機械原理課程設(shè)計--往復(fù)泵動力端運動機構(gòu)設(shè)計和分析

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1、　　機械原理課程設(shè)計報告　　專業(yè) 班級機械產(chǎn)11101 　　班級序號 　　學(xué) 生姓名 　　2012 — 2013 學(xué)年第 2 學(xué)期</p

2、>　　目錄　　一、設(shè)計題目3　　二、機構(gòu)傳動系統(tǒng)方案的確定3　　三、機構(gòu)綜合的方法和運算結(jié)果4　　1）綜合分析4</

3、p>　　2）主程序設(shè)計5　　3）計算結(jié)果6　　四、運動分析的方法和計算結(jié)果6　　1）運動分析6　　3)往復(fù)泵的運動分析7

4、　　4）數(shù)據(jù)表格10　　五、對課程設(shè)計進行總結(jié)12　　六、主要參考文獻12　　七、附件(計算程序等).12　　1）曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計12

5、2）往復(fù)泵的運動分析13　　3）數(shù)據(jù)求解14　　一、設(shè)計題目　　往復(fù)泵動力端運動機構(gòu)設(shè)計和分析　　機構(gòu)傳動系統(tǒng)方案的確定　　1）功能要求：將原動機的高

6、速旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹牡退偻鶑?fù)運動　　2）工作原理：往復(fù)泵是利用工作腔容積的周期性變化來輸送高壓流體的，它通常由兩部分組成。一部分直接輸送液體，把機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能的液力端，另一部分將原動機的能量傳給液力端的動力端。動力端主要有曲柄、連桿、十字頭等部件。如上圖所示，在液缸中有柱塞桿和柱塞，液缸體上裝有吸入閥和排出閥。液缸體中柱塞與閥之間的空間稱為工作室，它通過吸入閥和排出閥分別與吸入管路和排

7、出管相連。　　通常壓裂泵的動力源為高速柴油機，動力由柴油機經(jīng)過減速裝置傳遞到曲柄，當(dāng)曲柄以角速度順時針旋轉(zhuǎn)時，柱塞從右極限位置開始向左運動，工作腔的容積增大，壓力降低，液體在壓力差的作用下克服吸入管路和吸入閥等的阻力損失進入液缸體中。當(dāng)柱塞運動到左極限位置時，吸入液體過程停止，吸入閥關(guān)閉。曲柄繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞開始向右運動，液缸體中的液體被擠壓，液體壓力急驟增加。在這一壓力作用下，排出閥被打開，液缸

8、體內(nèi)液體在柱塞的作用下被排送到排出管路中去。　　當(dāng)往復(fù)泵的曲軸以角速度不停旋轉(zhuǎn)時，往復(fù)泵就實現(xiàn)連續(xù)吸入和排出液體的過程。　　往復(fù)泵的曲柄滑塊機構(gòu)一般采用對心式設(shè)計，在一些壓力高或者由于結(jié)構(gòu)的限制選定的長細比（R/L）值比較大的情況下，可以采用正偏置設(shè)計來改善十字頭與導(dǎo)板間的正壓力和偏磨。　　3）原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求

9、　　注：①其它摩擦及其他構(gòu)件質(zhì)量均忽略不計；　?、诩俣ū瞄y的滯后角為0；　?、矍瓦B桿的質(zhì)量與長度有關(guān)，本題假定為已知；　　④吸入壓力P2=0.01MPa。　　三、機構(gòu)綜合的方法和運算結(jié)果

10、;　　1）綜合分析　　（1）齒輪傳動的基本簡圖如上所示。　　齒輪設(shè)計采用壓力角為20°的直齒圓柱齒輪，根據(jù)根切條件可知Zmax>=17，且直齒圓柱齒輪的傳動比一般在3-8。　　（2）傳動比的具體分配方案　　依題意有：n

