及工艺动作过程简介……………………………………………………….3

1.2原始数据及设计要求………………………………………………………………………3

1.3设计任务………………………………………………………………………………………….4

1.4设计提示…………………………………………………………. ………………………….....4

二、设计工作原理…………………………………………………………………………….. …4

2.1原动机的选择原理……………………………………………. ……………………………4

2.2传动机构的选择和工作原理…………………………………………………………..5

三、功能分解………………………………………………………………………………………..5

四、运动方案的选择…………………………………………………………………………….6

五、工作循环图……………………………………………………………………………………10

六、执行机构设计过程及尺寸计算……………………………………………………10

6.1各个机构的传动比的计算以其齿轮的各个参数………………………….10

6.2齿轮参数的确定………………………………………………………………………......11

6.3凸轮机构的设计…………………………………………………………………………...12

6.4压力角与基圆半径的校核…………………………………………………………. …18

七、设计小结………………………………………………………………………………………19

八、参考文献………………………………………………………………………………………19

一、设计题目：

鞭炮插引机的设计

1.1工作原理及工艺动作过程简介：

鞭炮插引机的动作执行构件有双胶辊、切引刀、压引板和送料板等，各工作要求实现的运动形式如下图所示。原动机通过传动系统将动力传递给双胶辊，双胶辊对滚压紧线并使引线向下间歇进给，达到进给量L 后，切引刀切断引线。在这一过程中送料板不东，然后送料板进给位移S ，切引刀往左回摆或移动，为给下一排鞭炮插引线作准备。

鞭炮插引机结构示意图

1.2原始数据及设计要求：

引线进给量L 与鞭炮的引线长度相等，送料板的位移S 和鞭炮的外径D 之间的关系约为：S=0.866D。为提高生产效率，每13个鞭炮连成一排进行盘鞭，每个工作循环为一排鞭炮插引。要求达到的性能参数见下表。

本此设计选用的C 方案

1.3设计任务：

1）设计该鞭炮插引机的工作部件使双胶辊、切引刀、压引板和送料板实现上述运动形式并达到性能参数的要求；

2) 绘制机器工作部件的运动循环图；

3）自选原动机，拟定传动系统总体方案，一般应包括带传动、齿轮或蜗杆传动等，绘制机器传动系统方案简图；

4）分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，并计算主要传动件的几何尺寸；

5）设计工作部件中的凸轮机构。确定运动规律，选定基圆半径，绘制凸轮的轮廓曲线，并校核最大压力角核最小曲率半径；

6）设计工作部件中的连杆机构。确定各构件的运动尺寸和执行构件的运动参数；

7）设计工作部件中的间歇运动机构；

8）建立工作部件的运动模型并进行运动仿真分析（选作）

1.4 设计提示：

1) 由于双胶辊将引线向下送到要求的长度才切断，切断的时候不能送进引线。因此需要间歇运动机构使双胶辊间歇转动。为减小外形结构尺寸，可采用不完全齿轮机构实现。

2）引线切割之后，为了保证引线能够准确到达炮心位置，需要压引板压紧引线并送达指定位置向外、向上回退。向下送引的位移为8~15mm，可在该范围中自行确定。

3）切引机构、送料机构可采用凸轮或组合机构实现

二、设计工作原理

2.1原动机的选择原理：

（1）原动机的分类

原动机的种类按其输入能量的不同可以分为两类：

A 一次原动机

此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，因此称为一次原动

机。属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机等。

B二次原动机

此类原动机是将发电机等能机所产生的各种形态的能量转变为机械

能，因此称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机，液压马达，气压马达，汽缸和液压缸等。

（2）选择原动机时需考虑的因素

1：考虑现场能源的供应情况。

2：考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。

3：考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳，调速和控制等方面的要求。

4：考虑工作环境的影响。

5：考虑工作可靠，操作简易，维修方便。

6：为了提高机械系统的经济效益，须考虑经济成本：包括初始成本和

运转维护成本。

综上所述，在鞭炮插引机中最益选择二次原动机中的电动机作为原动件。

2.2传动机构的选择和工作原理：

（1）传动机构的作用

1：把原动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩或力。

2：把原动机输出的速度降低或提高，以适应执行机构的需要。

3：用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机构

经常调要求

4：把原动机输出的等速回转运动转变

5：实现由一个或多个动力机驱动或若干个速度相同或不同的执行机构。 6：由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联接。

（2）传动机构选择的原则

1：对于小功率传动，应在考虑满足性能的需要下，选用结构简单的传动

装置，尽可能降低初始费用。

2：对大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转费用和

维修费用。

3：当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接连接或

采用定传动比的传动装置；当执行机构要求变速范围大。用动力机调速

不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比传动；除执行机

构要求连续变速外，尽量采用有级变速。

4：执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装置。 5：主，从动轴要求同步时，应采用无滑动的传动装置。

6：动装置的选用必须与制造水平相适应，尽可能选用专业厂生产的标准

传动装置，加减速器，变速器和无级变速器等。

三、功能分解：

功能分解为以下几个部件：

1）双胶辊：电动机开动后通过轴带动双胶辊滚动，双胶辊然后带动引线运动使引线到达导引板下面。

2）切引机构：引线向下到达一定长度后，切引刀通过来回运动切断引线。

3）压引板：引线切断之后，压引板压紧引线并送达指定位置向外、向上回退。

4）送料机构：送料板通过进给位移S 到达指定位置。等压引板回退时再进给位移S 给下一排鞭炮插引线作准备。

四、运动方案的选择：

1）双胶辊：由于双胶辊将引线向下送到要求的长度后才切断，切断的时候不能送进给线。因此需要间歇运动机构使双胶辊间歇运动。为减小外形结构尺寸，于是采用不完全齿轮机构来实现。

