机械原理课程设计_自动喂料机设计.doc

1、机械原理课程设计说明书自动喂料搅拌机院 系： 工学院 机械系 专 业： 机械工程及自动化 年 级： 2009级 学生姓名： 奎 剑 学 号： 200903050732 指导教师： 王 海 生2011年9月机械原理课程设计说明书摘 要自动喂料搅拌机用于化学工业和食品工业，它的主体是喂料机构和交办机构，同时还需要采用各种机构实现动力的传递。为此，我们对各种动力传动机构和执行机构进行选择，之后再进行分析比较挑选出最好的机构，接着按照给定的机械系统的要求进行功能分解，再根据工艺要求画出运动循环图。有了上面一系列准备工作之后就可以进行机构的选型与组合，设计机械系统方案，对具体运动方案进行评定和选择，最终

2、选出最优设计方案，画出设计方案总图，并写出这次课程设计的具体体会。关键词；自动喂料搅拌机；传动机构；执行机构；运动循环图；机械系统方案机械原理课程设计说明书目 录一、机器的工作原理及外形图 . 1二、原始数据 . 1三、设计要求 . 2四、机器运动系统简图 . 3五、运动循环图 . 3六、传动方案设计 . 4七、机构尺寸的设计 . 41、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计 .42、设计实现喂料动作的凸轮机构.53、连杆机构的动态静力分析： . 64、设计不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动 . 7八、飞轮转动惯量的确定 . 8九、机械运动方案评价 . 9十、方案二基本介绍 . . . . . . .

3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10十一、心得体会 . 11十二、参考文献 . 11机械原理课程设计说明书一、机器的工作原理及外形图设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。物料的搅拌动作为：电动机通过减速装置带动容器绕垂直轴缓慢整周转动；同时，固连在容器内拌勺点E沿图【1】虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。物料的喂料动作为：物料呈粉状或粒状定时从漏斗中漏出，输料持续一段时间后漏斗自动关闭。喂料机的开启、关闭动作应与搅拌机同步。物料搅拌好以后的输出可不考虑

4、。图【1】 喂料搅拌机外形及阻力线图二、原始数据工作时假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力呈线性变化，如图【1】示。表8.2为自动喂料搅拌机拌勺E的搅拌轨迹数据。表8.3为自动喂料搅拌机运动分析数据。表8.4为自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据。表1.1 拌勺E的搅拌轨迹数据表1机械原理课程设计说明书表1.2 自动喂料搅拌机运动分析数据表三、设计要求（1）机器应包括齿轮（或蜗杆蜗轮）机构、连杆机构、凸轮机构三种以上机构。（2）设计机器的运动系统简图、运动循环图。（3）设计实现搅料拌勺点E轨迹的机构，一般可采用铰链四杆机构。该机构的两个固定铰链A、D的坐标值已在表1.2给出（

5、在进行传动比计算后确定机构的确切位置时，由于传动比限制，D点的坐标允许略有变动）。（4）对连杆机构进行动态静力分析。曲柄1的质量与转动惯量略去个计，平面连杆机构从动件2、3的质量m2、m3及其转动惯量Js2、Js3以及阻力曲线Q参见表1.3。根据Qmin、Qmax和拌勺工作深度h绘制阻力线图，拌勺所受阻力方向始终与点E速度力向相反。根据各构件重心的加速度以及各构件用加速度确定各构件惯性力Fi和惯性力偶矩Mi，将其合成为一力，求出该力至重心距离 FLh=iMi将所得结果列表。求出各位置的机构阻力、各运动副反作用力、平衡力矩，将计算结果列表。2机械原理课程设计说明书（5）飞轮转动惯量的确定。飞轮安

