机械原理课程设计摇摆式输送机

机械原理课程设计摇摆式输送机说明书负责人：何竞飞学院：机电工程学院班级：机械1102班学号：0806110229日期：2013年7月1日目录1．设计任务及原始参数……………………………………………2．运动方案设计……………………………………………………2.1主机构方案…………………………………………………2.2电动机——主机构（齿轮传动机构方案）………………2.3总体方案图…………………………………………………3.电动机选择……………………………………………………….3.1电动机型号………………………………………………3.2电动机的功率……………………………………………4.传动比分配………………………………………………………5.齿轮机构设计……………………………………………………5.1齿轮参数选择…………………………………………………5.2变位齿轮设计…………………………………………………6.主机构设计………………………………………………………7.主机构运动分析…………………………………………………8.主机构受力分析…………………………………………………9.主机构速度波动调节……………………………………………9.1等效力矩确定………………………………………………9.2最大盈亏功计算……………………………………………9.3等效转动惯量计算…………………………………………9.4飞轮转动惯量计算…………………………………………10.设计总结…………………………………………………………1.课程设计的任务机械原理课程设计的任务是对机器的主体机构进行运动分析、动态静力分析，求出所有的运动副反力及平衡力矩。要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸（或编制计算程序），编写设计计算说明书。要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构——连杆机构、凸轮机构、齿轮机构，其他常用机构，组合机构等进行运动分析与参数设计；通过计算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出相应的运动参数值。原始数据：参数项目物料重量G（Kg）曲柄转速n4(r/min)行程速比系数K位置角Φ1(°)31201141.260摇杆摆角角Φ2(°)l(mm)h(mm)lCD(mm)602203602702.运动方案设计2.1主机构方案通过查询分析几种经典的运送机结构并分析其优缺点，结合自己的改动确定了机构的基本结构位置和转动方式。2.2电动机——主机构方案2.3总体设计方案3.电动机选择3.1电动机型号结合功率及转速可以确定电动机型号为Y18L-4选自秦大同《现代机械设计手册》P25-24“Y系列三相异步电动机数据”3.2电动机的功率设经过皮带齿轮传动后加于主机构的功率为Pr，地面与小车之间的摩擦系数f=0.01，一个周期滑杆行进的路程为H。每次小车获得的动能为𝑊车，一秒完成的周期数为n根据公式：𝑊磨=2FrH，…………………(3-1)f=0.1Fr=fG,………………………(3-2)G=3120Kg𝑊车=0.5m𝑉𝑚𝑎𝑥………………(3-3)H=0.27mW=n(𝑊车+𝑊磨)………………(3-4)n=1.9Pr=W/T,𝑉𝑚𝑎𝑥=2.1m/s可以求得:Pr=16.272Kw选择V带传动和二级齿轮传动，传动装置η1=0.94的总效率η=η1η2η3η4η5²η2=η3=η4=0.98η5=0.99其中η1为皮带传动效率，η2η3η4为轴承传动数据取自毛炳秋《机械设计效率，η5为齿轮传动效率。