块状物品推送机的机构综合与机构设计.docx
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块状物品推送机的机构综合与机构设计
设计题目：
块状物品推送机的机构综合与机构设计
摘要
输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。
输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。
输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。
可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。
本文主要是对用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机进行设计，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置，加强对机械设计的理解。
前言
未来输送机的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。
大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。
扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的输送机。
输送机的发展趋向是：
继续向大型化发展。
大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
水力输送装置的长度已达440公里以上。
带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的"带式输送道"。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。
扩大输送机的使用范围。
发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。
使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。
如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。
降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。
已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。
减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。
目录
摘要2
前言2
1.1设计数据和要求：
4
二.实现推送机推送要求的执行机构方案选定4
2.1实现推送机推送要求的执行机构设计方案4
三.机械运动方案选型及最终方案构件尺寸6
3.1最终确定方案的构件尺寸6
四.所选方案的机构运动学分析6
4.1推杆位移公式6
4.2推杆速度公式7
4.3推杆加速度公式8
4.4所选方案的运动角度变化：
10
五总结与建议11
参考文献12
附录：
12
一.设计题目：
块状物品推送机的机构综合与机构设计
在自动包裹机的包装作业过程中，经常需要将物品从前一工序转送到下一工序。
现要求设计一用于糖果、香皂等包裹机中的物品推送机，将块状物品从一位置向上推送到所需的另一位置。
1.1设计数据和要求：
１.推送的距离Ｈ＝１２０ｍｍ，生产率为每分钟推送物品１２０件。
２.推送机的原动件为同步转速为３０００ｒ／ｍｉｎ的三相交流电动机，通过减速装置带动执行机构主动件等速转动。
３.由物品处于最高位置是开始，当执行机构主动件转过１５０°时，推杆从最低位置运动到最高位置，当主动件再转过１２０°时，推杆从最高位置又回到最低位置，最后当主动件再转过９０°时，推杆在最低位置保持静止。
４.设推杆在上升过程中所受到的物品中立和摩擦力为常数，其大小为５００Ｎ，推杆在下降过程中所受到的摩擦力为常数，大小为１００Ｎ。
５.使用寿命为１０年，每年工作３００个工作日，每个工作日工作１６小时。
６.在满足行程的条件下，要求推送机的效率较高（推诚的最大压力角应小于３５°），结构紧凑，震动噪音小。
二.实现推送机推送要求的执行机构方案选定
2.1实现推送机推送要求的执行机构设计方案
方案一
凸轮－连杆组合机构如上图所示的凸轮－连杆组合机构也可以实现行程放大功能，在水平面得推送任务中，优势较明显，但在垂直面中就会与机架产生摩擦，加上凸轮与摆杆和摆杆与齿条的摩擦，积累起来，摩擦会很大，然后就是其结构较为复杂，非标准件较多，加工难度比较大，从而生产成本也比较大，连杆机构上端加工难度大，而且选材时，难以找到合适的材料，使其既能满足强度刚度条件又廉价，因此不宜选择该机构来实现我们的设计目的。
方案二
如上图所示的凸轮机构，凸轮以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件，可使推杆实现任意的运动规律,但是使用凸轮机构磨损较为严重，滚子不能很好的紧贴凸轮，容易振动，运行时稳定性能差，由于摩擦较大，动力使用效率不高，造成能源浪费，不能到达环保节能的目的，不能满足设计要求。
方案三
如上图所示，方案存在有一定缺点，首先存在磨损问题，运动链较长，进而需要更多能量来驱动，其次是加工难度较大，但是结构简单紧凑，噪音小，运用蜗轮蜗杆传递动力，采用了带传动，凸轮机构回转运动，易于完成小范围内的物料推送任务，效率较高并且运动精确稳定效应迅速，动力使用率较高，满足环保节能的目的，可使推杆有确定的运动，完全符合设计目标。
三.机械运动方案选型及最终方案构件尺寸
3.1最终确定方案的构件尺寸
四.所选方案的机构运动学分析
4.1推杆位移公式
其中
=150°，
=270°
分析：
由曲线可知，在一个周期内推杆位移先增加（0°-150°）后减小（150°-270°）后不变（270°-360°），符合推杆先上升后下降再停顿。
4.2推杆速度公式
其中
=150°，
=270°
分析：
凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，由上图可知在150°之前，无速度突变即无刚性冲击，推杆速度先均匀增大后均匀较小至零。
回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，先增加后减小至零，曲线完全符合，无速度突变亦即无刚性冲击。
近休时（270°-360°）,速度为零，无刚性冲击。
4.3推杆加速度公式
其中
=150°，
=270°
