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文檔簡介
1、 shandong university 課程設計說明書攪拌機自動機械設計學 院:農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院專 業(yè):農(nóng)機姓名學號:劉偉國 1011034123指導教師:宋井玲 目錄方案1構簡介-32設計數(shù)據(jù)-3設計過程1. 連桿機構運動分析-42. 飛輪的設計-73. 電動機的選擇-84. 計算蝸桿渦輪運動參數(shù)-95. 選擇聯(lián)軸器-96. 軸計與強度計算-127. 帶傳動與以及齒輪減速器設計與計算-17心得體會-19參考資料-19方案 1機構簡介 攪拌機常用于化學工業(yè)和食品工業(yè)中,對拌料進行攪拌工作。如圖99(a)所示,電動機經(jīng)過齒輪減速(圖中只圓出齒輪副zlz2),帶動曲柄2順時針方向回轉、驅使
2、曲柄搖桿機構(1234)運動;同時通過蝸輪蝸桿帶動容器繞垂直軸緩慢轉動。當連桿3運動時,固聯(lián)在其上的拌勺e即沿圖中虛線所示軌跡運動而將容器中的拌料均勻攪動。為了減小機器的速度波動,在曲柄軸a上安裝一調(diào)速飛輪。工作時,假定拌料對拌勺的壓力與深度成正比,即產(chǎn)生的阻力按直線變化,如圖99(b)所示。2設計數(shù)據(jù)設計數(shù)據(jù)見表98 設計過程:(一)連桿機構的運動分析曲柄位置圖的做法,如下圖所示:取搖桿在左極限位置時所對應的曲柄作為起始位置1,按轉向將曲柄圓周分為十二等分,得12個位置。并找出連桿上攪拌勺的各對應點e1,e2,e12,繪出正點軌跡。按攪拌勺的運動軌跡的最低點向下量40mm定出容器地面位置,再
3、根據(jù)容器高度定出容積頂面位置。并求出攪拌勺e離開及進入容器所對應兩個曲柄位置8和11.1、 設計方案及過程選第二組數(shù)據(jù)(x=535mm, y=420mm,lab=245mm,lbc=590mm, lcd=420mm,lbe=1390mm)進行設計。(1)作攪拌勺運動軌跡首先,做出搖桿在左極限位置(即ab和bc桿共線時)所對應的曲柄位置1,然后按轉向將周做十二等分,的十二個位置。再根據(jù)其他各干的長度找出連桿上長度找出連桿上攪拌勺e的個對應點,繪出正點軌跡,按攪拌勺的運動軌跡的最低點向下量40mm定出容器地面位置再根據(jù)容器高度定出容器頂面位置。容器頂面位置與攪拌勺e離開及進入容器時所對應的曲柄位置
4、。如下圖所示:(2)作構件兩個位置的運動簡圖 根據(jù)設計要求,選擇3和8位置作為構件的運動簡圖。先對應上圖分別作出在位置3和8的曲柄ab,然后分別以b為圓心,bc長為半徑和以d為圓心,dc長為半徑畫圓弧,兩圓弧的交點即為c點位置。延長bc畫虛線只e點使be長為1390mm,即作出了構件在位置3和8的運動簡圖,如下圖所示:(3)作構件處于位置3和8時的速度多邊形和加速度多邊形a.對3位置c,e點進行速度分析和加速度分析 1.速度分析vb 如右圖所示,選取速度比例尺uv=0.025m/s/mm 對于c點 vc = vb + vcbvc 方向: cd ab bcve 大?。?? ? =2rad/s v
5、b=2lab=1.54m/s vc=uvlpc=0.02559=1.47m/s vcb=uvlbc=0.02519.5=0.49m/s 3=vcb/lbc=0.83rad/s 對于e點: ve = vb + veb 方向: ? ab be 大?。?? veb =3lbe =1.15m/s ve = uvlpe=1.625m/s2加速度分析abaeacabancbatcbacanebaeb如圖所示,選取加速度比例尺ua=0.1m/s2/mm 對于c點: ac = anc + atc = ab + ancb + atcb 方向: ac cd ba cb bc大?。?? ?4=vc/lcd=3.51
6、rad/s anc= 42lcd=5.18m/s2 ab = 22lab=9.67m/s2 ancb=32lbc=0.41m/s2ac =ua 61mm =6.1m/s2 atcb = ua 40mm =4.0m/s2 a2 =atcb/lbc = 6.78rad/s對于e點: ae = ab + aneb + ateb方向: ? ba eb eb大?。?? ab = 22 lab = 9.67m/s2 aneb = 32 lab =0.96m/s2 ateb = a3 leb =9.42m/s2 ae =ua 37mm = 3.7m/s2b. 對8位置c 、 e點進行速度分析和加速度分析1
7、速度分析p如下圖,取速度比例尺uv=0.025m/s/mmecbvbvcve對于c點: vc = vb + vcb 方向: cd ab bc 大?。?? ?2= 2rad/s vb = 2lab =1.54m/s vc = uv lpc = 0.02518m/s =0.45m/s vcb = uv lbc = 0.02566m/s =1.65m/s 3 = vcb/lbc =2.8rad/s對于e點: ve = vb + veb方向: ? ab be大?。?? veb = 3lbe = 3.89m/s ve = uv lpe = 2.45m/s2、 加速度分析如下圖所示:選取比例尺ua =0.