课程设计》P202-13得到η=0.8711实际电动机功率P=Pr/ηP=18.6Kw,结合功率及转速可以确定电动机型号为Y18L-4（选自秦大同《现代机械设计手册》P25-24“Y系列三相异步电动机数据”）4.主机构设计主机构的设计及各杆尺寸的确定通过CAD作图测量得到。主要过程：1.取一点D作为一个机架，过D做两条与水平线分别成60°和120长为270mm的直线，直线端点为C，BD=0.6CD=162mm，即可确定B点。行程速比系数K=1.2，由公式θ=180（K+1）/（K−1）可以求出角度为16.36°以B1，B2点为角的边做角度16.36°，角的顶点记为D点。以B1，B2，D三点画圆，以D点水平向左做一条长为220mm的线段，垂直向上与圆交与O点，连接OB1和OB2,可以测量的OB1=166.22mm，OB2=314.14mm，根据主机构结构特点，B1，B2为两极限位置，则OA+AB=314.14mm，AB-OA=166.22mm。根据此方程求解得OA=74.09mm，AB=240.31mm。由h=360mm可知，另一机架与D点竖直距离为360mm。测得最小传动角为43°，符合传动要求。主机构构件长度及位置确定完毕。参考4.传动比的分配计算总传动比：公式：i=𝑛𝑑𝑛𝑟可以得到i=12.6，本机构采用皮带轮加二级圆柱齿轮减速器构成。皮带轮传动比为𝑖皮=2，则齿轮机构传𝑛𝑑=1440r/min为动比𝑖齿=12.6/2=6.2，齿轮机构设计图如下：𝑛𝑟=114r/min公式：𝑖齿=𝑍2𝑍3𝑍1𝑍′2,设齿轮1和2间的传动比为𝑖1，齿轮2和3之间的传动比为𝑖2.公式：𝑖1=1.4𝑖2=√1.4𝑖齿（毛炳秋《机械设计课程设计》P192-6𝑖1=3，𝑖2=2.15.齿轮系的设计1.齿轮基本数据的确定由第四步已经确定了齿轮间的传动比，根据公式可以确定各个齿的齿数。根据公式𝑖12=𝑍2𝑍1可以得到：𝑍1=20𝑍2=60𝑍′2=20𝑍3=40取齿轮的模数m=5，可以得到齿轮的基本参数：项目代号小齿轮大齿轮模数m55压力角α20°20°分度圆直径d100mm300mm齿顶高ℎ𝑎5mm齿根高ℎ𝑓6.25mm齿全高h11.25mm齿顶圆直径𝑑𝑎110mm310mm齿根圆直径𝑑𝑓87.5mm287.5mm基圆直径𝑑𝑏94mm282mm齿距p15.7mm基圆齿距𝑝𝑏14.75mm齿厚s7.85mm齿槽宽e7.85mm顶隙c1.25mm标准中心距a200mm公式来源孙恒《机械原理》P18010-22.变位齿轮的选取由于变速后使齿轮的的转速降低，加大了低速齿轮间的作用力，为了避免因应力过大而导致齿轮的磨损和破坏，将低速齿轮设计为变位齿轮以提高齿轮的承载能力。资料来源孙恒《机械原理》P191根据上表公式a=m(𝑍3+𝑍2)/2a=150mm可以求得标准中心距，可以取变位后的𝑍2=40中心距𝑎,=152mmm=5公式：𝛼,=arccos(acosα𝑎,)𝑍3=20得到𝛼,=21°变位系数𝑥1+𝑥2=(inv𝛼,−invα)(𝑍3+𝑍2)/(2tanα)得到𝑥1+𝑥2=0.2查表可得𝑥1=0.15，𝑥2=0.05参考公式孙恒《机械原理》P19110-28变位齿轮基本参数：名称符号不等变位齿轮传动变位系数x𝑥1+𝑥2=0.2节圆直径𝑑,𝑑1,=201mm𝑑2,=100.6mm啮合角𝛼,21.2°齿顶高ℎ𝑎3.75mm3.25mm齿根高ℎ𝑓5.5mm6mm齿顶圆直径𝑑𝑎208.5mm107.1mm齿根圆直径𝑑𝑓190mm88.6mm中心距a150.8中心距变动系数y0.4齿顶高降低系数∆y-0.2参考公式孙恒《机械原理》P19210-46.主机构运动分析使用CATIA完成1.构件的建立：使用CATIA将各个构件按照长度比例画出。