机械原理课程设计麦秸打包机机构及传动装置设计.docx
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机械原理课程设计麦秸打包机机构及传动装置设计
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：
学号：
专业班级：
机械工程9班
指导教师：
完成日期：
2016年11月24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…………………………………………………………1
1.2设计题目…………………………………………………………1
1.3设计条件及设计要求……………………………………………2
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………………………………………2
2.2方案选择与分析…………………………………………………3
2.3执行机构设计……………………………………………………10
2.4机械系统方案设计运动简图……………………………………13
三传动系统方案设计
3.1传动方案设计……………………………………………………13
3.2电动机的选择……………………………………………………14
3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配………………………16
3.4传动装置的运动和动力参数计算………………………………17
四设计小结……………………………………………………………19
五参考文献……………………………………………………………21
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学环节。
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、运用计算机和技术资料诸方面的能力，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
设计一麦秸打包机的冲压机构及其传动系统。
该打包机的工作原理如图所示，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。
传动装置方案有以下三种：
1、蜗杆减速器
2、圆锥圆柱齿轮减速器
3、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）
1.00
440
300
400
250
800
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）；
（4）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） 执行机构设计及分析；
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
2、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，将麦秸向右推。
②滑块快速向左移动同时撞板向下运动，将麦秸打包。
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＝2×2×2×2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。
滑块左右运动方案1:
曲柄滑块机构
滑块左右运动方案2：
槽轮滑块机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
滑块左右运动方案3:
曲柄摇块连杆机构
滑块左右运动方案4：
内凸轮
机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
滑块左右运动方案5:
曲柄导杆机构
滑块左右运动方案6：
三角正弦机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
滑块左右运动方案7:
连杆滑块机构
滑块左右运动方案8：
连杆复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
滑块左右运动方案9:
凸轮连杆机构
滑块左右运动方案10：
凸轮连杆齿轮齿条复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
滑块左右运动方案11:
曲柄摇杆机构
滑块左右运动方案12：
连杆齿轮齿条复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
表2冲压机构部分运动方案定性分析
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
较短
较小
---
一般
一般
高
简单
易
低
大
４
满足
弱
长
大
---
一般
一般
高
较简单
一般
一般
大
５
满足
无
长
大
---
一般
一般
高
较复杂
较难
一般
大
６
满足
无
较短
较小
---
一般
一般
高
简单
易
低
大
７
满足
强
短
较大
大
一般
一般
高
较复杂
难
一般
小
８
满足
较强
短
较大
大
一般
一般
高
较复杂
较难
一般
小
9
满足
强
短
较大
---
有冲击
一般
高
较复杂
难
一般
小
10
满足
弱
长
较大
较大
有冲击
剧烈
较高
复杂
最难
高
较小
11
满足
强
短
小
---
较平稳
一般
较高
复杂
难
高
较大
12
满足
弱
较短
较小
较大
一般
一般
高
复杂
最难
较高
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评价项目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1，2，3，10的性能较差；方案,4，5，6，7，8，9，11，12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：
撞板下压方案1：
连杆复合机构
撞板下压方案2：
凸轮机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
撞板下压方案3：
连杆复合机构
撞板下压方案4：
齿轮复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
撞板下压方案5：
凸轮复合机构
撞板下压方案6：
连杆复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
撞板下压方案7：
凸轮连杆机构
撞板下压方案8：
凸轮机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
撞板下压方案9：
齿轮齿条机构
撞板下压方案10：
连杆复合机构
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
