壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書.doc

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1、壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書 班級 :XXXX 學(xué)號 :XXX 姓名 :XX 完成日期: XXXX年XX月  一、壓床機(jī)構(gòu)簡介 2 1.壓床機(jī)構(gòu)簡介 2 2.設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 （1）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動分折 3 （2）凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 4 方案一 4 （1）運(yùn)動分析 4 （2）工作性能 4 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 5 方案二 5 （1）運(yùn)動分析 5 （2）

2、工作性能 6 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 6 方案三 6 （1）運(yùn)動分析 7 （2）工作性能 7 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 7 選擇方案 7 三、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 1、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8 2、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 13 五、原動件原則 16 六、傳動機(jī)構(gòu)的選擇 16 七、運(yùn)動循環(huán)圖 18 八、設(shè)計(jì)總結(jié) 19 九、參考文獻(xiàn) 20 一、壓床機(jī)構(gòu)簡介 20 1.壓床機(jī)構(gòu)簡介 壓床機(jī)械是被應(yīng)用廣泛的鍛壓設(shè)備它是由六桿機(jī)構(gòu)中的沖頭（滑塊）向下運(yùn)動來沖壓機(jī)械零件的。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成。圖1為壓床機(jī)械傳動系統(tǒng)示意圖。電動機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動三

3、級齒輪減速傳動裝置后，帶動沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)（六桿機(jī)構(gòu)，見圖2）的曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿，搖桿帶動沖頭（滑塊）上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)沖壓零件。在曲柄軸的另一端，裝有供潤滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動副的油泵凸輪機(jī)構(gòu)。 2.設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動分折 已知：中心距 x1、x2、y, 構(gòu)件4 的上、下極限角，滑塊的沖程 H，比值 CB／BO4、CD／CO4，各構(gòu)件質(zhì)心 S 的位置，曲柄轉(zhuǎn)速 n1。 要求：將連桿機(jī)構(gòu)放在直角坐標(biāo)系下，編制程序，并畫出運(yùn)動曲線，打印上述各曲線圖。 （2）機(jī)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2 和連桿5的重力和轉(zhuǎn)

4、動慣量略去不計(jì))，阻力線圖(圖 9—7)以及連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動分析中所得的結(jié)果。 要求：通過建立機(jī)構(gòu)仿真模型，并給系統(tǒng)加力，編制程序求出外力，并作曲線，求出最大平衡力矩和功率。 方案 G3 G4 G6 Fmax Js3 Js4 值 72kg 50kg 40kg 4200N 0.35kg.m2 0.22 kg.m2 （2）凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知：從動件沖程 H，許用壓力角[α]．推程角 δ。，遠(yuǎn)休止角 δ?，回程角 δ，從動件的運(yùn)動規(guī)律見表 3，凸輪與曲柄共軸。 要求：根據(jù)給定的已知參數(shù)，確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，并將運(yùn)算結(jié)果寫在說明書中。將凸輪機(jī)構(gòu)放在直角坐

5、標(biāo)系下，編制程序畫出凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際廓線，打印出從動件運(yùn)動規(guī)律和凸輪運(yùn)動仿真模型。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動分析 單位 mm （） mm r/min 符號 X1 X2 y ρ ρ H CB／BO4 CD／CO4 n1 BS2/BC DS3/DE 數(shù)據(jù) 30 140 160 60 120 150 1/2 1/4 90 1/2 1/2 表3 二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 方案一 （1）運(yùn)動分析 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)中不考慮凸輪機(jī)構(gòu)，活動構(gòu)件數(shù)n=5，低副數(shù)目Pl=7，高副數(shù)目

6、Ph=0，不存在虛約束等，由以上條件可知機(jī)構(gòu)自由度F=1，機(jī)構(gòu)具有確定的自由度。電動機(jī)通過減速傳動機(jī)構(gòu)（齒輪傳動）帶動原動件曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，原動件曲柄1帶動連桿2運(yùn)動，連桿2帶動擺桿5和連桿4運(yùn)動，從而使滑塊4在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端，裝有供潤滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動副的油泵凸輪機(jī)構(gòu)。 （2）工作性能 曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度，擺桿5和連桿4也隨著連桿2的角度變化產(chǎn)生運(yùn)動，從而使滑塊3速度變化，由于該機(jī)構(gòu)不存在急回運(yùn)動，使得滑塊工作時的速度比較慢。在壓床工作時，要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動，必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作，

