自动喂料搅拌机(方案B)

机械原理课程设计说明书设计题目：自动喂料搅拌机设计姓名：吴志剑学号：20080604015院系：机电工程学院指导教师：李清伟2011年01月04日目录一、机器的工作原理及外形图............................1二、原始数据..........................................1三、设计要求..........................................2四、运动循环图........................................3五、传动方案设计......................................3六、机构尺寸的设计....................................31、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计.........................................32、设计实现喂料动作的凸轮机构......................................................4七、飞轮转动惯量的确定................................6八、机器运动系统简图..................................7九、机械运动方案评价..................................9十、心得体会.........................................10参考文献.............................................10机械原理课程设计说明书第1页自动喂料搅拌机方案设计（方案B）一、机器的工作原理及外形图设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。物料的搅拌动作为：电动机通过减速装置带动容器绕垂直轴缓慢整周转动；同时，固连在容器内拌勺点E沿图【1】虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。物料的喂料动作为：物料呈粉状或粒状定时从漏斗中漏出，输料持续一段时间后漏斗自动关闭。喂料机的开启、关闭动作应与搅拌机同步。物料搅拌好以后的输出可不考虑。图【1】喂料搅拌机外形及阻力线图二、原始数据工作时假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力呈线性变化，如图【1】示。表1.1为自动喂料搅拌机拌勺E的搅拌轨迹数据。表1.2为自动喂料搅拌机运动分析数据。表1.3为自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据。表1.1拌勺E的搅拌轨迹数据表位置号i12345678方案Bix5104874543802058423192iy15336867074864646720582机械原理课程设计说明书第2页表1.2自动喂料搅拌机运动分析数据表方案号固定铰链A、D位置电动机转速/(r/min)容器转速/(r/min)每次搅拌时间/s物料装入容器时间/sAx/mmAy/mmDx/mmDy/mmB1725405120001440658050表1.3自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据表方案号maxQ/NminQ/N2s3sm2/kgm3/kgJs2/()Js3/B22005500.05位于连杆2中点位于从动连架杆3中点125421.900.065三、设计要求（1）机器应包括齿轮（或蜗杆蜗轮）机构、连杆机构、凸轮机构三种以上机构。（2）设计机器的运动系统简图、运动循环图。（3）设计实现搅料拌勺点E轨迹的机构，一般可采用铰链四杆机构。该机构的两个固定铰链A、D的坐标值已在表1.2给出（在进行传动比计算后确定机构的确切位置时，由于传动比限制，D点的坐标允许略有变动）。（5）飞轮转动惯量的确定。飞轮安装在高速轴上，已知机器运转不均匀系数（见表1.3）以及阻力变化曲线。注意拌勺进人容器及离开容器时的两个位置，其阻力值不同（其中一个为0），应分别计算。驱动力矩dM为常数。绘制rM-（全循环等效阻力矩曲线）、dM-（全循环等效驱动力矩曲线）、E-（全循环动能增量曲线）等曲线。求飞轮转动惯量FJ。机械原理课程设计说明书第3页（6）设计实现喂料动作的凸轮机构。根据喂料动作要求，并考虑机器的基本厂寸与位置，设计控制喂料机开启动作的摆动从动件盘形凸轮机构。确定其运动规律，选取基圆半径与滚子半径，求出凸轮实际廓线坐标值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。四、运动循环图方案B：喂料口开启50s关闭80s搅拌勺不搅拌搅拌容器匀速转动φ144°216°五、传动方案设计方案B，已知电动机转速为1440r/min，容器转速65r/min，由计算可知，故可以设计如下：从电动机输出，经减速器减速输出，减速器有两个输出（输入1和输入2，输入1等于输入2）。输入1通过V带传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；而输入2传递时也分为两部分，一部分通过锥齿轮传动带动曲柄摇杆机构实现搅拌，另一部分通过蜗轮蜗杆机构传动带动凸轮机构实现下料口的开启与关闭。具体计算如下：选择传动比为24级的减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；要求的容器转速为65r/min，V带1的传动比应为60/65=6/6.5；蜗杆与V带输出相连，转速为30r/min，则V带2的传动比为60/30=2，而蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为30/0.6=50；搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，则锥齿轮的传动比应为60/10=6。