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6up扑克之星手机版官网机械原理课程设计 麦秸秆

发布时间:2020-07-19 04:53

  机械原理课程设计 麦秸秆打包机_机械/仪表_工程科技_专业资料。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 设 计 者: 学 号: 班 日 专业班级: 机械工程 指导教师: 完成日期:2016 年 月 天津理工大学机械工程学院 目 一、设计

  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 设 计 者: 学 号: 班 日 专业班级: 机械工程 指导教师: 完成日期:2016 年 月 天津理工大学机械工程学院 目 一、设计题目 录 1.1 设计目的??????????????????????1 1.2 设计题目??????????????????????1 1.3 设计条件及设计要求?????????????????2 1.4 设计任务??????????????????????2 二、执行机构运动方案设计 2.1 功能分解与工艺动作分解???????????????? 2.2 方案选择与分析???????????????????? 2.3 执行机构设计????????????????????? 2.4 执行机构运动分析??????????????????? 2.5 机械系统方案设计运动简图??????????????? 三、传动系统方案设计 3.1 传动方案设计????????????????????? 3.2 电动机的选择????????????????????? 3.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配?????????? 3.4 传动装置的运动和动力参数计算????????????? 四、设计小结???????????????????????? 五、参考文献???????????????????????? 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、运用计算机和技术数据 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 该 麦 秸打 包机 工 艺动作 如 图 所 示,使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。 1 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。 传动装置方案采用: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 的时间 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 1 T(s) M(Nm) l1 (mm) l2 (mm) l3 (mm) l4 (mm) l5 (mm) l6 (mm) 1.00 440 300 400 250 800 200 600 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。 1.4 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 2 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功能,将功能分解为:滑块的左右运动和撞 板的上下运动。 2)工艺动作过程 要实现上述分功能,有下列工艺动作过程: (1)滑块向前移动,将草杆向右推。 (2)滑块快速向左移动同时撞板向下运动,将草杆打包。 (3)当撞板向下移动到最大位移处时,滑块也将再次准备向右移动,至此, 此机构完成了一个运动循环。 2.2 方案选择与分析 1. 概念设计 根据以上功能分析,应用概念设计的方法,经过机构系统搜索,可得“形态 学矩阵”的组合分类表,如表 1 所示。 表1 组合分类表 曲柄导杆机构 曲柄导杆机构 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 组合机构 组合机构 连杆机构 连杆机构 滑块左右移动 撞板上下移动 因滑块左右移动与撞板上下移动可用同一机构完成,故可满足冲床总功能的 机械系统运动方案有 N 个,即 N=2 X 2 X 2 X 2 个=16 个。运用确定机械系统 运动方案的原则与方法,来进行方案分析与讨论。 2. 方案选择 1) 滑块水平运动的机构方案选择 滑块左右运动的要求:主动件作回转或摆动运动,从动件(执行构件)作直 线左右往复运动,行程中有等速运动段(称工作段),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从动件(执行构件)作直线左右往复运动的 一系列运动方案。 3 滑块左右运动方案 1:三角正弦机构 滑块左右运动方案 2:槽轮滑块机构 4 滑块左右运动方案 3:六连杆机构 滑块左右运动方案 4:连杆复合机构 5 滑块左右运动方案 5:导杆机构 滑块左右运动方案 6:连杆复合机构 6 滑块左右运动方案 7:齿轮-连杆组合机构 滑块左右运动方案 8:内凸轮机构 7 滑块左右运动方案 9:曲柄滑块机构 滑块左右运动方案 10:外凸轮机构 8 表 2. 