自动喂料搅拌机设计.docx

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自动喂料搅拌机设计

XXX学院

课程设计成果说明书

题目：

自动喂料搅拌机设计

学生姓名：

xxx

学号：

081309137

学院：

xxxx学院

班级：

C08机械

（1）

指导教师：

同组者：

2010年6月18日

目录

设计任务书……………………………………………03

第一章、机器运动系统简图…………………………04

1.1绘制运动简图…………………………………………04

第二章、机器运动循环图……………………………05

2.1运动循环图………………………………………05

第三章、机构传动方案的设计………………………06

3.1设计传动方案……………………………………………06

第四章、机构尺寸设计………………………………07

4.1设计搅拌机构的尺寸……………………………………07

4.2设计喂料机构的尺寸……………………………………07

第五章、连杆机构的运动及动态静力分析…………08

5.1连杆机构的运动分析……………………………………08

5.2连杆机构的动态静力分析………………………………11

第六章、飞轮转动惯量的确定………………………15

6.1确定转动惯量……………………………………………15

第七章、机械运动方案评价……………………………16

7.1方案评价表………………………………………………16

结束语…………………………………………………17

参考文献………………………………………………17

设计任务书

1．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10.3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）。

（4）对平面连杆机构进行运动分析，求出机构从动件在点E的位移（轨迹）、速度、加速度；求机构的角位移、角速度、角加速度；绘制机构运动线图。

（5）对连杆机构进行动态静力分析。

曲柄1的质量与转动惯量略去个计，平面连杆机构从动件2、3的质量

、

及其转动惯量

、

以及阻力曲线Q参见表10.4。

根据

、

和拌勺工作深度h绘制阻力线图，拌勺所受阻力方向始终与点E速度力向相反。

根据各构件重心的加速度以及各构件用加速度确定各构件惯性力

和惯性力偶矩

，将其合成为一力，求出该力至重心距离

将所得结果列表。

求出各位置的机构阻力、各运动副反作用力、平衡力矩，将计算结果列表。

（6）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10.4）

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

为常数。

绘制

（全循环等效阻力矩曲线）、

（全循环等效驱动力矩曲线）、

（全循环动能增量曲线）等曲线。

求飞轮转动惯量

。

（7）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。

（8）设计实现缓慢整周回转的齿轮机构（或蜗轮蜗杆机构）。

（9）编写设计计算说明书。

（10）学生对进一步完成：

凸轮的数控加工、机器的计算机动态演示验证等。

3．设计提示

（1）此题包含较丰富的机构设计与分析内容，如平面连杆机构实现运动轨迹的设计、平面连杆机构的运动分析与动态静力分析、飞轮转动惯量确定，以及齿轮机构设计、凸轮机构设计等。

由于题量较大，教师可根据情况确定全部或部分完成该题的设计任务，也可以由一组学生完成全题。

（2）可使固联在铰链四杆机构连杆上的某点作为拌勺的点E，实现预期的搅料轨迹。

由于点E轨迹仅要求实现8点坐标，可以用多种方法设计该平面连杆机构。

第一章、机器运动系统简图

第二章、机器运动循环图

方案A

喂料口

开启40s

关闭60s

搅拌勺

不搅拌

搅拌

容器

匀速转动

φ

144°

216°

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

φ

158°

202°

第三章、、传动方案设计

方案A，已知电动机转速为1440r/min，容器转速70r/min，由计算可知，处于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.6r/min，最高传动比达2400，故可以设计如下：

从电动机输出，经二级减速器减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮及不完全齿轮达到要求的转速。

具体计算如下：

选择传动比为24的二级减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；

要求的容器转速为70r/min，齿轮的传动比应为60/70=7/6；

蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为60/0.6=100；

搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动比应为0.6/10=0.06。

方案B，已知电动机转速为1440r/min，容器转速65r/min，由计算可知，处于同一轴上的凸轮及不完全齿轮的转速为0.56r/min，最高传动比达2570，故可以设计如下：

从电动机输出，经二级减速器减速输出，通过一对具有一定传动比的齿轮的啮合传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；同时，从减速器输出的传动轴带动蜗杆，通过具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动，传递给蜗轮，从而使与蜗轮同轴运动的凸轮及不完全齿轮达到要求的转速。

具体计算如下：

选择传动比为24的二级减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；

要求的容器转速为65r/min，齿轮的传动比应为60/65=13/12；

蜗杆与减速器输出相连，转速为60r/min，蜗轮转速为0.56r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为60/0.56=107；

搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，故不完全齿轮与曲柄所在齿轮的传动比应为0.56/10=0.056。

第四章、、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：

E点的轨迹方程为：

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。

方案A：

假定曲柄长度Lab为240mm，已知Lad=640mm，代入方案A的数据可得出其余两个杆长分别为Lbc=570mm、Lcd=400mm。

方案B：

假定曲柄长度Lab为240mm，已知Lad=640mm，代入方案B的数据可得出其余两个杆长分别为Lbc=563mm、Lcd=404mm。

2、实现喂料动作的凸轮机构的设计

在此动作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，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，对于方案A，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。

