机械原理课程设计-自动喂料机设计

1、机械原理课程设计说明书自动喂料搅拌机院-系：工学院机械系专业：机械工程及自动化年级：2009级学生姓名：奎剑学 号： 200903050732指导教师：王海生2011年9月自动喂料搅拌机用于化学工业和食品工业，它的主体是喂料机构和交办机构， 同时还需要采用各种机构实现动力的传递。为此，我们对各种动力传动机构和执行机构 进行选择，之后再进行分析比较挑选出最好的机构，接着按照给定的机械系统的要求进 行功能分解，再根据工艺要求画出运动循环图。有了上面一系列准备工作之后就可以进 行机构的选型与组合，设计机械系统方案，对具体运动方案进行评定和选择，最终选出 最优设计方案，画出设计方案总图，并写出这次课程

2、设计的具体体会。关键词；自动喂料搅拌机；传动机构；执行机构；运动循环图；机械系统方案目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 一、机器的工作原理及外形图1 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 二、原始数据1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 三、设计要求2 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 四、机器运动系统简图3 HYPERLINK l bookmark48 o Curre

3、nt Document 五、运动循环图3 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 六、传动方案设计4 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 七、机构尺寸的设计41、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计42、设计实现喂料动作的凸轮机构53、连杆机构的动态静力分析： 64、设计不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动7 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 八、飞轮转动惯量的确定8 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 九、机械运动

4、方案评价9 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 十、方案二基本介绍 10 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 十一、心得体会11 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 十二、参考文献11一、机器的工作原理及外形图设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。物料的搅拌动作为：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】虚 线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。物料的喂料动作为：物料呈粉状或粒状定时 从漏斗中漏出，输

5、料持续一段时间后漏斗自动关闭。喂料机的开启、关闭动作应与搅拌 机同步。物料搅拌好以后的输出可不考虑。图【1】喂料搅拌机外形及阻力线图二、原始数据工作时假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力呈线性变化，如图【1】 示。表8.2为自动喂料搅拌机拌勺E的搅拌轨迹数据。表8.3为自动喂料搅拌机运动分 析数据。表8.4为自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据。表1.1拌勺E的搅拌轨迹数据表位置i12345678方案x 52530047039522010040167yi14842766274063846020080表1.2自动喂料搅拌机运动分析数据表方案 号固定铰链A、D位置电动机转 速 /

6、(r/min)容器转速/(r/min)每次 搅拌 时间/s物料装入容器时间/sx /mmj /mmx /mmj /mm一1700400120001440706040表1.3自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据表方案 号NQ血/N52S3m2/kgm3/kgJs2/()Js3/一20005000.05位于 连杆 2中 点 八、位于 从动 连架 杆3 中占1八、120401.850.06三、设计要求机器应包括齿轮(或蜗杆蜗轮)机构、连杆机构、凸轮机构三种以上机构。设计机器的运动系统简图、运动循环图。设计实现搅料拌勺点E轨迹的机构，一般可采用铰链四杆机构。该机构的两 个固定铰链A、D的坐标值

7、已在表1.2给出(在进行传动比计算后确定机构的确切位置时， 由于传动比限制，D点的坐标允许略有变动)。对连杆机构进行动态静力分析。曲柄1的质量与转动惯量略去个计，平面连 杆机构从动件2、3的质量m2、m3及其转动惯量七、Js3以及阻力曲线Q参见表1.3。 根据Qmin、Qmax和拌勺工作深度h绘制阻力线图，拌勺所受阻力方向始终与点E速度力 向相反。根据各构件重心的加速度以及各构件用加速度确定各构件惯性力Fi和惯性力偶 矩ML将其合成为一力，求出该力至重心距离MTi将所得结果列表。求出各位置的机构阻力、各运动副反作用力、平衡力矩，将计算 结果列表。（5）飞轮转动惯量的确定。飞轮安装在高速轴上，已

