机械原理设计说明书

机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书机械工程学院机械设计制造及其自动化专业11级机自卓工班设计者：杨国权肖洋胡东旭指导老师：陈革新2013年7月19日目录HYPERLINK一、 设计题目 2HYPERLINK1． 设计要求 2HYPERLINK二、 设计方案及对比 2HYPERLINK1． 方案对比 2HYPERLINK2．刀片往复直线运动方案的评鉴及选择 4HYPERLINK3．运动机构简图 6HYPERLINK三、 数据计算 7HYPERLINK1．驱动电机及降速齿轮设计 7HYPERLINK2． 不完全齿轮设计 8HYPERLINK3．六杆机构的设计 9HYPERLINK四、 利用SolidworksMotion进行运动仿真 12HYPERLINK五、 方案特点 14HYPERLINK1．优点 14HYPERLINK2．缺点 14HYPERLINK六、 收获与体会 14HYPERLINK附图和仿真的信息 15HYPERLINK参考文献 18设计题目1.设计要求设计一个糕点切片机。要求：1.糕点厚度：10~20mm。2.糕点切片长度（亦即切片高）范围：5~80mm。3.切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。4.切刀工作节拍：40次/min。5.工作阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠，并且必须含有六杆机构。设计方案及对比方案对比要实现设计要求的功能，将整个切糕过程分为切糕刀具往复运动和糕点间歇传送两部分运动。将可以用于实现各功能的机构列表见表一。表一功能求解表格功能方案一方案二方案三刀具往复凸轮四杆机构六杆机构糕点传送不完全齿轮槽轮棘轮方案优缺点对比：A)糕点切片机切刀运动：在传送带停顿的时候进行切糕动作，并在传送带下一次运动之前离开糕点。切片的往复直线运动有如下几种方案选择对比:1.曲柄滑块机构如图1-1，利用曲柄的整周转动和固定在导轨上的滑块的直线往复运动带动刀片切割糕点。图1-12.凸轮机构如图1-2，利用一个型封闭或封闭的凸轮的转动带动从动件导杆的往复运动来满足刀片切割高点的要求。图1-23.六杆机构如图1-3，利用曲柄的整周转动带动第一个摇杆，然后摇杆带动固定在导轨上的滑块的直线往复运动带动刀片切割糕点。图1-3B)切片机刀具始终移动，当传送带停止运动时，刀具向下移动切糕，切糕完成后上升，当刀具离开糕点时，传送带继续传递糕点，当传送带下一次停止，下一个切糕周期开始。糕点的直线间歇运动机构方案：1.不完全齿轮机构如图2-1，通过不完全齿轮的转动，带动从动齿轮的转动，再把转动转变成放置糕点皮带的间歇直线运动。图2-12.槽轮机构如图2-2，同时通过主动轮上的圆柱销进入槽轮的径向槽，从而形成间歇转动，在通过皮带转化成间歇的直线运动。图2-2刀片往复直线运动方案的评鉴及选择：几种机构特点比较：表.三种间歇机构特点比较表棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构主动件的运动形式转动、往复移动转动转动、往复移动从动件转位期间的运动规律根据棘轮与棘爪的齿形及相对位置决定根据槽数、滚子数、转盘半径与中心距之比决定除过渡段及首末齿外、其余均为等速常用从动件分度数分度数即从动件转一周中的停歇次数6~304~164~12制造成本低低中适用场合低速、中、轻载，低精度低速、中载中、低速，轻载表.往复运动机构比较性能指标具体项目评价连杆机构凸轮功能运动规律形式任意性较差，只能达到有限个精确位置基本上能任意传动精度较高较高工作性能可调性较好较差运转速度较高较低动力性能加速度峰值较大较小耐磨性较好较差经济性制造难易程度容易较难制造误差敏感不敏感敏感调整方便性容易较麻烦1.六杆机构：由两个四杆机构组合而成，一般情况下，运用在曲柄作等速转动，摇杆和滑块作往复直线运动，其往复运动可以是匀速，也可以不匀速。具有急回特性，效率高。其优势及特点：=1\*GB3①其结构由简单的构件和低副组成，具有结构简单，相比于凸轮易于制造，成本低廉并且抗摩擦能力强的特点。=2\*GB3②构件只建力的传递是通过低副实现的，面接触的低副具有较小的单位面积承载力，故其机构的承载能力大。=3\*GB3③通过适当的设计各杆的尺寸，连杆机构可实现运动规律的多样化。=4\*GB3④当连杆和机架较长时，可实现远距离的运动和动力的传递。⑤相对于四杆机构结构更稳定，运动更合理。综合上述，考虑糕点切片机的机构，效率，制造成本及刀片的直线往复运动及满足与糕点的说送配合，采用六杆机构，能较好的完成此过程。不完全齿轮机构: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。其优势及特点：=1\*GB3①不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠。=2\*GB3②从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。