機械原理課程設(shè)計自動喂料機設(shè)計

1、機械原理課程設(shè)計說明書自動喂料攪拌機院一系：工學(xué)院機械系專業(yè)：機械工程及自動化年級：2009級學(xué)生姓名：奎劍學(xué)號：200903050732指導(dǎo)教師：王海生2011年9月自動喂料攪拌機用于化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)，它的主體是喂料機構(gòu)和交辦機構(gòu)，同時還需要采用各種機構(gòu)實現(xiàn)動力的傳遞。為此，我們對各種動力傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行選擇，之后再進行分析比較挑選出最好的機構(gòu)，接著按照給定的機械系統(tǒng)的要求進行功能分解，再根據(jù)工藝要求畫出運動循環(huán)圖。有了上面一系列準備工作之后就可以進行機構(gòu)的選型與組合，設(shè)計機械系統(tǒng)方案，對具體運動方案進行評定和選擇，最終選出最優(yōu)設(shè)計方案，畫出設(shè)計方案總圖，并寫出這次課程設(shè)計的具體體會

2、。關(guān)鍵詞；自動喂料攪拌機；傳動機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)；運動循環(huán)圖；機械系統(tǒng)方案目錄一、機器的工作原理及外形圖1二、原始數(shù)據(jù)1三、設(shè)計要求2四、機器運動系統(tǒng)簡圖3五、運動循環(huán)圖3六、傳動方案設(shè)計4七、機構(gòu)尺寸的設(shè)計41、實現(xiàn)攪料拌勺點E軌跡的機構(gòu)的設(shè)計.42、設(shè)計實現(xiàn)喂料動作的凸輪機構(gòu).53、連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析：64、設(shè)計不完全齒輪與曲柄所在齒輪的傳動7八、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定8九、機械運動方案評價9十、方案二基本介紹:.10H一、心得體會11十二、參考文獻11、機器的工作原理及外形圖設(shè)計用于化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)的自動喂料攪拌機。物料的攪拌動作為：電動機通過減速裝置帶動容器繞垂直軸緩慢整周轉(zhuǎn)動；同時，固

3、連在容器內(nèi)拌勺點E沿圖【1】虛線所示軌跡運動，將容器中拌料均勻攪動。物料的喂料動作為：物料呈粉狀或粒狀定時從漏斗中漏出，輸料持續(xù)一段時間后漏斗自動關(guān)閉。喂料機的開啟、關(guān)閉動作應(yīng)與攪拌機同步。物料攪拌好以后的輸出可不考慮。圖【1】喂料攪拌機外形及阻力線圖二、原始數(shù)據(jù)工作時假定拌料對拌勺的壓力與深度成正比，即產(chǎn)生的阻力呈線性變化，如圖11示。表8.2為自動喂料攪拌機拌勺E的攪拌軌跡數(shù)據(jù)。表8.3為自動喂料攪拌機運動分析數(shù)據(jù)。表8.4為自動喂料攪拌機動態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量數(shù)據(jù)。表1.1拌勺E的攪拌軌跡數(shù)據(jù)表位置號i12345678力殺一Xi52530047039522010040167V1484

4、2766274063846020080表1.2自動喂料攪拌機運動分析數(shù)據(jù)表力殺號固定較鏈A、D位置電動機轉(zhuǎn)速/(r/min)容器轉(zhuǎn)速/(r/min)每次攪拌時間/s物料裝入容器時間/sxA/mmyA/mmxD/mmyD/mm一1700400120001440706040表1.3自動喂料攪拌機動態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量數(shù)據(jù)表力殺號Qmax/NQmin/N5S2S3m2/kgm3/kgJs2/()Js3/一20005000.05位于連桿2中點位于從動連架桿3中點120401.850.06三、設(shè)計要求(1)機器應(yīng)包括齒輪(或蝸桿蝸輪)機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)三種以上機構(gòu)。(2)設(shè)計機器的運動系統(tǒng)簡圖