6、装在高速轴上，已知机器运转不均匀系数d（见表1.3）以及阻力变化曲线。注意拌勺进人容器及离开容器时的两个位置，其阻力值不同（其中一个为0），应分别计算。驱动力矩Md为常数。绘制Mr-j（全循环等效阻力矩曲线）、Md-j（全循环等效驱动力矩曲线）、DE-j（全循环动能增量曲线）等曲线。求飞轮转动惯量JF。（6）设计实现喂料动作的凸轮机构。根据喂料动作要求，并考虑机器的基本厂寸与位置，设计控制喂料机开启动作的摆动从动件盘形凸轮机构。确定其运动规律，选取基圆半径与滚子半径，求出凸轮实际廓线坐标值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。（7）设计实现缓慢整周回转的齿轮机构（或蜗轮蜗杆机构）

7、。四、机器运动系统简图方案一：3机械原理课程设计说明书五、运动循环图方案一：六、传动方案设计对于方案一，已知电动机转速为1440r/min，容器转速70r/min，由计算可知，处于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.6r/min（完成一次搅拌的周期为100秒，即100秒转一转），最高传动比达2400，故可以设计如下：从电动机输出，经二级减速器减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮及不完全齿轮达到要求的转速。具体计算如下：选择传动比为24

8、的二级减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；要求的容器转速为70r/min，V带的传动比应为60/70=7/6；蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为60/0.6=100；搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动比应为0.6/10=0.06。七、机构尺寸的设计1、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计要实现此轨迹可采用铰链四杆机构，由于该四杆机构的两个固定铰链以及所要实现轨迹上的八个点的坐标已知，故可以根据四杆机构设计方法中轨迹设计法的解析法对各个杆长进行设计，其设计原理如下：4机械原理课程设计

9、说明书分析：n=3,PL=4,PH=0.F=3n-2PL-PH=1E点的轨迹方程为：U2+V2=W2U=m(x'-d)cosd+y'sind(x'+y'+l2-a2)-lx'(x'-d)2+y'+m2-c2 222V=m(x'-d)sind-y'cosd(x'+y'+l2-a2)+ly'(x'-d)2+y'+m2-c2 222W=2lmsindx'(x'-d)+y'-dy'cotd 2f(x,y,xA,yA,a,b,c,l,m,do)=0式中共有九个待

10、定尺寸参数，即铰链四杆机构的连杆点最多能精确通过给定轨迹上所选的九个点。当需通过的轨迹点数少于九个时，可预先选定某些机构参数，以获得唯一解。将已知的轨迹中的八个点的坐标代入方程中计算可得出各个杆件的长度，但是由于方程比较复杂不易求解，因此先通过图解法大致确定出曲柄长度然后在代入方程求连杆长度。对于方案A，假定曲柄长度Lab为240mm ，已知Lad=640mm，代入方案A的数据可得出其余两个杆长分别为Lbc=570mm、Lcd=400mm。对于方案B，假定曲柄长度Lab为240mm ，已知Lad=640mm，代入方案B的数据可得出其余两个杆长分别为Lbc=563mm、Lcd=404mm。2、设

11、计实现喂料动作的凸轮机构方案一：5机械原理课程设计说明书实现喂料动作的凸轮机构在运动中受轻载而且低速运转，故只需采用等速变化规律的盘型直动从动凸轮机构即可达到要求。凸轮机构的推程与喂料系统开口的大小相同，设其为100mm，喂料系统的开启和关闭过程是一个快速的过程，故设其推程角和回程角为5度，根据物料喂入时间和每次搅拌时间即可确定远近休止角的大小，对方案A，其远休止角为216度。根据机构的整体尺寸设定凸轮的基圆半径为400mm，为尽量减小压力角而设定凸轮的偏心距为200mm。将以上参数输入计算机凸轮设计软件中即可得凸轮机构的运动曲线和轮廓曲线如下所示：3、连杆机构的动态静力分析：方案一:未做分析

12、4、设计不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动方案一:不完全齿轮传动原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要 6机械原理课程设计说明书求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止。特点：不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。但是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合。在本设计中，蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为60/0.6=100；假设选取蜗杆的头数为2，根