=3\*GB3③一般适用于低速，轻载场合。=4\*GB3④允许调整的幅度比槽轮机构大得多，故设计比较灵活⑤相比于棘轮机构工作性能更加可靠综合上述，考虑糕点切片机的机构，效率，制造成本及刀片的直线往复运动及满足与糕点的说送配合，采用不完全齿轮机构，能较好的完成此过程。3．运动机构简图图2-3图2-4机构简图数据计算1.驱动电机及降速齿轮设计不完全齿轮转速40r/min，选电机转速为1280r/min,计算可得总传动比:因此降速轮系的传动比设计为32，由于传动比较大，故采用二级降速，两级降速的传动比分别为4和8。齿轮模数均为z=2mm压力角均为α=20°第一次降速齿轮齿数（ul）分度圆直径（mm）小齿轮2346大齿轮92184中心距115第二次降速齿轮齿数（ul）分度圆直径（mm）小齿轮1836大齿轮114228中心距162不完全齿轮设计（考虑不同切片长度中的一个，针对不同长度可以通过换档位进行，不同档位即可设定小齿轮的不同齿数来实现）：不完全齿轮齿数（ul）分度圆直径（mm）有齿部分对于圆心角（°）小齿轮67260大齿轮72114360中心距108所以每次不完全齿轮转动一周时有效圆周角为60°，对应的大齿轮的圆周角转动30°，而传送带轮半径与传送带厚之和为100mm，所以可以计算得到不完全齿轮没转动一周对应的传送带传递长度：L=2*100**=52.35mm另外，不完全齿轮轴与六杆机构的曲柄以传动比为1的V形皮带相连接，以此将两部分运动连接起来。3.六杆机构的设计杆长计算：根据题设要求以及下部齿轮传动机构尺寸想协调我们首先确定了一部分尺寸： AD的水平和竖直距离分别为：X1＝70mm，Y＝310mm，D点到直线导杆的水平距离：X2＝200mm，＝60°，＝120°H＝210mm，CE/CD=1/2,EF/DE=1/2利用上述确定的已知条件进行计算杆长：由简单几何关系可知：EE’=FF’=H∵△DE'E是等边三角形∴DE=EF=H=210mm∵EF/DE=1/2,CE/CD=1/2∴EF=DE/4=180/4=52.5mmCD=2*DE/3=2*180/3=140mm∵AD=mm∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得：AC=383.44mmAC’=245.41mm∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mmBC=(AC+AC’)/2=314.425mm由上可得：ABBCCDDEEF69.015mm314.425mm140mm210mm52.5mm图解分析BC处于竖直时的运动状况项目数值0.2890.2690.4040.3854.1880.1831.9241.847单位m/sRad/s项目数值1.2110.9061.3600.6201.3943.17318.032单位m/srad/s机械运动方案图绘制根据机构的整体尺寸，绘制运动方案图机构运动简图利用SolidworksMotion进行机构运动仿真仿真分析时，给曲柄AB加一转速40RPM。如下图：=1\*GB3①通过建立实体模型进行运动仿真，其刀片的位移运动循环图分析位移曲线：曲线具有明显的周期性，周期T=1.5s，刀具行程为210mm，满足要求，从图中可以看出该六杆机构急回特性不明显。=2\*GB3②通过建立实体模型进行运动仿真，其刀片速度运动循环图分析速度曲线：曲线具有明显的周期性，周期T=1.5s，与位移曲线周期相同。=3\*GB3③通过建立实体模型进行运动仿真，其刀片与输送带的加速度运动循环图如下图分析加速度曲线：曲线具有明显的周期性，周期T=1.5s，与位移曲线和速度曲线周期相同。并且在速度曲线上有加速度为零的点，因而可以选取这样的点作为机构运动的初始点，这时由于接近于正线加速度类型（因而很接近于无冲击，也就是冲击很小），此处启动对机构的损失较小。=4\*GB3④通过建立实体模型进行运动仿真，C 点速度运动循环图如下图：=5\*GB3⑤通过建立实体模型进行运动仿真，B点速度运动循环图如下图：利用此方法可以得到机构任意一点的速度加速度曲线，在此不一一列举。方案特点简介1.优点=1\*GB3①操作简单，机构占空间小，完成实现功能目标好。=2\*GB3②机器结构简单紧凑。=3\*GB3③机构传动方案的复杂程度低，大致符合经济性和绿色性。=4\*GB3④主要使用齿轮传动,传动会比较准确。=5\*GB3⑤执行机构效率高。2.缺点=1\*GB3①由于应用的切刀往复运动是低副，机器的精度不高，存在的误差可能比较大。设计感想从第一次典型机械产品实训课程设计到现在的第机械原理课程设计我们总结了一些做课程设计的经验，那就是从一开始我们必须养成一个循序渐进的习惯，从最开始题目我们必须要认真分析设计机构传动方式，大体外形，基本零件，应用场合，以及此产品使用寿命综合给于考虑。从设计过程自己感觉到在理论与实践上相配套十分必要。机械原理这门课就是一门与产品研发设计制造联系十分紧密的一门课程，要想学好学扎实这门课做这样的课程设计是相当必要的。而且做这样设计练习，对于自己今后生产工作会有很大的帮助。从一开始直到设计完成，这又是一次我们比较独立的在自己的努力下做一个与机械设计课相关的设计。