HD200多向运动混合机的设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321湘潭大学兴湘学院毕业论文题 目： HD200多向运动混合机的设计学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 号： 2007964229 姓 名： 李 祚 智 指导教师： 文 美 纯 完成日期： 2011年6月 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： HD200多向运动混合机的设计及运动仿真 学号：2007964229 姓名：李祚智 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师： 文美纯 系主任： 周友行 一、主要内容及基本要求 1、结构分析与设计 主要是对HD200型多向运动混合机的运动结构进行分析与设计； 2、6R机构的运动分析； 3、设计图纸HD200多向运动混合机图纸折合成0图纸一张；1图纸一张；3图纸4张； 4、说明书 要求8000字以上，要求有传动系统设计和主要零部件的设计的详细过； 5、外文翻译（包含原文） 原文要求7000字符以上，中文翻译要求通顺。 二、重点研究的问题 1、HD200多向运动混合机的传动方案的设计； 2、6R机构的运动分析； 三、主要技术指标 1、混合桶容积200L；最大装料容积160L；最大装料重量100kg；整机重量800kg； 2、 电机功率2.2kw ; 电机转速1430r/min； 3、外形尺寸180014001600； 4、工作速度：12r/min 5、工作寿命：10年。 四、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1资料调研第34周2结构原理研究分析第5周3结构设计及控制系统的研究设计第614周4翻译和整理说明书第15周5答辩第16周五、应收集的资料及主要参考文献1孙恒陈作模主编机械原理第六版北京高等教育出版社2000 2张启新编著空间机构的分析与综合北京机械工业出版社1984 3 秦长海、夏素民、白乔、杨方飞等编著 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版范例教程北京:清华大学出版社,2007 4纪名刚主编机械设计（第七版）北京高等教育出版社2001 5徐灏主编机械设计手册第四卷北京机械工业出版社1991 6 陈志平，章序文，林文华等编著搅拌与混合设备选用手册北京：化学工出版社，2004 7徐学林主编互换性与测量技术基础湖南大学出版社2008 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号2007964229 姓名 李祚智 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目：HD200多向运动混合机的设计及运动仿真 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价 选题符合培养目标，基本达到综合训练的目的，难度、分量适当，具有查阅文献、综合归纳资料的能力和计算机应用能力图纸基本符合国家标准，说明书内容完整，建议成绩中等。评阅人： 年 月湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号：2007964229 姓名：李祚智 专业：机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 51 页 图 表 18 张 论文（设计）题目： HD200多向运动混合机的设计及运动仿真 内容提要： HD200多向运动混合机广泛用于医药、食品、轻工业等行业，能在三维空间实现回转、平移、翻转等复杂运动是一种高效的混合设备。在该设计任务书中，我综合分析了该混合机的空间运动结构，并对该混合机传动系统进行了详细的说明计算，同时用Proe软件对空间6杆机构进行运动仿真，最后绘制出该混合机的装配图和各主要零件的零件图，完成设计说明书的编写。指导教师评语 李祚智同学在毕业设计中表现出基本知识与基本技能掌握一般，能够运用CAD 技术和机械设计基本知识、完成毕业设计任务书上规定的任务。 设计方案基本可行，图样基本符合国家标准，图面质量一般，说明书内容较完整，工作态度较认真，同意答辩。建议毕业设计成绩为中等。 指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日目 录摘要IAbstract.II第一章 概述8第二章 传动系统的设计82.1传动方案的设计82.2带轮传动的设计102.3第一级齿轮传动的设计122.5链轮传动的设计19第三章 部分轴的设计213.1轴的设计213.2轴的设计243.3轴的设计27第四章其他零件的设计28第五章 执行机构的运动分析以及Solid Edge仿真295.1.空间六杆机构的分析295.2. Solid Edge运动仿真32设计心得35致 谢36附录 译文与原文37 HD200多向运动混合机的设计及运动仿真摘要：HD200多向运动混合机广泛应用于医药、食品、轻工业等行业，能在三维空间实现回转、平移、翻转等复杂运动，是一种高效的混合设备。