机械原理课程设计--摇摆式输送机设计说明书

机械原理课程设计说明书
目录
第一章机械原理课程设计前言 (1)
§1-1 课程设计的目的 (1)
§1-2 课程设计的任务 (2)
第二章:摇摆式输送机设计过程 (2)
§2-1 工作原理 (2)
§2-2 设计要求和原始数据 (3)
§2-3 设计内容及工作量 (4)
§2-4 其他设计方案 (4)
§2-5 利用作图法确定机构的运动尺寸 (5)
§2-6 连杆机构的运动分析 (7)
（一）、速度分析 (8)
（二）、加速度分析 (10)
§2-7 机构的动态静力分析 (14)
§2-8 飞轮转动惯量的确定 (15)
第三章:课程设计总结 (18)
参考文献 (19)
第一章机械原理课程设计前言机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。

机械原理课程设计是使学生较全面的、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。

我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手，研究机构运动的确定性和可能性，并进一步讨论的组成原理，从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新的机构的方法。

机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类：
（1）、根据已有的机构和主要参数来分析该机构和所组成机构的各种特性，即结构分析，运动分析。

（2）、根据预期的各种特性来确定新的机构的形式，结构和参数，即机构的设计问题，如机构的运动设计，机构的平衡设计以及速
度的调节。

电子计算机的应用为此次课程设计提供方便，我们可以利用AutoCAD作图，SolidWorks建模并仿真，从而能看到机构的运动。

§1-1 课程设计的目的
机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析的训练，是机械原理课程的一个重要的实践性教学环节。

其目的是：
（1）、进一步加深学生所学的理论知识。

（2）、培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析与设计有一较完整的概念。

（3）、通过对具体问题的分析、计算、制图、技术资料的使用，电算程序的编制及计算机使用等各环节，培养学生独立分析问题和
解决问题的工程技术能力。

§1-2 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。

第二章:摇摆式输送机设计过程
§2-1 工作原理
摇摆式输送机是一种水平传送材料用的机械，由齿轮机构和六连杆机构等组成。

如图1所示，电动机1通过传动装置2使曲柄4回转，再经过六连杆机构使输料槽9作往复移动，放置在槽上的物料10借助摩擦力随输料槽一起运动。

物料的输送是利用机构在某些位
置输料槽有相当大加速度，使物料在惯性力的作用下克服摩擦力而发生滑动，滑动的方向恒自左往右，从而达到输送物料的目的。

1——电机 2——传动装置 3——执行机构
图1摇摆式输送机示意图
§2-2 设计要求和原始数据
设计要求：
该布置要求电机轴与曲柄轴垂直，使用寿命为5年，每日二班制工作。

输送机在工作过程中，载荷变化较大，允许曲柄转速偏差为±5%，六连杆执行机构的最小传动角不得小于40°，执行机构的传动效率按0.95计算，按小批量生产规模设计。

原始数据：
题号 1
物料的重量G (kg) 3000
§2-3 设计内容及工作量
1、根据摇摆式输送机的工作原理，拟定2～3个其他形式的机构，
画出机械系统传动简图，并对这些机构进行运动和动力分析。

2、根据设计数据确定六杆机构的运动尺寸，取l DB=0.6l DC。

要求用
图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。

3、连杆机构的运动分析。

将连杆机构放在直角坐标系下，分析出滑
块8的位移、速度、加速度及摇杆6的角速度和角加速度，作出运动曲线，并打印上述各曲线图。

4、机构的动态静力分析。

物料对输料槽的摩擦系数f =0.35, 设摩
擦力的方向与速度的方向相反，求出外加力大小，求出曲柄最大平衡力矩和功率。

5、编写设计说明书一份。

应包括设计任务、设计参数、设计计算过
程等。

§2-4 其他设计方案
图2-1
图3-1
以上两种机构的分析对比：图2-1为六杆机构，直接通过电动机带动曲柄滑块转动从而是连杆2摆动最终使滑块左右运动，从而达到输送货物的效果。

其优点是成本比较低，结构简便，缺点是摩擦大，耗费能量多。

图3-1是通过送料的往复运动我们用曲柄滑块机构实现，当输入构件等速转动时，输出构件带动滑块作往复移动，机构具有急回功能，但该方案不但设计计算比较复杂，滑块5和作平面复杂运动的连杆2和4的动平衡也比较困难。

§2-5 利用作图法确定机构的运动尺寸
根据原始数据，可求得m m l l DC DB 162.027.06.06.0=⨯==，并作出摇
杆的两个极限位置12DB DB 、，利用公式180
K-1)/K+1)θ=（（，计算出10.19θ=。

选取一点P ，使12B PB θ∠=。

P 点的简单做法是做212()B M B B ⊥
和1B N （与12B B 成090θ-）的交点。

通过12,,P B B 三点作圆。

可知圆周
上任取一点作为曲柄的轴心，机构的极位夹角均等于θ，此圆与直线GH 的交点即为曲柄中心O 。

这样的位置有两个，可以验证以O ＇为曲柄中心的传动角γ1小于040（最小传动角发生在曲柄与机架的两个共线位置，如下图所示），与要求相矛盾，故排除。

由1OB l 207.65mm =，2l 386.54mm OB =可得：
21OA l l 89.45mm 2
OB OB l -== 21l l 297.09mm 2
OB OB AB l +==
§2-6 连杆机构的运动分析
如下图所示，选取杆6与垂直线的夹角为30°时的位置,用图解法进行分析。

