搅拌机课程设计

1 机械原理课程设计说明书  题目题号：      搅拌机              学     院：     机电 工程学院         专业班级：               学生姓名：                    学     号：                 指导教师：                    2013 年  6 月  5 日    2 目      录  摘 要 .3 第一 章   搅拌机 多用途和设计要 求 .4 1.1 机械简介 .4 1.2 机构用途 .4 1.3 技术 方法 .4 第二 章   机构简介与设计 .5 2.1 机构简介 .5 2.2 机构简图 .5 2.3 设计数据 .6 2.4 速度、加速度析 .7 第三 章   静力分析 .9 结论 .15 心得体会 .16 参考文献 .17  3 摘要  老式搅拌机体积庞大，结构复杂，成本高，效率低。先进的搅拌技术设备，是降低生产成本，提高成品质量做了很大的改进。该机采用单相电动机做动力源，可在光大的农村使用，不用担心需要较高的的动力电压的问题。文中较详细的介绍了搅拌机的传动系统和执行机构，并对曲柄摇杆进行了详细的速度和加速度分析。本机在满足生产需要的同时，改变 了以往的复杂设计模式，大大缩短了生产周期，降低了成本价格，提高了效率。  关键词：   搅拌机    曲柄摇杆机构   4 第一 章     搅拌机的用途和设计要求  1.1 机构设计目的  1）改进现有的搅拌机模式，使搅拌机更加容易生产使用；  2）使机构的结构更加简单，更容易拆卸安装；  3）使用简单，使用者更容易掌握操作流程；  4）更好的使同学把所学的东西应用到实际的生活中去。  1.2 机构用途  搅拌机是一种对物料进行混合均匀的机器，该机可代替人工在不方便或完成不了时使用，具有生产效率高，结构 简单，稳定可靠，容易操作等特点。  搅拌机是用于对物料进行混合所用。它能使物料在进行加热或在其他行业中能足够的进行混合，达到两种或两种以上的物料在搅拌下混合的非常均匀。达到人们满意的程度。该机构也可用在进行农药的混合 。  1.3  课题研究的内容及拟采取的技术、方法  本课题是对搅拌机的成型机的设计。设计主要针对执行机构的运动展开。该机构应用了机械原理中的曲柄摇杆机构，我们所要研究的画出该机构的运动简图并且对连杆机构进行运动分析和动态静力分析。绘出机构上拌勺的运动轨迹，和各个点上的速度与加速度 。   5 第二 章     机构简介与设计  2.1 机构简介  搅拌机常应用于化学工业和食品工业中对拌料进行搅拌工作如图所示，电动机经过齿轮减速，通过联轴节（电动机与联轴节图中未画）带动曲柄顺时针旋转，驱使曲柄摇杆机构运动，同时通过蜗轮蜗杆带动容器绕垂直轴缓慢旋转。当连杆运动时，固联在其上的拌勺即沿图中虚线所示轨迹运动而将容器中的拌料均匀拨动。  工作时，假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力按直线变化，如图所示。  2.2 搅拌机机构简图  1 2 0 01 1 9 7 , 5 6 设计数据  内容  连杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量  符号  G3 G4 JS3 JS4 Frmax Frmin  单位  N kg.m/s2 N  方案IV 1200 400 18.5 0.6 2000 500 0.05 齿轮机构设计  Z1 Z2 m mm  23 75 8 20 内容                          连杆机构设计及运动分析  符号  n2 x y LAB LBC LCD LBE LBS2/LBE LDS2/LDC 单位  r/min                         mm 方案 1 70 525 400 240 575 405 1360 0.5 0.5  7 2.3 做构件处于位置 3的速度多边形和加速度多边形  1 速度分析  2=2n/60=270/60=7.33rad/s VB=2LAB=7.330.240=1.76m/s VC   =   VB   +   VCB 大小 ：   ？     2 LAB    ?                      方向： CD     AB     BC 选取速度比例尺 v=0.05m/s/mm 做速度多边形求出2 和 3，再用速度影像求出 E3 点的速度。   4=VC/LCD= v pc/LCD =0.05 40.168/0.405 =4.959rad/s 3 =VCB/LBC= v bc/LBC          =0.05 45.504/0.575 =3.957rad/s                对于 E 点        VE   =   VB   +   VEB 大小 ：   ？     2 LAB   2 LBE                     方向：    ?     AB     BE VEB= 2 LBE=5.38m/s VE= vLpe=0.05 93.784=4.689m/s pBCE 8 2 加速度分析  对于 C点  aC  =  aCt   +  aCn =  aB  +  aCBt + aCBn 大小：        ？   c LCD 3LAB   ?   3LBC 方向：       CD   C D   B A CB  C B aCBn= 3 LBC = 3.957 0.575= 9.003m/s aB =2 LAB = 7.33 0.240 = 12.895 m/s aCn=c LCD = 4.959 0.405 = 9.959 m/s 选比例尺 a=0.25 m/s mm 作图，并用加速度影像求Ef 点的加速度  aEf= a pe=0.25 71.42=17.86 m/s  9 第三 章    静力分析  3.1 曲柄摇杆机构的动态静力分析  已知：     各构件的重量 G 及对重心轴的转动惯量 JS (构件 2的重量和转动惯量滤去不计 )，阻力线图  （拌勺 E所受阻力的方向与 E 点的速度方向相反）运动分析中所得结果。  