铸造车间振动筛砂机设计【4张图/19200字】【优秀机械毕业设计论文】
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铸造
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说明书一份,49页,19200字左右.
图纸共4张,如下所示
A0-筛沙机.dwg
A0-减速器.dwg
A0-机座.dwg
A0-机盖.dwg
摘要
本文简要介绍了振动筛砂机的结构和特点，给出了振动筛砂机的设计，并对连杆的设计和传动系统运动方案要点进行了简要说明。本文重点介绍了振动筛砂机各部分设计和校核。
本设计主要内容分为三大部分：
1. 传动系统运动方案设计
2. 减速器机构设计
3. 工作机构的设计
主要设计传动系统运动方案和工作机构，确定了涡轮涡杆传动的各主要参数，对驱动机构中的各部件进行了选型,设计,校核。
本设计的主要特点是：节省投资，控制方便。
关键词 传动系统；连杆机构；运动和动力分析；涡轮蜗杆减速器
Abstract
This paper introduces the sand-shaker of the structure and characteristics of the shaker is the design of sand, and link the design and transmission system for a sports programme elements summary statement. This article focuses on the shaker machine sand all parts of the design and verification.
The design of the main content is divided into three parts:
1. Transmission System Design Movement
2. Reducer Design
3. The design work
The main drive system design work and sports programmes, identified turbo-drive vortex of the main parameters of the drive mechanism in various parts of the selection, design, check.
The design of the main features are: saving investment, convenient control.
Keywords Transmission linkage movement Linkage mechanism Kinematics and dynamics Analysis retarder
目 录
1 绪论 1
1.1 背景介绍 1
1.2方案比较 1
1.3设计方案综述 2
2传动方案设计 3
2.1 传动方案对比分析 3
3连杆机构的设计 5
3.1连杆机构的特点 5
3.2连杆机构的选择 5
3.3平面四连杆机构有曲柄的条件 6
3.4.1铰点位置和曲柄长度的设计 7
3.4.2曲柄摇杆机构的设计 7
4 机构的运动和动力分析 9
4.1概述 9
4.2用矢量方程图解法作平面连杆机构的速度和加速度分析 9
4.2.1绘制机构运动简图 9
4.2.2作速度分析 9
4.3作加速度分析 10
4.4用矢量方程图解法作平面连杆机构的动态静力分析 12
4.4.1对机构进行运动分析 12
4.4.2确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 12
4.4.3机构的动态静力分析 13
5杆件的设计 18
5.1杆件的类型 18
5.2 钢材和截面的选择 18
5.3杆件间的联结 18
5.3.1剪切强度计算 18
5.3.2挤压强度计算 19
5.3.3稳定性的校核 20
6 减速器的设计 21
6.1电动机的选择 21
6.1.1选择电动机类型和机构形式 21
6.1.2 功率的计算 21
6.1.3电动机功率计算 21
6.1.4确定电动机转速 22
6.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 23
6.2.1 总传动比 23
6.3 计算传动装置的运动和动力参数 23
6.3.1各轴转速 24
6.3.2各轴输入功率 24
6.3.3各轴输入转矩 24
6.4 减速器结构的设计 24
6.4.1机体结构 24
6.4.2铸铁减速器机体的结构尺寸 24
6.5 传动零件的设计计算 25
6.5.1减速器外传动零件的设计 25
6.5.2减速器内传动零件的设计 26
6.6装配图设计第一阶段 30
6.6.1有关零部件的结构和尺寸的确定 30
6.6.2 轴的结构设计 31
6.7滚动轴承的选择 34
6.7.1 选择原则 34
6.7.2 选用方法 34
6.7.3滚动轴承的失效 35
6.8轴承盖上的螺纹强度计算 36
6.9 键的选择和强度校核 37
6.10联轴器的选择计算 37
6.11装配图设计的第二阶段 38
6.11.1轴承端盖结构 38
6.11.2轴承的润滑与密封 38
6.11.3减速器的润滑 38
6.12减速器附件设计 39
6.12.1窥视孔盖和窥视孔 39
6.12.2放油螺塞 39
6.12.3油标 39
6.12.4通气器 39
6.12.5启盖螺钉 39
6.12.6环首螺钉,吊环,和吊钩 39
7 开式齿轮的设计 40
7.1开式齿轮计算公式 40
7.2计算参数的选取 40
7.3确定传动主要尺寸 41
结 论 42
致谢 43
参考文献 44
附录 45
英文翻译 45
中文翻译 51
![铸造车间振动筛砂机设计[ZK]](/images/A5795/A5795_2.gif)
- 内容简介：
-
