麦秸打包机机构设计计算说明书--郑志朋理工大学

机械原理课程设计机械原理课程设计 设计计算说明书设计计算说明书 设计题目 设计题目 麦秸打包机机构及传动装置设计麦秸打包机机构及传动装置设计 设设 计计 者 者 郑志朋郑志朋 学学 号 号 20080249 专业班级 专业班级 08 机械机械 7 班班 指导教师 指导教师 吕惠娟吕惠娟 完成日期 完成日期 2010 年年 12 月月 15 日日 天津理工大学机械工程学院天津理工大学机械工程学院 目目 录录 一一 设计题目设计题目 1 11 1 设计目的设计目的 2 2 1 21 2 设计题目设计题目 2 2 1 31 3 设计条件及设计要求设计条件及设计要求 3 3 1 41 4 设计任务设计任务 3 3 二二 执行机构运动方案设计执行机构运动方案设计 2 12 1 功能分解与工艺动作分解功能分解与工艺动作分解 4 4 2 22 2 方案选择与分析方案选择与分析 4 4 2 32 3 执行机构设计执行机构设计 13 13 2 42 4 执行机构运动分析执行机构运动分析 16 16 2 52 5机械系统运动方案简图机械系统运动方案简图 1717 三三 传动传动系统方案系统方案设计设计 3 13 1 传动方案设计传动方案设计 18 18 3 23 2 电动机的选择电动机的选择 19 19 3 33 3 传动装置的总传动比和各级传动比分配传动装置的总传动比和各级传动比分配 20 20 3 43 4 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 21 21 四四 设计小结设计小结 2222 五五 参考文献参考文献 2424 2 一一 设计题目设计题目 1 11 1 设计目的设计目的 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 21 2 设计题目设计题目 麦麦秸秸打打包包机机机机构构及及 传传动动装装 置置设设计计 设计一个机构 使人工将麦秸挑 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 3 1 31 3 设计条件及设计要求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 打包机机构的输入轴转矩为 M 其余尺寸见下表 T s M N m l1 mm l2 mm l3 mm l4 mm l5 mm l6 mm 1 2550320420270900210650 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 工作周期 T 的允许误差为 3 之内 1 41 4 设计任务设计任务 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 4 二 执行机构运动方案设计二 执行机构运动方案设计 2 12 1 功能分解与工艺动作分解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 22 2 方案选择与分析方案选择与分析 1 1 概念设计概念设计 根据以上功能分析 应用概念设计的方法 经过机构系统搜索 可得 形 态学矩阵 的组合分类表 如表 1 所示 表表 1 1 组合分类表组合分类表 滑块左右移动曲柄导杆机构曲柄滑块机构组合机构连杆机构 撞板上下移动曲柄导杆机构曲柄滑块机构组合机构连杆机构 因滑块左右移动与撞板上下移动可用同一机构完成 故可满足冲床总功能 的机械系统运动方案有 N 个 即 N 2 X 2 X 2 X 2 个 16 个 运用确定机械 系统运动方案的原则与方法 来进行方案分析与讨论 2 2 方案选择方案选择 1 1 滑块移动机构的方案选择滑块移动机构的方案选择 滑块左右运动的主要运动要求 主动件作回转或摆动运动 从动件 执行构 件 作直线左右往复运动 行程中有等速运动段 称工作段 机构有较好的动力 特性 根据功能要求 考虑功能参数 如生产率 生产阻力 行程和行程速比 系数等 及约束条件 可以构思出如下能满足从动件 执行构件 作直线左右往 复运动的一系列运动方案 5 滑块左右移动方案一 连杆复合机构 满足运动变换 有急回机构 传 动角可自由设计 工作平稳性一 般 磨损与变形较为严重 效率 较低 复杂性一般 加工装配难 度低 成本低 运动尺寸较大 滑块左右移动方案二 凸轮齿条复合机构 满足运动变换 传动灵敏 工作 平稳性高 磨损与变形叫严重 效率一般 复杂性较高 加工难 度高 成本高 运动尺寸大 滑块左右移动方案三 齿轮连杆复合机构 满足运动变换 加压时间长 传 动能力高 工作平稳性高 磨损 与变形低 变换原动件可得到不 同的运动规律 效率 结构简单 加工装配较容易 成本一般 运 动尺寸小 滑块左右移动方案四 齿轮摆杆复合机构 满足运动变换 加压时间长 传 动能力低 工作平稳性较高 磨 损与变形严重 