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1、機械原理課程設(shè)計,指導(dǎo)教師：張利娟 聯(lián)系電話：13838876910 機械原理與機械設(shè)計教研室,一、課程設(shè)計的目的 二、課程設(shè)計的方法 三、課程設(shè)計題目 四、課程設(shè)計內(nèi)容 五、課程設(shè)計的任務(wù) 六、課程設(shè)計實例分析 七、課程設(shè)計完成任務(wù)及要求 八、成績評定及答辯,一、課程設(shè)計的目的,1.理論聯(lián)系實際，提高解決實際問題的能力。通過對機械原理課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了機械中的各種常用機構(gòu)的工作原理、運動特性和受力特性等知識。但在各種機械中，為了滿足機械的運動及工作要求，僅采用某一種機構(gòu)是不夠的。通過課程設(shè)計，就可以將各機構(gòu)聯(lián)系到一起，綜合運用所學(xué)的知識，理論聯(lián)系實際去分析解決工程中的實際問題，提高解決實
2、際問題的能力。 2.通過課程設(shè)計，可對機械系統(tǒng)（包括驅(qū)動部分、傳動部分、執(zhí)行部分及操縱控制部分）有一個初步了解和認識，培養(yǎng)對機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計和分析能力，培養(yǎng)機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的能力。 3.培養(yǎng)收集和查閱設(shè)計資料能力、制圖能力及分析、歸納、總結(jié)的能力，使用計算機編程的能力 。,二、課程設(shè)計的方法,課程設(shè)計的方法有圖解法、解析法和實驗法三種。設(shè)計過程和運動分析中主要用圖解法和解析法，可采用圖解法與解析法相結(jié)合使用。 圖解法是運用某些幾何關(guān)系或已知條件，通過幾何作圖求得結(jié)果，所需尺寸可直接從圖上量取。優(yōu)點是可將分析設(shè)計結(jié)果清晰表現(xiàn)在圖樣上，直觀、形象，便于檢查結(jié)果是否正確。缺點是作圖繁瑣，精度不高，
3、對精度要求高或復(fù)雜問題不適用。 解析法以機構(gòu)參數(shù)來表達各構(gòu)件間的函數(shù)關(guān)系，建立機構(gòu)的位置方程和求導(dǎo)方程，解析求解未知量，可借助計算機，用C語言、VB或Matlab進行編程計算，避免大量重復(fù)人工勞動，計算精度高，能解決復(fù)雜問題，應(yīng)用逐漸廣泛。,三、課程設(shè)計的題目,題目：沖床的沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)設(shè)計 沖壓是指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，但不產(chǎn)生分離而獲得的具有一定形狀和尺寸沖件的加工方法。 主要有彎曲、拉深、翻邊等。,,,汽車覆蓋件,飛機蒙皮,沖床的沖模一般由上模和下模兩部分組成。沖床的沖壓機構(gòu)相當于上模，用于沖制薄壁零件；通過上模和下模作用將薄壁鋼板坯料拉延成型。送料機構(gòu)是能
4、保證及時的將坯料送到待沖壓位置，兩者動作要協(xié)調(diào)一致，完成多件連續(xù)生產(chǎn)。我們的目的是設(shè)計實現(xiàn)這個功能的沖床的沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)。,沖床的工作原理如圖(a)所示，運動規(guī)律如圖(b)所示，上模先以較小的速度接近坯料，然后以勻速進行拉延成型工作，然后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后到下一次接觸坯料進行沖制前，在這個時間段內(nèi)，送料機構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置(下模上方)，完成一個工作循環(huán)。,以電動機作為動力源，與曲柄連接，曲柄作主動件，從動件即執(zhí)行構(gòu)件為上模，作上下往復(fù)直線運動，下模固定在沖床座上。上模大致運動規(guī)律如圖(b)所示，先是以一定運動規(guī)律接近坯料，曲柄轉(zhuǎn)角1；然后近似