对于方案B，其远休止角为202度。

根据机构的整体尺寸设定凸轮的基圆半径为515mm，为尽量减小压力角而设定凸轮的偏心距为257mm。

第五章、、连杆机构的运动及动态静力分析

四杆机构的运动及动态静力分析可采用C语言编程和ProE绘图软件完成、以及图解法等方法完成，本方案使用ProE绘图软件对机构进行运动分析，用图解法对机构进行动态静力分析。

其分析结果如下所示：

1、连杆机构的运动分析：

利用ProE绘图软件可得到机构的轨迹曲线、（位移—时间曲线）、（速度—时间曲线）、（加速度—时间曲线）分别如下所示：

方案A

方案B：

2、连杆机构的动态静力分析：

已知：

各构件的重量m对重心轴的转动惯量，阻力线图

阻力线图（斜率为3.75N/m）

方案A

（1）确定各机构的惯性力和惯性力偶矩：

作用在连杆BC上的惯性力偶矩：

PI3=m3×aS3=G3/g×as3=1086N方向与as3相反

MI3=JS3×αCB==173.16Nm

h3=（MI3/PI3）=159.46mm

作用在连杆AB上的惯性力和惯性力偶矩为

PI4=m4×as4=178.4N方向与as4相反

MI4=JS4×αCD=13.2Nm

h4=（MI4/PI4）=74.0mm

（2）以BC杆为研究对象，受力如下图：

ΣM（c）=0

即Rt23×LBC-G3×h'3+PI3×h'4-Q×LcE=0

求得Rt23=2700.53N

（3）以CD杆为研究对象：

受力如下图：

ΣM（c）=0

即G4×h5+Pi4×（Lcd/2-h4）+Rt14×Lcd=0

求得Rt14=63.40N（方向与假设相反）

（4）根据构件3，4杆组平衡，作用在其上所有的外力的矢量和等于0，ΣF=0，

得：

Rt23+Rn23+PI3+G3+Q+PI4+Rt14+Rn14=0

式子中只有Rn14，Rn23的大小未知，故可作力矢量多边形，比例尺μF，力的多边形如下图所示：

根据以上各步骤和力多边形及力比例尺确定Rn23，Rn14：

Rn23=2410.61NRn14=2728.73N

所以可得3杆给2杆的力由

2=

2+

2

得Fr32=3619.93N方向如图所示

（5）对AB杆列力平衡方程，得：

Fr12=Fr32=3619.93N方向与Fr32方向相反

设在曲柄上加的平衡力偶矩为Mb,则

Mb=Fr32×h12=3619.93×0.192=695.03Nm，方向如下图

方案B

同理可得

（1）作用在连杆BC上的惯性力偶矩：

PI3=m3×aS3=G3/g×as3=1254N方向与as3相反

MI3=JS3×αCB==189.12Nm

作用在连杆AB上的惯性力和惯性力偶矩为

PI4=m4×as4=216.8N方向与as4相反

MI4=JS4×αCD=14.7Nm

（2）以BC杆为研究对象

求得Rt23=2846.85N

（3）以CD杆为研究对象

求得Rt14=67.44N（方向与假设相反）

（4）求得Fr32=3687.45N

（5）对AB杆列力平衡方程，得：

Fr12=Fr32=3687.45N方向与Fr32方向相反

设在曲柄上加的平衡力偶矩为Mb,则

Mb=Fr32×h12=3687.45×0.192=707.99Nm方向如下图

第六章、、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

（全循环等效阻力矩曲线）、

（全循环等效驱动力矩曲线）、

（全循环动能增量曲线）曲线如下所示：

方案A

由图可知，ΔWmax为阴影部分的面积，经过计算可得ΔWmax=3247J，由公式ΔWmax=（J+Jf）wm2δ,可以求得飞轮转动惯量为1.59kg/m2。

方案B

同理，由图可知，ΔWmax为阴影部分的面积，经过计算可得ΔWmax=3384J，由公式ΔWmax=（J+Jf）wm2δ,可以求得飞轮转动惯量为1.66kg/m2

第七章、机械运动方案评价

序号

评价项目

评价等级

评价分数

1

功能目标完成情况

很好

好

较好

不太好

不好

A

B

8

8

2

工作原理的先进性

先进

较先进

一般

低

5

5

3

系统的工作效率

高

较高

一般

低

8

6

4

系统机械传动的精度

高

较高

一般

低

6

5

5

系统的复杂程度

简单

较复杂

复杂

6

6

6

系统方案的使用性

使用

一般

不使用

6

6

7

系统方案的可靠性

可靠

较可靠

一般

不可靠

6

6

8

系统方案的新颖性

新颖

较新颖

不新颖

5

5

9

系统方案的经济成本

低

较低

高

较高

7

5

10

系统方案的环保问题

好

较好

不好

6

6

评价分数累计

63

58

根据以上两运动方案评价表，可看出方案A要优与B方案一点.

结束语

通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

也通过设计使自己对机械进一步的了解，掌握了更多的知识。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团队协作的精神。

在课程设计中一个人的力量是远远不够的，必须要于同伴合作。

最后，非常感谢老师的关心指导和其他同学的协作！

参考文献

[1]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.重庆:

重庆大学出版社,2001

[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编.机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化.北京：

机械工业出版社.1982

[3]王知行,刘延荣.机械原理.北京:

高等教育出版社,2000

[4]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）.北京：

高等教育出版社.1993

[5]陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：

浙江大学出版社.1995