課程設(shè)計題目第4題加熱爐推料機的執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計-劉巖常文強張勁松陳聰徐晗-第4組

湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱： 機械原理課程設(shè)計設(shè)計題目： 加熱爐推料機的執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 12級機械 3 班 學(xué)生姓名: 劉巖、常文強、張勁松、陳聰、徐晗 學(xué) 號: 12428305、12428306、12428301、1242826、12428345 起止日期: 2014.6.277.1 指導(dǎo)教師: 聶時君 張斌 教研室主任： 朱連池 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權(quán)重成績 劉 巖常文強張勁松陳聰徐晗1、設(shè)計過程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計報告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘 要本次設(shè)計由劉巖、常文強、張勁松、陳聰、徐晗共同討論合作完成。隨著機械行業(yè)的發(fā)展，熱處理伴隨其中，熱處理是機械電子工業(yè)生產(chǎn)中極其重要的工藝，推料機在熱處理的工藝起著舉足輕重的作用，從而對推料機的設(shè)計有著較深遠的意義。本次設(shè)計的課題是加熱爐推料機的執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計。加熱爐推料機是以間歇的方式將工件輸送到加熱爐中。其動力源是電動機，電動機通過傳動裝置、四桿機構(gòu)，驅(qū)動滑架往復(fù)運動，工作行程時滑架上的推爪推動工件前移一個步長，當(dāng)滑架返回時，推爪從工件下滑過，工件不動。當(dāng)滑架再次向前移動時，推爪已復(fù)位，并推動新工件前移，前方推爪也推動前一工件前移。周而復(fù)始，工件不斷前移。本論文論述的是加熱爐推料機的設(shè)計過程，主要包括方案對比及確定，運動尺寸的計算，運動的分析。關(guān)鍵詞：加熱爐推料機；四桿機構(gòu)；飛輪；驅(qū)動力矩目 錄引 言.11 課程設(shè)計的目標(biāo)與設(shè)計任務(wù).2 1.1設(shè)計的題目.2 1.2設(shè)計的參數(shù)要求.2 1.3設(shè)計任務(wù).32 方案對比及確定.42.1機構(gòu)分析及參數(shù)的確定.42.2方案一及原理.42.3方案二及原理.52.4方案確定.63運動尺寸計算.73.1各構(gòu)件的運動尺寸及簡圖.73.2曲柄驅(qū)動力矩的計算.83.3飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算.83-4飛輪尺寸的確定.94運動分析.10心得體會.13參考文獻.14致謝.15附錄.16- 2 -引言機械原理是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，在生產(chǎn)實踐中有著廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計的任務(wù)是加熱爐推料機的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計，推料機是一種間歇的輸送工件的機械，其電動機通過傳動裝置，工件機構(gòu)驅(qū)動輸送架作往復(fù)移動。對于本次的課程設(shè)計，需要小組成員相互合作一起完成。在經(jīng)過大家的討論后，決定了任務(wù)的分配以及完成時間的安排，并且決定大家要有確定的工作地點和時間。為了確保這次的課程設(shè)計能夠按時的完成，我們將所有的工作進行了細致的計劃，計劃是花五天的時間完成本次課程設(shè)計。第一天確定所需要的原始數(shù)據(jù)以及每個人需要完成的任務(wù)，再花費兩天的時間進行數(shù)據(jù)的計算和完成需要的運動簡圖以及機構(gòu)簡圖。最后剩余的時間進行文檔的修改和答辯。除了小組的總計劃之外，每個人也需要對于自己的任務(wù)進行計劃，確保每天的進程。