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1、 机械原理课程设计 自动喂料搅拌机 小组成员 目录 一、设计题目（包括设计条件、要求） 二、功能分析 三、机构选用 四、方案评价（要求二种方案，多者不限） 五、机构组合（绘制机械运动简图） 六、机械系统运动循环图 八、机构几何尺寸计算和运动分析 九、 运用三维动画验证机构运动设计的合理性（部分机构） 十、设计总结 十一、主要参考文献。 一.设计题目 设计用于化学工业和食品工业的自动喂料搅拌机。物料的搅拌动作为：电动机通过减速装置带动容
2、器绕垂直轴缓慢整周转动；同时，固连在容器内拌勺点E沿图1虚线所示轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。物料的喂料动作为：物料呈粉状或粒状定时从漏斗中漏出，输料持续一段时间后漏斗自动关闭。喂料机的开启、关闭动作应与搅拌机同步。物料搅拌好以后的输出可不考虑。工作时假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力呈线性变化，如图1示。 图1 喂料搅拌机外形及阻力线图 二. 功能分解 该机器是为了完成自动喂料搅拌功能，需实现以下的运动功能要求： （1） 呈粉状或粒状的物料定时从漏斗中漏出输料一段时间后漏斗自动关闭。因此需要设计相应的摆动从动件凸轮机构来实现。 （2） 容器在电动机的带动下通过减速
3、装置绕垂直轴转动。因此需要设计适当的齿轮机构来实现。 （3） 固连在容器内拌勺按照规定的轨迹运动，将容器中拌料均匀搅动。因此需要合适的四杆机构来实现。 通过对这三个机构的运动功能作进一步分析，可知道他们应该分别实现以下基本运动： (1) 摆动从动件凸轮机构的基本运动有：运动形式的变换，运动停歇，运动方向交替变换。 (2) 齿轮机构的运动形式有：运动缩小，齿轮回转运动，运动轴线变换。 (3) 四杆机构的运动形式有：连杆的的回转运动。 三．机构选用 功能 执行构件 工艺动作 执行机构 喂料 摆杆 间歇摆动 摆动从动件盘形凸轮机构 旋转 回转轴 回转
4、运动 蜗轮蜗杆机构 搅拌 拌勺 回转运动 曲柄摇杆机构 四．方案评价 根据拌勺E的搅拌轨迹、搅拌机的运动分析和动态静力分析及飞轮转动惯量产生A、B两种方案，如下表 表1拌勺E的搅拌轨迹数据 位置号 i 1 2 3 4 5 6 7 8 方案A x 520 495 467 370 260 72 15 150 y 150 310 570 750 705 462 200 82 方案B x 505 493 475 373 196 75 13 185 y 185 332 524 763 6
5、60 480 225 103 表2自动喂料搅拌机运动分析数据 方案号 固定铰链A、D位置 电动机转速/(r/min) 容器转速/(r/min) 每次搅拌时间/s 物料装入容器时间/s XA/mm YA/mm XD/mm YD/mm A 1730 410 1200 0 1440 60 90 50 B 1735 420 1200 0 720 60 100 60 表3自动喂料搅拌机动态静力分析及飞轮转动惯量数据 方案号 QMAX /N QMIN /N δ S2 S3 M2 /kg M3 /kg JS2
6、/(kgm2) JS3 /(kgm2) A 2400 600 0.04 位于连杆2中点 位于从动连架杆3中点 130 45 1.95 0.07 B 2600 650 0.04 135 48 2.00 0.075 方案评价： 一． 机构的复杂性 紧凑性 方案A中 蜗杆头数z1=1 蜗轮齿数z2=240 轮系齿数 z1=z2`=17 z2=34 z3=85 方案B中 蜗轮头数z1=1 蜗轮齿数z2=160 轮齿系数 z1=17 z2`=24 z2=102 z3=72 所以方案B的齿轮比方案A的齿轮紧凑 二． 运动平稳性 从表3可看出 A方案所
7、受的阻力小于B方案，A中最大力与最小力之差较小 所以运动过程A较平稳 三． 从效率来看 由表2可看出A方案电动机转速大于B方案的电动机转速，且A方案每次搅拌时间较少 所以A方案的效率更高 四 经济性 可行性 从效率、平稳性来看A方案的经济性和可行性更高 所以综合来看，A方案较好 五、机构组合（绘制机械运动简图） 图1为蜗轮蜗杆减速机构简图 图1 图2为摆动从动件盘形凸轮机构简图（控制进料） 图2 图3为铰链四杆机构简图
8、 图3 图4为机构组合图（其中四杆机构和凸轮机构之间有轮系连接如图5所示） 图4 图5为连接四杆机构和凸轮机构的轮系 六、机械系统运动循环图 进料口 开启 摆动 闭合 搅拌机 工作 凸轮基 0 90 180 270 360 圆转角 七．机构几何尺寸计算和运动分析 1.容器旋转功能中蜗轮蜗杆的参数 传动比 中心距a /mm 蜗轮变位系数x2 模数m /mm 蜗杆分度圆直径d 蜗杆头数z1 蜗轮齿数z2 i=24（A） 180 -0
9、4286 6.3 63 2 48 i=12（B） 180 -0.4286 6.3 63 4 48 2.轮系传动系统的数据分析 A方案 曲柄的转速6r/min 每次搅拌90秒 即转9周 蜗杆齿数 z1=1 涡轮齿数 z2=240 蜗轮蜗杆减速传动比 i=ω发动机/ω蜗轮=z2/z1=1440/6=240/1 物料装入时间为50秒 凸轮近休止程为 π 所以凸轮基圆周期为100秒 即转速为0.6r/min 所以传动比 i=ω1/ω凸轮=6/0.6=10/1 所以用轮系传动ω1/ω凸轮=(z2z3)/(z1z4)=(34*85)/(17*17)=10/
10、1 B方案 曲柄的转速9r/min 每次搅拌100秒 即转15周 蜗杆齿数 z1=1 涡轮齿数 z2=160 蜗轮蜗杆减速传动比 i=ω发动机/ω蜗轮=z2/z1=1440/9=160/1 物料装入时间为60秒 凸轮近休止程为 π 所以凸轮基圆周期为120秒 即转速为0.5r/min 所以传动比 i=ω1/ω凸轮=9/0.5=18/1 所以用轮系传动ω1/ω凸轮=(z2z3)/(z1z4)=(102*72)/(17*24)=18/1 八、 运用三维动画验证机构运动设计的合理性（部分机构） 见文件《部分三维动画》 九．设计总结 该设计机构主要包括三方面的运动
11、1.电动机带动容器旋转 2.摆动从动件盘形凸轮机构执行进料口的开启和闭合 3.铰链四杆机构执行搅拌运动。需要掌握齿轮，涡轮蜗杆机构，连杆机构，凸轮机构的有关知识。在设计容器旋转的过程中，重点是要对电动机的转速进行减速，减速装置可以是涡轮蜗杆机构。在设计进料口的开启与闭合时，由于要和搅拌机同步，故两者之间可以通过轮系来进行传动，而后要根据摆杆的运动轨迹确定凸轮的基圆半径和外形轮廓，这比较复杂。总的来说，要完成设计，必须了解机构的运动规律。经过对一些工具书的参考后完成设计。通过这次设计，巩固了我们机械原理的知识，也开发了我们的创新设计能力。 十．主要参考文献。 1王知行，邓宗全. 机械原理. 第二版. 北京：高等教育出版社，2006 2 邹慧君. 机械原理设计手册. 北京：高等教育出版社，1998 3. 裘建新. 机械原理课程设计指导书. 北京：高等教育出版社2005
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