機械原理課程設計 麥秸稈打包機

1、 機械原理課程設計設計計算說明書設計題目：麥秸打包機設計設 計 者： 學 號： 專業(yè)班級： 機械工程 班 指導教師： 完成日期：2016年 月 日 天津理工大學機械工程學院- 22 -目 錄一、設計題目 1.1 設計目的11.2 設計題目11.3 設計條件及設計要求21.4 設計任務2二、執(zhí)行機構(gòu)運動方案設計2.1功能分解與工藝動作分解？2.2 方案選擇與分析？2.3執(zhí)行機構(gòu)設計？2.4執(zhí)行機構(gòu)運動分析？2.5機械系統(tǒng)方案設計運動簡圖？三、傳動系統(tǒng)方案設計3.1傳動方案設計？3.2電動機的選擇？3.3傳動裝置的總傳動比和各級傳動比分配？3.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算？四、設計小結(jié)？五、參考

2、文獻？一 設計題目1.1設計目的機械原理課程設計是我們第一次較全面的機械設計的初步訓練，是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。設計的目的在于，進一步鞏固并靈活運用所學相關知識；培養(yǎng)應用所學過的知識，獨立解決工程實際問題的能力，使對機械系統(tǒng)運動方案設計(機構(gòu)運動簡圖設計)有一個完整的概念，并培養(yǎng)具有初步的機構(gòu)選型、組合和確定運動方案的能力，提高我們進行創(chuàng)造性設計、運算、繪圖、表達、運用計算機和技術數(shù)據(jù)諸方面的能力，以及利用現(xiàn)代設計方法解決工程問題的能力，以得到一次較完整的設計方法的基本訓練。機械原理課程設計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個構(gòu)件的尺寸等進行構(gòu)思、分析和

3、計算，是機械產(chǎn)品設計的第一步，是決定機械產(chǎn)品性能的最主要環(huán)節(jié)，整個過程蘊涵著創(chuàng)新和發(fā)明。為了綜合運用機械原理課程的理論知識，分析和解決與本課程有關的實際問題，使所學知識進一步鞏固和加深，我們參加了此次的機械原理課程設計。1.2設計題目麥秸打包機機構(gòu)及傳動裝置設計該麥秸打包機工藝動作如圖所示，使人工將麥秸挑到料倉上方，撞板B上下運動（不一定是直線運動）將麥秸喂入料倉，滑塊A在導軌上水平往復運動，將麥秸向料倉前部推擠。每隔一定時間往料倉中放入一塊木板，木版的兩面都切出兩道水平凹槽。這樣，麥秸將被分隔在兩塊木版之間并被擠壓成長方形。從料倉側(cè)面留出的空隙中將兩根彎成型的鐵絲穿過兩塊木版凹槽留出的空洞，

4、在料倉的另一側(cè)將鐵絲絞接起來，麥秸即被打包，隨后則被推出料倉。- 22 -打包機由電動機驅(qū)動，經(jīng)傳動裝置減速，再通過適當?shù)臋C構(gòu)實現(xiàn)滑塊和撞板的運動。傳動裝置方案采用：帶傳動+二級圓柱斜齒輪減速器；1.3設計條件及設計要求執(zhí)行構(gòu)件的位置和運動尺寸如圖所示，當滑塊處于極限位置A1和A2時，撞板分別處于極限位置B1和B2 ，依靠重力將麥秸喂入料倉。一個工作循環(huán)所需的時間T（秒），打包機機構(gòu)的輸入軸轉(zhuǎn)矩為M。其余尺寸見下表：方案號T(s)M（Nm）l1 (mm)l2 (mm)l3 (mm)l4 (mm)l5 (mm)l6 (mm)11.00440300400250800200600說明和要求：（1）

5、工作條件：一班制，田間作業(yè)，每年使用二個月；（2） 使用年限：六年；（3） 生產(chǎn)批量：小批量試生產(chǎn)（十臺）；（4） 工作周期T的允許誤差為3%之內(nèi)。1.4設計任務1、執(zhí)行機構(gòu)設計及分析1） 執(zhí)行機構(gòu)的選型及其組合2） 擬定執(zhí)行機構(gòu)方案，并畫出機械傳動系統(tǒng)方案示意圖3） 畫出執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖4） 執(zhí)行機構(gòu)尺寸設計，畫出總體機構(gòu)方案圖，確定其基本參數(shù)、標明主要尺寸5） 畫出執(zhí)行機構(gòu)運動簡圖6） 對執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析2、傳動裝置設計1) 選擇電動機2) 計算總傳動比，并分配傳動比3) 計算各軸的運動和動力參數(shù)3、撰寫課程設計說明書二、執(zhí)行機構(gòu)運動方案設計 2.1功能分解與工藝動作分解 1)功能

