自动喂料搅拌机课程设计说明书机械原理课程设计.doc

机械原理课程设计 说明书 设计题目 自动喂料搅拌机 基本系数 方案C 系机电院专业机械设计班14-2 设计者 张国忠 指导教师 兰海鹏 2012年5月29日 目 录一、机器的工作原理及外形图1二、 要求数据1三、 设计要求2四、 机器运动系统简图3五、 过程循环方式4六、 四杆机构尺寸设定4七、 凸轮机构尺寸设定6八、 机械传动计算7九、 齿轮设计8十、 飞轮转动惯量的确定10十一、心得体会10十二、参考文献10 自动喂料搅拌机方案设计（方案C） 设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。无聊的搅拌动作：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，固连在容器内半勺点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：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。 图1一 数据：半勺E的搅拌轨迹数据(表1)方案Cxi5204954673702607215150yi15031057075070546220082自动喂料搅拌机运动分析(表2) 方案号 固定铰链A、D位置电动机转速/(r/min)容器转速 /(r/min)每次搅拌 时间 /s物料装入容器时间 /sxA/mmyA/mmxD/mmyD/mm C173041012000144060 90 50自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据(表3)方案号FQmax/nFQmin/nm2/kgm3/kgJs2/(kg.m2)Js3/(kg.m2)c24006000.04位于连杆2中点位于从动连杆3中点130451.950.07二. 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2给出（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)对平面连杆机构进行运动分析，求出机构从动件在点E的位移（轨迹）、速度、加速的；求机构的角位移，角速度，角加速度；绘制机构运动线图。(5)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不计,平面连杆机构从动件2、3的质量m2、m3及其转动惯量Js2Js3以及阻力曲线FQ参见表3。根据FQmin、FQmax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速度方向相反。根据各构件重心的加速度以及各构件叫加速的确定各构件惯性力Fi和惯性力偶矩Mi，将其合力成为一力，求出该力至重心距离：Lh=Mi/Fi(6)飞轮转动惯量的确定。飞轮安装在高速轴上，已知机器运转不均匀系数以及阻力变化曲线。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。驱动力矩为常数。绘制（全循环等效阻力矩曲线）、（全循环等效驱动力矩曲线）、（全循环动能增量曲线）等曲线。求飞轮转动惯量。(7)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。(8)设计实现缓慢整周回转的齿轮机构（或）(9)编写设计计算说明书(10)学生进一步完成凸轮的数控加工、机器的计算机动态演示验证等。三设计简图四整体传动过程 发动机带动高速轴承以1440r/min速度转动，高速转轴通过减速器减速，获得两个新的低速转轴，一个转轴带动容器转动，还一部分通过带传送传给一个轴上的蜗杆，蜗杆使齿轮减速，通过齿轮上的一个间歇齿轮来带动四杆机构上与曲杆相连的齿轮实现间歇转动；另一个转轴通过蜗杆进一步将转轴传动给齿轮的转速减小，使齿轮上的凸轮获得一个更小的转动速度，来实现喂料口的喂料和停止。五运动循环方式喂料口开启50S关闭90S搅拌勺搅拌90S停止50S容器转速60r/min129°231°六 四杆机构的尺寸设定（拌勺部分）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，经计算此算题方法过于复杂，未能解除最终的答案，所以采用了近似的画图做法。首先，利用CAD建立坐标，通过给定的八个点的位置来大致确定拌勺的运动轨迹，然后确定出A，D点的位置。因为勺子的运动y最高点大致在520mm，所以我设定摆杆的长度大约为500mm，而曲杆的长度则设为摆杆的一半250mm。此时图形为 然后，设拌勺在最高点时，摆杆是竖直的，连接勺与摆杆，以勺和摆杆之间的距离为半径，逆时针的下一个点为圆心画圆，与摆杆所走出的园的交点即为拌勺在第二个点时摆杆的位置。以此类推，可将摆杆的摆动角度确定出来（还要林外的选取一个最远点一个最近点以便确定摆杆的极限位置）。通过此方法做出来的图形如下。 最后，确定连杆的运动，先确定摆杆在极限位置时候曲杆的位置。当摆杆在左边极限位置时，摆杆到曲杆的固定位置距离=曲杆+连杆。当摆杆在右边极限位置时，摆杆到曲杆的固定位置距离=连杆-曲杆。通过曲杆的两个位置可以确定出连杆的距离。分别使连杆的一端与摆杆的位置连接，一端与曲杆所画出的轨迹圆相接。则得到图形如下。 由此我们可以近似确定出连架杆1，连架杆3，连杆2，固定杆的长度，分别为500mm，250mm，626mm，677mm。连杆2与从连杆2伸出去的勺子之间的夹角约为164°。七凸轮机构的尺寸设定（喂料口部分）因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。