机械原理课程设计

1、 机械原理课程设计报告 专 业 班 级 机械产11101 班 级 序 号 30 学 生 姓 名 朱新通 2012 2013 学年 第 2 学期 长江大学机械工程学院 目录一、设计题目3二、机构传动系统方案的确定3三、机构综合的方法和运算结果41）综合分析42）主程序设计53）计算结果6四、运动分析的方法和计算结果61）运动分析63)往复泵的运动分析74）数据表格10五、对课程设计进行总结12六、主要参考文献12七、附件(计算程序等).121）曲柄滑块机构的设计122）往复泵的运动分析133）数据求解14一、设计题目往复泵动力端运动机构设计和分析二、 机构传动系统方案的确定1）功能要求：将原动机

2、的高速旋转运动变为柱塞的低速往复运动2）工作原理：往复泵是利用工作腔容积的周期性变化来输送高压流体的，它通常由两部分组成。一部分直接输送液体，把机械能转换为液体的压力能的液力端，另一部分将原动机的能量传给液力端的动力端。动力端主要有曲柄、连杆、十字头等部件。如上图所示，在液缸中有柱塞杆和柱塞，液缸体上装有吸入阀和排出阀。液缸体中柱塞与阀之间的空间称为工作室，它通过吸入阀和排出阀分别与吸入管路和排出管相连。通常压裂泵的动力源为高速柴油机，动力由柴油机经过减速装置传递到曲柄，当曲柄以角速度顺时针旋转时，柱塞从右极限位置开始向左运动，工作腔的容积增大，压力降低，液体在压力差的作用下克服吸入管路和吸入

3、阀等的阻力损失进入液缸体中。当柱塞运动到左极限位置时，吸入液体过程停止，吸入阀关闭。曲柄继续旋转，柱塞开始向右运动，液缸体中的液体被挤压，液体压力急骤增加。在这一压力作用下，排出阀被打开，液缸体内液体在柱塞的作用下被排送到排出管路中去。当往复泵的曲轴以角速度不停旋转时，往复泵就实现连续吸入和排出液体的过程。往复泵的曲柄滑块机构一般采用对心式设计，在一些压力高或者由于结构的限制选定的长细比（R/L）值比较大的情况下，可以采用正偏置设计来改善十字头与导板间的正压力和偏磨。柱塞行程s（mm）偏心距e（mm）最大压力角(°)柴油机转速(rpm)冲次N(冲/分)柱塞直径（mm）排出压力(MPa

4、)十字头与导轨的摩擦系数f十字头质量(Kg)曲柄质量(Kg)连杆质量(Kg)2292452150012070450.13304070 3）原始数据和设计要求注：其它摩擦及其他构件质量均忽略不计；假定泵阀的滞后角为0；曲柄和连杆的质量与长度有关，本题假定为已知；吸入压力P2=0.01MPa。三、机构综合的方法和运算结果1）综合分析（1）齿轮传动的基本简图如上所示。 齿轮设计采用压力角为20°的直齿圆柱齿轮，根据根切条件可知Zmax>=17，且直齿圆柱齿轮的传动比一般在3-8。（2）传动比的具体分配方案依题意有：n1=1500r/min，n4=120r/min i14=(-1)mZ

5、2Z3Z4/Z1Z2Z3=Z4/Z1=n1/n4=1500/120=12.5因为传动比12.5大于8，所以应采取如图分级传动，取Z1=18，则Z4=300具体传动比分配如下： i12=Z2/Z1=5=n1/n2Z2=90,n2=300r/min齿轮2和3在同一轴上，则有：n3=n2=300r/min i34=Z4/Z3=5/2=n3/n4Z3=120综上所述：传动比的分配方案为，i12=5，i34=5/2（3）曲柄滑块机构的设计如图所示：点B运动到B1、B2位置是曲柄滑块机构运动的两极限位置，当点B运动到B3位置(B3在A点正下方)，压力角取最大值。由图中几何关系得：c2=(L-R)2-e2