8、1m/s2/mm ancbacancatcabatcb4 = vc /lcd= 1.07rad/s anc= 4lcd =0.48m/s ab =22lab =9.67m/s2 ancb=32lbc=4.663m/s2ac=ua 50mm =5.0m/s2 atcb=ua 12mm=1.2m/s2 a3=atcb/lbc=2.03rad/saneb對于e點:如下圖 atebaeab ae = ab + aneb + ateb 方向: ? ba eb eb 大?。?? ab = 22 lab = 9.67m/s2 aneb = 32leb =10.89m/s2 ateb = a3leb = 2.
9、83m/s2ae = ua 11mm = 1.1m/s(二)飛輪的設計 選桿件材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼,其密度=7.85kg/m3,又取桿件的截面直徑d=50mm,且轉動慣量je=mr2再根據(jù)運動方程式12je2=12i=1n(mivsi2+jsii2)可得:je=0.05679kgm2,min=0.3283rad/s, max=5.9351rad/s.wmax=12je(max2-min2)=0.9970 j m=12(max+min)=3.29585rad/sjfwmax/(m2)- je=0.58567 kgm2,( =17),取 jf=0.58567kgm2由gad2=4gjf,取d=0.
10、3m,則ga=260.2978n,又由ga=dhb,可取h=b=0.03m,則=76756.83n/m3.飛輪尺寸如下圖:(三)選擇電動機1、選擇電動機按已知工作要求和條件選用y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機. 選取y160l-8 以下是其詳細參數(shù)y160l-8的主要性能參數(shù)額定功率/kw同步轉速n/(r )滿載轉速n/(r )電動機總重/n啟動轉矩額定轉矩最大轉矩額定轉矩7.575072014212.02.0根據(jù)已知條件,攪拌機的攪拌力矩和轉速 ,得 ,得p攪=3.94kw 查機械設計手冊可得 聯(lián)軸器效率 =0.99 ,滾動軸承效率=0.98 ,雙頭蝸桿效率=0.8 ,轉油潤
11、滑效率=0.96 轉盤摩擦=0.89則 工作機要求的電動機輸出功率為: 于是可得: 根據(jù)設計要求:i=(四)計算蝸桿渦輪運動參數(shù)1、各軸轉速 蝸桿軸 n1=720r/min , 齒輪軸 n2=720/21.4=33.6r/min ,工作軸 n3= n2=33.6r/min 2、各軸的輸入功率蝸桿軸 p1= =5.97kw, 齒輪軸 p2=p1=4.49kw , 工作軸 p3=p2 =3.94.kw 3、各軸的轉矩 電機輸出轉矩 =9550 =95506.16/750nm=78nm蝸桿輸入轉矩 =780.990.98 nm =76nm蝸輪輸入轉矩 =i=7621.40.980.80.89nm =
12、1225 nm 工作機輸入轉矩 =12250.990.980.89nm=1060nm (五)選擇聯(lián)軸器1 聯(lián)軸器(蝸桿)的選擇 1.1類型選擇 為了隔離振動與沖擊,選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。 1.2載荷計算 查機械設計手冊可得工作情況系數(shù)ka=1.5。計算轉距tca tca=kat=1.576nm =114nm 1.3型號選擇 選用lt型彈性套柱銷聯(lián)軸器。選擇d1=d2=35mm1.4校核許用轉距和許用轉速 查機械手冊,選lt5聯(lián)軸器 gb/t 4323-2003。許用轉距t=400nm,許用轉速n=8000r/min。 因 tcat,nn,故聯(lián)軸器滿足要求。2聯(lián)軸器(蝸輪)的選擇 1.1類型選擇
