麦秸打包机机构及传动装置设计机械原理课程设计说明书.doc
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1、机械原理课程设计设计计算说明书设计题目:麦秸打包机机构及传动装置设计设 计 者: 王添丁 学 号: 20090498 专业班级: 机械工程及自动化11班 指导教师: 吕惠娟 完成日期: 2011年12月4日 天津理工大学机械工程学院目 录一、设计题目11.1设计目的11.2设计题目11.3设计条件及设计要求21.4设计任务2二、执行机构运动方案设计42.1功能分解与工艺动作分解42.2功能机构方案的分析与选择52.3执行机构运动方案的分析与选择122.4执行机构的整体设计162.5机械系统方案设计运动简图:23三、传动系统方案设计243.1传动方案设计243.2电动机的选择253.3传动装置的
2、总传动比和各级传动比分配273.4传动装置的运动和动力参数计算27四、设计小结29五、参考文献31一、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机械原理的相关知识;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
3、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设计一麦秸打包机的喂料机构,打包机构及传动系统,其工艺简图如图所示,当人工将麦秸挑到料仓上方时,撞板上下运动将麦秸喂入料仓,滑块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。
4、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;1.3设计条件及设计要求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。可供选择的方案及尺寸见下表:方案号 12345678910分配轴转速n(r/min) n)
5、n(r/min)nnnn)n(r/min)30 303030252525202020分配轴转矩T(Nm)480500520530540550560570580590l1 (mm)300320300320300320300320300320l2 (mm)400420400420400420400420400420l3 (mm)250260260270260270250270260270l4 (mm)800900820900840900820900860900l5 (mm)200210200210200210200210200210l6 (mm)60065060065060063060065062
6、0630(本设计选择“设计条件及设计要求”中的方案号1中的尺寸.)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) 分配轴转速n的允许误差为5%之内;(5) 分配轴 :与减速器输出轴(联轴器处)相连接(各执行机构的输入轴)。1.4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
7、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、执行机构运动方案设计 2.1功能分解与工艺动作分解(1) 功能分解: 为了实现打包机打包的总体功能,将总功能分解为:滑块的左右运动和撞板的上下运动。(2) 工艺动作过程: 要实现上述两个分功能,有下列工艺动作过程:1) 滑块向右移动,将麦秸右推,到达最右端后迅速返回;2) 滑块快速向左返回同时撞板向下运动,当滑块返回到最左端时,撞板位于最下端,将草杆打包。3) 此时,滑块将再次准备向右运动,至此,此机构完成了一个运动循环。2.2功能机构方案的分析与选择(1) 水平滑块机构运动方案的
8、设计、分析与选择水平滑块机构主要运动要求:主动件作回转运动,从动件作直线往复运动,机构有较好的动力特性。根据功能要求,考虑功能参数及约束条件,可以构思出如下能满足运动要求的一系列运动方案。1)方案1结构分析:自由度:F=33-24-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,磨损较小,效率高,但运动平稳性一般,运动尺寸大,但能满足急回要求。2)方案2结构分析:自由度:F=33-24-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,摩损较小,但运动平稳性一般,效率较低,运动尺寸大。 3)方案3结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加
9、工,容易装配,成本较低,摩损较小,效率较高,但运动平稳性一般,运动尺寸大。4)方案4结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,摩损较小,效率高,但运动平稳性一般,运动尺寸大。5)方案6结构分析:自由度:F=34-25-1=1,满足运动条件,结构较简单,易于加工,成本较低,摩损较小,效率高,但运动平稳性差,运动尺寸大。对以上方案初步分析可以看出。水平滑块的机构方案中,方案2、3、4的综合性能较差;方案5和6尚可行,方案1有较好综合性能,且各有特点,这3个方案可作为被选方案,待运动设计,运动分析和动力分析后,通过定量评价选出最优方案。(2) 竖
10、直撞板机构运动方案的设计、分析与选择垂直撞板机构主要运动要求:主动件作回转运动,从动件作直线往复运动,机构有较好的动力特性。根据功能要求,考虑功能参数及约束条件,可以构思出如下能满足运动要求的一系列运动方案。1)方案1结构分析:自由度:F=33-24-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,运动较为平稳,摩损较小,效率高,可以实现急回要求,但运动尺寸较大。2)方案2结构分析:自由度:F=32-22-1=1,满足运动条件,运动较为平稳,效率高,成本较低,但运动尺寸大,有冲击,摩损剧烈。3)方案3结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,成本
