自动机械课程设计-摆式送料机构总体设计.doc

自动机械设计课程设计 摆式送料机构总体设计 自动机械课程设计说明书题目：摆式送料机构总体设计姓名学号：专业：农业机械化及其自动化班级:学院：农业工程与食品科学学院 指导教师 2015年7月15日2 自动机械设计课程设计 摆式送料机构总体设计目 录前言2第一章 课程设计的指导书 3 1-1 课程设计目的3 1-2 课程设计任务3第二章 摇摆式输送机设计过程4 2-1 工作原理 4 2-2 设计要求及原始数据5 2-3 设计内容及工作量5 2-4 其他设计方案5 2-5 利用解析法确定机构的运动尺寸6 2-6 连杆机构的运动分析12第三章 传动系综合 14 3-1 电机的初步选择14 3-2 V带的初步选择15第四章 课程设计总结18第五章 参考文献 18前 言自动机械设计是一门以机构为研究对象的学科。自动机械课程设计是使学生较全面的、系统的巩固和加深自动机械课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手，研究机构运动的确定性和可能性，并进一步讨论机构的组成原理，从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新的机构的方法。 第一章 自动机械设计课程设计指导书一自动机械设计课程设计的目的自动机械设计课程设计是自动机械设计课程教学中最后的一个重要的实践性教学环节，是培养学个进行自动机械总体方案设计、运动方案设计、执行机构选型设计，传动方案设计控制系统设计以及利用用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一个重要的川练过程。其目的如下：(1)通过课程设计，综合运用所学的知识，解决工程实际问题。并使学生进一步巩固和加深所学的理论知识。(2)使学生得到拟定机械总体方案、运动方案的训练，并且有初步的机械选型与组合及确定传动方案的能力，培养学生开发、设计、创新机械产品的能力。(3)使学生掌握自动机械设计的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有个较完整的概念。(4)进一步提高学生的运算、绘图、表达及运用计算机和查阅有关技术资料的能力。(5)通过编写说明书，培养学生的表达、归纳及总结能力。二自动机械课程设计的任务自动机械课程设计的任务一般分为以下几部分。(1)根据给定机械的工作要求，合理地进行机构的选型与组合。(2)拟定该自动机械系统的总体、运动方案(通常拟定多个)，对各运动方案进行对比和选择，最后选定一个最佳方案作为个设计的方案，绘出原理简图。(3)传动系统设计，拟定、绘制机构运动循环图。三课程设计步骤1机构设计和选型（1）根据给定机械的工作要求，确定原理方案和工艺过程。（2）分析工艺操作动作、运动形式和运动规律。（3）拟定机构的选型与组合方案，多个方案中选择最佳的。（4）设计计算。（5）结构设计、画图。（6）编写设计计算说明书。2自动机械总体方案设计（1）根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求原理方案。（2）根据原理方案确定工艺方案和总体结构。（3）拟定工作循环图。（4）设计计算。（5）画图。（6）编写设计计算说明书。3自动机械传动系统设计（1）分析工艺操作动作、各机构运动形式和运动规律选择动力机。（2）确定传动机构方案和采用的传动形式，多个方案中选择最佳的。（3）传动比分配、设计计算。（4）传动系统结构设计。（5）结构设计、画图。（6）编写设计计算说明书。四基本要求1课程设计必须独立的进行，每人必须完成设计图样A3一张，能够较清楚地表达所设计内容的原理、空间位置及有关结构。2根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参数。3进行相关的设计计算。4正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。5编写设计计算说明书，说明方案确定的方法、依据，并进行分析和有关设计计算，把设计中所涉及的问题说明清楚。说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整、插图清晰，5000字左右。五时间安排共一周5天查资料1天确定方案1天设计计算1天绘图1天写设计说明书1天六需交材料1A3图纸一张（手画和计算机绘图均可）。