13、据传动比可得蜗轮的齿数为200齿。搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动比应为.0.6/10=0.06，假设曲柄所在齿轮的齿数为z1=21，则根据传动比可得不完全齿轮的齿数为z2=350齿，由于拌料行程只为整个工作行程的3/5，所以把不完全齿轮有效齿数则为210齿。具体计算如下：=1选取齿轮标准模数为4，分度圆压力角（a=20）、齿顶高系数（ha）、顶隙系数*都为标准值（C=0.25），曲柄所在齿轮z1=21，不完全齿轮z2=350。 *mm 分度圆直径为d1=mz1=4´21=84mm d2=mz2=4´350=1400*h=h=hm

14、=1´4=4mm a1a2a齿顶高*hf1=hf2=(ha+c*)m=5mm齿根高*h=h=(2h+c)m=9mm 12a齿全高*d=(z+2h)m=92mmd=(z+2h)m=1408mm a11aa22a齿顶圆直径*df1=(z1-2ha-2c*)m=74mmdf2=(z2-2ha-2c*)m=1390mm齿根圆直径.57mm 基圆直径db1=d1cosa=78.93mm db2=d2cosa=1315齿距p=pm=12.57mm齿厚s=pm/2=6.28mm齿槽宽e=pm/2=6.28mm*顶隙c=cm=1mm根据齿轮参数，就可得到如图所示的齿轮机构：7机械原理课程设计说明书不

15、完全齿轮A与曲柄所在齿轮B传动示意图（左图） 不完全齿轮简图（右图）说明：齿轮A有200齿，有10齿锁齿圆弧；齿轮B有20齿，有一齿锁齿圆弧。齿轮A转过20齿，第21齿恰好转到锁齿圆弧，与B齿轮锁齿圆弧啮合，齿轮B转过10转，齿轮B的锁齿圆弧则与右图所示的锁齿圆弧啮合。八、飞轮转动惯量的确定要确定飞轮的转动惯量必须清楚机器在一个周期内运转的驱动力矩和阻力矩，从而计算出次周期的最大盈亏功，另外还须知道机器运转时的速度不均匀系数和机器的额定转速n即可根据公式Wmax=（J + Jf）*wm2 *算出飞轮的等效转动惯量。根据题目中所给出的原始数据可绘制出Mr-j（全循环等效阻力矩曲线）、Md-j（全

16、循环等效驱动力矩曲线）、DE-j（全循环动能增量曲线）曲线如下所示：8机械原理课程设计说明书方案一:由图可知，Wmax为阴影部分的面积，经过计算得Wmax=3247J，由公式 Wmax=（J + Jf）wm2 ,可以求得飞轮转动惯量为1.59kg/m2。九、机械运动方案评价9机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书综合比较，方案一较好，所以选定方案一。 十、方案二基本介绍1.传动方案设计对于方案二，已知电动机转速为1440r/min，容器转速65r/min，由计算可知，处于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.56r/min，最高传动比达2570，故可以设计如下：从电动机输出，经二级减速器

17、减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮及不完全齿轮达到要求的转速。2.设计实现喂料动作的凸轮机构方案二在此动作中受轻载而且低速运转，故只需采用等速变化规律的盘型直动从动凸轮机构即可达到要求。凸轮机构的推程与喂料系统开口的大小相同，设其为100mm，喂料系统的开启和关闭过程是一个快速的过程，故设其推程角和回程角设为5度，根据物料喂入时间和每次搅拌时间即可确定远近休止角的大小，对方案B，其远休止角为202度。根据机构的整体尺寸设定凸轮的基圆半径为515mm，为尽量减小压力角而设定凸轮的偏心距为257mm。十一、心得体会通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。通过设计使自己对机械进一步了解，掌握了更多的知识。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神在今后的学习中，我会