麦秸打包机机构及传动装置设计

1、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：学 号：专业班级：机械工程及机动化 班指导教师：完成日期：20年 月日天津理工大学机械工程学院设计题目ii1.1 设计目的 31.2 设计题目 31.3 设计条件及设计要求 41.4 设计任务 4二执行机构运动方案设计2.1 功能分解与工艺动作分解 52.2 方案选择与分析 52.3 执行机构设计 172.4 执行机构运动分析 192.5 机械系统方案设计运动简图 22三传动系统方案设计3.1 传动方案设计 223.2 电动机的选择 233.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配 253.4 传动装置的运动和动力参数计

2、算 26四设计小结 27五参考文献 28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

3、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,将麦秸上向料仓前部推挤。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n型的

4、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：带传动十二级圆柱斜齿轮减速器;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,打包机机构的输入轴转矩为 M其余尺寸见下表：TM (N m)I1 (mm)l2(mm)I3 (mm)l4(mm)I5 (mm)16 (mm)1.00460320420260900210650说明和要

5、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)工作周期T的允许误差为土 3%之内；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、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

6、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 .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1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

7、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 .方案选择1）滑块水平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。10滑块左右运动方案1:曲柄滑块机构滑块左右运动方案2:外凸轮机构滑块左右运动方案

8、3:曲柄导杆机构滑块左右运动方案4:连杆复合机构滑块左右运动方案5:三角正弦机构滑块左右运动方案6:连杆齿轮齿条复合机构表2.水平移动执行构件的机构运动方案定性分析方案号主要性能特征功能功能质量经济适用性运 动 变 换增 力加 压 时 间 一级 传动 角二级传动 角工作 平稳 性磨损 与变 形效 率复杂 性加工 装配 难度成 本运 动 尺 寸1满 足无较 短较小高简单易低小2满 足无长较小有冲 击剧烈较 高较复 杂较难较 高大3满 足无长大FT高较复 杂较难一般大4满 足较 强短较大大FT高较复 杂较难一般小5满 足无较 短较小FT高简单易低大6满 足弱较 短较小较大高复杂最难较 高小注：加压

9、时间是指在相同施压距离内， 滑块向右移动所用的时间，越长则 越有利。一级传动角指连杆机构的传动角；二级传动角指六杆机构或连杆复合 机构中后一级机构的传动角0评价项目应因机构功能不同而有所不同。对以上方案初步分析如表2。从表中的分析结果不难看出，方案1, 2, 5的 性显较差；方案3, 4, 6,尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这三个方 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).撞板下压机构方案选择撞板下压方案2:凸轮复合机构11撞板下压方案4:齿轮齿条机构12撞板下压方案3:凸轮机构ITTr撞板下压方案5:连杆复合机构表3铅垂移动执行构件的机构

10、运动方案定性分析方案号功能功能质量经济适用性运动变 换加压 时间 一级传动角二级传动 角工作 平稳 性磨损 与变 形效率复杂性加工 装配 难度成本运动尺 寸1满足较长较大较大小较复杂较大2满足较长较大有冲 击大较大较难较局较大3满足较长较大有冲 击大较大TF较局大4满足较短较大较好F较小5满足较短较大较大小较大较难注： 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。 一级传动角指连杆机构的传动角；二级传动角指六杆机构或连杆复合机构中后一级机构的传动角0评价项目应因机构功能不同而有所不同。对以上方案初步分析如表3。从表中的分析结果不难看出，方案2， 3 的性显较差；方案1，

11、 4， 5 尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这三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 . 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

12、供选择。1) 齿轮齿条组合机构方案说明：如图1 所示，整个机构的动力传输由三个齿轮联合组成，齿轮传动有着高稳定性，可以承受重载和高速载荷等优点，而且结构简单，加工方便易于维护，整体方案相对节省空间。图1齿轮齿条组合机构运动说明：主动曲柄转动，带动摇杆进行摆动，和摇杆同轴的齿轮使底部齿条 移动的同时再将运动传给下一级齿轮，而下一级齿轮的运动带动最右边的齿轮 开始转动，最右边的齿轮带动第二个齿条进行运动。2）凸轮连杆组合机构方案说明：此方案和图9）所示方案性能类似，不同点在于由于主动件变成了齿 轮，齿轮所传输的稳定动力使横向移动的滑块运动稳定。图2凸轮连杆机构 运动说明：主动件为齿轮，齿轮上连有凸

