機械原理鐵板運輸機課程設計.doc

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課 程 設 計 成 果 說 明 書 題 目 鐵 板 輸 送 機 設 計 學 生 姓 名 學 號 學 院 班 級 指 導 教 師 同組者 2012年 6月 18 日 目 錄 設計任務 書 4 第 1 章 總論及設計要求 5 1 1 功能要求 5 1 2 工作原理及工藝動作流程圖 6 第 2 章 動力源的選擇 6 2 1 原動機的選擇 6 2 2 電動機的型號選擇 7 第 3 章 傳動機構(gòu) 的設計 8 3 1 傳動機構(gòu)方案設計 8 第 4 章 執(zhí)行機構(gòu)選擇 10 4 1 間歇送料機構(gòu)的選擇 10 4 2 形態(tài)學矩陣 12 第 5 章 機械運動系統(tǒng)方案的擬定 13 5 1 擬定的方案 13 第 6 章 機構(gòu)運動循環(huán)圖 15 6 1 運動循環(huán)圖的確定 15 6 2 運動循環(huán)圖的繪制 16 第 7 章 機構(gòu)的運動學及動力學尺度設計計算 17 7 1 尺寸計算 17 第 8 章 機械運動方案評價 20 8 1 評價方案表 20 結(jié)束語 23 參考文獻 23 設計任務書 書中設計題目 參數(shù)僅寫自己的參數(shù) 1 原始數(shù)據(jù)和設計要求 每次輸送鐵板長度為 1900mm 2000mm 或 2200mm 設計時任選一種 剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的 1 15 要求鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間 的 1 5 倍 以保證有較高的生產(chǎn)率 輸送機構(gòu)運轉(zhuǎn)應平穩(wěn) 振動和沖擊應盡量小 即要求輸送機構(gòu)從動件的加速度曲線連 續(xù)無突變 2 運動方案構(gòu)思提示 執(zhí)行構(gòu)件的間歇送進運動可以考慮采用兩個輥輪將鐵板壓緊 依靠輥輪和鐵板間的摩擦 力將鐵板從卷料上拉出并推向前進的輸送方式 棘輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)和不完全齒輪機構(gòu)等都 有可能改造成使輥輪作短暫停歇的機構(gòu) 它們具有結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 運動可靠等優(yōu)點 但在動力性能和動停比等方面不能滿足設計要求 所以應該采用組合機構(gòu) 3 參考傳動方案 第 1 章 總論及設計要求分析 1 1 功能要求 XXXXXXXXXXXXXXX 1 間斷輸送成卷的板料 每次輸送鐵板到過規(guī)定的長度后 鐵板稍停 以待剪板機將其剪斷 2 每次輸送鐵板長度為 2000mm 3 剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的 1 15 要求鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間 的 1 5 倍 以保證有較高的生產(chǎn)率 4 輸送構(gòu)機構(gòu)運轉(zhuǎn)應平穩(wěn) 振動和沖擊應盡量小 即要求輸送機構(gòu)從動件的加速度曲線 連續(xù)無突變 1 2 工作原理及工藝動作流程圖 XXXXXXXXXXXXXXX 1 夾持和輸送鐵板 并在停歇時保搶救無效鐵板的待剪位置 2 實現(xiàn)間歇送進 并能使鐵板停歇時 運送鐵板的構(gòu)件的速度的加速度曲線仍然連續(xù) 使整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn) 工作流程圖 鐵板輸 送 剪切鐵 板 鐵板夾 持 第 2 章 動力源的選擇 2 1 原動機的選擇 原動機有許多不同的種類 按照不同的角度分類 有著不同的形式 原動機按其輸入能量的不同可以分為兩類 1 一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 屬于此類的原動機 的有柴油機 汽油機 氣輪機和燃氣輪機等 2 二次原動機 此類原動機是將發(fā)電能所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 屬于 此類原動機的有電動機 液壓馬達 氣動馬達 汽缸和液壓缸等 原動機的輸出形式有三種 1 轉(zhuǎn)動 具有這種輸出形式的原動機有電動機 液壓馬達 氣動馬達 柴油機 汽油機 氣輪機和燃氣輪機等 2 往復移動 具有這種輸出形式的有直線電動機 汽缸 液壓缸等 3 往復擺動 具有這種輸出運動形式的原動機有擺動油缸 擺動氣缸等 機械設計中應根據(jù)現(xiàn)場能源供應的情況 工作的載荷 工作的要求 工作的環(huán)境 經(jīng)濟 成本等條件 還要考慮工作可靠 操作簡便 維修方便這方面的因數(shù) 來選擇原動機的類型 和結(jié)構(gòu)形式 在自動打印機中 不可能選擇一次原動機 因為自動打印機體積本身不會很大 如果選用一次原動機 將大大增大其體積 