搅拌机说明指导书.doc

机械原理
课程设计说明书

设计题目：搅拌机
学 院：机电工程学院
专 业：机械设计制造及其自动化
班级学号：
设 计 者：李绿辉
指导老师： 夏翔

6月12日

目 录

一、机构介绍…………………………………………………2

二、设计数据…………………………………………………2

三、设计内容…………………………………………………3

四、设计方案及过程…………………………………………4
1.做拌勺E运动轨迹………………………………………4
2.做构件两个位置运动简图………………………………4
3.对构件处于位置3和8时进行速度和加速度分析………6

五、心得体会…………………………………………………9

六、参考文件…………………………………………………10

一、机构介绍
搅拌机常应用于化学工业和食品工业中对拌料进行搅拌工作如附图1-1（a）所表示，电动机经过齿轮减速（图中只画出齿轮副Z1-Z2）,带动曲柄2顺时针旋转，驱使曲柄摇杆机构(1-2-3-4)运动，同时经过蜗轮蜗杆带动容器绕垂直轴缓慢旋转。当连杆3运动时，固联在其上拌勺E即沿图中虚线所表示轨迹运动而将容器中拌料均匀拨动。

工作时，假定拌料对拌勺压力和深度成正比，即产生阻力按直线改变，如附图1-1（b）所表示。
附图1-1 搅拌机构 （a）阻力线图 （b）机构简图

二、设计数据
设计数据如附表1-1所表示。

附表1-1 设计数据
内容
连杆机构运动分析
符号
n 2
x
y
lAB
lBC
lCD
lBE
S3
S4
单位
r/min
mm
方案Ⅰ
70
525
400
240
575
405
1360
在
BE
中点
在
CD 中点
方案Ⅱ
65
530
405
240
580
410
1380
方案Ⅲ
60
535
420
245
590
420
1390
方案Ⅳ
60
545
425
245
600
430
1400
内容
连杆机构动态静力分析及飞轮转动惯量
齿轮机构设计
符号
G3
G4
JS3
JS4
Frmax
Frmin
δ
Z1
Z2
m
a
单位
N
㎏·㎡
N

mm
（°）
方案Ⅰ
1200
400
18.5
0.6

500
0.05
23
75
8
20
方案Ⅱ
1250
420
19
0.35
2200
550
0.05
26
76
8
20
方案Ⅲ
1300
450
19.5
0.7
2400
600
0.04
20
65
10
20
方案Ⅳ
1350
480
20
0.75
2600
650
0.04
23
64
10
20

三、设计内容
1.连杆机构设计及运动分析
已知：各构件尺寸及质心S位置，中心距x,y,曲柄2每分钟转速n2。
要求：设计曲柄摇杆机构，画机构运动简图，作机构1-2个位置速度多边形和加速度多边形，拌勺E运动线图。以上内容和后面动态静力分析一起画在1号图纸上。 附表1-2 机构位置分配图

学生编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
位置
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
8’
9
10
11
11’
12
6
7
8
8’
9
10
11
11’
12
1
2
3
4
5

曲柄位置图做法，图1-2所表示：取摇杆在左极限位置时所对应曲柄作为起始位置1，按转向将曲柄圆周作十二等分，得12个位置。并找出连杆上拌勺E各对应点E1,E2…E12,绘出正点轨迹。按拌勺运动轨迹最低点向下量40mm定出容器地面位置，再依据容器高度定出容积顶面位置。并求出拌勺E离开及进入容积所对应两个曲柄位置8’和11’。

附图1-2 曲柄位置

2.连杆机构动态静力分析
已知：各构件重量G及对质心轴转动惯量JS（构件2重量和转动惯量略去不计），阻力线图（拌勺E所受阻力方向和力点速度方向相反），运动分析中所得结果。
要求：确定机构1-2个位置（同运动分析）各运动副反力及加于曲柄上平衡力矩。以上内容画在运动分析同一张纸上。
3.用解析法校核机构运动分析和动态静力分析结果
编写机构运动分析和动态静力分析主程序，并调试经过，得到给定位置计算结果。依据解析法结果，分析图解法误差及产生原因。
4.飞轮设计
已知：机器运转速度不均匀系数δ，曲柄轴A转数n2，由动态静力分析所得平衡力矩Mb；驱动力矩Md为常数。
要求：用简易方法确定安装在轴A上飞轮转动惯量JF。等效力矩图和能量指示图画在坐标纸上。
5.齿轮机构设计
已知：齿数Z1，Z2，模数m，分度圆压力角α，中心距a（表1-1中y）；齿轮为正常齿制。
要求：选择变为系数，计算该对齿轮转动各部位尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动啮合图。
6.编写设计说明书
四、设计方案及过程
选择第二组数据（x =530mm，y=405mm，lAB=240mm，lBC=580mm，lCD=410mm，lBE=1380mm）进行设计。

