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

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1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目：壓床機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 班 級：XXX 設(shè) 計(jì) 者： 同 組 人： 指導(dǎo)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(shè)計(jì)要求……………………………………………………..2 3.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)………………………………………………………2 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………..3

2、三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案選型設(shè)計(jì)……………………………………..3 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………7 1、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………..7 2、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………..9 五、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)………………………………………………..11 六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖………………

3、………………..17 八、設(shè)計(jì)結(jié)果分析、討論，設(shè)計(jì)心得…………………………..18 九、主要參考資料………………………………………………..18 附錄…………………………………………………………………19 一、題目：壓床機(jī)械設(shè)計(jì) 二、原始數(shù)據(jù)與要求 1. 工作原理 壓床機(jī)械是有六桿機(jī)構(gòu)中的沖頭（滑塊）向下運(yùn)動(dòng)來沖壓機(jī)械零件的。圖13.1為其參考示意，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，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速傳動(dòng)裝置（齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)六桿機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過連桿、搖桿帶動(dòng)滑塊克服阻力F沖壓零件。當(dāng)沖頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，為工作行程，沖頭在0.75H內(nèi)無阻力；當(dāng)在工作行程后0.25H行

4、程時(shí)，沖頭受到的阻力為F；當(dāng)沖頭向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，為空回行程，無阻力。在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副的油泵凸輪機(jī)構(gòu)。 2.設(shè)計(jì)要求 電動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用[α]之內(nèi)，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律見設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，執(zhí)行構(gòu)件的傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。 3.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）根據(jù)壓床機(jī)械的工作原理，擬定2 ~3個(gè)其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），并對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析對比。 （2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，,。要求用圖解法設(shè)計(jì)，并寫出設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟。

5、 （3）連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。將連桿機(jī)構(gòu)放在直角坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)曲線，打印上述各曲線圖。 （4）凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(yùn)算結(jié)果。將凸輪機(jī)構(gòu)放在直角坐標(biāo)系下，編程畫出凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際廓線，打印出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪機(jī)構(gòu)仿真模型。 三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案選型設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)本題工作要求的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案： 方案1:齒輪系和齒條按時(shí)序式組合。 如圖1所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以齒輪1為原動(dòng)件，齒輪1和齒輪3均為不完全齒輪，以實(shí)現(xiàn)齒輪2和齒輪4不能同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。用齒輪2或齒輪4帶動(dòng)齒輪

6、5運(yùn)動(dòng)，6為齒條。 結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)： ① 傳遞的功率和速度范圍較大; ② 能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠; ③ 結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠,可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比; ④ 齒輪和齒條直接嚙合,傳動(dòng)靈敏性非常高。 結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)： ① 齒輪的制造、安裝要求較高，因而成本也較高； ② 不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)； 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(jī)構(gòu)串聯(lián)。 如圖2所示，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)扇形齒輪上下往復(fù)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)柄動(dòng)力通過齒輪機(jī)構(gòu)輸入。 結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)： ① 扇形齒輪齒條

7、機(jī)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)剛性； ② 扇形齒輪齒條機(jī)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)剛性； ③ 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)制造工藝簡單，制造成本低； 機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)： 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(dǎo)桿及滑塊機(jī)構(gòu)按時(shí)序式連接。 如圖3所示，由齒輪O1帶動(dòng)齒輪O2轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪O2軸再驅(qū)動(dòng)曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。曲柄驅(qū)動(dòng)AB上下擺動(dòng)，從而使滑塊D滿足運(yùn)動(dòng)要求。 機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)： ① 齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高和使用壽命長； ② 齒輪傳動(dòng)的功率大、轉(zhuǎn)速高； ③ 曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)制造工藝簡單，成本低； 機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：

8、 ① 制造齒輪需要有專門的設(shè)備，安裝精度高，成本高； ② 嚙合傳動(dòng)會產(chǎn)生噪聲。 圖3 方案4：曲柄搖桿和滑塊機(jī)構(gòu)連接。 如圖4所示，由曲柄帶動(dòng)搖桿上下往復(fù)擺動(dòng)，從而使滑塊滿足運(yùn)動(dòng)要求。 機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn); ① 加工制造容易，成本低； ② 承載能力較大，使用壽命長； 機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)： ① 機(jī)械效率低； ② 不宜用于高速運(yùn)動(dòng)。 圖4 綜合分析選定執(zhí)行機(jī)構(gòu)：壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)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(jī)構(gòu)。因此，選用執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案4。 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)

