機械原理課程設計壓床機構(gòu).doc

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機械原理課程設計 說明書 姓 名： 李金發(fā) 學 號： 班 級： 指導老師： 成 績： 遼寧石油化工大學 2017年12月8日 目錄 一、機構(gòu)簡介與設計數(shù)據(jù) 3 1.1.機構(gòu)簡介 3 1.2機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 3 1.3凸輪機構(gòu)構(gòu)設計 3 1.4.設計數(shù)據(jù) 4 二、壓床機構(gòu)的設計 6 2.1確定傳動機構(gòu)各桿的長度 6 三.傳動機構(gòu)運動分析 8 3.1.速度分析 8 3.1.1 8 3.1.2 9 3.2.加速度分析 10 3.2.1 10 3.2.2 12 3.3. 機構(gòu)動態(tài)靜力分析 14 3.3.1 14 3.3.2 17 四、凸輪機構(gòu)設計 21 五、齒輪設計 22 5.1.全部原始數(shù)據(jù) 22 5.2.設計及計算過程 22 參考文獻 23 一、機構(gòu)簡介與設計數(shù)據(jù) 1.1.機構(gòu)簡介 圖示為壓床機構(gòu)簡圖，其中六桿機構(gòu)為主體機構(gòu)。圖中電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動三對齒輪將轉(zhuǎn)速降低，然后帶動曲柄1轉(zhuǎn)動，再經(jīng)六桿機構(gòu)使滑塊5克服工作阻力而運動。為了減少主軸的速度波動，在曲柄軸A 上裝有大齒輪并起飛輪的作用。在曲柄軸的另一端裝有油泵凸輪，驅(qū)動油泵向連桿機構(gòu)的供油。 （a）壓床機構(gòu)及傳動系統(tǒng) 1.2機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 已知：各構(gòu)件的重量G及其對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉(zhuǎn)動慣量（略去不計)，阻力線圖(圖9—7)以及連桿機構(gòu)設計和運動分析中所得的結(jié)果。 要求：確定機構(gòu)一個位置的各運動副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分亦畫在運動分析的圖樣上。 1.3凸輪機構(gòu)構(gòu)設計 已知：從動件沖程H，許用壓力角[α?]．推程角δ。，遠休止角δ?，回程角δ'，從動件的運動規(guī)律見表9-5，凸輪與曲柄共軸。 要求：按[α]確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸．求出理論廓 線外凸曲線的最小曲率半徑ρ。選取滾子半徑r，繪制凸輪實際廓線。以上內(nèi)容作在2號圖紙上 1.4.設計數(shù)據(jù) 設計內(nèi)容 連桿機構(gòu)的設計及運動分析 符號 單位 mm 度 mm r/min 數(shù)據(jù) I 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 100 1/2 1/2 II 60 170 260 60 120 180 1/2 1/4 90 1/2 1/2 III 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 [δ] G2 G3 G5 N 1/30 660 440 300 4000 0.28 0.085 1/30 1060 720 550 7000 0.64 0.2 1/30 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 凸輪機構(gòu)設計 h ［a］ δ0 δ01 δ0ˊ 從動桿運動規(guī)律 mm 度 17 30 55 25 85 余弦 18 30 60 30 80 等加速 19 30 65 35 75 正弦 齒輪機構(gòu)的設計 Z5 Z6 α m 11 38 20 5 10 35 20 6 11 20 20 6 二、壓床機構(gòu)的設計 2.1確定傳動機構(gòu)各桿的長度 已知：X1=60, X2=170, y=260, ,， 如右圖所示，為處于兩個極限位置時的狀態(tài)。 根據(jù)已知條件可得： 因為三角形DFF′是等邊三角形 所以DE=H=180mm、CD=120mm、 而DE：EF=4：1 所以EF=45 又有勾股定理可得 AB=57.5 、BC=262.5 由上分析計算可得各桿長度分別為： 57.5mm 262.5mm 131.25mm 120mm 180mm 90mm 45mm 三.傳動機構(gòu)運動分析 3.1.