机械设计实习——四连杆传动机构(报告

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1、送料机械设计计算说明书级：建环（2 ）班学 号：2014111119姓 名：王谦 指导老师：刘光帅201 6年07月20日目录第一章方案设计-2 -1.1问题提出与设计要求-2-1.2方案比较和选择-3 -第二章机构设计-4 -2.1机构运动尺寸设计-4-2.2 最小传动角校验-5 -2.3设计结果-6-第三章机构分析-7 -3.1机构的运动分析-7 -3.2机构的受力分析-8-第四章带传动设计-9-4.1带传动设计内容-9-4.2带传动设计方法与步骤-9-第五章设计总结-12-5.1 结论-12 -5.2收获与体会-13-5.3 致谢-13 -参考文献-14 -附录-14 -附图1机构运动简

2、图附图2机构运动线图附图3机构受力图附图4带轮零件图第一章方案设计1.1问题提出与设计要求1.1.1问题提出某工厂有一送料机构，将坯料在垂直平面内移动。这一送料机构由连杆机构 和带传动机构组成，每分钟输送3件坯料，根据给定的（W,i，4，tj,设计这一装 置。配料的重量：W=0.8 （吨）带传动机构的传动比:i=2.配料的运动位置（Aj, tj）： t1= 180, A】（25.0,30.0）； t2 = 145, Ai（30.0,45.0）； t3 = 90, A】（35.0,60.0）。1.1.2设计要求（1）机构尺寸设计应满足以下要求：平面四连杆机构:为了保证机构传动效率应存在曲柄，满足

3、杆长条件，即： 九最短杆长度+最短杆长度W其他两杆长度之和；b.最短杆为连架杆或机架。 为了保证机构传动良好，应满足最小传动角Y min40r : 为提高效率，机构应具有急回运动特性； A、E、C、D各点排列顺序不变。（此设计中AD表示机架，BC表示连杆， AB表示摇杆，DC表示曲柄）带传动机构：在保证带传动不打滑条件下具有一定的疲劳强度和使用寿命。（2）方案选择合理，符合实际生产要求。（3）对设计机构的运动和受力分析合理，出示设计机构结构简图运动和受 力分析线图以及带轮零件图。1.2方案比较和选择.平面四连杆机构可供选择的方案有：3曲柄摇杆机构；b.曲柄滑块机构；C.导 杆机构。常用的带传动

4、可供选择的机构有：V带传动，平带传动，多楔形带传动，圆 形带传动，同步带传动。下表为带传动的类型和特征对比表。表格1带传动的类型和特征对比表类型特征V带传动截面为等腰梯形，能产生较大摩擦力，传递功率大平带传动截面为扁平矩形，多用于传动中心距较大的情况圆形带传动截面为圆形，牵引能力小多楔形带传动相当于多根V带组合而成，主要用于大功率且要求结构紧凑的场合同步带传动和齿轮传动相识，可用于要求有准确传动比的地方，成本较高 平面四连杆机构方案比较：曲柄摇杆机构是以曲柄为原动件，作匀速转动，而从动件摇杆作变速往复摆 动,连杆作平面复杂运动，符合题设传动要求。且曲柄摇杆机构是由转动副组成， 摩擦阻力较小。曲

5、柄滑块机构和导杆机构是由转动副和移动福组成，通常情况下 移动副所受的摩擦阻力比较大，从而影响了机构整体的工作效率。因此，四连杆 机构选择曲柄摇杆机构。 传动机构方案比较：圆形带传动牵引能力小，多楔形带传动用于大功率传动。同步带传动成本太 高。而V带是一般机械中应用最广的一种传动形式。其横截面成等腰梯形，带 轮上也做有相应的轮槽。传动时,V带只和轮槽的侧面接触,根据槽面摩擦原理， 在同样的张紧力下,V带较平带传动能产生更大的摩擦力，故可传递较大的功率; 而且V带大多己经标准化并可大量生产。故结合题设要求，带传动选择V带传动。 带传动与齿轮传动比较功率较大时齿轮机构的尺寸比较大，且由于变载和工作环

6、境会造成润滑效果 较差的影响，从而使齿轮寿命减少。而带传动机构中无需润滑，中心距较大，受 外界干扰较小，且方便更换，故带传动比较合适。综上所述，选择曲柄摇杆机构和V带传动机构设计送料装置。第二章机构设计2.1机构运动尺寸设计图解法设计曲柄摇杆机构过程如下：1、已知配料的三个运动运动位置(Aj, tj)： ti = 180, Ai(25.0,30.0)； t2 = 145, Ai(30.0,45.0)； t3 = 90, A】(35.0,60.0)。其中Ai、A?、A3分别对应物料的三个位置Wl、W2、W3o2、根据角度和应用实际条件假设出连杆BC的长度以及物料W与连杆BC的相 对位置关系。3、

