课程设计题目第4题 加热炉推料机的执行机构设计刘岩常文强张劲松陈聪徐晗第4组

1、湖南人文科技学院课程设计报告课程名称： 机械原理课程设计设计题目： 加热炉推料机的执行机构设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12级机械 3 班 学生姓名: 刘岩、常文强、张劲松、陈聪、徐晗 学 号: 12428305、12428306、12428301、1242826、12428345 起止日期: 2014.6.277.1 指导教师: 聂时君 张斌 教研室主任： 朱连池 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩 刘 岩常文强张劲松陈聪徐晗1、设计过程中出勤、学习态度等方面2、课程设计质量与答辩3、设计报告书写及图纸规范程度总 成 绩

2、 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘 要本次设计由刘岩、常文强、张劲松、陈聪、徐晗共同讨论合作完成。随着机械行业的发展，热处理伴随其中，热处理是机械电子工业生产中极其重要的工艺，推料机在热处理的工艺起着举足轻重的作用，从而对推料机的设计有着较深远的意义。本次设计的课题是加热炉推料机的执行机构设计。加热炉推料机是以间歇的方式将工件输送到加热炉中。其动力源是电动机，电动机通过传动装置、四杆机构，驱动滑架往复运动，工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回时，推爪从工件下滑过，工件不动。当滑架再次向前移动时，推爪已复位，并推动新工件前移

3、，前方推爪也推动前一工件前移。周而复始，工件不断前移。本论文论述的是加热炉推料机的设计过程，主要包括方案对比及确定，运动尺寸的计算，运动的分析。关键词：加热炉推料机；四杆机构；飞轮；驱动力矩目 录引 言.11 课程设计的目标与设计任务.2 .2 .2 务.32 方案对比及确定.4及参数的确定.4.4.52.4方案确定.63运动尺寸计算.7及简图.7曲柄驱动力矩的计算.8.83-4飞轮尺寸的确定.94运动分析.10心得体会.13参考文献.14致谢.15附录.16引言机械原理是机械设计制造及其自动化专业的技术基础课，在生产实践中有着广泛的应用。本次课程设计的任务是加热炉推料机的执行机构的设计，推料

4、机是一种间歇的输送工件的机械，其电动机通过传动装置，工件机构驱动输送架作往复移动。对于本次的课程设计，需要小组成员相互合作一起完成。在经过大家的讨论后，决定了任务的分配以及完成时间的安排，并且决定大家要有确定的工作地点和时间。为了确保这次的课程设计能够按时的完成，我们将所有的工作进行了细致的计划，计划是花五天的时间完成本次课程设计。第一天确定所需要的原始数据以及每个人需要完成的任务，再花费两天的时间进行数据的计算和完成需要的运动简图以及机构简图。最后剩余的时间进行文档的修改和答辩。除了小组的总计划之外，每个人也需要对于自己的任务进行计划，确保每天的进程。至于任务分配，一人负责电子文档，两个人负

5、责数据的确定及相关的的计算，一个人负责画图还有一个人负责收集资料。 在这次的课程设计中，关键的是四杆机构的确定和基本尺寸的计算以及求飞轮的转动惯量。这次的课程设计是我们五个人的初次合作，也是第一次接触这方面的相关作业，对每一个人来说都是很大的挑战。在这次的课程设计中，除了需要掌握基础知识还需要借助于参考资料。在资料的收集方面，负责不同任务的人员负责搜集自己需要的相关资料。可以在图书馆借相关的书籍或者是上网查找。最后大家将自己找到的资料汇总，然后每人一份，这样有利于大家的理解和方便大家的掌握并且节省时间，提高工作效率。机械原理课程设计就是使学生全面、系统掌握和深化了解机械原理课程的基本方法和重要

6、环节，是培养学生机械运动方案设计，创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。1 课程设计的目标与设计任务设计的题目图1-1为加热炉推料机结构总图与机构运动示意图。该机器用于向热处理加热炉内送料。推料机由电动机驱动，通过传动装置使推料机的执行构件（滑块）5做往复移动，将物料7送入加热炉内。设计该推料机的执行机构和传动装置。图1-1加热炉推料机结构总图与机构运动示意图1.2 设计参数与要求加热炉推料机设计参数如表1-1所示。该机器在室内工作，要求冲击振动小。原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差4%。表1-1 加热炉推料机设计参数（设计数据任选一