7、在工作行程中，連桿2、4，擺桿5，曲柄1也受到滑塊3的反作用力各桿受力彎曲，對各桿的彎曲強(qiáng)度要求比較高，特別是桿2。 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 該機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動的死角，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)工程中不會因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下來。機(jī)構(gòu)使用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，維修、檢測都很方便。該機(jī)構(gòu)使用的連桿和凸輪都不是緊密的結(jié)構(gòu)，不需要不需要特別的材料，加工工藝，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。 缺點(diǎn)： 機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動的構(gòu)件過多，而且對各構(gòu)件的強(qiáng)度要求相對較高，尤其是桿件2，不適用與較高的載荷。結(jié)構(gòu)過于分散，不能以較小的力獲得較大的效果。機(jī)構(gòu)越多傳遞效率越差，損耗越多。所以此方案不適用于壓床。

8、 方案二 （1）運(yùn)動分析 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)中不考慮凸輪機(jī)構(gòu)，活動構(gòu)件數(shù)n=5，低副數(shù)目Pl=7，高副數(shù)目Ph=0，由以上條件可知機(jī)構(gòu)自由度F=1，機(jī)構(gòu)具有確定的自由度。電動機(jī)通過減速傳動機(jī)構(gòu)（齒輪傳動）帶動原動件曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，原動件曲柄1帶動連桿2運(yùn)動，連桿2帶動擺桿3運(yùn)動，滑塊5在擺桿3上滑動，滑塊,5和滑塊4通過轉(zhuǎn)動副相連接，從而使滑塊4在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端，裝有供潤滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動副的油泵凸輪機(jī)構(gòu)。 （2）工作性能 曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度，擺桿3也隨著連桿2的角度變化產(chǎn)生運(yùn)動，從而使滑塊4、

9、5速度變化。在壓床工作時，要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動，必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作，在工作行程中，連桿2、擺桿3、曲柄1也受到滑塊4的反作用力各桿受力彎曲，對各桿的彎曲強(qiáng)度要求比較高，特別是桿3。 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）該機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動的死角，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)工程中不會因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下來。機(jī)構(gòu)使用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，維修、檢測都很方便。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效果好，機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中有急回運(yùn)動，能獲得較大的效率。 缺點(diǎn)： （1）機(jī)構(gòu)對滑塊5和擺桿的要求較高，對滑塊5工作表面的摩擦系數(shù)要求比較高，對擺桿3的抗彎強(qiáng)度要求比較高，不適用于較高載荷。

10、 （2）該機(jī)構(gòu)所占的空間比較大。 方案三 （1）運(yùn)動分析 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)中不考慮凸輪機(jī)構(gòu)，活動構(gòu)件數(shù)n=5，低副數(shù)目Pl=7，高副數(shù)目Ph=0，不存在虛約束等，由以上條件可知機(jī)構(gòu)自由度F=1，機(jī)構(gòu)具有確定的自由度。電動機(jī)通過減速傳動機(jī)構(gòu)（齒輪傳動）帶動原動件曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，原動件曲柄1帶動連桿2運(yùn)動，連桿2帶動擺桿3運(yùn)動，擺桿3帶動連桿4，從而使滑塊,5在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端，裝有供潤滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動副的油泵凸輪機(jī)構(gòu)。 （2）工作性能 曲柄1做勻速圓周運(yùn)動，連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度，擺桿3隨著連桿2的運(yùn)動而運(yùn)動，從

11、而帶動連桿4的角度變化，從而使滑塊5速度變化，由于該機(jī)構(gòu)存在急回運(yùn)動，使得滑塊工作時的速度比較快。在壓床工作時，要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動，必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作，在工作行程中，連桿2、4，擺桿3，曲柄1也受到滑塊5的反作用力各桿受力彎曲，對各桿的彎曲強(qiáng)度要求比較高。 （3）機(jī)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）該機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動的死角，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)工程中不會因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下來。機(jī)構(gòu)使用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，維修、檢測都很方便。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效果好，機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中有急回運(yùn)動，能獲得較大的效率。 （3）加工制造簡單，成本小，載荷沖擊較大，可以小批