效率低 结构较 为复杂 加工装配较难 成本高 运动尺寸大 6 滑块左右移动方案五 曲柄滑块机构 满足运动变换 传动角较大 工作平稳性高 磨损与变形低 效率较高 结构简单 加工装 配容易 成本低 运动尺寸小 滑块左右移动方案六 连杆复合机构 满足运动变换 加压时间长 传动能力一般 工作平稳性一 般 磨损与变形一般 效率一 般 成本低 运动尺寸大 滑块左右移动方案七 内凸轮机构 满足运动变换 加压时间长 传动平稳 磨损与变形一般 效率高 较复杂 加工装配较 难 成本一般 运动尺寸大 滑块左右移动方案八 连杆复合机构 满足运动变换 加压时间短 传动平稳性一般 磨损与变形 一般 效率高 较复杂 加工 装配较难 成本小 运动尺寸 小 注 注 加压时间是指在相同施压距离内 撞板向下移动所用的时间 越长则越有 利 7 对以上方案初步分析不难看出 方案 1 2 5 6 的性显较差 方案 3 4 7 8 尚可行且有较好综合性能并各自都有特点 这七个方案可作为被选 方案 待运动设计 运动分析和动力分析后 通过定量评价选出最优方案 2 2 撞板下压机构方案选择撞板下压机构方案选择 撞板下压机构方案一 导杆滑块机构 满足运动变换 传动能力较好 平稳性好 磨损与变形较低 效率较高 结构简单 加工装 配容易 成本低 运动尺寸较 小 撞板下压机构方案二 凸轮连杆复合机构 满足运动变换 传动能力一般 平稳性高 磨损与变形较低 效率较低 结构复杂 加工装 配难 成本高 运动尺寸大 撞板下压机构方案三 连杆复合机构 满足运动变换 传动性一般 平稳性高 磨损与变形一般 效率较高 结构简单 加工装 配容易 成本较低 运动尺寸 较大 8 撞板下压机构方案四 连杆复合机构 满足运动变换 传动性较好 平稳性高 磨损与变形一般 效率较高 简单的连杆机构 加工装配容易 成本较低 运 动尺寸紧凑 撞板下压机构方案五 平底凸轮机构 满足运动变换 加压时间长 传动性较好 平稳性高 磨损 与变形一般 效率较高 结构 较为简单 加工装配难 成本 一般 运动尺寸较小 撞板下压机构方案六 连杆复合机构 满足运动变换 传动性较好 平稳性高 磨损与变形一般 效率较高 简单的连杆机构 加工装配容易 成本较低 运 动尺寸大 撞板下压机构方案七 平行四边形连杆复合机 构 满足运动变换 传动性较好 平行四边形机构平稳性高 曲 柄承载大 磨损与变形较严重 效率较高 简单的连杆机构 加工装配容易 成本较低 运 动尺寸紧凑 9 注 注 加压时间是指在相同施压距离内 撞板向下移动所用的时间 越长则越有 利 对以上方案初步分析不难看出 方案 2 3 6 8 的性显较差 方案 1 4 5 7 尚可行且有较好综合性能并各自都有特点 这四个方案可作为被选 方案 待运动设计 运动分析和动力分析后 通过定量评价选出最优方案 3 3 执行机构运动方案的形成执行机构运动方案的形成 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 凸轮连杆组合机构方案一 凸轮连杆组合机构 方案说明 此方案中由于主动件为凸轮使得此机构不能承受高速载荷 但在低 速状态下通过设计凸轮的形状的不同可以达到不同的运动效果 使得机构运动 规律比较灵活 撞板下压机构方案八 平面连杆机构 满足运动变换 传动性较好 平稳性高 磨损与变形一般 效率较高 简单的连杆机构 加工装配容易 成本较低 运 动尺寸紧凑 10 凸轮连杆组合机构 运动说明 凸轮转动带动滚子所在摆杆摆动 从而使挡板上下运动 同时与下 方弹簧带动复合摆杆摆动 从而使滑块做左右运动 方案二 齿轮连杆组合机构方案二 齿轮连杆组合机构 运动说明 主动件为齿轮机构 齿轮机构传动稳定 可以承受高速 载荷与重载 其他构件均是杆机构 机构简单 加工容易 成本低 但是导杆过长承受载荷 较低 齿轮连杆组合机构 运动说明 齿轮旋转 轮上滑块带动一端固定的导杆摆动 从而使挡板上下运 动 同时轮与水平滑块组成曲柄滑块机构 进而带动滑块左右运动 方案三 齿轮齿条连杆组合机构方案三 齿轮齿条连杆组合机构 方案说明 一部分以齿轮齿条作为传动机构 工作平稳性高 但是通过曲柄摇 11 杆机构来驱动齿轮间啮合造成冲击进而影响平稳性以及会带来噪声 齿轮齿条连杆组合机构 运动说明 曲柄带动下方齿轮做一定角度往复转动从而带动下方齿条做左右往 复运动 同时上方齿轮带动连杆摆动进而使挡板上下运动 方案四方案四 连杆机构连杆机构 方案说明 简单的连杆机构 有急回机构 加工制造简单成本低 对复合杆要 求高 连杆复合机构 12 运动说明 曲柄转动带动复合杆做摆动 复合杆一端带动挡板做上下运动 另 一端带动滑块做左右运动 方案五 平面连杆复合机构方案五 平面连杆复合机构 方案说明 纯平面连杆机构 由曲柄摇杆机构 导杆机构 摇杆滑块机构组成 的符合机构 拥有急回机构 平行四边行机构工作平稳性高 加工装配容易 结构紧凑 成本低 连杆复合机构 运动说明 曲柄作为原动件带动复合摇杆摆动 摆杆带动挡板上下运动的同时带 