7、组）分组12345滑块运动行程H(mm)220210200190180滑块运动频率n(次/min)2030405060滑块工作行程最大压力角3030303030机构行程速比系数K2构件DC长度(mm)11501140113011201100构件CE长度(mm)150160170180200滑块工作行程所受阻力(含摩擦阻力)(N)500450400350300滑块空回行程所受阻力（含摩擦阻力）Fr1(N)1001001001001001.3 设计任务1. 针对图1-1所示的加热炉推料机传动方案，依据设计要求和已知参数确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；2. 假设曲柄AB等速转动，画出滑块F的

8、位移和速度的变化规律曲线；3. 在工作行程中，滑块F所受的阻力为常数Fr1，在空回行程中，滑块F所受的阻力为常数Fr2；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4.取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；5 编写课程设计说明书。2方案对比及确定该机器在室内工作，要求冲击振动小。原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差4%。选用的参数如表2-1所示。表2-1选用的参数根据加热炉推料机的工作原理和选用的参数做出以下几种方案 图2-1该方案分析：由图中机构简图和受力分析可知，滑块F的行程比较小。对杆进行受力分析可知，滑块运动压力角可能变

9、得很大，杆对滑块的有效力就变得很低，因此，该机构效率低。该机构的自由度F=3n-2*Pl=3x3-2*4=1。2.3方案二及原理 图2-2 图2-3方案分析：为了方便分析，把齿轮等效为曲柄。在运动方案的选择上，由于执行机构作用时，可以假设曲柄AB有两次与连杆BC共线，故可判断出这两个时刻，滑块也处于运动的极限位置。通过这些可以选择对称机构，即摇杆DCE摆动的极限位置是关于通过D点的垂线对称配置的。该方案结构简单，又符合设计要求，并兼有以上方案的优点。该机构的自由度F=3n-2Pl=3*5-2*7=1。2.4方案的确定方案二的优点结构简单，又符合设计要求。所以最终选用方案二作为本课程设计的方案来

10、实现推料机构的工作原理。3运动尺寸的计算3.1各构件的运动尺寸及简图:假设D点到F点的距离是1400mm，并假设该机构在两个极限位置如下图所示。由已知条件滑块形成H=210mm，滑块运动频率30次/min，滑块工作行程压力角=30，机构行程建比条数K=1.4，构件体DC长度=1140mm，构件CE长度 QUOTE LCE =160mm。图3-1 = 1 * GB2 求极位夹角由极位夹角公式 (3-1) = 2 * GB2 求杆长EF 因为滑块工作行程最大压力角为30，假设滑块在行程中左右极限压力角都达到30，而滑块的行程H=EF=210mm，此时杆DE与对称，因此， =210mm (3-2)

11、在中，根据余弦定理： （3-3） 得D=10设EF长度为z则 （3-4） 得EF= = 3 * GB2 求杆长AB,BC 因为得 （3-5）所以 （3-6）设AC与水平夹角锐角为 QUOTE =15，设BC=x，AB=y，所以得 （3-7） （3-8）代入数据得y= x=所以AB杆长，BC杆长A点到D点的竖直高度为h则 （3-9）所以得h= 曲柄驱动力矩的计算在不考虑各处摩擦及其他构件重力和惯性力的条件下求曲柄所需的驱动力矩，可用能量法求得，设M1，M2分别为工作行程和空回行程的驱动力矩，分别为工作行程和空回行程曲柄转过的角度，Fr1和Fr2分别是工作行程和空回行程滑块F所受的阻力，H是滑块的

12、运动行程。由能量守恒得：空回行程 M2*=Fr2*H （3-10） 工作行程 M1*=Fr1*H （3-11）代入 Fr1=450N Fr2=100N H=210mm=2 （3-12） =2 （3-13） （3-14）得滑块工作行程的驱动力矩M1=25.78N*m 滑块空回行程的驱动力矩 M2=8.02N*m飞轮转动惯量的计算 滑块运动频率n=30次/min,所以滑块工作行程和空回行程一次所需时间总共为2s。工作行程一次时间为2x=7/6s,空回行程一次时间为2x+5/6s。设L和L为工作行程曲柄的动量矩，则工作行程L=， （3-15）空回行程L2=， （3-16）又由L=Jw, （3-17）