1 附录 英文翻译 of ne of is to of on as a of as a of in be a of is is to be In to of to us to of in be to of of it OF is to of to in at of A to a in is of In be be in a or a of in we to of no to of on A on on A on a of 2 on on at , a of of of , , in up of A is at or at or is ti as a by a is to or is as be ,in as at of of is to ie is of a as s we a of in to of we te s to to do so we to of do as in to a at we to an as we A of be by of by s to a of be s we of we we a of It it as or of an It is a in a 3 by to to to do so in a a to in in to =to a to to of in or is be to To do in it is to do we be to to in at on as he to be as in if is a it be of to is a be he is if of or if is in in be in of of is it is by of (1)of or in an is (2)is in so a of is (3)is is at or be so is (4) to be is to is to do to is we be of is to 4 to be in of no To of is to to of of or It is to of a to of is by in at at is to is to be of a is 0mm id a of of is of of at be as in of a it to is an in is it is a of of a it to be as a is to be to or is of is in a is to a or in to be is an to is be on is be or in as in A to be 5 be so to a on of in a 0 in as to be to of in of a in ft of In be to a of an be a of is .4 or in to of is in is a of as on by of of in be in to to If at a it is to of so be As a of be at 0 by or is on of of of a if by or id it be to as to it as it of an be of an of is of to is by as A is a of to a 6 is in it is to be of it be in an or of on if an is in a or a on a it is in A of of by to of to a of in by of a on of In to as an a of is a is in a as to of of to in to of to 7 中文翻译 机械运动和动力学 运动学的基本目的是去设计一个机械零件的理想运动 ,然后再用数学的方法去描绘该零件的位置 ,速度和加速度 ,再运用这些参数来设计零件 对 于大部分固着在地球上的机械系统来说 ,与之联系最密切的是时间 ,将加速度和动态力定义成时间作用的结果 应力是作用在物体上的外力和惯性力的作用结果 目的是要在一定的工况要求下 ,对材料进行选择 ,使材料的应力在许用极限应力之内 在机械设计中 ,零件受到的最大力是取决于材料本身的动态性能 加速度又要回到运动学中去计算 ,这是机械设计的基础 计的过程中的 ,它对与任何一个零件的成功设计够起着至关重要的作用 根据机构所具有的自由度 ,任何机械系统都可以被分类 在通常情况下 ,刚体在相关的平面内能实现复杂的自由运动 ,这个运动同时包括转动和平移 在可以饶任何轴转动的同时可以沿着三个坐标平移 复杂运动变成了饶一个 (垂直与这个平面的 )轴线的转动和同时发生的可以被分解为沿在这个平面内的两个坐标轴的平移分量 我们将当前的讨论限制在二维的运动系统中 纯转动 物体围绕着在相对于一个静止的坐标系静止的一点 (回转中心 )转动 . 其他所有物体上的点都可以用相对中心的弧来描述 只有在角度方向上有变化 . 纯平动 所有在物体上的点在平行的路径上平移 而在角度方向上没有发生变化 . 复杂运动 同时包含转动和平动的运动 物体上的点不会在沿着平行的路径移动 ,他们在饶中心转动的同时也不停着 改变着位置 . 铰链是联接所有机构的基本的构件 (齿轮 ,带 ,链 )实际上都是不同类型的铰链 ,铰链组成了联接和运动部件 . 联接是一个刚体和另外的连接件至少有两个结点 . 运动部件 (也称接头 )是在两个连接件的结合部分 ,这个结合允许相对的运动 ,允许连接件之间潜在的运动 . 8 术语低副是用来描绘接头间的面接触 .,如针和孔的结合面 但是如果在针和孔之间有间隙存在 (当它们之间用于有相对运动时 )当针和孔只有一面接触时 ,在针间的面联接实际上已经变成了线接触 微观上看 ,在平 面滑动的杆件实际上只存在一些相关点的接触 ,那是表面凹凸不平的突点 ,低副相对于高副的优点是有利于接触表面之间的润滑 ,这一点对于旋转接头来说是确实存在的 结果铰接接头能够减少摩擦 ,延长寿命 . 当我们设计机械时 ,为了取得运动部件的加速度信息必须首先对我们的设计进行全面的运动分析 但是这样做 ,我们需要知道所有运动部件的质量 ,和加速度 ,这些零件还没有存在 ,正如碰到的所有设计问题 ,我们在设计决定零件最佳尺寸和形状时缺少足够的信息 估计零件的质量和设计的其它部分 再得到更好的解决方案 . 在估计你设计的零件质量的初期通过合理的假设零件的形状和尺寸及其合理选择材料来获得 再去乘以所选材料的质量密度 ,去取得零件最初的合理质量 我们如何来判断我们所选择的尺寸和形状是否合理呢 ?很不巧 ,我们要到分析完所受应力和失效分析后才能知道 ,特别是细长零件 ,如轴 ,细长的连杆 ,甚至在很小的应力条件下 ,零件在动载的的失效形式将限制我们的设计 我们可能将会发 现零件在动载荷的情况下会失效 尺寸和材料 ,重新来选择设计 应力和失效分析 . 设计不可避免地成为一个迭代过程 . 