11、1=1500r/min，n4=120r/min　　i14=(-1)mZ2Z3Z4/Z1Z2Z3=Z4/Z1=n1/n4=1500/120=12.5　　因為傳動比12.5大于8，所以應(yīng)采取如圖分級傳動，取Z1=18，則Z4=300　　具體傳動比分配如下：　　i12=Z2/Z

12、1=5=n1/n2→Z2=90,n2=300r/min　　齒輪2和3在同一軸上，則有：n3=n2=300r/min　　i34=Z4/Z3=5/2=n3/n4→Z3=120　　綜上所述：傳動比的分配方案為，i12=5，i34=5/2　?。?）曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計</p&

13、gt;　　如圖所示：點B運動到B1、B2位置是曲柄滑塊機構(gòu)運動的兩極限位置，當(dāng)點B運動到B3位置(B3在A點正下方)，壓力角α取最大值。　　由圖中幾何關(guān)系得： Sin52。=（e+R）/L (S+c)2+e2=L2　　整理得：　　L=(R+e)

14、/ sin(52)　　L=[(4S2R2-4S2e2- S4)/(16R2-4S2)]1/2　　2）主程序設(shè)計　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255,

15、0, 0) 　　Const Pi = 3.1415926　　Dim x!, y1!, y2!　　Picture1.Scale (-18, 18)-(18, -18)　　Picture1.Line (-14, 0)-(14, 0)

16、　Picture1.Line (0, 14)-(0, -14)　　Picture1.CurrentX = 11.5: Picture1.CurrentY = -0.6: Picture1.Print "X/dm"　　Picture1.CurrentY = 14: Picture1.CurrentX = 0.6: Picture1.Pr

17、int "Y/dm2 "　　For x = -8 To 8 Step 0.00005　　y1 = (x + 0.24) * (x + 0.24) / (Sin(52 * Pi / 180) * Sin(52 * Pi / 180))　　y2 = (4 * 2.29 * 2.29 * x * x

18、 - 4 * 2.29 *2.29 * 0.24 * 0.24 – 2.29 * 2.29 *2.29 * 2.29) / (16 * x * x - 4 *2.29 * 2.29)　　Picture1.PSet (x, y1)　　Picture1.PSet (x, y2)　　If Abs(y1 - y2) &l

19、t; 0.0001 Then Picture1.Print Format(x, "#0.#####")　　Next x　　End Sub　　3）計算結(jié)果&l

20、t;p>　　由程序運算結(jié)果可知: R=0.69303dm=69.3mm,從而L=（69.3+24）/sin( 52°) =118.4mm　　四、運動分析的方法和計算結(jié)果　　1）運動分析　　由幾何關(guān)系不難得出：　　c=(

21、(L-R)2-e2)1/2=42.8mm, 1=2πn則：　　2=Rcos 1/Lcos　?。?）位置分析　　x=Rcos+Lcos+c　　由于Rsin+e=Lsin可知　　所以 cos=

22、[1-（Rsin+e）2/L2]1/2　　也即有：x=Rcos+L[1-（Rsin+e）2/L2]1/2+c　　又由　　解之即有：　?。?）速度分析</

23、p>　　根據(jù)位置方程對時間求導(dǎo)可得：　　V=dx/dt=-R sinω1-L sinβ·ω2　　=-R sin·ω1- L sinβ·R cos·ω1/L cosβ　　=-R sin·ω1-（ R sin +e）·R cos&

24、#183;ω1/L）/[1-（R sin +e）2/L2]1/2　?。?）加速度分析　　由題意可得：a=dv/dt=-Rω12cosθ-L(cosβω22+sinβ*)　　又由于 =Rω1·（-sinθcosβω1+ sinβcosθω2）/(L·cos

25、2β)　　=Rω1·{-sinθ[1-（R sinθ+e）2/L2]1/2ω1+[（R sinθ+e）/L] cosθω2}/{ L·[1-（R sinθ+e）2/L2]}　　即a=-Rω12cosθ-L(cosβω22+sinβRω1·{-sinθ[1-（R sinθ+e）2/L2]1/2ω1+[（Rsinθ+e）/L]