13、轮，主动轮转动时凸轮带动摆动从动 件使摆杆上下运动，同时主动件将运动又传递给另一个齿轮，另一个齿轮带动 连杆推动滑块作左右运动。3）齿轮连杆组合机构方案说明：此方案力学性能良好，滑块有急回运动，运动结构紧凑层次清晰, 而且除了为打包机输出所需的两个运动之外，还可以输出一个上下摆动的运 动，为日后的再开发提供了帮助。运动说明：主动杆带动复合杆摆动，复合杆上部用滑块连接齿轮，齿轮带动齿 条使撞板上下运动，复合杆下部拉动滑块做左右运动。4.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

14、证，列出下列表格，表4.总体方案定性分析性能指针力杀1力杀2力7K 3性能指针力杀1力杀2力7K 3运动性能运动规律平稳平稳急回经 济 性加工难度一般难一般运动速度及精度较高一般较高维护难度易难一般工作性能工作效率高较高较高能耗大小一般一般一般使用空间小较大一般使用寿命较长一般较长动力性能承载能力大一般较大结构机构尺寸小较大较大传力性能大一般一般机构重量重重一般震动与噪声较小较大较大复杂程度简单复杂一般经过分析，发现方案 3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3作为执行机构的最终方案。1 .3执行机构设计2 .执行机构设计执行机构分别为：齿轮一齿条撞板上下冲压机构。连

15、杆推块左右冲压机构。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：曲柄滑块机构的设计；图11.机构运动循环图3 .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 解析法和实验法四杆机构的设计 实验法11用解析法设计分解图田中的机构：设AB=AC为保证C点传力良好，设Q1的初始角度为50度，Q1角向上转过 30度后C点应向右移动900mm则ABC三点向X轴投影得：|2*AB*cos50 ° - 2*AB*cos0 ° |= 900 解之得:AB=BC= 1250(mm)用解析法和实验法设计分解图n中的机构

16、：由图田中条件设置图R的初始参数，图R中 Q1角的两极限位置分别为20。和70°在此机构中导杆上的滑块连接齿轮它会带动齿轮转40。，这里要求齿轮在转动过程中带动齿条移动650mm则齿轮节圆半径R为：50/360 * 2 * 3.1416 * R = 650解之得:R=372.42(mm)为曲柄导杆机构的传力性良好在齿轮节圆范围内选取适当的滑块位置，作Q1极位夹角的角平分线，作滑块运动轨迹曲线，在极限位置作和滑块速度方向 相垂直的线，此线和极位夹角的角平分线的夹角便是齿轮中心点所在的位置， 确定位置后，通过测量得：齿轮中心点坐标为(496, 230)L1的长度为300mm用实验法设计分

17、解图I中的机构：在极限位置，图I中Q1等于70°时，设曲柄AB长度为420mm AD长度为 1000mm CD杆长度在设置时为了保证和滑块不发生干涉而且要保证良好的传力 性，选取CD杆的长度为1300mm作图连接四杆机构，通过测量得：连力:F BC长度为:827mm其他参数设置：齿轮节圆半径=分度圆半径=372.42(mm);基圆半径=390(mm);模数=30 ;2.4执行机构运动分析分析方法：计算机辅助分析所用软件：计算机辅助分析设计程序(详细内容请看本说明书附件)1).对机构中的曲柄滑块进行分析示意图：32原始数据«曲柄滑坡机构的运动分析及动强仿真输入数据曲柄长(L1

18、)示意图运瑞芬代运动提图动喜仿真铜出数据K值滑身人连杆长(L2)120偏距(e) W曲柄角速度31)确定清除2T1114.0124503. 0D352T2114.8929505.6595ZT3115 7781508 5488274116 6679511.07122T5117,5跑513.42212T6118 46515 5T277119 361T517.591427812Q066519.4007ZT9121. 1745521.0200£50122 0SS2522. 4474231122.9932523 67642BZ123.9131524.T04283124 629S525 5264

19、23412S.T474536 1393285126.seal5S6.540928612T 5852526.72022S7120 5046526 692623S129 4Z36526 4372£89130.34E525.957290131 2594525 2495曲柄转角滑块位移滑块速度< 1分析| 线图位移曲线1.00C93?最小传动角59南东滑块最大速度I 563. 395滑块最大加速度| Tlbf 7动程100 42LE缩敢比例| 3.5速度曲线系意图飞动分析作动一亩一动态仿真加速度曲线2.5机械系统运动方案简图执行机构运动简图三、传动系统方案设计3.1 传动方案设计传动系

20、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

21、， 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：原动机一传动系统（装置）一 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

