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壓床機構(gòu) 設(shè)計計算說明書 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 指導(dǎo)老師： 年 月 I 目 錄 第 1 章 問題的提出 .1 第 2 章 設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù) .1 第 3 章 機構(gòu)選型設(shè)計 .2 3.1 選擇不同的方案 .2 3.2 兩種設(shè)計方案的優(yōu)缺點比較 .3 第 4 章 壓床機構(gòu)的設(shè)計 .4 第 5 章 凸輪機構(gòu)設(shè)計 .9 第 6 章 齒輪機構(gòu)設(shè)計 .10 第 7 章 結(jié)論 .11 第 8 章 收獲與體會 .12 1 第 1 章 問題的提出 壓床機械是由六桿機構(gòu)中的沖頭（滑塊）向下運動來沖壓機械零件的一種機構(gòu)， 它是應(yīng)用廣泛的鍛壓設(shè)備，用于鋼板矯直，壓制零件等，大部分壓床都適用于金屬或 非金屬零件的壓印、成型、淺拉伸、整形及壓力裝配。為了能使壓床機構(gòu)在工作過程 中能發(fā)揮出它最大的價值，就要在設(shè)計該機構(gòu)的時候注意以下一些要求： （1）設(shè)計出一個連桿機構(gòu)，保證其自由度 F=1，以實現(xiàn)滑塊的上下移動。 （2）如何保證滑塊在進行移動的時候能保持連貫性。 （3） 針對工作環(huán)境的不同和裝卸貨物的不同，因設(shè)計出滑塊的最大提升高度，以 及其它連桿的極限位置。 （4）在設(shè)計機構(gòu)的時候，要考慮其維修的難易程度，不能比市面上的壓床復(fù)雜， 在設(shè)計其局部零件的時候，要采用通用的零件結(jié)構(gòu)，以免在以后發(fā)生故障時能方便維 修。 （5）機構(gòu)的材料在保證牢固的前提下要考慮其經(jīng)濟成本，不能只考慮材料的堅固 程度，要讓機構(gòu)有推廣的空間和市場 第 2 章 設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù) 2.1 設(shè)計要求： （1）依據(jù)設(shè)計要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運動尺寸，繪制機構(gòu)運動簡圖，并 分析組成機構(gòu)的基本桿組。 （2）假設(shè)曲柄等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊 5 的位移和速度的變化規(guī)律曲線。在壓床工作 過程中，在不考慮各處摩擦、構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩。 （3）取曲柄軸為等效構(gòu)件，要求其速度波動系數(shù)小于 10，確定應(yīng)加于曲柄軸上 的飛輪轉(zhuǎn)動慣量。 （4）確定傳動系統(tǒng)方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)中各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸。 2.2 設(shè)計數(shù)據(jù) 2 已知 參數(shù) 1x （mm ） 2 （mm ） y （mm ） 1 （） 2 （） H （mm ） CDEF（r/min1n） 1 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 100 2 60 170 260 60 120 180 1/2 1/4 90 3 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 由以上數(shù)據(jù)中選擇第三組數(shù)據(jù)作為本次設(shè)計的基本數(shù)據(jù)，由此可得： , , , =60, =120； , ,170 xm2140 x310ym1212CED4F 滑塊 5 的行程為 210 。 第 3 章 機構(gòu)選型設(shè)計 3.1 選擇不同的方案 方案一：曲柄滑塊機構(gòu) 簡單的連桿機構(gòu)，用曲柄帶動滑塊實現(xiàn)壓床上下的來回運動。設(shè)計的機構(gòu)簡圖如 3-1。 圖 3-1 曲柄滑塊機構(gòu) 方案二：曲柄六桿機構(gòu) 3 所設(shè)計的機構(gòu)簡圖如 3-2 圖所示，多了另一個支點，能使滑塊移動更平穩(wěn)。 圖 3-2 曲柄六桿機構(gòu) 3.2 兩種設(shè)計方案的優(yōu)缺點比較 對方案一：該方案機構(gòu)簡單，不需要很多的鉸接點，生產(chǎn)成本低，但是該機構(gòu)的 穩(wěn)定性能不佳，在使用過程中需要一個滑槽提供移動副，會使沖頭在運動過程中產(chǎn)生 滑動摩擦，從而降低了該機構(gòu)的效率。所以，在實際工程中，這種機構(gòu)的實用性能有 待商榷。 對方案二：該機構(gòu)在原先的四桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上多了一個固定鉸鏈點的桿件，并通 過桿件將沖頭的移動副設(shè)置成不需要依靠機架提供，這樣就使得機構(gòu)的效率大大提高 了，而且六桿機構(gòu)也使得機構(gòu)更穩(wěn)定，在實際工程中也有了更加廣闊的應(yīng)用空間。所 以，綜合以上的兩種機構(gòu)的優(yōu)缺點，方案二為最佳可行方案，按照所選取的數(shù)據(jù)，可 以設(shè)計出滿足要求的機構(gòu)。 