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1、机械原理课程设计说明书设计题目：自动喂料搅拌机设计 姓名： _曾海连_学号：_11113030139_院系：_机械与材料工程学院_同组者：_指导教师：_胡云堂_2013年 月 日目录一、机器的工作原理及外形图1二、原始数据1三、设计要求2四、功能分解 3五、机构的选择 3六、运动循环图6七、传动方案设计6八、机构尺寸的设计71、实现搅料拌勺点E轨迹的机构的设计72、设计实现喂料动作的凸轮机构8九、飞轮转动惯量的确定10十、机器运动系统简图11十一、机械运动方案评价13十二、心得体会15参考文献16第 18 页自动喂料搅拌机方案设计（方案A）一、机器的工作原理及外形图设计用于化学工业与食品工业的
2、自动喂料搅拌机。物料的搅拌动作为：电动机通过减速装置带动容器绕垂直轴缓慢整周转动；同时，固连在容器内拌勺点E沿图【1】虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。物料的喂料动作为：物料呈粉状或粒状定时从漏斗中漏出，输料持续一段时间后漏斗自动关闭。喂料机的开启、关闭动作应与搅拌机同步。物料搅拌好以后的输出可不考虑。图【1】 喂料搅拌机外形及阻力线图二、原始数据工作时假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力呈线性变化，如图【1】示。表1.1为自动喂料搅拌机拌勺E的搅拌轨迹数据。表1.2为自动喂料搅拌机运动分析数据。表1.3为自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据。表1.1 拌勺E的搅拌轨迹
3、数据表位置号12345678方案B510487454380205842319215336867074864646720582表1.2 自动喂料搅拌机运动分析数据表方案号固定铰链A、D位置电动机转速/(r/min)容器转速/(r/min)每次搅拌时间/s物料装入容器时间/s/mm/mm/mm/mmB1725405120001440658050表1.3 自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据表方案号/N/Nm2/kgm3/kgJs2/()Js3/B22005500.05位于连杆2中点位于从动连架杆3中点125421.900.065三、设计要求（1）机器应包括齿轮（或蜗杆蜗轮）机构、连杆机构、
4、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1.2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;求出机构的角位移,角速度，角加速度，回执机构运动线图。（5）对连杆机构进行动态静力分析。曲柄1的指令与转动惯量不计，平面连杆机构从动件2,3的质量m2,m3及其转动惯量Js2,Js3以及阻力曲线FQ。根据各构件中心的加速度以及各构件角加速度确定各构件惯性力
5、与惯性力偶矩，将其合成为一力，求出该力至重心距离。（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1.3）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。四、功
6、能分解 1.电动机通过减速装置带动容器绕垂直轴缓慢整周转动；2.搅拌机构使固连在容器内拌勺点E沿图1.1虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动；3.平推机构控制下料口的下料的时间与开关。五、机构的选择功能执行构件工艺动作执行机构喂料摆杆间歇摆动摆动从动件盘形凸轮机构旋转回转轴回转运动蜗轮蜗杆机构搅拌拌勺回转运动曲柄摇杆机构机构的组合：1为蜗轮蜗杆减速机构 2为摆动从动件盘形凸轮机构（控制进料） 3为铰链四杆机构 4为连接四杆机构与凸轮机构的轮系 5为机构组合图（其中四杆机构与凸轮机构之间有轮系连接如图4所示）六、运动循环图方案B：喂料口开启40s关闭60s搅拌勺不搅拌搅拌容器匀速转动14421
7、6七、传动方案设计方案B，已知电动机转速为1440r/min，容器转速65r/min，由计算可知，故可以设计如下：从电动机输出，经减速器减速输出，减速器有两个输出（输入1与输入2，输入1等于输入2）。输入1通过V带传动，传递给容器，从而使容器达到要求的转速；而输入2传递时也分为两部分，一部分通过锥齿轮传动带动曲柄摇杆机构实现搅拌，另一部分通过蜗轮蜗杆机构传动带动凸轮机构实现下料口的开启与关闭。具体计算如下：选择传动比为24级的减速器，此时输出转速为1440/24=60r/min；要求的容器转速为65r/min，V带1的传动比应为60/65=12/13；蜗杆与V带输出相连，转速为30r/min，