六、机构尺寸的设计1、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计要实现此轨迹可采用铰链四杆机构，由于该四杆机构的两个固定铰链以及所要实现轨迹上的八个点的坐标已知，故可以根据四杆机构设计方法中轨迹设计法的解析法对各个杆长进行设计，其设计原理如下：机械原理课程设计说明书第4页E点的轨迹方程为：222WVU])[()](sincos)[(222'2''222'2'''cmydxlxalyxydxmU])[()](cossin)[(222'2''222'2'''cmydxlyalyxydxmV]cot)([sin2'2'''dyydxxlmW0),,,,,,,,,(omlcbayxyxfAA式中共有九个待定尺寸参数，即铰链四杆机构的连杆点最多能精确通过给定轨迹上所选的九个点。当需通过的轨迹点数少于九个时，可预先选定某些机构参数，以获得唯一解。将已知的轨迹中的八个点的坐标代入方程中计算可得出各个杆件的长度，但是由于方程比较复杂不易求解，因此先通过图解法大致确定出曲柄长度然后在代入方程求连杆长度。对于方案B，假定曲柄长度Lab为250mm，已知Lad=663mm，代入方案A的数据可得出其余两个杆长分别为Lbc=563mm、Lcd=427mm。2、设计实现喂料动作的凸轮机构方案B：实现喂料动作的凸轮机构在运动中受轻载而且低速运转，故只需采用等速变化规律的盘型直动从动凸轮机构即可达到要求。凸轮机构的推程与喂料系统开口的大小相同，机械原理课程设计说明书第5页设其为100mm，喂料系统的开启和关闭过程是一个快速的过程，故设其推程角和回程角为5度，根据物料喂入时间和每次搅拌时间即可确定远近休止角的大小，对方案B，其远休止角为216度。根据机构的整体尺寸设定凸轮的基圆半径为400mm，为尽量减小压力角而设定凸轮的偏心距为200mm。凸轮设计具体如下：由已知得凸轮的基圆半径mmr4000，偏心距mme200，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的行程mmh100。其运动规律为：05~0推杆等角速度上升h；5~0216推杆远休；216~0221推杆等速下降h；221~0360推杆近休。用作图法，取比列尺1，先根据已知尺寸作出基圆与偏距圆，然后用反转法作图设计。推程段凸轮轮廓线：1）确定推杆在反转运动中占据的个位置；2）计算推杆推程在反转运动中的预期位移；0/hs50)/(0012345mms/0204060801003）确定推杆在复合运动中占据的位置；4）连接各点成一光滑曲线，即为凸轮轮廓线。5）计算推杆回程在反转运动中的预期位移；0/hs50机械原理课程设计说明书第6页)/(0012345mms/1008060402006）重复上面的步骤就可得到凸轮完整曲线。凸轮设计如图所示：将凸轮参数输入计算机凸轮设计软件中即可得凸轮机构的运动规律，并得到最大力压力角与最小曲率半径。七、飞轮转动惯量的确定要确定飞轮的转动惯量必须清楚机器在一个周期内运转的驱动力矩和阻力矩，从而计算出次周期的最大盈亏功，另外还须知道机器运转时的速度不均匀系数和机器的额定转速n即可根据公式ΔWmax=（J+Jf）*wm2*δ算出飞轮的等效转动惯量。根据题目中所给出的原始数据可绘制出rM-（全循环等效阻力矩曲线）、dM-（全循环等效驱动力矩曲线）、E-（全循环动能增量曲线）曲线如下所示：机械原理课程设计说明书第7页方案B:由图可知，ΔWmax为阴影部分的面积，经过计算得ΔWmax=3247J，由公式ΔWmax=（J+Jf）wm2δ,可以求得飞轮转动惯量为1.70kg/m2。八、机器运动系统简图方案B：方案说明：自动喂料搅拌机的动力由电动机输出，电动机输出轴上装有一个飞轮（飞轮作用：使机械运转均匀。当飞轮高速旋转时，由于惯性作用可贮藏能量，也可放出能量，克服运动阻力，使发动机运转平稳。当超速运转时，它能把能量贮藏起来，使其缓慢提速，避免猛然高速运转，造成来不及操纵而失去控制；当低速运转时，它能把能量释放出来，使其慢慢降速，避免猛然低速导致停车。因此可使机械运转均匀，旋转平稳。）电动机输出轴与变数箱相连，经变速箱变速后有两个输出分别为输出1和输出2。输出机械原理课程设计说明书第8页1经V带传动把动力传递给容器，带动容器转动；输出2传递路线又分两部分，一部分经锥齿轮传递给四杆机构作搅拌运动，另一部分经V带传递给蜗杆蜗轮机构带动凸轮转动，凸轮控制着下料口的开与关。方案B：机构传动说明：动力由电动机提供，通过轴传给齿轮，再由减速器调节好速度输出后分成两部分，一部分传给齿轮机构带动容器运转，另一部分传给蜗轮蜗杆机构，带动凸轮所在的齿轮，由凸轮来控制下料开关，当不完全齿轮有齿部分啮合时，下料口关闭，带动曲柄摇杆机构运动进行搅拌。当不完全齿轮转到无齿部分时，下料口开启，进行喂料。飞轮作用：使机械运转均匀飞轮高速旋转，由于惯性作用可贮藏能量，也可放出能量，克服运动阻力，使发动机运转平稳。当超速运转时，它能把能量贮藏起来，使其缓慢提速，避免猛然高速运转，造成来不及操纵而失去控制；当低速运转时，它能把能量释放出来，使其慢慢降速，避免猛然低速导致停车。因此可使机械运转均匀，旋转平稳。机械原理课程设计说明书第9页不完全齿轮原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止。特点：不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。但是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合。九、机械运动方案评价我完成的是方案B序号评价项目详细分析评价分数方案A方案B方案A方案B1功能目标完成情况两个方案都能实现机构所要完成的功能882工作原理的先进性较先进先进783系统的工作效率完成一次搅拌的周期较短完成一次搅拌的周期较方案A多874系统机械传动的精度该方案传到容器的动力与传到控制下料口的动力在变速箱里就分开，且搅拌不受喂料口的开关限制，不会产生间歇性，故传动精度较精确该方案动力由变速箱输出后才分到容器和凸轮及四杆机构，且工作时四杆机构的运动受喂料口的开关限制，四杆机构要等料装好后才开始搅拌，开始搅拌的几秒会产生工作阻力，所以传动时可能会不太精确875系统的复杂程度较复杂一般786系统方案一样77机械原理课程设计说明书第10页