7、根据连杆EC的三个假设位置分别作对应的机架端点A、Do4、重复假设连杆BC的长度以及物料W与连杆EC的相对位置关系，直到满足或接近设计要求(曲柄摇杆机构，且传动角大于40 )o5、最终设计为曲柄摇杆机构，最小传动角7mm=18 o其中AD表示机架，BC 表示连杆，AB表示摇杆，DC表示曲柄。曲柄摇杆机构设计过程图2.2最小传动角校验机构在运转时，其传动角的大小是变化的。为了保证机构传动良好，设计时通常应使Y minN40最小传动角Y min的确定方法，当曲柄CD与机架AD两次共线之一时连杆EC与摇杆AB所夹的锐角即为最小传动角，如下图所示，因为18 39 ,故此曲柄摇杆机构的最小传动角7mm=

8、18 o最小传动角校验图1最小传动角校验图22.3设计结果下图为四连杆机构缩略简图，具体设计结果见附图1一一机构运动简图。摇杆简图第三章机构分析31机构的运动分析假设带轮传动中小带轮为转速为nx = 300r/min的原动件，大带轮为 n2 = 15 Or/min的输出动件。且大带轮与四连杆机构中的曲柄CD相固结，贝ij曲 柄的转速也为巾=150r/niino设大带轮转动的角度为a,且a = 2nn2to 以机架D为原点，建立如图所示直角坐标系。C点:xc = 1CD cos a = lCDcos32nn2t), yc = 1CD sin a = la)siriiB ( Iqd 2nn2t)；

9、砥。= lcDsina = 1CD(osinifinn21), vyc = 1CD cocos a = lCD(ocostf2nn2t)；axc = Iqd 3 cos a = Iqdcosf27iH21), ayc = Iqd sin a = la)sinE輕im2t);W 点：(xw -xB)2 + (yw - Yb)2 = 1 张，(xw - xc)2 + (Yw 一 Yc)2 = vcC点运动分析图见附图2一一机构运动线图。3.2机构的受力分析如下列受力图所示，在四连杆机构中，忽略杆自身的重量，AB、CD两杆可 假想为二力杆。力的解析方程：BC：苻+石+耳=0AB： Fa=FbCD：

10、Fc=Fd整体：苻+嘉+石=0整体：gaah-mdc-faxa=o摇杆AB受力图曲柄AB受力图连杆BC受力图s第四章带传动设计4.1带传动设计内容设计V带传动给定的原始数据为：载荷W=0.8kN,传动比i12 =2以及传动位 置要求和工作条件。V带传动设计内容：确定带的计算功率、型号、根数、基准长度，带轮基准 直径、验算带速、确定中心距及结构尺寸等。4.2带传动设计方法与步骤在曲柄逆时针运行工作中，假定物料的能量（包括动能与势能）全部由曲柄 扭转功率提供，由于是变速运动，则物料按规定运动所需的能量是随时间变化的， 根据实际可知，物料从下止点到最小传动角处的过程中的平均功率可表示物料在 整个运动

11、中所需的最小功率，也即是曲柄的最小扭转功率。（一）计算功率艮缺建立如下图所示的直角坐标系，最小功率P求解过程如下：1）己知每分钟输送3件坯料，考虑到实际运输情况，假设大带轮转速 n2 = 150r/niin，则小带轮转速为心=300r/minc则曲柄最小角速度= 27in2 = 2ti= 57rrad/so C 点的最小速度为Vc = WclCD = |j- = 6.975m/so如下图所示，E点为此时的速度瞬心，可得此时的瞬时角速 度为W = = 籍 =9.56厂ad/s,由速度瞬心法可求得物料W的瞬时 速度为片伊=WIbw = 9.56 X 0.103 = 0.984m/s。且此时物料W所

12、处的 高度为血=2.418m,故此时物料的总能1 = “邓% + mi=232.96J。2）同理当物料运动到最小传动角处时，A点为速度瞬心，此时物料的总能 可用同样方法的“2 = mV2/2 + mg/i2 = 1023.3/o W2-Wr = 671.43/o3）物料从下止点到最小传动角处的过程中曲柄转动的角度为16，此过程 所用的时间At = -= 0.01333s,平均功率P = = 32.9kwo则200/1 At该机构正常工作所需的最小功率为32.9kWo查表96的Ka = 1.1,贝IJPc。= P = 1.1 X 32.9 = 36.19kw下止点运动状态简图最小传动角时运动简图