5、勻速工作，曲柄轉(zhuǎn)角m；上模再以一定運動規(guī)律下行，推出工件，曲柄轉(zhuǎn)角2 ；然后上模退出下模，曲柄轉(zhuǎn)角3 ；最后是上?？焖偻嘶厣蠘O限位置，曲柄轉(zhuǎn)角4 。,原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求 ：,1.上模的運動規(guī)律應(yīng)滿足圖(b)所示的運動要求。 2.機構(gòu)應(yīng)具有良好的傳力性能，工作段的壓力角應(yīng)盡可能的小，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。,設(shè)計數(shù)據(jù)：,四、課程設(shè)計內(nèi)容 1.沖壓機構(gòu)設(shè)計 2.送料機構(gòu)設(shè)計 3.各種方案分析比較，確定總體方案,沖壓機構(gòu)是主機構(gòu)，主動件是曲柄，從動件是上模，動作要求是由回轉(zhuǎn)運動變成往復(fù)直線運動；運動要求是上模要滿足圖b所示的運動規(guī)律，工作段近似勻速，回程時有急回；沖壓過程中受到非常大的生產(chǎn)阻力，動力特性
6、是傳力性能要好，工作段的壓力角盡可能小。 根據(jù)功能要求和動作分解，能實現(xiàn)由轉(zhuǎn)動變成往復(fù)直線移動的機構(gòu)主要有平面連桿機構(gòu)（包括曲柄滑塊機構(gòu)和移動導(dǎo)桿機構(gòu)等）、齒輪齒條機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等。很明顯，連桿機構(gòu)的桿件長，可以實現(xiàn)大行程；連桿機構(gòu)連接為轉(zhuǎn)動低副，受力好，精度要求低，再者連桿機構(gòu)能實現(xiàn)急回特性，因而沖壓機構(gòu)采用 連桿機構(gòu)完成沖壓動作比較合理；同時設(shè)計要求對上模的運動規(guī)律要求比較高，用單一的基本機構(gòu)如偏置曲柄滑塊機構(gòu)是難以實現(xiàn)，因此，需要至少兩個個基本機構(gòu)恰當?shù)亟M合在一起來滿足沖壓要求。,1.沖壓機構(gòu),送料機構(gòu)的動力源是電動機，主動件為回轉(zhuǎn)運動，從動執(zhí)行構(gòu)件作直線送料運動，只要在規(guī)定
7、的時間內(nèi)送料到位就可以了，對送料快慢和運動規(guī)律沒有要求，同時送料機構(gòu)作間歇送料，受力較小，動力特性要求低，因而送料機構(gòu)要求較低，運動容易實現(xiàn)。 執(zhí)行構(gòu)件能作間歇運動的機構(gòu)主要有凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等，凸輪機構(gòu)是控制機構(gòu)，且受載不大，比較適合，而送料機構(gòu)還要求有一定的送料行程，但是單一的凸輪機構(gòu)會尺寸很大，而連桿機構(gòu)可以實現(xiàn)大行程，且連桿機構(gòu)具有尺寸放大功能，這樣凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)組合在一起，凸輪機構(gòu)實現(xiàn)動作控制功能，連桿機構(gòu)實現(xiàn)大行程輸送功能，可很好滿足送料要求。 需注意的是送料機構(gòu)和沖壓機構(gòu)在動作上有協(xié)調(diào)要求，送料機構(gòu)要在適當?shù)臅r間內(nèi)送料到位，不能和沖壓動作相沖
8、突、碰撞，這需要兩機構(gòu)采用一個電動機，對送料動作進行適當控制，與沖壓機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)起來。,2.送料機構(gòu),沖床包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)，分別完成兩個功能即沖壓零件和送料，完成這兩個功能要求就要考慮采用一定的方法，選擇合適的機構(gòu)來實現(xiàn)，這個構(gòu)思過程就是運動方案的設(shè)計，體現(xiàn)出可選方案的多樣性、設(shè)計的主動性和創(chuàng)新性。,3.各種方案分析,能實現(xiàn)沖壓機構(gòu)功能要求的機構(gòu)方案有齒輪-連桿沖壓機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿滑塊沖壓機構(gòu)（滑塊和連桿）、六連桿沖壓機構(gòu)、連桿-凸輪沖壓機構(gòu)等。 能實現(xiàn)送料機構(gòu)功能要求的機構(gòu)方案有凸輪-直動擺桿送料機構(gòu)（直動擺桿形式有多種）、凸輪-擺動擺桿送料機構(gòu)。 將沖壓機構(gòu)和送料
