麦秸打包机设计计算说明书.doc

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：麦秸打包机设 计 者：王赓 学 号：20110418 专业班级：机械工程及自动化9班指导教师：滕献银完成日期： 2013年 12月1日天津理工大学机械工程学院目 录一 设计题目 1.1 设计目的21.2 设计题目21.3 设计任务3二 执行机构的设计2.1执行机构的分析32.2 执行机构的选择42.3传动机构的选择92.4 设计总方案102.5执行机构的设计12三 传动机构的设计3.1齿轮机构的设计213.2传动机构的三维仿真21四 设计小结25五 参考文献27一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算，是机械产品设计的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目：麦秸打包机机构及传动装置设计一、 打包机工作原理简介人工将麦秸挑到料仓上方，撞板B上下运动（不一定是直线运动）将麦秸喂入料仓，滑块A在导轨上水平往复运动，将麦秸向料仓前部推挤。每隔一定时间往料仓中放入一块木板，木版的两面都切出两道水平凹槽。这样，麦秸将被分隔在两块木版之间并被挤压成长方形。从料仓侧面留出的空隙中将两根弯成型的铁丝穿过两块木版凹槽留出的空洞，在料仓的另一侧将铁丝绞接起来，麦秸即被打包，随后则被推出料仓。打包机由电动机驱动，经传动装置减速，再通过适当的机构实现滑块和撞板的运动。传动装置方案建议：带传动+二级圆柱斜齿轮减速器；二、 设计参数及说明执行构件的位置和运动尺寸如图所示，当滑块处于极限位置A1和A2时，撞板分别处于极限位置B1和B2 ，依靠重力将麦秸喂入料仓。一个工作循环所需时间为T（秒），打包机机构的输入轴转矩为M。其余尺寸见下表：方案号 12345678910T (s)1.001.001.201.201.501.502.02.02.52.5M (N m)44046052055068070090095011201180l1 (mm)300320300320300320300320300320l2 (mm)400420400420400420400420400420l3 (mm)250260260270260270250270260270l4 (mm)800900820900840900820900860900l5 (mm)200210200210200210200210200210l6 (mm)600650600650600630600650620630说明和要求：（1） 工作条件：一班制，田间作业，每年使用二个月；（2） 使用年限：六年；（3） 生产批量：小批量试生产（十台）；（4） 工作周期T的允许误差为±3%之内；1.3设计任务1、执行机构设计及分析1） 执行机构的选型及其组合2） 拟定执行机构方案，并画出机械传动系统方案示意图3） 画出执行机构的运动循环图4） 执行机构尺寸设计，画出总体机构方案图，确定其基本参数、标明主要尺寸5） 画出执行机构运动简图6） 对执行机构进行运动分析2、传动装置设计（1） 选择电动机（2） 计算总传动比，并分配传动比（3） 计算各轴的运动和动力参数3、撰写课程设计说明书二 执行机构的设计2.1执行机构的分析麦秸打包机的机构功能可分解为滑块的左右运动，撞板的上下运动，和传动机构。运动要求是：1.机构均为往复运动。 2.滑块向右移动时，撞板同时向下移动。 3.撞板运动到下方最大位移时，滑块也准备开始向右移动，完成运动的一个循环。2.2执行机构的选择1.满足滑块左右移动的机构滑块的主要运动要求：主动件作回转运动，从动件(滑块)作直线往复运动，并具有急回特性，机构有较好的动力特性。根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）及约束条件，可以构思出如下能满足将曲柄周转运动转化为从动件直线运动的一系列运动方案。(1)曲柄滑块机构 自由度：F=3x3-2x4=1 (2)凸轮机构自由度：F=3x2-2x2-1=1 (3)双曲柄机构自由度：F=3x5-2x7=1（4） 曲柄摇杆机构自由度：F=3x5-2x7=1(5)不完全齿条机构自由度：F=3x2-2x2-1=1(6)圆柱凸轮机构自由度：F=3x2-2x2-1=1滑块方案分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 增力 加压时间 传动角 工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 无 较短 较小 一般 一般 高 简单 易 低 最小 满足 无 长 小 平稳剧烈 低 简单 较难 较高 较大 满足 弱 较短小 一般一般 高 复杂 易 低 大 满足 弱 短 较大 一般一般 高 复杂 易 低大 满足 无 较长 小 平稳剧烈 低 较简单 难较高 较大 满足 无 较长 最大 平稳 剧烈 低 较简单 较难 较高 较大 总结：由上表可以看出，方案2、5、6性能较差，磨损严重，成本高，结构尺寸大；方案1、3、4性能较好，磨损一般，成本低，结构尺寸小，课列为备选方案。 