上述满足执行构件水平运动各个机构运动方案定性分析 主 要 性 能 特 征 方 案 号 运动 变换 增 力 加压 时间 ① 一级 传动 角② 功 能 功 能 质 量 二 级 传 动 角 ------大 --大 --------经 济 适 用 性 运 动 尺 寸 大 小 较 大 小 大 大 大 大 小 大 工作平 稳性 磨损 与变 形 效率 复 杂 性 加工 装配 难度 成 本 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 无 无 无 较 强 无 弱 弱 无 无 无 较短 较短 较短 短 长 长 长 长 较短 长 较小 小 小 较大 较小 大 大 较小 较小 较小 一般 较平稳 较 平稳 一般 一般有 一般 有冲击 有冲击 较平稳 有冲击 一般 剧烈 一般 一般 一般 一般 剧烈 剧烈 低 剧烈 高 较高 较高 高 较高 高 较高 较高 高 较高 简单 较复 杂 一般 较复 杂 较复 杂 较简 单 较复 杂 较复 杂 简单 较复 杂 易 易 易 较难 较难 一般 难 较难 易 较难 低 一 般 一 般 一 般 一 般 一 般 较 高 一 般 低 较 高 注:①加压时间是指在相同施压距离内,6up扑克之星手机版官网撞板向下移动所用的时间,越长则 越有利。 ②一级传动角指连杆机构的传动角;二级传动角指六杆机构或连杆复合 机构中后一级机构的传动角。 ③评价项目应因机构功能不同而有所不同。对以上 方案初步分析如表 2。从表中的分析结果不难看出: 方案 2,3,5,9 性能显较差;方案:1,4,6,7,8,10 有较好综合性能; 9 其中 1,4,7,10 这四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).撞板下压机构方案选择 撞板下压机构的运动要求: 主动件作回转或摆动运动,从动件(执行构件)作直线(或近似直线)上下往 复运动,行程中有等速运动段(称工作段),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从动件(执行构件)作直线上下往复运动 的一系列运动方案。 执行构件铅垂运动机构方案 1:连杆复合机构 10 执行构件铅垂运动机构方案 2:凸轮机构 执行构件铅垂运动机构方案 3:连杆复合机构 11 执行构件铅垂运动机构方案 4:齿轮复合机构 执行构件铅垂运动机构方案 5:凸轮复合机构 12 执行构件铅垂运动机构方案 6:连杆复合机构 执行构件铅垂运动机构方案 7:凸轮连杆齿轮齿条复合机构 13 执行构件铅垂运动机构方案 8:凸轮机构 执行构件铅垂运动机构方案 9:齿轮齿条机构 14 执行构件铅垂运动机构方案 10:连杆复合机构 表2 方 案 号 上述满足执行构件铅垂运动各个机构运动方案定性分析 功能 运动 变换 加压 时间 ① 功 能 质 量 一级 二级 平稳 性 磨损 与变 形 一般 有冲 击 一般 较好 有冲 击 一般 小 大 小 较大 大 小 较大 较大 较大 一般 较大 较大 一般 一般 一般 较复 杂 一般 较难 运动 效率 经 济 适 用 性 复杂 性 加工 装配 难度 一般 较难 一般 较难 较难 一般 一般 较高 一般 高 较高 一般 较小 大 较大 较小 较大 一般 成本 运动 尺寸 传动 传动 角② 较大 较大 较大 较大 较大 较大 角 较大 --较大 ----较大 1 2 3 4 5 6 满足 满足 满足 满足 满足 满足 较短 长 较长 较短 较长 较短 15 7 8 9 10 满足 满足 满足 满足 较长 较长 较短 较长 较大 较大 较大 较大 较大 ----较大 一般 有冲 击 较好 一般 大 大 一般 小 较大 较大 一般 一般 较难 一般 一般 较复 杂 较难 一般 一般 一般 高 较高 一般 一般 小 大 较小 较大 注:①加压时间是指在相同施压距离内,撞板向下移动所用的时间,越长 则越有利。②一级传动角指连杆机构的传动角;二级传动角指六杆机构或连杆 复合机构中后一级机构的传动角。③评价项目应因机构功能不同而有所不同。 对以上方案初步分析如表 3。从表中的分析结果不难看出,方案 2,4,5, 7 的性显较差;方案 1,3,6,8,9,10 尚可行且有较好综合性能并各自都有特 点,这六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。 3. 执行机构运动方案的形成 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, 和多方因素的考虑,由此可以设计出以下组合方 案以供选择。 1) 连杆组合机构 方案说明:如图 1 所示,目前此方案综合性能不是很理想,传动性能较差,但是 可以将左右移动滑块上方的槽去掉,用一个杆连接直接连接另一个槽的滑块,可 以大大改善此机构性能。 16 图1 连杆组合机构 运动说明: 此机构左端的曲柄摇杆机构的摇杆为复合杆,在曲柄工作时摇杆将动 力输出给左右运动的滑块, 滑块又将动力通过正弦机构传给上下运动的滑块,从 而完成打包机所需要的运动。 2) 齿轮齿条组合机构 方案说明:如图 1 所示,整个机构的动力传输由三个齿轮联合组成,齿轮传动有 着高稳定性,可以承受重载和高速载荷等优点,而且结构简单,加工方便易于维 护,整体方案相对节省空间。 17 图2 齿轮齿条组合机构 运动说明:主动曲柄转动,带动摇杆进行摆动,和摇杆同轴的齿轮使底部齿条移 动的同时再将运动传给下一级齿轮, 而下一级齿轮的运动带动最右边的齿轮开始 转动,最右边的齿轮带动第二个齿条进行运动。 