機(jī)械原理課程設(shè)計雙桿攪拌機(jī)

1、編號： 課程設(shè)計說明書題 目： 雙桿攪拌機(jī)雙桿攪拌機(jī) 院 （系）： 機(jī)電與交通工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 0800110305、0800110211、080010303、0800110301、0800110302指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2011 年 1 月 16 日目 錄一 設(shè)計任務(wù).11.1 設(shè)計背景 .11.2 設(shè)計題目 .21.3 電動機(jī)選擇 .21.4 設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù) .2二 設(shè)計方案的評價及選擇.32.1 方案一.32.2 方案二.42.3 方案三.42.4 方案四.4三 機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖.5四 各運(yùn)動構(gòu)件的設(shè)計與計算.54.1 曲柄搖桿機(jī)

2、構(gòu)的尺寸計算.54.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析.74.3 攪拌缸的設(shè)計.94.4 不完全齒輪的設(shè)計與計算.104.5 輪系的設(shè)計.11五 傳動比計算.135.1 料缸轉(zhuǎn)速計算.145.2 輪系傳動比計算.145.3 皮帶轉(zhuǎn)傳動比計算.145.4 蝸輪蝸桿傳動比的計算.155.5 半齒輪傳動比的計算.155.6 綜合.15六 運(yùn)動仿真.16七 設(shè)計小結(jié).16八 參考文獻(xiàn).17一一 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)1.11.1 設(shè)計背景設(shè)計背景 在我們的日常生活中，攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌式反應(yīng)器使用雖然歷史悠久，應(yīng)用范圍很廣，但對攪拌操作

3、的科學(xué)研究還很不夠，攪拌操作看似簡單，但實(shí)際上，它所涉及的因素極為復(fù)雜，對于攪拌器形式的選擇，從工藝角度觀點(diǎn)以及力學(xué)角度觀點(diǎn)來說，都有值得研究的課題。針對這個方面，我組經(jīng)過詳細(xì)討論，研究設(shè)計了一種用于化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)的飼料攪拌機(jī)。電動機(jī)通過減速裝置帶動容器繞垂直軸緩慢整周轉(zhuǎn)動，同時，固連在容器內(nèi)拌勺點(diǎn) e 沿圖 1.1 虛線所示軌跡運(yùn)動，將容器中拌料均勻攪動。對攪拌機(jī)構(gòu)的選擇我們專門采用了這學(xué)期學(xué)習(xí)的四桿機(jī)構(gòu)，利用了其比凸輪機(jī)構(gòu)簡單，運(yùn)動方便合理的特點(diǎn)，且連桿上某點(diǎn)的運(yùn)動軌跡更為符合攪拌點(diǎn)的運(yùn)動要求，拌勺的速度比較均勻，在容器底部的軌跡有一段為近似直線。以下將會具體分析我們的方案。12567

4、8h9不 完 全 齒 輪101121adbe5678不 完 全 齒 輪9101112abcde1700100034c900500圖 1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖1.21.2 設(shè)計題目設(shè)計題目雙桿攪拌器的設(shè)計1.31.3 電動機(jī)選擇電動機(jī)選擇由于本設(shè)計中的運(yùn)動速度較慢，因此選用轉(zhuǎn)速為 720r/min 的連續(xù)轉(zhuǎn)動電動機(jī)1.41.4 設(shè)計要求設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù): 1)齒輪：皮帶輪：r1=r3=84.375mm r2=r4=100mm 2)蝸桿：z1=6 模數(shù) m=4 分度圓直徑 d1=40mm3)蝸輪：z2=48 模數(shù) m=4 分度圓直徑 d2=192mm4)半齒輪：z=20

5、模數(shù) m=4 分度圓直徑 d=80mm5)電動機(jī)轉(zhuǎn)速：720r/min6)曲柄搖桿軌跡圖方案號電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/mina1440b960c720z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11齒輪齒數(shù)1560208014144042156010d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11分度圓直徑/mm602408032056561601686024040模數(shù)m=4表 1.4.1 齒輪數(shù)據(jù)表lablbclcdladppuivi形狀10.51.310.891.3292.8-0.620.541.161.051.3272.2-0.630.40.91.51.288-0.2-0.640.61.240.9

6、61.2303.1-0.6設(shè)計要求設(shè)計要求:(1)電動機(jī)通過減速裝置設(shè)定合適的速度，帶動容器繞垂直軸緩慢整周轉(zhuǎn)動；(2)固連在容器內(nèi)拌勺點(diǎn) e 沿圖 1.1 虛線所示軌跡運(yùn)動，將容器中拌料均勻攪動。攪拌缸的速度盡量慢，拌勺的速度盡量快；(3)設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，繪制機(jī)器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖，并通過仿真確定其空間運(yùn)動動態(tài)；(4) 設(shè)計組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動要求，并對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，列出詳細(xì)的計算的過程并繪制其運(yùn)動軌跡；(5)其他類型機(jī)構(gòu)的分析與對比，聯(lián)系多方面因素最終挑選出最佳的攪拌方案。二二 設(shè)計方案的評價及選擇設(shè)計方案的評價及選擇2.12.1 方案一方案一：如圖（2