自由度计算：
F=3n-2P5-P4=1
表3 铅垂移动执行构件的机构运动方案定性分析
方案号
功能
功能质量
经济适用性
运动
变换
加压时间
一级传动角
二级传动角
平稳性
磨损与变形
运动效率
复杂性
加工转配难度
成本
运动尺寸
1
满足
较短
较大
较大
一般
小
较大
一般
一般
一般
较小
2
满足
长
一般
---
有冲击
大
较大
一般
较难
较高
大
3
满足
较长
较大
较大
一般
小
较大
一般
一般
一般
较大
4
满足
较短
较大
---
较好
较大
一般
较复杂
较难
高
较小
5
满足
较长
较大
---
有冲击
大
较大
一般
较难
较高
较大
6
满足
较短
一般
---
较好
较大
一般
较复杂
较难
低
较小
7
满足
较长
一般
较大
一般
小
较大
一般
一般
一般
较大
8
满足
较长
较大
---
有冲击
大
较大
一般
一般
较高
大
9
满足
较短
较大
---
较好
一般
一般
一般
一般
一般
较小
10
满足
较长
较大
较大
一般
小
一般
较复杂
一般
一般
较大
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评价项目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2，4，5，7的性能较差；方案1，3，6，8，9，10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。
1） 齿轮齿条组合机构：
方案说明：
如图1所示，整个机构的动力传输由三个齿轮联合组成，齿轮传动有着高稳定性，可以承受重载和高速载荷等优点，而且结构简单，加工方便易于维护，整体方案相对节省空间。
图1 齿轮齿条组合机构
运动说明：
主动曲柄转动，带动摇杆进行摆动，和摇杆同轴的齿轮使底部齿条移动的同时再将运动传给下一级齿轮，而下一级齿轮的运动带动最右边的齿轮开始转动，最右边的齿轮带动第二个齿条进行运动。
2） 齿轮连杆组合机构 ：
方案说明：
如图2所示，主动件为齿轮机构，齿轮机构传动稳定，可以承受高速 载荷与重载，主动件带动着其它的两个齿轮进行转动，使得整个机构的整转副达到三个，如此多的稳定匀速转动的整转副使得机构的扩展性很强，在这里，运用两种连杆机构配合两个整转副完成打包机所需要的运动，其传动性能好效率高是此种方案的优点，但是这种机构结构相对复杂，维护不便，装配困难，占用空间大，使用成本高是此方案的问题。
图2 齿轮连杆组合机构
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。
3） 连杆组合机构 方案说明：
如图3所示，目前此方案综合性能不是很理想，传动性能较差，但是可以将左右移动滑块上方的槽去掉，用一个杆连接直接连接另一个槽的滑块，可以大大改善此机构性能。
图3 连杆组合机构
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） 连杆组合机构
方案说明：
此方案传动性能可以满足要求，运动有急回，结构虽简单但紧凑，其全部由连杆组成使得加工与维护容易，成本较低。
图4 连杆组合机构
运动说明：
主动杆为一曲柄，它带动从动复合杆做摆动运动，而复合杆的一端带动滑块进行上下运动，另一端带动滑块做左右运动。
5） 凸轮连杆组合机构
方案说明：
此方案中由于主动件为凸轮使得此机构不能承受高速载荷，但在低速状态下通过设计凸轮的形状的不同可以达到不同的运动效果，使得机构运动规律比较灵活。
图5）凸轮连杆机构
运动说明：
凸轮带动滚子从动件上下运动，连杆机构将运动分解成打包机所需要的形式。
6） 凸轮连杆组合机构
方案说明：
此方案和图9）所示方案性能类似，不同点在于由于主动件变成了齿轮，齿轮所传输的稳定动力使横向移动的滑块运动稳定。
图6）凸轮连杆机构
运动说明：
动力由凸轮输入，通过连杆传动给水平构件和竖直构件，结构紧凑且简单。
7）连杆组合机构
方案说明：
此方案传动性能可以满足要求，运动有急回，结构虽简单但紧凑，其全部由连杆组成使得加工与维护容易，成本较低。
图7）连杆组合机构
运动说明：
动力传输由连杆传输，使得两个滑块实现竖直和水平运动，连杆机构，在承受同样的载荷条件下压强较低所以可以传递较大的动力，运动平稳性一般，低副元素几何形状简单易于加工，且价格低廉：
惯性力不好平衡易产生强迫振动，不能用于高速场合，传递累计误差比较大。
8） 齿轮连杆组合机构
方案说明：
此机构运动稳定，力学性能良好，结构既简单又可以很好的满足打包机的性能要求。
图8）齿轮连杆机构
运动说明：
主动件是使导杆摆动，复合摆杆上有两个滑块，左端的滑块带动齿轮转动，齿轮齿条啮合，齿条带动滑块左右移动，右端的滑块拉动撞板上下运动。
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。
2.3执行机构设计
1.执行机构设计
执行机构分别为:
①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:
①四杆机构的设计；
②曲柄导杆机构的设计；
③齿轮机构的设计；
④滑块左右运动冲压机构的设计；
⑤曲柄滑块机构的设计；
目录
第一章总论1
一、项目概况1
二、项目提出的理由与过程6
三、项目建设的必要性8
四、项目的可行性12
第二章市场预测15
一、市场分析15
二、市场预测16
三、产品市场竞争力分析19
第三章建设规模与产品方案22
一、建设规模22
二、产品方案22
三、质量标准22
第四章项目建设地点25
一、项目建设地点选择25
二、项目建设地条件25
第五章技术方案、设备方案和工程方案28
一、技术方案28
二、产品特点30
三、主要设备方案32
四、工程方案32
第六章原材料与原料供应35
一、原料来源及运输方式35
二、燃料供应与运输方式35
第七章总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程37
一、总图布置37
二、运输38
三、总体布局38
四、公用辅助工程39
第八章节能、节水与安全措施44
一、主要依据及标准44
二、节能44
三、节水45
四、消防与安全45
第九章环境影响与评价47
一、法规依据47
二、项目建设对环境影响48
三、环境保护措施48
四、环境影响评价49
第十章项目组织管理与运行50
一、项目建设期管理50
二、项目运行期组织管理52
第十一章项目实施进度55
第十二章投资估算和资金筹措56
一、投资估算56
二、资金筹措58
第十三章财务评价与效益分析61
一、项目财务评价61
二、财务评价结论65
三、社会效益68
四、生态效益68
第十四章风险分析70
一、主要风险分析识别70
二、风险程度分析及防范风险的措施70
第十五章招标方案72
一、招标范围72
二、招标组织形式72
三、招标方式72
第十六章结论与建议74
一、可行性研究结论74
二、建议75
附件77
一、附表77
二、附件77
三、附图77
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