分析：
凸轮的推程（0°-150°）选择的是等加速等减速运动规律，在开始时（0°）、（75°-80°）、（150°）加速度有突变，但是突变有限，因而引起的冲击较小，故只存在柔性冲击。
回程时（150°-270°）选择的是五次多项式运动规律，由曲线可知加速度无突变，即无柔性冲击。
综合分析：
有速度、加速度曲线可知，推杆的推程只存在柔性冲击，推杆回程既无刚性冲击也无柔性冲击。
凸轮廓线
4.4所选方案的运动角度变化：
凸轮转角
０～１５０°
１５０～２７０°
２７０～３６０°
推杆
上升
下降
停止
启动电机，通过传送带传动涡轮蜗杆带动凸轮转动，凸轮推动推杆运动。
当凸轮从最低点运动到最高点作推程运动时，推杆推送物品作上升运动，同时压缩弹簧。
凸轮从最高点作回程运动时，推杆在自身重力和弹簧弹力的作用下作下降运动。
电动机不断地提供电能带动整个装置的传动，完成构件上下往复运动，把一个物品从一个位置推送到另一个位置。
五总结与建议
本次大作业不同于前两次，这次是综合设计，并不像之前的只是设计单个构件，这次所需要设计的东西更多，需要各个构件之间的配合才能达到设计的要求。
这次作业还是有一定难度的，它需要对学过的东西十分熟练，并且还需要对没有学过的东西进行自学从而完成设计任务。
在实际过程中我使用了CAD、C语言编程、EXCEL绘图等软件，并且查阅了关于物块推送的相关资料，知道了物块推送需要较高的效率、稳定性、精确度，当然还需要环保，即噪音小，动力使用效率高，不产生太多废弃物。
通过本次大作业我学会了很多。
首先是在设计方面，我学会了综合考虑，对比选择最优机构，学会了发现问题并及时解决问题，当然我也学会了多种查阅资料的方法，比如图书馆的相关文献、googel文献引索、中知网。
团队精神也是很重要的，在这次设计中，我们小组三人分工明确，积极探讨，深深体会到了团队的作用。
当然也发现了自身的很多不足，所以决定在假期里来填补自己的不足，以便今后完成更多，更复杂的设计，为自己的专业服务。
像这种能够锻炼自己的机会并不多，我建议在日后的学习中可以多一些这样的机会，让我们更牢固的掌握我们所学到的专业知识。
参考文献
《机械原理》高等教育出版孙恒主编
《C语言教程》清华大学出版社谭浩强主编
《机械原理课程设计实习指南》机电学院郭红利主编
附录：
推杆运动学数据：
角度
位移
速度
加速度
0
0
0
70.033202
5
0.266667
6.11155
70.033202
10
1.066667
12.2231
70.033202
15
2.4
18.334649
70.033202
20
4.266667
24.446199
70.033202
25
6.666667
30.557749
70.033202
30
9.6
36.669299
70.033202
35
13.066667
42.780849
70.033202
40
17.066667
48.892399
70.033202
45
21.6
55.003948
70.033202
50
26.666667
61.115498
70.033202
55
32.266667
67.227048
70.033202
60
38.4
73.338598
70.033202
65
45.066667
79.450148
70.033202
70
52.266667
85.561697
70.033202
75
60
91.673247
70.033202
80
67.733333
85.561697
-70.033202
85
74.933333
79.450148
-70.033202
90
81.6
73.338598
-70.033202
95
87.733333
67.227048
-70.033202
100
93.333333
61.115498
-70.033202
105
98.4
55.003948
-70.033202
110
102.933333
48.892399
-70.033202
115
106.933333
42.780849
-70.033202
120
110.4
36.669299
-70.033202
125
113.333333
30.557749
-70.033202
130
115.733333
24.446199
-70.033202
135
117.6
18.334649
-70.033202
140
118.933333
12.2231
-70.033202
145
119.733333
6.11155
-70.033202
150
120
0
0
155
119.918529
-2.740656
-60.080296
160
119.389468
-10.030077
-104.487471
165
118.07373
-20.562694
-134.646354
170
115.740741
-33.15728
-151.981776
175
112.257577
-46.756945
-157.918564
180
107.578125
-60.429142
-153.881548
185
101.732223
-73.365662
-141.295557
190
94.814815
-84.882636
-121.58542
195
86.975098
-94.420535
-96.175967
200
78.405671
-101.544169
-66.492027
205
69.331688
-105.94269
-33.958428
210
60
-107.429587
0
215
50.668312
-105.94269
33.958428
220
41.594329
-101.544169
66.492027
225
33.024902
-94.420535
96.175967
230
25.185185
-84.882636
121.58542
235
18.267777
-73.365662
141.295557
240
12.421875
-60.429142
153.881548
245
7.742423
-46.756945
157.918564
250
4.259259
-33.15728
151.981776
255
1.92627
-20.562694
134.646354
260
0.610532
-10.030077
104.487471
265
0.081471
-2.740656
60.080296
270
0
0
0
275
0
0
0
280
0
0
0
285
0
0
0
290
0
0
0
295
0
0
0
300
0
0
0
305
0
0
0
310
0
0
0
315
0
0
0
320
0
0
0
325
0
0
