壓床機構(gòu)設計課程設計說明書-機械原理課程設計

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1、機械原理課程設計 說明書 設計題目：壓床機械設計 學 院：機械工程學院 班 級：XXX 設 計 者： 同 組 人： 指導教師： 2012年7月1日 目錄 一、題目……………………………………………………………2 二、原始數(shù)據(jù)與要求……………………………………………..2 1、工作原理…………………………………………………….2 2.設計要求……………………………………………………..2 3.設計數(shù)據(jù)………………………………………………………2 4.設計內(nèi)容……………………………………………………..3

2、三、執(zhí)行機構(gòu)方案選型設計……………………………………..3 四、機構(gòu)設計………………………………………………………7 1、連桿機構(gòu)的設計……………………………………………..7 2、凸輪機構(gòu)的設計……………………………………………..9 五、傳動方案設計………………………………………………..11 六、機構(gòu)運動分析與力的分析…………………………………..13 1、位置分析…………………………………………………….13 2、速度分析…………………………………………………….14 3、加速度分析………………………………………………….14 七、制定機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖………………

3、………………..17 八、設計結(jié)果分析、討論，設計心得…………………………..18 九、主要參考資料………………………………………………..18 附錄…………………………………………………………………19 一、題目：壓床機械設計 二、原始數(shù)據(jù)與要求 1. 工作原理 壓床機械是有六桿機構(gòu)中的沖頭（滑塊）向下運動來沖壓機械零件的。圖13.1為其參考示意，其執(zhí)行機構(gòu)主要由連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組成，電動機經(jīng)過減速傳動裝置（齒輪傳動）帶動六桿機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿、搖桿帶動滑塊克服阻力F沖壓零件。當沖頭向下運動時，為工作行程，沖頭在0.75H內(nèi)無阻力；當在工作行程后0.25H行

4、程時，沖頭受到的阻力為F；當沖頭向上運動時，為空回行程，無阻力。在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副的油泵凸輪機構(gòu)。 2.設計要求 電動機軸與曲柄軸垂直，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有中等沖擊，允許曲柄轉(zhuǎn)速偏差為5%。要求凸輪機構(gòu)的最大壓力角應在許用[α]之內(nèi)，從動件運動規(guī)律見設計數(shù)據(jù)，執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設計。 3.設計數(shù)據(jù) 4.設計內(nèi)容 （1）根據(jù)壓床機械的工作原理，擬定2 ~3個其他形式的執(zhí)行機構(gòu)（連桿機構(gòu)），并對這些機構(gòu)進行分析對比。 （2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，,。要求用圖解法設計，并寫出設計結(jié)果和步驟。

5、 （3）連桿機構(gòu)的運動分析。將連桿機構(gòu)放在直角坐標系下，編制程序，分析出滑塊6的位移、速度、加速度和搖桿4的角速度和角加速度，并畫出運動曲線，打印上述各曲線圖。 （4）凸輪機構(gòu)設計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪的基本尺寸（基圓半徑，偏距和滾子半徑），并寫出運算結(jié)果。將凸輪機構(gòu)放在直角坐標系下，編程畫出凸輪機構(gòu)的實際廓線，打印出從動件運動規(guī)律和凸輪機構(gòu)仿真模型。 三、執(zhí)行機構(gòu)方案選型設計 實現(xiàn)本題工作要求的機構(gòu)運動方案： 方案1:齒輪系和齒條按時序式組合。 如圖1所示，執(zhí)行機構(gòu)以齒輪1為原動件，齒輪1和齒輪3均為不完全齒輪，以實現(xiàn)齒輪2和齒輪4不能同時轉(zhuǎn)動。用齒輪2或齒輪4帶動齒輪

6、5運動，6為齒條。 結(jié)構(gòu)優(yōu)點： ① 傳遞的功率和速度范圍較大; ② 能保證瞬時傳動比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運動準確可靠; ③ 結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠,可實現(xiàn)較大的傳動比; ④ 齒輪和齒條直接嚙合,傳動靈敏性非常高。 結(jié)構(gòu)缺點： ① 齒輪的制造、安裝要求較高，因而成本也較高； ② 不宜作遠距離傳動； ③ 在工作中有較大的沖擊力，齒輪和齒條易順壞，使用壽命 短。 圖1 方案2:曲柄搖桿和扇形齒輪-齒條機構(gòu)串聯(lián)。 如圖2所示，曲柄搖桿機構(gòu)實現(xiàn)扇形齒輪上下往復擺動，從而帶動沖頭上下往復運動。驅(qū)柄動力通過齒輪機構(gòu)輸入。 結(jié)構(gòu)優(yōu)點： ① 扇形齒輪齒條