OA杆：AB杆：CD杆：滑块：滑杆：机架：整体效果图：对主机构进行运动分析：采用CATIA进行DMU运动仿真，选取OA杆的转动角度为横坐标，以滑杆的速度加速度为纵坐标画出图像并进行导出。滑杆位移图像：滑杆的速度图像：滑杆的加速度图像：摆杆位移图像：摆杆角速度图像：摆杆角加速度图像：7，机构的受力分析机构分析步骤：1.进行速度分析，画出每个点的速度矢量图。2.进行加速度分析，画出加速度矢量图。3.将角加速度及加速度化为等效惯性力。4.取单个构件进行力矢量求解得到各个力并求出等效力矩（孙恒《机械原理》P57）对当θ=150°时的机构进行力分析：7.1速度分析：根据机构特点可以列出速度矢量方程：𝑣𝐵=𝑣𝐴+𝑣𝐵𝐴…………………………(7-1)𝑣𝐴=0.88m/s𝑣𝐴=2𝜋𝑛𝑙1/60…………………………(7-2)画出速度矢量图：𝑣𝐵=0.5m/s𝑣𝐴𝑣𝐵𝐴𝑣𝐵𝐴=0.6m/s𝑣𝐵选定比例系数测量出三个速度大小𝑎𝐵𝐴𝑛=1.5m/s²7.2加速度分析根据公式𝑎𝑛=v2/l…………………………(7-3)𝑎𝐵𝑛=1.54m/s²求出𝑎𝐴𝑛𝑎𝐵𝑛𝑎𝐵𝐴𝑛𝑎𝐴𝑛=10.45m/s²根据加速度矢量方程式：𝑎𝐵𝜏=0𝑎𝐵𝜏+𝑎𝐵𝑛=𝑎𝐴𝑛+𝑎𝐴𝜏+𝑎𝐵𝐴𝜏+𝑎𝐵𝐴𝑛⊥CD∥CD∥OA∥OA⊥AB⊥AB做出加速度矢量图：𝑎𝑐𝑎𝐵𝜏𝑎𝐵𝑛𝑎𝑠2𝑎𝑐=11.1m/s²𝑎𝐵𝜏=6.8m/s²𝑎𝐵𝐴𝜏𝑎𝑠2=8.4m/s²𝑎𝐵𝑛𝑎𝐵𝐴𝜏=5.6m/s²选取比例系数可以测量出𝑎𝑐𝑎𝐵𝜏𝑎𝑠2𝑎𝐵𝐴𝜏7.3加惯性力公式M=Jα……………………………………….(7-4)𝑀𝐴𝐵=2Kg.m²可以求出AB杆上的惯性力矩F=M/L……………………………………………(7-5)𝐹2=403.2NF=ma………………………………………………(7-6)h=13mm求出加在AB杆上的惯性力𝐹2及偏移量h7.4对机构进行力分析取滑块进行分析：𝑎𝑐𝑥=10.7m/s²将C的加速度沿水平和竖直方向分解可以得到：𝑎𝑐𝑦=3.1m/s²𝑎𝑐𝑥𝑎𝑐𝑦对滑块进行受力分析：滑块受到的力：𝐹34𝑥𝐹34𝑦𝐹54𝐹𝑎4𝐺4列出方程：𝐹34𝑥-𝐹54=m𝑎𝑐𝑥………………………………………(7-7)𝐹34𝑦=562N𝐹34𝑦-𝐺4=m𝑎𝑐𝑦………………………………………(7-8)𝐹34𝑥=749N对CD杆进行受力分析：CD杆受到的力有：𝐹43𝑥𝐹43𝑦𝐹23𝜏𝐹63𝑥𝐹63𝑦𝐺3𝑙𝐶𝐷𝑥=100mm对D点取矩得到公式：𝑙𝐶𝐷𝑦=253mm𝑙𝐶𝐷𝑥𝑙𝐶𝐷𝑦𝑙𝐶𝐵𝑥𝑙𝐶𝐵𝑦𝑙𝐶𝐵𝑥=50mm𝐹43𝑥𝑙𝐶𝐷𝑦+𝐹43𝑦𝑙𝐶𝐷𝑥+𝐺3𝑙𝐶𝐵𝑥=𝐹23𝜏𝑙𝐵𝐷+𝑎𝐵𝜏/𝑙𝐵𝐷………(7-9)𝑙𝐵𝐷=162mm可以得到𝐹23𝜏𝐹23𝜏=753N对AB杆进行分析AB杆受到的力有𝐹2𝐺2𝐹32𝑛𝐹12𝑛𝐹12𝜏𝐺2=480N可以画出力的矢量图：𝐹12𝑛𝐹12𝜏𝐺2𝐹2𝐹32𝑛𝐹12𝑛=300N选取比例系数可以求出𝐹12𝑛𝐹12𝜏𝐹12𝜏=990N对OA杆进行分析将𝐹12𝑛𝐹12𝜏反向并沿平行和垂直方向分解于OA杆上𝐹21𝑛𝐹21𝜏𝐺1对O点求矩可以得到方程：𝑀𝑑=𝐹21𝜏𝑙𝑂𝐴+12𝐺1𝑙𝑂𝐴𝑥用此方法分析其余两位置可得到其余参数。𝐺1=150N备注：若考虑小车及物料质量，在小车和物料存在时𝑙𝑂𝐴𝑥=32mm等效力矩将极大。𝑀𝑑=21.8N.m9．主机构速度波动调节9.1matlab求解平衡力矩取曲柄OA为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循环中的等效阻力矩Mr（φ）。通过MATLAB建模可以得到整个机构的等效组力矩的图像，可以利用积分求出平均阻力矩，函数源代码如下：clearall;clc;%初始