要求：     确定机构两个位置（同运动分析）的各运动副反力及加于曲柄上的平衡力 矩。以上内容作在运动分析的同一张在纸上 。  3.2  画阻力线图  1.选取阻力比例尺，画阻力线图 Q=25N/mm 见 1 号图纸。  2.确定惯性力 PI和惯性力矩 MI 根据各构件重心的加速度及角速度，确定各构件的惯性力 PI 和惯性偶矩 MI 其合成一力，求出该力至重心的距离 hI1  Ef点：作用在连杆 3 上的 10 惯性力及惯性力偶矩  由加速度多边形得  MI3=JS3 a3=JS3 acb /LCB=18.5*17=314.5N M PI3=m3 aS3=G3/g a p s3  =(1200/9.8) 0.25 68.476=2096.204N h3=MI3/PI3=314.5/2096.20=0.15m 杆 2作用在连架杆 4上的惯性力偶矩由加速度多边形得：  PI4=m4 aS4=G4/g a p s4 =400/9.8 0.25 30.8129=314.417N MI4=JS4 a4=JS4 acb /LCD=JS4 a nc c /LCD =0.6 46.9711 0.25/0.405=17.396N m H4=MI4/PI4=17.396/314.417=0.055m  11 3.3 机 构的动态静力分析  选比例尺 1=0.005/mm 作图，见 1号图纸 3-4 组示力体。  先将各构件产生的惯性力视为外力加于相应构件上，并按静力分析见 1 号图纸。  先将机构 3,4 上作用的外 G3、 G4，总惯性力 Pi3、 Pi4，然后将运动副 B、 D 中带求的反力分解为沿 CD 和 CB 方向的法向分力及垂直 CD 及 CB 的切向分力，再分别就构件 3、 4对 C 点取矩  则根据力矩平衡条件得 Ef 点：  3杆： R23TLBC-G3h1-PI3h3+QLf=0 于是 R23T=314.41N 4杆： R23tLCD-G4h1-PI$h4=0  12 于是 R14T=172.32N 再根据整个构件组 3、 4 的力平衡条件得：  Q+R14n+R14T+G4+PI$+R23+G3+PI3=0 选取比例尺 p=10N/mm 用作图法作图见 1号图纸  Ef点： R14= p ig=2631N R23= p eg=357N 最后取构件 2为分离体，对 A点列力矩平衡方程  Ef点： Mg=R32 L R32 1 =33.56N.m 即： Mg=33.56N.m 根据构件 4的平衡条件  PI4+G3+R14+R34=0 画力的多边形求 R34得：  R34= p da=2120N(Ef点 )  13 3.4 曲柄平衡方程  最后取构件 2 为 分离体，对 A 点列静力矩平衡方程：  Ma= R32*L=2713.16 8.599 0.005 =116.65N.m  14 3.4 齿轮的设计  已知：    齿数 z1,z2,模数 m,分度圆压力角 a,中心距 y,齿轮为正常齿制。  要求：选择变位系数，计算该对齿轮的各部分尺寸，以 2 号图纸绘制齿轮传动的啮合图。  1. 变位系数的选择  由 a=y=400mm           acos =acos =arcos(acos /a) 又 a=0.5(Z1+Z2)M=392     =20   =arcos(435*cos20 /425)=22.94  代入变位齿轮无侧隙啮合方程  inv =2tan (X1+X2)/(Z1+Z2)+inv   Z1+Z2=1.07 假设变位系数 X1=0.37  X2=0.70 此时 a1=arcos(rb1/ra1) 又：  y=a-a/m=-1    且   y=X1+X2-y=0.1 a1=28.5 同理解出 a2 再将其代入重合度   a1=1/2 (Z1(tan a1-tan )+Z2(tan a2-tan)=1.85>=     15 满足要求，在代入消除小齿轮根部与大齿轮齿顶部产生的干涉条件。  tan -Z1/Z2(tan 2-tan )>=tan -4(ha-X1)/Z1sin2 ) 大齿轮齿根与 小齿轮齿顶产生的干涉条件  tan -Z1/Z2(tan 1-tan )>=tan -4(ha-X2)/Z2sin2 )和齿顶厚  Sa2=da/m( /2z+2xtan /2+inv +inv a)>=【 sa】  满足设计要求。故 X1=1   X2=0.07 满足要求。  2. 齿轮啮合见附图   16 结论  本文通过对老式搅拌机的结构形状进行分析，针对老式搅拌机的缺点，提出了一种新式的搅拌机，并对新式搅拌机的动力源、传动系统、执行系统进行了方案讨论，得出了最后的总体方案。按总 体方案对各种零部件的运动关系进行分析得出搅拌机的整体结构尺寸，再重新调整整体结构，整理得出最后的设计图纸和说明书。此次设计的搅拌机和老式的搅拌机相比，具有生产效率高，结构简单，性能更稳定，更容易操作，适用范围更广的特点。通过对搅拌机的设计，使我对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识。熟悉了进行速度和加速度分析的多种常用方法，并掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制曲柄摇杆机械运动简图。这次设计贯穿了函授所学的专业知识，综合运用了各学科专业的内容。我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。   17 心得体会  课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现 ,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 ，必须要自己思考，自己动手实践，才能提升自己观察、分析和解决问题的实际工作能力。  通过这次为期二 周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。     对我们机械专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。  通过课程设计，让我们找出 自身状况与实际需要的差距，并