而且需要經(jīng)常購買燃料或自己制造動力 這樣就 會增加成本 根據(jù)總功能的要求 選擇轉(zhuǎn)動原動機 自動打印機打印的一般是紙制產(chǎn)品 不 宜選擇油類和氣類電動機 否則會污染產(chǎn)品 而且電動機工作可靠 操作簡便 維修方便 根據(jù)綜上所訴 自動打印機應選擇電動機 2 2 電動機的型號選擇 電動機型號的選擇需考慮到電動機的機械特性和工作制度與工作相匹配 考慮到工作 機對電動機提出的起動 過載 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性 調(diào)速和控制等方面的要求 電動機型號的選擇 主要是容量 功率和轉(zhuǎn)速的選擇 電動機的容量選得合適與否 對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響 當容量小于工作要求 時 電動機不能保證工作裝置的正常的工作 或使用電動機因長期的過載而過早損壞 容量 過大則電動機的價格高 能量不能充分利用 且常常不在滿載下運行 其效率和功率的因數(shù) 都較低 造成浪費 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定 而發(fā)熱又由其工作情況決定 電 動機的工作情況一般分為兩類 用于長期連續(xù)運轉(zhuǎn) 載荷不變的或很少變化的 在常溫下工作的電動機 如用于 連續(xù)輸送機械電動機 選擇這類電動機的容量 只需要使電動機的負載不超過其額定的值 電動機便不會過熱 2 用于變載荷下長期運行的電動機 短時運行的電動機 工作時間短 停歇時間長 和重復短時運行的電動機 工作時間和停歇時間都不長 其中容量選擇按等效率法計算 并校核過載能力和啟動轉(zhuǎn)速 額定功率相同的同類型電動機有若干種轉(zhuǎn)速可供設計選用 電動機轉(zhuǎn)速越高 則磁極越少 尺寸及重量越少 一般說價格也越低 但上由于所選用的電動機轉(zhuǎn)速越高 當工作機械低速 時 減速傳動所需傳動裝置的總傳動比必然增大 傳動級數(shù)增多 尺寸及重量增大 從而使 傳動裝置的成本增加 因此確定電動機轉(zhuǎn)速時應同時兼顧電動機及傳動裝置兩者加以綜合分 析比較確定 由于平壓模切機電機轉(zhuǎn)速為 1450r min 并且電機輸出功率 Pw Pd y Pd FV 1000y KW 其中 F 為工作阻力 單位 N V 為工作機線速度 單位 M S Y 為工作機的效率 所以根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和輸出效率 應選 Y160M 4 三項異步電動機 額定功率為 11 KW 轉(zhuǎn)速 1450 r min 第 3 章 傳動機構(gòu)的設計 3 1 傳動機構(gòu)方案設計 機械系統(tǒng)中的傳動裝置是指把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并兼實現(xiàn)能量的分配 轉(zhuǎn)速的改變和運動形式的改變等作用的中間裝置 在這里 我們采用帶傳動 1 該設計中傳動裝置應具備以下作用及性能 把原動機輸出的速度降低 以適應執(zhí)行機構(gòu)的需要 可以起到變速傳動 把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力 把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)所要求的 其速度按一定的規(guī)律變化 實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu) 由于機體的外形 尺寸的限制 以及為了安全和操作方便 執(zhí)行機構(gòu)與原動機也需要傳 動裝置來連接 2 傳動類型的選擇 機械傳動類型的選擇關系到整個機械系統(tǒng)的運動方案設計 機器工作性能 可靠性 尺寸 質(zhì)量和成本 只有通過多中方案的分析比較 才能較合理地選用傳動的類型 選擇時可以 根據(jù)下列依據(jù) 工作機的性能和工況 原動機的機械特性和調(diào)速性能 對機械傳動系統(tǒng)的尺寸 質(zhì)量和布局 上的要求 工作環(huán)境的限制 經(jīng)濟性 操作方式和控制方式 第 4 章 執(zhí)行機構(gòu)選擇 4 1 間歇送料機構(gòu)的選擇 方案 a 連桿機構(gòu) 圖 4 1 方案 b 凸輪機構(gòu) 圖 4 2 4 2 形態(tài)學矩陣 方案 1 表 4 1 功能元分解功能元 1 2 3 減速 1 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 減速 2 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 送料夾持器間歇 往復移動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機 構(gòu) 連桿曲 線間歇擺動 機構(gòu) 定位桿間歇往復 移動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 凸輪 