根据原始数据要求，杆件4的转速min 110r n =，则其角速度4ω为：
s rad s rad 52.1160
21104=⨯=πω
（一）、速度分析
A 点的线速度s m s m A 03.108945.052.11l OA 4=⨯==ων
BA A B v v v +=
大小： ？ √ ？ 方向：⊥DB ⊥OA ⊥AB 选取速度比例尺()mm
s m 01.0=νμ，作速度分析图（如下图所示）可得：
s m s m pb B 84.08401.0=⨯=⨯=νμν s m s m ab B 32.03201.0A =⨯=⨯=νμν
由此可得：
杆5的角速度为：s rad s rad l AB 08.129709
.032.0BA
5===νω 摇杆6的角速度为：s rad s rad l DB 19.5162
.084.0B
6===νω C 点的速度为：s m s m l DC C 40.127.019.56=⨯=⋅=ων
78C78C v v v +=
大小： ？ √ ？ 方向：水平 ⊥DC 垂直
其中s m 40.1C C7==νν。

选取速度比例尺()mm
s m 01.0=νμ，作速度分析图（如下图所示）可得：
s m s m 70.07001.07C 8=⨯=ν
s
m s m 21.112101.08=⨯=ν
（二）、加速度分析
A 点的加速度为：2
2
2
24A 87.1108945.052.11s m
s
m
l a OA =⨯=⋅=ω
B 点相对于D 点的法向加速度为：
2
2
22
636.4162.019.5s m
s
m
l a DB n BD =⨯=⋅=ω
B 点相对于A 点的法向加速度为：
2
2
22535.029709.008.1s m
s
m
l a AB n BA =⨯=⋅=ω
ττBA n BA A BD n BD D B a a a a a a a ++=++=
大小： 0 √ ？ √ √ ？ 方向： B →D ⊥DB A →O B →A ⊥AB
选取加速度比例尺()
mm s m a 2
1.0=μ，
作加速度分析图（如上图所示）可得：
22
47.127.1241.0s m
s
m
a B =⨯=
22
BD 68.118
.1161.0s m
s
m a =⨯=τ
由此可得：
摇杆6的角加速度为：22BD 610.72162
.068.11s rad s rad l a DB ===τα C 点的加速度为：22
2
2
627.727.019.5s m
s
m
l a DC C =⨯=⋅=ω
r
C78k C787C 8a a a a ++=
大小： ？ √ √ ？ 方向： 水平 C →D 水平 垂直
其中2
C C727.7s
m a a ==，2
2
C786k C7827.770.019.522s m
s
m
a =⨯⨯=⋅=νω
选取加速度比例尺()
mm s m a
2
1.0=μ，
作加速度分析图（如上图所示）
可得：
22
863.33.361.0s m
s
m
a =⨯=
用SolidWorks 建模仿真所得运动曲线图如下（机构模型图见后面）：
推杆8的位移曲线：
推杆8的速度曲线：
推杆8的加速度曲线：
摇杆6的角速度曲线：摇杆6的角加速度曲线：
§2-7 机构的动态静力分析
在物料上添加一个摩擦力，大小为：
⨯
=
⨯
⋅
=
⋅
.0
F=
g
35
N
G
N
3000
8.9
f10290
阻
方向为水平向左。

此摩擦力在0.26s内为10290N，在0.26～0.545s内为0。

表达式为：
IF(time-0.26:10290,10290,0)
最大平衡力矩为：
m N ⋅=426.050M max
功率为：
W W 096.490852.11050.426M P 4max =⨯=⋅=ω
§2-8 飞轮转动惯量的确定
首先，绘制平衡力矩与角度的曲线图（如下图所示）：
把上图的横坐标等分为51份，通过对平衡力矩曲线的积分求出阻力功。

积分求法：51
2W 51
1
51
1
π⋅
==∑∑==i i i i M W 阻 根据阻力功等于驱动功，π
2W M 阻
驱=
，绘出驱动力矩的曲线图：
把两条曲线的对应力矩值相减，得到下图：
对差值曲线的各段（共分为51段）分别进行积分，得到盈亏功图：
选取盈亏功曲线上最高点和最低点的值，作差，得到最大盈亏功max W
52.49J 555)(-49.60449-52.88465156W max ==
根据曲柄的长度、宽度和厚度，用Pro/E 的质量属性进行分析可得：
2O 25J s m kg ⋅⋅=
飞轮的转动惯量为：
22
2
02
4
2max
M 55.9478256011014.315.049.52900900J s m kg J n W ⋅⋅=-⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯=-⋅⋅=
πδ
输送机模型图：
第三章: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AutoCAD画图和用SolidWorks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。

参考文献
1、机械设计课程设计指导书龚溎义罗圣国李平林张力乃黄少颜编龚溎义主编高等教育出版社 1990年4月第二版机械设计课程设计图册
2、《机械原理》（第七版）孙桓陈作摸葛文杰主编高等教育出版社，2006.5
3、《机械原理课程设计》沈乃勋等编高等教育出版社公开出版 1998年。

4、《SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计》张晋西郭学琴编著清华大学出版社，2007.1
5、《COSMOS高级教程：COSMOSMOtion》叶修梓陈超祥主编机械工业出版社，2008.7。