機械原理課程設(shè)計壓床機構(gòu)

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1、 湖 南 科 技 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 課程設(shè)計名稱： 《機械原理》課程設(shè)計 學(xué)生 姓 名： 學(xué) 院： 專業(yè)及班級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2013 年 1 月 10 日 課程設(shè)計任務(wù)書 系 主 任： 期： 機電學(xué)院 機制 系 學(xué)生班級： 2010材成1、2、3 班 設(shè)計目的： 在學(xué)習(xí)和了解機械的通用構(gòu)件和機械運行基本原理的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生理論與實踐相 結(jié)合，深入了解機械的通用構(gòu)件和

2、機械運行基本原理在工程常見機械中的應(yīng)用，提高 學(xué)生將機械原理的基本概念和原理綜合應(yīng)用能力和實際動手能力。 學(xué)生提交設(shè)計期限： 在本學(xué)期 2012年12月17日至 2012年 12月21日完成，設(shè)計必須學(xué)生本人交指導(dǎo)老 師評閱。 三、 本設(shè)計參考材料： 《機械原理》 《機械原理課程指導(dǎo)書》 四、 設(shè)計題目的選定： 參考設(shè)計題目附后頁，任選一題。 五、 設(shè)計要求： 1、 查閱相關(guān)資料； 2、 提出整體系統(tǒng)設(shè)計方案； 3、 詳細設(shè)計所設(shè)計機構(gòu)的原理、組成及參數(shù)等； 4、 說明設(shè)計分析的步驟和計算過程； 5、 設(shè)計過程繪制相關(guān)設(shè)計的 CAD圖紙。 六、 設(shè)計成果及處理說明書

3、主要章節(jié)： 1．設(shè)計成果（包括說明書、 CAD圖紙等）； 2．設(shè)計說明書格式及主要章節(jié)： a. 封面（參照學(xué)院規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)） ； b. 設(shè)計任務(wù)書（包括選定設(shè)計題目與要求，可復(fù)?。?； c. 目錄 d. 說明書正文；（主要包括系統(tǒng)總體方案分析及參數(shù)確定； ） e. 設(shè)計總結(jié)及體會； f. 參考文獻 七、 設(shè)計所得學(xué)分及成績評定： 本設(shè)計單獨算學(xué)分及成績：占 1 個學(xué)分。 考核與評分主要分四個方面： 1．學(xué)生平時出勤及工作態(tài)度； 2．說明書、設(shè)計圖紙的規(guī)范與正確程度及獨立工作能力； 3．答辯成績（部分學(xué)生） 。 八、 設(shè)計進度與答疑： 1、 確定設(shè)計題目及查閱資料，并

4、確定方案： 12.17 日； 2、 虛擬儀器設(shè)計及撰寫設(shè)計報告： 12.18 日； 3、 運行調(diào)試檢測與修改，完成課程設(shè)計報告： 12.19 ～12.20 日； 4、 提交設(shè)計報告，部分學(xué)生答辯： 12.21 日。 學(xué)生簽名： 指導(dǎo)老師簽名： 學(xué) 號： 日 期： 日 期： 目錄 1. 設(shè)計要求 1 1. 1 壓 床 機構(gòu) 簡 介 ---1 1 . 2 設(shè) 計 內(nèi) 容 2 2 - -- -- -- --- -- -- --- -- -- -- --- -- --

5、--- -- -- -- --- -- -- --- -- -- -- --- 2 凸輪機構(gòu)設(shè)計 2 2 2．壓床機構(gòu)的設(shè)計 : 2 2.1 連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 2 2 2 . 1 . 2 長 度 計 算 機構(gòu)運動速度分析 7 3 ．凸輪機構(gòu)設(shè)計 9 4 ．齒輪機構(gòu)設(shè)計 11 5 ．心得體會 12 6 ．參考書籍 13 1. 設(shè)計要求 1.1 壓床機構(gòu)簡介 圖所示為壓床機構(gòu)簡圖。其中，六桿機構(gòu) ABCDEF為其主體機構(gòu)，電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動 減速器的三對齒輪 z1-z2 、z3-z4 、z5-z6 將轉(zhuǎn)速降低，然后帶動

6、曲柄 1 轉(zhuǎn)動，六桿機構(gòu)使 滑塊克服阻力 Fr, 而運動, 曲柄通過連桿，搖桿帶動滑塊克服阻力 Q沖壓零件。當(dāng)沖頭向 下運動時，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 行程時，沖頭受 到的阻力為 Q，當(dāng)沖頭向上運動時，為空回行程，無阻力。為了減小主軸的速度波動，在 曲軸 A 上裝有飛輪，在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副用的油泵凸輪。 設(shè)計 數(shù)據(jù)見表 6-2 。 圖 1 機構(gòu)簡圖 圖 2 凸輪簡圖 圖3 齒輪機構(gòu) 圖4 阻力線圖 1.2. 設(shè)計內(nèi)容： 已知：中心距 x1、x2、y, 構(gòu)件 3 的上、下極限角，滑塊的沖程 H，比值 CE／CD、EF／