6、Sin52。=（e+R）/L (S+c)2+e2=L2整理得：L=(R+e)/ sin(52)L=(4S2R2-4S2e2- S4)/(16R2-4S2)1/22）主程序设计Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Const Pi = 3.1415926Dim x!, y1!, y2!Picture1.Scale (-18, 18)-(18, -18)Picture1.Line (-14, 0)-(14, 0)Picture1.Line (0, 14)-(0, -14)Picture1.CurrentX =

7、 11.5: Picture1.CurrentY = -0.6: Picture1.Print "X/dm"Picture1.CurrentY = 14: Picture1.CurrentX = 0.6: Picture1.Print "Y/dm2 "For x = -8 To 8 Step 0.00005y1 = (x + 0.24) * (x + 0.24) / (Sin(52 * Pi / 180) * Sin(52 * Pi / 180)y2 = (4 * 2.29 * 2.29 * x * x - 4 * 2.29 *2.29 * 0.24 *

8、 0.24 2.29 * 2.29 *2.29 * 2.29) / (16 * x * x - 4 *2.29 * 2.29) Picture1.PSet (x, y1) Picture1.PSet (x, y2) If Abs(y1 - y2) < 0.0001 Then Picture1.Print Format(x, "#0.#")Next xEnd Sub3）计算结果由程序运算结果可知: R=0.69303dm=69.3mm,从而L=（69.3+24）/sin( 52°) =118.4mm四、运动分析的方法和计算结果1）运动分析由几何关系不难得出：c

9、=(L-R)2-e2)1/2=42.8mm, 1=2n则： 2=Rcos 1/Lcos（1）位置分析x=Rcos+Lcos+c由于Rsin+e=Lsin可知 所以 cos=1-（Rsin+e）2/L21/2也即有：x=Rcos+L1-（Rsin+e）2/L21/2+c又由Rcos1+Lcos2=scos+esin Rsin1+ecos+Lsin2=ssin 解之即有：2=atn(y1*sin-0.69303*sin(x)-0.24*cos)/(y1*cos-0.69303*cos(x)+0.24*sin) （2）速度分析根据位置方程对时间求导可得：V=dx/dt=-R sin 1-L sin&

10、#183;2 =-R sin ·1- L sin·R cos ·1/L cos =-R sin ·1-（ R sin +e）·R cos ·1/L）/1-（R sin +e）2/L21/2（3）加速度分析由题意可得：a=dv/dt=-R12cos-L(cos22+sin*2)又由于 2=R1·（-sincos1+ sincos2）/(L·cos2) =R1·-sin1-（R sin+e）2/L21/21+（R sin+e）/L cos2/ L·1-（R sin+e）2/L2即a=-R12cos-

11、L(cos22+sinR1·-sin1-（R sin+e）2/L21/21+（Rsin+e）/L cos2/ L·1-（R sin+e）2/L2)3)往复泵的运动分析(1)位移图像分析Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as doublePicture1.ClsPicture1.Scale (-8, 4)-(8, -4) Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.L

12、ine (0, 4)-(0,-4)Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = -0.2: Picture1.Print "X/rad"Picture1.CurrentY= 4 :Picture1.CurrentX= 0.2: Picture1.Print "Y/dmFor i=-7 to 7Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.Current

13、X = -0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001y = 0.693* Cos(x) +1.184 * Sqr(1 - (0.693* Sin(x) + 0.24) * (0.693 * Sin(x) + 0.24)/ (1.184 * 1.184) + 0.428Picture1.PSet (x, y)Next xEnd sub运行结果如图所示：（2）速度图像分析 Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RG

14、B(255, 0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as double Picture1.Cls Picture1.Scale (-8, 15)-(8, -15) Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0,15)-(0, -15) Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad" Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =15

15、: Picture1.Print "Y/dm/s"For i = -14 To 14 Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1) Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY =i -0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001 n = (0.693 * Sin(x) + 0.24) /1.184 m =

