麦秸打包机机构设计计算说明书-赵鹏

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：赵鹏学号：20080037专业班级：08机械1班指导教师：王燕完成日期：2010年12月20日天津理工大学机械工程学院-1-目录一设计题目1.1设计目的…………………………………………………………21.2设计题目…………………………………………………………21.3设计条件及设计要求……………………………………………31.4设计任务…………………………………………………………3二执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解………………………………………42.2方案选择与分析…………………………………………………42.3执行机构设计……………………………………………………192.4执行机构运动分析………………………………………………212.5机械系统方案设计运动简图……………………………………252.6执行机构零件示例及仿真………………………………………25三传动系统方案设计3.1传动方案设计……………………………………………………283.2电动机的选择……………………………………………………293.3传动装置的总传动比和各级传动比分配………………………303.4传动装置的运动和动力参数计算………………………………31四设计小结……………………………………………………………32五参考文献……………………………………………………………34六附件-2-一设计题目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设计一个机构，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。-3-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，打包机机构的输入轴转矩为M。其余尺寸见下表：T(s)M(Nm)l1(mm)l2(mm)l3(mm)l4(mm)l5(mm)l6(mm)1.2520300400260820200600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）；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-4-二、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，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组合分类表滑块左右移动曲柄导杆机构曲柄滑块机构组合机构连杆机构撞板上下移动曲柄导杆机构曲柄滑块机构组合机构连杆机构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＝2X2X2X2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)滑块水平移动机构的方案选择滑块左右运动的主要运动要求：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-5-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。..-6-.-7-.表2.水平移动执行构件的机构运动方案定性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①一级传动角②二级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１满足无较短较小---一般一般高简单易低小2满足无长大---一般一般高较复杂较难一般大3满足无较短较小---一般一般高简单易低大4满足强短较大大一般一般高较复杂难一般小5满足较强短较大大一般一般高较复杂较难一般小-8-注：①加压时间是指在相同施压距离内，滑块向右移动所用的时间，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1的性显较差；方案2，3，4，5尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这七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-9--10-表3铅垂移动执行构件的机构运动方案定性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①一级传动角②二级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１满足无较短较小---一般一般高简单易低小２满足无较短小---较平稳剧烈较高较复杂易一般小３满足无长较小---有冲击剧烈较高较复杂较难较高大注：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。-11-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的性显较差；方案1，3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。-12--13-运动说明：主动齿轮转动，使得其它两个齿轮开始转动，而那两个齿轮分别和连杆组成类曲柄滑块机构，完成打包机所需的运动。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，表3.总体方案定性分析-14-性能指针方案1方案2方案3性能指针方案1方案2方案3运动性能运动规律平稳平稳急回经济性加工难度一般一般易运动速度及精度较高一般一般维护难度易较易较易工作性能工作效率高高一般能耗大小一般一般一般使用空间小较大较大使用寿命较长较长较长动力性能承载能力大大较大结构机构尺寸小大大传力性能大大较大机构重量重重轻震动与噪声较小较大较大复杂程度简单复杂一般经过分析，发现方案5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5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；-15-图11.机构运动循环图2．机构设计方法曲柄滑块机构的设计----------------解析法曲柄导杆机构的设计----------------解析法和实验法四杆机构的设计--------------------实验法-16-用解析法设计分解图Ⅲ中的机构：设AB=AC;为保证C点传力良好，设Q1的初始角度为50度，Q1角向上转过30度后C点应向右移动900mm，则ABC三点向X轴投影得：|2*AB*cos50°-2*AB*cos0°|=900解之得:AB=BC=1250(mm)用解析法和实验法设计分解图Ⅱ中的机构：由图Ⅲ中条件设置图Ⅱ的初始参数，图Ⅱ中Q1角的两极限位置分别为20°和70°在此机构中导杆上的滑块连接齿轮它会带动齿轮转40°，这里要求齿轮在转动过程中带动齿条移动650mm，则齿轮节圆半径R为：50/360*2*3.1416*R=650解之得:R=372.42(mm)为曲柄导杆机构的传力性良好在齿轮节圆范围内选取适当的滑块位置，作Q1极位夹角的角平分线，作滑块运动轨迹曲线，在极限位置作和滑块速度方向相垂直的线，此线和极位夹角的角平分线的夹角便是齿轮中心点所在的位置，确定位置后，通过测量得：齿轮中心点坐标为(496，230)L1的长度为300mm-17-用实验法设计分解图I中的机构：在极限位置，图I中Q1等于70°时，设曲柄AB长度为420mm，AD长度为1000mm，CD杆长度在设置时为了保证和滑块不发生干涉而且要保证良好的传力性，选取CD杆的长度为1300mm，作图连接四杆机构，通过测量得:连杆BC长度为:827mm其他参数设置：齿轮节圆半径=分度圆半径=372.42(mm)；基圆半径=390(mm)；模数=30；2.4执行机构运动分析分析方法：计算机辅助分析所用软件：计算机辅助分析设计程序（详细内容请看本说明书附件）1).对机构中的曲柄滑块进行分析示意图:-18-原始数据位移曲线-19-速度曲线加速度曲线2.5机械系统运动方案简图-20-图12.整体系统图三、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