在该设计任务书中，我综合分析了该混合机的空间运动结构，并对该混合机传动系统进行了详细的说明计算，同时用Proe软件对空间6杆机构进行运动仿真，最后绘制出该混合机的装配图和各主要零件的零件图。关键词：混合机 传动系统 Proe 空间6杆机构 运动仿真HD200 multi-sport mixer to the design and simulationAbstract: HD 200multi-sport mixer widely used in medicine ,food and light industries, can realize rotary, translation, roller and some other complex sports in the three-dimensional. Its a highly efficient hybrid device. In this design of the assignment, I have analyzed the HD200 mixer of more space to the sports movement mixer structure comprehensively, and the mixer containing a detailed description of transmission, while using Proe to imitate the 6R outfit of mixer. At last, I drew a assembly map and all the major parts maps of this mixer.Key words: mixer transmission system Proe 6R outfit SimulationII第一章 概述多向混合机广泛应用于化工、医药、食品、粉末冶金、涂料、电子、军工、材料等粉体混合领域。粉体混合的质量有时在生产过程中起着关键的作用,例如在化工生产中，均匀的粉体混合为反应创造良好条件；在医药固体制剂的生产中,极微量的药效成分与大量增量剂混合的均匀水平直接影响着药的质量；在粉末冶金中各种不同成分的混合均匀水平影响着材料的强度。混合设备的发展直接影响着粉体混合单元操作的效果。随着纳米技术的发展,粉体混合更显示出它的重要性。第二章 传动系统的设计2.1传动方案的设计2.1.1选用传动方案根据混合机的功能要求，考虑题设功能参数及约束条件，可构思出一系列传动方案，经初步淘汰，现列举两种传动方案。方案一：传动系统示意图如2.1所示。(a)(b)图2.1 方案一 传动系统示意图 其中，图2.1（b）为、轴的展开图，其空间位置可由图2.1（a）看出。传动链由电动机经V带传动、两级齿轮传动再通过链传动传至轴。方案二：传动方案示意图如2.2所示（a） （b）图2.2 方案二 传动示意图 方案一和方案二均能满足HD200多向混合机的功能要求，但方案一与方案二相比有结构紧凑，传动平稳，传动效率高，成本低等优点，故最终选用方案一。2.1.2计算总传动比及分配各级传动比传动装置的总传动比为由于拟采用带传动和两级齿轮传动以及链轮传动减速，按1表1-8的推荐范围，初定i1=3.4, i2=3.4, i3=2.9, i4=3.62.1.3计算传动装置的运动和动力参数从电机到执行机构有四轴依次为、轴，则1)各轴转速： 2)各轴功率：由1表1-7查得各轴之间的传动效率为：m=0.95, =0.99， =0.99,=0.97故 P=Pmm=2.20.95=2.09kw； P=P=2.090.99=2.07kw；P= P=2.070.99=2.05kw；P= P=2.050.97=1.99kw2.2带轮传动的设计1.确定计算功率Pca由2中表8-7查得工作情况系数KA=1.1，故 Pca=KAPm=1.12.2kw=2.42kw2.选择V带的带型根据计算功率和小带轮转速由图8-11选用A型。3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v1)初选小带轮基准直径dd1。根据V带的带型，由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径dd1=75mm。2)验算带速v。按式（8-13）验算带的速度 因为5m/sv0.07d，取h5mm，则轴环处的直径为55mm，轴宽度b1.4h，取b为12 mm。 3）考虑齿轮与箱体不发生干涉，取小齿轮3 距箱体内壁的距离S3 为8 mm，大齿轮2 距箱体内壁的距离S2 为12。考虑到箱体的铸造误差，轴承内表面与箱体内壁之间的距离c都取10mm。轴各段的长度和直径均已确定。 （3）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用圆头普通平键联接。按安装齿轮处直径45mm，查得平键截面bh149（mm），参照键长度系列，齿轮II 上的平键长为40mm，齿轮III上的平键长为70mm，选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/r6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，选取轴此段的尺寸公差为k6。 （4） 确定轴上的圆角和倒角尺寸 轴端倒角为，有圆角处圆角为均为R2 。图3.5轴计算简图图中L1=174.5mm，L2=87.5mm，L3=70mm Fr2=840N，Ft2=2310N，Fr1=1873.8N，Ft1=5148.2N图3.6 轴的载荷分析图从轴的结构图以及图4.4中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的MH、MV及M的值列于下表（参看上图）表3.2载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=107.43N, FNH2=2730.8NFNV1=876.9N, FNV2=1836.9N弯矩MMH=212897NmmMV=143292.9Nmm总弯矩扭矩TT=2.883105Nmm4.校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得-1=60Mpa。因此ca-1，故安全。3.3轴的设计1. 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。取A0=112则2.轴的结构设计轴的结构如下图:图3.7 轴3轴的强度校核 经计算轴满足强度要求，故此轴安全（计算过程可参看轴轴）。 第四章其他零件的设计 HD200多向运动混合机由机座、驱动系统、万向摇臂机构、独特形状混料桶等部件组成。机座： 该机机座由型钢制成，外覆不锈钢面板。机座结构合理，能有效地稳定整机。万向摇臂机构： 为了使混料桶能在立体三维空间做复杂的平移、转动、摇滚运动，该机设计了一对摇臂。万向摇臂机构采用全不锈钢材料，并经镜面抛光，造型美观。混合桶： 本机混合桶置于两个空间交叉又相互垂直，分别由Y型万向摇臂连接的主、从动轴间。混合桶由桶身、正锥台进料端、出料端及密封装置组成。混合桶采用优质不锈钢精制，其内壁及外壁经镜面抛光处理。桶体气密性好，平滑光洁无死角、无残留、易清洗。 第五章 执行机构的运动分析以及Solid Edge仿真 5.1.空间六杆机构的分析 HD200多向运动混合机的执行机构采用的是特殊的6R机构。，下图为标有坐标系的机构简图，这种6R机构所以具有一个自由度是由于存在下列的结构特点：两个连架转动副的轴线互相平行而其余相邻转动副的轴线均互相垂直，并且BC=CD=DE= BE= L .构件0和与构件5之间的转动副可变换为平面副，0与5之间无轴向运动.其特殊位置关系使该六杆机构的自由度为1，具体可通过设输入角，则待分析的运动参数（输出角）、。利用余弦矩阵，可得他们与输入角之间的关系， 该特殊6R机构确实是具有一个自由度的空间六杆机构。这种特殊的6R机构的闭合约束数，此即表示机构具有一个过约束（）。可以认为，这个过约束发生在构件5和固定件0组成的转动副处。经推算得出结论，构件5和机架之间的圆柱副可转换成转动副。图 2-19该特殊的6R空间结构，使物料在混合过程中除了被抛落颠倒、平移外还做翻转运动，使物料在无离心力作用下进行混合，从而避免了不同密度的物料产生偏析和积聚现象。 我所设计的HD400混合机的执行机构示意原理图如下：图 2-20 HD 200 多向运动混合机的执行机构1轴承座 2机架 3从动轴 4右摇臂 5混合筒 6左摇臂 7主动轴当主动轴以等角速度旋转（取其角位移作为自变量）时，其余各相邻连杆的角速度可分别按以下各式计算。 从动轴的角速度 左摆叉的角速度 料筒相对左摆叉的角速度料筒的瞬时角速度 由以上诸式很容易得出结论，并可绘制角速度的变化曲线，图 2-21 角速度变化曲线图从而很明显地看出，和曲线的变化都要经历从负到正或从正到负范围，亦即表明摆叉的摆动和料筒的翻滚均是可倒置（可逆）的，这对于加速物料的混合和提高混合精度都市极为有利的。5.2. Solid Edge运动仿真 Solid Edge由Microsoft Windows操作系统平台开发而成.Solid Edge借助于所有Windows功能以提高工程设计工作效率，减少学习难度，降低培训成本和管理费用。Solid Edge与MicrosoftOffice98互相兼容，支持Windows OLE技术。确保Solid Edge界面与Windows软件相似，而且与大家熟悉的Windows字处理，电子表格，数据库，演示以及电子邮件等软件能很好地一起协同工作，并且能与其他支持OLE的软件系统集成。Solid Edge是Velocity系列产品的核心组件，它也是UGS公司全面可升级的、行业领先的产品生命周期管理（PLM）产品家族的组成部分。Solid Edge 是EDS PLM系统的一个分支，具有极佳的可扩展性，能与Unigraphics NX无缝集成。同时内置的Insight数据管理功能，将设计与管理融为一体，帮助设计者有序、高效地管理产品数据。“运动仿真（Motion）”是Solid Edge 装配环境内一个独立的功能环境。用于设计零件的运动方式，分析运动的轨迹，检查零件的干涉情况，并且能够输出模拟的运动动画。