值得注意的是 ,在静力作用下 ,可以通过增加零件的质量来提高其强度 ,将不合格的设计变为合格 ,而在动态力作用的情况下 ,这样做可能产生有害的后果 更大的质量将会产生更大的力 ,随即也会有更大的应力 设计者要从零件上去除一些质量 小的质量 ,与此同时 ,抵御动态力的强度和刚度最大 . 在设计任何机器或者机构时 ,所考虑的主要事件之一是其强度应该比它所承受的应力要大的多 ,以确保安全可靠性 ,要保证机械零件在使用过程中不发生失效 ,就必须知道它们在某些时候会发生失效的原因 ,然后 ,才能将应力和强度联系起来 ,以确保其安全 . 设计任何机械零件的理想情况为 ,工程师可以利用大量的他所选的这种材料的强度试验数据 表面粗糙度和尺寸大小的试件进行 ,而且试验应该在与零件使用过程中承受的载荷完全相同的情况下进行 如果零件将要承受弯曲载荷 ,那么就应该进行弯曲载荷的试验 那么就应该进行弯曲和扭转复合载荷的试验 ,这些种类的试验可以提供非常有效和精准的数据 靠性 只要能够获得这种数据 ,工程师就可以尽可能好地进行工程设计工作. 如果零件的失效可能危害人的生命安全 ,或者零件有足够大的产量 ,则在设计前收集这样广泛的数据所花费的费用是很值得的 ,例如 ,汽车和冰箱的零件的产量非常的大 ,可以在生产之前对它们进行大量的试验 ,使其具有较高的可靠性 则摊到所生产每个零件的费用是非常低的 . 你可以对下列四种类型的设计作出评价 . (1)零件的失效可能危害人的生命安全 ,或者零件的产量非常大 ,因此在设计时安排一个完善的试验程序会被认为是合理的 . (2)零件的产量足够大 ,可以进行适当的系列试验 . (3)零件的 产量非常小 ,以至于进行试验根本不合算 ;或者要求很快地完成设计 ,以至于没有足够的时间进行试验 . (4)零件已经完成设计 ,制造和试验 ,但其结果不能令人满意 我们将主要对后三种类型进行讨论 设计人员通常只能利用那些公开发表的屈服强度 ,极限强度和延伸率等数据资料 对静载荷和动载荷 ,二维应力状态与三维应力状态 ,高温与低温以及大零件和小零件进行设计 ! 而设计中所能利用的数据通常是从简单的拉伸试 验中得到 ,其载荷是渐渐加上去的 ,有充分的时间产生应变 还必须利用这些数据来设计每分钟承受几千次复杂的动载的作用的零件 ,因此机械零件有时会失效是不足为奇的 . 概括地说 ,设计人员所遇到的基本问题是 ,不论对于哪一种应力状态或者载荷情况 ,都能利用通过简单拉伸试验所获得的数据并将其与零件的强度联系起来 . 可能会有两种具有完全相同的强度和硬度值的金属 ,其中一种由于其本身的延搌性而具有很好的承受超载荷的能力 , 延搌性是利用材料断裂时的延伸率来衡量的 %的延伸率定义为延展性的分界线 %的材料称为脆性材料 ,大于 5%的称为延性材料 . 材料的伸长量通常是在 50计量长度上测量的。因为这并不是对实际应变量的测量，所以有时也采用另一种测量延展性的方法，这个方法在试件断裂后，测量其断裂处的很截面的面积。因此，延展性可以表示为横截面的收缩率。 延展性材料能够承受较大的超载荷这个特性，是设计中的一个附加的安全因素。延展性材料的重要性在于它是材料泠变形能的衡量尺度。诸如弯曲和拉伸这类金属加工过程需要采用延性材料。 在选用抗磨损，抗侵蚀或者抗塑性变形的材料时，硬度通常是最主要的性能。有几种可选用的硬度试 验方法，采用哪一种方法取决于最希望测量的材料特性。最常用的四种硬度是布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，努氏硬度。 10 大多数硬度试验系统是将一个标准的载荷加在与被试验材料相接触的小球或者棱锥上。 因此，硬度可以表示为所产生的压痕尺寸的函数。这表明由于硬度是非破坏性试验，而且不需要专门的试件，因而，硬度是一个容易测量的性能。通常可以直接在实际的机械零件上进行硬度试验。 实际上，几乎所有的机器中都装有轴。轴最常见的形状是圆形，其截面可以是实心的， 也可以是空心的（空心轴可以减轻重量）。有时也采用矩形轴，例如，螺丝起子的 头部，套筒扳手和控制旋转的杆。 为了在传递扭矩时不发生过载，轴应该具有适当的抗扭强度。轴还应该具有足够的抗扭刚度，以使在同一个轴上的两个传动零件之间的相对转角不会过大。一般来说，在长度等于轴的直径的 20 倍时，轴的扭转角不应该超过 1 度。 轴安装在轴承中，通过齿轮，皮带轮，凸轮和离合器等零件传递动力。通过这些零件传来的力可能会使轴产生弯曲变形。因此，轴应该有足够的刚度以防止支撑轴承受离过大。总而言之，在两个轴承之间，轴在每英尺长度上的弯曲变形不应该超过 寸。 此外， 轴还必须能够承受弯矩和扭矩的组合作用 。因此，要考虑考虑扭矩与弯矩的当量载荷。因此扭矩和弯矩会产生交变应力，在许用应力中也应该有一个考虑疲劳现象的安全系数。 直径小于 3 英寸的轴可以采用含碳量大约为 冷轧钢，直径在 3寸之间的轴可以 I 摘要 本文简要介绍了振动筛砂机的结构和特点，给出了振动筛砂机的设计，并对连杆的设计和传动系统运动方案要点进行了简要说明。本文重点介绍了振动筛砂机各部分设计和校核 。 本设计主要内容分为三大部分： 1. 传动系统运动方案设计 2. 减速器机构设计 3. 工作机构的设计 主要设计传动系统运动方案和工作机构，确定了涡轮涡杆传动的各主要参数，对驱动机构中的各部件进行了选型 ,设计 ,校核。 本设计的主要特点是：节省投资，控制方便。 关键词 传动系统；连杆机构；运动和动力 分析；涡轮蜗杆减速器 of of is of a on of of is 1. 2. 3. of of in of of I 目 录 1 绪论 . 1 景介绍 . 1 . 1 . 2 2 传动方案设计 . 3 动方案对比分析 . 3 3 连杆机构的设计 . 5 . 5 . 5 . 6 . 7 . 7 4 机构的运动和动力分析 . 9 . 9 . 9 . 9 . 9 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 5 杆件的设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 材和截 面的选择 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 6 减速器的设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 率的计算 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 确定电动机转速 . 