2）切引刀：切引刀是通过来回摆动或移动来切断引线，因此采用凸轮机构和杆组来实现。

3）压引板：为了保证引线能够准确到达炮心位置，采用两个凸轮机构来实现，一个控制上下移动，一个控制向外、向内移动。

3）送料机构：由于送料板是间歇性的运动，因此采用凸轮机构来实现，它也可以采用凸轮机构或者组合机构来实现。

5）机构总图

五、工作循环图

10.392

六、执行机构设计过程及尺寸计算

6.1各个机构的传动比的计算以其齿轮的各个参数：

（1）、选定电动机的功率为2000w~3000w，同步转速为1500r/min满载转

速为1440r/min，又因为它的生产能力是46排/min因此其总传动比为：

i=n满/n总=(1440r/min)/(46r/min)=31.30

（2）、根据各个机构的运动位移及其运动时间分配 传动比则分得

带传动比为2.1；一级直齿轮传动比为2.2；二级直齿轮传动比为3.2；一级锥齿轮传动比为1；蜗轮蜗杆传动比为2.1。

6.2齿轮参数的确定：

（1）、根据其分配的传动带比为i=2.1，设皮带轮的直径d1=20mm，则 因为i=n1/n2=d2/d1 所以

d2=2.1*20=42mm。 （2）、设轮心距为a,

由0.7*（d1+d2）≤a ≤（d1+d2）， 得出43≤a ≤62, 所以可以取a=50。

（3）、设z1=18，z8=50，其模数均为2，压力角均为20°。则直齿轮的各

（4）、在锥齿轮中z3=20，模数m=2，压力角为20° 则根据传动比i=n1/n2， 得出z4=40z11=40

分度圆直径d3=60，d4=80，d11=80。

（5）、在不完全齿轮中，设从动齿轮的齿数z6=60，m=2，

则根据i=n1/n2,

得出不完全齿轮z7=20， 分度圆直径d6=120，d7=40。

6.3凸轮机构的设计

（1）切引机构有关凸轮的设计

在前内切引刀不能运动，双胶辊在0——内将引线向下导45mm 之后切引

刀才开始运动，即此时的切引机构凸轮的基圆与推杆接触。近休止角=

在——π内切刀要向导引板进给，此时切引机构的凸轮处于推程，所以

推程角=

在π——2π内切刀要退回原位置，此时切引机构的凸轮处于回程，所以回程角=π

由以上分析，再结合凸轮机构的推杆运动方程

可得下图

再根据上图可以利用反转法绘制凸轮的廓线如下（取基圆半径R=50mm）

（2）压引板有关凸轮机构的设计

压引板需实现向上回退、向下送引的功能。其位移为8到15mm ，可以取10mm ，即它的行程为10mm 。设基圆半径R=25mm

在前π内压引板不能运动，即此时的压引板构凸轮的基圆与推杆接触。近休止角

=

在——内压引板做进给运动，此时压引板凸轮处于推程，

所以 推程角

=

在3π/2——2π内压引板要退回原位置，此时压引板机构的凸轮 处于回程，所以回程角=

由以上分析，再结合凸轮机构的推杆运动方程 1）凸轮向下运动

可得下图

2）压引板向前向后运动

（3）送料机构的凸轮设计

因为送料板的位移s 和鞭炮的外径D 之间的关系约为：s=o.866D。因为其外径D=12mm， 因此s=10.392mm，送料板只有在双胶辊滚下55mm 后。切引刀将其切断才运动，在这段时间内一直在基圆上运动，行程为10.392. 设其基圆半径为2.5mm ，则

10.392

6.4压力角与基圆半径的校核

=

七、设计小结

课程设计终于告一段落了，给我的感觉就是辛苦。刚开始的时候根本不知道怎么做，打开电脑都不知道写什么。过了很多天才开始动手。真的体会到了什么叫万事开头难了。艰难的走出第一步后，设计就开始了，开始后就感觉没有想象中的难了。虽然在设计的过程中遇到了很多问题，但还是知道该从何下手了。通过这次课程设计，我又重温了一遍CAD 制图，画一个总体方案图就画了一个晚上，让我体会到了学机械的难度。然后也让我更加熟悉word ，以前知识打文章，现在还会插入目录了。因为在设计过程中也遇到了一些机械原理中的问题，所以我也正好能复习一遍机械原理。这真是一举三得啊。

为了这次的课程设计，我每次都是不知不觉的做到很晚，时间一下就过去了，但是在过程中有一种满足感，这让我更加喜欢机械了。但是也知道机械并不是那么容易学的，而且从我做这个课程设计的难度来看，必须要努力学习，积极思考。

总的来说，可能这次的设计做得不怎么好，但还是学到了很多东西，要是没有这次的课程设计，我也不知道自己要学的东西这么多，尤其是以后去了工作岗位，设计是非常重要的，所以学好一些必要的软件也是非常重要的。

总之，这次的课程设计对我们来说是很好的锻炼。

八、参考文献

[1] 戴娟. 《机械原理课程设计指导书》[M].北京：高等教育出版社,2010. [2] 孙桓，陈作模，葛文杰. 《机械原理》[M].北京：高等教育出版社，2006. [3] 闻邦椿. 《机械设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2010. [4] 王巍. 《机械制图》[M].北京：高等教育出版社，2009.