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1、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： 2018 年 12 月 20 日天津理工大学机械工程学院精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 27 页- 1 - / 27 目录一 设计题目1.1 设计目的2 1.2 设计题目2 1.3 设计条件及设计要求3 1.4 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4 2.2 方案选择与分析4 2.3 执行机构设计19 2.4 执行机构运动分析21
2、2.5 机械系统方案设计运动简图25 2.6 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28 3.2 电动机的选择29 3.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配30 3.4 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 六附件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 27 页- 2 - / 27 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案环节。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
3、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
4、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 M (N m 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
5、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 2 X 2 X 2 X 2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
6、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，考虑功能参数作直线左右往复运动的一系列运动方案。. . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 27 页- 6 - / 27 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 27 页- 7 - / 27 . 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
7、加压时间一级传动角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注： 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。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。评价工程应因机构功能不同而有所不同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 27
8、 页- 8 - / 27 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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 27 页- 9 - / 27 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 27 页- 10 - / 27 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
9、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一级传动角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满足无较短较小- 一般一般高简单易低小满足无较短小- 较平稳剧烈较高较复杂易一般小满足无长较小- 有冲击剧烈较高较复杂较难较高大注： 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。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。评价工程应因机构功能不同而有所不同。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
10、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 27 页- 11 - / 27 通过对上述方案
11、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 27 页- 12 - / 27 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 27 页- 13 - / 27 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
12、统工程评价法进行分析论证，列出下列表格，表 3. 总体方案定性分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 27 页- 14 - / 27 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
13、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 : 齿轮齿条撞板上下冲压机构。 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；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 27 页- 15 - / 27 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 -解读法曲柄导杆机构的设计 -解读法和实验法四杆机构的设计 -实验法精选学习
14、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 27 页- 16 - / 27 用解读法设计分解图中的机构：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 用解读法和实验法设计分解图中的机构：由图中条件设置图的初始参数，图中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
15、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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 27 页- 17 - / 27 用实验法设计分解图I 中的
16、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.对机构中的曲柄滑块进行分析示意图 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -
17、第 18 页，共 27 页- 18 - / 27 原始数据位移曲线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 27 页- 19 - / 27 速度曲线加速度曲线2.5 机械系统运动方案简图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 27 页- 20 - / 27 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、
18、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。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 27 页- 21 - / 27 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，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动
19、力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为：原动机传动系统 ( 装置工作机 ：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有超载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜
20、齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“ V带传动 +二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始资料：已知工作机 执行机构原动件）主轴：转速：nW=30 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 27 页- 22 - / 27 3.2 电动机的选择1）选择电动机类型按已知工作要求和条件选用Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2）选择电动机容量a工作轴输出功率： PW=M/1000 (KW =nW /30=30/30=3.
21、14159 (rad/s PW=M/1000=520*3.14159/1000=1.634 KW 注：工作轴 执行机构原动件轴。b所需电动机的功率： Pd= PW /a a-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联查表可得：对于 V带传动 : 带 =0.96 对于 8 级精度的一般齿轮传动： 齿轮=0.97 对于一对滚动轴承： 轴承 =0.99对于弹性联轴器： 联轴器=0.99 则a =带轴承3齿轮2联=0.960.9930.9720.99 = 0.868 Pd= PW /a=3.29867/0.868=1.88KW 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，最后
22、选定电动机的型号为Y100L14。Y100L14 电动机资料如下 : 额定功率： 2.2 Kw 满载转速： n满=1420 r/min 同步转速： 1500 r/min 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 27 页- 23 - / 27 3.3 传动装置的总传动比和各级传动比分配1传动装置的总传动比i总= n满/ nW =1420/30=47.33 2分配各级传动比减速器的总传动比为i减=i总/2.8=47.33/2.8=16.90 又 i减= igid = 1.3i2d =16.90 id =3.60ig=1.3id=1
23、.33.63=4.70注：ig=1.3idig -高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；3.4 传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速：电机轴： n电= 1420 r/min轴 n= n电/i带=1420/2.8=507.14r/min 轴 n= n/ ig=507.14/4.70=107.90 r/min 轴 n=n/ id =107.90/3.60= 29.97 r/min 计算各轴的输入和输出功率：轴：输入功率 P= Pd带=1.880.96=1.805 kw 输出功率 P= 1.805轴承=1.8050.99=1.787 kw 轴：输入功率 P=1.787齿轮=1.7870.9
24、7=1.733 kw 输出功率 P= 1.733轴承=1.7330.99=1.716 kw 轴输入功率 P=1.716齿轮=1.7160.97=1.665 kw 输出功率 P= 1.665轴承=1.6650.99=1.648 kw 计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551061.88/1420=1.26104 Nmm 轴：输入转矩 T=9.55106P / n=9.551061.805/507.14=3.40 104 Nmm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 27 页- 2
25、4 - / 27 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551061.787/507.14=3.37 104 Nmm 轴：输入转矩 T=9.55106P / n=9.551061.733/107.90=1.53105 Nmm 输出转矩T=9.55106P / n=9.551061.716/107.90=1.52105 Nmm 轴输入转矩 T=9.55106P / n=9.551061.665/29.97=5.31 105 Nmm 输出转矩T=9.55106P / n=9.551061.648/29.97=5.25 105 Nmm 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率 p/
26、kw 转矩 T ( N mm 转速n/r min-1传动比 i 效率 输入输出输入输出电机轴1.881.2610414202.80.95 轴1.8051.7873.401043.37104507.144.700.96 轴1.733 1.7161.26105303.7103107.903.600.96 轴1.6651.6485.30105106010329.97四、设计小结这次课程设计，我拿到的题目是麦秸打包机。其实麦秸打包机的两种运动就是运用机械原理课上所学过的各种机构来实现的。针对这次的设计任务所出的题目定制计划，我首先借阅书籍搜集资料，通过资料启发灵感并设计方案，并通过筛选和优化确定最终方
27、案和最终方案的参数。然后为最终方案的运动分析设计程序，并进行程序的开发和方案的运动分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 27 页- 25 - / 27 析，接下来对方案进行实体造型仿真，将仿真结果以动画形式输出，最后整理资料编写设计说明书，完成设计任务在这次设计任务中，我确实遇到了许多自己无法解决的问题，不过通过书籍，互联网和老师的帮助，所有问题得以解决，最终保证了这次设计任务顺利进行。在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑
28、中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。通过这次设计任务，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高，可以说这次的设计就像是一面镜子，照出了我的不足之处。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。在为课程设计写说明书时，为了让说明书内容更充实，使自己的书面语言更趋向于专业化，我们组到图书馆去借了相关的书籍来翻阅。在查找
29、数据、阅读数据的同时，我还知道了更多以前课本上没有学到过的知识，例如，对多杆机构，凸轮机构的解读法等等。几周机械原理设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性，那就是通过实践将所学知识掌握牢固，并学以致用达到对知识的融会贯通。通过这次课程设计，我既体会到了艰辛有体会到了喜悦。此次课程设计使我有了很大的收获，锻炼了我解决实际问题的能力，使我学会了勇于创新，扩展思路的解决问题的方法，还加强了和同学之间的团队协作精神。每个人都会遇到不同的困难，而对一个又一个的困难大家一起努力共同克服。最终有了今天的成绩，令我们每一个人欣慰。同时，增进了同学间的友谊。总之，我要
30、更加努力学习，增加知识储备扩展思路，在以后的学习中珍惜精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 27 页- 26 - / 27 类似机会，争取一次比一次进步！五、参考 文献1 申永胜 . 机械原理教程 . 北京：清华大学出版社 .1999 2 郑文纬，吴克坚主编 . 机械原理 第七版） . 北京：高等教育出版社，1997 3 邹惠君 . 机构系统设计 . 上海：上海科学技术出版社，1996 4 王三民 . 机械原理与设计课程设计 . 北京：机械工业出版社 .2004 5 孟宪源主编 . 现代机构手册 . 北京：机械工业出版社，
31、1994 6 严家杰着 . 基本机构分析与综合 . 上海：复旦大学出版社，1989 7 华大年，唐之伟主编 . 机构分析与设计 . 北京：纺织工业出版社，1985 8 华大年，华志宏，吕静平. 连杆机构设计 . 上海：上海科学技术出版社，1995 9 刘政昆 . 间歇运动机构 . 大连：大连理工大学出版社，1991 10 邹慧君等编译 . 凸轮机构的现代设计 . 上海：上海交通大学出版社，1991 11 邹慧君 . 机械运动方案设计手册 . 上海交通大学出版社12 王玉新主编，机构创新设计方法学，天津：天津大学出版社，1996年。13 罗洪量主编，机械原理课程设计指导书第二版），北京：高等教育出版社， 1986年。14 飞思科技， JSP 应用开发详解第二版），电子工业出版社，2002年。15 李翔鹏， Pro/E 高级实例 , 中国铁道出版社， 2005 年。16 张忠秀，机械原理课程设计，机械工业出版社，2003年。17 王隆太，机械 CAD/CAM 技术，机械工业出版社，2004年。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 27 页