26、 cosθω2}/{ L·[1-（R sinθ+e）2/L2]})　　3)往復(fù)泵的運動分析　　(1)位移圖像分析　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB

27、(255, 0, 0) 　　Dim x as double,y as double,n as double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 4)-(8, -4) 　　Picture1.Line (

28、-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 4)-(0,-4)　　Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = -0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.CurrentY= 4 :Picture1.CurrentX= 0.2: Pic

29、ture1.Print "Y/dm　　For i=-7 to 7　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i<

30、p>　　Picture1.CurrentX = -0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283 Step 0.0001　　y = 0.693* Cos(x) +1

31、.184 * Sqr(1 - (0.693* Sin(x) + 0.24) * (0.693 * Sin(x) + 0.24)/ (1.184 * 1.184)) + 0.428　　Picture1.PSet (x, y)　　Next x　　End sub&

32、lt;/b>　　運行結(jié)果如圖所示：　?。?）速度圖像分析　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0)

33、 　　Dim x as double,y as double,n as double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 15)-(8, -15)　　Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0):

34、Picture1.Line (0,15)-(0, -15)　　Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =15: Picture1.Print

35、"Y/dm/s"　　For i = -14 To 14　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i<

36、p>　　Picture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY =i -0.1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283 Step 0.0001　　n = (0.693 * Sin(x)

37、 + 0.24) /1.184　　m = 0.693 * Cos(x) * 9.425 / (1.184* Sqr(1 - n * n))　　y = (-0.693) * Sin(x) * 9.425 – 1.184 * n * m　　Picture1.PSet (x, y)<p&g

38、t;　　Next x　　End sub　　運行結(jié)果如圖所示：　　（3）加速度圖像分析　　Private Sub picture1_Click()</p&

39、gt;　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) 　　Dim x as double,y as double,n as double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 20)-(8, -20)&l

40、t;/p>　　Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 20)-(0, -20)　　Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.Cu

41、rrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =20: Picture1.Print "Y /m/s2"　　For i = -20 To 20　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Pictu

42、re1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i　　Picture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283

43、Step 0.0001　　n = (0.0693 * Sin(x) + 0.024) / 0.1184　　m = 0.0693 * Cos(x) * 9.425 / (0.1184 * Sqr(1 - n * n))　　w = 0.0693* 9.425 * ((-Sin(x)) * Sqr(1 - n * n)

44、 * 9.425 + n * Cos(x) * m) / (0.1184* (1 - n * n))　　y = (-0.0693) * 9.425 * 9.425 * Cos(x) – 0.1184 * (Sqr(1 - n * n) * m * m + n * w)　　Picture1.PSet (x, y)&

45、lt;b>　　Next x　　End Sub　　運行結(jié)果如圖所示：　　4）數(shù)據(jù)表格　　根據(jù)原始數(shù)據(jù)和所學(xué)參數(shù)，應(yīng)用excel的計算功

46、能可得往復(fù)泵的各個工作參數(shù)，如下表所示：　　五、對課程設(shè)計進行總結(jié)　　做了兩周的課程設(shè)計，有很多的心得體會，既有關(guān)于往復(fù)泵設(shè)計分析方面的，更多的是關(guān)于在設(shè)計過程中所體會的收獲與成長。 　　拿到題目時的第一感覺是不知所措的，感覺無從下手，致使一直放到快交時還有很多沒做完，加上復(fù)習(xí)和