3) 齿轮连杆组合机构 方案说明:此方案力学性能良好,滑块有急回运动,运动结构紧凑层次清晰,而 且除了为打包机输出所需的两个运动之外,还可以输出一个上下摆动的运动,为 日后的再开发提供了帮助。 18 图 3)齿轮连杆机构 运动说明:主动杆带动复合杆摆动,复合杆上部用滑块连接齿轮,齿轮带动齿条 使撞板上下运动,复合杆下部拉动滑块做左右运动。 4) 凸轮连杆组合机构 方案说明: 此方案中由于主动件为凸轮使得此机构不能承受高速载荷,但在低速 状态下通过设计凸轮的形状的不同可以达到不同的运动效果, 使得机构运动规律 比较灵活。 图 4)凸轮连杆机构 19 运动说明: 凸轮带动滚子从动件上下运动, 连杆机构将运动分解成打包机所需要 的形式。 4.机构组合方案的确定 根据所选方案是否能满足要求的性能指针, 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, 列出下列表格: 性能指针 方案 1 方案 方案 2 平稳 方案 4 任意 3 急回 运 运动规律 急回 动 性 能 工 作 性 能 承载能力 较大 大 较大 较低 使用空间 较大 较大 一般 较小 运动速度及精 度 工作效率 一般 高 较高 一般 一般 一般 较高 一般 动 力 性 能 震动与噪声 较大 较大 较大 较小 传力性能 较大 大 一般 一般 加工难度 易 一般 一般 较难 经 济 性 维护难度 较易 较易 一般 较难 能耗大小 一般 一般 一般 一般 20 使用寿命 较长 较长 较长 一般 机构尺寸 大 大 较大 较小 结 构 机构重量 轻 重 一般 较重 复杂程度 一般 复杂 一般 简单 经过分析,发现方案 3 最满足设计任务的要求,并且综合性能良好,易于再 开发,所以将方案 3 作为执行机构的最终方案。 2.3 执行机构设计 1.执行机构设计 执行机构分别为:① 齿轮—齿条撞板上下冲压机构。 ② 连杆推块左右冲压机构。 撞板上下运动冲压机构的设计: 四杆机构的设计;曲柄导杆机构的设计;齿轮机构的设计; 滑块左右运动冲压机构的设计: 曲柄滑块机构的设计; 1)撞板上下运动冲压机构的设计 四杆机构的设计;曲柄导杆机构的设计;齿轮机构的设计; 三、传动系统方案设计 3.1 传动方案设计 传动系统位于原动机和执行系统之间, 将原动机的运动和动力传递给执行系 统。除进行功率传递,使执行机构能克服阻力作功外,它还起着如下重要作用: 实现增速、减速或变速传动;变换运动形式;进行运动的合成和分解;实现分路 传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。 21 当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后, 即可根据执行机构所需要的 运动和动力条件及原动机的类型和性能参数,进行传动系统的方案设计。 在保证实现机器的预期功能的条件下,传动环节应尽量简短,这样可使机构 和零件数目少,满足结构简单,尺寸紧凑,降低制造和装配费用,提高机器的效 率和传动精度。 根据设计任务书中所规定的功能要求,执行系统对动力、传动比或速度变化 的要求以及原动机的工作特性,选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动 和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件,合理拟定传动路线,安 排各传动机构的先后顺序, 完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布 置方案。6up扑克之星手机版官网! 机械系统的组成为: 原动机 →传动系统(装置)→ 工作机(执行机构) 原动机:Y 系列三相异步电动 机; 传动系统(机构):常用的减速 机构有齿轮传动、行星齿轮传动、 蜗杆传动、 皮带传动、 链轮传动等, 根据运动简图的整体布置和各类减 速装置的传动特点, 选用二级减速。 第一级采用皮带减速,皮带传动为 柔性传动, 具有过载保护、 噪音低、 且适用于中心距较大的场合;第二 级采用齿轮减速,因斜齿轮较之直 齿轮具有传动平稳,承载能力高等 优点, 故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮 传动的中心距, 再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直 径和齿轮的齿数。 故传动系统由“V 带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。 原始数据: 已知工作机(执行机构原动件)主轴: 22 转速:nW=60 (r/min) 转矩:Mb =440 (N.m) 3.2 电动机的选择 1)选择电动机类型 按已知工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步 电动。 2)选择电动机容量 a.工作轴输出功率 : PW=Mω /1000 (KW) (rad/s) ω =π nW /30=60π /30=6.28 PW=Mω /1000=440*6.28/1000=2.7632 KW 注:工作轴——执行机构原动件轴。 b.