机械原理课程设计摇摆式输送机

中南大学机电工程学院述理0至同KE驰!逊 aoo gy豹私迪 aWBlEnaS确魏i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一一连杆机构、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e 1 ( )31201141.260摇杆摆角角e ()l (mm)h (mm)l(mm)2CD602203602702.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电动机主机构方案电厶力机一二级圆柱齿轮减速器一主机构不意图2.3总体设计万案屯动机-：级鬪柱齿轮减速器-卞机构小意图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, 个周期滑杆行进的路程为H。每次小车获得的动能为车-秒完成的周期数为n根据公式:=2FrH,(3-1)Fr=fG,(3-2)f=0.1G=3120KgH=0.27mn=1.9=2.1m/s=0.5m(3-3)车W=n( +)(3-4)车 磨Pr二W/T,可以求得：Pr=16.272Kw选择V带传动和二级齿轮传动，传动装置的总效率2其中 为皮带传动效率，效率， 为齿轮传动效率。为轴承传动数据取自毛炳秋机械设计课程设计P20 2-13得到 0.8711实际电动机功率P=Pr/P=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.王机构设计/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（）（）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=16622mm，OB2=31414mm，根 据主机构结构特点，B1，B2为两极限位置， 则 OA+AB=314.14mm， AB-0A=166.22mm。根据此方程求解得OA=7409mm， 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：可以得到i=12.6,本机构采用皮带轮加二级圆柱齿=1440r/min=114r/min轮减速器构成。皮带轮传动比为由=2，则齿轮机构传 皮为动比匹=12.6/2=6.2，齿轮机构设计图如下：齿公式：齿=2和3之间的传动比为，设齿轮1和2间的传动比为，齿轮公式： =1.4 二（毛炳秋机械设计课程设计P19 2-6=3，=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。 根据公式二一可以得到：=20=60=20=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2020分度圆直径d100mm300mm齿顶高5mm齿根咼6.25mm齿全高h11.25mm齿顶圆直径110mm310mm齿根圆直径87.5mm287.5mm基圆直径94mm282mm齿距15.7mm基圆齿距14.75mm齿厚7.85mm齿槽宽7.85mm顶隙标准中心距1.25mm200mm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 =m()/2=150mm可以求得标准中心距，可以取变位后的中心距=152mm公式： 二 得到=21变位系数/(2tan )得到 =0.2查表可得 =0.15，=0.05参考公式孙恒机械原理P19110-28变位齿轮基本参数:=40m=5=20名称符号不等变位齿轮传动变位系数节圆直径啮合角齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径中心距中心距变动系数 齿顶高降低系数=0.2201mm21.2mm208.5mm=100.6mm3.25mm6mm107.1mm88.6mm-0.2参考公式孙恒机械原理P192 10-46.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:.i ;1 I1- i 七-不师搀酋一丨、0100眇030040ri. 00G00700800()滑杆的速度图像:滑杆的加速度图像:枯平碍”譽咖惡1区銭閘碍-摆杆位移图像:摆杆角速度图像:转5严S5摆杆角加速度图像:收每平方秒浮度帧速度誠速度、A=0.88m/s=0.5m/s=0.6m/s=1.5 m/s2=1.54 m/s2=10.45m/s2=07,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：(7-1)(7-2)选定比例系数测量出三个速度大小7.2加速度分析根据公式二 (7-3)求出根据加速度矢量方程式：丄CD CD 0A 0A 丄 AB 丄 AB做出加速度矢量图:选取比例系数可以测量出7.3加惯性力公式 M=Ja.