机械原理课程设计双杆搅拌机

1、编号： 课程设计说明书题 目： 双杆搅拌机双杆搅拌机 院 （系）： 机电与交通工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 0800110305、0800110211、080010303、0800110301、0800110302指导教师： 职 称： 副教授 2011 年 1 月 16 日目 录一 设计任务.11.1 设计背景 .11.2 设计题目 .21.3 电动机选择 .21.4 设计要求及原始数据 .2二 设计方案的评价及选择.32.1 方案一.32.2 方案二.42.3 方案三.42.4 方案四.4三 机构工作循环图.5四 各运动构件的设计与计算.54.1 曲柄摇杆机

2、构的尺寸计算.54.2 曲柄摇杆机构的运动分析.74.3 搅拌缸的设计.94.4 不完全齿轮的设计与计算.104.5 轮系的设计.11五 传动比计算.135.1 料缸转速计算.145.2 轮系传动比计算.145.3 皮带转传动比计算.145.4 蜗轮蜗杆传动比的计算.155.5 半齿轮传动比的计算.155.6 综合.15六 运动仿真.16七 设计小结.16八 参考文献.17一一 设计任务设计任务1.11.1 设计背景设计背景 在我们的日常生活中，搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。搅拌式反应器使用虽然历史悠久，应用范围很广，但对搅拌操作

3、的科学研究还很不够，搅拌操作看似简单，但实际上，它所涉及的因素极为复杂，对于搅拌器形式的选择，从工艺角度观点以及力学角度观点来说，都有值得研究的课题。针对这个方面，我组经过详细讨论，研究设计了一种用于化学工业和食品工业的饲料搅拌机。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 1.1 虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。对搅拌机构的选择我们专门采用了这学期学习的四杆机构，利用了其比凸轮机构简单，运动方便合理的特点，且连杆上某点的运动轨迹更为符合搅拌点的运动要求，拌勺的速度比较均匀，在容器底部的轨迹有一段为近似直线。以下将会具体分析我们的方案。12567

4、8h9不 完 全 齿 轮101121adbe5678不 完 全 齿 轮9101112abcde1700100034c900500图 1.1 系统整体结构图1.21.2 设计题目设计题目双杆搅拌器的设计1.31.3 电动机选择电动机选择由于本设计中的运动速度较慢，因此选用转速为 720r/min 的连续转动电动机1.41.4 设计要求设计要求及原始数据及原始数据原始数据原始数据: 1)齿轮：皮带轮：r1=r3=84.375mm r2=r4=100mm 2)蜗杆：z1=6 模数 m=4 分度圆直径 d1=40mm3)蜗轮：z2=48 模数 m=4 分度圆直径 d2=192mm4)半齿轮：z=20

5、模数 m=4 分度圆直径 d=80mm5)电动机转速：720r/min6)曲柄摇杆轨迹图方案号电动机转速r/mina1440b960c720z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11齿轮齿数1560208014144042156010d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11分度圆直径/mm602408032056561601686024040模数m=4表 1.4.1 齿轮数据表lablbclcdladppuivi形状10.51.310.891.3292.8-0.620.541.161.051.3272.2-0.630.40.91.51.288-0.2-0.640.61.240.9

6、61.2303.1-0.6设计要求设计要求:(1)电动机通过减速装置设定合适的速度，带动容器绕垂直轴缓慢整周转动；(2)固连在容器内拌勺点 e 沿图 1.1 虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。搅拌缸的速度尽量慢，拌勺的速度尽量快；(3)设计传动系统并确定其传动比分配，绘制机器的机构运动方案简图和运动循环图，并通过仿真确定其空间运动动态；(4) 设计组合机构实现运动要求，并对曲柄摇杆机构进行运动分析，列出详细的计算的过程并绘制其运动轨迹；(5)其他类型机构的分析与对比，联系多方面因素最终挑选出最佳的搅拌方案。二二 设计方案的评价及选择设计方案的评价及选择2.12.1 方案一方案一：如图（2

7、.1）电动机齿轮传动凸轮机构对称凸轮（双摆动杆）特点分析：优点：结构紧凑，体积小，传动准确，力度大。 缺点：往复摆动滚子推杆盘形沟槽凸轮的设计非常困难且成本较高。图 2.1 方案一表 1.4.2 轨迹表2.22.2 方案二方案二：如图（2.2）电动机链传动曲柄摇杆机构平行四 边形机构（双摆动杆）特点分析：优点：设计简单，可远距离传送，成本较低结构简单。 缺点：搅拌面积小，可能出现搅拌不均匀2.32.3 方案三方案三：如图（2.3）蜗轮蜗杆齿轮凸轮摆杆特点分析：优点：结构紧凑缺点：弹簧紧固造成一定的能量流失，使用时间有限，而蜗轮蜗杆机构和齿轮机构在设计和制造方面存在相对的困难，且设计制造成本比较

