天津理工大学麦秸打包机设计

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：麦秸打包机机构及传动装置设计设 计 者：王悦学 号：20110417专业班级：11-机械9指导教师：滕献银完成日期：2013年11月25日 天津理工大学机械工程学院- 37 -目 录一 设计题目 1.1 设计目的21.2 设计题目21.3 设计条件及设计要求31.4 设计任务3二 执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解 4 2.2 方案选择与分析42.3执行机构运动分析122.4执行机构设计17三 传动系统方案设计3.1传动方案设计213.2电动机的选择223.3传动装置的总传动比和各级传动比分配243.4传动装置的运动和动力参数计算25四 设计小结 27五 参考文献 28一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术数据诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算，是机械产品设计的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目麦秸打包机机构及传动装置设计人工将麦秸挑到料仓上方，撞板B上下运动（不一定是直线运动）将麦秸喂入料仓，滑块A在导轨上水平往复运动，将麦秸向料仓前部推挤。每隔一定时间往料仓中放入一块木板，木版的两面都切出两道水平凹槽。这样，麦秸将被分隔在两块木版之间并被挤压成长方形。从料仓侧面留出的空隙中将两根弯成型的铁丝穿过两块木版凹槽留出的空洞，在料仓的另一侧将铁丝绞接起来，麦秸即被打包，随后则被推出料仓。打包机由电动机驱动，经传动装置减速，再通过适当的机构实现滑块和撞板的运动。传动装置方案建议：带传动+二级圆柱斜齿轮减速器；打包机由电动机驱动，经传动装置减速，再通过适当的机构实现滑块和撞板的运动。1.3设计条件及设计要求执行构件的位置和运动尺寸如图所示，当滑块处于极限位置A1和A2时，撞板分别处于极限位置B1和B2 ，依靠重力将麦秸喂入料仓。一个工作循环所需时间为T（秒），打包机机构的输入轴转矩为M。其余尺寸见下表：方案号 12345678910分配轴转速n(r/min) n)n(r/min)nnnn)n(r/min)90909072727260606060分配轴输入功率P（kw)2.01.81.61.61.51.41.31.251.21.15l1 (mm)300320300320300320300320300320l2 (mm)400420400420400420400420400420l3 (mm)250260260270260270250270260270l4 (mm)800900820900840900820900860900l5 (mm)200210200210200210200210200210l6 (mm)600650600650600630600650620630说明和要求：（1） 工作条件：一班制，田间作业，每年使用二个月；（2） 使用年限：六年；（3） 生产批量：小批量试生产（十台）；（4） 分配轴转速n的允许误差为5%之内；（5） 分配轴 ：与减速器输出轴(联轴器处)相连接（各执行机构的输入轴）。1.4设计任务1、执行机构设计及分析1） 执行机构的选型及其组合2） 拟定执行机构方案，并画出机械传动系统方案示意图3） 画出执行机构的运动循环图4） 执行机构尺寸设计，画出总体机构方案图，确定其基本参数、标明主要尺寸5） 画出执行机构运动简图6） 对执行机构进行运动分析2、传动装置设计（1） 选择电动机（2） 计算总传动比，并分配传动比（3） 计算各轴的运动和动力参数3、撰写课程设计说明书二、执行机构运动方案设计 2.1功能分解与工艺动作分解 1)功能分解 为了实现打包机打包的总功能，将功能分解为：滑块的左右运动，撞板的上下运动。 2)工艺动作过程 要实现上述分功能，有下列工艺动作过程： (1)滑块向前移动，将草杆向右推。 (2)滑块快速向左移动同时撞板向下运动，将草杆打包。 (3)当撞板向下移动到最大位移处时，滑块也将再次准备向右移动，至此，此机构完成了一个运动循环。2.2 方案选择与分析1) 滑块水平移动机构的方案选择 方案一F=3*3-2*4=1机构分析：能满足运动，工作平稳性一般，磨损一般，结构简单加工方便，成本低，运动尺寸小。方案二F=3*5-2*7=1机构分析：能满足运动，工作平稳性一般，构简单加工方便，运动尺寸小。方案三F=3*5-2*7=1机构分析：能满足运动，结构一般，运动平稳，工艺简单，成本一般。方案四F=3*5-2*7=1机构分析：工作平稳性一般，效率较高，运动尺寸大。方案五F=3*2-2*2-1*1=1结构分析：能够满足运动，有冲击，磨损剧烈，结构较复杂，加工安装难度较高。方案六F=3*3-2*3-1*2=1机构分析：运动平稳，易磨损，结构复杂度一般，加工难度大，成本高。 方案七 F=3*5-2*7=1机构分析：能够满足运动，运动平稳，效率高，结构一般。方案八F=3*5-2*7=1机构分析：曲柄滑块为低副的移动副，结构简单易加工。方案九机构分析：能够满足运动,磨损一般，效率较高，机构简单，成本高，运动尺寸较小。方案十F=3*7-2*10=1机构分析：能够满足运动，运动平稳，效率高，结构复杂，增力强。2).撞板下压机构方案选择方案一F=3*3-2*4=1机构分析：能够满足运动，结构简单，加工安装方便，运动平稳性良好。方案二F=3*5-2*7=1机构分析：能够满足运动，运动尺寸小，结构安装容易。方案三F=3*3-2*4=1机构分析：机构简单，运行平稳，运动尺寸大，效率高。方案四F=3*5-2*7=1机构分析：六面杆机构，有增力，平稳性一般，。