加热炉推料机的执行机构综合2

机械原理设计二〇一〇年十二月1目录一、设计题目简介.........................................................................................................................................2二、设计参数与要求.....................................................................................................................................2三、设计任务.................................................................................................................................................3四、设计过程说明.........................................................................................................................................31．设计前期分析...........................................................................................................................................32.计算过程及相关结果..................................................................................................................................3I.设计任务1...................................................................................................................................................3II.设计任务2..................................................................................................................................................4III.设计任务3.................................................................................................................................................6IV.设计任务4.................................................................................................................................................7V.设计任务5..................................................................................................................................................7VI．设计任务6............................................................................................................................................10五.设计感悟..................................................................................................................................................11参考文献.......................................................................................................................................................122一、设计题目简介图示为加热炉推料机结构总图与机构运动示意图。该机器用于向热处理加热炉内送料。推料机由电动机驱动，通过传动装置使推料机的执行构件（滑块）5做往复移动，将物料7送入加热炉内。设计该推料机的执行机构和传动装置。加热炉推料机结构总图与机构运动示意图二、设计参数与要求加热炉推料机设计参数如表所示。该机器在室内工作，要求冲击振动小。原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差4%；使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时。表6－8加热炉推料机设计参数滑块运动行程H(mm)210滑块运动频率n(次/min)30滑块工作行程最大压力角30机构行程速比系数K1.4构件DC长度(mm)1140构件CE长度(mm)160滑块工作行程所受阻力(含摩擦阻力)(N)450滑块空回行程所受阻力（含摩擦阻力）Fr1(N)1003三、设计任务1.针对图所示的加热炉推料机传动方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；2.假设曲柄AB等速转动，画出滑块F的位移和速度的变化规律曲线；3.在工作行程中，滑块F所受的阻力为常数Fr1，在空回行程中，滑块F所受的阻力为常数Fr2；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4.取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6.图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。四、设计过程说明1．设计前期分析根据设计要求，通过蜗轮蜗杆的运动转化，电动机带动机构运转，主要的设计部分在于执行机构，因此简化出来的执行机构为四杆机构（电动机、蜗轮蜗杆的传动关系在此处不予讨论）。在运动方案的选择上，由于执行机构作用时，曲柄AB有两次与连杆BC共线，故可判断出这两个时刻，滑块也处于运动的极限位置。通过这些可以选择对称机构，即摇杆DCE摆动的极限位置是关于通过D点的垂线对称配置的。下面就以此为基础来计算执行机构的尺寸参数。2.计算过程及相关结果I.设计任务1由机构行程速比系数K可以求得极位夹角1K1K1803018014.114.1极位夹角是指当A、B、C三点处于同一条直线时（有两种状态），两种状态下两条直线间所夹的锐角。与极位夹角相对应的是摇杆DC的摆角（为给定值或者其它条件的4约束值）。以A、O水平连线为x轴负向，A为原点建立平面坐标轴，设定在两种状态下，DE1与DE2相对于垂直面对称，此时E1E2的距离即为滑块的运动行程210mm，由余弦定理可以确定摆角，又知DC杆长，故得C1C2的长度；滑块所处的高度是不定的，此高度决定了EF杆的长度，设定EF杆长度为200mm根据以上数据可绘制出机构运动简图如下II.设计任务2根据以上分析，定义R=DC=1140;R1=AB;R2=BC;R3=EC=160;R4=EF=200;a为曲柄连杆机构在第一个极限位置时与x轴正向的夹角，为摆杆的摆角值（两个极限位置之间的5夹角），列出相关方程：222)3(210)3(cosRRRR(1)cos))((2)()(121221221225RRRRRRRRR（2）据相似性得132394R5;取50R1（3）212sincosRRRa(4)D点坐标（55,yx）：)(sin2cos;2002155RRaRyx（5）设任意时刻t后，转角增加wt(w为角速度)B点坐标：)cos(11wtaRx;)sin(11wtaRy(6)C点坐标(22,yx)：225225222212212)()(;)()(RyyxxRyyxx(7)E点坐标（33,yx）：2332332cos;2sinyRyxRx(8)F点坐标（44,yx）：1002cos)(;)()(3424234234RRyRyyxx（9）滑块运动周期60302602nT将以上各式使用MATLAB求解得到4x关于t的函数后，作出位移关于时间t的变化曲线0123456-200-150-100-50050100位移变化曲线6将位移关于时间t的函数求导后作出速度的变化规律曲线如下（3个周期）0123456-200-150-100-50050100150200250300速度变化曲线III.设计任务3在不计各处摩擦、其它构件重力和惯性力的条件下，该机构的能量守恒，故采用能量法解决。工作行程HFMr111；（10）其中，1M，分别2M为工作行程和空回行程曲柄所需的驱动力矩；1分别，2为工作行程和空回行程曲柄转过的角度；行分别是工作行程和空回和21rrFF程滑块F所受的阻力，H是滑块的运动行程。空回行程HFMr222(11)代入相关数值后求得滑块工作行程的驱动力矩mNM78.251滑块空回行程的驱动力矩mNM02.827IV.设计任务4行程曲柄的动量矩，分别是工作行程和空回和21LL则工作行程6706701108.3078.25dtdtMLsmN空回行程2672672268.602.8smNdtdtML又由JwL，而角速度6060602nw故可以确定工作行程所需的飞轮转动惯量21157.908.30mKgwLJ；空回行程所需的飞轮转动惯量22213.268.6mKgwLJ此时可以确定应该加于曲柄轴上的飞轮转动惯量为257.9mKgV.设计任务5使用solidworks对执行机构进行运动仿真，得到执行机构的三维图像如下：图1.全局图8图2.局部放大图并由此得到滑块（输出构件）位移、速度、加速度线图如下：0.000.801.602.403.204.004.805.606.407.208.00时间(se-13979118158平动位移-Z图3.滑块的位移-时间图90.000.801.602.403.204.004.805.606.407.208.00时间(se-296-168-3989217质心速度-Z(mm/图4.滑块的速度-时间图0.000.801.602.403.204.004.805.606.407.208.00时间(se-858-41037484931质心加速度-Z(mm/se图5.滑块的加速度-时间图10VI．设计任务6根据上述计算过程及结果可以确定的最终方案的机构运动简图如下(各构件的运动尺寸及位置尺寸也已标注在图中）图6.最终方案的执行机构简图（参数已标注）11五.设计感悟12参考文献[2]精通MATLAB神经网络/朱凯，王正林编著.北京：电子工业出版社，2010.1[3]solidworks基础教程2009版/(美)solidworks公司著；杭州