课程设计自动喂料搅拌机.docx
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课程设计自动喂料搅拌机
一、题目及要求
二、机构选用
三、方案评价
四、运动循环图
五、传动方案设计
六、机构尺寸的设计
七、飞轮转动惯量的设计
八、机构运动简图
九、设计体会
十、参考文献
一、题目及要求
1、设计题目：
自动喂料搅拌机
设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。
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按下图E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、关闭动作与搅拌机同步。
（原理图见图纸）
2、功能要求：
a、要求物料的搅拌动作为：
电动机通过减速装置带动容器饶垂直轴缓慢整周转动；同时固连在容器内拌勺将容器中拌料均匀搅动。
b、要求喂料动作为：
物料呈粉状或颗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。
c、喂料机的开启、关闭动作要和搅拌机同步。
物料搅拌好后的输出不考虑。
通过对运动功能作进一步分析，可知道他们应该分别实现以下基本运动：
（1）摆动从动件凸轮机构的基本运动有：
运动形式的变换，运动停歇，运动方向交替变换。
（2）齿轮机构的运动形式有：
运动缩小，齿轮回转运动，运动轴线变换。
（3）四杆机构的运动形式有：
连杆的的回转运动。
二、机构选用
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
三、方案评价
根据拌勺E的搅拌轨迹、搅拌机的运动分析和动态静力分析及飞轮转动惯量产生A、B两种方案，如下表
表1拌勺E的搅拌轨迹数据
位置号
i
1
2
3
4
5
6
7
8
方案A
x
525
300
470
395
220
100
40
167
y
148
427
662
740
638
460
200
80
方案B
x
505
493
475
373
196
75
13
185
y
185
332
524
763
660
480
225
103
表2自动喂料搅拌机运动分析数据
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
XA/mm
YA/mm
XD/mm
YD/mm
A
1700
400
1200
0
1440
70
60
40
B
1735
420
1200
0
720
60
100
60
表3自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据
方案号
QMAX/N
QMIN/N
δ
S2
S3
M2/kg
M3/kg
JS2/（kgm2）
JS3/（kgm2）
A
2000
500
0.05
位于连杆2中点
位于从动连架杆3中点
120
40
1.85
0.06
B
2600
650
0.04
135
48
2.00
0.075
方案评价与比较
1．机构的复杂性紧凑性
方案A中蜗杆头数z1=1蜗轮齿数z2=240轮系齿数z1=z2`=17z2=34z3=85
方案B中蜗轮头数z1=1蜗轮齿数z2=160轮齿系数z1=17z2`=24z2=102z3=72
所以方案B的齿轮比方案A的齿轮紧凑
2．运动平稳性
从表3可看出A方案所受的阻力小于B方案，A中最大力与最小力之差较小
所以运动过程A较平稳
3．从效率来看
由表2可看出A方案电动机转速大于B方案的电动机转速，且A方案每次搅拌时间较少
所以A方案的效率更高
4经济性可行性
从效率、平稳性来看A方案的经济性和可行性更高
所以综合来看，A方案较好，选用A方案
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°
四、运动循环图
方案A
五、传动方案设计
已知电动机转速为1440r/min，容器转速70r/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和输入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1440/24=60r/min；
要求的容器转速为70r/min，V带1的传动比应为60/70=6/7；
蜗杆与V带输出相连，转速为30r/min，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。
六、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。
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
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；
0
1
2
3
4
5
0
20
40
60
80
100
3）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，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；
0
1
2
3
4
5
100
80
60
40
20
0
6）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。
七、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：
由图可知，ΔWmax为阴影部分的面积，经过计算得ΔWmax=3247J，由公式ΔWmax=（J+Jf）wm2δ,可以求得飞轮转动惯量为1.59kg/m2。
八、机器运动系统简图
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和输出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。
（见图纸）
九、心得体会
机械原理课程设计今天终于完成了，心里有些小开心，开始做时，发现到处都是难题，这也不懂那也不懂，心有些辛酸和无奈，学习了一个学期的机械原理后，自己却似乎什么都不会，觉得有些惭愧，老师在课堂上很专心、耐心的给我们讲，可我还是很不会，是自己在课后花在学习上的时间太少了。
当我真的开始做时，我查了很多资料，很茫然的开始做。
在做的过程中，培养了我自己自学的能力，独立思考问题，解决问题的能力。
很多时候，不是我们完全不会，而是我们没有用心，态度不端正所造成的。
这也就会产生为了应付老师而随便做做的，老师说不行再拿回来仔细做，也就这样渐渐地把这个设计弄得很熟悉，也就知道了这个机构是怎样运行的。
人很多时候会产生很强的惰性，使得自己不会认真的去做某件事，这就影响了人生的道路。
所以不管做什么事，我们都应该积极的努力地去做好，不要想着有巧合。
此次的课程设计让我明白了很多道理，人一定要有一颗平和的心态，不管遇到什么事，都要努力不怕困难的应对。
还有就是不要太浮躁，越是浮躁越是误事。
还有就是自信才会使自己在困境中挺身而出，获得成功。
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2005
[2]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，2001
[3]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.北京：
高等教育出版社2006
[4]陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：
浙江大学出版社.1995
[5]《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，1995
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