7、 DE，各構(gòu)件質(zhì)心 S 的位置，曲柄轉(zhuǎn)速 n1。 要求：設(shè)計連桿機構(gòu) , 作機構(gòu)運動簡圖、機構(gòu) 1～2 個位置的速度多邊形和加速度多邊 形、滑塊的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動態(tài)靜力分析一起畫在 l 號圖紙上。 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(shè)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 已知：機器運轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù) δ，有動態(tài)靜力分析中所得的平衡力矩 My，驅(qū)動力矩 Ma為常數(shù)，飛輪

8、安裝在曲柄軸 A 上。 要求：用慣性力法求飛輪動慣量 JF. 已知：從動件沖程 H，許用壓力角 [ α] ．推程角 φ，遠休止角φ s，回程角φ ，從動件 的運動規(guī)律，凸輪與曲柄共軸。 min。 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 選取滾子半徑 r g，繪制凸輪實際廓線 已知：齒數(shù) Z5,Z6 模數(shù) m分度角 α 齒輪為正常齒制，工作情況為開式齒輪，齒輪與曲柄 共軸。 要求：選擇兩輪變位系數(shù) x1,x 2, 計算此對齒輪傳動的各部分尺寸 2. 壓床機構(gòu)的設(shè)計 2.1 作機構(gòu)的位置簡圖 機構(gòu)的極限點和中間的位置簡圖 圖 5 機構(gòu)

9、位置簡圖 長度計算 表 1 設(shè)計數(shù)據(jù)表 設(shè)計內(nèi)容 連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 單位 mm （o） mm r/min 符號 X1 X2 y Ψ Ψ H CE/CD EF/DE n1 BS2/BC DS3/DE 3 3 數(shù)據(jù) 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 1. 已知： X1＝70mm X2＝200mm，Y＝310mm Ψ3 ＝60，Ψ 3 ＝120 H＝ 210mm CE/CD=1/2, EF/DE=1/4 由條件可得

10、；∠ E1DE2=60 ∵DE2=DE1 ∴△DE1E2等邊三角形 過D作DJ⊥E1E2，交E1E2于J，交 F1F2于H ∵ DE1=DE2 ∠E1DE2=60∠ JDE1=30 又∵ Ψ3＝ 60 ∴∠JDI=90 ∴HDJ是一條水平線， ∴DH⊥F1F2 ∴F1F2∥E1E2 過 F2作 F2K⊥E1E2 過E1作 E1G⊥F1F2，∴F2K＝E1G 在△F2KE2和△E1GF1中，KF2＝GE1，F(xiàn)2E2=E1F1, ∠F1KE1=∠E2GF2=90 ∴△F1KE1≌△E2GF2 ∴KE2= GF1 ∵ E1E2=E2K+KE1, F 1F2=F1G+GF

11、2 ∴E1E2=F1F2=H ∵△DE1E2是等邊三角形 ∴ DE2=F1F2=H=210mm ∴ DE=210mm ∵EF/DE=1/4, CE/CD=1/2 ∴EF=DE/4=210/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*210/3=140mm 連接 AD,有 tan ∠ADI=X1/Y=70/310 ∴在三角形△ ADC和△ ADC中，由余弦定理得： AC2= CD2 AD2 2AD.CD cos(1200 ) =383.44mm 2 2 0 AC1= CD2 AD2 2 AD.CD cos(600 ) =245.41mm ∴AB=(AC2-AC1)/2= 69.

12、015mm BC=(AC1+AC2)/2=314.425mm BS2/BC=1/2 DS 3/DE=1/2 ∴BS2=BC/2=157.21 mm DS 3=DE/2=105mm 由上可得各桿件的長度： 表 2 桿件的長度表 AB BC BS2 CD DE DS3 EF 69.015mm 314.425mm 157.21mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm 2.1.3 機構(gòu)運動速度分析 已知： n1=90r/min ；機構(gòu)處于 B，分析速度 圖6 機構(gòu)位置圖 n1 1 ?2 rad/s = 90?2 60 6