(7-4)可以求出AB杆上的惯性力矩F二M/L(7-5)F二ma(7-6)求出加在AB杆上的惯性力 及偏移量h=11.1m/s2=6.8m/s2=8.4m/s2=5.6m/s=2Kg.m2=403.2Nh=13mm7.4对机构进行力分析取滑块进行分析：将C的加速度沿水平和竖直方向分解可以得到:=10.7m/s2=3.1m/s2对滑块进行受力分析:滑块受到的力：列出方程:-=m (7-7)-=m (7-8)对CD杆进行受力分析：CD杆受到的力有：对D点取矩得到公式：+=+ /(79)可以得到对AB杆进行分析AB杆受到的力有=562N=749N=100mm=253mm=50mm=162mm=753N=480N可以画出力的矢量图：=300N=990N选取比例系数可以求出对OA杆进行分析将反向并沿平行和垂直方向分解于OA杆上=150N=32mm=21.8N.m对0点求矩可以得到方程:用此方法分析其余两位置可得到其余参数。备注：若考虑小车及物料质量，在小车和物料存在时等效力矩将极大。9 主机构速度波动调节9.1 matlab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 (卩)。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：clear all;clc;%初始条件the tal=linspace(-25.72,334.28,100);% 单位度the ta1二 thet a1*pi/180;% 转换为弧度制W1=52.2*pi/30;% 角速度单位 rad/sH=0.4; %行程 单位mL1=0.074;%O2A的长度 单位mL3=0.24721;%O3B 的长度 单位 mL4=0.2718;%B F的长度 单位mL6=0.38833;%O2O3 的长度单位 mL6u=0.62132;%O3D 的长度单位 mZ=pi/180;%角度与弧度之间的转换dT=( the ta1(3)- thet a1(2)/W1;% 时间间隔for j=1:100t (j)二dT*(j-1);%时间因素 end%求解S3、Theta3、Theta4和SE四个变量S3=(L6厂2+(Ll厂2-2*L6*Ll*cos( the tal+pi/2).飞.5; % 求出 O3A 的值for i=l:100%求解角度theta3、Theta4和SE的长度the ta3(i)=acos(L1*cos( the ta1(i)/S3(i);theta4(i)=asin(L6u-L3*sin( theta3(i)/L4);SE(i)=L3*cos( the ta3(i)+L4*cos( the ta4(i);end%求解完成%求解完成%求解VS3、W3、W4和VE四个变量for i=1:100J= inv(cos( the ta3(i),-S3(i)*sin( thet a3(i),0,0;sin( the ta3(i),S3(i)*cos( the ta3(i),0,0;0,-L3*sin( thet a3(i),-L4*sin( thet a4(i),T;0,L3*cos( the ta3(i),L4*cos( thet a4(i),0);K=J*W1*-L1*sin(thetal(i);Ll*cos(thetal(i);0;0;VS3(i)=K(1);W3(i)=K(2);W4(i)=K(3);VE(i)=K(4);end%求解完成%求解aS3、a3、a4、aE四个变量for i=1:100J= inv(cos( the ta3(i),-S3(i)*sin( thet a3(i),0,0;sin( the ta3(i),S3(i)*cos( the ta3(i),0,0;0,-L3*sin( thet a3(i),-L4*sin( thet a4(i),T;0,L3*cos( the ta3(i),L4*cos( thet a4(i),0);p二Wl*Wl*-Ll*cos(thetal(i);-Ll*sin(thetal(i);0;0;M二-W3(i)*sin( the ta3(i),-VS3(i)*sin( thet a3(i)-S3(i)*W3(i)*cos( the ta3(i),0,0；W3(i)*cos( thet a3(i),VS3(i)*cos( thet a3(i)-S3(i)*W3(i)*sin( the ta3(i),0,00,-L3*W3(i)*cos( thet a3(i),-L4*W4(i)*cos( the ta4(i),0;0,-L3*W3(i)*sin( thet a3(i),-L4*W4(i)*sin( the ta4(i),0;N=VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i);K=J*(-M*N+P);aS3(i)=K(1);a3(i)=K(2);a4(i)=K(3);aE(i)=K(4);end%求解完成%动态静力分析%初始条件M4=194.1;M5=48.54;M6=62;Js4=6.775;Js5=0.106;Fc=4000;Ls4=0.5*L3;Ls5=0.5*L4;%给摩擦力赋值for i=l:100if (abs(SE(l)-SE(i)0.05*H& abs(SE(l)-SE(i)0.95*H) &(t he tal(i)pi) Fc(i)=4000;elseif (abs(SE(l)-SE(i)1.05*H& abs(SE(l)-SE(i)1.95*H) &(thet