9、機構(gòu)的任意兩個機構(gòu)組合，就可得到?jīng)_壓機構(gòu)和送料機構(gòu)的一個運動方案。,方案一： 齒輪連桿沖壓機構(gòu)和凸輪連桿送料機構(gòu),沖壓機構(gòu)采用有兩個自由度的雙曲柄七桿機構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪2與曲柄DE固聯(lián)）。恰當?shù)剡x擇C點軌跡和確定構(gòu)件尺寸，可保證機構(gòu)具有急回運動和工作段近似勻速的特性，并使壓力角 盡可能小。 送料機構(gòu)由凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，按運動循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動件的運動規(guī)律，使其能在預(yù)定時間將坯料 推送至待加工位置。設(shè)計時，若使LOG LOH，可減小凸輪尺寸。,方案二：擺動導(dǎo)桿滑塊沖壓機構(gòu)和凸輪送料機構(gòu),沖壓機構(gòu)是在擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個搖
10、桿滑塊機構(gòu)組合而成。擺動導(dǎo)桿機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計，它和搖桿滑塊機構(gòu)組合可以達到工作段近于勻速的要求。適當選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角 較小。 送料機構(gòu)的凸輪軸通過齒輪 機構(gòu)與曲柄軸相連。按機構(gòu) 運動循環(huán)圖可確定凸輪推程 運動角和從動件運動規(guī)律， 則機構(gòu)可在預(yù)定時間將坯料 送至待加工位置。,方案三：六連桿沖壓機構(gòu)和凸輪連桿送料機構(gòu),沖壓機構(gòu)由鉸鏈四桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組合而成。四桿機構(gòu)可按行程速度變化系數(shù)用圖解法設(shè)計，然后選擇連桿長lEF及導(dǎo)路位置，按工作段近似于勻速的要求確定鉸鏈點E的位置。若尺寸選擇恰當，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運動時機構(gòu)的壓力角 較小。 凸輪連桿送料機構(gòu)
11、的凸輪軸過齒輪機構(gòu)與曲柄軸相連，按機構(gòu)運 動循環(huán)圖確定凸輪推程運動角和從動件運動規(guī)律，則機構(gòu)可在預(yù)定 時間將坯料送至待加工位置。設(shè)計時，使LIH LIR，可減小凸輪尺寸。,方案四：連桿凸輪沖壓機構(gòu)和凸輪連桿送料機構(gòu),沖壓機構(gòu)采用有兩個自由度的連桿凸輪組合機構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪4與兩個凸輪固聯(lián)）。恰當?shù)剡x擇C點軌跡和確定構(gòu)件尺寸，可保證機構(gòu)具有急回運動和工作段近似勻速的特性,并使壓力角 盡可能小。改變凸輪輪廓曲線，可改變C點軌跡，從而使執(zhí)行構(gòu)件獲得多種運動規(guī)律，滿足不同工藝要求。 凸輪連桿送料機構(gòu)由凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，按運動循環(huán)圖可確定凸輪推
12、程角和從動件的運動規(guī)律，使其能在預(yù)定時間將坯料推送至待加工位置。設(shè)計時，若使LHI LHG，可減小凸輪尺寸。,減速傳動方案設(shè)計就是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和執(zhí)行構(gòu)件的生產(chǎn)率來確定總傳動比，然后確定各級傳動比，并計算各級傳動比的傳動件尺寸，大致確定出各級傳動的總體尺寸。 能實現(xiàn)減速傳動的傳動裝置主要有帶傳動、鏈傳動、齒輪系傳動、蝸輪-蝸桿傳動、錐齒輪傳動等。 帶傳動和鏈傳動用于遠距離傳動，帶傳動能緩沖吸振和過載保護，常用于高速端，鏈傳動有振動沖擊，常用于低速端；齒輪系傳動，傳動比準確，傳動精度高，應(yīng)用廣；蝸輪-蝸桿傳動比大、可自鎖，用于功率不大的換向傳動，錐齒輪主要用于換向傳動。根據(jù)沖壓機構(gòu)的運動要求，