13、(二) 确定V带的截型由4a = 36.19kw和主动轮的转速n1=300r/min,查图9-9选定D型带。(三) 确定带轮基准直径Di和D2参照图9-9和表9-3取小带轮的基准直径Di=400nmio大带轮的基准直径D2=ii2Di(l-)=2x400x(l-0.01)=792mm10 查表9-3取标准值D?=800mm（四）验算带的速度V浮益=需 =6.28砒s,速度介于525m/s之间，合适。（五）确定中心距a带的基准长度Ld已知 Di=400mm,D2=800mm, 一般取0.7(D1+D2) a0 2(Dj + Z)2),则840a0 120丄a1544.5包角合适。（七）确定V带根

14、数z查表得，当 Dj =400mm, ni=300r/niin 时,Po=7.90kw, AP0=O.78kw, Ka=0.96, KL=0.96则带的根数:ca36.19Z = 4 52(Po + APo)Kl (790 + 0.78) X 0.96 X 0.96取Z=5（八）确定带的张紧力Fo根据表91查的q=0.62kg/m9500 X 36.19+ W =5X6.281 +0.62 X 6282=948.9/V（九）计算压轴力FqFq = 2ZF0 sin 导=2 X 5 X 948.9 X sin = 9407.8N（十）带轮的结构因为Di300mm,故带轮的结构型式采用轮辐式，带轮

15、结构参数：根据实际 情况假设 d=lOOnim,贝ij di=2d=200mm, L=1.5d=150mm,血=P/nZa = 83.8mm，则 h2=08hi=67mm,bi=33.52mm,b?=26.82mm,fi=1676mm,=13.4mm。设计见附图4一一带轮零件图。第五章设计总结5.1结论经过以上分析与设计，最终确定此送料装置由曲柄摇杆机构和v带传动机 构组成。机构简图如下：四连杆带轮组合机构简图相关尺寸和参数:曲柄摇杆机构:杆件类型长度AB 摇杆620.72mmEC 连杆725.00mmDC曲柄442.27mmAD 机架887.47mm12V带型号及尺寸参数:D型带基准直径Di

16、基准直径d2中心跖a带数z包角a(ni=300rad/niin)400mm800nmi1544.5mm5165曲柄摇杆机构由转动副组成，减小机构间的摩擦，可以提高机构的传动效率。 而V带传动是一种应用最广的传动形式，它比平带传动可以产生较大的摩擦力， 因此可传动较大的功率。且允许较大的传动比。结构紧凑。且V带己经标准化 生产，制造维护方便。综上所述，此机构符合设计和使用要求。5.2收获与体会此次机械设计课程设计虽然简单，可由于所给定的条件和信息量过少，且所 给条件在实际生产生活中很难满足，使得这次设计变得相当耗时费力。但也进一 步加深了对本学期所学的机械设计基础和工程概论课程中相关知识的应用。

17、从实 际出发，将连杆机构和v带传动应用于实际例子进行结构设计。在连杆机构设 计时，更深层次的了解曲柄摇杆机构和双曲柄机构等连杆机构的特点，从而选定 曲柄摇杆机构作为送料机构之一。而在V带的选择过程中，同样也了解了带传 动的类型及特点，同时利用功率估算，最终选择了 V带中的D型带。在整个机 构尺寸的过程中，也认识到实际设计的严格要求以及课本知识的局限性。在短暂的实习过程中，进一步掌握了对工程制图的技巧，也对office的公式 编辑得到了进一步的了解，还和同学老师进行了多方面的交流，使得最终的设计 结果更加完善。但是最终设计的结果还是不如人意，传动角还是不满足要求。希 望在以后的学习工作中能多汲取经验，通过运用自己所学的知识，设计出功能完 善的产品。5.3致谢在此次机械课程设计中，得到了许多同学的建议和刘光帅老师的辛苦答疑讲解，在此一并感谢。参考文献1 李继庆，李育锡，机械设计基础（第二版），北京：高等教育出版社，20062 郑文纬等，机械原理（第七版），北京：高等教育出版社，20103 郝桐生，理论力学（第三版），北京：高等教育出版社，2010附录附图1机构运动简图附图2机构运动线图附图3机构受力图附图4带轮零件图