机械原理课程设计摇摆式输送机

1、机械原理课程设计摇摆式输送机 机械原理课程设计 摇摆式输送机说明书 负 责 人：何竞飞 学 院：机电工程学院 班 级：机械1102班 学 号：0806110229 日 期：2013年7月1日 目录 1设计任务及原始参数? 2运动方案设计?主机构方案?电动机主机构（齿轮传动机构方案）? 2.3 总体方案图? 3. 电动机选择?. 3.1 电动机型号?电动机的功率? 4. 传动比分配? 5. 齿轮机构设计?齿轮参数选择?变位齿轮设计? 6. 主机构设计? 7.主机构运动分析? 8. 主机构受力分析? 9. 主机构速度波动调节?等效力矩确定?最大盈亏功计算?等效转动惯量计算? 9.4飞轮转动惯量计算

2、? 10. 设计总结? 1. 课程设计的任务 机械原理课程设计的任务是对机器的主体机构进行运动分析、动态静力分析，求出所有的运动副反力及平衡力矩。要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸（或编制计算程序），编写设计计算说明书。 要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构连杆机构、凸轮机构、齿轮机构，其他常用机构，组合机构等进行运动分析与参数设计；通过计算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出相应的运动参数值。 原始数据： 参数项目

3、物料重量G（Kg）曲柄转速n4 (r/min)行程速比系数K位置角 1 (°) 摇杆摆角角2(°)l (mm)h (mm)lCD(mm) 60220 360 270 2. 运动方案设计主机构方案 通过查询分析几种经典的运送机结构并分析其优缺点，结合自己的改动确定了 机构的基本结构位置和转动方式。 2.2 电动机主机构方案总体设计方案 3.电动机选择 3.1 电动机型号 结合功率及转速可以确定电动机型号为Y18L-4 选自 秦大同现代机械设计手册P25-24 “Y系列三相异步电动机数据” 3.2 电动机的功率 设经过皮带齿轮传动后加于主机构的功率为Pr，地面 与小车之间的摩擦

4、系数，一个周期滑杆行进的路程为H。 每次小车获得的动能为?车，一秒完成的周期数为n 根据公式： ?磨=2FrH，?(3Fr=fG,?(3?车=0.5m?(3W=n(?车+?磨 可以求得 选择V带传动和二级齿轮传动，传动装置 的总效率=123452=3 其中1为皮带传动效率，234为轴承传动数据取自毛炳秋机械设计 效率，5为齿轮传动效率。课程设计P20 2-13 得到 实际电动机功率P=Pr/ P=18.6Kw, 结合功率及转速可以确定电动机型号为Y18L-4 （选自 秦大同现代机械设计手册P25-24 “Y系列三相异步电动机数据”） 4.主机构设计 主机构的设计及各杆尺寸的确定通过CAD作图测

5、量得到。 主要过程：1.取一点D作为一个机架， 过D做两条与水平线分别成60°和120长为270mm的直线，直线端点为C，BD=0.6CD=162mm，即可确定B点。 行程速比系数，由公式= 180（K+1）/（K?1）可以求出角度为° 以B1，B2点为角的边做角度°， 角的顶点记为D点。以B1，B2，D三点画圆，以D点水平向左做一条长为220mm的线段，垂直向上与圆交与O点，连接OB1和OB2,可以测量的，根据主机构结构特点，B1，B2为两极限位置，则，。 根据此方程求解得，。由h=360mm可知，另一机架与D点竖直距离为360mm。测得最小传动角为43

6、6;，符合传动要求。 主机构构件长度及位置确定完毕。 参考 4.传动比的分配 计算总传动比： 公式：i= ?可以得到，本机构采用皮带轮加二级圆柱齿 轮减速器构成。皮带轮传动比为?皮=2，则齿轮机构传?为动比?齿，齿轮机构设计图如下：? 公式：?齿=?2?3 ?1?2设齿轮1和2间的传动比为?1，齿轮 2和3之间的传动比为?2. 公式：?1=1.4?2= 1.4?齿 （毛炳秋机械设计课程设计P19 2-6 ?1=3，?2 5.齿轮系的设计 1.齿轮基本数据的确定 由第四步已经确定了齿轮间的传动比，根据公式可以确定各个齿的齿数。 根据公式?12=可以得到： ?1?2 ?1=20 ?2=60?2=2