al(i)pi)Fc(i)=200;elseFc(i)=0;endendend%赋值完成%求解平衡力矩J4二Js4+M4*(0.5*L3)*(0.5*L3);% 导杆对点 03 的转动惯量for i=1:100Ekk(i) = (M6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+M5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i)/2;% 计算总动能enddEkk(l)=Ekk(l)-Ekk(100);% 动能的改变量for i=2:100dEkk(i)二Ekk(i)-Ekk(i-1); % 动能的改变量endfor i=1:100MM(i) = (dEkk(i)+Fc(i)*abs(VE(i)/Wl; % 求平衡力矩 end %画图%画运动图figure(l);plot(t,theta3, r);hold on;plotyy(t,theta4,t,SE);grid on;xlabel(时间t/s);ylabel (theta3、theta4(rad);title(角度Theta3、theta4和位移SE);axis( 0 , 0.75,-0.2,2); figure(2);plot(t,W3,r);hold on;grid on;plotyy(t,W4, t,VE);xlabel(时间t/s);ylabel(W3、W4(rad/s);title (角度速度W3、W4和速度VE);axis(0 , 0.75,-5,3);figure(3);plot(t,a3, r);hold on;plotyy(t,a4,t,aE);grid on;xlabel(时间t/s);ylabel(a3、a4(rad/s/s);title (角度加速度a3、a4和加速度aE);axis(0 , 0.75,-80,80);%运动图画完%画反力图figure(4);plotyy(thet al,Fc ,thet al,SE);xlabel(Thetai (时间t);ylabel(Fc);axis( thet a1(1) ,t he ta1(100),-50,1400);title(切削阻力Fc与位移SE);grid on;figure(5);plotyy(thet a1,M M,thet a1,Fc);xlabel(Theta1 (时间t);ylabel(力矩);axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,700);title(平衡力矩);grid on;figure(6);plotyy(thet a1,Ekk ,thet a1,SE);xlabel(Theta1 (时间t);ylabel(Fc);title(导杆、滑杆和滑块的总动能);grid on;thet a1(1)theta1(100)得到阻力矩的变化图像如下:9.2等效力矩采用数值积分的方法利用公式：9-1可以计算出=34906J计算出等效力矩 =5500N.m9.3最大盈亏功由Mg ）=MdM （屮）确定等效力矩M （屮）。根据M （少）的值采用数值积分中的梯形法，计算一个运动循环中曲柄处于计 算位置时等效力矩M （少）的功 W （少）,将一个周期分为18等份，选出其中 最大的盈亏功=440J9.4等效转动惯量根据公式：9-2可以得到：=2.26Kg.m29.5外加飞轮转动惯量根据公式： 二 /()- 9.3得=2442Kg.m?公式取自孙恒机械原理P10110.课程设计总结作为一名机械自动化专业的大二学生，我觉得做机械原理课程设计是十分有意 义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是公共和专 业基础课，在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，而做类似的课程设计就为我 们提供了良好的实践平台，使我们能把所学的专业基础课理论知识运用到实践中去。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属用Auto CAD画图和用CATIA建模仿真。在制作过程中，我对以前学过的技术更加熟练，同时又学到了更多的技术。两周的课程设计虽然已经结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。相信 这次设计带给我们的严谨的学习态度和一丝不苟的科学作风将会给我们未来的工 作和学习打下一个更坚实的基础。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高 都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。附录：参考文献1 龚溎义 罗圣国主编机械设计课程设计指导书高等教育出版社1990年4月第二版机械设计课程设计图册2 孙桓陈作摸葛文杰机械原理（第七版）主编 高等教育出版社，2006.53 沈乃勋主编 机械原理课程设计高等教育出版社公开出版1998年。4 秦大同主编现代机械设计手册化学工业出版社2011年