13、可以選擇帶傳動和定軸輪系串聯(lián)使用來實現(xiàn)減速傳動。 帶傳動的傳動比范圍為2-4，帶傳動的傳動比不宜太大，否則大小帶輪直徑相差大，小帶輪的包角減小，容易打滑，可選傳動比為2。單級齒輪傳動的范圍為4-6，經(jīng)計算可采用一級帶傳動和兩級齒輪傳動。然后畫出傳動方案的示意圖。,2.減速傳動方案設(shè)計,,傳動方案圖,主要任務(wù)是根據(jù)已知條件，確定出機構(gòu)的桿件具體尺寸和相互位置關(guān)系，使設(shè)計的機構(gòu)滿足各項設(shè)計要求。,五、課程設(shè)計的任務(wù),1.沖壓機構(gòu)設(shè)計 方法有圖解法和解析法，簡單機構(gòu)用圖解法，復(fù)雜機構(gòu)用解析法。思路是先由上模工作段行程確定出沖壓工作行程，再由行程速比系數(shù)算出極位夾角，設(shè)定曲柄長度或機架長度，從兩端
14、進行推算確定出連桿機構(gòu)的各構(gòu)件的尺寸長度和相對位置。用解析法時，要建立桿件的位置方程，進行求解計算，這樣結(jié)果準確。機構(gòu)確定后要進行驗證，滿足工作段轉(zhuǎn)角、工作段壓力角，并使工作段近似勻速，如不滿足，要重新確定尺寸和相對位置。,2.送料機構(gòu)設(shè)計,a）繪制機構(gòu)運動循環(huán)圖. 沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)的動作要協(xié)調(diào)，不能出現(xiàn)沖突和干涉現(xiàn)象，送料機構(gòu)要在上模退出下模后，到再次接近坯料沖制前的時間段內(nèi)將坯料送到待沖壓位置，并返回到原位置，準備下一次送料動作。因而在進行送料機構(gòu)設(shè)計前，首先要擬定沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)的動作協(xié)調(diào)循環(huán)圖。 機構(gòu)運動循環(huán)圖主要有三種形式：圓周式工作循環(huán)圖、直線式（表格式）、直角坐標式工作循環(huán)
15、圖。 圓周式：適用于主動件作圓周運動的曲柄，畫圓環(huán)，根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角對上模和送料機構(gòu)的工作動作進行分段相協(xié)調(diào)。,直線式(表格式)：相當于把圓周式進行展開，畫表格，根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角，對上模和送料機構(gòu)的工作動作進行分段相協(xié)調(diào)。,直角坐標式：橫坐標為曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標為執(zhí)行構(gòu)件的位移，通過兩執(zhí)行構(gòu)件的位移關(guān)系顯示來進行運動協(xié)調(diào)。直角坐標式不僅能表示兩執(zhí)行構(gòu)件的動作順序，且能表示出兩構(gòu)件的運動規(guī)律和及配合關(guān)系，是最為完善的一種。,2.送料機構(gòu)設(shè)計,b）送料機構(gòu)的連桿機構(gòu)設(shè)計 任務(wù)是確定出送料連桿機構(gòu)的各構(gòu)件尺寸和相對位置，思路是由送料距離確定出各構(gòu)件尺寸，推出和凸輪相連接的直動從動件的直線位移或擺動從動件的
16、轉(zhuǎn)角，且使連桿機構(gòu)具有尺寸放大功能，以減小凸輪尺寸。 c）送料機構(gòu)的凸輪設(shè)計 從動件運動規(guī)律選擇： 避免剛性沖擊和柔性沖擊，選擇直動從動件或擺動從動件的運動規(guī)律，勻速運動、等加速等減速運動、余弦加速度、正弦加速度，或幾種相結(jié)合使用。送料過程中，凸輪受載較小，沖擊不大。在推程送料時，擺動從動件的運動規(guī)律可采用余弦加速度運動規(guī)律，回程時，從動件采用等加速等減速運動規(guī)律。,2.送料機構(gòu)設(shè)計,基圓半徑確定 從提高凸輪機構(gòu)機械效率考慮，應(yīng)取盡可能小的壓力角，且小于許用壓力角值，推程時從動件的壓力角許用值為40，推程為70，但減小壓力角會使基圓半徑增大，導(dǎo)致整個機構(gòu)尺寸增大。為了使機構(gòu)既有較好的傳力特
17、性，又有較緊湊的機構(gòu)尺寸，設(shè)計時應(yīng)兩者兼顧考慮。 原理課程中講了四種確定基圓半徑的方法，可使用其中的兩種可使用其中的兩種。初選r0驗算方法：初選r0，計算出各點的，使max；根據(jù)計算設(shè)計法,,,,,2.送料機構(gòu)設(shè)計,滾子半徑確定： 滾子半徑選擇要適當，以免凸輪理論廓線（外凸）求出后，實際廓線出現(xiàn)自交現(xiàn)象而導(dǎo)致運動失真。經(jīng)驗公式： 繪制凸輪理論廓線和實際廓線： 確定凸輪的工作轉(zhuǎn)角，推程角、休止角、回程角，分別用圖解法和解析法設(shè)計凸輪理論廓線和實際廓線。 最后，作出凸輪實際廓線后，要演算臨界壓力角，使推程max40。,,,,3. 機構(gòu)運動分析,對機構(gòu)進行運動分析，求出機構(gòu)各構(gòu)件的位移、速度