错误 !未定义书签。 定传动装置的总传动比和分配传动比 . 错误 !未定义书签。 传动比 . 错误 !未定义书签。 算传动装置的运动和动力参数 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 转矩 . 错误 !未定义书签。 速器结构的设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 动零件的设计计算 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 的结构设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 择原则 . 错误 !未定义书签。 用方法 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 的选择和强度校核 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 润滑与密封 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 吊环 ,和吊钩 . 错误 !未定义书签。 7 开式齿轮的设计 . 40 . 40 . 40 . 41 结 论 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 附录 . 45 英文翻译 . 45 中文翻译 . 51 1 1 绪论 景介绍 本课题来源于现场实际 ,属于工程设计。车间振动筛砂机是一种很常见的机械结构，在自动化流水生产线上有着广阔的用途和作用，在石油工业和自动进给的输送系统中都有很好的运用，特别是在一些需要有间歇传动的进给机构中，振动筛砂机承担了相当一部分的工作任务，如自动化的包装流水线上。通过该毕业能使学生将 大学四年所学的知识能灵活的运用于实践。对于一个工程的整体设计有了更好的理解。有助于形成工程化的思想 ,对以后的设计打下很好的基础。 随着国民经济的不断发展 ,多种类型的工件传送机广泛的运用于石油，化工，农业，轻工和服务业等不同的行业的各种场合。同时在各种场合对不同的工况所使用的振动筛砂机也不尽相同，近年来由于振动筛砂机的应用范围的扩大，品种的增多以及质量的不断提高，对加工设计振动筛砂机提出了更高的要求，特别是在一些大型的流水线上，振动筛砂机承担了很重要的工作任务。这些振动筛砂机要求传输距离和速度，精度比较高。为 此各厂家为了根据自己的需要，出于经济性和战略方向的考虑，自行设计结构简单可靠，生产价格便宜的振动筛砂机。 案比较 经过反复调研，查阅相关资料，我们根据振动筛砂机工况要求，提出了以下三种方案： 方案一：直接运用步进电动机和带传动来实现滑架的往复运动，通过步进电动机的正反转程序控制往返运动，用单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。 方案二：运用步进电机和齿轮齿条来实现滑架的往返运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现往返运动。 方案三：运用普通电动机，减速器，连杆机构。 通过电动机可以获得运动需要的动力，减速器提供相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速比，节奏，步长以及滑架的运动轨迹。 经过可行性调研，我们发现方案三是合理的，也是最有实际意义的，同时，经济性也能很好的实现，方案一中步进电机的功率和工况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且 步进电机拥有一个很明显的优点 ， 就是它能够精确的正反转功能 ，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移 ， 或线位移的开环控制元件 ， 在非超载的情况下电机的转速 ， 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 ， 而不受负载的变化而影响 ，即给电 机加一个脉冲信号 ,电机则转过一个步距角 ， 这一线性关系的存在 ， 加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点 ， 使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简单 ， 而且低速精度高 。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常 2 规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 方案二也存在类似的问题，而方案三都能很好的实现，而且普通电动机容易选择，减速器和连杆机构，结构可靠，稳定性高 ,可 以允许有一定的冲击，故此方案较合理。 在整个设计过程中，减速器部分和连杆机构的设计和分析应是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括工作机构和传动系统的运动分析，连杆机构的运动和动力分析，减速器的设计，减速器零件的制造及相关工艺流程。本课题的难点的连杆尺寸的分析和动力运动的分析，减速器各轴和齿轮的计算设计。 计方案综述 振动筛砂机是一种实现往复传送的机械，电动机通过传动装置，驱动滑架往复移动工件，行程时滑架上的推爪推动工件前进一个步长，当滑架返回时，由于推爪与轴间装 有扭簧，推爪得以从工件底面滑过，工件保持不动，当滑架再次向前推进时，已复位，往返推动工件前移。 设计意义：振动筛砂机在自动化流水线上的充分运用能提高工厂的生产率，减轻工人的劳动强度，为实现车间无人化提供了可靠的条件。 3 2 传动方案设计 动方案对比分析 一台完整的机器，总是由原动部分，传动部分，和执行部分所组成，而传动部分的功能是将原动机的动力或运动形式传递给执行部分或转换成执行机构预期的动作。实践证明，传动部分的质量和成本在整个机器中所占的比例很大，传动方案的选 择及布局是否合理在很大程度上决定了机器的工作性能和运转费用。因此，合理拟定与选择传动方案具有十分重要的意义。 合理的传动方案，除应满足工作机的性能要求，使用条件和工作可靠外，还应使结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高及使用维护便利等。