結(jié)論：選擇方案二曲柄六桿機構(gòu) 第 4 章 壓床機構(gòu)的設(shè)計 對該機構(gòu)進行尺寸計算，在用已知條件求出一些桿件的尺寸后，再對剩余桿件采 4 用平面連桿機構(gòu)運動設(shè)計的位移矩陣法進行求解，以求得各桿長。 由已知條件可知： , , , =60, =120；170 xm2140 x310ym12 , ,滑塊 5 的行程為 210 。12CED4F （1） 作機構(gòu)運動簡圖： 圖 4-1 機構(gòu)簡圖 （2）長度計算： 已知：X 170mm，X 2200mm，Y310mm， 60 ， 120，H210mm， 13 13 CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2。 由條件可得；EDE=60 DE=DE DEE等邊三角形 過 D 作 DJEE，交 EE于 J，交 F1F2 于 H JDI=90 HDJ 是一條水平線， DHFF FFEE 過 F 作 FKEE 過 E作 EGFF，F(xiàn)KEG 5 在FKE 和EGF中，KEGF，F(xiàn)E=EF, FKE=EGF=90 FKEEGF KE= GF EE=EK+KE, FF=FG+GF EE=FF=H DEE 是等邊三角形 DE=EF=H=210mm EF/DE=1/2, CE/CD=1/2 EF=DE/4=180/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*180/3=140mm 連接 AD,有 tanADI=X 1/Y=70/310 又AD= mm227037.XY 在三角形ADC 和ADC中，由余弦定理得：2 00cos(12.)38.4ACDACDm2 00 6.75.1 AB=(AC-AC)/2=69.015mm BC=(AC+AC)/2=314.425mm BS 2/BC=1/2, DS3/DE=1/2 BS 2=BC/2=314.46/2=157.2125mm DS3=DE/2=210/2=105mm 由上可得： AB BC BS2 CD DE DS3 EF 69.015mm 314.425mm 157.2125mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm 比例尺 0.05mm/(m/s) 6 （3）機構(gòu)運動速度分析： 已知： ；190/minr 逆時針2.425/6nradsA1.6901./Bl mv = + CvCbv 大小 ? 0.65 ? 方向 CD AB BC 選取比例尺 v=0.005m/(mm/s)，作速度多邊形0.3/.50.6/CvupcmsA.9/.18/Bvb0.45/.0./EvupesA ./.8/Fvf m0.1/50.2/Evuef sA22.3/.6/svp330./.50.4/svumsA 0.18/0.314425=0.572rad/s (逆時針 )2BCl 0.60/0.140=4.290rad/s (順時針)3Dlv 0.20/0.0525=3.809rad/s (順時針) 4EFl 項 目 BCEFvS23S1234 數(shù) 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 7 單 位 m/s Rad/s （4）機構(gòu)運動加速度分析： 22 219.450.6915.3/BABaLms740nCC2223.7/DD486nFEEF snt tncCDBCBBaaa 大小： ？ ？ ？ 方向： ？ CD CD BA BC CB 選取比例尺 a=0.04m/ (mm/s 2),作加速度多邊形圖 20.3/.1.30/Caupcms 5Ee2././tBan0190tCDucs aF = aE + anEF + atEF 大?。?? ? 方向： FE EF 20.32/.1.0/Faupf ms 224ss3 23.5/./a2/ 985tCBLrads231.90/3.1/D 項目 BCEF2S3S23 8 數(shù)值 6.130 3.300 5.000 3.200 4.200 2.500 9.859 13.571 單位 m/s 2 rad/s 2 第 5 章 凸輪機構(gòu)設(shè)計 有基圓半徑 R0=40mm e=8mm 滾子半徑 R=8mm 在推程過程中： 由 得220sin(/)h 當(dāng) =600時，且 00=300，則有 a0,即該過程為減速推程段 所以運動方程 00(/)sin(2/)(Sh 在回程階段，由 得：20i/ 當(dāng) =800時，且 00=40 0，則有 a0，即該過程為加速回程段 所以運動方程 001(/)sin(2/)(Sh 當(dāng) =600時，且 00=30 0，則有 a0，即該過程為減速推程段 所以運動方程 00(/)sin(2/)(Sh 00 50 100 150 200 250 300 350 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 符號 h s 單位 mm （ 0） 方案 3 18 30 60 30 80 9 單位 (mm) 400 450 500 55 600 650 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 單位 (mm) 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 S 19.00 18.96 18.71 18.08 16.94 15.29 13.18 10.76 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 S 8.24 5.82 3.71 2.06 0.92 0.04 0 0 單位 (mm) 凸輪廓線如下: 第 6 章 齒輪機構(gòu)設(shè)計 已知：齒輪 ，齒輪為正常齒制，工5610,3,20,6Z m分 度 圓 壓 力 角 模 數(shù) 作情況為開式傳動，齒輪 與曲柄共軸。