方案五F=3*5-2*7=1机构分析：能够满足运动，平稳性一般，结构简单加工安装方便，有增力。方案六F=3*5-2*7=1机构分析：能够满足运动，运动稳定性一般，效率高。方案七 F=3*5-2*7=1机构分析：能够满足运动，运动平稳性一般。方案八F=3*5-2*7=1机构分析：运动效率较高，复杂性较大，加工难度一般，成本一般。方案九F=3*3-2*4=1机构分析：能够满足运动，运动平稳，结构简单，成本低。方案十 机构分析：运动效率高，复杂性一般，加工较难，成本较高，运动尺寸较大。方案十一F=3*3-2*4=1机构分析：曲柄带动滑块运动再使物块运动，运动平稳，结构简单，成本低。 方案十二：F=3*3-2*4=1 机构分析：能够满足运动，运动平稳性一般。 方案十三：F=3*2-2*2-1*1=1机构分析：能够满足运动，运动稳定性一般，易磨损。方案十四：F=3*5-2*7=1 机构分析：能够满足运动，运动平稳性一般。2.3 执行机构运动分析机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件统一控制。在选择方案时还需要进行非机械行业的综合考虑，例如机械的市场创新性，市场前瞻性，再开发性等各种各样的因素，这样会大大提高机械的价值和生命期。通过对上述方案的拼装和组合，和多方因素的考虑，由此可以设计出以下组合方案以供选择。方案一F=3*5-2*7=1机构分析：此机构能满足运动，装配难度低且占用空间小，结构简单，成本低。 方案二曲柄滑块机构：F=3*5-2*7=1偏心轮肘节机构: F=3*3-2*4=1两个带轮连接的带传动，所以机构整体的k=1机构分析：此机构由一个曲柄滑块机构及偏心轮肘节机构组成，能够保证运动的同步，运用两种连杆机构配合两个整转副完成打包机所需要的运动，其传动性能好效率高增力较强是此种方案的优点，但是这种机构结构相对复杂，占用空间大。方案三F=3*7-2*10=1机构分析：此机构左端的曲柄摇杆机构的摇杆为复合杆，在曲柄工作时摇将动力输出给左右运动的滑块，滑块又将动力通过正弦机构传给上下运动的滑块，从而完成打包机所需要的运动，有较好的同步性，但设计较困难。方案四F=3*7-2*10=1机构分析：此机构由刨床主体机构和肘节机构组成，能够保证运动的同步，运用两种连杆机构配合运动，其传动性能好效率高增力大是此种方案的优点，但是这种机构结构相对复杂，占用空间大。方案五F=3*7-2*10=1机构分析：此机构由复合杆机构组成，能够保证运动的同步。方案六F=3*7-2*10=1机构分析：动力传输由连杆传输，使得滑块实现水平运动，可以传递较大的动力，运动平稳性一般，低副元素几何形状简单易于加工，且价格低廉。方案七 F=3*8-2*11-1*1=1 机构分析：动力由凸轮输入，通过连杆传动给水平构件和竖直构件，结构紧凑 且简单，磨损较剧烈。 综上选择方案二。2.4执行机构设计1.执行机构设计执行机构分别为:曲柄滑块机构：水平偏心轮肘节机构：竖直滑块左右运动冲压机构的设计:曲柄滑块机构设计滑块上下运动冲压机构的设计: 偏心轮肘节机构设计 机构运动循环图 设计方法：曲柄滑块机构设计-图解法偏心轮肘节机构设计-图解法2.机构尺寸设计（1）水平机构设计1.偏置曲柄滑块机构计算 已知滑梁行程S=800mm ,行程速比系数k=1.2(=180(k-1)/(k+1)= 180(1.2-1)/ (1.2+1)=16)。2.作图 过C1NC1C2。再过C2作C1C2M=90-=74,C1N和C2M交于P。最后以C2P为直径作圆，则此圆周上任意一点与C1、C2连线夹角均为 =16。在圆周上任取曲柄转动中心A，由图可知，曲柄与连杆重叠共线和拉直共线的2个位置AC1和AC2。则: AC1=B1C1-AB1 AC2=AB2+B2C2解得：AB1=（AC2-AC1）/2=C2E/2（线段C2E可由以A为圆心，AC1为半径作弧与AC2交点E求得）。经测量得： AB1=376mm B1C1=1024mm e=320mm3. 最小传动角位置如图可知，min=47=40结论：此机构具有良好的传力性能。4. 类曲柄滑块机构仿真 运动示意图 位移图线 速度图线 加速度图线 曲柄滑块机构运动仿真（2） 竖直机构设计1.已知行程为600mm，摆动角为40，k为1.2，可推得摇杆长为1282mm，极位夹角为162.作图（1）作出已知, 任选一点 D, 用直线命令作出 C1D = C2D = 1282mm , C 1 DC2 =40（2） 作辅助圆 Z1 ,用捕捉命令、 构造线命令作出 C1C2P, 使C1PC2 = 16PC2C1 = 90 用圆命令捕捉 C 1 、 C 2 、 P 三点作出辅助圆 Z1;（3）作辅助圆 Z2 与 Z 3, 利用捕捉命令、 构造线命令作出 DE, 使 E 点位于 C1C2 弧的中点, 用圆命令捕捉 E 点为圆心, 捕捉 E 点, 以 EC1 为半径作辅助圆 Z2 ; 捕捉 C2 点为圆心, 作半径 = 2 A B = 2376 = 752 m m 的辅助圆 Z3, 两圆交点于 F ;（4）确定 A 点: 用捕捉 C2、 F 两点作直线, 并用延长线命令使其交辅助圆 Z1 于 A 点为所求;（5）量取各杆长度, 如图 BC = A C2AB=1664mm ; 机架AD=1476mm3.最小传动角的位置 如图可知，1=41=40结论：此机构具有良好的传力性能。 4.