13、0 =9.425 rad/s 逆時針 vB = 1l AB = 9.425 0.069015=0.650m/s vC = vB + vCb 大小 ? 0.65 ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 選取比例尺μ v=0.004m/(mm/s) ，作速度多邊形 圖7 速度多邊形 vC ＝ uv pc ＝0.03/0.05=0.600m/s vCB ＝ uv bc ＝ 0.009/0.05=0.180m/s vE ＝ uv pe ＝0.45/0.05=0.900m/s vF ＝ uv pf ＝ 0.44/0.05=0.880m/s vFE ＝uv

14、ef ＝0.01/0.05=0.200m/s vS2 ＝uv ps2 ＝0.031/0.05mm＝0.620m/s vS3 ＝uv ps3 ＝0.022/0.05mm＝0.440m/s vCB 2＝ l BC ＝0.18/0.314425=0.572rad/s （ 逆時針) ω3＝ vC ＝0.60/0.140=4.290rad/s （ 順時針） lCD ω4 ＝vFE ＝0.20/0.0525=3.809rad/s （ 順時針） lEF aB=ω 0.069015=6.130m/s 表 3 速度表 項 目 數(shù)

15、 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 單 位 m/s Rad/s 12LAB=9.4252 2 anCB=ω22LBC=0.5722 0. 314425=0.103m/s anCD=ω32LCD=4.2902 0.14=2.577m/s ω42LEF=3.80920.0525=0.762m/s n t t n c = a CD+ a CD= a B + a CB + a CB 大?。? ？ √ ？ √ ？ √ n a FE =

16、 方向： ？ C →D ⊥CD B→A ⊥BC C →B 選取比例尺μ a=0.04m/ (mm/s 2), 作加速度多邊形圖 圖 8 加速度多邊形圖 aC=ua aE=ua 2 p c =0.0033/0.01=3.300m/s 2 2 t a CB=ua =0.031/0.01=3.100m/s 2 t at CD= u a n" c =0.019/0.01=1.900m/s 2 aF nt EF + a EF 大?。? 方向： √ F→E ⊥EF p e =0.05/0.01=5.000m/s 2 aF=0.032/0.01=3.200m/

17、s as2=0.042/0.01=4.200m/s as3=0.025/0.01=2.500m/s t2 2= a tCB/L CB=3.100 /0.314425=9.859 m/s 2 t2 3= a tCD/L CD=1.900/0.14=13.571 m/s 2 表 4 加速度表 項目 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 3、凸輪機構(gòu)設(shè)計 表 5 凸輪參數(shù) 符號 h [α] δ δs δ＇

18、 單位 mm （0） 方案 3 19 30 65 35 75 2). 輪機構(gòu) 設(shè)計 1. 凸輪基 本尺寸 凸輪的基本參數(shù)如表 6-2 ，因而凸輪的角速度為 w=9.425rad/s 。利用余弦加速度運動規(guī) 律的推程的運動方程式（ 4-3a） ，回程的運動方程式（ 4-3b） 可知， 當(dāng)σ =27.5 0時，從動件速度 v 有最大值，且為 v=292.93mm/s 因而 e=v/2w=15.5mm 取 e=16mm v hwsin( / 0)/2 0 a 2 2 2 2hw2 cos( / 0)/2 02 (4-3a) s h[1 co

19、s( / 0)]/2 s h[1 cos( / 0)]/2 v hw sin( / 0)/2 ( 4-3b) a 22 hw2 2 cos( / 0)/2 0 再利用公式（ 4-13） 和 （4-12） 可求的凸輪的基圓半徑 r 0=40mm (4-13) 22 r 0 [(ds/d e)/ tan s)2 e2 r t 0.4r 0 (4-14) 有基圓半徑 R0=40mm e=16mm滾 子半徑 R=8mm 在推程過程中： 由 a=2πhω2 sin(2 πδ/ δ0)/ δ02得 當(dāng)δ0 =65 0時，且 00<δ<32.50,則有 a

20、>=0,即該過程為加速推程段 當(dāng)δ0 =65 0時,且δ >=32.5 0, 則有 a<=0,即該過程為減速推程段 所以運動方程 S=h [( δ/δ0) -sin(2 πδ/ δ0)/(2 π)] 2 2 在回程階段，由 a=-2πhω2 sin(2 πδ/ δ0)/ δ0 2得 當(dāng)δ0 =75 0時，且 00<δ<37.5 0, 則有 a<=0,即該過程為減速回程段 當(dāng)δ0 =750時,且δ>=37.50, 則有 a>=0,即該過程為加速回程段 所以運動方程 S=h[1-( δ/ δ0)+sin(2 πδ/δ0) /(2 π)] 當(dāng)δ0 =65 0時，且 00<δ<32.50,則有