5、、運動循環(huán)圖。(3)設(shè)計實現(xiàn)攪料拌勺點E軌跡的機構(gòu)，一般可采用錢鏈四桿機構(gòu)。該機構(gòu)的兩個固定較鏈A、D的坐標值已在表1.2給出(在進行傳動比計算后確定機構(gòu)的確切位置時，由于傳動比限制，D點的坐標允許略有變動)。(4)對連桿機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析。曲柄1的質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量略去個計，平面連桿機構(gòu)從動件2、3的質(zhì)量m2、m3及其轉(zhuǎn)動慣量Js2、Js3以及阻力曲線Q參見表1.3。根據(jù)Qm所、Qm耿和拌勺工作深度h繪制阻力線圖，拌勺所受阻力方向始終與點E速度力向相反。根據(jù)各構(gòu)件重心的加速度以及各構(gòu)件用加速度確定各構(gòu)件慣性力Fi和慣性力偶矩M:將外合成為一力，求出該力至重心距離LhF將所得結(jié)果列表。求出各位置

6、的機構(gòu)阻力、各運動副反作用力、平衡力矩，將計算結(jié)果列表。（5）飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定。飛輪安裝在高速軸上，已知機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)6（見表1.3）以及阻力變化曲線。注意拌勺進人容器及離開容器時的兩個位置，其阻力值不同（其中一個為0）,應(yīng)分別計算。驅(qū)動力矩Md為常數(shù)。繪制M曲（全循環(huán)等效阻力矩曲線）、Md-tP（全循環(huán)等效驅(qū)動力矩曲線）、皿（全循環(huán)動能增量曲線）等曲線。求飛輪轉(zhuǎn)動慣量（6）設(shè)計實現(xiàn)喂料動作的凸輪機構(gòu)。根據(jù)喂料動作要求，并考慮機器的基本廠寸與位置，設(shè)計控制喂料機開啟動作的擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)。確定其運動規(guī)律，選取基圓半徑與滾子半徑，求出凸輪實際廓線坐標值，校核最大壓力角與最小曲率半徑。

7、繪制凸輪機構(gòu)設(shè)計圖。（7）設(shè)計實現(xiàn)緩慢整周回轉(zhuǎn)的齒輪機構(gòu)（或蝸輪蝸桿機構(gòu)）。四、機器運動系統(tǒng)簡圖XX_II飛輪電動機五、運動循環(huán)圖喂料口開啟40s關(guān)閉60s攪拌勺不攪拌攪拌容器勻速轉(zhuǎn)動()144°216°六、傳動方案設(shè)計對于方案一，已知電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min,容器轉(zhuǎn)速70r/min,由計算可知，處于同一軸上的凸輪及不完全齒輪的轉(zhuǎn)速為0.6r/min（完成一次攪拌的周期為100秒，即100秒轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)），最高傳動比達2400,故可以設(shè)計如下：從電動機輸出，經(jīng)二級減速器減速輸出，通過一對具有一定傳動比的齒輪的嚙合傳動，傳遞給容器，從而使容器達到要求的轉(zhuǎn)速；同時，從減速器輸出

8、的傳動軸帶動蝸桿，通過具有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動，傳遞給蝸輪，從而使與蝸輪同軸運動的凸輪及不完全齒輪達到要求的轉(zhuǎn)速。具體計算如下：選擇傳動比為24的二級減速器，此時輸出轉(zhuǎn)速為1440/24=60r/min;要求的容器轉(zhuǎn)速為70r/min,V帶的傳動比應(yīng)為60/70=7/6;蝸桿與減速器輸出相連，轉(zhuǎn)速為60r/min,蝸輪轉(zhuǎn)速為0.6r/min,蝸輪蝸桿的傳動比應(yīng)為60/0.6=100;攪拌四桿機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速可定為10r/min,故不完全齒輪與曲柄所在齒輪的傳動比應(yīng)為0.6/10=0.06。七、機構(gòu)尺寸的設(shè)計1、實現(xiàn)攪料拌勺點E軌跡的機構(gòu)的設(shè)計要實現(xiàn)此軌跡可采用錢鏈四桿機構(gòu)，由于該四桿機構(gòu)的兩