至于任務(wù)分配，一人負責(zé)電子文檔，兩個人負責(zé)數(shù)據(jù)的確定及相關(guān)的的計算，一個人負責(zé)畫圖還有一個人負責(zé)收集資料。 在這次的課程設(shè)計中，關(guān)鍵的是四桿機構(gòu)的確定和基本尺寸的計算以及求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。這次的課程設(shè)計是我們五個人的初次合作，也是第一次接觸這方面的相關(guān)作業(yè)，對每一個人來說都是很大的挑戰(zhàn)。在這次的課程設(shè)計中，除了需要掌握基礎(chǔ)知識還需要借助于參考資料。在資料的收集方面，負責(zé)不同任務(wù)的人員負責(zé)搜集自己需要的相關(guān)資料。可以在圖書館借相關(guān)的書籍或者是上網(wǎng)查找。最后大家將自己找到的資料匯總，然后每人一份，這樣有利于大家的理解和方便大家的掌握并且節(jié)省時間，提高工作效率。機械原理課程設(shè)計就是使學(xué)生全面、系統(tǒng)掌握和深化了解機械原理課程的基本方法和重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生機械運動方案設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機對工程實際中各種機構(gòu)進行分析和設(shè)計能力的一門課程。1 課程設(shè)計的目標(biāo)與設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計的題目圖1-1為加熱爐推料機結(jié)構(gòu)總圖與機構(gòu)運動示意圖。該機器用于向熱處理加熱爐內(nèi)送料。推料機由電動機驅(qū)動，通過傳動裝置使推料機的執(zhí)行構(gòu)件（滑塊）5做往復(fù)移動，將物料7送入加熱爐內(nèi)。設(shè)計該推料機的執(zhí)行機構(gòu)和傳動裝置。圖1-1加熱爐推料機結(jié)構(gòu)總圖與機構(gòu)運動示意圖1.2 設(shè)計參數(shù)與要求加熱爐推料機設(shè)計參數(shù)如表1-1所示。該機器在室內(nèi)工作，要求沖擊振動小。原動機為三相交流電動機，電動機單向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速誤差4%。表1-1 加熱爐推料機設(shè)計參數(shù)（設(shè)計數(shù)據(jù)任選一組）分組12345滑塊運動行程H(mm)220210200190180滑塊運動頻率n(次/min)2030405060滑塊工作行程最大壓力角3030303030機構(gòu)行程速比系數(shù)K1.251.41.51.752構(gòu)件DC長度(mm)11501140113011201100構(gòu)件CE長度(mm)150160170180200滑塊工作行程所受阻力(含摩擦阻力)(N)500450400350300滑塊空回行程所受阻力（含摩擦阻力）Fr1(N)1001001001001001.3 設(shè)計任務(wù)1. 針對圖1-1所示的加熱爐推料機傳動方案，依據(jù)設(shè)計要求和已知參數(shù)確定各構(gòu)件的運動尺寸，繪制機構(gòu)運動簡圖；2. 假設(shè)曲柄AB等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊F的位移和速度的變化規(guī)律曲線；3. 在工作行程中，滑塊F所受的阻力為常數(shù)Fr1，在空回行程中，滑塊F所受的阻力為常數(shù)Fr2；不考慮各處摩擦、其他構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩；4.取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量；5 編寫課程設(shè)計說明書。2方案對比及確定2.1機構(gòu)分析及參數(shù)的確定該機器在室內(nèi)工作，要求沖擊振動小。原動機為三相交流電動機，電動機單向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速誤差4%。選用的參數(shù)如表2-1所示。