机械设计专业课程设计论文

重庆理工大学2010级机械设计方向专业课程设计设计题目：手电两式农用风车设计指导老师：张晋西姓名：李登海专业：机械设计制造及其自动化学号：11004020312学院：机械工程学院电话：[phone]中国重庆2014年1月前言专业课程设计是机械类专业的一个重要的实践性教学环节。其主要目的是：巩固和加深对机械设计基础知识的理解，学习和掌握机械设计的基本方法和步骤，提高学生综合运用知识解决设计问题的能力，为从事专业技术工作打下必要的基础。老师本次为我们下达的设计题目大方向为农用机械的设计，小方向即可自行选择，这不仅有利于老师对学生的考察，还有利于设计者的个性发展，更有利于设计者充分发挥创造力，设计出具有新颖性、创造性和实用性的机构或机械装置。农业机械研制成功与否取决于生产实践，对将要设计的机械或其类似的机械实物有过操作和接触对新的设计有很大的帮助。我将本次设计的题目定为风车的设计是基于我对传统农用风车有深刻的印象，借此机会在传统风车的基础上做出适当的改进，一种优秀的发明多是在实践中不断改进的，由于时间和能力的局限性，此次的风车设计主要倾向于其物流和美观的优点。农业机械使用者是农民，农产品价格低廉，所以在设计的整个过程中都应注重机器的成本，在满足工作要求前提下，尽可能简化机构。在电子商务飞速发展的今天，人们对于产品外观和物流速度都有较高的要求，因而考虑到运输方便、安全，产品吸引消费者眼球是非常重要的。本次设计会对机械各主要部件作简要说明，借助soliworks三维软件对各部件造型并进行仿真分析。对重要部分截图并加以阐述，让读者轻松地领会到设计者的意图，以达到互动的效果。目录第1章风车原理与设计方案筛选.....................................11.1传统风车和扬场机的原理.....................................11.2风车设计方案筛选...........................................2第2章风车相关参数确定...........................................42.1风车主体尺寸确定...........................................42.2动力部分参数确定...........................................52.3标准件的选用...............................................8第3章风车各部件设计及造型.......................................93.1主箱体设计.................................................93.2支撑脚设计.................................................103.3料斗设计...................................................113.4其他部件设计...............................................12第4章风车装配及仿真分析.........................................174.1风车装配...................................................174.2风车运动及仿真分析.........................................214.3风车零部件仿真分析.........................................24第5章风车附加说明...............................................26第6章心得体会...................................................27参考文献...........................................................28-1-第1章风车原理与设计方案筛选1.1传统风车和扬场机的原理风车是农民过去用过的一种较复杂、较精致的农具，是上世纪以前农村整理谷物的主要装置。不同地方对其称呼也不同，其外形也大同小异。随着社会的进步，很多传统农具逐步被取代，对传统农用风车有必要说明一下。其外形一般为图1-1所示，谷物等颗粒农作物植株从上脱离后往往是饱满的、半饱满的、秕谷以及茅草都混合在一起；在粮食入仓之前需要用到风车对其进行分离。在稻谷通过碾米机碾成米后，有时候米粒、碎米、糠皮混在一起，要得到饱满的米粒也需要用到风车。图1-1风车实物图图1-2风车剖面简图风车工作时的剖面图如图1-2所示。扇动风叶，打开谷物漏斗，谷物从谷物漏斗漏下后受到风的吹动，轻的秕谷就从左边出口飘出，重的饱满谷粒直接落下，从而达到分离的目的，这样离扇叶最近的是饱满的谷粒，中间的是半饱满的，远处是秕谷和茅草，越轻的飘得越远。部分地区使用了一种叫扬场机的分离装置，扬场机的原理图如图1-3所示，谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速转动的轮W和皮带P的带动下被抛出。因为抛出的速度相同，所以质量大的动能大，克服空气阻力运动的距离就远；质量小的运动的距离也小，这就好比人以同样的方式扔石块和鹅毛，石块扔得远，而鹅毛扔得近。从而达到了分离的目的，近(A)处是糠皮，中间（B）处是谷物，远（C）处是碎石，越重的就甩得越远。从使用上看，风车靠手工转动，转动不宜太快，太快，饱满的就会跑到半饱满谷粒出口；也不宜太慢，太慢，秕谷就不能充分分离。扬场机靠机器带动，轮-2-W转得越快，分离效果越好。图1-3扬场机工作原理1.2风车设计方案筛选在着手设计手电两式风车前应综合多方面因素进行考虑，对多种方案加以比较，分析各自的优缺点，选定最为合理的进行设计。