速度分析 3.1.1 已知：逆時針；=n*2∏/60=9.42 VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s 　　　　　　 大小 0.542 方向 　 大小 √ 方向 鉛垂　 ∥CD 選取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多邊形如圖所示； 由圖分析得： ＝0.01×62.27=0.6227m/s VcB=μV*bc＝0.01×35.51=0.3551m/s ve＝μV*pe=0.01×93.13=0.9313m/s ＝0.01×91.44=0.9144m/s ＝0.01×55.86mm ＝0.5586m/s Vs3=vc*3/4=0.467m/s ∴＝＝0.3551/0.2625=1.35rad/s (順時針) ω＝＝0.6227/0.12=5.19rad/s (逆時針) ω＝＝0.0691/0.045=1.55rad/s (順時針) 項目 數(shù)值 0.542 0.6227 0.9313 0.9144 0.5586 0.467 9.42 1.35 5.19 1.55 單位 3.1.2 已知：逆時針；=n*2∏/60=9.42 VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s 　　　　　　 大小 0.542 方向 　 大小 √ 方向 鉛垂　 ∥CD 選取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多邊形如圖所示； 由圖分析得： ＝0.01×54.75=0.5475m/s VcB=μV*bc＝0.01×15.61=0.1561m/s ve＝μV*pe=0.01×82.13=0.8213m/s ＝0.01×76.61=0.7661m/s ＝0.01×51.55mm ＝0.5155m/s Vs3=vc*3/4=0.4106m/s Vfe=μV*fe=0.01×40.89=0.4089 m/s ∴＝＝0.1561/0.2625=0.5947rad/s (順時針) ω＝＝0.5475/0.12=4.5625rad/s (逆時針) ω＝＝0.4089/0.045=9.086rad/s (順時針) 項目 數(shù)值 0.542 0.5475 0.8213 0.7661 0.5155 0.4106 9.42 0.5947 4.5625 9.086 單位 3.2.加速度分析 3.2.1 9.422×0.0575 =5.108m/s2 =1.352×0.2625=0.48m/s2 =5.192×0.12=3.23m/s2 =1.552×0.045=0.108m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖 =0.025×131.73=3.29m/s2 =0.025×197.59=4.940m/s2 =0.025×329.44=8.236 m/s2 =0.025×25.69=0.6425m/s2 aF = aE + anFE + atFE 大小： √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE aF=μa*pf=0.025×12.02=0.3 m/s2 as2=μa*ps2=0.025×48.21=1.205m/s2 as3=μa*ps3=0.025×98.8= 2.47m/s2 aE=μa*pe=0.025×197.59= 4.93m/s2 =8.236/0.2625= 31.38 rad/s（逆時針） =0.6425/0.12=5.35 rad/s （順時針） 項目 數(shù)值 5.108 3.29 4.94 0.3 1.205 2.47 31.38 5.35 單位 m/s rad/s 3.2.2 9.422×0.0575 =5.108m/s2 =1.352×0.2625=0.48m/s2 =5.192×0.12=3.23m/s2 =1.552×0.045=0.108m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖 =0.025×124.89=3.12m/s2 =0.025×187.33=4.683m/s2 =0.025×96.37=2.409 m/s2 =0.025×74.81=1.870m/s2 aF = aE + anFE + atFE 大小： √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE aF=μa*pf=0.025×85.07=2.12m/s2 as2=μa*ps2=0.025×162.32=4.058m/s2 as3=μa*ps3=0.025×93.67= 2.34 m/s2 =2.409/0.2625= 9.17 rad/s（逆時針） =1.87/0.12=15.58 rad/s （順時針） 項目 數(shù)值 5.108 3.12 4.683 2.12 4.058 2.34 9.17 15.58 單位 m/s rad/s 3.3. 機構(gòu)動態(tài)靜力分析 3.3.1 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案II 1060 720 550 7000 0.64 0.2 單位 N Kg.m2 1．各構(gòu)件的慣性力，慣性力矩： =1060×1.205/10=127.76N（與方向相反） =720×2.47/10=177.84N（與方向相反） =550×0.3/10=16.5N（與方向相反） =7000/10=700N =0.64×31.38=20.08N.m （順時針） =0.2×5.35=1.07N.m （逆時針） =20.08/127.76=157.16mm =1.07/177.84=90.37mm 2．