动滑块做左右运动 方案六 连杆复合机构方案六 连杆复合机构 方案说明 曲柄作为原动件 复合杆同时传动两个执行机构的运动使得结构简单 紧凑 制造装配成本低 连杆复合机构 13 运动说明 曲柄作为原动件 通过复合杆带动挡板的上下运动以及滑块的 左右运动 4 4 机构组合方案的确定 机构组合方案的确定 根据所选方案是否能满足要求的性能指针 结构是否简单 紧凑 制造是 否方便 成本是否低等选择原则 经过前述方案评价 采用系统工程评价法进 行分析论证 发现方案 5 最满足设计任务的要求 并且综合性能良好 易于再 开发 所以将方案 5 作为执行机构的最终方案 2 32 3 执行机构设计执行机构设计 1 1 执行机构设计执行机构设计 执行机构分别为 齿轮 齿条撞板上下冲压机构 连杆推块左右冲压机构 撞板上下运动冲压机构的设计撞板上下运动冲压机构的设计 四杆机构的设计 曲柄导杆机构的设计 齿轮机构的设计 滑块左右运动冲压机构的设计滑块左右运动冲压机构的设计 曲柄滑块机构的设计 图 11 机构运动循环图 2 2 机构设计方法 机构设计方法 曲柄滑块机构的设计 解析法 曲柄导杆机构的设计 解析法 四杆机构的设计 解析法 14 滑块处于右极限位置运动状态图机构三种运动状态综合图 滑块处于某一瞬时位置运动状态图滑块处于左极限位置运动状态图 滑块左右运动冲压机构的设计 解析法 滑块左右运动冲压机构的设计 解析法 滑块处于最近位置时 取 Q1 为 30 则杆 AB 逆时针转 60 滑块向右移 900mm 则 B B 点向水平投影得 2AC CC CC 900mm 则 AC 450mm AB 2AC 900mm 15 AC AB BC 2AC ABcos120 可解得 BC 1190 588mm 撞板上下运动冲压机构的设计撞板上下运动冲压机构的设计 解析法解析法 取 Q 为 30 时挡板处于最高位置 则 OC 2B C 为使 C C 两点垂直高度差 650mm 可令 AB 转过 60 时 OC 处于水平位置 令 B 点为 OC 中点 可解得 AB 650 mm OC 1300 mm 原动件设计 解析法 原动件设计 解析法 取 BC 400 mm AC 600 mm 则 b a AB b a AB AB 400 600 即 b a 400 600 CB 转过 60 到 CB 位置 则 AB B C AC B C B C 2 200 mm CC B Ccos30 400cos30 mm 又 AC AC CC 则 AB B C 16 AC CC 即 b a 200 600 400cos30 可解得 b 844 205mm a 123 095 mm 2 42 4 执行机构运动分析执行机构运动分析 滑块左右移动机构分析滑块左右移动机构分析 挡板上下移动机构分析挡板上下移动机构分析 原动件四杆机构的分析原动件四杆机构的分析 17 运动线图 绿 角位移 红 速度图 蓝 加速度 2 52 5 机械系统运动方案简图机械系统运动方案简图 图 12 整体系统图 18 三 传动三 传动系统方案系统方案设计设计 3 13 1 传动传动方案方案设计设计 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 19 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 原始资料 已知工作机 执行机构原动件 主轴 转速 周期 T 1 2 s f 1 1 2 r s 5 6 r s 转速 nW 50 r min 转矩 Mb 550 N m 3 23 2 电动机的选择电动机的选择 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 M 1000 KW nW 30 50 30 5 236 rad s PW M 1000 550 5 236 1000 2 8798 KW 注 工作轴 执行机构原动件轴 b 所需电动机的功率 Pd PW a a 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 20 a 带 轴承 3 齿轮2 联 0 96 0 993 0 972 0 99 0 868 Pd PW a 2 8798 0 868 3 3 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 2 4 单级圆柱齿轮传动比范围为 i 齿 3 5 则电动机转速可选范围为 nd i带 i齿2 nW 2 4 3 5 2 nW 18 100 nW 18 100 50 900 5000 r min 符合这一转速范围的同步转速有 1000 r min 1500 r min 和 3000 r min 根 据容量和转速 由有关手册查出三种适用的电动机型号 因此有三种传动比方 案 电动机转速 r min方 案 电动机型号 额定功率 ped kw 同步满载 电动机 