12、量生產(chǎn)，使用壽命長 缺點(diǎn)： 機(jī)械本身不可避免的存在一些問題。 選擇方案 設(shè)計(jì)要求我們使用壽命為十年,每日一班制工作,載荷為中等沖擊，允許曲柄，綜合比較上訴三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮各種因素，最后選擇方案三為設(shè)計(jì)方案。 三、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由圖可知 DD1=150mm ΔCC1O4為等邊三角形 四邊形CC1D1D為平行四邊形 CO4=C1O4=CC1=DD1=150mm CD=0.25CO4=37.5mm ∵CB=BO4/2 ∴BO4=100 tan∠O2O4E=0.1875 ＝＞∠O2O4E=10.62 ∠B1O4O2=

13、49.38 O2O4=163mm 2BO4*O2O4*cos∠B1O4O2=BO42+O2O42-B1O22 ＝﹥ B1O2=123.87mm 2BO4*O4O2*COS∠BO4O2=BO42+O4O22-BO22 ＝﹥BO2=217.68mm ＝﹥ O2A=(O2B-O2B1)/2=46.905mm AB=O2A+O2B1=170.775mm 四桿長度：O2A=46.905mm AB=170.775mm BO4=100mm CD=37.5mm BC=50mm 2、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動曲線采用

14、的是軟件編程制作，按照選擇數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)要求推動從從動件8的推、回程運(yùn)動規(guī)律均為正弦運(yùn)動。正弦運(yùn)動既無剛性沖擊又無柔性沖擊所以我們即按其正弦規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)。解析法設(shè)計(jì)凸輪，需要求出凸輪輪廓曲線的解析函數(shù)式。盤形凸輪輪廓曲線是一種平面曲線，通?？捎弥苯亲鴺?biāo)來描繪。按[α]確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑， ρmin，選取滾子半徑rr。下面按照給定已知條件來設(shè)計(jì)該凸輪的輪廓曲線。 符號 H [α] δ0 δ01 δ0＇ 單位 mm （0） 值 20 30 70 10 70 下面求凸輪的理論輪廓曲線方程: 以凸輪的基圓圓心為直角坐標(biāo)軸的原

15、點(diǎn)。Y 軸與推桿軌道，平行且指向上方。因?yàn)槔碚摾€由推程、遠(yuǎn)休止、回程和近休止四部分組成，所以輪廓的直角坐標(biāo) 方程也分四段求出。 （1）推程部分：在此階段作等加速度上升。以下為運(yùn)動位移方程： s=h[(δ/δ0)-sin(2πδ/δ0 )/(2π)] v=hω[1-cos(2πδ/δ0 )]/ δ0 a=2π h*sin(2πδ/δ0 )/ 由題意得 h=20 δ0=70 （2）遠(yuǎn)休止部分：此期間推桿靜止，s=20mm,所以該部分凸輪廓線為一段圓弧其 半徑為 ，e=0。凸輪廓線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程為: x = R sin

16、 ? y = R cos ? 式中? 是圓弧上的點(diǎn)和原點(diǎn)之間的連線與 Y 軸的夾角。根據(jù)理論廓線在圖中的 幾何關(guān)系可得： （70≤δ≤80） （3）回程部分:以下為回程運(yùn)動方程： s=h[1-(δ/ )+sin(2πδ/ )/(2π)] v=hω[cos(2πδ/ )-1]/ a=-2πhsin(2πδ/ )/ （4）近休止部分：運(yùn)動到這一階段，推桿靜止，s=0,該部分凸輪的理論輪廓曲線為基圓的一部分圓弧。所以凸輪廓線的直

17、角坐標(biāo)參數(shù)方程為： x = r0sin ? y = r0cos ? 式中 ? 是圓弧上的點(diǎn)和原點(diǎn)之間的連線與 Y 軸的夾角，根據(jù)理論廓線在圖中 的幾何關(guān)系，可得： 所以有 x=r0sin(δ+?) y=r0cos(δ+?) （150≤δ≤360） 3、 (1)凸輪基圓半徑（）的確定： 我們選取凸輪基圓半徑r0=60mm，滾子半徑公式(0.1~0.15) r0，得出滾子半徑 9mm，根據(jù)方程，利用軟件編程，得出下圖。 凸輪的形狀