計算各運動副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對構(gòu)件5進行力的分析，選取比例尺作其受力圖 構(gòu)件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0 (2)分析構(gòu)件2、3 單獨對構(gòu)件2分析： 桿2對B點求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0 代入數(shù)據(jù)解得：Ft32=249N 單獨對構(gòu)件3分析： 桿3對C點求矩得：Ft63*LDC+F43*LF43C-FI3*LF43C-G3*LG3C=0 解得: Ft63=-67.90N 對桿組2、3進行分析： F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0 Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0 選取比例尺μF=10N/mm，作其受力圖 Fn63=μF* LFn63=10×98.84=988.4N Ft12=μF* LFt12=10×9.08=90.8N Fn12=μF* LFN12=10×256.62=2566.2N F34=μF* LF34=10×56.32=563.2N F45= F34=563.2N F56=μF* LF56=5×24.19=120.95N (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb： Mb=F21*LAB=2567.8×0.0575=147.69 F61=-F21=2567.8N 項目 Fg2 Fg3 Fg5 MI2 MI3 Mb Fn63 Ft63 數(shù)值 127.76 177.84 16.5 20.08 1.07 147.69 988.4 67.90 單位 N N.m N 項目 Fn12 Ft12 F34 F45 F56 F61 數(shù)值 2566.2 90.8 563.2 563.2 120.95 2567.8 單位 N 3.3.2 1．各構(gòu)件的慣性力，慣性力矩： =1060×4.058/10=430.15N（與方向相反） =720×2.34/10=168.48N（與方向相反） =550×2.12/10=116.6N（與方向相反） =7000/10=700N =0.64×9.18=5.875N.m （順時針） =0.2×15.58=3.12N.m （逆時針） =5.875/430.15=13.66mm =3.12/168.48=18.5mm 2．計算各運動副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對構(gòu)件5進行力的分析，選取比例尺作其受力圖 構(gòu)件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0 (2)分析構(gòu)件2、3 單獨對構(gòu)件2分析： 桿2對B點求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0 代入數(shù)據(jù)解得：Ft32=-167.1N 單獨對構(gòu)件3分析： 桿3對C點求矩得：Ft63*LDC-F43*LF43C+FI3*LF43C-G3*LG3C=0 解得: Ft63=323.35N 對桿組2、3進行分析： F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0 Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0 選取比例尺作其受力圖 Fn63=μF 3* LFn63=5×38.2=191N Ft12=μF2* LFt12=10×21.19=211.9N Fn12=μF2* LFN12=10×245.8=2458N F34=μF3* LF34=5×6.66=33.3N F45= F34=33.3N F56=μF3* LF56=5×0.83=4.15N (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb： Mb=F21*LAB=2467.1×0.0575=141.86 F61=-F21=2467.1N 項目 Fg2 Fg3 Fg5 MI2 MI3 Mb 數(shù)值 430.15 168.48 116.6 5.88 3.12 141.86 單位 N N.m 項目 Ft63 Fn12 Ft12 F34 F45 F56 數(shù)值 323.35 2458 211.9 33.3 33.3 4.15 單位 N 項目 F61 Fn63 Ft63 數(shù)值 2467.1 191 323.35 單位 N 四、凸輪機構(gòu)設計 符號 h [α] δ0 δ01 δ0＇ 單位 mm （0） 方案II 18 30 60 30 80 取r0=50mm,取rT=8mm 在推程過程中： 凸輪廓線如下: 五、齒輪設計 5.1.全部原始數(shù)據(jù) 齒輪機構(gòu)的設計 Z5 Z6 α m 10 35 20 6 5.2.設計及計算過程 齒頂高、齒根高： ha=ha*m=1×6=6 hf=(ha*+c*)m=1.25×6=7.5 分度圓直徑： d5=mz5=6×10=60mm d6=mz6=6×35=210mm 齒頂圓半徑: ra5=r5+ ha =30+6=36 ra6=r6+ ha =105+6=111 齒根圓半徑： rf5=r5- hf =30-7.5=22.5 rf6=r6- hf =105-7.5=97.5 基圓半徑：rb5=cos200*d5/2=28.19mm rb6=cos200*d6/2=98.67mm 分度圓齒厚： S=∏*m/2=3∏ 分度圓齒距：p= ∏*m=6∏ 標準中心距:a= r5+ r6=135mm 參考文獻 [1].孫恒,陳作模,葛文杰.《機械原理【M】》.8版.北京：高等教育出版社,2013. [2].崔洪斌，范春起.《AutoCAD實踐教程》.北京:高等教育出版社,2006. 21