6 由于其中一齒輪齒數(shù)小于 17，要避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象必存在變位系數(shù)，必要增大其中心 距， 10 取 ，求得140am21.4 經(jīng)計算后取變位系數(shù)： 5.39xin50.39xm 6268 分度圓直徑： 55dZ6610m 基圓直徑： 5cos.38bm6975d 齒厚： 5(/2tan)10.6Sx6 82 齒頂高： *55().39ahm664x 齒底高： *55().62fac6689h 齒頂圓直徑和齒底圓直徑： 5527.aadm0ff 6619.84h32ff 重合度: 561(tant)(tant)1.392ZZ 第 7 章 結(jié)論 在本次設(shè)計中，方案二的提出相較于方案一有了很明顯的提高，方案一雖然有 著結(jié)構(gòu)簡單，運動關(guān)系不復(fù)雜，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，但是它的缺點也顯而易見。由于它 結(jié)構(gòu)簡單，在實際工程應(yīng)用中就會使其在工作時產(chǎn)生比較強烈的震動，而且也很難保 證其沖頭的沖壓力能否達到隨需要的強度，因為此結(jié)構(gòu)缺少必要的穩(wěn)定機構(gòu)，所以方 案一的機構(gòu)在實際過程中基本不會被應(yīng)用。 不同于方案一，方案二在一的基礎(chǔ)上增加了固定桿機構(gòu)，使沖頭在工作的過程中 11 能更加平穩(wěn)，而且也能承受沖頭沖壓工件時的壓力，這樣就保證了該壓床機構(gòu)具有比 較高的使用壽命，固定桿 的極限位置能滿足 ， ，這就保證了機構(gòu)有DE1602 效的工作范圍，而沖頭所能達到的不同沖壓速度和沖壓力，也可以通過增加各桿的強 度和增加驅(qū)動力的大小來決定。 基于以上一系列分析，本次設(shè)計的壓床機構(gòu)還是滿足設(shè)計要求的，不過本次設(shè) 計最大的不足就是沒能建立起如同實物的仿真模型，其仿真的大部分內(nèi)容都是基于桿 件與桿件之間相鉸來實現(xiàn)的，缺乏一定的真實性，如果想直接將該機構(gòu)運用到實際工 程中還有待進一步的計算與檢驗。 第 8 章 收獲與體會 本次機械原理課程設(shè)計是對我們上學(xué)期所學(xué)的機械原理的一次總結(jié)，通過一學(xué) 期對自己所設(shè)計的課題的不斷努力和完善，進一步讓自己加深了對機械原理這門課程 的理解。在實際設(shè)計過程中，不但檢驗了我對機械原理這么課程的理解能力，而且更 加鍛煉了我的動手能力。在此期間，為了能使自己設(shè)計的機構(gòu)有“物”可依，查閱大 量的文獻資料就必不可少，而且在查閱資料的過程中，讓我接觸到了國內(nèi)外對機械產(chǎn) 品最新的研究，這不但擴展了我的知識面，更讓我了解到機械產(chǎn)品在我們?nèi)粘Ｉ钪?廣泛的應(yīng)用空間。所以通過這次設(shè)計，讓我對機械設(shè)計產(chǎn)生了濃厚的興趣，也發(fā)現(xiàn)在 今后我們國家對設(shè)計類人才的龐大需求量，這也為我將來找工作提供了強有力的動力。 由于這是我第一次做設(shè)計類的課題，讓我對實際工程中對設(shè)計要求的嚴(yán)謹有了 更進一步的了解。在對所設(shè)計的機構(gòu)進行建模的過程中，迫使我去學(xué)一些仿真建模軟 件，而通過對這些軟件的學(xué)習(xí)，加強了我的自學(xué)能力，也進一步提高了我的軟件操作 能力。在操作軟件的過程中，讓我學(xué)會了從不同角度去思考，這也拓展了我的思維， 讓我學(xué)會了換位思考。 總而言之，通過本次課程設(shè)計大大提高了我的動手能力，為將來應(yīng)付實際工程 中出現(xiàn)的類似問題作了一次很好的熱身，這是一次難以忘記的經(jīng)歷。 12 參考文獻 1 謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理. 高等教育出版社，2004 2 王三明 機械原理與設(shè)計 課程設(shè)計機械工業(yè)出版社 2004 P120P122 3 熊濱生 現(xiàn)代連桿機構(gòu)設(shè)計 化學(xué)工業(yè)出版社 2005. 12 4 B.H 郭烈諾夫 郭和德譯 制造技術(shù)與機床 1959 年 11 期 5 張益豐等編 .精通 MATLAB6.5.北京:中國水利水電出版社,2004 6 王宏 微機輔助設(shè)計壓床六桿機構(gòu)及其運動分析和力分析 1985 沈陽建 筑工程學(xué)院報 7 B.H郭烈諾夫 郭和德譯 深拉深壓床執(zhí)行機構(gòu)的運動學(xué) 8 岳一領(lǐng) 陸鳳儀 張志鴻 平面連桿機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計與仿真研究 2009年8月 太原科技大學(xué)學(xué)報 9 （蘇）奧布爾都也夫 韓云巖譯 曲軸壓床鍛造 1957 機械工業(yè)出版社 10 John Charles Sharman Drop, press and machine forging 1954 Machinery Pub. Co