7、0?3=40 取齿轮的模数m=5，可以得到齿轮的基本参数： 项目 代号 小齿轮 大齿轮 模数 m 5 5 压力角 20° 20° 分度圆直径 d100mm 300mm 齿顶高? ? 5mm 齿根高 齿全高 齿顶圆直径? ? 110mm 310mm 齿根圆直径 基圆直径? ? 94mm 282mm 齿距 基圆齿距 齿厚 齿槽宽 顶隙 标准中心距a 200mm 公式来源 孙恒机械原理P180 10-2 2.变位齿轮的选取 由于变速后使齿轮的的转速降低，加大了低速齿轮间的作用力，为了 避免因应力过大而导致齿轮的磨损和破坏，将低速齿轮设计为变位齿轮以 提高齿轮的承载能力。 资料来源

8、 孙恒机械原理P191 根据上表公式 a=m(?3+?2)/2 a=150mm 可以求得标准中心距，可以取变位后的?2中心距?,公式：?,=arccos( 得到?,=21° 变位系数?1+?2=(inv?,?inv)(?3+?2)/(2tan) 得到?1+?2=0.2 查表可得， 参考公式孙恒机械原理P191 10-28 变位齿轮基本参数： 名称 符号 不等变位齿轮传动 acos?) ?3=20 变位系数 ,节圆直径 啮合角° 齿顶高? ? 3.75mm 3.25mm 齿根高?5.5mm 6mm 齿顶圆直径? ? 208.5mm 107.1mm 齿根圆直径?190mm 88

9、.6mm 中心距 中心距变动系数 齿顶高降低系数 参考公式孙恒机械原理P192 10-4 6.主机构运动分析 使用CATIA完成 1. 构件的建立： 使用CATIA将各个构件按照长度比例画出。 OA杆： AB杆： CD杆： 滑块： 滑杆： 机架： 整体效果图： 对主机构进行运动分析： 采用CATIA进行DMU运动仿真，选取OA杆的转动角度为横坐标， 以滑杆的速度加速度为纵坐标画出图像并进行导出。 滑杆位移图像： 滑杆的速度图像： 滑杆的加速度图像： 摆杆位移图像： 摆杆角速度图像： 摆杆角加速度图像： 7，机构的受力分析 机构分析步骤： 1.进行速度分析，画出每个点的速度矢量图。 2.进行加速

10、度分析，画出加速度矢量图。 3.将角加速度及加速度化为等效惯性力。 4.取单个构件进行力矢量求解得到各个力并求出等效力矩（孙恒 机械原理P57） 对当=150°时的机构进行力分析：速度分析： 根据机构特点可以列出速度矢量方程： ?=2?1/60?(7-2) 画出速度矢量图： ? ? ?选定比例系数测量出三个速度大小加速度分析 ?根据公式求出 ? 根据加速度矢量方程式：?=0 ?+? =?+?+?+? CD CD OA OA AB AB 做出加速度矢量图： ? ?2?选取比例系数可以测量出?2?加惯性力 公式M=J?.(7-4)?=2 可以求出AB杆上的惯性力矩 F=M/L?(7-5)

11、?2=403.2N F=ma?(7-6)h=13mm 求出加在AB杆上的惯性力?2及偏移量h对机构进行力分析 取滑块进行分析： 将C的加速度沿水平和竖直方向分解可以得到： ? 对滑块进行受力分析： 滑块受到的力：?34?34?54 ?4?4 列出方程： ?34?-?54 ?(7-7) ?34? ?34?-?4?(7-8)?34?=749N 对CD杆进行受力分析： CD杆受到的力有：?43?43?23? ?63? ?63?3?=100mm 对D点取矩得到公式：?=253mm ?=50mm ?43?+?43?+?3?=?23?+?/?(7-9)?=162mm 可以得到?23?23?=753N 对A

12、B杆进行分析 AB杆受到的力有?2?2?32? ?12?12?2=480N 可以画出力的矢量图： ?12? ?12?2 ?2?32? ?12?=300N 选取比例系数可以求出?12? ?12? ?12?=990N 对OA杆进行分析 将?12? ?12?反向并沿平行和垂直方向分解于OA杆上 ?21? ?21? ?1 对O点求矩可以得到方程： ?=?21?+?1? 21 用此方法分析其余两位置可得到其余参数。?1=150N 备注：若考虑小车及物料质量，在小车和物料存在时? 等效力矩将极大。 9主机构速度波动调节求解平衡力矩 取曲柄OA为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循环中 的等效

13、阻力矩Mr（）。 通过MATLAB建模可以得到整个机构的等效组力矩的图像，可以利用积分求 出平均阻力矩，函数源代码如下： clearall;clc; %初始条件 theta1=linspace(-25.72,334.28,100);%单位度 theta1=theta1*pi/180;%转换为弧度制 W1=52.2*pi/30;%角速度 单位rad/s H=0.4;%行程 单位m L1=0.074;%O2A的长度 单位m L3=0.24721;%O3B的长度 单位m8;%BF的长度 单位m L6=0.38833;%O2O3的长度 单位m L6u=0.62132;%O3D的长度 单位m Z=pi/