设计“运动仿真”所需的过程分为三个阶段：生成运动模型阶段：“运动模型”指使用装配关系将单个零件装配成机械装配件，装配关系定义了零件间如何进行相对运动；而添加其他特定于“运动模型”的实体将定义装配件运动的方式。运动模拟阶段：在此阶段中，“运动模型”被分解为一系列的数学方程式，由“运动解算器（Motion Solver）”进行解算。解算器使用的“牛顿运动定律”计算每个零件的位移，并将得到的数值将显示在“结果查看器（Results Viewer）”中。查看结果阶段：在此阶段中模拟过程的结果将以各种可见的形式显示或者生成动画效果，以便查看、演示装配件的运动特性。根据特殊6R机构，根据实际情况，计算后取得所设计的BC=CD=DE= =627mm，BE= L=1086 mm 进行Solid Edge 运动仿真。图 2-22 仿真截图（1）图 2-23 仿真截图（2）图 2-24 仿真截 设计心得 大学毕业设计很快就要结束了，一个学期以来，虽然辛苦，但大家都有了很大的收获。现将自己的得失总结于下： 一、毕业设计涉及的面广，为我们锻炼各方面能力提供了很好的机会。整个毕业设计下来，我对机械涉及的机械设计、机械原理、材料力学、工程图学等知识有了更加全面的理解和掌握。二、通过本次课程的学习，我锻炼了自己分析问题的能力，对工程实际也有了一定的了解，掌握了一般零件设计的方法和步骤。三、在CAD绘图、分析计算、查取资料等机械设计基本技能有了长足的进步，对机械专业的理解也更深了一个层次。四、机械设计并不像想象中的那样简单，它需要人有全面的知识，并且要有足够的经验，耐心和细致。在制图方面更是如此，对于线形、尺寸标注、公差选取和标注都需要我们付出很大的努力来做，作完了这一系列的事情，确实让人有很大的提高。五、当然，在毕业设计期间也出现了一些问题和不足，主要表现在： 1. 设计经验不足，在结构尺寸的选取上有些吃力，经常要返工，不能一次选对，对整个结构的把握有所欠缺。2. 整个装配图的绘制比较繁琐，显示了自己在工程制图上的不足，这方面还需再多加训练，提高水平。3. 对一些标准件的选用还不是很有把握，很多时候都是保守地选用，造成了一定的资源浪费。致 谢 本设计是在文美纯老师的悉心指导下完成的。文老师那渊博的知识令我深深佩服；那严谨的治学态度令我受益终身。老师对科学前沿敏锐的洞察力和不畏艰难的坚强毅力，给我留下了深刻的印象。老师的谆谆教诲和鼓励，学生将铭记终身。在此向我的毕业设计指导老师文老师表示最深的谢意！感谢所有帮助过我的老师和同学们！感谢我的家人和所有关心我的朋友所给予的鼓励和支持！ 李祚智 2011年6月附录 译文与原文齿形带传动装置在不同角速度下的研究摘要：齿形带传动装置，广泛应用于凸轮轴内燃机的定时传输。用数值模拟研究过定时皮带传动的行为。在广泛的角速度范围内讨论皮带和皮带伸张器（传动带张紧装置）行为之间的力变化的问题。皮带张力器的刚度变化和个中张力器的阻尼情况的影响都被考虑。优化皮带张力器的刚度变化和阻尼是可行的。关键词：同步带，数值模拟，拉紧器刚度和阻尼。1.介绍 齿形带传动通常用于驱动汽车发动机凸轮轴。由于结构和制造要求的限制，滑轮轴需要固定的，使用一个皮带张力器是必要的。张紧弹簧的刚度和阻尼保的选择是一个现实而重要的问题。考虑一个给定的传动装置（同步带式）的布局，通过很好的选择张紧弹簧刚度和阻尼系数，机械问题可以得到解决。在本文中，提出了刚度和阻尼系数带变化的影响。2. 所研究的传输模型 变压吸附DV4发动机定时传输模型如图一所示图1所示。 的HTD同步带轮齿齿廓连接六轮，即：（1）曲轴皮带轮；（2）导轮；（3）凸轮轴皮带轮；（4）注射泵轮；（5）涨紧轮；（ 6）水泵皮带轮。传输驱动因素是曲轴皮带轮，其有一个给定的角速度。该模型的整体特征在文献4中给出。仿真模型理论基础，也在文献3中给出。图1 DV4发动机的皮带张紧装置图2 皮带张紧=装置的模型皮带张紧装置的模型如图2所示。更多的细节能在文献1中找到。皮带张紧装置的动力学方程式和力矩平衡方程式是： （1）其中：s-扭转刚度 k-等效粘度的阻尼； -l拉紧臂的角度方向； Fres-滑轮轴承的合力； F-合力的角度方向； r-支点“A”的半径范围； -支点“A”的摩擦系数。 以前的模拟表明，摩擦力的影响可以忽略不计2b。因此，由摩擦引起的阻尼不包括在这些数值模拟中。 3. 模拟 实现了数值模拟，以用来研究在不同角速度下带力的变化。曲轴角速度由800 rpm增加，至4800 rpm，通过每步100转的速度实现。把计算所得的数据画在一个坐标平面上，其中一跟水平轴表示转速的值，另外一根水平轴表示曲轴转角值。垂直轴给出了研究数量（图3），例如这里显示在曲轴的带力在皮带张紧时的跨度。首先，用计算模拟没有阻尼的皮带伸张器，皮带伸张器的刚度是5Nm/rad。可以看出，随着角速度的变动，振动是如何增加和消失。首先谐波在角速度非常低时出现，共振频率2700转附近出现。然后，振幅减少和消失。另一个谐波出相同的角速度现在，角速度增加时其变的越来越重要（图3）。最高点在最高角速度（4800 rpm）下获得。也显示了振幅是双向增加的：最大值不仅是最高点，最小值也是最低点。图3在曲轴紧张跨度内的带力，无阻尼（同一个水平面上两个变量）在400rpm以上时，皮带宽力的最大值可以高于1000N。改变皮带伸张器的弹簧刚度值是为了尽量降低皮带宽度了。首先，当到达2.5N/rad时，弹簧刚度下