1.做拌勺E运动轨迹

附图1-3 拌勺E运动轨迹

首先，做出摇杆在左极限位置（即AB和BC杆共线时）所对应曲柄位置1，然后按转向将曲柄圆周作十二等分，得12个位置。再依据其它各杆长度找出连杆上拌勺E各对应点E1,E2…E12,绘出正点轨迹。按拌勺运动轨迹最低点向下量40mm定出容器地面位置，再依据容器高度定出容积顶面位置。容积顶面位置和拌勺E轨迹两个交点E8’和E11’，其所对应两个曲柄位置8’和11’即为拌勺E离开及进入容积时所对应曲柄位置。如附图1-3所表示。
2.做构件两个位置运动简图
依据设计要求，选择3和8位置作构件运动简图。先对应附图1-2分别做出在位置3和8曲柄AB，然后分别以B为圆心，BC长为半径和以D为圆心，DC长为半径画圆弧，两圆弧交点即为C点位置。延长BC画虚线至E点使BE长为1390mm,即作出了构件在位置3和8运动简图。如附图1-4所表示。
附图1-4 （a） 构件在3位置运动简图
附图1-4 （b） 构件在8位置运动简图
3.做构件处于位置3和8时速度多边形和加速度多边形
a.对3位置C 、E点进行速度分析和加速度分析
1.速度分析

如附图1-5所表示 选择速度百分比尺=

附图1-5 3位置速度分析

对于C点 VC = VB + VCB
方向：
大小： ？ √ ？
ω2=πrad/s VB=ω2 AB=1.32m/s
VC=pc=0.02×63.421m/s=1.27m/s
VCB=bc=0.02×15.26m/s=0.31m/s
ω3=VCB/BC=0.53rad/s
对于E点 VE = VB + VEB
方向： ？
大小： ？ √ √
VEB=ω3BE=0.73m/s VE=pe=1.32m/s
2.加速度分析
如附图1-6所表示 选择加速度百分比尺为=
对于C点 = + = + +
方向： C→D B→A C→B
大小： √ ？ √ √ ?

附图1-6 3位置加速度分析

ω4=VC/CD=3.10rad/s
=ω42CD=3.94m/s2
=ω22AB=11.14m/s2
=ω32BC=0.16m/s2
=×250.4mm=5.0m/s2
=×345.8mm=6.92m/s2
α3=/BC=11.93rad/s2
对于E点 =+ +
方向： ？ B→A E→B
大小： ？ √ √ √
=ω22AB=11.14 m/s2
=ω32EB=0.387 m/s2
=α3EB=16.46 m/s2
=×67.59mm=6.76m/s2

附图1-7 8位置速度分析
b. 对8位置C 、E点进行速度分析和加速度分析
1.速度分析
如附图1-7所表示 选择速度百分比尺=
对于C点 VC = VB + VCB
方向：
大小： ？ √ ？
ω2=πrad/s VB=ω2AB=1.32m/s
VC=pc=0.02×21.5m/s=0.43m/s
VCB=bc=0.02×68.8m/s=1.38m/s
ω3=VCB/BC=2.37rad/s
对于E点 VE = VB + VEB
方向： ？
大小： ？ √ √
VEB=ω3BE=3.27m/s
VE=pe=2.06m/s
2.加速度分析
如附图1-8所表示 选择加速度百分比尺为=
对于C点 = + = + +
方向： C→D B→A C→B
大小： √ ？ √ √ ?

附图1-8 （a） 8位置C点加速度分析
ω4=VC/CD=1.05rad/s
=ω42CD=0.45 m/s2
=ω22AB=11.14 m/s2
=ω32BC=3.26 m/s2
=×50mm=7.68m/s2
=×12mm=1.17m/s2
α3=/BC=2.01rad/s2
对于E点 =+ +
方向： ？ B→A E→B
大小： ？ √ √ √

附图1-8 （b） 8位置E点加速度分析

=ω22AB=11.14 m/s2
=ω32EB=7.75 m/s2
=α3EB=2.77 m/s2
=×11mm=3.05m/s2

4.确定惯性力P1和惯性力矩M1
依据各构件重心加速度及角加速度，确定各构件惯性力p1和惯性力矩M1，其合成为一力，求出该力至重心距离hi.(对3位置)
1.作用在连杆3上惯性力和惯性力偶矩有加速度多边形得：
MI3=JS3•α3=19×11.93=226.67N•M
PI3=m3•αs3=G3/g••p `s3`=1250/9.8×0.1×33.795=431.058
h3= MI3/ PI3=226.67/431.058=0.53m
2.作用在连架杆4上惯性力偶矩由加速度多边形得：
PI4=m4•αs4=G4/g••p `s4`=420/9.8×0.1×25.0445=107.333
MI4=JS4•α4=0.35×61.19=21.417N•M
h4= MI4/ PI4=21.417/107.333=0.199m
5.机构动态静力分析
对于杆BE，加上惯性力Fa = —ms3 as3,惯性力矩Ma=—J s3 aBE后处于平衡，
即：Fx=0，Fy=0，M=0，

