课程设计计算说明郭锦龙

1、课程设计计算说明书设计计算说明书课程名称 机械原理课程设计 学生姓名 郭锦龙 学 号 11143505 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 娄建国 完成日期 2013-07-09 1目 录一 任务书1二 设计方案2三 传动方案设计3四 连杆机构的设计4四.1 连杆机构的特点4图4-2筛沙机系统运动简图5四.2 连杆设计内容5四.4.1铰点位置和曲柄长度的设计5四.4.2曲柄摇杆机构的设计与校核5五 机构的绘制8参考文献9一 任务书1、设计题目：铸造车间振动筛选机设计2、工作原理筛选机是铸造车间使用的一种筛型砂的机械。工作原理是：电动机通过传动装置、工作机构使砂箱往复摆动，完成筛选动作。原

2、理图如图。1-电动机；2-传动装置；3-工作机构3、条件编号2-4往复次数N（1/min）70摆动距离S（mm）200皮带轮高度H（mm）700-10004、设计要求1机器工作时，砂箱支承摆杆CD绕铅垂面左右对称摆动；2砂箱与水平面的最大夹角要小于。二 设计方案经过反复调研，查阅相关资料，我们根据振动筛砂机工况要求，提出了以下三种方案：方案一：直接运用步进电动机和带传动来实现滑架的往复运动，通过步进电动机的正反转程序控制往返运动，用单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。方案二：运用步进电机和齿轮齿条来实现滑架的往返运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现往返运

3、动。方案三：运用普通电动机，减速器，连杆机构。通过电动机可以获得运动需要的动力，减速器提供相应的速度和节奏，连杆机构实现不同的速比，节奏，步长以及滑架的运动轨迹。经过可行性调研，我们发现方案三是合理的，也是最有实际意义的，同时，经济性也能很好的实现，方案一中步进电机的功率和工况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响不能很好的解决，而且步进电机拥有一个很明显的优点，就是它能够精确的正反转功能，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移，或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载的变化而影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，这一

4、线性关系的存在，加上步进电机只有同期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常简单，而且低速精度高。9三 传动方案设计合理的传动方案，除应满足工作机的性能要求，使用条件和工作可靠外，还应使结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高及使用维护便利等。经查阅文献机械零件简明设计手册，方案（A）中减速器为圆柱齿轮展开式二级减速器；方案（B）中减速器为圆锥、圆柱齿轮二级减速器；方案（C）中减速器为下置式蜗杆一级减速器。 显然，方案（C）结构最紧凑，但在长期连续运转的条件下，由于蜗杆传动效率低，功率损失较大；方案（B）的宽度尺寸较方案（A）小，但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮

5、困难。 所以，传动方案的选择不但要考虑整个机器的动力特性和运动要求，还要十分注意传动机构的类型特征及应用范围，即在拟定运动简图时通常注意如下几点： （1）带传动承载能力较低，在传递相同扭矩时结构尺寸较啮合传动大，但传动平稳，能缓冲吸震，且有过载打滑保护作用，因此宜放在传动装置的高速级； （2）链传动具有运动不均匀性和多边效应冲击，故宜布置在低速级； （3）蜗杆传动工作平稳，无噪音、传动比大，体积小，重量轻及结构紧凑，但因摩擦发热，其效率较其它普通齿轮啮合传动低，只适宜用于中，小功率和间歇工作的场合。 （4）圆锥齿轮的加工比较困难，特别是大模数圆锥齿轮，应尽量置于高速级，以减小其模数或直径，但圆

6、锥齿轮速度过高时，其精度相应也需提。 （7）为简化传动装置，总是将改变运动形式的机构，布置在传动系统的末端或低速级。 （8）传动装置的布局要求结构简单，紧凑，匀称，刚度和强度要好，并适合车间布置情况和工人操作，便于装拆和维修。通过三种方案的对比，方案（C）下置式蜗杆传动具有工作平稳，无噪音，传动比大，体积小，结构简单，紧凑，匀称，刚度，强度要好。因此，我选择方案（C）传动系统四 连杆机构的设计四.1 连杆机构的特点连杆机构是一种应用十分广泛的机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢的设计等，都是连杆机构。连杆机构具有以下特点:1)连杆机构中的运动副一般均为低副，低副两元素为面接触，