6、分解 為了實現(xiàn)打包機打包的總功能，將功能分解為：滑塊的左右運動和撞板的上下運動。 2)工藝動作過程 要實現(xiàn)上述分功能，有下列工藝動作過程： (1)滑塊向前移動，將草桿向右推。 (2)滑塊快速向左移動同時撞板向下運動，將草桿打包。 (3)當撞板向下移動到最大位移處時，滑塊也將再次準備向右移動，至此，此機構(gòu)完成了一個運動循環(huán)。 2.2 方案選擇與分析1. 概念設計根據(jù)以上功能分析，應用概念設計的方法，經(jīng)過機構(gòu)系統(tǒng)搜索，可得“形態(tài)學矩陣”的組合分類表，如表1所示。表1 組合分類表滑塊左右移動曲柄導桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)組合機構(gòu)連桿機構(gòu)撞板上下移動曲柄導桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)組合機構(gòu)連桿機構(gòu)因滑塊左右移動與撞

7、板上下移動可用同一機構(gòu)完成，故可滿足沖床總功能的機械系統(tǒng)運動方案有N個，即N2 X 2 X 2 X 2個16個。運用確定機械系統(tǒng)運動方案的原則與方法，來進行方案分析與討論。2. 方案選擇1) 滑塊水平運動的機構(gòu)方案選擇滑塊左右運動的要求：主動件作回轉(zhuǎn)或擺動運動，從動件(執(zhí)行構(gòu)件)作直線左右往復運動，行程中有等速運動段(稱工作段)，機構(gòu)有較好的動力特性。根據(jù)功能要求，考慮功能參數(shù)（如生產(chǎn)率、生產(chǎn)阻力、行程和行程速比系數(shù)等）及約束條件，可以構(gòu)思出如下能滿足從動件(執(zhí)行構(gòu)件)作直線左右往復運動的一系列運動方案?；瑝K左右運動方案1：三角正弦機構(gòu)滑塊左右運動方案2：槽輪滑塊機構(gòu)滑塊左右運動方案3:六連桿

8、機構(gòu)滑塊左右運動方案4：連桿復合機構(gòu)滑塊左右運動方案5:導桿機構(gòu)滑塊左右運動方案6：連桿復合機構(gòu)滑塊左右運動方案7:齒輪-連桿組合機構(gòu) 滑塊左右運動方案8：內(nèi)凸輪機構(gòu)滑塊左右運動方案9:曲柄滑塊機構(gòu)滑塊左右運動方案10：外凸輪機構(gòu)表2. 上述滿足執(zhí)行構(gòu)件水平運動各個機構(gòu)運動方案定性分析方案號主 要 性 能 特 征功 能功 能 質(zhì) 量經(jīng) 濟 適 用 性運動變換增力加壓時間 一級傳動角二級傳動角工作平穩(wěn)性磨損與變形效率復雜性加工裝配難度成本運動尺寸滿足 無較短 較小- 一般 一般 高 簡單 易低 大 滿足 無 較短小- 較平穩(wěn)劇烈 較高 較復雜 易一般 小 滿足無較短小-較 平穩(wěn)一般較高一般易一般

9、較大滿足 較強 短 較大 大 一般 一般 高 較復雜較難一般小 滿足無長較小-一般有一般較高較復雜較難一般大6滿足弱長大大一般一般高較簡單一般一般大7滿足弱長大-有沖擊劇烈較高較復雜難較高大8滿足 無長較小- 有沖擊劇烈較高較復雜較難一般大 9滿足無較短較小-較平穩(wěn)低高簡單易低小10滿足 無長 較小- 有沖擊劇烈較高較復雜較難較高 大 注：加壓時間是指在相同施壓距離內(nèi)，撞板向下移動所用的時間，越長則越有利。一級傳動角指連桿機構(gòu)的傳動角；二級傳動角指六桿機構(gòu)或連桿復合機構(gòu)中后一級機構(gòu)的傳動角。評價項目應因機構(gòu)功能不同而有所不同。對以上方案初步分析如表2。從表中的分析結(jié)果不難看出：方案2,3,5,