9、動(dòng)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(diǎn)O4的位置； ②根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，畫出點(diǎn)O2的位置； ③畫出的兩個(gè)極限位置和; ④分別連接和; ⑤以O(shè)2為圓點(diǎn)O2B2為半徑畫圓弧，與B1O2交于點(diǎn)E;

10、 ⑥以為圓心的一半為半徑畫圓，并延長與圓相交與點(diǎn)，與圓相交于點(diǎn)，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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 符號 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(dāng)時(shí)，且，則有a>=0,即該過程為加速推程段； 當(dāng)時(shí)，且，則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運(yùn)動(dòng)方程 在遠(yuǎn)休止過程中：s=0， 在回程過程中

11、： 由，得： 當(dāng)時(shí)，且，則有a<=0,即該過程為減速回程段； 當(dāng)時(shí)，且，則有a>=0,即該過程為加速回程段； 所以運(yùn)動(dòng)方程 在近休止過程中：s=0， 運(yùn)用MATLAB軟件處理得如下表的數(shù)據(jù)： 理論廓線半徑 實(shí)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(dòng)方案設(shè)計(jì) （1）、選擇電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。 （2）、確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： 工作機(jī)軸轉(zhuǎn)速為：，考慮到重量和價(jià)格，選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y系列異步電動(dòng)機(jī)Y132S-6，其滿載轉(zhuǎn)速。 （3）、總傳動(dòng)比和各級的傳動(dòng)比： ①、傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比： ②、各級傳動(dòng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與力的分析 以為原點(diǎn)，分別建立直角坐標(biāo)系和，如圖7所示。 1、位置分析 在直角坐標(biāo)系xO2y下，用復(fù)數(shù)矢量法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。 已知 ： 用矢量形式寫出機(jī)構(gòu)封閉矢量方程式: ① 應(yīng)用歐拉公式 將式a的實(shí)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(biāo)系中 滑塊6上點(diǎn)D的坐標(biāo)為 點(diǎn)D的最低位置為 滑塊6上點(diǎn)D的位移為 2、速度分析 在直角坐標(biāo)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(biāo)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(yùn)動(dòng)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(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 圖8 八、設(shè)計(jì)結(jié)果分析、討論，設(shè)計(jì)心得 機(jī)械原

16、理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械原理課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過了三周的課程設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械原理的訓(xùn)練，對機(jī)械的有關(guān)各個(gè)零部件有機(jī)的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識。由于在設(shè)計(jì)方面我們沒有經(jīng)驗(yàn)，理論知識學(xué)的不全面，在設(shè)計(jì)中難免會遇到各種的問題，不過在老師和同學(xué)的幫助下我將它們一一都解決了。 在設(shè)計(jì)過程中，培養(yǎng)了我的綜合應(yīng)用機(jī)械原理課程及其他課程的理論知識。使我對于實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)計(jì)算過程有了一個(gè)更加形象、生動(dòng)和鮮明的了解和體會，同時(shí)，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(shè)計(jì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。 由于在這次設(shè)計(jì)過程中大量運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，使我對CAD等工程軟件的應(yīng)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(jī)會，很有助于我們將來在實(shí)際工作中的應(yīng)用。我也體會到了應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了我學(xué)習(xí)工程軟件的興趣?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)使我在各個(gè)方面都有了新的提高。 非常感謝老師的辛勤指導(dǎo)和不厭其煩的細(xì)心教誨！也感謝學(xué)校我們提供了這次難得的鍛煉機(jī)會，希望在以后的學(xué)習(xí)生涯中有更多機(jī)會參加類似的實(shí)踐活動(dòng)。 九、主要參考資料 1. 陸風(fēng)儀主編．機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)．北京．機(jī)械工業(yè)出版社.2006 2. 孫 恒、陳作模主編．機(jī)械原理．北京．高等教育出版社．2006 3. 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊. 北京. 化學(xué)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(yùn)動(dòng)角 ft=%3.4f

19、mm\n,ft) fprintf(1, 遠(yuǎn)休止角 fs=%3.4f mm\n,fs) fprintf(1, 回程運(yùn)動(dòng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dòng)從動(dòng)盤形凸輪設(shè)計(jì)) 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(diǎn)線表示基圓) text(-80,50,虛線表示實(shí)際廓線) text(-80,40,點(diǎn)畫線表示理論廓線) text(-80,30,實(shí)線表示滾子)