麦秸打包机机构设计计算说明书.doc

1、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：08机械7班指导教师：完成日期： 2010年12月15日 天津理工大学机械工程学院- 24 -目 录一 设计题目 1.1 设计目的21.2 设计题目21.3 设计条件及设计要求31.4 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 42.2 方案选择与分析42.3执行机构设计132.4执行机构运动分析162.5机械系统运动方案简图 17三 传动系统方案设计3.1传动方案设计183.2电动机的选择193.3传动装置的总传动比和各级传动比分配203.4传动装置的运动和动力参数计算2

2、1四 设计小结 22五 参考文献 24一 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、

3、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

4、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 (N m)l1 (mm)l2 (mm)l3 (mm)l4 (mm)l5 (mm)l6 (mm)1.2550320420270900210650说明和要求：（1） 工作条

5、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

6、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

7、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N2 X 2 X 2 X 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。滑块左右移动方案一：连杆复合机构满足运动变换，有急回机构，传动角可自由设计。工作平稳性一般，磨

8、损与变形较为严重。效率较低，复杂性一般，加工装配难度低，成本低，运动尺寸较大。滑块左右移动方案二：凸轮齿条复合机构满足运动变换，传动灵敏。工作平稳性高，磨损与变形叫严重。效率一般，复杂性较高，加工难度高，成本高，运动尺寸大。滑块左右移动方案三：齿轮连杆复合机构满足运动变换，加压时间长，传动能力高。工作平稳性高，磨损与变形低。变换原动件可得到不同的运动规律、效率，结构简单，加工装配较容易，成本一般，运动尺寸小。滑块左右移动方案四：齿轮摆杆复合机构满足运动变换，加压时间长，传动能力低。工作平稳性较高，磨损与变形严重。效率低，结构较为复杂，加工装配较难，成本高，运动尺寸大。滑块左右移动方案五：曲柄滑

9、块机构满足运动变换，传动角较大。工作平稳性高，磨损与变形低。效率较高，结构简单，加工装配容易，成本低，运动尺寸小。滑块左右移动方案六：连杆复合机构满足运动变换，加压时间长，传动能力一般。工作平稳性一般，磨损与变形一般。效率一般，成本低，运动尺寸大。滑块左右移动方案七：内凸轮机构满足运动变换，加压时间长，传动平稳，磨损与变形一般。效率高，较复杂，加工装配较难，成本一般，运动尺寸大。滑块左右移动方案八：连杆复合机构满足运动变换，加压时间短，传动平稳性一般，磨损与变形一般。效率高，较复杂，加工装配较难，成本小，运动尺寸小。注：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。对以上

10、方案初步分析不难看出，方案1，2，5，6的性显较差；方案3，4，7，8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机构方案一：导杆滑块机构满足运动变换，传动能力较好。平稳性好，磨损与变形较低。效率较高，结构简单，加工装配容易，成本低，运动尺寸较小。撞板下压机构方案二：凸轮连杆复合机构满足运动变换，传动能力一般。平稳性高，磨损与变形较低。效率较低，结构复杂，加工装配难，成本高，运动尺寸大。撞板下压机构方案三：连杆复合机构满足运动变换，传动性一般。平稳性高，磨损与变形一般。效率较高，结

11、构简单，加工装配容易，成本较低，运动尺寸较大。撞板下压机构方案四：连杆复合机构满足运动变换，传动性较好。平稳性高，磨损与变形一般。效率较高，简单的连杆机构，加工装配容易，成本较低，运动尺寸紧凑。撞板下压机构方案五：平底凸轮机构满足运动变换，加压时间长，传动性较好。平稳性高，磨损与变形一般。效率较高，结构较为简单，加工装配难，成本一般，运动尺寸较小。撞板下压机构方案六:连杆复合机构满足运动变换，传动性较好。平稳性高，磨损与变形一般。效率较高，简单的连杆机构，加工装配容易，成本较低，运动尺寸大。撞板下压机构方案七：平行四边形连杆复合机构满足运动变换，传动性较好。平行四边形机构平稳性高，曲柄承载大，

12、磨损与变形较严重。效率较高，简单的连杆机构，加工装配容易，成本较低，运动尺寸紧凑。撞板下压机构方案八：平面连杆机构满足运动变换，传动性较好。平稳性高，磨损与变形一般。效率较高，简单的连杆机构，加工装配容易，成本较低，运动尺寸紧凑。注：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。对以上方案初步分析不难看出，方案2，3，6，8的性显较差；方案1，4，5，7尚可行且有较好综合性能并各自都有特点，这四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

13、。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。方案一：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。凸轮连杆组合机构运动说明：凸轮转动带动滚子所在摆杆摆动

