机械原理课程设计颚式破碎机云南农业大.docx
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机械原理课程设计颚式破碎机云南农业大
工程技术学院
课程设计
题目:
颚式破碎机的机构综合与执行机构设计
专业:
热能与动力
年级:
11级
姓名:
韩江江
学号:
2011313693
指导教师:
张海东
日期:
2013-7-17
云南农业大学工程技术学院
1、设计题目
2、设计数据与要求
3、设计提示
4、设计任务
5、设计感言
6、参考文献
一、设计题目
颚式破碎机是一种利用颚板往复摆动压碎石料的设备。
工作时,大块石料从上面的进料口进入,而被破碎的小粒石料从下面的出料口排出。
图1为一简摆式颚式破碎机的结构示意图。
当与带轮固联的曲柄1绕轴心O连续回转时,在构件2、3、4的推动下,动颚板5绕固定点F往复摆动,与固定颚板6一起,将矿石压碎。
设计颚式破碎机的执行机构和传动系统。
图1简摆式颚式破碎机
1、设计数据与要求
颚式破碎机设计数据如表1所示。
表1颚式破碎机设计数据
分组号
进料口尺寸
(mm)
颚板有效工作长度
(mm)
最大进料粒度
(mm)
出料口调整范围
(mm)
最大挤压压强
(Mpa)
曲柄转速
(rpm)
1
120×200
200
100
10~30
200
300
2
150×250
250
120
10~40
210
270
3
200×250
300
150
20~40
220
250
4
250×300
350
200
20~50
230
200
5
250×300
350
200
20~50
225
220
三、设计提示
动颚板长度取为其工作长度的1.2倍.
4、设计任务
1.针对图1和表1所示的颚式破碎机的执行机构方案,依据设计数据和设计要求,绘制机构运动简图,并分析组成机构的基本杆组;
(1)因为动颚板长度取为其工作长度的1.2倍,动颚板的有效工作长度为200mm,所以动颚板长度200×1.2mm=240mm,CF=240mm,CB=84mm,BD=60mm,DE=84mm,AB’=240,OA=18mm,AD=AB=242mm
当OAB’在同一条直线上且曲柄转过一周即在360°时,根据各杆件尺寸定出各转动副的位置,选定比例1:
1,画出各运动副和表示各杆件的线段,在原动件上标出表示运动方向的箭头,即可得出机构运动简图。
(2)分析组成机构的基本杆组
对于该机构,其自由度F=3n﹣2PL﹣PH,F=3×5-2×7=1.以曲柄为原动件,对机构进行机构分析,从远离原动件开始拆杆组,基本杆组中运动副全为低副,则符合3n﹣2PL=0.将原动件1和机架6与其余杆件拆开,剩下的杆件所组成的杆组的自由度为0.从远离原动件的一端拆下构件5和构件4为一个Ⅱ级杆组,再拆下构件2和构件3为一个Ⅱ级杆组,最后剩下原动件1和机架6,由于拆出的最高级别的杆组为Ⅱ级杆组,所以该机构为Ⅱ级机构。
机构运动简图和基本杆组图见图纸。
2.假设曲柄等速转动,对机构进行运动分析,并画出颚板的角位移和角速度的变化规律曲线图;
(1)对机构记性运动分析
已知曲柄转速n=300r/min=5r/s,曲柄的角速度w1=2πn=2π×5r/s=31.4rad/s,所以A点的速度v=OA×w1=18×10﹣³×31.4m/s=0.565m/s。
方向垂直于曲柄。
又因为曲柄等速转动,所以A点的加速度大小和方向都等于它的法向加速度,aA=OA×w1²=17.75m/s²。
对于连杆2的角速度w2和角加速度α2及B点和D点的速度vB,vD和角加速度vB,vD和加速度aB,aD,杆件3,杆件4和杆件5的角速度w3,w4,w5和角加速度α3,α4,α5及C点的速度,vc和加速度ac,运用矢量方程图解法来计算。
由运动合成原理可知,D点的速度:
VD=VA+VDA
大小:
?
√?
方向:
⊥DE⊥OA⊥DA
选取速度比例尺υv=0.01(m/s)/mm,由p点开始画出速度多边形,由速度多边形得
VD=υv×pd=0.01×35=0.35m/s
VDA=υv×da=0.01×58=0.58m/s
VDA=W2×DA
W2=VDA/DA=0.58÷0.242=2.40rad/s
B点的速度
VB=VD+VBD=VA+VAB
大小:
?
√√√?
方向?
⊥DE⊥BD⊥OA⊥AB
由速度得
VB=υv×pb=0.25m/s
VBA=58×0.01=0.58m/s
C点的速度
VC=VB+VCB
大小:
?
√√
方向:
⊥CF√⊥CB
由速度多边形得
VCB=υv×cb=0.11×16=0.16m/s
VCB=CB×W4
W4=VCB/CB=0.16÷0.084=1.9rad/s
VC=υv×pc=0.01×29=0.29m/s
VC=W5×CF
W5=VC/CF=0.29÷0.24=1.21rad/s
D点的加速度
aD=aA+anDA+atDA=aE+anDE+atDE
大小:
?
√√?
√√?
方向:
?