Fx=Frcosθr+Fcx+Fbx+Facosθa=0
Fy=Frsinθr+Fcy+Fby+Fsinθa-G=0
Ms3=Ma+S3E×Fr+S3B×Fbx+S3B×Fby+S3C×Fcx+S3C×Fcy=0
解得Mａ＝－Ｊs4aCD
处于平衡状态，即：
Fx=-Fcx+FDx+Facosθa=0
Fy=-Fcy+FDy+Fasinθa-G=0
Ms3=Ma+S4C×Fcx+S4C×Fcy+S4D×FDx+S4D×FDy=0
解得FBX=-1123.9N
FBy=1947N
Fcx=-1836N
Fcy=-995.5N
FDX=-308.9N
FDy=-551.4N
曲柄上平衡力矩M=-476.97n.m
五、飞轮设计
对于杆BE，加上惯性力Fa = —ms3 as3,惯性力矩Ma=—J s3 aBE后处于平衡，
即：Fx=0，Fy=0，M=0，

Fx=Frcosθr+Fcx+Fbx+Facosθa=0
Fy=Frsinθr+Fcy+Fby+Fsinθa-G=0
Ms3=Ma+S3E*Fr+S3B*Fbx+S3B*Fby+S3C*Fcx+S3C*Fcy=0
解得Mａ＝－Ｊs4aCD
处于平衡状态，即：
Fx=-Fcx+FDx+Facosθa=0
Fy=-Fcy+FDy+Fasinθa-G=0
Ms3=Ma+S4C*Fcx+S4C*Fcy+S4D*FDx+S4D*FDy=0
解得FBX=-1123.9N
FBy=1947N
Fcx=-1836N
Fcy=-995.5N
FDX=-308.9N
FDy=-551.4N
曲柄上平衡力矩M=-476.97n.m

六、齿轮机构设计
1.变为系数选择
由a`=y=405mm acosδ=a`cosδ`
δ`=arccos（acoaδ/a`）
又a=m/2（z1+z2）=408 δ=20°
δ`=18.8°
带入变为齿轮无侧隙啮合方程：
invδ`=2tanδ（x1+x2）/（z1+z2）+invδ
x1+x2=-0.4
且xmin= xmin=-取x1=0.1，则x2=0.3
2.齿轮传动各部分尺寸
分度圆直径：d1=mz1=208mm d2=mz2=608mm
齿距：p=mπ=25.13
顶隙：c=c*m=2
节圆直径：d1`=d1cosδ/cosδ`=206mm
d2 `=d2 cosδ/cosδ`=603mm
中心距变动系数：y=（a`-a）/m=-mm
齿顶高降低系数：Δy=x1+x2-y=-0.025mm
齿顶高：ha1=（ha*+x1-Δy）m=0.925mm
ha1=（ha*+x2-Δy）m=0.725mm
齿根高：hf1=（ha*+c*-x1）m=10.8mm
hf2=（ha*+c*-x2）m=12.4mm
齿顶圆直径：da1=d1+2ha1=209.85mm
da2=d2+2ha2=604.45mm
齿根圆直径：df1=d1-2hf1=186.4mm
df2=d2-2hf2=575.2mm
七、心得体会
课程设计是培养学生综合利用所学知识,发觉,提出,分析和处理实际问题,锻炼实践能力关键步骤,是对学生实际工作能力具体训练和考察过程，必需要自己思索，自己动手实践，才能提升自己观察、分析和处理问题实际工作能力。
课程设计也是一个学习同学优异品质过程,比如我组贺辉同学,确实她在学习上取得了很多傲人成绩,不过我所赞赏还是她追求过程,当碰到问题时候,那种斟酌态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己任务,而且孜孜不倦,追求卓越。
经过这次为期一周课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提升。
对我们机械专业本科生来说，实际能力培养至关关键，而这种实际能力培养单靠课堂教学是远远不够，必需从课堂走向实践。
经过课程设计，让我们找出本身情况和实际需要差距，并在以后学习期间立即补充相关知识，为求职和正式工作做好充足知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会心理转型期。在这一星期课程设计以后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提升，更关键是经过对机械设计步骤了解，深入激发了我们对专业知识爱好，并能够结合实际存在问题在专业领域内进行更深入学习。

八、参考文件
[1]《机械原理》 第七版. 孙恒 陈作模 葛文杰 主编，高等教育出版社，
[2]《理论力学》第七版 哈尔滨工业大学理论力学教研室 编 高等教育出版社
[3]《材料力学》第五版 刘鸿文主编 高等教育出版社
[4]《机械原理>>黄茂林，秦伟主编. 北京：机械工业出版社，  
[5]《机械原理》邹慧君等主编，高等教育出版社，1999
[6]《机械原理课程设计指导书》 罗洪田主编，高等教育出版社 1996
[7]《交换性和质量控制基础》林景凡、王世刚主编，中国大学技术出版社 1999