1、機械原理課程設計說明書設計題目：自動喂料攪拌機設計 姓名： _曾海連_學號：_11113030139_院系：_機械與材料工程學院_同組者：_指導教師：_胡云堂_2013年 月 日目錄一、機器的工作原理及外形圖1二、原始數據1三、設計要求2四、功能分解 3五、機構的選擇 3六、運動循環圖6七、傳動方案設計6八、機構尺寸的設計71、實現攪料拌勺點E軌跡的機構的設計72、設計實現喂料動作的凸輪機構8九、飛輪轉動慣量的確定10十、機器運動系統簡圖11十一、機械運動方案評價13十二、心得體會15參考文獻16機械原理課程設計說明書自動喂料攪拌機方案設計（方案A）一、機器的工作原理及外形圖設計用于化學工業和

2、食品工業的自動喂料攪拌機。物料的攪拌動作為：電動機通過減速裝置帶動容器繞垂直軸緩慢整周轉動；同時，固連在容器內拌勺點E沿圖【1】虛線所示軌跡運動，將容器中拌料均勻攪動。物料的喂料動作為：物料呈粉狀或粒狀定時從漏斗中漏出，輸料持續一段時間后漏斗自動關閉。喂料機的開啟、關閉動作應與攪拌機同步。物料攪拌好以后的輸出可不考慮。圖【1】 喂料攪拌機外形及阻力線圖二、原始數據工作時假定拌料對拌勺的壓力與深度成正比，即產生的阻力呈線性變化，如圖【1】示。表1.1為自動喂料攪拌機拌勺E的攪拌軌跡數據。表1.2為自動喂料攪拌機運動分析數據。表1.3為自動喂料攪拌機動態靜力分析及飛輪轉動慣量數據。表1.1 拌勺E

3、的攪拌軌跡數據表位置號12345678方案B510487454380205842319215336867074864646720582表1.2 自動喂料攪拌機運動分析數據表方案號固定鉸鏈A、D位置電動機轉速/(r/min)容器轉速/(r/min)每次攪拌時間/s物料裝入容器時間/s/mm/mm/mm/mmB1725405120001440658050表1.3 自動喂料攪拌機動態靜力分析及飛輪轉動慣量數據表方案號/N/Nm2/kgm3/kgJs2/()Js3/B22005500.05位于連桿2中點位于從動連架桿3中點125421.900.065三、設計要求（1）機器應包括齒輪（或蝸桿蝸輪）機構、

4、連桿機構、凸輪機構三種以上機構。（2）設計機器的運動系統簡圖、運動循環圖。（3）設計實現攪料拌勺點E軌跡的機構，一般可采用鉸鏈四桿機構。該機構的兩個固定鉸鏈A、D的坐標值已在表1.2給出（在進行傳動比計算后確定機構的確切位置時，由于傳動比限制，D點的坐標允許略有變動）。(4)對平面連桿機構進行運動分析,求出機構從動件在點E的位移(軌跡),速度,加速度;求出機構的角位移,角速度，角加速度，回執機構運動線圖。（5）對連桿機構進行動態靜力分析。曲柄1的指令和轉動慣量不計，平面連桿機構從動件2,3的質量m2,m3及其轉動慣量Js2,Js3以及阻力曲線FQ。根據各構件中心的加速度以及各構件角加速度確定各

5、構件慣性力和慣性力偶矩，將其合成為一力，求出該力至重心距離。（6）飛輪轉動慣量的確定。飛輪安裝在高速軸上，已知機器運轉不均勻系數（見表1.3）以及阻力變化曲線。注意拌勺進人容器及離開容器時的兩個位置，其阻力值不同（其中一個為0），應分別計算。驅動力矩為常數。繪制（全循環等效阻力矩曲線）、（全循環等效驅動力矩曲線）、（全循環動能增量曲線）等曲線。求飛輪轉動慣量。（7）設計實現喂料動作的凸輪機構。根據喂料動作要求，并考慮機器的基本廠寸與位置，設計控制喂料機開啟動作的擺動從動件盤形凸輪機構。確定其運動規律，選取基圓半徑與滾子半徑，求出凸輪實際廓線坐標值，校核最大壓力角與最小曲率半徑。繪制凸輪機構設計