0
330
0
0
0
335
0
0
0
340
0
0
0
345
0
0
0
350
0
0
0
355
0
0
0
360
0
0
0
推杆运动学分析代码：
#include
#include
#include
#definePI3.141592653
voidmain（）
{
doubleh=120;
intang1=150,ang2=270,ang3=360;
doubles[72],v[72],a[72];
doubleA,B;inti;
for（i=0;i{
if（i<=ang1/2）
{A=i*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s[i/5]=2*h*pow（A/B,2）;
v[i/5]=4*h*A/（B*B）;
a[i/5]=4*h/（B*B）;
}
else{
A=i*PI/180;
B=ang1*PI/180;
s[i/5]=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;
v[i/5]=4*h*（B-A）/（B*B）;
a[i/5]=-4*h/（B*B）;
}
}
for（i=ang1;i{
A=（i-ang1）*PI/180;
B=（ang2-ang1）*PI/180;
s[i/5]=h-（10*h*pow（A/B,3）-15*h*pow（A/B,4）+6*h*pow（A/B,5））;
v[i/5]=-30*h*A*A/（B*B*B）+60*h*A*A*A/（B*B*B*B）-30*h*A*A*A*A/（B*B*B*B*B）;
a[i/5]=-60*h*A/（B*B*B）+180*h*A*A/（B*B*B*B）-120*h*A*A*A/（B*B*B*B*B）;
}
for（i=ang2;i{
s[i/5]=0;
v[i/5]=0;
a[i/5]=0;
}for（i=0;i<72;i++）
printf（"%f%f%f\n",s[i],v[i]*4*PI,a[i]*4*PI）;
}
凸轮位置数据：
实际廓线
理论廓线
0
100
0
118
8.738816
99.885122
9.213759
117.878855
17.550042
99.531237
18.524743
117.504828
26.50307
98.910805
28.024547
116.846387
35.6613
97.978617
37.794087
115.851816
45.079281
96.672831
47.89948
114.450527
54.8
94.916384
58.388963
112.55496
64.852376
92.618791
69.29073
110.063017
75.249003
89.678269
80.611453
106.860939
85.984185
85.984185
92.335296
102.826494
97.032296
81.419764
104.423265
97.832368
108.34651
75.865043
116.812855
91.749659
119.857916
69.2
129.417965
84.451409
131.47505
61.307823
142.129097
75.81614
143.083863
52.078267
154.81389
65.731342
154.548132
41.411047
167.317995
54.09689
165.185087
29.126588
179.555537
39.965875
174.267659
15.246445
189.945449
24.089912
181.6
0
198.290349
6.740346
187.018951
-16.362038
204.429581
-11.793673
190.396166
-33.571981
208.240425
-31.20927
191.639684
-51.349698
209.639011
-51.194073
190.694956
-69.407288
208.58088
-71.430581
187.545291
-87.453806
205.06111
-91.600625
182.211745
-105.2
199.113975
-111.38988
174.752436
-122.36297
190.812115
-130.492347
165.261321
-138.67071
180.265193
-148.614748
153.866436
-153.86643
167.618065
-165.480767
140.727634
-167.71266
153.048456
-180.835062
126.033862
-179.995
136.764191
-194.447
110
-190.52558
119.000000
-206.114046
92.941587
-199.313876
100.344839
-215.720943
75.035617
-206.158664
80.413065
-223.336645
56.441635
-210.643048
59.447614
-228.390276
37.462987
-212.463154
37.859598
-230.458784
18.499467
-211.449873
16.174
-229.299025
0
-207.578125
-5.031215
-224.860685
-17.582122
-200.96457
-25.185046
-217.280071
-33.829237
-191.85514
-43.775419
-206.857589
-48.392716
-180.60407
-60.388735
-194.024044
-61.018333
-167.64649
-74.735685
-179.301288
-71.562663
-153.46662
-86.664247
-163.261635
-80
-138.56406
-96.161564
-146.488953
-86.419794
-123.42025
-103.346374
-129.543237
-91.01508
-108.46754
-108.453176
-112.929924
-94.06281
-94.062811
-111.809006
-97.074877
-95.897415
-80.467486
-113.803337
-82.305411
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