摇杆机构仿真 运动示意图 位移图线 速度图线 加速度图线 曲柄摇杆机构运动仿真 最终方案设计图三、传动系统方案设计3.1传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为：原动机 传动系统(装置) 工作机（执行机构）原动机：Y系列三相异步电动机；传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有超载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始资料：已知工作机（执行机构原动件）主轴：分配轴转速nw(r/min) ：nw=90（r/min）分配轴输入功率P（kw)：2.0（kw)3.2电动机的选择1） 选择电动机类型按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2） 选择电动机容量a工作轴输出功率 : PW=2.0（kw) 注：工作轴执行机构原动件轴。b所需电动机的功率：Pd= PW /aa-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联 查表可得：对于V带传动: 带 =0.96 对于8级精度的一般齿轮传动：齿轮=0.97对于一对滚动轴承：轴承 =0.99对于弹性联轴器：联轴器=0.99则 a =带轴承3齿轮2联=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=2.0/0.868=2.30 kw查各种传动的合理传动比范围值得：V带传动常用传动比范围为 i带=24，单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=35，则电动机转速可选范围为nd=i带 i齿2nw=(24)( 35)2 nw=（18 100 ）nw=(18100)90=16209000 r/min 符合这一转速范围的同步转速只有3000r/min 2级，查表选Y100L-2。 Y100L-2电动机资料如下: 额定功率：3 kw 满载转速：n满=2880 r/min同步转速：3000 r/min3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配1传动装置的总传动比i总= n满/ nW =2880/90= 322 分配各级传动比为避免大带轮直径过大,取i12=2.8；则减速器的总传动比为 i减=i总/2.8=32/2.8=11.4对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =11.4id =2.96ig=1.3id=1.32.96=3.848 注：ig -高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；3.4传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速：电机轴：n电= 2880 r/min轴 n= n电/i带=2880/2.8=1028.57 r/min轴 n= n/ ig=1028.57/3.848=267.15r/min轴 n=n/ id =267.15/2.96=90.25 r/min 计算各轴的输入和输出功率：轴： 输入功率 P= Pd带=2.30 0.96=2.208 kw 输出功率 P= 2.208轴承=1.8050.99=2.186 kw轴： 输入功率 P=2.186齿轮=2.1860.97=2.120 kw 输出功率 P= 2.120轴承=2.1200.99=2.099 kw轴 输入功率 P=2.099齿轮=2.0990.97=2.036 kw 输出功率 P= 2.036 轴承=2.036 0.99= 2.016 kw计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551062.30/2880=7.6103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.208/1028.57= 20.5103Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.186/1028.57= 20.3 103Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.120/267.15= 75.8103Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.099/267.15=75.0103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.036/90.25=215.4 103Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.016/90.25=213.3103 Nmm 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率p/kw转矩T ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴2.307.610328802.80.95轴2.2082.18620.510320.31031028.574.720.96轴2.1202.09975.810375.0103267.153.630.96轴2.0362.016215.4103213.310390.25 四、设计小结这次课程设计，我拿到的题目是麦秸打包机。其实麦秸打包机的两种运动就是运用机械原理课上所学过的各种机构来实现的。针对这次的设计任务所出的题目定制计划，我首先上网收集资料，通过资料启发灵感并设计方案，并通过筛选和优化确定最终方案和最终方案的参数。然后为最终方案的运动分析设计程序，并进行程序的开发和方案的运动分析，接下来对方案进行实体造型仿真，将仿真结果以动画形式输出，最后整理资料编写设计说明书，完成设计任务。在这次设计任务中，我确实遇到了许多自己无法解决的问题，不