14、，从而使挡板上下运动，同时与下方弹簧带动复合摆杆摆动，从而使滑块做左右运动。方案二：齿轮连杆组合机构运动说明: 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，其他构件均是杆机构，机构简单、加工容易、成本低，但是导杆过长承受载荷较低。齿轮连杆组合机构运动说明：齿轮旋转，轮上滑块带动一端固定的导杆摆动，从而使挡板上下运动；同时轮与水平滑块组成曲柄滑块机构，进而带动滑块左右运动。方案三：齿轮齿条连杆组合机构方案说明：一部分以齿轮齿条作为传动机构，工作平稳性高。但是通过曲柄摇杆机构来驱动齿轮间啮合造成冲击进而影响平稳性以及会带来噪声。 齿轮齿条连杆组合机构运动说明：曲柄带动下方齿轮做一

15、定角度往复转动从而带动下方齿条做左右往复运动，同时上方齿轮带动连杆摆动进而使挡板上下运动。方案四:连杆机构方案说明：简单的连杆机构，有急回机构，加工制造简单成本低，对复合杆要求高。连杆复合机构运动说明：曲柄转动带动复合杆做摆动，复合杆一端带动挡板做上下运动，另一端带动滑块做左右运动方案五：平面连杆复合机构方案说明：纯平面连杆机构，由曲柄摇杆机构、导杆机构、摇杆滑块机构组成的符合机构。拥有急回机构，平行四边行机构工作平稳性高，加工装配容易，结构紧凑，成本低。连杆复合机构运动说明:曲柄作为原动件带动复合摇杆摆动，摆杆带动挡板上下运动的同时带动滑块做左右运动。方案六：连杆复合机构方案说明:曲柄作为原

16、动件，复合杆同时传动两个执行机构的运动使得结构简单紧凑，制造装配成本低。连杆复合机构运动说明：曲柄作为原动件，通过复合杆带动挡板的上下运动以及滑块的左右运动。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，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: 齿轮齿条撞板上下冲压机构。 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

17、；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-解析法 曲柄导杆机构的设计-解析法 四杆机构的设计-解析法滑块处于右极限位置运动状态图机构三种运动状态综合图滑块处于某一瞬时位置运动状态图滑块处于左极限位置运动状态图滑块左右运动冲压机构的设计（解析法）:滑块处于最近位置时，取Q1为30，则杆AB逆时针转60滑块向右移900mm；则B、B点向水平投影得：2AC=CC ; CC=900mm ；则AC=450mm ; AB=2AC=900mm ； AC+ABBC=2AC*ABcos120 可解得：BC=1190.588mm撞板上下运动冲压机构的

18、设计(解析法):取Q为30时挡板处于最高位置，则OC=2BC ;为使C、C两点垂直高度差650mm ，可令AB转过60时OC处于水平位置。令B点为OC中点，可解得：AB=650 mm ； OC=1300 mm 。原动件设计（解析法）：取BC=400 mm ； AC=600 mm ；则 ba=AB , b+a=AB ; AB=400+600，即(ba)= 400+600；CB转过 60到CB位置，则AB=BC”+AC” ；BC”=BC/2=200 mm ， CC”=BCcos30=400cos30 mm;又 AC”=AC+CC”，则AB=BC”+（AC+CC”）即（b+a）=200+（600+4

19、00cos30） 。可解得：b=844.205mm ，a=123.095 mm 。2.4 执行机构运动分析滑块左右移动机构分析挡板上下移动机构分析原动件四杆机构的分析运动线图 绿角位移 红速度图 蓝加速度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

20、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

21、：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：周期：T=1.

22、2 s f=1/1.2 r/s=5/6 r/s转速：nW=50 （r/min）转矩：Mb =550 (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=M/1000 (KW) =nW /30=50/30=5.236 (rad/s)PW=M/1000=550*5.236/1000=2.8798 KW注：工作轴执行机构原动件轴。b所需电动机的功率：Pd= PW /aa-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联 查表可得：对于V带传动: 带 =0.96 对于8级精度的一般齿轮

23、传动：齿轮=0.97对于一对滚动轴承：轴承 =0.99对于弹性联轴器：联轴器=0.99则 a =带轴承3齿轮2联=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=2.8798/0.868=3.3 KW查各种传动的合理传动比范围值得：V带传动常用传动比范围为 i带=24，单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=35，则电动机转速可选范围为nd=i带 i齿2nW=(24)( 35)2 nW =（18 100 ）nW=(18100)50=9005000 r/min符合这一转速范围的同步转速有1000 r/min、1500 r/min和3000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出三

24、种适用的电动机型号，因此有三种传动比方案。方案电动机型号额定功率ped/kw电动机转速/ r/min电动机质量/kg同步满载1Y112M-2430002890422Y112M-4415001440453Y132M1-64100096070对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。由表中三种方案，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，认为方案2的传动比较合适，所以选定电动机的型号为Y112M-4。Y112M-4电动机资料如下: 额