8、则V带2的传动比为60/30=2，而蜗轮转速为0.6r/min，蜗轮蜗杆的传动比应为30/0.6=50；搅拌四杆机构的曲柄转速可定为10r/min，则锥齿轮的传动比应为60/10=6。八、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
9、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。对于方案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。2、设计实现喂料动作的凸轮机构方案B：实现喂料动作的凸轮机构在运动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，喂料系统的开启与关闭过程是一个快速的过程，故设其推程角与回程角为5度，根据物料喂入时间与每次搅拌时间即
10、可确定远近休止角的大小，对方案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。凸轮设计具体如下：由已知得凸轮的基圆半径，偏心距，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的行程。其运动规律为： 推杆等角速度上升；5 推杆远休；216推杆等速下降；221 推杆近休。用作图法，取比列尺，先根据已知尺寸作出基圆与偏距圆，然后用反转法作图设计。推程段凸轮轮廓线：1）确定推杆在反转运动中占据的个位置；2）计算推杆推程在反转运动中的预期位移；0123450204060801003）确定推杆在复合运动中占据的位置；4）连接各点成一光滑曲线
11、，即为凸轮轮廓线。5）计算推杆回程在反转运动中的预期位移；0123451008060402006）重复上面的步骤就可得到凸轮完整曲线。凸轮设计如图所示：将凸轮参数输入计算机凸轮设计软件中即可得凸轮机构的运动规律，并得到最大力压力角与最小曲率半径。 九、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与阻力矩，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与机器的额定转速n即可根据公式Wmax=（J + Jf）*wm2 *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
12、量曲线）曲线如下所示：方案A:由图可知，Wmax为阴影部分的面积，经过计算得Wmax=3247J，由公式 Wmax=（J + Jf）wm2 ,可以求得飞轮转动惯量为1.59kg/m2。十、机器运动系统简图方案B：方案说明：自动喂料搅拌机的动力由电动机输出，电动机输出轴上装有一个飞轮（飞轮作用：使机械运转均匀。当飞轮高速旋转时，由于惯性作用可贮藏能量，也可放出能量，克服运动阻力，使发动机运转平稳。当超速运转时，它能把能量贮藏起来，使其缓慢提速，避免猛然高速运转，造成来不及操纵而失去控制；当低速运转时，它能把能量释放出来，使其慢慢降速，避免猛然低速导致停车。因此可使机械运转均匀，旋转平稳。）电动机
13、输出轴与变数箱相连，经变速箱变速后有两个输出分别为输出1与输出2。输出1经V带传动把动力传递给容器，带动容器转动；输出2传递路线又分两部分，一部分经锥齿轮传递给四杆机构作搅拌运动，另一部分经V带传递给蜗杆蜗轮机构带动凸轮转动，凸轮控制着下料口的开与关。方案A：机构传动说明：动力由电动机提供，通过轴传给齿轮，再由减速器调节好速度输出后分成两部分，一部分传给齿轮机构带动容器运转，另一部分传给蜗轮蜗杆机构，带动凸轮所在的齿轮，由凸轮来控制下料开关，当不完全齿轮有齿部分啮合时，下料口关闭，带动曲柄摇杆机构运动进行搅拌。当不完全齿轮转到无齿部分时，下料口开启，进行喂料。飞轮作用：使机械运转均匀飞轮高速旋
14、转，由于惯性作用可贮藏能量，也可放出能量，克服运动阻力，使发动机运转平稳。当超速运转时，它能把能量贮藏起来，使其缓慢提速，避免猛然高速运转，造成来不及操纵而失去控制；当低速运转时，它能把能量释放出来，使其慢慢降速，避免猛然低速导致停车。因此可使机械运转均匀，旋转平稳。不完全齿轮原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间与停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止。 特点：不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间与静止时间可在较大范围内变化。但是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合