7、機構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)及傳動剛性； ② 扇形齒輪齒條機構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)及傳動剛性； ③ 曲柄搖桿機構(gòu)制造工藝簡單，制造成本低； 機構(gòu)缺點： ① 扇形齒輪、齒條的制造、安裝要求較高，成本也較高； ② 載荷有較大的沖擊力，扇形齒輪、齒條易受損，使用壽命短。 圖2 方案3：齒輪和曲柄導桿及滑塊機構(gòu)按時序式連接。 如圖3所示，由齒輪O1帶動齒輪O2轉(zhuǎn)動，齒輪O2軸再驅(qū)動曲柄導桿機構(gòu)運動。曲柄驅(qū)動AB上下擺動，從而使滑塊D滿足運動要求。 機構(gòu)優(yōu)點： ① 齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高和使用壽命長； ② 齒輪傳動的功率大、轉(zhuǎn)速高； ③ 曲柄導桿機構(gòu)制造工藝簡單，成本低； 機構(gòu)缺點：

8、 ① 制造齒輪需要有專門的設備，安裝精度高，成本高； ② 嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。 圖3 方案4：曲柄搖桿和滑塊機構(gòu)連接。 如圖4所示，由曲柄帶動搖桿上下往復擺動，從而使滑塊滿足運動要求。 機構(gòu)優(yōu)點; ① 加工制造容易，成本低； ② 承載能力較大，使用壽命長； 機構(gòu)缺點： ① 機械效率低； ② 不宜用于高速運動。 圖4 綜合分析選定執(zhí)行機構(gòu)：壓床機構(gòu)設計要求使用壽命為10年，載荷有中等沖擊，按小批量規(guī)模生產(chǎn)，因而應選用使用壽命較長、承載能力較大、生產(chǎn)成本低的執(zhí)行機構(gòu)。因此，選用執(zhí)行機構(gòu)方案4。 四、機構(gòu)設計 1、連桿機構(gòu)的設計 設計內(nèi)容 連桿機構(gòu)的設計及運

9、動分析 單位 mm （） mm r/min 符號 X1 X2 y Φ1 Φ2 H 數(shù)據(jù) 30 140 160 120 60 150 0.5 0.3 90 （1）已知：X1＝30mm，X2＝140mm，Y＝150mm，Φ1=120，Φ2=60，H=150mm，=0.5，=0.3 由條件可知: 60， ，∴△是等邊三角形 ∴ （2）作圖步驟： ①確定點O4的位置； ②根據(jù)機構(gòu)設計數(shù)據(jù)，畫出點O2的位置； ③畫出的兩個極限位置和; ④分別連接和; ⑤以O2為圓點O2B2為半徑畫圓弧，與B1O2交于點E;

10、 ⑥以為圓心的一半為半徑畫圓，并延長與圓相交與點，與圓相交于點，如圖5所示。 圖5 通過測量得： 由上可得： 符號 單位 mm 方案5 150 200 50 45 217 47 2、凸輪機構(gòu)的設計 符號 從動件運動規(guī)律 單位 mm 。 方案5 20 30 70 10 70 正弦 有 在推程過程中： 由，得 當時，且，則有a>=0,即該過程為加速推程段； 當時，且，則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運動方程 在遠休止過程中：s=0， 在回程過程中

11、： 由，得： 當時，且，則有a<=0,即該過程為減速回程段； 當時，且，則有a>=0,即該過程為加速回程段； 所以運動方程 在近休止過程中：s=0， 運用MATLAB軟件處理得如下表的數(shù)據(jù)： 理論廓線半徑 實踐廓線半徑 10 43.6097 37.9711 20 45.8420 40.8348 30 51.4591 45.3544 40 56.6074 50.2061 50 59.2772 53.4727 60 61.8682 55.5090 70 64.2032 56.2032 80 64.2032 56.2032 90

12、 66.7726 55.3621 100 68.3627 52.9294 110 67.7670 49.2818 120 64.2319 45.0741 130 58.0169 41.0976 140 50.6873 38.1462 150 45 37 160 45 37 170 45 37 180 45 37 190 4 37 200 45 37 210 45 37 220 45 37 230 45 37 240 45 37 250 45 37 260 45 37 270 45 37

13、 280 45 37 290 45 37 300 45 37 310 45 37 320 45 37 330 45 37 340 45 37 350 45 37 360 45 37 凸輪廓線如下: 五、傳動方案設計 （1）、選擇電動機類型： 按已知條件和要求，選用Y系列一般用途的三相異步電動機。 （2）、確定電動機的轉(zhuǎn)速： 工作機軸轉(zhuǎn)速為：，考慮到重量和價格，選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y系列異步電動機Y132S-6，其滿載轉(zhuǎn)速。 （3）、總傳動比和各級的傳動比： ①、傳動裝置總傳動比： ②、各級傳動比：