要同时满足这许多要求，常常是困难的，实际上只能照顾重点要求。现对设计提供的电动机和减速器传动方案进行对比分析。 经查阅文献机械零件简明设计手册，方案（ A）中减速器为圆柱齿轮展开式二级减速器；方案（ B）中减速器为圆锥、圆柱齿轮二级减速器；方案（ C）中减速器为 下置式蜗杆一级减速器。 显然，方案（ C）结构最紧凑，但在长期连续运转的条件下，由于蜗杆传动效率低，功率损失较大；方案（ B）的宽度尺寸较方案（ A）小，但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难。 所以，传动方案的选择不但要考虑整个机器的动力特性和运动要求，还要十分注意传动机构的类型特征及应用范围，即在拟定运动简图时通常注意如下几点： （ 1）带传动承载能力较低，在传递相同扭矩时结构尺寸较啮合传动大，但传动平稳，能缓冲吸震，且有过载打滑保护作用，因此宜放在传动装置的高速级； （ 2）链传动具有运动不均匀性和多边效应冲 击，故宜布置在低速级； （ 3）蜗杆传动工作平稳，无噪音、传动比大，体积小，重量轻及结构紧凑，但因摩擦发热，其效率较其它普通齿轮啮合传动低，只适宜用于中，小功率和间歇工作的场合。 （ 4）圆锥齿轮的加工比较困难，特别是大模数圆锥齿轮，应尽量置于高速级，以减小其模数或直径，但圆锥齿轮速度过高时，其精度相应也需提高，还应考虑能否制造及加工成本问题。 4 （ 5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，相应地用于高速级； （ 6）制动器通常设在高速轴，但制动器后面的传动机构不应设置带传动和摩擦传动。 （ 7）为简化传动装置 ，总是将改变运动形式的机构，如（连杆机构，凸轮机构）布置在传动系统的末端或低速级。 （ 8）传动装置的布局要求结构简单，紧凑，匀称，刚度和强度要好，并适合车间布置情况和工人操作，便于装拆和维修。 通过三种方案的对比分析，方案（ C）下置式蜗杆传动具有工作平稳，无噪音，传动比大，体积小，结构简单，紧凑，匀称，刚度，强度要好。适合车间布置情况和小批量生产和相对较低的载荷和阻力。因此，我选择方案（ C）传动系统 5 3 连杆机构的设计 杆机构的特点 连杆机构是一种应 用十分广泛的机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢的设计等，都是连杆机构。连杆机构具有以下特点 : 1)连杆机构中的运动副一般均为低副，低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑，所以两元素不易产生大的磨损。这些条件都能较好的满足重型机械的要求。此外 ,低副两元素的几何形状也比较简单，便于制造。 2)在连杆机构中，当原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可以使从动件得到不同的运动规律。 3)在连杆机构中，连杆上 各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线，称为连杆曲线，而且随着各构件相对长短关系的改变，这些连杆曲线的形状也将发生改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同的轨迹要求。由于连杆机构有了上述优点，所以在各种机械和仪表中得到了广泛的应用。 4)此外，利用连杆机构可以满足各种运动规律和运动轨迹的设计要求，但要设计一种能够准确实现这种要求的连杆机构却是十分困难的。而且在多数情况下一般只能近似地得以满足。正因为如此，所以如何根据最优化要求来设计四杆机构 ,使其能够最佳地满足设计要求，一直是连杆机构 研究的一个重要课题。近年来对平面连杆机构的研究，不论从研究范围上还是方法上都有很大的进展。从研究范围来说，已不再局限于单自由度四连杆机构的研究 ,也已注意到对多杆，多自由度平面连杆机构的研究，并且已提出了一些有关这类机构的分析与综合的方法。 杆机构的选择 另一方面 ,在设计要求上也不再局限于运动学要求的范围内，而且已注意到考虑机构的动力特性。根据构成连杆机构的各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类，在一般机械中采用的多数是平面连杆机构 经分析，参考方案中 给出的工作机构是铰链四连杆机构。 图 3 1 铰链四连杆机构简图 构件之间都是用转动副连接的四杆机构，成为铰链四杆机构。如图所示：其中，固定 6 不动的杆 4称为机架，与机架相连的杆 1和杆 3称为连架杆，而连接两连架杆的杆 2称为连杆。连杆 2通常做平面运动，而连架杆 1和 3则绕各自回转中心 转动。其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄，仅能在小于 360的某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。 经查阅文献机械设计，在铰链四杆机构中，按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将其分为三种基本形式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构和双摇杆机构。 1 ） 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆中，有一杆为曲柄，另一杆为摇杆。 2 ） 双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构中，通常主动曲柄做等速运动，从动曲柄做变速转动。 3 ） 双摇杆机构 若两连杆均为摇杆，则成为双摇杆机构。 根据设计要求，机器工作时，沙箱支承摆杆 垂面左右做对称摆动。我们可以判断连架杆 根据减速器工作原理，可知连架杆 此它是曲柄。 综上所述，我们 选择方案（ 1）中的曲柄摇杆机构。 由上述我们所得到的资料，可以给出筛沙机系统的运动简图： 图 3面四连杆机构有曲柄的条件 1.） 最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其他两杆的长度和 ,此条件通常为杆长条件。 2.） 组成该周转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆。 