2设计计算说明书一份（手写和打印均可）。 第二章 摆式送料机构总体设计过程一 工作原理 1工作原理摆动式搬运机是生产中经常用来对较笨重的货物或工件进行移位搬运的机械，其工作原理如图所示，电动机通过减速轮系(减速器)驱动一个六杆机构，原动构件1为该机构的物柄O1A，而滑块5为其输出构件，利用沿块5的往复移动来搬运货物或工件。2设计数据设计数据见表。3设计提示为机器运转平稳曲柄轴应设有飞轮。二 设计方案1.电机 2.传动装置 3.执行机构 4.曲柄 5.连杆 6.加杆 7.滑块 8.连杆 9.料槽 10.物料图2-2图2-3以上两种机构的对比：图2-2所示送料的往复运动，我们用曲柄滑块机构实现，当输入构件匀速转动时，输出构件带动滑块作往复移动，机构具有急回特性，但该方案中不但设计计算比较复杂，滑块5和作平面复杂运动的连杆3和4的动平衡也比较困难。图2-3为六杆机构，直接通过电动机带动曲柄滑块转动从而使连杆2摆动最终使滑块左右运动，从而达到输送货物的效果。其优点是成本比较低，结构简单，缺点是摩擦大，耗费能量多。三 利用解析法确定机构的运动尺寸如下图所示，选取摇杆分别处于左、右极限位置时，由解析法进行分析。机构的自由度为：根据设计数据的要求，曲柄4的转速n4=114r/min,其角速度4为： 极位夹角：对曲柄机构进行分析与设计： 图2-3 曲柄摇杆机构如下图为另一部分的摇杆机构： 图2-4 摆杆滑块机构O1ABO3构成了曲柄摇杆机构，由极限位置角1，2，和极位角求得O1A,AB,O3B杆长。方程式如下：解得：=0.1074m，=0.5306 m，=0.5648m。摆杆滑块机构O3CD中，由导程H，极限位置Lmin可求得，杆长。 方程式如下： 解得：=0.2924m，=1.2099m2.1.3 机构简图的分解： 将连杆机构分解为原动件A: O1A, 一个RRR杆组AO3B,一个RRP杆组O3CD。杆组分析： 图2-5 原动件A 图2-6 RRR杆组 图2-7 RRP杆组2.2 运动分析 机构的运动分析是按给定机构的尺寸、原动件的位置和运动规律，求解机构中其余构件上特定点的位移、速度和加速度，以及各构件的对应位置、角位移、角速度、和角加速度。本次对机构的分析主要是速度和加速度的分析，对搬运机进行运动分析，就是如何分析它运动过程中各个杆的情况.（1）计算连杆2 , 3 , 4的角度和滑杆的位置: L1+L2=L3+LADL1 cos1+L2cos2=L3 cos3+LED cos3L1 sin1+L2 sin2=L3 sin3+LED sin34=arcsin(b-L3sin3)/L4) 从上式可得：2 ，3，4（2）计算杆和角速度和滑块的速度，对以上的函数求导即可得：3=(L1sin(1-2)1)/(L3-Lce)sin(3-2) 2=(3(L3-Lce)sin(3)-1L1sin(1)/(L2sin(2) 4=-(3L3cos(3)/(L4cos(4)vf=-3L3sin(3)-4L4sin(4) 对上面的函数求导计算连杆的角加速度和滑块的加速度：3=(Dcos(2)-Esin(2)/(L3-Lce)sin(2-3)2=(D+(L3-Lce) 3sin(3)/(L2sin(2)4=(L444cos(4)-L3(3cos(3)-33sin(3)/(L4cos(4)af=-L3(3sin(3)+33cos(3)-L4(4sin(4)+44cos(4) D=(L3-Lce)33cos(3)-L1(1sin(1)+11cos(1)-L222cos(2);E=-(L3-Lce)33sin(3)-L1(1cos(1)-11sin(1)+L222sin(2);2.3 做速度和加速度多边形做出机构位置的速度和加速度多边形，由上面的计算结果我们可以知道C1点的运动为复合运动。A点绕O1做圆周运动，B点绕O3做圆周运动，D点在杆上做往复运动。由此，（1）做出C1速度多边形如下图： 图2-8 C1点速度多边形 列方程 大小 方向 方程两边的所有速度矢量首尾相接成为速度链，两边速度链中第一个矢量始点同汇于极点P，最后一个矢量末点同汇于一点。 （2）做出C1点加速度多边形，如下： 图2-9 C1点加速度多边形 列出加速度方程式： 大小 ： BC 方向 ： BC BCC点的加速度等于B点加速度加C点相对与B点的加速度之和，如2-8中已经显示出来是叠加了。 （3）做C2点的速度多边形： 图2-10 C2点速度多边形 列出C2点的速度方程式： 绝对 牵连 相对 （4）做出C2点加速度多边形，如下： 图2-11 C2点加速度多边形 对C2进行列出方程式分析： 绝对 牵连 相对 由上式可以知道C2 加速度由三个加速度所合成。