机械原理设计.doc

Ap0808402 蔡伟劲 题目：手动起重机装置一、 方案设计（30分）任务描述（10分）该机构是用来提升重物的。主要起到省力方便的用途。大概可以提升的最大重量为100公斤。在这变速箱加上一条绳子和一个定滑轮就可以用来提升重物。起到起重机的作用。这起重机主要应用于农村里有些家庭在谷物收割后想把谷物弄到楼顶上，存放或晒干。又可以应用于农村在水井里打水。起到很大的方便作用。工作原理（10）当转动手轮带动减速箱，再游减速箱将力传送到滚筒，在滚筒接一条绳，绳子的另一头穿过一个定滑轮接到重物上。滚筒转时可以适当地伸长和收缩绳子。从而起到提升重物作用。相当于一个简单的起重机。机构简图、自由度计算（10分）由上图可知，n=3, pl=3, ph=2.F=3*n-(2*pl+ph) 代入数据得F=1一、 执行构件的运动设计和原动机选择（30分）执行构件运动设计（15分）该构件分两组设计：一、主动件组，即上图的右边齿轮和中间大齿轮组合。1）、按传动方案选用硬齿面直齿圆柱齿轮传动。2）、传动比选择上大约取i1=3 小齿轮的分度圆直径大约取100mm。大齿轮的分度圆直径大约取300mm。具体模数、齿数和各齿轮分度圆等参数还在计算中。二、 从动件组，即机构简图中左边齿轮和中间小齿轮组合。1）、按传动方案选用硬齿面直齿圆柱齿轮传动。2）、齿轮的传动比大约为i2=2小齿轮分度圆直径大约取130mm大齿轮分度圆直径大约取360mm具体模数、齿数和各齿轮分度圆等参数还没有最终决定。三、 滚筒的尺寸滚筒的直径大约为200mm。长度随意，一般不影响工作。源动件参数选择。本机构采用手动方式。利用力作用在手轮盘的手柄从而对轴心产生扭矩，带动齿轮转动。最终达到目的。手轮盘的直径大约为40cm（不含手柄，在计算时手柄可忽略）。机械的工作循环（10分）该构件工作时，每完成一次把重物提升上去都要返回，因为绳子的长度是有限的。所以不能连续工作，必须是一次一次来。效率相对有点低，但主要起省力的作用。由齿轮分度圆直径的参数大小求出最后滚筒的角速度W滚与手轮盘的角速度W手之比，即手轮盘转了一圈后滚筒转了几圈。从两齿轮组之间的传动比可知手/滚=i1*i2=2*3=6即手轮盘转6圈滚筒才转一圈。工作循环图如下：关键构件在若干时刻的速度图（10分）按照农村的房屋一般有两层来考虑，高度一般在7到8米。按该机构要把重物提升到9米计算。每提升一次重物大概需要15到20秒。按15秒计算。假设重物匀速上升。则，重物上升的速度V物=0.6m/s。由上面假设的参数。可知只要知道了某个机构的线速度或角速度其他机构的速度都可以求出。所以在这里就随意找了主动齿轮组来研究。如下图在上图中只要确定了就可以求出齿轮的速度v。和大齿轮的角速度2（R和r是已知的）。关键构件在若干时刻的加速度图（10分）在考虑加速度时本次只考虑主动齿轮组中的小齿轮。本机构的构件都是规则的圆周运动。所以构件的加速度分为切向和法向加速度，即at和an。而an=。而这里的切向加速度采用转动定律来求。加速度图如下：其中上图中的扭矩M是人施加在手轮盘上产生的，T为小齿轮带动大齿轮时受到的阻力。在手轮盘上假设人对手轮盘施加一个力F，由上文参数可知手轮盘的半径为200mm。则该轮盘对轴心产生的扭矩M=F*200。假设小齿轮的角加速度为。则由转动定律有：M-T*r=J 式中的J是小齿轮的转动惯量。J=*m*r2。其中m是小齿轮的质量，r是小齿轮的半径。由以上两式可求出小齿轮的角加速度即=2*（M-T*r）/(m*r2)又因为切向加速度at=*r。提高性内容（10分）机械的效率计算假设所要提升的重物为m=100公斤，按g=10N/kg算。重物由绳子通过定滑轮连接到滚筒上，则滚筒转动时受到的阻力为G=1000N。假设重物按一定速度匀速上升，忽略一些无法估算的摩擦，即认为齿轮和滚筒转动时没有受到摩擦力的作用。按照该变速箱的传动比和物体的受力或受的扭矩平衡。而扭矩做的功表达式有W=M*，是在扭矩M的作用下转过的角度。由上面的工作循环图可知滚筒转