6、圖。四、功能分解 1. 電動機通過減速裝置帶動容器繞垂直軸緩慢整周轉動； 2. 攪拌機構使固連在容器內拌勺點E沿圖1.1虛線所示軌跡運動，將容器中拌料均勻攪動； 3. 平推機構控制下料口的下料的時間與開關。五、機構的選擇功能執行構件工藝動作執行機構喂料擺桿間歇擺動 擺動從動件盤形凸輪機構旋轉回轉軸回轉運動蝸輪蝸桿機構 攪拌 拌勺 回轉運動 曲柄搖桿機構機構的組合：1為蝸輪蝸桿減速機構 2為擺動從動件盤形凸輪機構（控制進料） 3為鉸鏈四桿機構 4為連接四桿機構和凸輪機構的輪系 5為機構組合圖（其中

7、四桿機構和凸輪機構之間有輪系連接如圖4所示）六、運動循環圖方案B：喂料口開啟40s關閉60s攪拌勺不攪拌攪拌容器勻速轉動144°216°七、傳動方案設計方案B，已知電動機轉速為1440r/min，容器轉速65r/min，由計算可知，故可以設計如下：從電動機輸出，經減速器減速輸出，減速器有兩個輸出（輸入1和輸入2，輸入1等于輸入2）。輸入1通過V帶傳動，傳遞給容器，從而使容器達到要求的轉速；而輸入2傳遞時也分為兩部分，一部分通過錐齒輪傳動帶動曲柄搖桿機構實現攪拌，另一部分通過蝸輪蝸桿機構傳動帶動凸輪機構實現下料口的開啟與關閉。具體計算如下：選擇傳動比為24級的減速器，此時輸出

8、轉速為1440/24=60r/min；要求的容器轉速為65r/min，V帶1的傳動比應為60/65=12/13；蝸桿與V帶輸出相連，轉速為30r/min，則V帶2的傳動比為60/30=2，而蝸輪轉速為0.6r/min，蝸輪蝸桿的傳動比應為30/0.6=50；攪拌四桿機構的曲柄轉速可定為10r/min，則錐齒輪的傳動比應為60/10=6。八、機構尺寸的設計1、實現攪料拌勺點E軌跡的機構的設計要實現此軌跡可采用鉸鏈四桿機構，由于該四桿機構的兩個固定鉸鏈以及所要實現軌跡上的八個點的坐標已知，故可以根據四桿機構設計方法中軌跡設計法的解析法對各個桿長進行設計，其設計原理如下：E點的軌跡方程為：式中共有九

9、個待定尺寸參數，即鉸鏈四桿機構的連桿點最多能精確通過給定軌跡上所選的九個點。當需通過的軌跡點數少于九個時，可預先選定某些機構參數，以獲得唯一解。將已知的軌跡中的八個點的坐標代入方程中計算可得出各個桿件的長度，但是由于方程比較復雜不易求解，因此先通過圖解法大致確定出曲柄長度然后在代入方程求連桿長度。對于方案A，假定曲柄長度Lab為240mm ，已知Lad=640mm，代入方案A的數據可得出其余兩個桿長分別為Lbc=570mm、Lcd=400mm。2、設計實現喂料動作的凸輪機構方案B：實現喂料動作的凸輪機構在運動中受輕載而且低速運轉，故只需采用等速變化規律的盤型直動從動凸輪機構即可達到要求。凸輪機