13、而角速度w=。 （3-18） 故可以确定工作行程所需的飞轮转动惯量J=，空回行程所需的飞轮转到惯量J=，因为需要滑动在工作行程时较稳定，所以应取大的，此时可以确定应该加于曲柄上的飞轮转动惯量为。34飞轮的尺寸的确定求得飞轮的转动惯量之后，其尺寸的最佳设计是以最少的材料来获得最大的转动惯量即应把质量集中在轮缘上，与轮缘相比轮辐和轮毂的转动惯量可以忽略不计。设G为轮缘的质量，D1、D2和D分别为轮缘的外径、内径与平均直径，选择平均直径为D=100mm，选择轮缘的横剖面尺寸H轮缘的宽度b=15的比值为4/3。带人数据 （3-19）G带入 （3-20） H/b=4/3 （3-21）三式联立得H=20m

14、m,b=15mm.飞轮的内径D2=D-H=80mm飞轮的外径D1=D+H=120mm4运动分析根据以上分析，定义 R=DC=1140;R1=AB;R2=BC;R3=EC=160;R4=EF=200;a为曲柄连杆机构在第一个极限位置时与x轴正向的夹角，为摆杆的摆角值（两个极限位置之间的夹角），列出相关方程： (4-1)(4-2)据相似性得; 取(4-3)(4-4)D点坐标（）：(4-5)设任意时刻t后，转角增加wt(w为角速度)B点坐标：;(4-6)C点坐标()： (4-7) E点坐标（）： (4-8)F点坐标（）： (4-9)滑块运动周期 (4-10)将以上各式使用MATLAB求解得到关于t的

15、函数后，作出位移关于时间t的变化曲线图4-1滑块位移变化曲线分析：从图中可以看出滑块F的运行范围在-160100之间走简谐运动，与实际运动有一定误差，但误差不是很大。从图中可以看出运行周期为2s,保证滑块F每分钟运行30次。将位移关于时间t的函数求导后作出速度的变化规律曲线如下（3个周期）图4-2滑块速度变化曲线分析：1）从图中可以看出周期为2s。2）从图中可知，在回程运动中，其速度在很短时间内快速增大又减小，这就保证了机构有良好的急回特性，从而使机构效率提高。心得体会这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，虽然有些茫然和不知所措，但在老师的指导和同学的互相帮助下还是按时完成了设计。这次课程设

16、计让我体会很深，也学到了很多新东西。在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据使用要求和功能分析，选用组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，制造方便，性能优良，工作可靠的机械系统。这次课程设计，不仅让我们把自己所学的知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构，也让我们深刻体会到团体合作的重要性，因为在以后的学习和工作中，但靠我们自己个人的力量是远远不够的，必须积聚大家的智慧，才能创造出令人满意的产品来。创新也是一个国家、一个社会、一个企业必不可少的，设计中的创新需要高度和丰富的创造性思维，没有创造性的构思，就没有产品的创新，产品也就不具有市场竞争性。在设计过程中，虽然我们

17、的创新是肤浅的，但这也锻炼了我们的能力，更指明了我们努力的方向。这次课程设计也为我们以后的毕业设计打下了一个基础，我相信， 经过这次设计，我们毕业设计的时候不再会象现在这么茫然了，也一定能做好它。参考文献1 （第七版）.北京:高等教育出版社,20062 朱保利,吴晖等编.机械原理课程设计指导书 .南昌航空工业学院出版,3 孟宪源,姜琪主编.机构构型与应用 .机械工业出版社,20044 侯珍秀主编.机械系统设计 .哈尔滨工业大学出版社,20005 黄继昌,徐巧鱼等编.实用机械机构图册 .人民邮电出版社,1996致谢能够顺利的按时完成这次的课程设计，除了衷心感谢聂老师和张老师对如何完成这次课程设计的指导和对我们的