7、故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑，所以两元素不易产生大的磨损。这些条件都能较好的满足重型机械的要求。此外,低副两元素的几何形状也比较简单，便于制造。2)在连杆机构中，当原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可以使从动件得到不同的运动规律。3)在连杆机构中，连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线，称为连杆曲线，而且随着各构件相对长短关系的改变，这些连杆曲线的形状也将发生改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同的轨迹要求。由于连杆机构有了上述优点，所以在各种机械和仪表中得到了广泛的应用。4)

8、此外，利用连杆机构可以满足各种运动规律和运动轨迹的设计要求，但要设计一种能够准确实现这种要求的连杆机构却是十分困难的。而且在多数情况下一般只能近似地得以满足。正因为如此，所以如何根据最优化要求来设计四杆机构,使其能够最佳地满足设计要求，一直是连杆机构研究的一个重要课题。另一方面,在设计要求上也不再局限于运动学要求的范围内，而且已注意到考虑机构的动力特性。根据构成连杆机构的各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类，在一般机械中采用的多数是平面连杆机构经分析，参考方案中给出的工作机构是铰链四连杆机构。 图41 铰链四连杆机构简图构件之间都是用转动副连

9、接的四杆机构，成为铰链四杆机构。如图所示：其中，固定不动的杆4称为机架，与机架相连的杆1和杆3称为连架杆，而连接两连架杆的杆2称为连杆。连杆2通常做平面运动，而连架杆1和3则绕各自回转中心A和D转动。其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄，仅能在小于360的某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。经查阅文献机械设计，在铰链四杆机构中，按照连架杆是曲柄还是摇杆，将其分为三种基本形式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构和双摇杆机构。由上述我们所得到的资料，可以给出筛沙机系统的运动简图： 图4-2筛沙机系统运动简图四.2 连杆设计内容往复次数N=70次/分，行程速比系数K=1.25，高度H=800。四.4.1铰

10、点位置和曲柄长度的设计根据行程速比和传动角要求点铰点A的位置及曲柄连杆长度。根据所给条件和现场的要求，和行程速比系数K设计四连杆时，可利用机构在极位时的几何关系，在根据其它辅助条件进行设计。四.4.2曲柄摇杆机构的设计与校核已知摆角及行程速比系数K=1.25和摇杆长度来设计该机构。设计时先按公式=180°(K-1)/(K+1)算出极位夹角为20°。然后任取一点D,并以此点为顶点作等腰三角形,使两腰之长等于CD, CDC=,作CMCC,再作CN使CCN=90°-,得C2M与C1N的交点P。作PC1C2的外接圆,则圆弧C1PC2上任一点A至C1和C2的连线的夹角C1A

11、C2都等于极位夹角,所以曲柄的轴心A应在此圆弧上。设曲柄长度为a,连杆的长度为b，则故AC=b+a,AC=b-a.故a=(AC-AC)/2于是以A为圆心,以为AC半径作弧交AC于点E,则得a=EC1/2,b=AC-EC/2。设计时应注意,曲柄的轴心A不能选在弧段上,否则机构将不满足运动的连续性要求。根据上面的做法可以得出平面四连杆机构的杆长取AB=134,又因为=(8-10)取=1300, =1300。可得=1820mm。B1300134CA当AD与AC垂直式倾角最大，<ACB=6°<8°符合要求四.4.3校核最小传动角及电机选用在机构运动过程中,传动角的大小是

12、变化的,为了保证机构的传动性能要求,设计时应使40°传递力矩较大时，则应使°；对于一些受力很小或不常使用的操纵机构，则可允许传动角小些，只要不发生自锁即可。最小传动角与机构中的各杆的长度有关,见式（4.1）=arc cos 式（4.1）= arc cos =42.7°40°故满足最小传动角的要求。电机选用n=3000r/min的电机当选用电机与皮带轮传动比为1.5时可得蜗杆转速为=3000/1.5=2000r/min，要满足条件设蜗轮齿数为x，蜗杆齿数为1，则x=2000/70=29，所以蜗轮的齿数为29 五 机构的绘制根据前面所绘制的运动简图的方法和步骤，选取尺寸比例尺=L/（），并按照比例尺准确地绘制出机构的运动简图如所示。参考文献1. 孙恒 陈作模. 机械原理.高等教育出版社 , 19962. 邱宣怀.机械设计. 高等教育出版社 ,2002.53. 机械零部件设计. 机械工程手册 第2版. 机械