质量 kg 1 Y112M 2 43000289042 2 Y112M 4 41500144045 3 Y132M1 6 4100096070 对于电动机来说 在额定功率相同的情况下 额定转速越高的电动机尺寸 越小 重量和价格也低 即高速电动机反而经济 若原动机的转速选得过高 势必增加传动系统的传动比 从而导致传动系统的结构复杂 由表中三种方案 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 结构和带传动及减速器的传动比 认为方 案 2 的传动比较合适 所以选定电动机的型号为 Y112M 4 Y112M 4 电动机资料如下 额定功率 4 Kw 满载转速 n满 1440 r min 同步转速 1500 r min 21 3 33 3 传动装置的总传动比和各级传动比分配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 1440 50 28 8 2 分配各级传动比 根据 机械设计课程设计 表 2 2 选取 对于三角 v 带传动 为避免大带 轮直径过大 取 i12 3 则减速器的总传动比为 i减 i总 3 28 8 3 9 6 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 3id i减 ig id 1 3i2d 9 6 i2d 9 6 1 3 7 3846 id 2 72 ig 1 3id 1 3 2 72 3 536 注 ig 高速级齿轮传动比 id 低速级齿轮传动比 3 43 4 传动装置的运动和动力参数计算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 1440 r min 轴 n n电 i带 1440 3 480 r min 轴 n n ig 480 3 536 135 7466 r min 轴 n n id 135 7466 2 72 50 r min 计算各轴的输入和输出功率 轴 输入功率 P Pd 带 3 3 0 96 3 168 kw 输出功率 P 3 168 轴承 3 168 0 99 3 136 kw 轴 输入功率 P 3 136 齿轮 3 136 0 97 3 042 kw 输出功率 P 3 042 轴承 3 042 0 99 3 012 kw 轴 输入功率 P 3 012 齿轮 3 012 0 97 2 92 kw 输出功率 P 2 92 轴承 2 92 0 99 2 89 kw 计算各轴的输入和输出转矩 电动机的输出转矩 Td 9 55 106 Pd n电 9 55 106 3 3 1440 21 9 103 N mm 22 轴 输入转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 3 168 480 63 03 103 N mm 输出转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 3 136 480 62 4 103 N mm 轴 输入转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 3 042 135 7466 214 103 N mm 输出转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 3 012 135 7466 211 9 103 N mm 轴 输入转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 2 92 50 557 72 103 N mm 输出转矩 T 9 55 106 P n 9 55 106 2 89 50 552 103 N mm 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表 功率 p kw转矩 T N mm 轴名 输入输出输入输出 转速 n r min 1 传动比 i效率 电机轴3 3 25 2 1031440 3 0 95 轴3 1683 136 63 03 10362 4 103514 29 3 536 0 96 轴3 0423 012 214 103 211 9 1 03 108 96 2 72 0 96 轴2 922 89 557 72 1 03 552 103 30 23 四 设计小结四 设计小结 这次课程设计 我拿到的题目是麦秸打包机 本次设计旨在培养我们进行机械系统运动方案创新设计能力和应用现代先 进设计手段解决工程实际问题的能力 机械原理课程设计是我们机械类各专业 学生在学习了机械原理课程后进行的一个重要的实践性教学环节 是为提高我 们本科生机械系统运动方案设计 创新设计和解决工程实际问题能力服务的 它要求我们运用机械原理课上所学过的各种机械机构的动力学 运动学原理 分析和解决我们实际生活