25、定功率：4 Kw满载转速：n满=1440 r/min同步转速：1500 r/min3.3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 =1440/50=28.82 分配各级传动比根据机械设计课程设计表2.2选取，对于三角v带传动,为避免大带轮直径过大,取i12=3；则减速器的总传动比为 i减=i总/3=28.8/3=9.6对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =9.6i2d =9.6/1.3=7.3846id =2.72ig=1.3id=1.32.72=3.536 注：ig -高

26、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= 1440 r/min轴 n= n电/i带=1440/3=480 r/min轴 n= n/ ig=480/3.536=135.7466 r/min轴 n=n/ id =135.7466/2.72=50 r/min 计算各轴的输入和输出功率：轴： 输入功率 P= Pd带=3.30.96=3.168 kw 输出功率 P= 3.168轴承=3.1680.99=3.136 kw轴： 输入功率 P=3.136齿轮=3.1360.97=3.042 kw 输出功率 P= 3.042轴承=3.0420.99

27、=3.012 kw轴 输入功率 P=3.012齿轮=3.0120.97=2.92 kw 输出功率 P=2.92轴承=2.920.99=2.89 kw计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551063.3/1440=21.9103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.168/480=63.03103 Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.136/480=62.4103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.042/135.7466=214103 Nmm输出转矩

28、 T=9.55106P / n=9.551063.012/135.7466=211.9103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.92/50=557.72103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.89/50=552103 Nmm 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 ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.325.2103144030.95轴3.1683.13663.0310362.4103514.293.5360.96轴3.0423.012214103211.910310

29、8.962.720.96轴2.922.89557.7210355210330四、设计小结这次课程设计，我拿到的题目是麦秸打包机。本次设计旨在培养我们进行机械系统运动方案创新设计能力和应用现代先进设计手段解决工程实际问题的能力。机械原理课程设计是我们机械类各专业学生在学习了机械原理课程后进行的一个重要的实践性教学环节，是为提高我们本科生机械系统运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力服务的。它要求我们运用机械原理课上所学过的各种机械机构的动力学、运动学原理，分析和解决我们实际生活中遇到的各种问题。针对这次设计任务，我首先详细地阅读了任务书，并借阅书籍搜集资料，查阅有关课程设计的一般步骤，进而

30、对设计制定了计划。通过图书的借阅以及互联网的帮助启发设计灵感。针对机构结构进行拆解，做到揉碎成细节进行机构设计，通过设计不同的方案，进行筛选和优化以此确定最终方案和最终方案的参数。然后对方案作运动仿真以得到运动线图。，最后整理资料编写设计说明书，完成设计任务这次课程设计任务，我收获很多。在设计过程当中，我提高了自己的图书查阅能力，并借助互联网来帮助设计。我加强了自己计算机辅助绘图的能力，并积极与同学进行讨论。这些使我在遇到了自己无法独立解决的问题时，能够保证设计的最终完成。而且，这些也将对我以后碰到问题时有更充分的能力去解决它。设计过程当中，使我对机械这门课程有了更为全面的了解。在学习了课本上

31、关于机械的理论知识后，一直很少有机会做到实践与理论的统一，而这次任务让我认识到了理论与实践两者之间的差距。我认识到了自己的许多不足以及自己知识面的狭隘。透过实践我巩固了在机械原理课上所学的知识并去发现新的东西。在写设计说明书时，严肃按照说明书格式进行书写，使自己的书面语言更趋向于专业化。这次课程设计，是对我综合能力的一次提高，我也很珍惜这次机会。通过已掌握的知识辅助实践进行设计，并通过实践过程来补充知识。它让我认识到了实践学习的重要性。设计过程虽然不易，我也收获了喜悦。那是一种自己完成一份原本看上去很困难的工作后的喜悦，那是一种在与同学之间相互帮助来克服困难后的喜悦，那是一种收获了成功后的喜悦

32、。五、参考文献1 申永胜.机械原理教程.北京：清华大学出版社.19992邱宣怀主编.机械设计（第四版）.北京：高等教育出版社，19973 邹惠君.机构系统设计.上海：上海科学技术出版社，19964 王三民.机械原理与设计课程设计.北京：机械工业出版社.20045 孟宪源主编.现代机构手册.北京：机械工业出版社，19946 严家杰着.基本机构分析与综合.上海：复旦大学出版社，19897 华大年，唐之伟主编.机构分析与设计.北京：纺织工业出版社，19858 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，19959 邹慧君.机械运动方案设计手册.上海交通大学出版社10 罗洪量主编，机械原理课程设计指导书（第二版），北京：高等教育出版社，1986年。11 张忠秀，机械原理课程设计，机械工业出版社，2003年。12 王隆太，机械CAD/CAM技术，机械工业出版社，2004年。