7、.1）電動機(jī)齒輪傳動凸輪機(jī)構(gòu)對稱凸輪（雙擺動桿）特點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳動準(zhǔn)確，力度大。 缺點(diǎn)：往復(fù)擺動滾子推桿盤形溝槽凸輪的設(shè)計非常困難且成本較高。圖 2.1 方案一表 1.4.2 軌跡表2.22.2 方案二方案二：如圖（2.2）電動機(jī)鏈傳動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平行四 邊形機(jī)構(gòu)（雙擺動桿）特點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計簡單，可遠(yuǎn)距離傳送，成本較低結(jié)構(gòu)簡單。 缺點(diǎn)：攪拌面積小，可能出現(xiàn)攪拌不均勻2.32.3 方案三方案三：如圖（2.3）蝸輪蝸桿齒輪凸輪擺桿特點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊缺點(diǎn)：彈簧緊固造成一定的能量流失，使用時間有限，而蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)在設(shè)計和制造方面存在相對的困難，且設(shè)計制造成本比較

8、大。2.42.4 方案四方案四：如圖（2.4）皮帶輪齒輪蝸輪蝸桿四桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)：攪拌均勻，系統(tǒng)傳動精度高缺點(diǎn)：體積大deb圖 2.3 方案三圖 2.4 方案四圖 2.2 方案二三三 機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖四四 各運(yùn)各運(yùn)動構(gòu)件的動構(gòu)件的設(shè)計與計算設(shè)計與計算4.14.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸計算曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸計算 由于攪拌機(jī)連桿的工作點(diǎn)位需要有較大的運(yùn)動范圍，經(jīng)討論后我們決定采用按預(yù)定的軌跡形狀設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，經(jīng)過查閱四桿直向?qū)驒C(jī)構(gòu)的設(shè)計與軌跡圖譜我們選取了如下四種方案，經(jīng)討論后確定“方案 1”為桿長設(shè)置和描點(diǎn)軌跡。四種方案各桿的相對長度和描點(diǎn)位置列表 4.1 如下：lablbclc

9、dladppuivi形狀10.51.310.891.3292.8-0.620.541.161.051.3272.2-0.630.40.91.51.288-0.2-0.640.61.240.961.2303.1-0.6左 四 桿 機(jī) 構(gòu)右 四 桿 機(jī) 構(gòu)攪 拌攪 拌停 止停 止540?720?360?180?0?圖 3.1 機(jī)構(gòu)循環(huán)圖 其中，lab、lbc、lcd、lad分別是四桿相對長度，pp 代表在連桿點(diǎn)位分布圖中的連桿位號，u、v 分別表示相應(yīng)連桿點(diǎn)位坐標(biāo)（連桿 b 點(diǎn)為圓心，bc所在直線為 u 軸） 。方案 1 經(jīng)過同比例放大后可得各桿長度如下：在 caxa 中模擬軌跡圖形如下圖 4.3

10、 所示:lablbclcdladlcebc、ce夾角225mm589.5mm400.5mm585mm722.85mm2193abdcb1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13b15b14e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10e11e12e13e15e14e表 4.2 桿長數(shù)據(jù)表表 4.1 四桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)位分布及軌跡圖 4.3 曲柄搖桿軌跡圖4.24.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析已知：lab=225mm=l1；l2=lbc=589.5mml3=lcd= 400.5mm；l4=lad=585mm 93.215 73.77 1桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量位置方程式為： 0l

11、 -l -ll4321其復(fù)數(shù)矢量形式為：4322131leleleliii由歐拉公式將式的實(shí)部虛部分離得：sincosiei3342211coscoscosllll332211sinsinsinlll將兩分式左端含的項移到等式右端，然后分別將兩端平方并相加得：1化簡整理得0cossin33cba式中131sin2lla1213.2547035 .5892252)cos(24113lllb161.2418213=14143-21cosl -l2222llllc185.6168951圖 4.2 曲柄搖桿速度加速度分析圖由得)/()()2tan(2322cbcbaa4.8783由式算得46.172對

12、對 e 點(diǎn)進(jìn)行速度分析點(diǎn)進(jìn)行速度分析：將式對時間 t 求導(dǎo)，得313312222111iiielielieli即313322211iiielelel式為的復(fù)數(shù)表達(dá)式，將其實(shí)部虛部分離有 ccbbvvv 333222111sinsinsinlll 333222111coscoscoslll其中sradn/57. 160211解方程組得 srad /06. 01srad /836. 03對對 e 點(diǎn)進(jìn)行加速度分析點(diǎn)進(jìn)行加速度分析：由式對時間的求導(dǎo)可得：（9）33221323333122222222111iiiiielielieleliel i式為的 = + = + + 復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式，將其實(shí)部和需