9、個固定較鏈以及所要實現(xiàn)軌跡上的八個點的坐標已知，故可以根據(jù)四桿機構(gòu)設(shè)計方法中軌跡設(shè)計法的解析法對各個桿長進行設(shè)計，其設(shè)計原理如下：分析：n=3,PL=4,PH=0.F=3n-2PL-PH=1巳點的軌跡方程為：U2V2.W22'2_99.2'299_U=m(x-d)cos)，ysin、(xyl-a)-lx(x-d)ym-c2'2.222,222.V二m(x-d)sin、-ycos(xyl-a)ly(x-d)ym-c'.'.'2.'.W=2lmsinx(x-d)y-dycotf(x,y,xA,yA,a,b,c,l,m,o)=0式中共有九個待定

10、尺寸參數(shù)，即銀鏈四桿機構(gòu)的連桿點最多能精確通過給定軌跡上所選的九個點。當需通過的軌跡點數(shù)少于九個時，可預(yù)先選定某些機構(gòu)參數(shù)，以獲得唯一解。將已知的軌跡中的八個點的坐標代入方程中計算可得出各個桿件的長度，但是由于方程比較復(fù)雜不易求解，因此先通過圖解法大致確定出曲柄長度然后在代入方程求連桿長度。對于方案A,假定曲柄長度Lab為240mm,已知Lad=640mm代入方案A的數(shù)據(jù)可得出其余兩個桿長分別為Lbc=570mmLcd=400mm對于方案B,假定曲柄長度Lab為240mm,已知Lad=640mm代入方案B的數(shù)據(jù)可得出其余兩個桿長分別為Lbc=563mmLcd=404mm2、設(shè)計實現(xiàn)喂料動作的凸

11、輪機構(gòu)萬案一：實現(xiàn)喂料動作的凸輪機構(gòu)在運動中受輕載而且低速運轉(zhuǎn),故只需采用等速變化規(guī)律的盤型直動從動凸輪機構(gòu)即可達到要求。凸輪機構(gòu)的推程與喂料系統(tǒng)開口的大小相同，設(shè)其為100mm喂料系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉過程是一個快速的過程，故設(shè)其推程角和回程角為5度，根據(jù)物料喂入時間和每次攪拌時間即可確定遠近休止角的大小，對方案A,其遠休止角為216度。根據(jù)機構(gòu)的整體尺寸設(shè)定凸輪的基圓半徑為400mm為盡量減小壓力角而設(shè)定凸輪的偏心距為200mm將以上參數(shù)輸入計算機凸輪設(shè)計軟件中即可得凸輪機構(gòu)的運動曲線和輪廓曲線如下所示：位移加速度凸輪轉(zhuǎn)角速度量大值凸輪角速度加速度量大值1凸輪角速度產(chǎn)壓力角最大值推程1145,9

12、2069,8864回程1115.9203、連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析:萬案一：未做分析4、設(shè)計不完全齒輪與曲柄所在齒輪的傳動萬案一：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。當兩輪齒進入嚙合時，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：不完全齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運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，蝸桿與減速器輸出相連，轉(zhuǎn)速為60r/min,蝸輪轉(zhuǎn)速為0.6r/min,蝸輪蝸桿的傳

13、動比應(yīng)為60/0.6=100;假設(shè)選取蝸桿的頭數(shù)為2,根據(jù)傳動比可得蝸輪的齒數(shù)為200齒。攪拌四桿機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速可定為10r/min,故不完全齒輪與曲柄所在齒輪的傳動比應(yīng)為.0.6/10=0.06，假設(shè)曲柄所在齒輪的齒數(shù)為Zl=21,則根據(jù)傳動比可得不完全齒輪的齒數(shù)為z2=350齒，由于拌料行程只為整個工作行程的3/5,所以把不完全齒輪有效齒數(shù)則為210齒。具體計算如下：*選取齒輪標準模數(shù)為4,分度圓壓力角(口=20)、齒頂高系數(shù)(ha=1)、頂隙系數(shù)都為標準值(C*=0.25),曲柄所在齒輪Z1=21,不完全齒輪Z2=350。分度圓直徑為d1=mZ|=421=84mmd2=mz2=4350=