18、、加速度，繪出位移、速度和加速線圖，驗證機構(gòu)運動滿足設(shè)計要求；（對機構(gòu)進行動力分析，據(jù)各構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量確定機構(gòu)的慣性力、慣性力偶矩、各位置的運動副反力及應(yīng)加于原動件上的平衡力矩（加飛輪），繪制平衡力矩及運動副反力的變化線圖，以便清楚地了解在一個運動循環(huán)中，平衡力矩及運動副反力的變化情況。） 對上模的一個運動循環(huán)作速度分析，即將曲柄轉(zhuǎn)角分12等份，取上模對應(yīng)的12位置，進行速度分析和一個位置的加速度分析，畫出速度多邊形和加速度多邊形并繪出上模的位移線圖和速度線圖。,六、課程設(shè)計實例分析,（一）、確定傳動方案 （二）、沖壓機構(gòu)設(shè)計分析 （三）、送料機構(gòu)設(shè)計分析 （四）、送料機構(gòu)中凸輪機構(gòu)的
19、設(shè)計 （五）、沖壓機構(gòu)中上模的速度分析 速度矢量圖或速度曲線圖,七、設(shè)計工作量,1.A1圖一張： 內(nèi)容包括： 沖壓送料機構(gòu)簡圖 ； 傳動方案圖 ； 運動協(xié)調(diào)圖 ； 沖頭（上模） 12個位置的速度多邊形圖 和1個位置的加速度多邊形圖； 沖頭（上模）的位移線圖和速度線圖。 2.A2圖紙一張： 凸輪理論廓線和實際廓線（圖解法）； 送料機構(gòu)（凸輪機構(gòu)從動件）運動規(guī)律（位移曲線、速度曲線、加速度曲線圖）。 3.設(shè)計說明書1份 設(shè)計說明書（15頁，2000字左右） 任務(wù)書粘貼在說明書的第一頁 （設(shè)計說明書，1元/本）,說明書內(nèi)容： 1.任務(wù)書 2.簡述方案設(shè)計和選擇（方案分析） 3.確定傳動
20、機構(gòu)總方案，計算總傳動比，并分配各級傳動比 4.各機構(gòu)設(shè)計步驟或分析計算過程 5. 對上模進行速度分析（矢量方程式、計算、結(jié)果） 6.凸輪機構(gòu)的設(shè)計過程（數(shù)學(xué)模型、源程序、程序運行結(jié)果） 7.對設(shè)計結(jié)果的分析和討論 8.參考文獻 9.設(shè)計小結(jié),八.課程設(shè)計的進度安排,1.聽課、明確設(shè)計任務(wù)(借教室、借圖板、丁字尺） 0.5天 2.機構(gòu)選型、方案比較分析與確定、傳動方案設(shè)計 1天 4.機構(gòu)設(shè)計、運動循環(huán)確定、運動簡圖繪制、機構(gòu)運動分析 1.5天 5.凸輪設(shè)計與上機編程計算 1天 6.編寫設(shè)計說明書 1天 7.答辯
21、 1天,九、考核與成績評定,課程設(shè)計成績分優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級，成績不及格應(yīng)重新進行設(shè)計。根據(jù)學(xué)生的設(shè)計態(tài)度、設(shè)計質(zhì)量、創(chuàng)新性及答辯情況綜合評定學(xué)生機械原理課程設(shè)計的成績等級。 對課程設(shè)計考評按四項內(nèi)容進行，所占比例為： 1）方案設(shè)計及創(chuàng)新性 20 2）圖樣部分 30 3）說明書（包括程序設(shè)計） 40 4）考勤 10,十.其它,1.場地：1號樓419、422室 (李傳坤老師：13937990361) 2.上機時間：6小時/人，超時付費； 上機地點2210機房，自備軟件。,要求： 必須在設(shè)計教室（或機房）獨立完成設(shè)計（或運行程序） 周五答辯（每人1015分鐘） 周五交圖紙和設(shè)計說明書,概述,四、設(shè)計任務(wù),1、A1圖1張 完整的機構(gòu)組合系統(tǒng)運動簡圖（A0圖紙1張） 上模的位移、速度線圖 執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖 控制送料凸輪機構(gòu)的從動件運動規(guī)律 2、,
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