11、较低,摩损较小,效率高,但较难装配,运动平稳性差,运动尺寸大。4)方案4结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,运动较为平稳,摩损较小,效率高,但运动尺寸较大。5)方案5结构分析:自由度:F=34-25-1=1,满足运动条件,运动平稳,效率高,运动尺寸小,但结构复杂,较难加工,装配较难,成本较高。6)方案6 结构分析:自由度:F=32-22-1=1,满足运动条件,结构简单,运动较为平稳,效率高,运动尺寸小,可以实现间歇运动。但较难加工,摩损较大。7)方案7结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配
12、,成本较低,摩损较小,效率高,但运动平稳性一般,运动尺寸较大。8)方案8结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,摩损较小,效率高,但运动平稳性一般,运动尺寸较大。9)方案9结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件,结构简单,易于加工,容易装配,成本较低,摩损较小,效率高,但运动平稳性一般,运动尺寸较大。10)方案10结构分析:自由度:F=33-24-0=1,满足运动条件,运动较为平稳,效率高,运动尺寸小,可以实现间歇运动,但结构较复杂,加工装配较难,成本高,摩损剧烈。对以上方案初步分析可以看出。垂直撞板机构方案中,方案2、3
13、、5、7、10的综合性能较差;方案4、8、9尚可行,方案1、6有较好综合性能,且各有特点,这5个方案可作为被选方案,待运动设计,运动分析和动力分析后,通过定量评价选出最优方案。2.3执行机构运动方案的分析与选择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统一控制。在选择方案时还需要进行非机械行业的综合考虑,例如机械的市场创新性,市场前瞻性,再开发性等各种各样的因素,这样会大大提高机械的价值和生命期。通过对上述方案的拼装和组合,和
14、多方因素的考虑,可以设计出很多供选择的方案。下面对其中几个较为合理的方案进行分析。(1) 方案1(曲柄滑块机构)结构分析:自由度:F=37-210-0=1,满足运动条件。水平和垂直方向都为简单的连杆机构,适当选择连杆长度,可以实现水平和垂直方向的交替往复直线运动,达到打包目的,但由于空间结构大,不能传递较大力。(2) 方案2(凸轮-连杆滑块机构)结构分析:自由度:F=36-28-1=1,满足运动条件。动力传输由凸轮和连杆滑块机构组成,水平和垂直往复直线运动都由滑块运动完成,由于空间的连接主要为连杆,且滚子从动件盘形凸轮磨损较大,所以不能传递较大力,传递累计误差比较大。(3) 方案3(曲柄滑块机
15、构)结构分析:自由度:F=35-27-0=1,满足运动条件。动力传输由连杆传输,使得两个滑块实现水平和垂直运动,连杆机构几何形状简单易于加工,且价格低廉,运动平稳性一般,惯性力不能很好的平衡,易产生强迫振动,不能用于高速场合,传递累计误差比较大。(4) 方案4(凸轮-连杆滑块机构)结构分析:自由度:F=38-211-1=1,满足运动条件。动力传输由凸轮和连杆滑块机构组成,水平和垂直往复直线运动都由滑块运动完成,由于空间的连接主要为连杆,且滚子从动件盘形凸轮磨损较大,所以不能传递较大力,传递累计误差比较大。(5) 方案5(曲柄滑块机构-凸轮机构)结构分析:自由度:F=36-28-1=1,满足运动
16、条件。水平运动中偏心滑块结构有急回特性,可以提高生产率;垂直的凸轮机构传动平稳,适当进行凸轮廓线的设计,可以较好的实现水平和垂直方向的交替往复直线运动。两基本机构之间由带传动,空间结构紧凑,总体性能良好。根据所选方案是否能满足要求的性能指标,结构是否简单、紧凑;制造是否方便;成本是否低等选择原则。经过前述方案评价,采用系统工程评价法进行分析论证,确定方案5是上述5个方案中最为合理的方案。2.4执行机构的整体设计执行机构中的功能机构有: 水平的曲柄滑块机构 垂直的槽形凸轮机构。(1) 水平曲柄滑块机构的设计:已知:转速:n=30r/min;行程:s=800mm;行程速比系数K=1.057,许用压
17、力角=50根据已知条件,则急回夹角=180=5如图(比例尺:1:10):作直线C1C2=80mm,过点C2作C1C2W=85,过C1点作C2C1N=90,两条线交于P点,再以直线段C2P为直径作圆,则曲柄中心A可以取在圆周的任意位置,且极位夹角均为5。由图中的两极限位置可知:AC1=B1C1-AB1=47mmAC2=AB2+B2C2=126mm则可以解得曲柄长度为:AB=39.5mm则连杆长度为:BC=AC2-AB2=86.5mm在选定合适的曲柄中心位置A后,并结合相应的比例尺,最终得到曲柄滑块机构的相关尺寸为:曲柄AB=395mm;连杆长度BC=865mm;偏心距为:110mm为了保证机构具
18、有良好的传力性能,所以对压力角检验计算如下:如图,通过对曲柄AB在一个周期的运动分析可知:当AB转至AB1位置时,滑块运动到左极限位置C1;当AB转至AB2位置时,滑块运动到右极限位置C2;当AB转至AB3、AB4位置时,机构压力角=0;当AB转至AB5、AB6位置(即曲柄AB与滑块轨道垂直)时,机构压力角出现极大值5、6.在RtDB5C5中:DB5=AB5-AD=(395-110)mm=285mmB5C5=865mm由:sinB5C5D=得:B5C5D=19.24即5=19.24在RtDB6C6中:DB6=AB6-AD=(395+110)mm=505mmB6C6=865mm由:sinB6C6
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