麦秸打包机机构设计方案计算说明书赵鹏.docx
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麦秸打包机机构设计方案计算说明书赵鹏
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
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
2.5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
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<不一定是直线运动）将麦秸喂入料仓，滑块A在导轨上水平往复运动，将麦秸向料仓前部推挤。
每隔一定时间往料仓中放入一块木板，木版的两面都切出两道水平凹槽。
这样，麦秸将被分隔在两块木版之间并被挤压成长方形。
从料仓侧面留出的空隙中将两根弯成∏型的铁丝穿过两块木版凹槽留出的空洞，在料仓的另一侧将铁丝绞接起来，麦秸即被打包，随后则被推出料仓。
打包机由电动机驱动，经传动装置减速，再通过适当的机构实现滑块和撞板的运动。
传动装置方案建议：
带传动+二级圆柱斜齿轮减速器；
1.3设计条件及设计要求
执行构件的位置和运动尺寸如图所示，当滑块处于极限位置A1和A2时，撞板分别处于极限位置B1和B2，依靠重力将麦秸喂入料仓。
一个工作循环所需时间为T，打包机机构的输入轴转矩为M。
其余尺寸见下表：
T（s>
M（Nm>
l1（mm>
l2（mm>
l3（mm>
l4（mm>
l5（mm>
l6（mm>
1.2
520
300
400
260
820
200
600
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<十台）；
工作周期T的允许误差为±3%之内；
1.4设计任务
1、执行机构设计及分析
1）执行机构的选型及其组合
2）拟定执行机构方案，并画出机械传动系统方案示意图
3）画出执行机构的运动循环图
4）执行机构尺寸设计，画出总体机构方案图，确定其基本参数、标明主要尺寸
5）画出执行机构运动简图
6）对执行机构进行运动分析
2、传动装置设计
（1）选择电动机
（2）计算总传动比，并分配传动比
（3）计算各轴的运动和动力参数
3、撰写课程设计说明书
二、执行机构运动方案设计
2.1功能分解与工艺动作分解
1>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＝2X2X2X2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<如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）及约束条件，可以构思出如下能满足从动件（执行构件>作直线左右往复运动的一系列运动方案。
.
.
.
.
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
加压时间①
一级传动角②
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
１
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：
①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。
②一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。
③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
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①
一级传动角②
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
１
满足
无
较短
较小
---
一般
一般
高
简单
易
低
小
２
满足
无
较短
小
---
较平稳
剧烈
较高
较复杂
易
一般
小
３
满足
无
长
较小
---
有冲击
剧烈
较高
较复杂
较难
较高
大
注：
①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。
②一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。
③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。
通过对上述方案的拼装和组合，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。
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
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:
①齿轮—齿条撞板上下冲压机构。
②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；
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
用解读法设计分解图Ⅲ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Ⅱ中的机构：
由图Ⅲ中条件设置图Ⅱ的初始参数，图Ⅱ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
用实验法设计分解图I中的机构：
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<详细内容请看本说明书附件）
1>.对机构中的曲柄滑块进行分析
示意图:
原始数据
位移曲线
速度曲线
加速度曲线
2.5机械系统运动方案简图
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、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<执行机构）
原动机：
Y系列三相异步电动机；
传动系统（机构>：
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转矩：
Mb=520（N.m>
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=Mω/1000（KW>
ω=πnW/30=30π/30=3.14159（rad/s>
PW=Mω/1000=520*3.14159/1000=1.634KW
注：
工作轴——执行机构原动件轴。
b．所需电动机的功率：
Pd=PW/ηa
ηa----由电动机至工作轴的传动总效率
ηa=η带×η轴承3×η齿轮2×η联
查表可得：
对于V带传动:
η带=0.96
对于8级精度的一般齿轮传动：
η齿轮=0.97
对于一对滚动轴承：
η轴承=0.99
对于弹性联轴器：
η联轴器=0.99
则
ηa=η带×η轴承3×η齿轮2×η联
=0.96×0.993×0.972×0.99
=0.868
∴Pd=PW/ηa=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，最后选定电动机的型号为Y100L1—4。
Y100L1—4电动机资料如下:
额定功率：
2.2Kw
满载转速：
n满=1420r/min
同步转速：
1500r/min
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=ig×id=1.3i2d=16.90
id=3.60
ig=1.3id=1.3×3.63=4.70
注：
ig=1.3id
ig-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=1420r/min
Ⅰ轴nⅠ=n电/i带=1420/2.8=507.14r/min
Ⅱ轴nⅡ=nⅠ/ig=507.14/4.70=107.90r/min
Ⅲ轴nⅢ=nⅡ/id=107.90/3.60=29.97r/min
计算各轴的输入和输出功率：
Ⅰ轴：
输入功率PⅠ=Pdη带=1.88×0.96=1.805kw
输出功率PⅠ=1.805η轴承=1.805×0.99=1.787kw
Ⅱ轴：
输入功率PⅡ=1.787×η齿轮=1.787×0.97=1.733kw
输出功率PⅡ=1.733×η轴承=1.733×0.99=1.716kw
Ⅲ轴输入功率PⅢ=1.716×η齿轮=1.716×0.97=1.665kw
输出功率PⅢ=1.665×η轴承=1.665×0.99=1.648kw
计算各轴的输入和输出转矩：
电动机的输出转矩
Td=9.55×106×Pd/n电=9.55×106×1.88/1420=1.26×104N·mm
Ⅰ轴：
输入转矩
TⅠ=9.55×106×PⅠ/nⅠ=9.55×106×1.805/507.14=3.40×104N·mm
输出转矩
TⅠ=9.55×106×PⅠ/nⅠ=9.55×106×1.787/507.14=3.37×104N·mm
Ⅱ轴：
输入转矩
TⅡ=9.55×106×PⅡ/nⅡ=9.55×106×1.733/107.90=1.53×105N·mm
输出转矩
TⅡ=9.55×106×PⅡ/nⅡ=9.55×106×1.716/107.90=1.52×105N·mm
Ⅲ轴输入转矩
TⅢ=9.55×106×PⅢ/nⅢ=9.55×106×1.665/29.97=5.31×105N·mm
输出转矩
TⅢ=9.55×106×PⅢ/nⅢ=9.55×106×1.648/29.97=5.25×105N·mm
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/kw
转矩T（N·mm>
转速n/r·min-1
传动比i
效率η
输入
输出
输入
输出
电机轴
1.88
1.26×104
1420
2.8
0.95
Ⅰ轴
1.805
1.787
3.40×104
3.37×104
507.14
4.70
0.96
Ⅱ轴
1.733
1.716
1.26×105
303.7×103
107.90
3.60
0.96
Ⅲ轴
1.665
1.648
5.30×105
1060×103
29.97
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，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
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