表2-1選用的參數(shù)根據(jù)加熱爐推料機的工作原理和選用的參數(shù)做出以下幾種方案 2.2方案一及原理 圖2-1該方案分析：1） 由圖中機構(gòu)簡圖和受力分析可知，滑塊F的行程比較小。2） 對桿進行受力分析可知，滑塊運動壓力角可能變得很大，桿對滑塊的有效力就變得很低，因此，該機構(gòu)效率低。3） 該機構(gòu)的自由度F=3n-2*Pl=3x3-2*4=1。2.3方案二及原理 圖2-2 圖2-3方案分析：1） 為了方便分析，把齒輪等效為曲柄。在運動方案的選擇上，由于執(zhí)行機構(gòu)作用時，可以假設(shè)曲柄AB有兩次與連桿BC共線，故可判斷出這兩個時刻，滑塊也處于運動的極限位置。通過這些可以選擇對稱機構(gòu)，即搖桿DCE擺動的極限位置是關(guān)于通過D點的垂線對稱配置的。2） 該方案結(jié)構(gòu)簡單，又符合設(shè)計要求，并兼有以上方案的優(yōu)點。3） 該機構(gòu)的自由度F=3n-2Pl=3*5-2*7=1。2.4方案的確定方案二的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，又符合設(shè)計要求。所以最終選用方案二作為本課程設(shè)計的方案來實現(xiàn)推料機構(gòu)的工作原理。3運動尺寸的計算3.1各構(gòu)件的運動尺寸及簡圖:假設(shè)D點到F點的距離是1400mm，并假設(shè)該機構(gòu)在兩個極限位置如下圖所示。由已知條件滑塊形成H=210mm，滑塊運動頻率30次/min，滑塊工作行程壓力角=30，機構(gòu)行程建比條數(shù)K=1.4，構(gòu)件體DC長度=1140mm，構(gòu)件CE長度=160mm。圖3-1求極位夾角由極位夾角公式 (3-1)求桿長EF 因為滑塊工作行程最大壓力角為30，假設(shè)滑塊在行程中左右極限壓力角都達到30，而滑塊的行程H=EF=210mm，此時桿DE與對稱，因此， =210mm (3-2) 在中，根據(jù)余弦定理： （3-3） 得D=10設(shè)EF長度為z則 （3-4） 得EF=209.89mm求桿長AB,BC 因為得 （3-5）所以 （3-6）設(shè)AC與水平夾角銳角為=15，設(shè)BC=x，AB=y，所以得 （3-7） （3-8）代入數(shù)據(jù)得y=82.55mm x=177.889mm所以AB桿長82.55mm，BC桿長177.889mmA點到D點的豎直高度為h則 （3-9）所以得h=1068.255mm3.2 曲柄驅(qū)動力矩的計算在不考慮各處摩擦及其他構(gòu)件重力和慣性力的條件下求曲柄所需的驅(qū)動力矩，可用能量法求得，設(shè)M1，M2分別為工作行程和空回行程的驅(qū)動力矩，分別為工作行程和空回行程曲柄轉(zhuǎn)過的角度，F(xiàn)r1和Fr2分別是工作行程和空回行程滑塊F所受的阻力，H是滑塊的運動行程。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） k=1.4 （3-14）得滑塊工作行程的驅(qū)動力矩M1=25.78N*m 滑塊空回行程的驅(qū)動力矩 M2=8.02N*m3.3飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 滑塊運動頻率n=30次/min,所以滑塊工作行程和空回行程一次所需時間總共為2s。工作行程一次時間為2x=7/6s,空回行程一次時間為2x+5/6s。設(shè)L和L為工作行程曲柄的動量矩，則工作行程L=， （3-15）空回行程L2=， （3-16）又由L=Jw, （3-17）而角速度w=。 （3-18） 故可以確定工作行程所需的飛輪轉(zhuǎn)動慣量J=，空回行程所需的飛輪轉(zhuǎn)到慣量J=，因為需要滑動在工作行程時較穩(wěn)定，所以應(yīng)取大的，此時可以確定應(yīng)該加于曲柄上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量為9.57kg。34飛輪的尺寸的確定求得飛輪的轉(zhuǎn)動慣量之后，其尺寸的最佳設(shè)計是以最少的材料來獲得最大的轉(zhuǎn)動慣量即應(yīng)把質(zhì)量集中在輪緣上，與輪緣相比輪輻和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量可以忽略不計。