7 上述条件表明 :当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时 ,其最短杆参与构成的转动副都是周转副。由此可知 ,上述四杆机构中的转动副亦为周转副 ,而转动副则只能的摆转副 。于是 ,四杆机构有曲柄的条件是各杆的长度需要满足杆长条件 ,且其最短杆为连架杆或机架。当最短杆为连架杆时 ,该四杆机构将成为曲柄摇杆机构。 杆设计内容 输送机的工作阻力 3200N，步长 S=160 ，往复次数 N=80 次 /分，行程速比系数K=度 H=800 。输送时滑架受到的阻力 F 视为常数，该机使用折旧期为 10 年，每天一班制工作，载荷中有中等冲击，工作环境灰尘较大，工作机构效率为 箱往复次数的相对误差不超过 5% ，按一般机械厂制造，小批量生产。 点位置和曲柄长度的设计 根据行程速比和传动角要求点铰点 据所给条件和现场的要求，和行程速比系数 利用机构在极位时的几何关系，在根据其它辅助条件进行设计。 柄摇杆机构的设计 已知摆角及行程速比系数 K=计时先按公式 =180(K+1)算出极位夹角为 20。然后任取一点 D,并以此点为顶点作等腰三角形 ,使两腰之长等于 ,作 2 ,再作 使 1 N=90 - ,得 。作 则圆弧 至 2的连线的夹角 ,所以曲柄的轴心 设曲柄长度为 a,连杆的长度为 b，则故 b+a, a=(,以为 径作弧交 点 E,则得 a=,b=2。 设计时应注意 ,曲柄的轴心 否则机构将不满足运动的连续性要求。 根据上面的做法可以得出平面四连杆机构的杆长分别为 a=134 ,b=1300 ,c=b=1300 ,d=1820 核最小传动角 在机构运动过程中 ,传动角的大小 是变化的 ,为了保证机构的传动性能要求 ,设计时应使 40传递力矩较大时，则应使 50 ；对于一些受力很小或不常使用的操纵机构，则可允许传动角小些，只要不发生自锁即可。最小传动角与机构中的各杆的长度有关 ,见式（ = bc )( 222 式（ = 2 21 3 0 0 1 3 0 0 (1 8 2 0 1 3 4 )2 1 3 0 0 1 3 0 0 = 8 40 故满足最小传动角的要求。 所以可以定出该要求设计的机构的总体尺寸 ,即 L a=134 ,b=1300 ,c=b=1300 ,d=1820 . 以上 杆件 长度， C 的长度， 杆件 9 4 机构的运动和动力分析 述 用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析 , 矢量方程图解法所依据的基本原理是理论力学中的运动合成原理。对机构进行速度和加 速度分析时 ,首先要根据运动合成原理列出机构运动的矢量方程 ,然后在根据该方程进行作图求解 矢量方程图解法作平面连杆机构的速度和加速度分析 根据构件上已知一点的速度和加速度可以求出另外的点的速度和加速度 (包括大小和方向 ),故在以图解法作机构的速度和加速度的分析时 ,应先从具备这个条件的构件着手 ,然后再分析与该构件依次相连的其他各构件。 在用图解法作机构的运动分析时，需先绘出该机构的运动简图，然后再根据运动简图进行速度和加速度分析，现在将求解的步骤说明如下： 制机 构运动简图 根据前面所绘制的运动简图的方法和步骤，选取尺寸比例尺 l= ，并按照比例尺准确地绘制出机构的运动简图如图 1 图 4构的运动简图 速度分析 根据以矢量方程图解法求解机构上某点速度 的条件可知，其速度求解的步骤应依次求出相应各点的速度和杆件的角速度。 I 摘要 本文简要介绍了 振动筛砂机 的结构和特点，给出了 振动筛砂机 的设计，并对连杆的设计和传动系统运动方案要点进行了简要说明。本文重点介绍了 振动筛砂机 各部分设计和校核 。 本设计主要内容分为三大部分： 1. 传动系统运动方案设计 2. 减速器机构设计 3. 工作机构的设计 主要设计传动系统运动方案和工作机构，确定了涡轮涡杆传动的各主要参数，对驱动机构中的各部件进行了选型 ,设计 ,校核。 本设计的主要特点是：节省投资，控制方便。 关键词 传动系统； 连杆机构 ； 运动和动力 分析 ； 涡轮蜗 杆减速器 of of is of a on of of is 1. 2. 3. of of in of of I 目 录 1 绪论 . 1 景介绍 . 1 . 1 . 2 2 传动方案设计 . 3 动方案对比分析 . 3 3 连杆机构的设计 . 5 . 5 . 5 . 6 . 7 . 7 4 机构的运动和动力分析 . 9 . 9 . 9 . 9 . 9 . 10 . 12 . 12 . 12 . 13 5 杆件的设计 . 18 . 18 材和截 面的选择 . 18 . 18 . 18 . 19 . 20 6 减速器的设计 . 21 . 21 . 21 率的计算 . 21 . 21 确定电动机转速 . 22 定传动装置的总传动比和分配传动比 . 23 传动比 . 23 算传动装置的运动和动力参数 . 23 . 24 . 24 转矩 . 24 速器结构的设计 . 24 . 24 . 24 动零件的设计计算 . 25 . 26 . 26 . 30 . 30 的结构设计 . 31 . 34 择原则 . 34 用方法 . 34 . 35 . 36 的选择和强度校核 . 37 . 37 . 38 . 38 润滑与密封 . 38 . 38 . 39 . 39 . 39 . 39 . 39 . 39 吊环 ,和吊钩 . 39 7 开式齿轮的设计 . 40 . 40 . 40 . 41 结 论 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 附录 . 45 英文翻译 . 45 中文翻译 . 51 1 1 绪论 景介绍 本课题来源于现场实际 ,属于工程设计。车间 振动筛砂机 是一种很常见的机械结构，在自动化流水生产线上有着广阔的用途和作用，在石油工业和自动进给的输送系统中都有很好的运用，特别是在一些需要有间歇传动的进给机构中， 振动筛砂机 承担了相当一部分的工作任务，如自动化的包装流水线上。通过该毕业能使学生将 大学四年所学的知识能灵活的运用于实践。对于一个工程的整体设计有了更好的理解。有助于形成工程化的思想 ,对以后的设计打下很好的基础。 随着国民经济的不断发展 ,多种类型的工件传送机广泛的运用于石油，化工，农业，轻工和服务业等不同的行业的各种场合。同时在各种场合对不同的工况所使用的 振动筛砂机 也不尽相同，近年来由于 振动筛砂机 的应用范围的扩大，品种的增多以及质量的不断提高，对加工设计 振动筛砂机 提出了更高的要求，特别是在一些大型的流水线上， 振动筛砂机 承担了很重要的工作任务。