15、时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合。十一、机械运动方案评价我完成的是方案B序号评价项目详细分析评价分数方案B方案A方案A方案B1功能目标完成情况两个方案都能实现机构所要完成的功能882工作原理的先进性较先进先进783系统的工作效率完成一次搅拌的周期较短完成一次搅拌的周期较方案A多874系统机械传动的精度该方案传到容器的动力与传到控制下料口的动力在变速箱里就分开，且搅拌不受喂料口的开关限制，不会产生间歇性，故传动精度较精确该方案动力由变速箱输出后才分到容器与凸轮及四杆机构，且工作时四杆机构的运动受喂料口的开关限制，四杆机构要等料装好后才开始搅拌，开始搅拌的几秒会产生工作阻力，所以传动时可能
16、会不太精确875系统的复杂程度较复杂一般786系统方案的使用性一样777系统方案的可靠性较可靠较可靠778系统方案的新颖性一般较新颖，使用了不完全齿轮作间歇运动789系统方案的经济成本该方案工作效率略高于方案B，但工作时四杆机构一直都在运动，该方案工作效率略低，但四杆机构也实现了间歇运动77综上所述，经济成本上差不多10系统方案的环保问题差不多77评价分数累计7273综上所述，方案B略优于方案A，但两个方案各有优缺点，都能按设计要求实现所需的功能，也都存在一定的问题，例如方案A虽然机构看着较为复杂，但所用到的机构尺寸较小，便于生产加工；而相对于方案A，方案B的机构看起来较简单，但像不完全齿轮，
17、要实现所需传动比，则所需的齿数较多，因此导致整体尺寸较大，加工起来就比较麻烦。所以方案B虽然总体上比方案A好，但也有其不足之处。十二、心得体会通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞。通过这次机械原理课程设计，我了解了机械设计的基本概念，设计是人类改造自然的基本活动之一，设计是复杂的思维过程，设计过程蕴含着创新与发明，而机械设计的对象是由动力驱动装置、执行机构、与传动系统组成的机器。只有认识设计的概念，我才看到了自己的实践经验还是比较缺乏，思考的时间还需加多，理论联系实际的能力还急需提高。通过设计使自己对机械进一步了解，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
18、我们的工作是一个团队的工作，因为机械设计的过程是比较复杂的，首先要选择设计的方法，机械原理课程设计的方法可分为三大类：图解法，解析法，实验法。图解法就是运用某些几何关系式或已知条件等，通过几何作图求得结果。解析法就是以机构参数来表示各构件的函数关系，建立求解未知量的解析式。实验法就是通过搭建模型、计算机动态演示与仿真使设计的机械产品、机构、零件得以实现，不仅验证设计的效果，还培养学生的创新意识与实践动手能力。所以说，光是方法的选择，就需要比较丰富的知识，需要借助团队的知识进行分析比较，再加以选择。团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神在今后的学习中，我会更加用心生活，观察生活中
19、的事务，从而了解人们正在用的机械与人们生活对机械的所需，这样才能给我的机械设计指导方向。我会更注重实践的学习，把理论联系于实践是我们当代大学生前进的一个方向，我更加注重团队的合作，因为团队合作能做的事远远大于个人分开做事的总与。相信这次课程设计能对我今后的学习与工作有一定帮助。最后，非常感谢 教师的关心指导与其他同学的协作！参考文献1龚建明.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社20052牛鸣岐，王振甫.机械原理课程设计手册.重庆：重庆大学出版社，20013孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社20064陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社.19955常见机构的原理及运用编写组.常见机构的原理及运用.北京:机械工业出版社6殷鸿梁，朱邦贤.间歇运动机构设计.上海：上海科技大学出版社，19957 作者:张永安主编页数:111出版社:北京市：高等教育出版社出版日期:19958 作者:王湘江，何哲明主编页数:138出版社:长沙市：中南大学出版社出版日期:2011.12