18、 四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 決定采用proe5.0對運(yùn)動連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，下圖為連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動曲線圖。 搖桿4的角速度曲線如下圖所示 搖桿4的角加速度曲線如下圖所示。 滑塊6的位移曲線如下圖所示 滑塊6的速度曲線如下圖所示 滑塊6的加速度曲線如下所示 五、原動件原則 由轉(zhuǎn)速 n2=90r/min，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)要盡量小，選用一般用途的電動機(jī)。選擇電動機(jī)容量 Pmax=2.12kw ,Pw=Pmax/0.9=2.36 kw。工作機(jī)軸轉(zhuǎn)速n2= 90r/min。可以按各級齒輪傳動比8~20，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍： n=i*

19、n2=(8~15)*90=720~1800 r/min。 考慮到總體選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y系列異步電動機(jī) Y80M1-4，其滿載轉(zhuǎn)速n’=1390 r/min 六、傳動機(jī)構(gòu)的選擇 構(gòu)思一個合理的傳動系統(tǒng)，它可將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動（1390 r/min）變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動。構(gòu)思機(jī)構(gòu)傳動方案時，能較為合理地分配各部分的傳動比。 傳動裝置的總傳動比及其分配:由電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)主動軸轉(zhuǎn)速nw可確定傳動裝置應(yīng)有的總傳動比為： i＝nm/nw nw＝90 nm=1390 i=15.44 一級傳動比（皮帶傳動）：i0=3 由電動機(jī)

20、傳出的轉(zhuǎn)速為1390r/min，經(jīng)過皮帶輪減速度變?yōu)?63r/min，再經(jīng)過齒輪減速最后輸出的速度為90r/min。如下圖： 齒輪箱中齒輪的齒數(shù)Z1=24；Z2=80；Z3=40；Z4=60； 根據(jù)傳動比i14=所有從動輪的齒數(shù)積/所有主動輪的齒數(shù)積 所以，二級傳動比(齒輪傳動) i14=80x60/24x40=5 所以總的傳動比 i=3x5=15 nw=nm/i=1390/15=93 r/min 且[（93-90）/90]100%=3.33% 在允許轉(zhuǎn)速偏差5% 內(nèi)，所以基本符合要求。  七、運(yùn)動循環(huán)圖

21、 八、設(shè)計(jì)總結(jié) 從課題發(fā)下來到上交已經(jīng)過了這么長時間了,在不斷的折磨中我終于把課程設(shè)計(jì)做完了，這其中經(jīng)歷了很多困難，從最開始的什么都不知道，從哪下手該怎么下手都不知道，到現(xiàn)在慢慢弄懂了些，雖然沒有做的很好，但我自己努力了，先設(shè)計(jì)的是六桿機(jī)構(gòu)各桿件的長度，通過上網(wǎng)找資料，借鑒別人的經(jīng)驗(yàn)很快的就把桿件的長度給設(shè)計(jì)出來了，可是當(dāng)我看到凸輪的時候，有點(diǎn)懵了，學(xué)的東西都忘了，然后我又跑回去看書復(fù)習(xí)，種種速度運(yùn)動規(guī)律終于明白了什么意思，這部分最難的就是凸輪基圓半徑的選取，在就是MATLAB編程了，基圓的半徑都是開始選取的時候以為有什么公式，結(jié)果做到最后還是自己隨便選取了一個最合適的值，通過這

22、部分的設(shè)計(jì)，使得我對凸輪有了一個更加深層次的認(rèn)識，也使我對MATLAB有了一部分了解，設(shè)計(jì)完這部分之后就是各種軌跡曲線，速度曲線，加速度曲線的繪制，這部分內(nèi)容我是通過proe5.0來進(jìn)行模擬的，通過自己設(shè)計(jì)的尺寸，在proe5.0中畫出實(shí)體，然后利用proe5.0中的機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行運(yùn)動學(xué)模擬，通過這部分的設(shè)計(jì)，特別是proe5.0的利用，我感覺到了自己知識的欠缺，自己的proe5.0水平還需要加強(qiáng)。 在設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械原理課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力，在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，大家共同解決了許多個人無法解決的問題，在這些過程中我們深刻地認(rèn)識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)結(jié)。  九、參考文獻(xiàn) 孫恒 陳作模 葛文杰，機(jī)械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006年5月 陳志民，AutoCAD 2010,機(jī)械工業(yè)出版社，2010