設(shè)G為輪緣的質(zhì)量，D1、D2和D分別為輪緣的外徑、內(nèi)徑與平均直徑，選擇平均直徑為D=100mm，選擇輪緣的橫剖面尺寸H輪緣的寬度b=15的比值為4/3。帶人數(shù)據(jù) （3-19）G帶入 （3-20） H/b=4/3 （3-21）三式聯(lián)立得H=20mm,b=15mm.飛輪的內(nèi)徑D2=D-H=80mm飛輪的外徑D1=D+H=120mm4運動分析根據(jù)以上分析，定義 R=DC=1140;R1=AB;R2=BC;R3=EC=160;R4=EF=200;a為曲柄連桿機構(gòu)在第一個極限位置時與x軸正向的夾角，為擺桿的擺角值（兩個極限位置之間的夾角），列出相關(guān)方程： (4-1)(4-2)據(jù)相似性得; 取(4-3)(4-4)D點坐標(biāo)（）：(4-5)設(shè)任意時刻t后，轉(zhuǎn)角增加wt(w為角速度)B點坐標(biāo)：;(4-6)C點坐標(biāo)()： (4-7) E點坐標(biāo)（）： (4-8)F點坐標(biāo)（）： (4-9)滑塊運動周期 (4-10)將以上各式使用MATLAB求解得到關(guān)于t的函數(shù)后，作出位移關(guān)于時間t的變化曲線圖4-1滑塊位移變化曲線分析：1） 從圖中可以看出滑塊F的運行范圍在-160100之間走簡諧運動，與實際運動有一定誤差，但誤差不是很大。2） 從圖中可以看出運行周期為2s,保證滑塊F每分鐘運行30次。將位移關(guān)于時間t的函數(shù)求導(dǎo)后作出速度的變化規(guī)律曲線如下（3個周期）圖4-2滑塊速度變化曲線分析：1）從圖中可以看出周期為2s。2）從圖中可知，在回程運動中，其速度在很短時間內(nèi)快速增大又減小，這就保證了機構(gòu)有良好的急回特性，從而使機構(gòu)效率提高。心得體會這是我們步入大學(xué)之后的第一次做課程設(shè)計，雖然有些茫然和不知所措，但在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的互相幫助下還是按時完成了設(shè)計。這次課程設(shè)計讓我體會很深，也學(xué)到了很多新東西。在這次課程設(shè)計中，充分利用了所學(xué)的機械原理知識，根據(jù)使用要求和功能分析，選用組合成機械系統(tǒng)運動方案，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，性能優(yōu)良，工作可靠的機械系統(tǒng)。這次課程設(shè)計，不僅讓我們把自己所學(xué)的知識運用到實際生活中去，設(shè)計一些對社會有用的機構(gòu)，也讓我們深刻體會到團體合作的重要性，因為在以后的學(xué)習(xí)和工作中，但靠我們自己個人的力量是遠遠不夠的，必須積聚大家的智慧，才能創(chuàng)造出令人滿意的產(chǎn)品來。創(chuàng)新也是一個國家、一個社會、一個企業(yè)必不可少的，設(shè)計中的創(chuàng)新需要高度和豐富的創(chuàng)造性思維，沒有創(chuàng)造性的構(gòu)思，就沒有產(chǎn)品的創(chuàng)新，產(chǎn)品也就不具有市場競爭性。在設(shè)計過程中，雖然我們的創(chuàng)新是膚淺的，但這也鍛煉了我們的能力，更指明了我們努力的方向。這次課程設(shè)計也為我們以后的畢業(yè)設(shè)計打下了一個基礎(chǔ)，我相信， 經(jīng)過這次設(shè)計，我們畢業(yè)設(shè)計的時候不再會象現(xiàn)在這么茫然了，也一定能做好它。參考文獻1 孫桓,陳作模,葛文杰主編.機械原理（第七版）.北京:高等教育出版社,20062 朱保利,吳暉等編.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書 .南昌航空工業(yè)學(xué)院出版,3 孟憲源,姜琪主編.機構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用 .機械工業(yè)出版社,20044 侯珍秀主編.機械系統(tǒng)設(shè)計 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20005 黃繼昌,徐巧魚等編.實用機械機構(gòu)圖冊 .人民郵電出版社,1996致謝能夠順利的按時完成這次的課程設(shè)計，除了衷心感謝聶老師和張老師對如何完成這次課程設(shè)計的指導(dǎo)