2.满足撞板上下运动的机构（1）凸轮机构自由度：F=3x2-2x2-1=1(2)曲柄滑块机构自由度：F=3x3-2x4=1(3)组合机构自由度：F=3x7-2x10=1(4)曲柄导杆机构F=3x3-2x4=1(5)组合机构自由度：F=3x5-2x7=1撞板机构分析方案号功 能经 济 适 用 性运动变换间歇送进工作平稳性磨损与变形效率复杂性加工装配难度成本运动尺寸1满足无一般强低简单较难较高较大2满足无一般一般较高最简单易低较小3满足无一般一般较高复杂一般低大4满足无一般一般较高复杂一般低小5满足无一般一般较高复杂一般低大总结：由上表可以看出，方案1性能较差，磨损严重，成本较高，尺寸较大；方案2、3、4、5性能较好，磨损一般，成本较低，尺寸较小，但方案2结构较为简单，方案5具有增力的优势，故将方案2、5列为备选方案。2.3.传动机构的选择（1）（2）传动机构分析方案功能平稳性磨损尺寸成本准确度效率1满足一般一般一般较低较差较低2满足较高一般较大一般准确较高总结：由上表可以看出,方案1结构简单，尺寸小，成本低，但效率准确度较低；方案2较平稳，准确度高，但尺寸大，成本高，；故两种方案均可作为备选项。2.4设计总方案机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件（分配轴）统一控制。实现麦秸打包机设计要求的机构组合方案的确定，可根据滑块和撞板提供的各个机构方案列出形态学矩阵，得出许多种方案。下面对其中两个较为合理的方案进行分析。(1)方案一自由度：F=3x9-2x13=1。如上图所示，该方案中滑块的左右运动由曲柄摇杆机构实现，这样可以使机构具有急回特性，而且机构的传动性能和性能都比较高，但机构是带传动，传递的准确性无法保证。因此，滑块和撞板有可能无法同时到达指定位置。（2）方案二自由度：F=3x9-2x12-2x1=1。如上图所示，该方案中滑块的左右移动由曲柄滑块机构来实现，该滑块机构具有偏心距，因此机构具有急回特性，可以提高工作效率。齿轮传动具有很高的运动准确性，而且传动平稳，可以保证滑块和撞板同时到达指定位置。撞板上下运动由组合机构来实现。该机构是由曲柄摇杆机构和导杆机构组合而成，曲柄摇杆机构具有急回特性，能使工作效率提高，通过杠杆原理，可以增加机构的工作能力和减小机构尺寸，导杆机构能够将运动由摆动转化为滑块的滑动，进而实现撞板的上下运动。总结，由以上分析可得，方案二相对方案一具有结构简单，运动平稳，传动准确性高，传递效率高等优势。因此，选用方案二位麦秸打包机的最终方案。2.5执行机构的设计1作图法设计曲柄滑块机构已知：k=1.2,e=200mm,行程=900mm,设计曲柄滑块机构作图方法和步骤：（1） 由k=1.2可以求出极位夹=180°(k-1)/(k+1)=16°。作c1、c2，使两点距离为90mm，连接c1、c2。（2） 作一条水平线MN是之与c1c2直线的距离为20mm。（3） 过c1作OC1C2=74°, OC2C1=74°。（4） 以O为圆心，OC1为半径作圆，交MN于A点，A点即为曲柄的中心，连接AC1、AC2。（5） AC1=BC-AB AC2=BC+AB（6） AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2量得AC1=50mm,AC2=138mm，由此可得AB=440mm，BC=940mm偏心距e=200mm2.曲柄滑块机构的工作特性分析对于曲柄滑块机构，影响其工作特性的因素主要是传动角和极位夹角。传力性能分析传动角影响机构的传力性能。传动角是从动件的运动方向和受力方向所夹角的余角。传动角越大，有效分力越大，机构的传力性能越好。上图为曲柄滑块的结构简图，易知当曲柄AB与滑块导路垂直时，滑块的传动角最小。该位置有两个，由图可以看出B点在上时，传动角最小。Rmin=arccos(（AB+e）/BC)=arccos(（44+20）/94)=47°。测量得，ABC=50°。查表得r的许用值为40°，所以r值符合条件。 速度性能分析极位夹角是机构具有急回特性，急回特性使机构在工作行程时速度较慢较平稳，但回程时速度却比较快，这样能缩短工作时间，提高工作效率。由上图可知，C1，C2为两个极限位置，C1AC2为极位夹角=16°。行程速比系数K=（180+16）/（180-16）=1.2。K>1，所以机构具有急回特性。3曲柄滑块机构的运动仿真分析（1）动态仿真与数据（2）位移线图（3）速度线图（4）加速度线图总结：如上图可知，机构的最小传动角为47°，与作图法所得差距较小，与解析计算所得角度相同。4作图法设计四杆机构已知：摆角为60°，k=1.2，CD=300mm作图方法和步骤：（1） 根据行程速比系数k=1.2，计算极位夹角=16°（2） 任选一点D作为固定铰链，并以此为定点作等腰三角形DC1C2，使两腰之长等于摇杆长CD，C1DC2=（3） 过C1点作C1NC1C2，再过C2点作C1C2M=90°-，线段C1N和C2M交点为P。（4） 以线段C2P为直径作圆，则在圆周上任取一个点A与C1，C2连线所夹的角度均为。连接AC1，AC2。