47、各種上機作業(yè)，簡直有點手忙腳亂，后來沒辦法只好靜下心來慢慢做，我通過自己的努力，在反復(fù)的嘗試和修改中，終于把整個計算和主要程序編寫完成了，實現(xiàn)了預(yù)定的功能，以前的vb語言沒學(xué)扎實，致使常常不能得心應(yīng)手，一開始的程序這塊兒就令我有些迷茫。后來經(jīng)過幾天幾夜的努力，終于有了點頭緒，然后又在同學(xué)的幫助下，找到了一些參考書，在各種資源的支持下我掌握了程序設(shè)計的各種方法，了解了往復(fù)泵的更多細節(jié)，也理解了在編譯過程中常常出現(xiàn)的問題和解決的方法。<

48、;/p>　　兩個多星期后我的程序終于完成了。在機房調(diào)試雖然出現(xiàn)了一些問題，但都解決了。最后，我發(fā)現(xiàn)自己對編程竟然也有了一點興趣，想暑假回家以后自己去買一些東西來做，再補一補c語言。　　六、主要參考文獻　　《往復(fù)泵設(shè)計》編寫組.往復(fù)泵設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1987. &

49、lt;/p>　　朱修傳.往復(fù)泵總體設(shè)計中主要參數(shù)的確定[J].煤礦機械.2007.28(4):29-31.　　賈光政,王宣銀.液壓驅(qū)動往復(fù)泵的設(shè)計特點[J].液壓與氣動.2002(2):44-46. 　　七、附件(計算程序等).　　1）曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計

50、　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) 　　Const Pi = 3.1415926　　Dim x!, y1!, y2!　　Picture1.Scale (

51、-18, 18)-(18, -18)　　Picture1.Line (-14, 0)-(14, 0)　　Picture1.Line (0, 14)-(0, -14)　　Picture1.CurrentX = 11.5: Picture1.CurrentY = -0.6: Picture1.Print "

52、X/dm"　　Picture1.CurrentY = 14: Picture1.CurrentX = 0.6: Picture1.Print "Y/dm2 "　　For x = -8 To 8 Step 0.00005　　y1 = (x + 0.24) * (x + 0.24) /

53、(Sin(52 * Pi / 180) * Sin(52 * Pi / 180))　　y2 = (4 * 2.29 * 2.29 * x * x - 4 * 2.29 *2.29 * 0.24 * 0.24 – 2.29 * 2.29 *2.29 * 2.29) / (16 * x * x - 4 *2.29 * 2.29)　　Picture1.PSet

54、 (x, y1)　　Picture1.PSet (x, y2)　　If Abs(y1 - y2) < 0.0001 Then Picture1.Print Format(x, "#0.#####")　　Next x<p&

55、gt;　　End Sub　　2）往復(fù)泵的運動分析　　(1)位移圖像分析　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0

56、, 0) 　　Dim x as double,y as double,n as double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 4)-(8, -4) 　　Picture1.Line (-8, 0)-

57、(8, 0): Picture1.Line (0, 4)-(0,-4)　　Picture1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = -0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.CurrentY= 4 :Picture1.CurrentX= 0.2: Picture1.P

58、rint "Y/dm　　For i=-7 to 7　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i

59、Picture1.CurrentX = -0.1: Picture1.CurrentY = i-0.1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283 Step 0.0001　　y = 0.693* Cos(x) +1.184 *

60、Sqr(1 - (0.693* Sin(x) + 0.24) * (0.693 * Sin(x) + 0.24)/ (1.184 * 1.184)) + 0.428　　Picture1.PSet (x, y)　　Next x　　End sub</b&g

61、t;　?。?）速度圖像分析　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) 　　Dim x as double,y as double,n as

62、 double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 15)-(8, -15)　　Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0,15)-(0, -15)　　Pictur

63、e1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =15: Picture1.Print "Y/dm/s"　　For i = -14 To 14

64、　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i　　Picture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY =i -0.