14、 ，取，得 ， ③、確定各齒輪的齒數(shù)： 選,則，取。 選,則。 由上可得： 符號 m 單位 。 mm 方案5 22 59 22 88 20 3.5 ④、確定齒輪4的角速度： （4）、減速器的結(jié)構(gòu)圖如圖6，所示。 圖6 六、機構(gòu)運動分析與力的分析 以為原點，分別建立直角坐標系和，如圖7所示。 1、位置分析 在直角坐標系xO2y下，用復數(shù)矢量法作機構(gòu)的運動分析。 已知 ： 用矢量形式寫出機構(gòu)封閉矢量方程式: ① 應用歐拉公式 將式a的實部和虛部分離得 ② 消去式b中θ，求出θ

15、2得 ③ 式中: ； ； 解之可得 ④ 在直角坐標系中 滑塊6上點D的坐標為 點D的最低位置為 滑塊6上點D的位移為 2、速度分析 在直角坐標系xOy中，已知 搖桿4的角速度為 滑塊6的速度為 3、加速度分析 在直角坐標系xOy中，搖桿4的角加速度為 滑塊6的加速度為 圖7 使用MATLAB繪制滑塊6的運動曲線圖如下： （1）滑塊6的位移曲線 （2）滑塊6的速度曲線 （3）滑塊6的加速度曲線 七、制定機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖 圖8 八、設計結(jié)果分析、討論，設計心得 機械原

16、理課程設計是機械原理課程當中一個重要環(huán)節(jié)，通過了三周的課程設計使我從各個方面都受到了機械原理的訓練，對機械的有關各個零部件有機的結(jié)合在一起得到了深刻的認識。由于在設計方面我們沒有經(jīng)驗，理論知識學的不全面，在設計中難免會遇到各種的問題，不過在老師和同學的幫助下我將它們一一都解決了。 在設計過程中，培養(yǎng)了我的綜合應用機械原理課程及其他課程的理論知識。使我對于實際生產(chǎn)中的設計計算過程有了一個更加形象、生動和鮮明的了解和體會，同時，在這過程中也鍛煉了我通過各種手段解決問題的能力和查閱各種設計資料進行設計的能力。 由于在這次設計過程中大量運用了計算機輔助設計，使我對CAD等工程軟件的應用水平有了很大

17、的提高，這對于我來說是一次十分難得的機會，很有助于我們將來在實際工作中的應用。我也體會到了應用計算機輔助設計的優(yōu)點，增強了我學習工程軟件的興趣?？傊@次課程設計使我在各個方面都有了新的提高。 非常感謝老師的辛勤指導和不厭其煩的細心教誨！也感謝學校我們提供了這次難得的鍛煉機會，希望在以后的學習生涯中有更多機會參加類似的實踐活動。 九、主要參考資料 1. 陸風儀主編．機械原理課程設計．北京．機械工業(yè)出版社.2006 2. 孫 恒、陳作模主編．機械原理．北京．高等教育出版社．2006 3. 吳宗澤主編. 機械設計實用手冊. 北京. 化學工業(yè)出版社. 2010

18、 附錄 clear;clc; rb=45;rt=8;e=15;h=20;ft=70;fs=10;fh=70;alp=30; fprintf(1, 基圓半徑 rb=%3.4f mm\n,rb) fprintf(1, 滾子半徑 rt=%3.4f mm\n,rt) fprintf(1, 推桿偏距 e=%3.4f mm\n,e) fprintf(1, 推程升程 h=%3.4f mm\n,h) fprintf(1, 推程運動角 ft=%3.4f

19、mm\n,ft) fprintf(1, 遠休止角 fs=%3.4f mm\n,fs) fprintf(1, 回程運動角 fh=%3.4f mm\n,fh) fprintf(1, 推程許用壓力角 alp=%3.4f mm\n,alp) hd=pi/180;du=180/pi; se=sqrt(rb^2-e^2); d1=ft+fs;d2=ft+fs+fh; s=zeros(ft);ds=zeros(ft);d2s=zeros(ft); at=zeros(ft);atd=zeros(ft);pt=zeros(ft); for

20、 f=1:ft if f<=ft/2 s(f)=h*((f/ft)-sin(2*pi*f/ft)/(2*pi));s=s(f); ds(f)=h*(1-cos(2*pi*f/ft))/(ft*hd);ds=ds(f); d2s(f)=2*pi*hd^2*h*sin(2*pi*f/ft)/(ft*hd)^2;d2s=d2s(f); end at(f)=atan(abs(ds-e)/(se+s));atd(f)=at(f)*du; p1=((se+e)^2+(ds-e)^2)^1.5; p2=a