AC1=BC-AB AC2=AB+BC AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC2+AC1)/2量得AC1=25mm,AC2=53mm由上式得BC=390mm，AB=140mm5曲柄摇杆机构的传力性能分析对于曲柄摇杆机构，影响其工作特性的因素主要是传动角和极位夹角。传力特性分析上图为曲柄摇杆机构的运动简图，易知当B点和两铰支座重合时，传动角最小rmin=arccos（b*b-c*c-(d-a) ²）/(2bc)）=arccos(39²+30²-25²)/(2*39*30)=40°。同样量得rmin=42°大于许用传动角，因此该机构传力性能良好。速度特性分析上图所示为曲柄摇杆机构机构的两个极限位置，AB1和AB2所夹的角为极位夹角，量得夹角为16°，所以行程速比系数K=（180+16）/（180-16）=1.2。K>1，所以机构具有急回特性。 这样，该机构既保证了良好的传力性能，有具有急回特性，是机构工作效率得到很大的提高。6.曲柄摇杆机构机构的运动仿真分析（1）动态仿真与数据（2）位移线图（3）速度线图（4）加速度线图总结：总结：如上图可知，机构的最小传动角为40°，与作图法所得差距较小，与解析计算所得角度相同。行程速比系数为1.2，与作图法相同。三.传动机构的设计3.1齿轮机构的设计麦秸打包机的传动方案选用齿轮传动，由于，连杆的尺寸比较大，为了使机构具有协调性，因此，选用直径较大的齿轮。1齿轮的参数齿轮齿数：z1=z2=z3=60模数：m=5分度圆直径：d = mz =300mm基圆直径：db1=db2=mz=282mm节圆直径：d= d=300mm齿顶高系数：ha*=1顶隙系数：c*=0.25齿顶高：h = h*m =5mm 齿根高：hf=（h*+c* ）m=6.25mm3.2传动机构的三维仿真1.齿轮2.滑块3键4连杆15连杆26连杆37连杆48轴承9机构装配图四设计总结这次课程设计，我的题目是麦秸打包机。其实麦秸打包机就是运用机械原理课上所学过的曲柄滑块机构，曲柄摇杆机构，齿轮机构。课程设计的设计安排根据老师给的进度表，一开始，是先进行机构分析，然后是机构的设计，接着是对传动装置的设计，以及说明书的撰写。首先，麦秸打包机机构是左右运动和上下运动两种运动的合成，这需要用到大二期间学习的机械原理课上所学过的各种机构来实现的。为了完成机构的设计，我首先复习了机械原理的课程，并借阅书籍搜集资料，通过资料启发灵感并设计方案，并通过筛选和优化确定最终方案和最终方案的参数。然后通过CAD和Proe等绘图软件将各机构简图和三维仿真图设计出来。我有通过分析软件将曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构的运动特性分析出来。在这次设计任务中，我遇到了许多自己无法解决的问题，不过通过书籍，互联网的帮助和老师的讲解，问题得以解决，最终保证了机构设计任务顺利进行。在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。经过藤老师检查后，开始CAD绘图，这个过程是最持久的。我通过网络上的视频课基本掌握了CAD的绘图方法，在此基础上cad绘图会少一些压力。不过，由于对结构了解不够深，所以在设计过程中，有不小的阻力。虽然边画边修改，但难免有错误。每次让老师检查都能发现不少的错误。绘图能力，这是我们机制专业学生该注意的。我知道要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，通过这次设计任务，亲身经历让我从中感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高，这次的设计就像是一面镜子，照出了我的不足之处。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。在为课程设计写说明书时，我特地花更多时间通过计算机写说明书，一方面考虑为了让说明书内容更充实，更规范精美，另一方面也想到能培养自己文档编辑的能力，因为现如今的说明书都是用打印形式流通。在用计算机编辑说明书也碰到很多问题，巩固了一些办公技巧软件的使用。一个月的课程设计，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性，那就是通过实践将所学知识掌握牢固，并学以致用达到对知识的融会贯通。通过这次课程设计，我既体会到了艰辛有体会到了喜悦。此次课程设计使我有了很大的收获，锻炼了我解决实际问题的能力，使我学会了勇于创新，扩展思路的解决问题的方法，最终能完成设计要求，让我欣喜，自豪。总之，我要更加努力学习，增加知识储备，珍惜不多的大学学习机会，争取有更大的进步。在此，非常感谢藤献银老师对我的帮助和指导。五、参考文献1. 申永胜.机械原理教程.北京：清华大学出版社.20052.杨家军.机械原理.武汉：华中科技大学出版社.20093.余林.Pro/e辅助设计标准教程.北京：北京理工大学出版社.20074.邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社.19975机械设计手册电子版6.邹慧君.机械原理.北京：高等教育出版社.2006