10、9性能顯較差;方案:1,4,6,7,8,10有較好綜合性能;其中1,4,7,10這四個方案可作為被選方案，待運動設計，運動分析和動力分析后，通過定量評價選出最優(yōu)方案。2).撞板下壓機構(gòu)方案選擇撞板下壓機構(gòu)的運動要求：主動件作回轉(zhuǎn)或擺動運動，從動件(執(zhí)行構(gòu)件)作直線（或近似直線）上下往復運動，行程中有等速運動段(稱工作段)，機構(gòu)有較好的動力特性。根據(jù)功能要求，考慮功能參數(shù)（如生產(chǎn)率、生產(chǎn)阻力、行程和行程速比系數(shù)等）及約束條件，可以構(gòu)思出如下能滿足從動件(執(zhí)行構(gòu)件)作直線上下往復運動的一系列運動方案。執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案1：連桿復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案2：凸輪機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方

11、案3：連桿復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案4：齒輪復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案5：凸輪復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案6：連桿復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案7：凸輪連桿齒輪齒條復合機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案8：凸輪機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案9：齒輪齒條機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動機構(gòu)方案10：連桿復合機構(gòu)表2 上述滿足執(zhí)行構(gòu)件鉛垂運動各個機構(gòu)運動方案定性分析方案號功能功 能 質(zhì) 量經(jīng) 濟 適 用 性運動變換加壓時間一級傳動角二級傳動角平穩(wěn)性磨損與變形運動效率復雜性加工裝配難度成本運動尺寸1滿足較短較大較大一般小較大一般一般一般較小2滿足長較大-有沖擊大較大一般較難較高大3滿足較長較大較大一般

12、小較大一般一般一般較大4滿足較短較大-較好較大一般較復雜較難高較小5滿足較長較大-有沖擊大較大一般較難較高較大6滿足較短較大較大一般小較大較難一般一般一般7滿足較長較大較大一般大較大較難較難高小8滿足較長較大-有沖擊大較大一般一般較高大9滿足較短較大-較好一般一般一般一般一般較小10滿足較長較大較大一般小一般較復雜一般一般較大注：加壓時間是指在相同施壓距離內(nèi)，撞板向下移動所用的時間，越長則越有利。一級傳動角指連桿機構(gòu)的傳動角；二級傳動角指六桿機構(gòu)或連桿復合機構(gòu)中后一級機構(gòu)的傳動角。評價項目應因機構(gòu)功能不同而有所不同。對以上方案初步分析如表3。從表中的分析結(jié)果不難看出，方案2，4，5，7的性顯較

13、差；方案1，3，6，8，9，10尚可行且有較好綜合性能并各自都有特點，這六個方案可作為被選方案，待運動設計，運動分析和動力分析后，通過定量評價選出最優(yōu)方案。3. 執(zhí)行機構(gòu)運動方案的形成機器中各工作機構(gòu)都可按前述方法構(gòu)思出來，并進行評價，從中選出最佳的方案。將這些機構(gòu)有機地組合起來，形成一個運動和動作協(xié)調(diào)配合的機構(gòu)系統(tǒng)。為使各執(zhí)行構(gòu)件的運動、動作在時間上相互協(xié)調(diào)配合，各機構(gòu)的原動件通常由同一構(gòu)件統(tǒng)一控制。在選擇方案時還需要進行非機械行業(yè)的綜合考慮，例如機械的市場創(chuàng)新性，市場前瞻性，再開發(fā)性等各種各樣的因素，這樣會大大提高機械的價值和生命期。通過對上述方案的拼裝和組合，和多方因素的考慮，由此可以設

14、計出以下組合方案以供選擇。1) 連桿組合機構(gòu)方案說明：如圖1所示，目前此方案綜合性能不是很理想，傳動性能較差，但是可以將左右移動滑塊上方的槽去掉，用一個桿連接直接連接另一個槽的滑塊，可以大大改善此機構(gòu)性能。圖1 連桿組合機構(gòu)運動說明：此機構(gòu)左端的曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿為復合桿，在曲柄工作時搖桿將動力輸出給左右運動的滑塊，滑塊又將動力通過正弦機構(gòu)傳給上下運動的滑塊，從而完成打包機所需要的運動。 2) 齒輪齒條組合機構(gòu)方案說明：如圖1所示，整個機構(gòu)的動力傳輸由三個齒輪聯(lián)合組成，齒輪傳動有著高穩(wěn)定性，可以承受重載和高速載荷等優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單，加工方便易于維護，整體方案相對節(jié)省空間。 圖2 齒輪齒條組合