本章对搬运机的连杆机构进行了一些相关计算以及设计，做出了机构运动简图。并且对机构进行运动分析和对各点做出了速度与加速度多边形，最后列出方程求出了这些速度与加速度。3.1力分析 所谓力的分析，就是机械在运动过程中，其各构件上受到的力的作用。动态静力分析就是将惯性力视为一般外加于相应构建上的力，再按静力分析的方法进行分析。在图3-1中可知，杆1受到4个作用力和一个力矩，在力与力矩的作用下保持运动。机座产生的力为FR61，杆2对杆1产生反作用力FR12。如下为各杆的分析图： 图3-1 杆1受力图 图3-2 杆2受力图 图3-3 杆3受力图 图3-4 杆4受力图 图3-5杆5受力图 在对这些杆件的力分析后可以看出，每个杆件都存在外力距，才使得这些杆件处于平衡状态。并且受到多个力的作用。3.2动静态力分析A：构件1受力分析如下： M1=0 (YB-YA)*Fr21x+(XA-XB)*Fr21y+Mb=0 X=0 Fr61x-Fr21x=0 Y=0 Fr61y-Fr21x=0B:构件2受力分析如下： M2=0 (YB-YC)*Fr32x-(XB-XC)*Fr32y=0 X=0 Fr12x-Fr32x=0 Y=0 Fr12y-Fr32y=0C:构件3受力分析如下： M3=0 Fr23y*(XC-XD)-Fr23x*(YC-YD)-Fr43y* (XE-XD)+Fr43x*(YE-YD)-Fi3x*(Ys3-YD) +Fi3y(Xs3-XD)+Mi3=0 X=0 Fr23x-Fr43x+Fi3x+Fr63x=0 Y=0 Fr23y-Fr43y+Fi3y+Fr63y-G3=0D:构件4受力分析如下： M4=0 -Fr34x*(YE-YF)-Fr34y*(XE-XF)-Fi4y* (XF-Xs4)-Fi4x(Ys4-YF)+GD*(XF-Xs4)+Mi4=0 X=0 Fr34x+Fi4x-Fr54=0 Y=0 Fr34y+Fi4y+Fr54y-G4=0E：构件5受力分析如下： X=0 Fr45x+Fi5x-Pr=0 Y=0 Fr65y-Fr45y-G5=0 对各杆件受力分析可知，每个杆在X方向和Y方向上的合力都为零。外加力矩也为零，这就说明每个杆都处于平衡状态。3.3 小结本章节主要是对各杆件进行动态静力分析，通过力的分析可知每个杆件都处于平衡状态。作用力与反作用力总是相对的，同时产生，同时消失，大小相等，方向相反。最后就是对杆件上的力进行方程的计算，得出外力和外加力矩。 第五章飞轮设计5.1 飞轮设计的基本原理 机械在稳定运转过程中，其等效构件在稳定运转的一个周期内所受等效驱动力矩与平衡力矩。根据公式5-1计算： （5-1）5.2飞轮设计 设计时，应满足即 （5-2） 所以 （5-3）其中J 为系统中除飞轮以外其它运动构件的等效转动惯量。若，则 （5-4）若用平均转速n(r/min)取代平均角速度m，则有 （5-5）上式中，当与n 一定时，加大，下降，起到减小机械速度波动的作用，达到调速的目的。注意（1）不能过分追求机械运转速度的均匀性，因为取得很小，就会很大，会使飞轮过于笨重；（2）当与一定时，与n 的平方值成反比，所以为减小飞轮转动惯量，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。 第六章 结 论本文已经圆满完成了毕业设计的课题：一种摆动式搬运机的设计。设计的各个部分都能够满足机械的使用要求和性能要求，设计内容十分详实和丰富，充分体现了摆动式搬运机的功能特点。本文的主要的设计任务是对摆动式搬运机机构的运动分析以及动态静力分析，不仅运用到了力学还运用到了运动的学的知识。主要是对这个六杆机构进行分析以及设计，通过分析和主程序的输出结果我们可以知道这个摆动式搬运机运动比较平缓，功率较大，适合对一些较笨重的物体进行搬运工作。至此本设计的所有任务均已完成。参考文献1.“Mechanisms and Machine Theory” Ye Zhonghe, Lan Zhaohui, M.R.Smith, 2001.7“机械原理”2.CwMtx official website http:/www.xs4all.nl/hkuiper/cwmtx/cwmtx.html3机械原理课程设计指导书，罗洪田主编，高等教育出版社4机械原理，沈世得 徐学忠主编，机械工业出版社5MATLAB 基础及其应用教程 周开利 邓春晖 主编 北京大学出版社6.