首先凸轮的推成应该与喂料口的大小相同。设为100mm，又因为物料的喂料和关闭过程是一个很快的过程所以推成角与回程角应该为5°。可以将物料喂料视为近休止角，物料关闭视为远休止角。所以远休止角221°近休止角为129°，根据机构的整体来看，我将凸轮的基圆半径设为200mm，为减小压力角设偏心距为100mm。已知基圆半径为r0=200mm,偏心距e=100mm，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的行程h=100mm。运动规律为0到5° 推杆等角速度伸出 5°到221° 推杆远休止 221°到226° 推杆收回 226°到360° 推杆近休止此图为凸轮结构。（外面一圈为近休止的轨道，为了让推杆能从远休止轨道回到近休止轨道上） 将凸轮参数输入计算机凸轮设计软件中即可得凸轮机构的运动规律，并得到最大力压力角与最小曲率半径。 位移图： 速度图： 加速度图： 最大压力角 83.458°。八 传动计算（凸轮上的涡轮，与拌勺相连的齿轮，容器）选择传动比为24的二级减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min需要的容器转速即为60r/min。所以减速器输出的一端直接通过轴传送给容器，使得容器获得60r/min的转动速度。凸轮上的齿轮传动： 为了使让凸轮转动的速度为3/7（r/min）则需要涡轮蜗杆将低速轴传过来的转速继续降低，设通过减速器减速之后传给带传送的转速为60r/min。蜗杆与传送带的输出相连接，转速为30r/min，则传送带的传送比为60/30=2。而涡轮的的转速为3/7(r/min)。所以涡轮蜗杆的传动比为30/（3/7）=70。搅拌四杆机构曲柄转速： 由于间歇齿轮和凸轮机构上的涡轮工作是相对的所以间歇齿轮的转速也为3/7（r/min），设定这个传送带也将蜗杆的速度降到30r/min。则此传送带的传送比为2，涡轮蜗杆的传动比也为70，设曲柄的转动速度为10r/min，则间歇轮与齿轮的传动比为（3/7）/10=3/70。九 齿轮的设计（间歇齿轮，涡轮蜗杆传动齿轮） 间歇齿轮传动原理：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。此设计中蜗杆与传送带输出相连，转速为30r/min，涡轮的传送速度为3/7（r/min）涡轮蜗杆的传送为70，蜗杆的齿数要在1到10之间，而且不需要较高的转动效率所以蜗杆的齿数选择2，根据传动比可确定涡轮的齿数为140。与连架杆相连的齿轮用齿数为21齿轮，而连架杆的齿轮与间歇轮的传动比为3/70。则间歇轮的齿数=21/（3/70）=490个齿，但是间歇齿轮有5/14的时候是空的，所以间歇轮的齿数应为315个齿。具体计算：选取齿轮标准模数为12，分度圆压力角=20°，齿顶高系数ha=1，顶隙系数标准值c=0.25。分度圆直径： d1 = mz1 = 12×21 = 252mm d2 = mz2 = 12×315 = 3780mm 齿顶高：ha1 = ha2 = ham = 1×12 = 12mm齿根高：hf1 = hf2 = ( ha+c )m = 1.25×12 = 15mm 齿全高：h1 = h2 = ( 2ha+c )m = 2.25×12 = 27mm齿顶圆直径：da1 = ( z1+2ha )m = 23×12 = 276mm da2 = ( z2+2ha )m =317×12 = 3804mm齿根圆直径：df1 = ( z1-2ha-2c )m = 18.5×12 =222mm df2 = ( z2-2ha-2c )m = 312.5×12 = 3750mm基圆直径:db1 = d1cos = 252×0.94 = 236.88mm Db2 = d2cos = 3780×0.94 = 3553.2mm齿距：p = m = 3.14×12 = 37.68mm基圆齿距：pb = pcos = 37.68×0.94 = 35.42mm齿厚：s = m/2 = 37.68/2 = 18.84mm齿槽宽：e = m/2 = 37.68/2 = 18.84mm顶隙：c = cm =0.25×12= 3mm标准中心距：a = m( z1+z2 )/2 = 2016mm根据参数的齿轮图如下： 十飞轮转动惯量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。 转轴的转速为1440（r/min），设飞轮的线速度为70（m/s）即4200（m/min），飞轮质量设为4kg。 则飞轮的直径为=（飞轮的线速度/转轴的转速）/=（4200/1440）/=900mm。 J=1/2（mr2）=1.62kg/m2十一 心得体会 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。 通过这次的设计，我发现虽然课本上的知识都能弄清楚，但是运用到实际的时候相当的困难，尤其计算的时候，很多东西都不是向原来作图时候一样容易。想要设计出一个真正符合要求的东西真的是太难了。 在今后的学习中，我会更注重实践的学习，把理论联系于实践是我们当代大学生前进的一个方向，相信这次课程设计能对我今后的学习和工作有一定帮助。最后，最后非常感谢兰海鹏老师的指导和其他同学的协作！十二 参考文献1 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社，20062 裘建新.机械原理课程设计 .北京：高等教育出版社 20103 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（第七版）.北京：高等教育出版社2009