在西部部分农村及小型加工厂，任可发现传统手摇风车的身影。然而，可以大批量生产旧时木风车的加工厂寥寥无几，市场上对风车却有一定的需求。农村离工业园区相对较远，风车体积过大，无疑会大幅增加运输成本及损坏的风险。所以，本次我会着重考虑物流方面的因素，尽量减小风车的体积。网上购物也已日渐流行，对于产品的外观及包装是买家和卖家的共同追求。本次在设计的过程中我也充分考虑了这方面的因素。方案一如图1-4所示，风车为一体式设计，风车的四个支撑脚（1）与主箱体（2）焊接在一起，料斗（3）与主箱体也是焊接在一起的，在传动方式上面采用的是链传动，在图中（4）处，该处有一把手，为手摇装置。其优点在于：料斗加大，方便一次性加入更多的粮食；在手摇传动装置上采用链传动，同自行车的链轮一样，摇一下可以转动更久，更省力，更耐用。缺点在于：风车不可拆卸，体积较大，物流不便；链轮处需要经常打油维护，摇过快容易卡住。综合比较，该方案与设计初图1-4设计方案一衷不符，放弃该方案。1）支撑脚2）主箱体3）料斗4)链传动-3-方案二如图1-5所示，该方案和方案一相比，在外观上有明显的不同。四个支撑脚（1)与主箱体用螺栓（4）相连，为可拆卸式设计；（2）、（3）两个出料口均为前置，和传统的一前一后布置不同；在料斗(6)处和方案一也不同，没有用加强杆件支撑，也为可拆卸式设计；在手摇传动装置5处采用带传动。其优点在于：主体采用可拆卸式设计，在运输方面有很大的优势；在手摇传动装置处采用带传动，价格较链传动便宜，对于不常手摇的消费者来说更实惠，不会生锈，无需维护保养。缺点在于：将两个出料口（2）和（3）均前置，不利于大器具（如农村习惯性用箩筐来接料）接料；两出料口上方的两个旋钮设计的作用为可调图1-5设计方案二节挡风量，在实际1）支撑脚2）出料口3）出料口4）螺栓5）带传动6）料斗运用中，该设计无多大用处。综合来看，方案二在物流和美观上都较方案一有很大的优势。可以参考方案二做适当改动，以设计出满足要求的风车。方案三的构思如图1-6所示，参照方案二，将风车设计为可拆卸式的结构，沿袭传统风车出料口（2）、（3）的设计，手摇传动装置设计为带传动。去掉方案二中提到的两个挡风量旋钮。调节阀（5）调节粮食量下落的大小，料斗7有一部分是下沉的，可以自由拆卸和安装，且无需焊接及螺丝装配，对产品外观进行优化设计。方案三的总体优点显示出了运输方便，外形美观；具体优缺点将在后面的章节进行详细说明。-4-图1-6设计方案三1）支撑脚2）后出料口3）前出料口4）螺栓5）调节阀6）带轮7）料斗第2章风车相关参数确定2.1风车主体尺寸确定风车外形不宜太小，太小，一次性加工的粮食就少；太大，在美观和运输方面都有影响。参照市面上已有的产品，将风车的长宽高的尺寸初步定为l×b×h＝1120mm×500mm×1150mm；。在三个方向的尺寸确定以后，其他零部件都应以这几个数据位基准，反复修正，以达到各零部件能正确装配。前出料口（图1-6中的3）宽为160mm；后出料口（图1-6中的2）宽为110mm；风鼓（即图1-6中圆形部分）直径d＝500mm；料斗（图1-6中的7）在未装配的情况下，其纵向尺寸h＝350mm，横向尺寸l＝900mm，宽度方向尺寸为b＝646mm。风车等薄壁零件在实际加工过程中采用方便快捷的成型方法，冲压成型，其厚度为2mm；风车支撑脚（图1-6中的1）内部为空心，其厚度为5mm，水平方向截面为30mm×30mm的正方形。整个风车的尺寸较多，更多的详细尺寸介绍将在第三章零件造型时重点介绍，那样会更直观。-5-2.2动力部分参数确定整个动力部分可以比作风车的内脏，主要由图2-1中所示零部件组成。电机1与电机轴3为一体式设计，由于在工作状态下，电机轴承受的载荷仅集中在电机轴中间部分，且载荷不大，所以这里设计为靠电机直接驱动，不添加联轴器和齿轮等传动装置。连接杆2和扇叶5在建模时是分开建模的，实际上它们之间是焊接在一起的，再通过螺栓和销将其和电机轴连接在一起。4为轴承，电机轴在高速旋转状态下，一端是和电机在一起，另一端需添加轴承来确保其正常工作。图中6，7，8分别为小带轮，皮带，大带轮这部分为手摇装置的构件，6用键和3相连，在用手转动8时通过皮带带动6，6再带动3。图2-1风车动力部分1）电机2）连接杆3）电机轴4）轴承5）扇叶6）小带轮）7)皮带8）大带轮（一）电机参数确定了解了风车动力部分的运动关系后，下面将对其具体尺寸进行阐述。首先应选定电机，根据常用风选机输出的需要，确定电动风车的转速为360r/min。电动机是把电能转化为机械能的动力装置，必须根据电源种类，工作条件，载荷大小和性质变化，启动性能，制动以及正反转的频率程度等条件来确定。在各种系列的三相异步交流电动机中，我们选择Y系列三相异步交流电动机，Y系列结构简单，工作可靠，价格低廉，维修方便，适合于经常启动，制动和正反转的机械。我们在无任何特殊条件要求时，均采用三相异步电动机，并以三相异步交流-6-电动机应用最为广泛。此系列电动机为封闭式三相异步电动机,能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电机内部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。当然其最主要好处是耐用。电机有关数据：额定电压220V,最大转速1110r/min，噪音48分贝，电机轴径φ12m。（二）扇叶参数确定在本次设计时，将扇叶的形状简化为等腰梯形，扇叶在转动时，不能和风鼓和电机接触，其尺寸受到限制，其纵向剖面尺寸如图2-2所示。图2-2扇叶尺寸连接杆的尺寸如图2-3所示。图2-3连接杆从图2-2和图2-3中可分别看到标准为20的尺寸处有一小圆，这就是两个零件的焊点，在这里将它们焊接起来。最后，扇叶到电机轴中心的距离就确定了，为R＝220mm。（三）带传动参数确定带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，-7-