翁红俊；何志生，搬运车P. 中国专利:CN300867487,2008-12-31.7.阎春芳;物料搬运概述J;机械设计与制造;1982年06期8.王凤林;机械工厂物料搬运系统设计J;起重运输机械;1983年12期9.Wayne C.tumer,Carl B.Estes ,葛承基;物料搬运如何进一步节约能源J;起重运输机械;1982年01期10.张武光;流水生产线设备顺序的确定J;工程建设与设计;1983年03期11.王方智;物料搬运技术的发展J;起重运输机械;1984年07期12.须雷;物料搬运技术的发展趋势N;中国机电日报;2000年13.出版快讯 J. 机械工业标准化与质量, 2006.03 14.Zhang Jun. The nations largest tire handling machine bridge put into use N. China Construction News. 2007-03-06 (006)15.Continued Junjie. Handling machine safety devices J. Labor protection, 1986, (02)16.闫建岭;闫春山. 一种成品轮装卸升降支架 P. 中国专利:CN201914895U,2011-08-03. 谢辞本研究及学位论文是在胡云堂老师的认真指导下完成的，特别感谢胡老师在本设计的完成过程中给予的极大的支持和指导。在进行设计的过程中遇到了许多的难题，使设计的进程时间拉长了很大的距离，但是我在胡老师和许多我的老师及同学的帮助下逐渐的克服了这些难题，使我的毕业设计能够顺利的进行，在此特别向他们表示感谢和衷心的敬畏。在设计的进程中我多次和胡老师讨论设计的内容和出现的问题，胡老师都认真仔细的帮助我指导我，并且鼓励我，使我在设计过程中坚定了信心，拥有了动力。还要感谢的是学校的优秀的馆藏图书资源和数字图书资源，在设计的过程中多次登录图书馆的网站查询相关的论文资料，特别是CNKI数据库的优秀论文资源对本设计的内容提供了非常关键的指导作用。SpringLink的外文资源也给本设计的内容提供了丰富的外文资料，使设计的内容更多的吸收国外的优秀成果和先进的技术与理念。图书馆的无线网络资源也给设计工作给予了很大的帮助，使我随时可以通过网络查询自己需要的信息和资料。最后再次感谢所有帮助过我的老师和同学！第三章 传动系综合 图31 初步确定传动系统总体方案如图41所示。选择V带传动和二级减速器(锥齿轮-斜齿轮)。传动装置的总效率：0.940.980.980.980.990.867；为V带的效率，为轴承1的效率，为第一对轴承的效率，为第二对轴承的效率，为每对齿轮啮合传动的效率（齿轮为6级精度，稀油润滑）。一 电机的初步选择 电动机所需工作功率为： PdPw /38/0.86743.83kw。执行机构的曲柄转速为n114r/min，经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i124，一级圆锥齿轮减速器的传动比i2=24,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i318，则总传动比合理范围为i4128，电动机转速的可选范围为in（4128）11445614592r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y2280S6的三相异步电动机，额定功率为45kW，额定电流85.9A，满载转速n0980 r/min，同步转速1000r/min。传动装置的总传动比和传动比分配如下：(1)总传动比由选定的电动机满载转速n0和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为in0/n980/1148.6。(2)传动装置传动比分配 ii1i2式中i1，i2分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取i13.61，则减速器传动比为i2i/ i18.6/3.612.38。二 带传动的设计(1)确定计算功率 ，式中为工作情况系数， 为电机输出功率。(2)选择带型号 根据，查图初步选用型带。(3)选取带轮基准直径 查表选取小带轮基准直径，则大带轮基准直径,式中为带的滑动率，通常取（1%2%），查表后取。(4)验算带速V ，在m/s范围内，带充分发挥。(5)确定中心距和带的基准长度 在范围内，初定