13、不分離得：332333322222221211cossinsincoscoslllll332333322222221211sincoscossinsinlllll聯(lián)立方程組可解得 ：srad /5 . 02srad /778. 03對于 e 點(diǎn)，設(shè) e 點(diǎn)的位置如圖所示 則ballle21)90(212221iiiilbeaeelelemmla55.670cos4cemminlb97.269s4ce將式對時間 t 求一次和二次倒數(shù)得 ve和 ae 的矢量表達(dá)式)sincos(coscos)cossin(sinsinv222222111222222111eballiball代入已知數(shù)據(jù)得ive7

14、61.18137.310所以smve/3107. 0)sincos()cossin(coscos222222222221121baballae)cossin()sincos(sincos222222222221121baballi得 所以=119.37mm/=0.11937m/= 115.79 + 29.01ea224.34.3 攪拌缸的設(shè)計攪拌缸的設(shè)計1、四桿機(jī)構(gòu)軌跡尺寸：寬度 dmax=455mm， 高度 hmax=602.85mm2、初步擬定攪拌缸尺寸：3、攪拌缸下料口設(shè)計：攪拌缸高攪拌缸底面半徑攪拌缸容積下料口溝槽寬下料口溝槽長下料口溝槽高下料口面積0.5m0.45m0.53m30.3

15、m0.3m002m0.114m2圖 4.3.1 下料口溝槽示意圖 圖 4.3.2 左右溝槽示意圖（兩者間隔 300mm） 左側(cè)溝槽右側(cè)溝槽缸底 下料口位于缸底，溝槽內(nèi)放置可推拉活動板厚度與溝槽高度相同（0.010.015 m） ，加料攪拌時，活動板閉和，攪拌均勻后，活動板抽出，下放置接料桶即可。4.44.4 不完全齒輪的設(shè)計與計算不完全齒輪的設(shè)計與計算不完全齒輪傳動原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據(jù)運(yùn)動時間和停歇時間的要求在從動輪上作出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當(dāng)兩輪齒進(jìn)入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止圓弧定位使從動輪靜止。 特點(diǎn)：不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易

16、、工作可靠，從動輪運(yùn)動時間和靜止時間可在較大范圍內(nèi)變化。但是從動輪在開始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。在本設(shè)計中，經(jīng)計算，不完全齒輪的轉(zhuǎn)速為 7.5r/min，當(dāng)其轉(zhuǎn)過一圈時，齒輪 9轉(zhuǎn)過 4/3 圈，若定不完全齒輪的齒數(shù)為 z=40 齒，由于拌料行程只為整個工作行程的1/2，所以把不完全齒輪有效齒數(shù)則為 20 齒,則齒輪 9 的齒數(shù)為 15。具體計算如下：選取齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 4，分度圓壓力角（） 、齒頂高系數(shù)（） 、頂隙系201*ha數(shù)都為標(biāo)準(zhǔn)值（） ，曲柄所在齒輪 z9=15,不完全齒輪 z=4025. 0*c分度圓直徑： mmmzd6015499mmmzd1

17、60404齒頂高：mmmhhhaaa441*9齒根高： mmmchhhaff5)(*9齒全高：mmmchhha9)2(*9齒頂圓直徑： mmmhzdaa68)2(*99mmmhzdaa168)2(*齒根圓直徑： mmmchzdaf50)22(*99mmmchzdaf150)22(*基圓直徑： mmddb38.56cos99mmddb35.150cos齒距：mmmp57.12齒厚：mmms28. 62/齒槽寬：mmme28. 62/頂隙；mmmcc1*根據(jù)齒輪參數(shù)，就可得到如圖所示的齒輪機(jī)構(gòu)（圖中未畫出齒中的鎖止圓弧）：不完全齒輪a與曲柄所在齒輪b傳動示意圖（左圖） ，不完全齒輪簡圖（右圖） 說

18、明：齒輪 a 有 20 齒，有 4 齒鎖齒圓??；齒輪 b 有 12 齒，有 3 齒鎖齒圓弧。齒輪 a 轉(zhuǎn)過 4 齒，第 5 齒恰好轉(zhuǎn)到鎖齒圓弧，與 b 齒輪鎖齒圓弧嚙合，齒輪 b 轉(zhuǎn)過 4/3轉(zhuǎn)，齒輪 b 的鎖齒圓弧則與右圖所示的鎖齒圓弧嚙合。4.54.5 輪系的設(shè)計輪系的設(shè)計 該輪系為行星輪系圖 4.3 半齒輪示意圖5678h5678齒數(shù)14144042模數(shù)m=457=5 7 =57=4014 1 + 變形得 5=5=65=2771=27758=5 8 =85=4214所以58=58= 81對于齒輪 7分度圓為 d7= mz7= 2 40 = 80節(jié)圓為 d7= mz8= 2 42 = 84