16、0.693 * Cos(x) * 9.425 / (1.184* Sqr(1 - n * n) y = (-0.693) * Sin(x) * 9.425 1.184 * n * m Picture1.PSet (x, y)Next xEnd sub运行结果如图所示：（3）加速度图像分析Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as double Picture1.Cls Picture1.Scale (-8, 20)-(8,

17、 -20) Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 20)-(0, -20) Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad" Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =20: Picture1.Print "Y /m/s2"For i = -20 To 20 Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1) Picture1.CurrentX =

18、i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001 n = (0.0693 * Sin(x) + 0.024) / 0.1184 m = 0.0693 * Cos(x) * 9.425 / (0.1184 * Sqr(1 - n * n) w = 0.0693* 9.425 * (-Sin(x) * Sqr(1 - n * n) *

19、9.425 + n * Cos(x) * m) / (0.1184* (1 - n * n) y = (-0.0693) * 9.425 * 9.425 * Cos(x) 0.1184 * (Sqr(1 - n * n) * m * m + n * w)Picture1.PSet (x, y)Next xEnd Sub运行结果如图所示：4）数据表格根据原始数据和所学参数，应用excel的计算功能可得往复泵的各个工作参数，如下表所示：1 。S mmV mm/sa mm/s22。2 rad/s20°228.0421-135.2025-9993.11978.13965.63346.5693

20、15°220.4632-407.9960-9453.20421.71255.6979-7.352430°205.6686-649.1253-7698.39581.71255.4996-22.868545°185.0184-823.5475-4635.6752-16.6664.9546-40.376860°160.8764-894.5296-284.0427-27.93633.9146-59.495075°136.5566-833.65344619.4471-36.29642.2296-76.851390°115.6950-653.15

21、367879.1592-38.54431.1358-84.4498105°100.6842-428.14217806.0352-35.3453-2.2296-76.851120°91.5763-236.76485871.9515-29.2911-3.9145-59.4952135°87.0134-100.15024070.1898-22.3286-4.9546-40.3770150°85.6374-4.02752964.0545-15.3150-5.4996-22.8687165°86.585869.89902439.2056-15.3109-

22、5.6979-7.3526180°89.4420135.20192318.8045-1.9021-5.63346.5691195°94.1059201.40132489.47584.4984-5.335519.2524210°100.7044275.48872873.740010.6832-4.796930.7853225°109.5274362.06883364.185016.5252-3.990840.9153240°120.9392461.36383738.326321.7305-2.895549.0509255°135.203

23、2565.11033609.036925.8143-1.532154.4005270°152.1911653.15152549.265828.1914-2.270656.2747285°171.0755696.6818422.511328.43471.532051.1834300°190.2390669.9291-2417.583126.56372.895449.0511315°207.5322561.6296-5341.607323.07373.990740.9156330°220.7354377.6670-7788.654718.62094

24、.796930.7856345°227.9832136.6996-9402.905513.63775.335519.2528360°228.0421-135.1972-9993.119013.63775.63346.5695五、对课程设计进行总结做了两周的课程设计，有很多的心得体会，既有关于往复泵设计分析方面的，更多的是关于在设计过程中所体会的收获与成长。   拿到题目时的第一感觉是不知所措的，感觉无从下手，致使一直放到快交时还有很多没做完，加上复习和各种上机作业，简直有点手忙脚乱，后来没办法只好静下心来慢慢做，我通过自己的努力，在反复的尝试和

25、修改中，终于把整个计算和主要程序编写完成了，实现了预定的功能，以前的vb语言没学扎实，致使常常不能得心应手，一开始的程序这块儿就令我有些迷茫。后来经过几天几夜的努力，终于有了点头绪，然后又在同学的帮助下，找到了一些参考书，在各种资源的支持下我掌握了程序设计的各种方法，了解了往复泵的更多细节，也理解了在编译过程中常常出现的问题和解决的方法。两个多星期后我的程序终于完成了。在机房调试虽然出现了一些问题，但都解决了。最后，我发现自己对编程竟然也有了一点兴趣，想暑假回家以后自己去买一些东西来做，再补一补c语言。六、主要参考文献往复泵设计编写组.往复泵设计M.北京:机械工业出版社,1987. 