14、180;%角度与弧度之间的转换 dT=(theta1(3)-theta1(2)/W1;%时间间隔 for j=1:100 t(j)=dT*(j-1);%时间因素 end %求解S3、Theta3、Theta4和SE四个变量 S3=(L6)2+(L1)2-2*L6*L1*cos(theta1+pi/2).0.5;%求出O3A的值 fori=1:100%求解角度theta3、Theta4和SE的长度 theta3(i)=acos(L1*cos(theta1(i)/S3(i); theta4(i)=asin(L6u-L3*sin(theta3(i)/L4); SE(i)=L3*cos(theta3(

15、i)+L4*cos(theta4(i); end%求解完成 %求解完成 %求解VS3、W3、W4和VE四个变量 fori=1:100 J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-L3*sin(theta3(i),-L4*sin(theta4(i),-1; 0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0); K=J*W1*-L1*sin(theta1(i);L1*cos(theta1(i);0;0; VS3(i)=K(1); W3(i)

16、=K(2); W4(i)=K(3); VE(i)=K(4); end%求解完成 %求解aS3、a3、a4、aE四个变量 fori=1:100 J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-L3*sin(theta3(i),-L4*sin(theta4(i),-1; 0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0); P=W1*W1*-L1*cos(theta1(i);-L1*sin(theta1(i);0;0; M=-W3(i)*sin

17、(theta3(i),-VS3(i)*sin(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*cos(theta3(i),0,0; W3(i)*cos(theta3(i),VS3(i)*cos(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*sin(theta3(i),0,0; 0,-L3*W3(i)*cos(theta3(i),-L4*W4(i)*cos(theta4(i),0; 0,-L3*W3(i)*sin(theta3(i),-L4*W4(i)*sin(theta4(i),0; N=VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i); K=J*(-M*N+P); aS3(i)=K(1); a3(

18、i)=K(2); a4(i)=K(3); aE(i)=K(4); end%求解完成 %动态静力分析 %初始条件 M4=194.1; M5=48.54; M6=62; Js4=6.775; Js5=0.106; Fc=4000; Ls4=0.5*L3; Ls5=0.5*L4; %给摩擦力赋值 fori=1:100 if(abs(SE(1)-SE(i)>0.05*H&&abs(SE(1)-SE(i)<0.95*H)&&(theta1(i)<pi) Fc(i)=4000; else if(abs

19、(SE(1)-SE(i)>1.05*H&&abs(SE(1)-SE(i)<1.95*H)&&(theta1(i)<pi) Fc(i)=200; else Fc(i)=0; end end end%赋值完成 %求解平衡力矩*L3)*(0.5*L3);%导杆对点O3的转动惯量 fori=1:100 Ekk(i)=(M6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+M5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i)/2;%计算总动能 end dEkk(1)=Ekk(1)-Ek

20、k(100);%动能的改变量 fori=2:100 dEkk(i)=Ekk(i)-Ekk(i-1);%动能的改变量 end fori=1:100 MM(i)=(dEkk(i)+Fc(i)*abs(VE(i)/W1;%求平衡力矩 end %画图 %画运动图 figure(1); plot(t,theta3,'r');hold on; plotyy(t,theta4,t,SE);grid on; xlabel('时间t/s'); ylabel('theta3、theta4(rad)'); title(&

21、amp;#39;角度Theta3、theta4和位移SE'); axis( 0 , 0.75,-0.2,2); figure(2); plot(t,W3,'r');hold on;gridon; plotyy(t,W4,t,VE); xlabel('时间t/s'); ylabel('W3、W4(rad/s)'); title('角度速度W3、W4和速度VE'); axis(0 , 0.75,-5,3); figure(3); plot(t,a3,&am

22、p;#39;r');hold on; plotyy(t,a4,t,aE);grid on; xlabel('时间t/s'); ylabel('a3、a4(rad/s/s)'); title('角度加速度a3、a4和加速度aE'); axis(0 , 0.75,-80,80); %运动图画完 %画反力图 figure(4); plotyy(theta1,Fc,theta1,SE); xlabel('Theta1（时间t）'); ylabel(&#

23、39;Fc'); axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,1400); title('切削阻力Fc与位移SE');gridon; figure(5); plotyy(theta1,MM,theta1,Fc); xlabel('Theta1（时间t）'); ylabel('力矩'); axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,700); title('平衡力矩');gridon; figure(6); plotyy(theta1,Ekk,theta1,SE); xlabel('Theta1（时间t）'); ylabel('Fc'); title('导杆、滑杆和滑块的总动能');gridon; theta1(1) theta1(100