21、 a>=0,即該過程為加速推程段 當(dāng)δ0 =65 0時,且δ >=32.5 0, 則有 a<=0,即該過程為減速推程段 所以運動方程 S=h [( δ/δ0) -sin(2 πδ/ δ0)/(2 π)] 表 6 凸輪位置數(shù)據(jù) δ 00 50 100 150 200 250 300 350 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 單位 (mm) δ 400 0 450 500 55 600 650 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 單位

22、(mm) δ 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 δ 1400 0 1450 0 1500 0 1550 0 1600 0 1650 0 1700 0 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 : (b) a) 圖9 (a) 凸輪輪廓圖 (b) 位移和角度關(guān)系圖 4. 齒輪機構(gòu)設(shè)計

23、 已知:齒輪 Z5 11,Z6 32,分度圓壓力角 20o ,模數(shù)m 6 ,齒輪為正常齒制，工作情況 為開式傳動，齒輪 Z 6與曲柄共軸。 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， 取 a=130mm求, 得 =21,142 經(jīng)計算后取變位系數(shù) ： x5=0.393 mm > Xmin 5=0.3529 mm x6=-0.222 mm > Xmin 6=-0.8824 mm 分度圓直徑： d5=m* Z5 =66.0mm d6=m* Z 6=192.0mm 基圓直徑： db5= d 5*cos =62.024mm db6=

24、d 6*cos = db6=180.433mm 齒厚： S5 =( /2 2x* tan )*m= 10.961mm S6=( /2 2x* tan )*m= 8.628 mm 齒頂高： ha5=(h*a +x 5 )*m=8.329mm ha6=(h*a +x6)*m = 4.642mm 齒底高： h f 5 =( h *a +c* - x 5 )*m=4.62mm h f 6 =( h *a +c* - x 6 )*m=8.829mm 齒頂圓直徑和齒底圓直徑： d a5 = d 5+ 2h a5=83.618mm df5= d 5-2h f 5 =56.675mm da6=

25、d 6 +2h a6 =200.325 mm df6= d 6-2h f 6 =173.382mm 重合度: )] =1.390 1, 2 [z5 (tan a5 tan ) z6 (tan a6 tan 5．心得體會 做機械原理課程設(shè)計是第一次做課程設(shè)計，一開始都不知道課程設(shè)計是什么東西，通過 老師的指導(dǎo)已經(jīng)自己的學(xué)習(xí)終于有了自己的思路。在課程設(shè)計中充分體現(xiàn)從學(xué)習(xí)到運用再到 實踐的過程。短短的一周課程設(shè)計，過的很快卻過得非常忙碌充實，學(xué)到了很多東西。 課程設(shè)計綜合性非常強，做機械原理課程設(shè)計涉及到機械原理課理論知識、理論力學(xué)理 論知識、 CAD計算機繪圖，做課程設(shè)計把以前所學(xué)

26、的這些知識重新溫習(xí)了一遍。要做好這一 門課程設(shè)計，就必須學(xué)會聯(lián)系并綜合運用這些知識，還要適當(dāng)?shù)娜ゲ殚喴恍┢渌馁Y料。做 完課程設(shè)計最大的收獲就是我覺得 CAD熟練多了，許多以前沒有掌握的技巧現(xiàn)在學(xué)會了。相 當(dāng)于把以前學(xué)過的內(nèi)容深一層地復(fù)習(xí)了一遍，知識的運用更靈活了。 在課程設(shè)計中我深深地體會到我們學(xué)習(xí)中的許多不足之處。首先學(xué)習(xí)知識太過于散亂，各科 內(nèi)容很少有機會聯(lián)系結(jié)合起來， 更是也很少有機會讓我們?nèi)嵺`， 去把這些知識運用到一起， 做成一個實際有意義的作品出來。再者我們的課程經(jīng)常學(xué)完了就不管了，用不了多久就忘得 一干二凈，到畢業(yè)時甚至有些課程究竟學(xué)到了什么東西都不知道。還有許多學(xué)生對實習(xí)、實 驗等實踐性課程不重視，只重視有考試的課程，實踐嚴重不足。我們應(yīng)該把理論用于實踐， 只有通過實踐才能創(chuàng)造有價值的東西。 6. 參考文獻 [1] 潘存云，唐進元 . 機械原理 [M] 湖南：中南大學(xué)出版社， 2011 [2] 王湘江 . 機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書 [M] 湖南：中南大學(xué)出版社， 2011 [3] 劉鴻文 . 理論力學(xué)（第五版） [M] 北京：高等教育出版社， 2010 [4] 劉小年. Auto CAD 計算機繪圖基礎(chǔ) [M] 湖南：湖南大學(xué)出版社， 2010