8、知机器运转不均匀系数5 （见 表1.3）以及阻力变化曲线。注意拌勺进人容器及离开容器时的两个位置，其阻力值不 同（其中一个为0），应分别计算。驱动力矩Md为常数。绘制Mr脚（全循环等效阻力 矩曲线）、Md* （全循环等效驱动力矩曲线）、AE （全循环动能增量曲线）等曲线。 求飞轮转动惯量JF。（6）设计实现喂料动作的凸轮机构。根据喂料动作要求，并考虑机器的基本厂寸 与位置，设计控制喂料机开启动作的摆动从动件盘形凸轮机构。确定其运动规律，选取 基圆半径与滚子半径，求出凸轮实际廓线坐标值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘 制凸轮机构设计图。（7）设计实现缓慢整周回转的齿轮机构（或蜗轮蜗杆机构）。四

9、、机器运动系统简图五、运动循环图方案一：喂料口开启40s关闭60s搅拌勺不搅拌搅拌容器匀速转动(P144216六、传动方案设计对于方案一，已知电动机转速为1440r/min，容器转速70r/min,由计算可知，处 于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.6r/min （完成一次搅拌的周期为100秒，即 100秒转一转），最高传动比达2400，故可以设计如下：从电动机输出，经二级减速器 减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合传动，传递给容器，从而使容器达到 要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆 传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮及不完全齿轮

10、达到要求的转速。具体计算如下：选择传动比为24的二级减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；要求的容器转速为70r/min，V带的传动比应为60/70=7/6；蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动 比应为 60/0.6=100；搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动比 应为 0.6/10=0.06。七、机构尺寸的设计1、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计要实现此轨迹可采用铰链四杆机构，由于该四杆机构的两个固定铰链以及所要实现轨迹 上的八个点的坐标已知，故可以根据四杆机构设计方法中轨迹设计法的解析

11、法对各个杆 长进行设计，其设计原理如下：分析：n=3,PL=4,PH=0.F=3n-2PL-PH=1E点的轨迹方程为：U 2 + V 2 = W 2U = m（工一d）cos6 + y sin5（工2 + y2 +12 a2） 一lx（x 一d）2 + y2 + m2 c2V = m（x 一d）sin5 一 y cos5（x2 + y2 +12 一a2） + ly（x 一d）2 + y2 + m2 一c2W = 2lmsin5 x（x - d） + y,2 一 dy cot5 f （x，又七,七,& b c,m，5。） = 0式中共有九个待定尺寸参数，即铰链四杆机构的连杆点最多能精确通过给定轨

12、迹上 所选的九个点。当需通过的轨迹点数少于九个时，可预先选定某些机构参数，以获得唯 一解。将已知的轨迹中的八个点的坐标代入方程中计算可得出各个杆件的长度，但是由于 方程比较复杂不易求解，因此先通过图解法大致确定出曲柄长度然后在代入方程求连杆 长度。对于方案A，假定曲柄长度Lab为240mm，已知Lad=640mm，代入方案A的数据可 得出其余两个杆长分别为Lbc=570mm、Lcd=400mm。对于方案B，假定曲柄长度Lab为240mm，已知Lad=640mm，代入方案B的数据可 得出其余两个杆长分别为Lbc=563mm、Lcd=404mm。2、设计实现喂料动作的凸轮机构 方案一：实现喂料动作

13、的凸轮机构在运动中受轻载而且低速运转，故只需采用等速变化规律 的盘型直动从动凸轮机构即可达到要求。凸轮机构的推程与喂料系统开口的大小相同， 设其为100mm，喂料系统的开启和关闭过程是一个快速的过程，故设其推程角和回程角 为5度，根据物料喂入时间和每次搅拌时间即可确定远近休止角的大小，对方案A，其 远休止角为216度。根据机构的整体尺寸设定凸轮的基圆半径为400mm，为尽量减小压 力角而设定凸轮的偏心距为200mm。将以上参数输入计算机凸轮设计软件中即可得凸轮 机构的运动曲线和轮廓曲线如下所示：速度最大值 凸轮角速度加速度最犬值凸轮角速度时压力角最大值推程1145.92n69.8864回程11

14、45.9203、连杆机构的动态静力分析:方案一：未做分析4、设计不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动方案一：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、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，蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗 杆的传动比应为60/0.