所需电动机的功率:Pd= PW /η a η a----由电动机至工作轴的传动总效率 η a =η 带×η 轴承 3×η 齿轮 2×η 联 查表可得: 对于 V 带传动: η 带 =0.96 齿轮=0.97 对于 8 级精度的一般齿轮传动:η 对于一对滚动轴承:η 对于弹性联轴器:η 轴承 =0.99 联轴器=0.99 则η a =η 带×η 轴承 3×η 齿轮 2×η 联 =0.96×0.993×0.972×0.99 = 0.868 ∴ Pd= PW /η a=2.7632/0.868=3.1834 KW 查各种传动的合理传动比范围值得: V 带传动常用传动比范围为 i 带=2~4,单级圆柱齿轮传动比范围为 i 齿 =3~5,则电动机转速可选范围为 nd=i 带 ×i 齿 2×nW =(2~4)( 3~5)2 ×nW =(18 ~100 )×nW =(18~100)×30 23 =1080~6000 r/min 符合这一转速范围的同步转速有 1000 r/min、1500 r/min 和 3000 r/min, 根据容量和转速,由有关手册查出四种适用的电动机型号,因此有三种传动 比方案。 方 案 1 2 3 电动机型号 Y112M-2 Y112M-4 Y132M1-6 额定功率 ped/kw 4 4 4 电动机转速/ r/min 同步 3000 1500 1000 满载 2890 1440 960 电动机 质量/kg 45 43 73 传动装置的传动比 总传动比 96.33 48 32 V 带传动比 3 3 2.5 齿轮传动 32.11 16 12.8 对于电动机来说, 在额定功率相同的情况下,额定转速越高的电动机尺寸越 小,重量和价格也低,即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高,势必 增加传动系统的传动比,从而导致传动系统的结构复杂。由表中四种方案,综合 考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比,认为方案 2 的传动比较合适,所以选定电动机的型号为 Y112M-4。 Y112M-4 电动机数据如下: 额定功率:4 Kw 满载转速:n 满=1440 r/min 同步转速:1500 r/min 3.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配 1.传动装置的总传动比 i 总= n 满/ nW =1440/60= 24 2. 分配各级传动比 根据《机械设计课程设计》表 2.2 选取,对于三角 v 带传动,为避免大带 轮直径过大,取 i12=2.8; 则减速器的总传动比为 i 减=i 总/2.8=24/2.8=8.5714 对于两级圆柱斜齿轮减速器 , 按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传 动比,取 ig=1.3id i 减= ig×id = 1.3i2d =8.5714 i2d =8.5714/1.3=6.5934 id =2.57 ig=1.3id=1.3×2.57=3.34 24 注:ig -高速级齿轮传动比;id –低速级齿轮传动比; 3.4 传动装置的运动和动力参数计算 计算各轴的转速: 电机轴:n 电= 1440 r/min Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 nⅠ= n 电/i 带=1440/2.8=514.29 nⅡ= nⅠ/ ig=514.29/3.34=154 nⅢ=nⅡ/ id =154/2.57=60 r/min r/min r/min 计算各轴的输入和输出功率: Ⅰ轴: 输入功率 输出功率 Ⅱ轴: 输入功率 输出功率 Ⅲ轴 输入功率 输出功率 PⅠ= Pdη 带=3.687 × 0.96=3.54 PⅠ= 3.474η PⅡ=3.44×η PⅡ= 3.34×η PⅢ=3.30×η PⅢ= 3.20×η 轴承 kw kw kw kw kw kw =3.54 × 0.99=3.5 =3.5 × 0.97=3.395 齿轮 轴承 =3.395 × 0.99=3.361 齿轮 =3.361 × 0.97=3.26 =3.26 × 0.99=3.228 轴承 计算各轴的输入和输出转矩: 电动机的输出转矩 Td=9.55×106×Pd /n 电=9.55×106×3.687/1440 =24.45×103 Ⅰ轴: 输入转矩 N·mm TⅠ=9.55×106×PⅠ / nⅠ=9.55×106×3.54/514.29 =65.7×103 N·mm 输出转矩 TⅠ=9.55×106×PⅠ / nⅠ=9.55×106×3.5/514.29 =65×103 N·mm Ⅱ轴: 输入转矩 TⅡ=9.55×106×PⅡ / nⅡ=9.55×106×3.395/154 =210.5×103 N·mm 输出转矩 TⅡ=9.55×106×PⅡ / nⅡ=9.55×106×3.36/154 =208.4×103 N·mm Ⅲ轴 输入转矩 TⅢ=9.55×106×PⅢ / nⅢ=9.55×106×3.26/60 =518.9×103 N·mm 输出转矩 TⅢ=9.55×106×PⅢ / nⅢ=9.55×106×3.228/60 =513.8×103 N·mm 25 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表: 功率 p/kw 输入 输出 转矩 T ( N·mm) 输入 输出 转速 n/r·min -1 轴名 传动比 i 效率η 电机轴 3.687 3.54 3.395 3.26 3.5 3.361 3.228 65.7×103 210.5× 103 518.9× 103 24.45× 103 65×103 208.4× 103 513.8× 103 1440 514.29 2.8 2.57 0.95 Ⅰ轴 0.96 Ⅱ轴 154 3.34 60 0.96 Ⅲ轴 26