15、機構(gòu)運動說明：主動曲柄轉(zhuǎn)動，帶動搖桿進行擺動，和搖桿同軸的齒輪使底部齒條移動的同時再將運動傳給下一級齒輪，而下一級齒輪的運動帶動最右邊的齒輪開始轉(zhuǎn)動，最右邊的齒輪帶動第二個齒條進行運動。3) 齒輪連桿組合機構(gòu)方案說明：此方案力學性能良好，滑塊有急回運動，運動結(jié)構(gòu)緊湊層次清晰，而且除了為打包機輸出所需的兩個運動之外，還可以輸出一個上下擺動的運動，為日后的再開發(fā)提供了幫助。圖3）齒輪連桿機構(gòu)運動說明：主動桿帶動復合桿擺動，復合桿上部用滑塊連接齒輪，齒輪帶動齒條使撞板上下運動，復合桿下部拉動滑塊做左右運動。4) 凸輪連桿組合機構(gòu)方案說明：此方案中由于主動件為凸輪使得此機構(gòu)不能承受高速載荷，但在低速狀

16、態(tài)下通過設計凸輪的形狀的不同可以達到不同的運動效果，使得機構(gòu)運動規(guī)律比較靈活。圖4）凸輪連桿機構(gòu)運動說明：凸輪帶動滾子從動件上下運動，連桿機構(gòu)將運動分解成打包機所需要的形式。4機構(gòu)組合方案的確定根據(jù)所選方案是否能滿足要求的性能指針，結(jié)構(gòu)是否簡單、緊湊；制造是否方便；成本是否低等選擇原則。經(jīng)過前述方案評價，采用系統(tǒng)工程評價法進行分析論證，列出下列表格：性能指針方案1方案2方案3方案4運動性能運動規(guī)律急回平穩(wěn)急回任意運動速度及精度一般一般較高一般工作性能工作效率一般高較高一般使用空間較大較大一般較小動力性能承載能力較大大較大較低傳力性能較大大一般一般震動與噪聲較大較大較大較小經(jīng)濟性加工難度易一般一

17、般較難維護難度較易較易一般較難能耗大小一般一般一般一般使用壽命較長較長較長一般結(jié)構(gòu)機構(gòu)尺寸大大較大較小機構(gòu)重量輕重一般較重復雜程度一般復雜一般簡單經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)方案3最滿足設計任務的要求，并且綜合性能良好，易于再開發(fā)，所以將方案3作為執(zhí)行機構(gòu)的最終方案。2.3執(zhí)行機構(gòu)設計1.執(zhí)行機構(gòu)設計執(zhí)行機構(gòu)分別為: 齒輪齒條撞板上下沖壓機構(gòu)。 連桿推塊左右沖壓機構(gòu)。撞板上下運動沖壓機構(gòu)的設計:四桿機構(gòu)的設計；曲柄導桿機構(gòu)的設計；齒輪機構(gòu)的設計；滑塊左右運動沖壓機構(gòu)的設計: 曲柄滑塊機構(gòu)的設計；1） 撞板上下運動沖壓機構(gòu)的設計 四桿機構(gòu)的設計；曲柄導桿機構(gòu)的設計；齒輪機構(gòu)的設計；三、傳動系統(tǒng)方案設計3.1傳

18、動方案設計傳動系統(tǒng)位于原動機和執(zhí)行系統(tǒng)之間，將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。除進行功率傳遞，使執(zhí)行機構(gòu)能克服阻力作功外，它還起著如下重要作用：實現(xiàn)增速、減速或變速傳動；變換運動形式；進行運動的合成和分解；實現(xiàn)分路傳動和較遠距離傳動。傳動系統(tǒng)方案設計是機械系統(tǒng)方案設計的重要組成部分。當完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計和原動機的預選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)所需要的運動和動力條件及原動機的類型和性能參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)的方案設計。在保證實現(xiàn)機器的預期功能的條件下，傳動環(huán)節(jié)應盡量簡短，這樣可使機構(gòu)和零件數(shù)目少，滿足結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，降低制造和裝配費用，提高機器的效率和傳動精度。根據(jù)設計任務書中所規(guī)定的功能要

19、求，執(zhí)行系統(tǒng)對動力、傳動比或速度變化的要求以及原動機的工作特性，選擇合適的傳動裝置類型。根據(jù)空間位置、運動和動力傳遞路線及所選傳動裝置的傳動特點和適用條件，合理擬定傳動路線，安排各傳動機構(gòu)的先后順序，完成從原動機到各執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動系統(tǒng)的總體布置方案。機械系統(tǒng)的組成為：原動機 傳動系統(tǒng)(裝置) 工作機（執(zhí)行機構(gòu)）原動機：Y系列三相異步電動機；傳動系統(tǒng)(機構(gòu))：常用的減速機構(gòu)有齒輪傳動、行星齒輪傳動、蝸桿傳動、皮帶傳動、鏈輪傳動等，根據(jù)運動簡圖的整體布置和各類減速裝置的傳動特點，選用二級減速。第一級采用皮帶減速，皮帶傳動為柔性傳動，具有過載保護、噪音低、且適用于中心距較大的場合；第二級采用齒輪