連桿機構(gòu) 方案 2 表 4 2 功能元分解功能元 1 2 3 減速 1 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 減速 2 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 輸送滾間歇單向 滾動送料 槽輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 內(nèi)齒合行 星輪間歇 機構(gòu) 輸送滾間歇停止 定位 槽輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 內(nèi)齒合行 星輪間歇 機構(gòu) 第 5 章 機械運動系統(tǒng)方案的擬定 5 1 擬定的方案 方案一 由電動機帶動桿構(gòu)繞定軸轉(zhuǎn)動 到一定的時候停歇來進行剪切 圖 5 1 方案二 運動方案簡圖如圖 5 2 所示 2 3 4 H 組成兩自由度的差動輪系 內(nèi)齒輪 4 和輸送滾 一起作為輸出構(gòu)件 除 H 作為運動輸入構(gòu)件外 還可以取 2 或 3 作勻速運動輸入 另一構(gòu)4 件 H 作連續(xù)非勻速運動輸入 則總可以使構(gòu)件 4 在某段時間的角速度為零 該機構(gòu)采用齒輪 1 向齒輪 2 傳送勻速運動 同時 1 通過曲柄搖桿機構(gòu) ABCD 將變速運動傳輸送給系桿 H 這種 構(gòu)件可使 4 的近似停歇角大于 20 度 圖 5 2 第 6 章 機構(gòu)運動循環(huán)圖 6 1 運動循環(huán)圖的確定 機械系統(tǒng)為了實現(xiàn)所需要的功能 通常有不只一個執(zhí)行構(gòu)件 這些執(zhí)行構(gòu)件的運動必須 按一定的時間順序進行 否則會出現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件相互干涉 發(fā)生打架事件 所以必須進行機構(gòu) 的協(xié)調(diào)設計 即畫出機構(gòu)的運動循環(huán)圖 運動循環(huán)圖的表示方法有三種 直線式運動循環(huán)圖 同心圓式運動循環(huán)圖 直角坐標運 動循環(huán)圖 其表示方法和優(yōu)缺點如下表 6 1 表 6 1 6 2 運動循環(huán)圖的繪制 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬訂運動循環(huán)圖 根據(jù)圖 5 2 因該方案中輸送滾既能起到輸送鐵板又能固定鐵板的作用 所以只要協(xié)調(diào)好 該輸送滾的轉(zhuǎn)動與靜止的時間 根據(jù)設計要求 剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的 1 15 要求鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的 1 5 倍 以保證有較高的生產(chǎn)率 畫出如 下運動循環(huán)圖 類別 表示方法 優(yōu)缺點 直線式 矩形循環(huán)圖 將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的 時間和順序按比例繪在直線坐標 軸上 能清楚地表示整個運動循環(huán)內(nèi) 各執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件行程之間的 相互順序和時間 或轉(zhuǎn)角 的關系 繪制比較簡單 執(zhí)行構(gòu)件的運動規(guī)律無法顯示 直觀性差 同心圓式 將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的 時間和順序按比例繪在圓形坐標 上 直觀性強 可以直接看出各執(zhí) 行機構(gòu)原動件在分配軸上所處的相 位 便于各機構(gòu)設計 安裝 調(diào)試 執(zhí)行機構(gòu)較多時 由于同心圓 太多看起來不清楚 直角坐標式 將運動循環(huán)圖的各運動區(qū)段 的時間和順序按比例繪在直角坐 標軸上 實際上它是執(zhí)行構(gòu)件的 位移線圖 只不過為了簡明起見 各區(qū)段之間都用直線相連 直觀最強 能清楚地看到各執(zhí) 行機構(gòu)的運動狀態(tài)及起迄時間 有 利于指導執(zhí)行機構(gòu)的幾何尺寸設計 圖 6 1 第 7 章 機構(gòu)的運動學及動力學尺度設計計算 7 1 尺寸計算 參照圖 5 2 根據(jù)設計要求 設鐵板輸送周期為 T 即主動輪 1 轉(zhuǎn)一周的時間 基礎機構(gòu) 齒輪 2 3 4 及系桿 H 組成的自由度為 2 的差動輪系 附加機構(gòu) 齒輪機構(gòu) 1 2 和曲柄搖桿機構(gòu) ABCD 齒輪 1 和桿 AB 固結(jié)在一起 桿 CD 與系桿 H 是一個構(gòu)件 在主動曲柄 AB 齒輪 1 等速轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi) 從動齒輪 4 按下述規(guī)律運動 當曲柄開始 