在这里首先要多谢老师给我们的这样一个机会去锻炼自己的设计能力和团队合作能力，还要感谢诸多同学的帮助。在本次设计中暴露出我的许多薄弱环节，很多学过的知识不能灵活应用，以前学过的东西自己并不是都掌握了，很多知识都已很模糊。而这次课程设计再一次把我们所学的知识都贯穿起来，融合为一体达到学以置用的目的，同时也是我们查漏补缺的好时机，它基本上将我们的课程紧密联系起来，达到跨学科的效果，增强了我们对知识之间的融合能力。这不仅可以提高我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践锻炼一下自己，培养大家的积极性，通过这次课程设计初步展现了我们的设计能力和团结精神。充分发挥了我们的专业设计水平，基本达到了课程设计的目的和要求。本次课程设计进一步加深了和培养了我们的实际动手能力，掌握部机器的设计的基本方法和步骤，初步具备了综合设计能力。通过Autodesk-Inventor的辅助设计和Soliworks-Motion运动分析，准确的设计机构的运动过程，更加形象的阐述了机构配合要求及实现功能，也同时为其他课程设计和毕业设计打下坚实的基础，此次课程设计我认为达到最大效果是让我们进一步加深理解了机器设计的基本步骤和原理。本次课程设计最大的收获就是锻炼了我们独立思考和判断的能力，同时增强了自己分析问题和解决问题的能力。通过本次课程设计中所出现的问题及解决问题的方法提高了我们对已经学过的专业知识起到一个温习和加强的作用，同时提醒自己对专业知识没有深刻的理解而是仅仅停留在表层的学习中，在今后学习中因该重视理论实践的深层次理解和掌握。为完成此次课程设计，指导老师及其他任课老师给与我特别大的帮助，在选择机构运动方案过程中出现最多的问题就是选择机构时的时候没有考虑到现代制造工业以及现代先进的加工工艺和制造工艺，为制造产品节省了大量成本，在这一点上我们采用传统的机构和加工工艺就加大了制造成本，为此老师帮助我们从产品设计，制造，销售等几个方面给我们讲解和分析，为我们完成课程设计给于最有力的帮助，在次向各位老师表示感谢。顺利完成这次课程设计，我深刻体会到像这样的实践是相当必要的，一方面能够提高自对专业知识的掌握，另一方面可以促进我们的学习积极性，激发对新事物了解和认识，在一定程度上开阔了我们在今后学习以及在工作视野，锻炼了自己设计能力和团队合作方面的能力。附图糕点切片机整体机构三维图。附仿真运动的位置信息:|ModelTitle||=============================================================================||||SolidWorksMotionMechanism|||TimeT=0.000000000E+00.Degree-of-freedomanalysisidentifiedredundantconstraintsinthemodel:-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_4_3-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_5_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_5_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_3_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_3_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_1-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_1-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_4_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_2_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_2_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_5-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_7******PerformingKinematicSimulation******BeginSimulationSimulationStepFunctionCumulativeCPUTimeSizeEvaluationsStepsTakentime____________________________________________________0.00000E+000.00000E+00500.304.80000E-011.00000E-02104482.209.60000E-011.00000E-022009