13、 軸由于軸轉速很低,不必要具有較小轉動慣量選擇齒式聯(lián)軸器。 1.2載荷計算 查機械設計手冊可得工作情況系數(shù)ka=1.5。計算轉距tca tca=kat=1.51225nm =1837.5nm 1.3型號選擇 選用gicl3型齒式聯(lián)軸器。由于與軸的直徑可以任意定,因此選擇d1=d2=45mm 1.4校核許用轉距和許用轉速 查表,選gigl聯(lián)軸器 gb/t 8854-2001。許用轉距t= 2800nm,許用轉速n=5900/min。 因此tcat,n45hrc,可查表得蝸輪基本許用應力為=268。 應力循環(huán)次數(shù) n 壽命系數(shù) 于是, =0.911268=2441.3.5計算中心距 取中心距a=2
14、00mm。i=21.4,查表取模數(shù)m=8mm,分度圓直徑=80mm,從圖表中可以查的接觸系數(shù)=2.74,因為d2,且與軸承內(nèi)徑標準系列相符,故取d3=55mm.( 軸承型號選30211)軸段4安裝蝸輪,此直徑采用標準系列值,故取d4=60mm軸段5為軸環(huán),考慮蝸輪的定位和固定取d5=70mm軸段6考慮左端軸承的定位需要,根據(jù)軸承型號30211查得d6=60mm軸段7與軸段3相同軸徑d7=55mm3.2確定各段長度為了保證蝸輪固定可靠,軸段4的長度應小于輪轂寬度2mm,取l4=60mm為了保證蝸輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰及軸承拆裝方便,蝸輪端面與箱體內(nèi)壁間應有一定間 隙,取兩者間距為23mm為保證軸
15、承含在箱體軸承孔中,并考慮軸承的潤滑,取軸承端面與箱體內(nèi)壁的距離為2mm .根據(jù)軸承寬度b=21mm,取軸段7長度l7=28mm,因為兩軸承相對蝸輪對稱,故取軸段3長度為l3=28 mm。為了保證聯(lián)軸器不與軸承蓋相碰, 取l2=22+46=68mm。根據(jù)聯(lián)軸器軸孔長度,取l1=90mm。因此,定出軸的跨距為l=(10+25+60+23+10)=128mm.(一般情況下,支點按照軸承寬度中點處計算) 蝸輪軸的總長度為lo=130+68+90+10=298mm。3.4蝸輪軸的強度校核由于其受力分析與蝸桿軸基本相似,在這里過程省略。蝸輪的分度圓直徑d=328mm; 轉矩t=1225nm蝸輪的切向力:
16、ft=蝸輪的徑向力fr=fttan=7469tan20=2718n蝸輪軸向力fa=fttan=7469tan11.3=1492n轉矩求當量彎矩因為單向傳動,轉矩為脈動循環(huán)變化,故折算系數(shù)=0.6,危險截面l4段任意處a點的當量彎矩為: =747nm計算截面a處的直徑,校驗強度因此處有一鍵槽,故將軸徑增大5%,即:d=,在設計結構中,此處設定的是60mm,所以強度足夠。(七)帶傳動與齒輪減速器運動從參數(shù)計算一、傳動比的分配1、總傳動比:i總=n電動/n筒=960/76.4=12.572、分配各級偉動比(1) 據(jù)指導書p7表1,取齒輪i齒輪=6(單級減速器i=36合理)(2) i總=i齒輪i帶 i
17、帶=i總/i齒輪=12.57/6=2.0951、計算各軸轉速(r/min)ni=n電機=960r/min nii=ni/i帶=960/2.095=458.2(r/min)、 niii=nii/i齒輪=458.2/6=76.4(r/min)2、 計算各軸的功率(kw)pi=p工作=2.4kw、pii=pi帶=2.40.96=2.304kw 、piii=pii軸承齒輪=2.3040.980.96 =2.168kw3、 計算各軸扭矩(nmm)ti=9.55106pi/ni=9.551062.4/960=23875nmm 、tii=9.55106pii/nii=9.551062.304/458.2=4
18、8020.9nmm 、tiii=9.55106piii/niii=9.551062.168/76.4=271000nmm 二、傳動零件設計 1、 皮帶輪傳動的設計計算(1) 選擇普通v帶截型查手冊得:ka=1.2 、pc=kap=1.23=3.9kw 、查手冊得:選用a型v帶(2) 確定帶輪基準直徑,并驗算帶速推薦的小帶輪基準直徑為75100mm , 則取dd1=100mmdmin=75 、dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm,取dd2=200mm實際從動輪轉速n2=n1dd1/dd2=960100/200 =480r/min轉速誤差為:n2-n2/n2=458.