轉(zhuǎn)過 時 齒輪 4 停歇不動 以等待剪切機構(gòu)將鐵板剪斷 在主動曲柄轉(zhuǎn)過一周中 其余角度時 輸出構(gòu)件 4 轉(zhuǎn)過 這時剛好將鐵板輸送到所要求的長度 且為了提高傳動 的效率 要求四桿機構(gòu)的最小傳動角大于 在齒輪 2 3 4 及系桿 H 組成的差動輪系中 則 在齒輪 1 2 組成的定軸輪系中 故 或 上式可見 齒輪 4 的輸出運動為構(gòu)件 1 和系桿 H 的運動之合成 欲使主動齒輪 1 從某瞬時開始轉(zhuǎn)過 時構(gòu)件 4 能產(chǎn)生停歇 則應令 即滿 足 此式反映了該組合機構(gòu)中四桿機構(gòu)的主 從動桿之間的傳動關系 欲使從動齒輪 4 能實現(xiàn)停 歇 就必須設計出一個能滿足上式的曲柄搖桿機構(gòu) 該組合機構(gòu)的設計步驟如下 確定齒數(shù) 和 將上式兩邊積分后得 今要求當齒輪 1 轉(zhuǎn)一周時 齒輪 4 轉(zhuǎn) 因此 選取 則 確定齒數(shù) 和 假定齒輪 2 固定不動 差動輪系就變成了以系桿 H 為輸入構(gòu)件 中心輪 4 為輸出構(gòu)件的行星 輪系了 則 得 確定曲柄搖桿機構(gòu)的尺寸 今選取 得 由同心條件得 得 曲柄搖桿機構(gòu)需同時滿足三個條件 曲柄 AB 轉(zhuǎn)過 期間內(nèi) 每一瞬時主 從動件 要滿足公式 主動桿 AB 能做整周回轉(zhuǎn) 最小傳動角大于 由上述計算可得構(gòu)件 4 的近似停歇角約為 24 度 剛剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的 1 15 所心符合要求 第 8 章 機械運動方案評價 8 1 評價方案表 方案 1 表 8 1 序號 評價項目 評價等級 評價分數(shù) 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 6 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 低 4 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 6 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 6 5 系統(tǒng)的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 5 6 系統(tǒng)方案的使用性 使用 一般 不使用 5 7 系統(tǒng)方案的可靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 8 8 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 不新穎 8 9 系統(tǒng)方案的經(jīng)濟成本 低 較低 高 較高 8 10 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 10 評價分數(shù)累計 66 方案 2 表 8 2 序號 評價項目 評價等級 評價分數(shù) 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 低 6 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 8 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 5 系統(tǒng)的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 10 6 系統(tǒng)方案的使用性 使用 一般 不使用 10 7 系統(tǒng)方案的可靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 不新穎 8 9 系統(tǒng)方案的經(jīng)濟成本 低 較低 高 6 較高 10 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 6 評價分數(shù)累計 84 根據(jù)以上兩運動方案評價表 可看出方案 2 要優(yōu)與方案 1 故本設計采用方案 2 結(jié)束語 緊張的課程設計順利結(jié)束了 結(jié)合生產(chǎn)實際 一定能更好的掌握機械知識 最后 非常感謝 老師的關心指導和其他同學的協(xié)作 設計者 參考文獻 1 牛鳴岐 王保民 王振甫 機械原理課程設計手冊 重慶 重慶大學出版社 2001 2 機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編 機械工程手冊第 59 篇 沖壓機械化與自動化 北京 機械工業(yè)出版社 1982 3 王知行 劉延榮 機械原理 北京 高等教育出版社 2000 4 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組編 理論力學 設計 浙江 浙江大學出版社 1995 第五版 北京 高等教育出版社 1993 5 陳秀寧 機械設計課程