15、6=100；假设选取蜗杆的头数为2,根据传动比可得蜗轮的齿数为 200齿。搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传 动比应为.0.6/10=0.06,假设曲柄所在齿轮的齿数为七=21，则根据传动比可得不完全 齿轮的齿数为乙广350齿，由于拌料行程只为整个工作行程的3/5，所以把不完全齿轮有效齿数则为210齿。具体计算如下：选取齿轮标准模数为4,分度圆压力角（a = 20）、齿顶高系数（”:=1）、顶隙系数都为标准值（C* = 0.25），曲柄所在齿轮Z1 =”，不完全齿轮Z2 = 350分度圆直径为d1=mz1=4 x 21=84mmd = mz = 4 x

16、350 = 1400mm止 mh = h = h * m = 1 x 4 = 4mm 齿顶高a1a 2a齿根高 h = h = (h* + c *)m = 5mm齿全高 h = h = (2h* + c *)m = 9mm齿顶圆直径 da1 = (Z1 + 2h*)m = 92mm=(z + 2h * )m = 1408mm2ad = (z 一2h* -2c*)m = 74mm d = (z - 2h* - 2c*)m = 1390mm齿根圆直径1 a其圆直径 d = d cos a = 78.93mmd = d cos a = 1315.57mm齿距 p =兀m = 12.57mm齿厚 s

17、=兀 m/2 = 6.28mm齿槽宽 e = nm/2 = 6.28mm顶隙 c = c *m = 1mm根据齿轮参数，就可得到如图所示的齿轮机构: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）说明：齿轮A有200齿，有10齿锁齿圆弧；齿轮B有20齿，有一齿锁齿圆弧。齿 轮A转过20齿，第21齿恰好转到锁齿圆弧，与B齿轮锁齿圆弧啮合，齿轮B转过10 转，齿轮B的锁齿圆弧则与右图所示的锁齿圆弧啮合。八、飞轮转动惯量的确定要确定飞轮的转动惯量必须清楚机器在一个周期内运转的驱动力矩和阻力矩，从而 计算出次周期的最大盈亏功，另外还须知道机器运转时的速度不均匀系数和机器的额定 转速

18、n即可根据公式 Wmax=（J + Jf）*wm2 *0算出飞轮的等效转动惯量。根据题目 中所给出的原始数据可绘制出M中（全循环等效阻力矩曲线）、Md-中（全循环等效驱 动力矩曲线）、AE （全循环动能增量曲线）曲线如下所示：AW maxAW MCl：X方案一：由图可知， Wmax为阴影部分的面积，经过计算得 Wmax=3247J,由公式 Wmax= (J + Jf)wm2 0 ,可以求得飞轮转动惯量为1.59kg/m2。九、机械运动方案评价序号评价项目评价等级评价分数一二1功能目标 完成情况很好好较好不太好88不好2工作原理的先进性先进较先进一般低663系统的工作效率高较高一般低874系统机

19、械传动的精度高较高一般低775系统的复杂程度简单较复杂复杂776系统方案的使用性使用一般不使用777系统方案的可靠性可靠较可靠一般小可靠778系统方案的新颖性新颖较新颖小新颖669系统方案的经济成本低较低高较高7610系统方案好66的环保问题较好不好评价分数累计6967综合比较，方案一较好，所以选定方案一。十、方案二基本介绍传动方案设计对于方案二，已知电动机转速为1440r/min，容器转速65r/min，由计算可知，处 于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.56r/min，最高传动比达2570，故可以设计 如下：从电动机输出，经二级减速器减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合 传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗 杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮 及不完全齿轮达到要求的转速。设计