19、嚙合角為 則=26.5變位系數(shù)為 =22+ 3tan + 圖 4.4 行星輪系故 = 1.570各齒輪分度圓和節(jié)圓分別為齒輪= 28mm =5= 5= 2 14 5齒輪 = 28mm =6= 6= 2 14 6齒輪 = 80mm7= 7= 2 40 7=cos cos d =cos 20。cos 1.57。 80 = 84齒輪 8 = 84mm=8= 8= 2 42 8行星齒輪系的均布安裝條件為45= 1, 5+ 8= 2 , 1,2為整數(shù)75= 54 85= 56取其公共因子為，即可以取，滿足均布安裝條件五五 傳動比計算傳動比計算.齒輪：皮帶輪：r1=r3=84.375mm r2=r4=10

20、0mm 蝸桿：z1=6 模數(shù) m=4 分度圓直徑 d1=40mm蝸輪：z2=48 模數(shù) m=4 分度圓直徑 d2=192mm半齒輪：z=20 模數(shù) m=4 分度圓直徑 d=80mm電動機(jī)轉(zhuǎn)速：720r/min具體計算如下：z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11齒輪齒數(shù)1560208014144042156010d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11分度圓直徑/mm602408032056561601686024040模數(shù)m=45.15.1 料缸轉(zhuǎn)速計算料缸轉(zhuǎn)速計算i14=z2z4/z1z3=16 齒輪 1 的轉(zhuǎn)速與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相等，為：720r/min所以，齒輪 4 的轉(zhuǎn)速

21、為：45r/min則，料缸的轉(zhuǎn)速為：45r/min5.25.2 輪系傳動比計算輪系傳動比計算57=5 7 =57=4017 變形得： = 5=54= 1 +65=2775h72758=5 =85=4214所以 =8158=585.35.3 皮帶轉(zhuǎn)傳動比計算皮帶轉(zhuǎn)傳動比計算13=84.375100= 0.84375 =31=3720所以3= 0.84375 720 = 607.5/則皮帶轉(zhuǎn) 3 的轉(zhuǎn)速為 607.5 r/min 5.45.4 蝸輪蝸桿傳動比的計算蝸輪蝸桿傳動比的計算12=21=486= 85.55.5 半齒輪傳動比的計算半齒輪傳動比的計算當(dāng)半齒輪轉(zhuǎn)過有齒的那半圈時，齒輪 9 轉(zhuǎn)過

22、： =圈152034所以：就轉(zhuǎn)過了圈1034又知： =611 10=6010所以：同時，齒輪 11 就轉(zhuǎn)過 4/3 6 =8 圈綜上知：當(dāng)半齒輪轉(zhuǎn)過有齒的那半圈時，齒輪 11 轉(zhuǎn)過 8 圈；當(dāng)半齒輪轉(zhuǎn)過無齒的那半圈時，齒輪 11 不轉(zhuǎn)動。5.65.6 綜合綜合b,c 知：知：半齒輪的轉(zhuǎn)速為：607.5/81=7.5r/min再根據(jù) d,e 知：渦輪轉(zhuǎn)速：7.58/8=7.5r/min因?yàn)闇u輪做轉(zhuǎn)圈停圈的間歇運(yùn)動所以其轉(zhuǎn)過一圈所用的時間為：= 4s/r25 . 760s則四桿機(jī)構(gòu)，做攪拌一個周（4 秒）停 4 秒的間歇運(yùn)動。另一四桿機(jī)構(gòu)的傳動同此四桿機(jī)構(gòu)。綜合為：兩個四桿機(jī)構(gòu)輪流攪拌，且每個機(jī)構(gòu)攪拌一次時間為 4 秒。六六 運(yùn)動仿真運(yùn)動仿真見附件七七 設(shè)計小結(jié)設(shè)計小結(jié)機(jī)械原理課程設(shè)計總結(jié)機(jī)械原理課程設(shè)計總結(jié)直到 1 月 16 日晚，我們?yōu)槠?4 天連續(xù)不斷的艱苦奮斗終于告一段落，隨著我們的“勻山”雙桿攪拌機(jī)各個方面數(shù)據(jù)最終落實(shí)，說明書也逐漸整理妥當(dāng)，看著我們自己設(shè)計出來產(chǎn)品，五個人感慨頗多。1、設(shè)計基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。四桿機(jī)構(gòu)的攪拌運(yùn)動能夠順利地按照預(yù)定軌跡運(yùn)動，起到比較良好的攪拌作用；齒輪