19、2-480/458.2 =-0.0481200(適用)(5)確定帶的根數(shù) =0.95kw,p1=0.11kw,k=0.96,kl=0.96 由公式得:=pc/p=pc/(p1+p1)kkl =3.9/(0.95+0.11) 0.960.96 =3.99(6)計算軸上壓力由課本p70表5-1查得q=0.1kg/m,由式(5-18)單根v帶的初拉力:f0=500pc/zv(2.5/k-1)+qv2=5003.9/45.03(2.5/0.96-1)+0.15.032n =158.01n 用在軸承的壓力fq,由公式的:fq=2zf0sin1/2=24158.01sin167.6/2=1256.7n2、
20、齒輪傳動的設計計算 (1)選擇齒輪材料及精度等級 考慮減速器傳遞功率不在,所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40cr調(diào)質(zhì),齒面硬度為240260hbs。大齒輪選用45鋼,調(diào)質(zhì),齒面硬度220hbs;根據(jù)課本p139表6-12選7級精度。齒面精糙度ra1.63.2m (2)按齒面接觸疲勞強度設計 由d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3 ,定有關參數(shù)如下:傳動比i齒=6取小齒輪齒數(shù)z1=20。則大齒輪齒數(shù):z2=iz1=620=120 實際傳動比i0=120/2=60,動比誤差:i-i0/i=6-6/6=0%2.5% 可用,數(shù)比:u=i0=6d=0.9 (3)轉矩t1t1=9.55106
21、p/n1=9.551062.4/458.2=50021.8nmm (4)載荷系數(shù)k查表取k=1 (5)許用接觸應力hh= hlimznt/sh由表查得:hlimz1=570mpa hlimz2=350mpa根據(jù)公式計算應力循環(huán)次數(shù)nlnl1=60n1rth=60458.21(163658)=1.28109nl2=nl1/i=1.28109/6=2.14108由圖查得接觸疲勞的壽命系數(shù):znt1=0.92 znt2=0.98通用齒輪和一般工業(yè)齒輪,按一般可靠度要求選取安全系數(shù)sh=1.0h1=hlim1znt1/sh=5700.92/1.0mpa=524.4mpah2=hlim2znt2/sh=
22、3500.98/1.0mpa=343mpa故得:d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模數(shù):m=d1/z1=48.97/20=2.45mm根據(jù)表取標準模數(shù):m=2.5mm(6)校核齒根彎曲疲勞強度根據(jù)公式式: f=(2kt1/bm2z1)yfaysah確定有關參數(shù)和系數(shù),度圓直徑:d1=mz1=2.520mm=50mm d2=mz2=2.5120mm=300mm齒寬:b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm(7)齒形系數(shù)yfa和應力修正系數(shù)ysa根據(jù)齒數(shù)z1=20,z2=120由表查的:yfa1=2.80 ysa1=1.55yfa2=2.14 ysa2=1.83 (8)許用彎曲應力f根據(jù)公式:f= flim ystynt/sf由表查得:flim1=290mpa flim2 =210mpa由圖查得:ynt1=0.88 ynt2=0.9試驗齒輪的應力修正系數(shù)yst=2 一般可靠度選取安全系數(shù)sf=1.25 計算兩輪的許用彎曲應力f1=flim1 ystynt1/sf=29020.88/1.25mpa=408.32mpaf2=flim2 ystynt2/sf =
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