21、bs((se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(d2s-e)); pt(f)=p1/p2;p=pt(f); end atm=0; for f=1:ft if atd(f)>atm atm=atd(f); end end fprintf(1,最大壓力角 atm=%3.4f 度\n,atm) for f=1:ft if abs(atd(f)-atm)<0.1 ftm=f;break end

22、end fprintf(1,對應的位置角 ftm=%3.4f度\n,ftm) if atm>alp fprintf(1,凸輪推程壓力角超出許用壓力角，需增大基圓半徑！\n) end ptn=rb+h; for f=1:ft if pt(f)

23、)<0.1 ftn=f;break end end fprintf(1,對應位置角 ftn=%3.4f度\n,ptn) if ptn

24、(f)=h*(1-(k/fh)+sin(2*pi*k/fh)/(2*pi));s=s(f); ds(f)=h*hd*(cos(2*pi*k/fh)-1)/fh;ds=ds(f); d2s(f)=-2*pi*h*hd^2*sin(2*pi*k/fh)/fh^2;d2s=d2s(f); ah(f)=atan(abs(ds+e)/(se+s));ahd(f)=ah(f)*du; p1=((se+e)^2+(ds-e)^2)^1.5; p2=abs((se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e)); ph(f)=p1/p2

25、;p=ph(f); end ahm=0; for f=d1:d2 if ahd(f)>ahm ahm=ahd(f); end end fprintf(1,最大壓力角 ahm=%3.4f 度\n,ahm) for f=d1:d2 if abs(ahd(f)-ahm)<0.1 fhm=f;break end end fprintf(1,對應的位置角 fhm=%3.4f度\n,fhm) % if ah

26、m>alf % fpintf(1,凸輪推程壓力角超出許用壓力角，需增大基圓半徑！\n) % end phn=rb+h; for f=d1:d2 if ph(f)

27、end fprintf(1,對應位置角 ftn=%3.4f度\n,ptn) if phn

28、); xxp=zeros(n);yyp=zeros(n); for f=1:n if f<=ft/2 s(f)=2*h*f^2/ft^2;s=s(f); ds(f)=4*f*h*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f); elseif f>ft/2 & f<=ft s(f)=h-2*h*(ft-f)^2/ft^2;s=s(f); ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f); elsei

29、f f>ft & f<=d1 s=h; ds=0; elseif f>d1 & f<=d2 k=f-d1; s(f)=0.5*h*(1+cos(pi*k/fh));s=s(f); ds(f)=-0.5*pi*h*sin(pi*k/fh)/(fh*hd);ds=ds(f); elseif f>d2 & f<=n s=0; ds=0; end xx(f)=(se+s)*

30、sin(f*hd)+e*cos(f*hd);x=xx(f); yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*sin(f*hd);y=yy(f); dx(f)=(ds-e)*sin(f*hd)+(se+s)*cos(f*hd);dx=dx(f); dy(f)=(ds-e)*cos(f*hd)-(se+s)*sin(f*hd);dy=dy(f); xp(f)=x+rt*dy/sqrt(dx^2+dy^2);xxp=xp(f); yp(f)=y-rt*dx/sqrt(dx^2+dy^2);yyp=

31、yp(f); r(f)=sqrt(dx^2+dy^2); rp(f)=sqrt(xxp^2+yyp^2); end %%推程加正弦加速 for f=10:10:ft nu=[f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f)]; disp(nu) end for f=d1:10:d2 nu=[f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f)]; disp(nu) end for f=10:10:n nu=[f r(

32、f) rp(f)]; disp(nu) end H1=plot(xx,yy,k-.) axis([-(rb+h-10) (rb+h+10) -(rb+h+10) (rb+h+10)]) axis equal text(rb+h+3,0,X) text(rb+rt+3,0,Y) text(-5,5,O) title(偏置移動從動盤形凸輪設計) hold on plot([-(rb+h) (rb+h)],[0 0],k) plot([0 0],[-(rb+h) (rb+h)],k) plot([e e],[0 (rb+rt),k-]) ct=linspace(0,2*pi); H2= plot(rb*cos(ct),rb*sin(ct),.k) plot(e*cos(ct),e*sin(ct),k-,markersize,5) H3=plot(e+rt*cos(ct),se+rt*sin(ct),k) plot(xp,yp,:k); % legend(H1,H2,H3) text(-80,60,點線表示基圓) text(-80,50,虛線表示實際廓線) text(-80,40,點畫線表示理論廓線) text(-80,30,實線表示滾子)