20、減速，因斜齒輪較之直齒輪具有傳動平穩(wěn)，承載能力高等優(yōu)點，故在減速器中采用斜齒輪傳動。根據(jù)運動簡圖的整體布置確定皮帶和齒輪傳動的中心距，再根據(jù)中心距及機械原理和機械設計的有關知識確定皮帶輪的直徑和齒輪的齒數(shù)。故傳動系統(tǒng)由“V帶傳動+二級圓柱斜齒輪減速器”組成。原始數(shù)據(jù)：已知工作機（執(zhí)行機構(gòu)原動件）主軸：轉(zhuǎn)速：nW=60 （r/min）轉(zhuǎn)矩：Mb =440 (N.m)3.2電動機的選擇1） 選擇電動機類型按已知工作要求和條件選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動。2） 選擇電動機容量a工作軸輸出功率 ： PW=M/1000 (KW) =nW /30=60/30=6.28 (rad/s)

21、PW=M/1000=440*6.28/1000=2.7632 KW注：工作軸執(zhí)行機構(gòu)原動件軸。b所需電動機的功率：Pd= PW /aa-由電動機至工作軸的傳動總效率a =帶軸承3齒輪2聯(lián) 查表可得：對于V帶傳動: 帶 =0.96 對于8級精度的一般齒輪傳動：齒輪=0.97對于一對滾動軸承：軸承 =0.99對于彈性聯(lián)軸器：聯(lián)軸器=0.99則a =帶軸承3齒輪2聯(lián)=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=2.7632/0.868=3.1834 KW查各種傳動的合理傳動比范圍值得：V帶傳動常用傳動比范圍為 i帶=24，單級圓柱齒輪傳動比范圍為i齒=35，則電動機轉(zhuǎn)速可選

22、范圍為nd=i帶 i齒2nW=(24)( 35)2 nW =（18 100 ）nW=(18100)30=10806000 r/min符合這一轉(zhuǎn)速范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000 r/min、1500 r/min和3000 r/min，根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關手冊查出四種適用的電動機型號，因此有三種傳動比方案。方案電動機型號額定功率ped/kw電動機轉(zhuǎn)速/ r/min電動機質(zhì)量/kg傳動裝置的傳動比同步滿載總傳動比V帶傳動比齒輪傳動1Y112M-24300028904596.33332.112Y112M-441500144043483163Y132M1-64100096073322.512.8對于電動機來

23、說，在額定功率相同的情況下，額定轉(zhuǎn)速越高的電動機尺寸越小，重量和價格也低，即高速電動機反而經(jīng)濟。若原動機的轉(zhuǎn)速選得過高，勢必增加傳動系統(tǒng)的傳動比，從而導致傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜。由表中四種方案，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、結(jié)構(gòu)和帶傳動及減速器的傳動比，認為方案2的傳動比較合適，所以選定電動機的型號為Y112M-4。Y112M-4電動機數(shù)據(jù)如下: 額定功率：4 Kw滿載轉(zhuǎn)速：n滿=1440 r/min同步轉(zhuǎn)速：1500 r/min3.3傳動裝置的總傳動比和各級傳動比分配1傳動裝置的總傳動比i總= n滿/ nW =1440/60= 242 分配各級傳動比根據(jù)機械設計課程設計表2.2選取，對于三角v

24、帶傳動,為避免大帶輪直徑過大,取i12=2.8；則減速器的總傳動比為 i減=i總/2.8=24/2.8=8.5714對于兩級圓柱斜齒輪減速器,按兩個大齒輪具有相近的浸油深度分配傳動比,取 ig=1.3idi減= igid = 1.3i2d =8.5714i2d =8.5714/1.3=6.5934id =2.57ig=1.3id=1.32.57=3.34 注：ig -高速級齒輪傳動比；id 低速級齒輪傳動比；3.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算計算各軸的轉(zhuǎn)速：電機軸：n電= 1440 r/min軸 n= n電/i帶=1440/2.8=514.29 r/min軸 n= n/ ig=514.29/3.34=154 r/min軸 n=n