8、大。2.42.4 方案四方案四：如图（2.4）皮带轮齿轮蜗轮蜗杆四杆机构特点分析优点：搅拌均匀，系统传动精度高缺点：体积大deb图 2.3 方案三图 2.4 方案四图 2.2 方案二三三 机构工作循环图机构工作循环图四四 各运各运动构件的动构件的设计与计算设计与计算4.14.1 曲柄摇杆机构的尺寸计算曲柄摇杆机构的尺寸计算 由于搅拌机连杆的工作点位需要有较大的运动范围，经讨论后我们决定采用按预定的轨迹形状设计四杆机构，经过查阅四杆直向导向机构的设计与轨迹图谱我们选取了如下四种方案，经讨论后确定“方案 1”为杆长设置和描点轨迹。四种方案各杆的相对长度和描点位置列表 4.1 如下：lablbclc

9、dladppuivi形状10.51.310.891.3292.8-0.620.541.161.051.3272.2-0.630.40.91.51.288-0.2-0.640.61.240.961.2303.1-0.6左 四 杆 机 构右 四 杆 机 构搅 拌搅 拌停 止停 止540?720?360?180?0?图 3.1 机构循环图 其中，lab、lbc、lcd、lad分别是四杆相对长度，pp 代表在连杆点位分布图中的连杆位号，u、v 分别表示相应连杆点位坐标（连杆 b 点为圆心，bc所在直线为 u 轴） 。方案 1 经过同比例放大后可得各杆长度如下：在 caxa 中模拟轨迹图形如下图 4.3

10、 所示:lablbclcdladlcebc、ce夹角225mm589.5mm400.5mm585mm722.85mm2193abdcb1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13b15b14e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10e11e12e13e15e14e表 4.2 杆长数据表表 4.1 四杆机构点位分布及轨迹图 4.3 曲柄摇杆轨迹图4.24.2 曲柄摇杆机构的运动分析曲柄摇杆机构的运动分析已知：lab=225mm=l1；l2=lbc=589.5mml3=lcd= 400.5mm；l4=lad=585mm 93.215 73.77 1杆机构的封闭矢量位置方程式为： 0l

11、 -l -ll4321其复数矢量形式为：4322131leleleliii由欧拉公式将式的实部虚部分离得：sincosiei3342211coscoscosllll332211sinsinsinlll将两分式左端含的项移到等式右端，然后分别将两端平方并相加得：1化简整理得0cossin33cba式中131sin2lla1213.2547035 .5892252)cos(24113lllb161.2418213=14143-21cosl -l2222llllc185.6168951图 4.2 曲柄摇杆速度加速度分析图由得)/()()2tan(2322cbcbaa4.8783由式算得46.172对

12、对 e 点进行速度分析点进行速度分析：将式对时间 t 求导，得313312222111iiielielieli即313322211iiielelel式为的复数表达式，将其实部虚部分离有 ccbbvvv 333222111sinsinsinlll 333222111coscoscoslll其中sradn/57. 160211解方程组得 srad /06. 01srad /836. 03对对 e 点进行加速度分析点进行加速度分析：由式对时间的求导可得：（9）33221323333122222222111iiiiielielieleliel i式为的 = + = + + 复数矢量表达式，将其实部和需

13、不分离得：332333322222221211cossinsincoscoslllll332333322222221211sincoscossinsinlllll联立方程组可解得 ：srad /5 . 02srad /778. 03对于 e 点，设 e 点的位置如图所示 则ballle21)90(212221iiiilbeaeelelemmla55.670cos4cemminlb97.269s4ce将式对时间 t 求一次和二次倒数得 ve和 ae 的矢量表达式)sincos(coscos)cossin(sinsinv222222111222222111eballiball代入已知数据得ive7

14、61.18137.310所以smve/3107. 0)sincos()cossin(coscos222222222221121baballae)cossin()sincos(sincos222222222221121baballi得 所以=119.37mm/=0.11937m/= 115.79 + 29.01ea224.34.3 搅拌缸的设计搅拌缸的设计1、四杆机构轨迹尺寸：宽度 dmax=455mm， 高度 hmax=602.85mm2、初步拟定搅拌缸尺寸：3、搅拌缸下料口设计：搅拌缸高搅拌缸底面半径搅拌缸容积下料口沟槽宽下料口沟槽长下料口沟槽高下料口面积0.5m0.45m0.53m30.3

15、m0.3m002m0.114m2图 4.3.1 下料口沟槽示意图 图 4.3.2 左右沟槽示意图（两者间隔 300mm） 左侧沟槽右侧沟槽缸底 下料口位于缸底，沟槽内放置可推拉活动板厚度与沟槽高度相同（0.010.015 m） ，加料搅拌时，活动板闭和，搅拌均匀后，活动板抽出，下放置接料桶即可。4.44.4 不完全齿轮的设计与计算不完全齿轮的设计与计算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

16、、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，经计算，不完全齿轮的转速为 7.5r/min，当其转过一圈时，齿轮 9转过 4/3 圈，若定不完全齿轮的齿数为 z=40 齿，由于拌料行程只为整个工作行程的1/2，所以把不完全齿轮有效齿数则为 20 齿,则齿轮 9 的齿数为 15。具体计算如下：选取齿轮标准模数为 4，分度圆压力角（） 、齿顶高系数（） 、顶隙系201*ha数都为标准值（） ，曲柄所在齿轮 z9=15,不完全齿轮 z=4025. 0*c分度圆直径： mmmzd6015499mmmzd1