A→OD→A⊥DA√D→E⊥DE
aD=DA×W2×W2=0.242×2.4×2.4=1.39m/s²
aD=DE×W3×W3=0.084×4.17×4.17=1.46m/s²
选取加速度比例尺υa=0.1(m/s)/mm,由p’开始画出加速度多边形,由加速度多边形得
aD=υa×p'd'=0.1×158=15.8m/s²
21×0.1=2.1m/s²
aTDA=
=m/s²
a2=aTDA/DA=1.57÷0.242=6.5rad/s²
aTDE=υa×d'e'=0.1×159=15.9m/s²
α3=aTDE/DE=15.9÷0.084=189.3rad/s²
B点的加速度
aB=aA+anBA+atBA=aD+anBD+atBD
大小:
?
√√?
√√?
方向:
?
A→DB→A⊥BA√B→D⊥BD
由加速度多边形得
aB=υa×p'b'=0.1×158=15.8m/s²
C点的加速度:
anC+atC=aB+anCB+atCB
大小:
√?
√√?
方向:
C→F⊥CF√C→B⊥CB
aC=υa×p'c'=0.1×101=10.1m/s²
atC=
=10m/s²
atC=α5×CF
则α5=atC/CF=10÷0.240=41.7rad/s²
atCB=υa×c'b'=0.1×135=13.5m/s²
α4=atCB/CB=13.5÷0.084=160.7rad/s²
(2)画出颚板角位移和角速度的变化规律曲线;
3.
在颚板挤压石料过程中,假设挤压压强由零到最大线性增加,并设石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面上,对机构进行动态静力分析,分析曲柄所需的驱动力矩;(注:
不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力);
(1)颚板挤压石料过程中,挤压压强由零到最大线性增加,并且石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面桑,当曲柄转动到连杆2延长线上时,颚板受到的挤压压强最大,以此处为曲柄绕图中转动的七点。
设曲柄转过的角度为θ,颚板受到的挤压压力为F,挤压压强为P,颚板有效工作面面积s,设曲柄转过的角度为θ与颚板挤压压强P的关系为P=yθ+x,当θ=0°时,P=0MPa,所以x=0,θ=180°时,P=200MPa,y=1.11,所以P=1.11θ。
当θ=360°时,P=0MPa,当θ=180°时,P=200MPa。
所以x=400,y=-1.11,P=-1.11θ+400因此该关系有两个方程,即
P=1.11θ(0°≤θ≤180°)
P=-1.11θ+400(180°≤θ≤360°)
曲柄转过的角度为θ与颚板挤压压强P的关系图另附在图纸上。
所以颚板挤压压力F=P×S=200×200mm²×200MPs=8KN,此时θ=30°,P=33.3MPa。
(2)对机构进行静力分析
由于不考虑各处摩擦、构件重力个惯性力,所以只需对机构进行静力分析。
按静定条件讲机构取分离体,首先取构件5为研究对象,它受到固定铰链给它的反作用力FRn65,FRn65,构件4给它的反作用力FRn45,FRn45,和石料对它的挤压力F,因为石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面上,所以挤压力F取在颚板有效工作面中点初,并且垂直颚板,受力分析见图纸。
分别对C点和F点去矩:
M(c)=0F×0.1=FRn65×0.24FRn65=
KN
M(c)=0F×0.14=FRn45×0.24FRn45=
KN
CB杆件为二力杆件,受力见图纸,受到杆件5和杆件2的反作用力,在C点处已知各分力和合力的方向和一个分力的大小,用力多边形解出其他力。
选取力比例尺,根据已知条件画出力多边形,见图纸。
由力多边形得
F×54×
=FRn65×198+
+
×76×
FRn45=2.9×
KN
FRn65=2.9×
KN
FRn54=
=5.5×
再分别对二力杆DE受力,OA杆受力,受力见图析。
在杆2上,受到FR12,FR32,FR42,已知各力的方向和FR54和FR42,对杆2进行力多边形分析,见图纸。
:
FR42=FR24=5.5×
KN
5.5×
KN×64×
=
×228×
得
=1.5×
KN
曲柄所需的驱动力矩为
M=1.5×
×18×
KN*M=27.8KN*M
5、设计感言
在为期两个星期的时间里,我翻阅了《机械设计》、《机械设计课程设计》等书,反复计算,设计方案,绘制草图,当然,在这期间还是得到周围同学的细心提点与耐心指导。
一个人在两个星期内完成这次设计不可谓不艰辛,然而,我却从这两个星期内学到了许多大一、大二都没来得及好好学的关键内容,而且在实践中运用,更是令我印象深刻,深切体会到机械这门课程并非以前所想象的那样纸上谈兵。
所有理论、公式都是为实践操作而诞生的。
庆幸自己终于认真独立地做了一次全面的机械设计,真的,从中学到了很多很容易被忽视的问题、知识点,甚至还培养了自己的耐心细心用心的性格。
一页页复习课本,一次次计算数据,一遍遍修改草图,一遍遍打印装配图,这些都是我从来未曾独立做过的。
确定破碎机传动方案迫使我复习理论力学,选择联轴器又费了番功夫,我想,这对于毕业设计肯定有莫大的帮着。
6、参考文献:
[1].机械设计第八版。
西北工业大学机械原理及机械零件教研室编
[2].机械原理第七版。
西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著
[3].理论力学第七版。
哈尔滨工业大学理论力学教研室编
[4].材料力学第五版。
刘鸿文主编
[5].机械设计手册。
成大先主编
[6].颚式破碎机。
廖汉元等编著
[7].破碎与筛分机械手册。
唐敬麟主编
指导老师签字: