机械原理大作业.docx
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机械原理大作业
机械原理课程设计
计算说明书
设计题目：
平面搓丝机构执行机构
综合与传动装置
前言
本设计为机械原理基础课程设计的内容，是先后学习过画法几何、大学物理、材料力学、理论力学、机械原理等课程的背景之下进行的一次综合性的练习和应用。
本设计说明书是对搓丝机传动装置设计计算的说明，搓丝机是专业生产螺丝的机器，使用广泛，本次设计是使用已知的参数自行设计机构形式以及具体尺寸、运动与力的设计，并最终确定机构的形成与运动过程。
通过设计，我们回顾了之前关于机械原理的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解与掌握。
目录
前言…………………………………………………………2
一、课程设计题目…………………………………………5
1.1、平面搓丝机构执行机构综合与传动装置的设计………5
1.1.1机构介绍…………………………………………………5
1.1.2使用条件…………………………………………………5
1.1.3工作期限…………………………………………………5
1.2、要求数据表…………………………………………………6
1.3、设计任务……………………………………………………6
二、拟定传动方案及方案比较………………………………7
2.1方案拟定………………………………………………………7
2.2方案比较及筛选………………………………………………9
3、传动装置设计……………………………………………10
3.1尺寸的确定和机构简图……………………………………10
3.1.1齿轮及V型带设计…………………………………………10
3.1.2杆长设计……………………………………………………10
3.1.3尺寸数据表…………………………………………………10
3.2.1滑块C的位移、速度分析……………………………………14
3.2.2滑块C的位移、速度数据表…………………………………15
3.2.3滑块C的位移、速度图像……………………………………18
3.3驱动力矩的分析………………………………………………18
3.4电动机的功率与转速…………………………………………18
3.5飞轮转动惯量的计算…………………………………………19
4、运动循环图……………………………………………20
五、总结与建议……………………………………………20
六、参考书目………………………………………………22
七、附件……………………………………………23
一课程设计题目
1、平面搓丝机构执行机构综合与传动装置的设计
图
（1）平板搓丝机结构示意图
（1）机构介绍
上图为平板搓丝机结构示意图，该机器用于搓制螺纹。
电动机1通过V带传动、齿轮传动3减速后，驱动曲柄4转动，通过连杆5驱动下搓丝板（滑块）6往复运动，与固定上搓丝板7一起完成搓制螺纹功能。
滑块往复运动一次，加工一个工件。
送料机构（图中未画）将置于料斗中的待加工棒料8推入上、下搓丝板之间。
（2）工作条件
室内工作，动力源为三相交流电动机，电动机单向运转，载荷较平稳。
（3）使用期限
工作期限为十年，每年工作300天；每日工作8小时。
2、数据表
分组
参数
最大加工直径/mm
最大加工长度
/mm
滑块行程
/mm
搓丝力
/kN
生产率
/（件/min）
1
8
160
300-320
8
40
2
10
180
320-340
9
32
3
12
200
340-360
10
24
4
14
220
360-380
11
20
表
（1）
3、设计任务
1）、针对图
（1）所示的平板搓丝机传动方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。
2）、假设曲柄AB等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线。
3）、在工作行程中，滑块C所受的阻力为常数（搓丝动力），在空回行程中，滑块C所受的阻力为常数1kN；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩。
4）、 确定电动机的功率与转速。
5）、取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。
6）、 编写课程设计说明书、制作PPT。
7）、 感想与建议。
二拟定传动方案及方案比较
根据设计要求可知：
滑块每分钟要往复运动24次，所以机构系统的原动件的转速应为24r/min。
以电动机作为原动机，则需要机构系统有减速功能。
运动形式为连续转动→往复直线运动。
根据上述要求，有以下三种备选方案。
在所有方案中齿轮1、2都可以看作传动部分的最后一级减速齿轮。
方案一：
图
（2）
在电动机的带动下经带传动齿轮轮传动（减速器），通过曲柄将动力传递给连杆再有连杆，有连杆带动滑块C的往复运动。
方案二：
图（3）
在电动机的带动下经带传动齿轮轮传动（减速器），通过凸轮将动力传递给杆件B，由连杆带动滑块C的往复运动。
方案三
C
图（4）
在电动机的带动下经带传动齿轮轮传动（减速器），通过曲柄摇杆机构将动力传递给滑块C，从而使C往复运动。
方案比较：
分组
方案
项目
优缺点
方案一
采用了曲柄滑块机构，曲柄长度仅为滑块行程的一半，故机构尺寸较小，结构简洁。
利用曲柄和连杆共线，滑块处于极限位置时，可得到瞬时停歇的功能。
同时该机构能承受较大的载荷。
方案二
采用凸轮机构，该机构随能满足运动规律，然而系统要求的滑块行程为340～360mm，因而凸轮的径向尺寸较大，于是其所需要的运动空间也较大，同时很难保证运动速度的平稳性。
方案三
采用了曲柄摇杆机构，利用1杆和2杆共线，机构处于极限位置时，可得到瞬时停歇的功能。
但是由于机构的传力性能要求太高，对2杆的前对要求太高，一般的材料无法满足其强度与刚度要求。
且机构太复杂易造成占用空间大等缺点。
综合以上分析可知：
方案一最为可行，应当选择曲柄滑块机构实现运动规律。
整个搓丝机由电动机、带传动、二级减速器、曲柄滑块机构、最终执行机构组成。
以完成预定的设计目的。
3、传动装置设计
1尺寸设计
（1）齿轮设计及V型带设计
电动机
带轮传动
曲柄的转速n=24r/min
齿轮1齿数20
传动比1：
6.4
齿轮2齿数128
V型带传动比：
1:
7
（2）杆长设计：
根据滑块行程求出一系列的曲柄、连杆尺寸，以及在此尺寸下的各项运动参数，极位夹角、传动角等如下表。
R2
差角
最小传动角
K
极位夹角
偏距
160
25.104731
11.053109
61.64065
17.031983
170
-2.773459
1.164992
2.041585
87.226541
29.96486
180
10.924547
5.143811
2.88042
72.025496
39.275104
190
19.405888
9.919881
2.060652
62.377995
47.159426
200
25.303897
13.780347
1.891937
55.515973
54.243209
210
29.695583
17.015968
1.775624
50.299427
60.806879
220
33.118401
19.792545
1.689681
46.155119
67.003463
230
35.875188
22.215581
1.623093
42.757451
72.926595
240
38.151426
24.357194
1.569691
39.905349
78.638089
250
40.067903
26.269245
1.525727
37.466768
84.181034
260
41.707078
27.990448
1.48878
35.350793
89.58672
270
43.127396
29.550564
1.457211
33.492431
94.878612
280
44.371572
30.973004
1.429868
31.84378
100.074764
290
45.471623
32.276539
1.405912
30.368619
105.189364
300
46.452079
33.476457
1.384721
29.038968
110.233764
310
47.332075
34.585379
1.365819
27.832814
115.217186
320
48.126784
35.613847
1.348835
26.732555
120.147217
330
48.848407
36.570751
1.333479
25.723925
125.030173
340
49.506873
37.463658
1.319516
24.795216
129.871364
350
50.110358
38.299058
1.306756
23.936713
134.675295
360
50.665656
39.082557
1.295044
23.140279
139.445815
370
51.178464
39.819026
1.28425
22.399038
144.186241
380
51.6536
40.512725
1.274265
21.707132
148.899449
390
52.095166
41.167397
1.264999
21.059535
153.587942
400
52.506681
41.786348
1.256373
20.451908
158.253919
410
52.891178
42.372507
1.24832
19.880479
162.899313
420
53.25129
42.928486
1.240784
19.341956
167.525838
430
53.589313
43.456616
1.233714
18.833446
172.135014
440
53.907258
43.958991
1.227067
18.352398
176.728199
450
54.206898
44.437493
1.220804
17.896551
181.306609
460
54.489797
44.893822
1.214893
17.463895
185.871334
470
54.757346
45.329517
1.209302
17.052634
190.42336
480
55.010782
45.745975
1.204007
16.661159
194.963576
490
55.251211
46.144465
1.198984
16.288022
199.492788
500
55.479627
46.526149
1.194211
15.931919
204.011729
510
55.69692
46.892084
1.18967
15.591668
208.521067
520
55.903898
47.243244
1.185344
15.266199
213.021411
530
56.101287
47.580519
1.181217
14.954538
217.513321
540
56.289749
47.904728
1.177276
14.655797
221.997307
550
56.469884
48.21663
1.173508
14.369164
226.473841
560
56.642239
48.51692
1.169902
14.093897
230.943356
570
56.807314
48.806244
1.166447
13.829312
235.406251
580
56.965567
49.085201
1.163134
13.574784
239.862897
590
57.117417
49.354343
1.159953
13.329733
244.313634
600
57.26325
49.614188
1.156898
13.093626
248.758781
610
57.40342
49.865214
1.15396
12.86597
253.198632
620
57.538255
50.107867
1.151133
12.646309
257.633461
630
57.668057
50.342564
1.14841
12.434217
262.063521
640
57.793105
50.569695
1.145786
12.229302
266.489053
650
57.913659
50.789622
1.143255
12.031196
270.910276
660
58.029959
51.002687
1.140813
11.83956
275.327399
670
58.142228
51.20921
1.138454
11.654073
279.740617
680
58.250675
51.409489
1.136174
11.474439
284.15011
690
58.355493
51.603806
1.13397
11.300379
288.55605
700
58.456863
51.792425
1.131838
11.131633
292.958598
710
58.554954
51.975597
1.129774
10.967955
297.357902
720
58.649924
52.153555
1.127774
10.809118
301.754107
730
58.741921
52.32652
1.125837
10.654905
306.147345
740
58.831083
52.494702
1.123958
10.505115
310.537741
750
58.91754
52.658298
1.122135
10.359555
314.925416
760
59.001415
52.817493
1.120367
10.218046
319.310481
770
59.082823
52.972465
1.118649
10.080419
323.693042
780
59.161871
53.123381
1.116981
9.946513
328.073199
790
59.238661
53.270398
1.11536
9.816177
332.451048
800
59.31329
53.413668
1.113783
9.689269
336.826678
810
59.385849
53.553332
1.11225
9.565652
341.200176
820
59.456422
53.689525
1.110759
9.445198
345.571621
830
59.52509
53.822376
1.109306
9.327786
349.941091
840
59.591931
53.952008
1.107892
9.2133
354.308658
850
59.657017
54.078537
1.106515
9.101631
358.674393
860
59.720416
54.202073
1.105173
8.992674
363.038362
870
59.782193
54.322722
1.103865
8.886332
367.400627
880
59.842411
54.440585
1.102589
8.782508
371.761248
890
59.901128
54.555757
1.101345
8.681115
376.120283
900
59.958399
54.66833
1.10013
8.582066
380.477786
910
60.014278
54.778392
1.098945
8.485281
384.833809
920
60.068816
54.886025
1.097788
8.39068
389.188402
930
60.122059
54.991311
1.096658
8.298192
393.541612
940
60.174055
55.094325
1.095554
8.207744
397.893484
950
60.224846
55.19514
1.094476
8.119269
402.244063
960
60.274475
55.293826
1.093421
8.032703
406.593389
970
60.32298
55.39045
1.09239
7.947984
410.941503
980
60.3704
55.485077
1.091382
7.865053
415.288442
990
60.41677
55.577769
1.090396
7.783853
419.634243
1000
60.462127
55.668583
1.089431
7.70433
423.978941
1010
60.506502
55.757577
1.088487
7.626431
428.32257
1020
60.549927
55.844805
1.087563
7.550109
432.665161
1030
60.592433
55.93032
1.086658
7.475313
437.006746
1040
60.634048
56.014171
1.085772
7.402
441.347354
1050
60.674801
56.096407
1.084903
7.330124
445.687014
1060
60.714718
56.177074
1.084053
7.259643
450.025754
1070
60.753824
56.256218
1.083219
7.190517
454.363599
1080
60.792145
56.33388
1.082402
7.122708
458.700575
1090
60.829703
56.410102
1.081601
7.056176
463.036707
1100
60.866522
56.484924
1.080815
6.990886
467.372017
1110
60.902622
56.558385
1.080045
6.926804
471.706529
1120
60.938026
56.630521
1.079289
6.863896
476.040265
1130
60.972752
56.701367
1.078547
6.802129
480.373245
1140
61.006821
56.770959
1.07782
6.741473
484.70549
1150
61.040251
56.83933
1.077106
6.681898
489.037019
尺寸数据表
综合各运动系数，选出比较合适的数据：
取曲柄长为150mm，连杆长为620mm，滑块行程330mm。
e
在图（5）所示的机构中，有关系式
由（A）、（B）式可得
………（A）
且由杆长条件有
……………………………………（B）
与三角形三边关系有
即，
…………………………………….（C）
由（A）、（B）、（C）三式，第一组数据确定为：
AB
BC
e
H
150mm
620
249
330
尺寸如图所示
2滑块C的位移、速度分析
e
（1）滑块C的位移与速度数据表
时间
位移
速度
时间
位移
速度
0.017361
1569.8292
-7.4145
0.642357
1392.5829
-169.8395
0.034722
1569.3435
-14.8149
0.659718
1385.1825
-169.3557
0.052083
1568.5355
-22.1871
0.677079
1377.8103
-168.5497
0.069444
1567.4066
-29.5171
0.69444
1370.4803
-167.4228
0.086805
1565.9592
-36.7909
0.711801
1363.2065
-165.9774
0.104166
1564.1958
-43.9946
0.729162
1356.0028
-164.216
0.121527
1562.1199
-51.1147
0.746523
1348.8827
-162.1422
0.138888
1559.7355
-58.1374
0.763884
1341.86
-159.7597
0.156249
1557.047
-65.0496
0.781245
1334.9479
-157.0732
0.17361
1554.0594
-71.8379
0.798606
1328.1595
-154.0878
0.190971
1550.7788
-78.4895
0.815967
1321.5079
-150.8091
0.208332
1547.2112
-84.9917
0.833328
1315.0057
-147.2434
0.225693
1543.3633
-91.3322
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