17、60404齿顶高：mmmhhhaaa441*9齿根高： mmmchhhaff5)(*9齿全高：mmmchhha9)2(*9齿顶圆直径： mmmhzdaa68)2(*99mmmhzdaa168)2(*齿根圆直径： mmmchzdaf50)22(*99mmmchzdaf150)22(*基圆直径： mmddb38.56cos99mmddb35.150cos齿距：mmmp57.12齿厚：mmms28. 62/齿槽宽：mmme28. 62/顶隙；mmmcc1*根据齿轮参数，就可得到如图所示的齿轮机构（图中未画出齿中的锁止圆弧）：不完全齿轮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

18、明：齿轮 a 有 20 齿，有 4 齿锁齿圆弧；齿轮 b 有 12 齿，有 3 齿锁齿圆弧。齿轮 a 转过 4 齿，第 5 齿恰好转到锁齿圆弧，与 b 齿轮锁齿圆弧啮合，齿轮 b 转过 4/3转，齿轮 b 的锁齿圆弧则与右图所示的锁齿圆弧啮合。4.54.5 轮系的设计轮系的设计 该轮系为行星轮系图 4.3 半齿轮示意图5678h5678齿数14144042模数m=457=5 7 =57=4014 1 + 变形得 5=5=65=2771=27758=5 8 =85=4214所以58=58= 81对于齿轮 7分度圆为 d7= mz7= 2 40 = 80节圆为 d7= mz8= 2 42 = 84

19、啮合角为 则=26.5变位系数为 =22+ 3tan + 图 4.4 行星轮系故 = 1.570各齿轮分度圆和节圆分别为齿轮= 28mm =5= 5= 2 14 5齿轮 = 28mm =6= 6= 2 14 6齿轮 = 80mm7= 7= 2 40 7=cos cos d =cos 20。cos 1.57。 80 = 84齿轮 8 = 84mm=8= 8= 2 42 8行星齿轮系的均布安装条件为45= 1, 5+ 8= 2 , 1,2为整数75= 54 85= 56取其公共因子为，即可以取，满足均布安装条件五五 传动比计算传动比计算.齿轮：皮带轮：r1=r3=84.375mm r2=r4=10

20、0mm 蜗杆：z1=6 模数 m=4 分度圆直径 d1=40mm蜗轮：z2=48 模数 m=4 分度圆直径 d2=192mm半齿轮：z=20 模数 m=4 分度圆直径 d=80mm电动机转速：720r/min具体计算如下：z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11齿轮齿数1560208014144042156010d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11分度圆直径/mm602408032056561601686024040模数m=45.15.1 料缸转速计算料缸转速计算i14=z2z4/z1z3=16 齿轮 1 的转速与电动机的转速相等，为：720r/min所以，齿轮 4 的转速

21、为：45r/min则，料缸的转速为：45r/min5.25.2 轮系传动比计算轮系传动比计算57=5 7 =57=4017 变形得： = 5=54= 1 +65=2775h72758=5 =85=4214所以 =8158=585.35.3 皮带转传动比计算皮带转传动比计算13=84.375100= 0.84375 =31=3720所以3= 0.84375 720 = 607.5/则皮带转 3 的转速为 607.5 r/min 5.45.4 蜗轮蜗杆传动比的计算蜗轮蜗杆传动比的计算12=21=486= 85.55.5 半齿轮传动比的计算半齿轮传动比的计算当半齿轮转过有齿的那半圈时，齿轮 9 转过

22、： =圈152034所以：就转过了圈1034又知： =611 10=6010所以：同时，齿轮 11 就转过 4/3 6 =8 圈综上知：当半齿轮转过有齿的那半圈时，齿轮 11 转过 8 圈；当半齿轮转过无齿的那半圈时，齿轮 11 不转动。5.65.6 综合综合b,c 知：知：半齿轮的转速为：607.5/81=7.5r/min再根据 d,e 知：涡轮转速：7.58/8=7.5r/min因为涡轮做转圈停圈的间歇运动所以其转过一圈所用的时间为：= 4s/r25 . 760s则四杆机构，做搅拌一个周（4 秒）停 4 秒的间歇运动。另一四杆机构的传动同此四杆机构。综合为：两个四杆机构轮流搅拌，且每个机构搅拌一次时间为 4 秒。六六 运动仿真运动仿真见附件七七 设计小结设计小结机械原理课程设计总结机械原理课程设计总结直到 1 月 16 日晚，我们为期 4 天连续不断的艰苦奋斗终于告一段落，随着我们的“匀山”双杆搅拌机各个方面数据最终落实，说明书也逐渐整理妥当，看着我们自己设计出来产品，五个人感慨颇多。1、设计基本达到预期目标。四杆机构的搅拌运动能够顺利地按照预定轨迹运动，起到比较良好的搅拌作用；齿轮