这些 振动筛砂机 要求传输距离和速度，精度比较高。为 此各厂家为了根据自己的需要，出于经济性和战略方向的考虑，自行设计结构简单可靠，生产价格便宜的 振动筛砂机 。 案比较 经过反复调研，查阅相关资料，我们根据 振动筛砂机 工况要求，提出了以下三种方案： 方案一：直接运用步进电动机和带传动来实现滑架的往复运动，通过步进电动机的正反转程序控制往返运动，用单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。 方案二：运用步进电机和齿轮齿条来实现滑架的往返运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现往返运动。 方案三：运用普通电动机，减速器，连杆机构。 通过电动机可以获得运动需要的动力，减速器提供相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速比，节奏，步长以及滑架的运动轨迹。 经过可行性调研，我们发现方案三是合理的，也是最有实际意义的，同时，经济性也能很好的实现，方案一中步进电机的功率和工况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且 步进电机拥有一个很明显的优点 ， 就是它能够精确的正反转功能 ，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移 ， 或线位移的开环控制元件 ， 在非超载的情况下电机的转速 ， 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 ， 而不受负载的变化而影响 ，即给电 机加一个脉冲信号 ,电机则转过一个步距角 ， 这一线性关系的存在 ， 加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点 ， 使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简单 ， 而且低速精度高 。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常 2 规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 方案二也存在类似的问题，而方案三都能很好的实现，而且普通电动机容易选择，减速器和连杆机构，结构可靠，稳定性高 ,可 以允许有一定的冲击，故此方案较合理。 在整个设计过程中，减速器部分和连杆机构的设计和分析应是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括工作机构和传动系统的运动分析，连杆机构的运动和动力分析，减速器的设计，减速器零件的制造及相关工艺流程。本课题的难点的连杆尺寸的分析和动力运动的分析，减速器各轴和齿轮的计算设计。 计方案综述 振动筛砂机 是一种实现往复传送的机械，电动机通过传动装置，驱动滑架往复移动工件，行程时滑架上的推爪推动工件前进一个步长，当滑架返回时，由于推爪与轴间装 有扭簧，推爪得以从工件底面滑过，工件保持不动，当滑架再次向前推进时，已复位，往返推动工件前移。 设计意义： 振动筛砂机 在自动化流水线上的充分运用能提高工厂的生产率，减轻工人的劳动强度，为实现车间无人化提供了可靠的条件。 3 2 传动方案设计 动方案对比分析 一台完整的机器，总是由原动部分，传动部分，和执行部分所组成，而传动部分的功能是将原动机的动力或运动形式传递给执行部分或转换成执行机构预期的动作。实践证明，传动部分的质量和成本在整个机器中所占的比例很大，传动方案的选 择及布局是否合理在很大程度上决定了机器的工作性能和运转费用。因此，合理拟定与选择传动方案具有十分重要的意义。 合理的传动方案，除应满足工作机的性能要求，使用条件和工作可靠外，还应使结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高及使用维护便利等。要同时满足这许多要求，常常是困难的，实际上只能照顾重点要求。现对设计提供的电动机和减速器传动方案进行对比分析。 经查阅文献机械零件简明设计手册，方案（ A）中减速器为圆柱齿轮展开式二级减速器；方案（ B）中减速器为圆锥、圆柱齿轮二级减速器；方案（ C）中减速器为 下置式蜗杆一级减速器。 显然，方案（ C）结构最紧凑，但在长期连续运转的条件下，由于蜗杆传动效率低，功率损失较大；方案（ B）的宽度尺寸较方案（ A）小，但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难。 所以，传动方案的选择不但要考虑整个机器的动力特性和运动要求，还要十分注意传动机构的类型特征及应用范围，即在拟定运动简图时通常注意如下几点： （ 1）带传动承载能力较低，在传递相同扭矩时结构尺寸较啮合传动大，但传动平稳，能缓冲吸震，且有过载打滑保护作用，因此宜放在传动装置的高速级； （ 2）链传动具有运动不均匀性和多边效应冲 击，故宜布置在低速级； （ 3）蜗杆传动工作平稳，无噪音、传动比大，体积小，重量轻及结构紧凑，但因摩擦发热，其效率较其它普通齿轮啮合传动低，只适宜用于中，小功率和间歇工作的场合。 （ 4）圆锥齿轮的加工比较困难，特别是大模数圆锥齿轮，应尽量置于高速级，以减小其模数或直径，但圆锥齿轮速度过高时，其精度相应也需提高，还应考虑能否制造及加工成本问题。 4 （ 5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，相应地用于高速级； （ 6）制动器通常设在高速轴，但制动器后面的传动机构不应设置带传动和摩擦传动。 （ 7）为简化传动装置 ，总是将改变运动形式的机构，如（连杆机构，凸轮机构）布置在传动系统的末端或低速级。 （ 8）传动装置的布局要求结构简单，紧凑，匀称，刚度和强度要好，并适合车间布置情况和工人操作，便于装拆和维修。 通过三种方案的对比分析，方案（ C）下置式蜗杆传动具有工作平稳，无噪音，传动比大，体积小，结构简单，紧凑，匀称，刚度，强度要好。适合车间布置情况和小批量生产和相对较低的载荷和阻力。因此，我选择方案（ C）传动系统 5 3 连杆机构的设计 杆机构的特点 连杆机构是一种应 用十分广泛的机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢的设计等，都是连杆机构。连杆机构具有以下特点 : 1)连杆机构中的运动副一般均为低副，低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑，所以两元素不易产生大的磨损。这些条件都能较好的满足重型机械的要求。此外 ,低副两元素的几何形状也比较简单，便于制造。 2)在连杆机构中，当原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可以使从动件得到不同的运动规律。 3)在连杆机构中，连杆上 各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线，称为连杆曲线，而且随着各构件相对长短关系的改变，这些连杆曲线的形状也将发生改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同的轨迹要求。由于连杆机构有了上述优点，所以在各种机械和仪表中得到了广泛的应用。 4)此外，利用连杆机构可以满足各种运动规律和运动轨迹的设计要求，但要设计一种能够准确实现这种要求的连杆机构却是十分困难的。而且在多数情况下一般只能近似地得以满足。正因为如此，所以如何根据最优化要求来设计四杆机构 ,使其能够最佳地满足设计要求，一直是连杆机构 研究的一个重要课题。近年来对平面连杆机构的研究，不论从研究范围上还是方法上都有很大的进展。从研究范围来说，已不再局限于单自由度四连杆机构的研究 ,也已注意到对多杆，多自由度平面连杆机构的研究，并且已提出了一些有关这类机构的分析与综合的方法。 杆机构的选择 另一方面 ,在设计要求上也不再局限于运动学要求的范围内，而且已注意到考虑机构的动力特性。根据构成连杆机构的各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类，在一般机械中采用的多数是平面连杆机构 经分析，参考方案中 给出的工作机构是铰链四连杆机构。 图 3 1 铰链四连杆机构简图 构件之间都是用转动副连接的四杆机构，成为铰链四杆机构。如图所示：其中，固定 6 不动的杆 4称为机架，与机架相连的杆 1和杆 3称为连架杆，而连接两连架杆的杆 2称为连杆。连杆 2通常做平面运动，而连架杆 1和 3则绕各自回转中心 转动。其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄，仅能在小于 360的某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。 经查阅文献机械设计，在铰链四杆机构中，按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将其分为三种基本形式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构和双摇杆机构。 1 ） 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆中，有一杆为曲柄，另一杆为摇杆。 2 ） 双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构中，通常主动曲柄做等速运动，从动曲柄做变速转动。 3 ） 双摇杆机构 若两连杆均为摇杆，则成为双摇杆机构。 根据设计要求，机器工作时，沙箱支承摆杆 垂面左右做对称摆动。我们可以判断连架杆 根据减速器工作原理，可知连架杆 此它是曲柄。 综上所述，我们 选择方案（ 1）中的曲柄摇杆机构。 由上述我们所得到的资料，可以给出筛沙机系统的运动简图： 图 3面四连杆机构有曲柄的条件 1.） 最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其他两杆的长度和 ,此条件通常为杆长条件。 2.） 组成该周转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆。 7 上述条件表明 :当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时 ,其最短杆参与构成的转动副都是周转副。由此可知 ,上述四杆机构中的转动副亦为周转副 ,而转动副则只能的摆转副 。于是 ,四杆机构有曲柄的条件是各杆的长度需要满足杆长条件 ,且其最短杆为连架杆或机架。当最短杆为连架杆时 ,该四杆机构将成为曲柄摇杆机构。 杆设计内容 输送机的工作阻力 3200N，步长 S=160 ，往复次数 N=80 次 /分，行程速比系数K=度 H=800 。输送时滑架受到的阻力 F 视为常数，该机使用折旧期为 10 年，每天一班制工作，载荷中有中等冲击，工作环境灰尘较大，工作机构效率为 箱往复次数的相对误差不超过 5% ，按一般机械厂制造，小批量生产。 点位置和曲柄长度的设计 根据行程速比和传动角要求点铰点 据所给条件和现场的要求，和行程速比系数 利用机构在极位时的几何关系，在根据其它辅助条件进行设计。 柄摇杆机构的设计 已知摆角及行程速比系数 K=计时先按公式 =180(K+1)算出极位夹角为 20。然后任取一点 D,并以此点为顶点作等腰三角形 ,使两腰之长等于 ,作 2 ,再作 使 1 N=90 - ,得 。作 则圆弧 至 2的连线的夹角 ,所以曲柄的轴心 设曲柄长度为 a,连杆的长度为 b，则故 b+a, a=(,以为 径作弧交 点 E,则得 a=,b=2。 设计时应注意 ,曲柄的轴心 否则机构将不满足运动的连续性要求。 根据上面的做法可以得出平面四连杆机构的杆长分别为 a=134 ,b=1300 ,c=b=1300 ,d=1820 核最小传动角 在机构运动过程中 ,传动角的大小 是变化的 ,为了保证机构的传动性能要求 ,设计时应使 40传递力矩较大时，则应使 50 ；对于一些受力很小或不常使用的操纵机构，则可允许传动角小些，只要不发生自锁即可。最小传动角与机构中的各杆的长度有关 ,见式（ = bc )( 222 式（ = 2 21 3 0 0 1 3 0 0 (1 8 2 0 1 3 4 )2 1 3 0 0 1 3 0 0 = 8 40 故满足最小传动角的要求。 所以可以定出该要求设计的机构的总体尺寸 ,即 L a=134 ,b=1
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