65、1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283 Step 0.0001　　n = (0.693 * Sin(x) + 0.24) /1.184　　m = 0.693 * Cos(x) *

66、 9.425 / (1.184* Sqr(1 - n * n))　　y = (-0.693) * Sin(x) * 9.425 – 1.184 * n * m　　Picture1.PSet (x, y)　　Next x

67、;　　End sub　?。?）加速度圖像分析　　Private Sub picture1_Click()　　Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) 　　Dim x as double,y as double,n as

68、 double,m as double　　Picture1.Cls　　Picture1.Scale (-8, 20)-(8, -20)　　Picture1.Line (-8, 0)-(8, 0): Picture1.Line (0, 20)-(0, -20)　　Pictu

69、re1.CurrentX = 6.2: Picture1.CurrentY = 0.2: Picture1.Print "X/rad"　　Picture1.CurrentX = 0.2: Picture1.CurrentY =20: Picture1.Print "Y /m/s2"　　For i = -20 To

70、20　　Picture1.Line (i, 0)-(i, 0.1)　　Picture1.CurrentX = i - 0.2: Picture1.CurrentY = -0.1: Picture1.Print i　　Picture1.CurrentX = - 0.1: Picture1.CurrentY = i-

71、0.1: Picture1.Print i　　Next i　　For x = 0 To 6.283 Step 0.0001　　n = (0.0693 * Sin(x) + 0.024) / 0.1184　　m = 0.0693 * C

72、os(x) * 9.425 / (0.1184 * Sqr(1 - n * n))　　w = 0.0693* 9.425 * ((-Sin(x)) * Sqr(1 - n * n) * 9.425 + n * Cos(x) * m) / (0.1184* (1 - n * n))　　y = (-0.0693) * 9.425 * 9.425 * Cos(

73、x) – 0.1184 * (Sqr(1 - n * n) * m * m + n * w)　　Picture1.PSet (x, y)　　Next x　　End Sub　　3）

74、數(shù)據(jù)求解　　Private Sub Command1_Click()　　Const PI = 3.14159　　Dim x!　　x= PI * Val(Text1) / 180<p&g

75、t;　　s= Val(69.3 * Cos(x) + 118.4 * Sqr(1 - (69.3 * Sin(x) + 24) * (69.3 * Sin(x) + 24) / (118.4 *118.4))) + 42.8 　　v= (-69.3) * Sin(x) * 9.425 - ((69.3* Sin(x) + 24) * 69.3 * Cos(x) * 9.425 /118.4) /

76、 Sqr(1 - (69.3* Sin(x) + 24) * (69.3 * Sin(x) + 24) / (118.4 * 118.4))　　n = (0.0693 * Sin(x) + 0.024) / 0.1184　　m = 0.0693 * Cos(x) * 9.425 / (0.1184 * Sqr(1 - n * n))

77、　　w = 0.0693* 9.425 * ((-Sin(x)) * Sqr(1 - n * n) * 9.425 + n * Cos(x) * m) / (0.1184* (1 - n * n))　　a= (-0.0693) * 9.425 * 9.425 * Cos(x)– 0.1184 * (Sqr(1 - n * n) * m * m + n * w)</p&g

78、t;　　cosβ = Sqr(1 - (69.3 * Sin(x) + 24) * (69.3 * Sin(x) + 24) / (118.4 * 118.4))　　sinβ = (69.3 * sinx + 24) / 118.4　　ω2 = 69.3 * Cos(x) * 9.425 / (118.4 * cosβ)</p

79、>　　ε2 = 69.3 * 9.425 * (-Sin(x) * cosβ * 9.425 + sinβ * Cos(x) * ω2) / (118.4 * cosβ * cosβ)　　Text2= s　　Text3= v&l

80、t;p>　　Text4= a　　Text5=ω2　　Text6=ε2　　Text7=*180/pi　　End Sub

81、;　　Private Sub Command2_Click()　　Text1 = ""　　Text2 = ""　　Text3 = ""　　Text4 = "&q

82、uot;　　Text5 = ""　　Text6 = ""　　Text7 = ""　　End Sub　　Private Sub Com

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機械原理課程設(shè)計--往復(fù)泵動力端運動機構(gòu)設(shè)計和分析

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