14、1400mm*齒頂高ha1=ha2=ham=14=4mm*.齒根高hf1=hf2=(hac)m=5mm*、齒全高h1=h2=(2hac)m=9mm*.齒頂圓直徑da1=(42ha)m=92mmda2=2ha)m=1408mm*、齒根圓直徑df1=(4-2ha-2c)m=74mmdf2-21%-2c)m-1390mm基圓直徑db1=d1cos：=78.93mmdb2=d2cos-=1315.57mm齒距p=二m=12.57mm齒厚s=二m/2=6.28mm齒槽寬e"m/2=6.28mm*頂隙c=cm=1mm根據(jù)齒輪參數(shù)，就可得到如圖所示的齒輪機構(gòu)：不完全齒輪A與曲柄所在齒輪B傳動示意圖

15、（左圖）不完全齒輪簡圖（右圖）說明：齒輪A有200齒，有10齒鎖齒圓?。积X輪B有20齒，有一齒鎖齒圓弧。齒輪A轉(zhuǎn)過20齒，第21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10轉(zhuǎn)，齒輪B的鎖齒圓弧則與右圖所示的鎖齒圓弧嚙合。八、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定要確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量必須清楚機器在一個周期內(nèi)運轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩和阻力矩，從而計算出次周期的最大盈虧功，另外還須知道機器運轉(zhuǎn)時的速度不均勻系數(shù)和機器的額定轉(zhuǎn)速n即可根據(jù)公式AWmax=J+Jf）*wm2*6算出飛輪的等效轉(zhuǎn)動慣量。根據(jù)題目中所給出的原始數(shù)據(jù)可繪制出M-（全循環(huán)等效阻力矩曲線）、Md-'（全循環(huán)等效驅(qū)動力矩曲線）、&曰中

16、（全循環(huán)動能增量曲線）曲線如下所示：Md2nAWmax。和"f-IT2IT由圖可知，AWma訥陰影部分的面積，經(jīng)過計算得AWmax=3247；J由公式AWmax=(J+Jf)wm26,可以求得飛輪轉(zhuǎn)動慣量為1.59kg/m2。九、機械運動方案評價廳P評價項目評價等級評價分數(shù)一二1功能目標很好88完成情況好較好不太好不好2工作原理的先進性先進較先進低663系統(tǒng)的工作效率高較局低874系統(tǒng)機械傳動的精度高較局低775系統(tǒng)的復(fù)雜程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜776系統(tǒng)力殺的使用性使用不使用777系統(tǒng)力殺的可靠性可靠較可靠/、可靠778系統(tǒng)力殺的新穎性新穎較新穎/、新穎669系統(tǒng)力殺的經(jīng)濟成本低較低高較

17、局7610系統(tǒng)力殺好66的環(huán)保問題較好不好評價分數(shù)累計6967綜合比較，方案一較好，所以選定方案一。十、方案二基本介紹1 .傳動方案設(shè)計對于方案二，已知電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min,容器轉(zhuǎn)速65r/min,由計算可知，處于同一軸上的凸輪及不完全齒輪的轉(zhuǎn)速為0.56r/min,最高傳動比達2570,故可以設(shè)計如下：從電動機輸出，經(jīng)二級減速器減速輸出，通過一對具有一定傳動比的齒輪的嚙合傳動，傳遞給容器，從而使容器達到要求的轉(zhuǎn)速；同時，從減速器輸出的傳動軸帶動蝸桿，通過具有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動，傳遞給蝸輪，從而使與蝸輪同軸運動的凸輪及不完全齒輪達到要求的轉(zhuǎn)速。2 .設(shè)計實現(xiàn)喂料動作的凸輪機構(gòu)在

18、此動作中受輕載而且低速運轉(zhuǎn)，故只需采用等速變化規(guī)律的盤型直動從動凸輪機構(gòu)即可達到要求。凸輪機構(gòu)的推程與喂料系統(tǒng)開口的大小相同，設(shè)其為100mm喂料系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉過程是一個快速的過程，故設(shè)其推程角和回程角設(shè)為5度，根據(jù)物料喂入時間和每次攪拌時間即可確定遠近休止角的大小，對方案B,其遠休止角為202度。根據(jù)機構(gòu)的整體尺寸設(shè)定凸輪的基圓半徑為515mm為盡量減小壓力角而設(shè)定凸輪的偏心距為257mm十一、心得體會通過課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。通過設(shè)計使自己對機械進一步了解，掌握了更多的知識。這次的課程設(shè)計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人