10、構的推程與喂料系統開口的大小相同，設其為100mm，喂料系統的開啟和關閉過程是一個快速的過程，故設其推程角和回程角為5度，根據物料喂入時間和每次攪拌時間即可確定遠近休止角的大小，對方案A，其遠休止角為216度。根據機構的整體尺寸設定凸輪的基圓半徑為400mm，為盡量減小壓力角而設定凸輪的偏心距為200mm。凸輪設計具體如下：由已知得凸輪的基圓半徑，偏心距，凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉，推桿的行程。其運動規律為： 推桿等角速度上升；5 推桿遠休；216推桿等速下降；221 推桿近休。用作圖法，取比列尺，先根據已知尺寸作出基圓與偏距圓，然后用反轉法作圖設計。推程段凸輪輪廓線：1）確定推桿在反轉運

11、動中占據的個位置；2）計算推桿推程在反轉運動中的預期位移； 0123450204060801003）確定推桿在復合運動中占據的位置；4）連接各點成一光滑曲線，即為凸輪輪廓線。5）計算推桿回程在反轉運動中的預期位移； 0123451008060402006）重復上面的步驟就可得到凸輪完整曲線。凸輪設計如圖所示：將凸輪參數輸入計算機凸輪設計軟件中即可得凸輪機構的運動規律，并得到最大力壓力角與最小曲率半徑。 九、飛輪轉動慣量的確定要確定飛輪的轉動慣量必須清楚機器在一個周期內運轉的驅動力矩和阻力矩，從而計算出次周期的最大盈虧功，另外還須知道機器運轉時的速度不均勻系數和機器的額定轉速n即可根據公式Wma

12、x=（J + Jf）*wm2 *算出飛輪的等效轉動慣量。根據題目中所給出的原始數據可繪制出（全循環等效阻力矩曲線）、（全循環等效驅動力矩曲線）、（全循環動能增量曲線）曲線如下所示：方案A:由圖可知，Wmax為陰影部分的面積，經過計算得Wmax=3247J，由公式 Wmax=（J + Jf）wm2 ,可以求得飛輪轉動慣量為1.59kg/m2。十、機器運動系統簡圖方案B：方案說明：自動喂料攪拌機的動力由電動機輸出，電動機輸出軸上裝有一個飛輪（飛輪作用：使機械運轉均勻。當飛輪高速旋轉時，由于慣性作用可貯藏能量，也可放出能量，克服運動阻力，使發動機運轉平穩。當超速運轉時，它能把能量貯藏起來，使其緩慢提

13、速，避免猛然高速運轉，造成來不及操縱而失去控制；當低速運轉時，它能把能量釋放出來，使其慢慢降速，避免猛然低速導致停車。因此可使機械運轉均勻，旋轉平穩。）電動機輸出軸與變數箱相連，經變速箱變速后有兩個輸出分別為輸出1和輸出2。輸出1經V帶傳動把動力傳遞給容器，帶動容器轉動；輸出2傳遞路線又分兩部分，一部分經錐齒輪傳遞給四桿機構作攪拌運動，另一部分經V帶傳遞給蝸桿蝸輪機構帶動凸輪轉動，凸輪控制著下料口的開與關。方案A：機構傳動說明：動力由電動機提供，通過軸傳給齒輪，再由減速器調節好速度輸出后分成兩部分，一部分傳給齒輪機構帶動容器運轉，另一部分傳給蝸輪蝸桿機構，帶動凸輪所在的齒輪，由凸輪來控制下料開

14、關，當不完全齒輪有齒部分嚙合時，下料口關閉，帶動曲柄搖桿機構運動進行攪拌。當不完全齒輪轉到無齒部分時，下料口開啟，進行喂料。飛輪作用： 使機械運轉均勻  飛輪高速旋轉，由于慣性作用可貯藏能量，也可放出能量，克服運動阻力，使發動機運轉平穩。當超速運轉時，它能把能量貯藏起來，使其緩慢提速，避免猛然高速運轉，造成來不及操縱而失去控制；當低速運轉時，它能把能量釋放出來，使其慢慢降速，避免猛然低速導致停車。因此可使機械運轉均勻，旋轉平穩。不完全齒輪原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據運動時間和停歇時間的要求在從動輪上作出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒

15、進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止圓弧定位使從動輪靜止。 特點：不完全齒輪機構結構簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內變化。但是從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。十一、機械運動方案評價我完成的是方案B序號評價項目詳細分析評價分數方案B方案A方案A方案B1功能目標完成情況兩個方案都能實現機構所要完成的功能882工作原理的先進性較先進先進783系統的工作效率完成一次攪拌的周期較短完成一次攪拌的周期較方案A多874系統機械傳動的精度該方案傳到容器的動力與傳到控制下料口的動力在變速箱里就分開，且攪拌不受喂料口的開關限制，不會產生

16、間歇性，故傳動精度較精確該方案動力由變速箱輸出后才分到容器和凸輪及四桿機構，且工作時四桿機構的運動受喂料口的開關限制，四桿機構要等料裝好后才開始攪拌，開始攪拌的幾秒會產生工作阻力，所以傳動時可能會不太精確875系統的復雜程度較復雜一般786系統方案的使用性一樣777系統方案的可靠性較可靠較可靠778系統方案的新穎性一般較新穎，使用了不完全齒輪作間歇運動789系統方案的經濟成本該方案工作效率略高于方案B，但工作時四桿機構一直都在運動，該方案工作效率略低，但四桿機構也實現了間歇運動77綜上所述，經濟成本上差不多10系統方案的環保問題差不多77評價分數累計7273綜上所述，方案B略優于方案A，但兩個

17、方案各有優缺點，都能按設計要求實現所需的功能，也都存在一定的問題，例如方案A雖然機構看著較為復雜，但所用到的機構尺寸較小，便于生產加工；而相對于方案A，方案B的機構看起來較簡單，但像不完全齒輪，要實現所需傳動比，則所需的齒數較多，因此導致整體尺寸較大，加工起來就比較麻煩。所以方案B雖然總體上比方案A好，但也有其不足之處。十二、心得體會通過課程設計，發現自己的很多不足，自己知識的很多漏洞。通過這次機械原理課程設計，我了解了機械設計的基本概念，設計是人類改造自然的基本活動之一，設計是復雜的思維過程，設計過程蘊含著創新和發明，而機械設計的對象是由動力驅動裝置、執行機構、和傳動系統組成的機器。只有認識

18、設計的概念，我才看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，思考的時間還需加多，理論聯系實際的能力還急需提高。通過設計使自己對機械進一步了解，掌握了更多的知識。這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，因為機械設計的過程是比較復雜的，首先要選擇設計的方法，機械原理課程設計的方法可分為三大類：圖解法，解析法，實驗法。圖解法就是運用某些幾何關系式或已知條件等，通過幾何作圖求得結果。解析法就是以機構參數來表示各構件的函數關系，建立求解未知量的解析式。實驗法就是通過搭建模型、計算機動態演示與仿真使設計的機械產品、機構、零件得以實現，不僅驗證設計的效果，還培養學生的創新意識和實踐動手

19、能力。所以說，光是方法的選擇，就需要比較豐富的知識，需要借助團隊的知識進行分析比較，再加以選擇。團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神在今后的學習中，我會更加用心生活，觀察生活中的事務，從而了解人們正在用的機械和人們生活對機械的所需，這樣才能給我的機械設計指導方向。我會更注重實踐的學習，把理論聯系于實踐是我們當代大學生前進的一個方向，我更加注重團隊的合作，因為團隊合作能做的事遠遠大于個人分開做事的總和。相信這次課程設計能對我今后的學習和工作有一定幫助。最后，非常感謝 老師的關心指導和其他同學的協作！參考文獻1龔建明.機械原理課程設計指導書.北京：高等教育出版社20052牛鳴岐，