22、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。工作机（执行机构）执行机构1I1电动机2V带传动3一二级圆柱齿轮减速器再根据中心距及机械原根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，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：转速：nw=30 （r/min）转矩：Mb =460 （N.m）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=

23、M cd/1000 （KW）二兀 nw /30=30 兀 /30=3.14159 （rad/s）Pw=M /1000=460X 3.14159/1000=1.445 KW注：工作轴 执行机构原动件轴。b.所需电动机的功率：Pd= Pw /“a4a-由电动机至工作轴的传动总效率“a =刀带x”轴承3x”齿轮2x”联查表可得：对于V带传动： 刀带=0.96对于8级精度的一般齿轮传动：刀齿轮=0.97对于一对滚动轴承：”轴承=0.99对于弹性联轴器：刀联轴器=0.99则“a =刀带x”轴承3x”齿轮2X”联=0.96X 0.993 X 0.972 X 0.995= 0.868Pd= Pw / 4 a

24、=1.445/0.868=1.664 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,取3.7单级圆柱齿轮传动比范围为i齿二35,取4.8则电动机转速为：nd=i 带 xi 齿 2X nw2=3.7X 4.8 义 nw=85.284X 30=2557.44 r/min符合这一转速范围的同步转速有750 r/min、 1000 r/min、 1500 r/min 和 3000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案。方 案电动机型号额定功率Ped/kW电动机转速/ r/min电动机质量/kg传动装置的传动比同步满载总传动比V带

25、传动比齿轮传动1Y112M-24300028904596.33332.112Y112M-441500144043483163Y132M1-64100096073322.512.84Y160M1-84750720118242.59.6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。由表中四种方案，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

26、定功率：4 Kw满载转速：n满=1440 r/min同步转速：1500 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 =1440/30= 482,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=3.7;则减速器的总传动比为 i减=i总/3.7=48/3.7=12.9729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=1.3id5 igXid = 132d = 12.9729i2d = 12.9729/1.3=9.9792id =3.16ig=1.3id=1.3

27、X 3.16=4.11注：ig -高速级齿轮传动比；id 1氐速级齿轮传动比；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=1440 r/minI 轴n：= n 电/i 带=1440/3.7=389.19 r/minII 轴 nn= n" ig=389.19/4.8=81.08r/min田轴nxnn/ id =81.08/3.16= 25.11 r/min计算各轴的输入和输出功率:I 轴：输入功率P尸 PdT带=1.7X0.96=1.632 kw输出功率P尸 1.632” 轴承=1.632X 0.99=1.616 kwII轴:输入功率Pn=1.616X” 齿轮=1.

28、616X0.97=0.598 kw输出功率 Pn= 0.598X n 轴承=0.598X 0.99=0.592 kwin轴输入功率Pm=0.592X n 齿轮=0.592 X 0.97=0.574 kw输出功率Pm= 0.574X n 轴承=0.574X 0.99=0.568kw计算各轴的输入和输出转矩:电动机的输出转矩Td=9.55X 106X Pd /n 电=9.55X106X 1.7/1440=11.3X 103N mmI轴:II轴:in轴输入转矩Ti=9.55X 106XP： / m=9.55X106X 1.632/389.19=40 x 103N - mm输出转矩T：=9.55X 1

29、06XP： / rn=9.55X 106X1.616/389.19=39.7X 103N - mm输入转矩Tn=9.55X 106XPn / nn=9.55X 106X0.598/81.08=70.4X 103N - mm输出转矩Tn=9.55X 106XPn / nn=9.55X 106X0.592/81.08=69.7X 103N - mm输入转矩Tm=9.55X 106XPm / nm=9.55X 106X0.574/25.11=218.3X 103N - mm输出转矩Tm=9.55X 106XPm / nm=9.55X 106X0.568/25.11=216X 103N - mm将运动

30、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 ( N - mm)转速 n/r - min-1传动比i效率Y输入输出输入输出电机轴1.7一_311.3X 10314403.70.95I轴1.6321.61640X10339.7X103389.194.80.96口轴0.5980.59270.4 X 10369.7X10381.083.160.96w轴0.5740.568一 一一_3218.3X 103_ _ _3 216X10325.11四、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

31、所出的题目定制计划，我首先借阅书籍搜集资料，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， 不过通过书籍， 互联网和老师的帮助，所有问题得以解决，最终保证了这次设计任务顺利进行。在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机 构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场， 在我 脑中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中， 我开始对传 授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。 换句话说，因这次课程设计我 把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。通过这次设计任务，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。 在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高，可以说这次的设计就像是一