26、朱修传.往复泵总体设计中主要参数的确定J.煤矿机械.2007.28(4):29-31.贾光政,王宣银.液压驱动往复泵的设计特点J.液压与气动.2002(2):44-46. 七、附件(计算程序等).1）曲柄滑块机构的设计Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Const Pi = 3.1415926Dim x!, y1!, y2!Picture1.Scale (-18, 18)-(18, -18)Picture1.Line (-14, 0)-(14, 0)Picture1.Line (0, 14)-

27、(0, -14)Picture1.CurrentX = 11.5: Picture1.CurrentY = -0.6: Picture1.Print "X/dm"Picture1.CurrentY = 14: Picture1.CurrentX = 0.6: Picture1.Print "Y/dm2 "For x = -8 To 8 Step 0.00005y1 = (x + 0.24) * (x + 0.24) / (Sin(52 * Pi / 180) * Sin(52 * Pi / 180)y2 = (4 * 2.29 * 2.29 * x *

28、x - 4 * 2.29 *2.29 * 0.24 * 0.24 2.29 * 2.29 *2.29 * 2.29) / (16 * x * x - 4 *2.29 * 2.29) Picture1.PSet (x, y1) Picture1.PSet (x, y2) If Abs(y1 - y2) < 0.0001 Then Picture1.Print Format(x, "#0.#")Next xEnd Sub2）往复泵的运动分析(1)位移图像分析Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255,

29、0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as doublePicture1.ClsPicture1.Scale (-8, 4)-(8, -4) Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 4)-(0,-4)Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = -0.2: Picture1.Print "X/rad"Picture1.CurrentY= 4 :Picture1.CurrentX= 0.2: Picture1.Print

30、 "Y/dmFor i=-7 to 7Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.CurrentX = -0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001y = 0.693* Cos(x) +1.184 * Sqr(1 - (0.693* Sin(x) + 0.24) * (0.693 * Si

31、n(x) + 0.24)/ (1.184 * 1.184) + 0.428Picture1.PSet (x, y)Next xEnd sub（2）速度图像分析Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as doublePicture1.ClsPicture1.Scale (-8, 15)-(8, -15)Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0,15)-(0, -15)Pic

32、ture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =15: Picture1.Print "Y/dm/s"For i = -14 To 14Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.CurrentX = - 0

33、.1: Picture1.CurrentY =i -0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001 n = (0.693 * Sin(x) + 0.24) /1.184 m = 0.693 * Cos(x) * 9.425 / (1.184* Sqr(1 - n * n) y = (-0.693) * Sin(x) * 9.425 1.184 * n * m Picture1.PSet (x, y)Next xEnd sub（3）加速度图像分析Private Sub picture1_Click()Picture1.ForeC

34、olor = RGB(255, 0, 0) Dim x as double,y as double,n as double,m as doublePicture1.ClsPicture1.Scale (-8, 20)-(8, -20)Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 20)-(0, -20)Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.Current

35、Y =20: Picture1.Print "Y /m/s2"For i = -20 To 20Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print iPicture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print iNext iFor x = 0 To 6.283 Step 0.0001 n = (0.0693 * Sin(x) + 0.024) / 0.1184 m = 0.0693 * Cos(x) * 9.425 / (0.1184 * Sqr(1 - n * n) w = 0.0693* 9.425 * (-Sin(x) * Sqr(1 - n * n) * 9.425 + n * Cos(x) * m) / (0.1184* (1 - n * n) y = (-0.0693) * 9.425 * 9.425 * Cos(x) 0.1184 * (Sqr(1 - n * n) * m * m + n * w)Picture1.P