機械原理壓床機構設計說明書黃海.doc

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1、 東莞理工學院城市學院 機電工程系 機械原理課程設計說明書 設計題目：壓 床 機 構 設 計 學生姓名： 黃 海 學 號： 201143601116 指導老師： 蹇永良 老師 日 期: 2013年12月26日 壓床機構設計任務書 1.1設計題目： 壓床機構綜合與傳動系統(tǒng)設計 1.2壓床機構簡介 如圖所示為壓床機構簡圖。其中，六桿機構ABCDEF為其主體機構，電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動減

2、速器的三對齒輪z1-z2、z3-z4、z5-z6將轉速降低，然后帶動曲柄1轉動，六桿機構使滑塊5克服阻力Fr而運動。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各運動副用的油泵凸輪。 壓床機構簡圖 1.3設計任務： 1、六桿機構的設計及運動分析 （1）機構的設計及運動分折 已知：中心距x1、x2、y, 構件3的上、下極限角ψ3＇、 ψ3＂，滑塊的沖程H，比值CE／CD、EF／DE，各構件質(zhì)心S的位置，曲柄轉速n1。 要求：設計連桿機構 , 作機構運動簡圖、機構某個位置φ1=45o 的速度多邊形和加速度多邊形

3、。以上內(nèi)容與后面的動態(tài)靜力分析一起畫在2號圖紙上。 六桿機構已知參數(shù) 設計內(nèi)容 連桿機構的設計及運動分析 單位 mm （） mm r/min 符號 X1 X2 y ψ3＇ ψ3＂ H CE/CD EF/DE n1 BS2/BC DS3/DE 數(shù)據(jù)１ 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)２ 60 160 240 60 120 160 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)３ 70 170 250 60 120 200 1/2 1/

4、4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)４ 80 180 250 60 120 240 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)５ 80 200 240 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)６ 70 200 280 60 120 240 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)７ 70 190 300 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 數(shù)據(jù)８ 80 180 280 60 120 210 1/2 1/4 120 1/2 1/

5、2 數(shù)據(jù)９ 80 180 300 60 120 210 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１０ 70 200 310 60 120 240 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１１ 65 195 280 60 120 240 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１２ 70 200 300 60 120 240 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１３ 75 205 310 60 120 240 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１

6、４ 75 210 300 60 120 210 1/2 1/4 120 1/2 1/2 數(shù)據(jù)１５ 80 220 310 60 120 210 1/2 1/4 120 1/2 1/2 （2）機構的動態(tài)靜力分析 要求：確定機構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：各構件的重量G及其對質(zhì)心軸的轉動慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉動慣量（略去不計)。 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案Ⅲ 1600 1040 840 11000 1.35

7、0.39 單位 N Kg.m2 2、凸輪機構構設計 （1）設計任務 用圖解法設計一偏置直動滾子盤形凸輪機構；畫出從動件的圖線；畫出凸輪的理論輪廓曲線；畫出凸輪的實際輪廓曲線；以上三圖均繪制在A2圖紙上。 （2）已知條件 從動件在推程作簡諧運動；從動件回程作等加速等減速運動。 凸輪機構設計數(shù)據(jù)如下表： 參數(shù) 方案 偏距e (mm) 基圓半徑rb (mm) 滾子半徑rT (mm) 行程H(mm) 推程運動角 δt （） 遠何止角δs （） 回程運動角 δh （） 近休止角δ’

8、s （） 1 10 60 10 30 150 30 120 60 2 10 70 10 35 120 60 100 80 3 10 60 10 30 180 50 100 30 4 15 60 12 30 120 40 120 80 5 15 60 12 30 150 30 90 90 6 15 80 12 40 150 30 120 60 7 15 80 12 40 180 30 90 60 8 15 80 12 40 120 60 110 70

9、 9 10 85 12 50 150 50 90 70 10 10 85 10 50 150 30 90 90 11 10 90 10 60 180 30 100 50 12 10 85 10 50 110 80 90 80 13 10 75 10 40 150 50 100 60 14 15 85 10 50 160 40 100 60 15 15 90 10 60 180 30 80 70 3、整理、編輯關于課程設計的計算說明書，并裝訂成冊。 1.4進度安排：

10、 序號 階段 主要內(nèi)容 時間安排 1 準備 1、 明確任務、分工與準備 2、 應用解析法或圖解法確定機構尺寸 第一天上午（0.5天） 2 六桿機構的設計計算 1、 機構的運動分析；機構的位移、速度與加速度 主要構件2、3、5的靜力分析 第一天下午至第三天上午（2天） 3 凸輪機構的設計繪圖 1、 繪制機構的運動圖線 2、 繪制凸輪機構的理論輪廓線與實際輪廓線 第三天下午到第四天上午（1天） 4 編寫設計說明書 整理編寫設計說明書 第四天下午到第五天上午（1天） 5 答辯 組織答辯，上交設計文件 第五天下午（0.5天） 10

11、 目錄 一、壓床機構設計要求 1 1.1壓床機構簡介 1 1.2方案選擇 1 1.3六桿機構設計 2 1．4六桿機構的設計及運動分析 3 1．4．1連桿機構的設計及運動分析 3 1．4．2機構運動速度分析： 4 1．4．3機構運動加速度分析： 6 二、凸輪機構設計 7 2．1凸輪設計任務 7 2．1．1設計任務 7 2．1．2已知條件 7 2．2凸輪機構構設計 8 2．2．1推程階段： 8 2．2．2回程階段： 8 2．2．3畫凸輪從動件位移曲線圖 8 2．2．4畫凸輪輪廓線圖 9 三

12、、設計小結 10 四、參考資料 10 一、壓床機構設計要求 1.1壓床機構簡介 如圖所示為壓床機構簡圖。其中，六桿機構ABCDEF為其主體機構，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將轉速降低，然后帶動曲柄1轉動，六桿機構使滑塊5克服阻力Fr而運動。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各運動副用的油泵凸輪。 壓床機構簡圖 1.2方案選擇 方案一：曲柄滑塊機構 簡單的連桿機構，用曲柄帶動滑塊實現(xiàn)壓床上下的來回運動。設計的機構簡圖如：圖1

13、 圖1 方案二：曲柄六桿機構 所設計的機構簡圖如圖2所示，多了另一個支點，能使滑塊移動更平穩(wěn)。 圖2 兩種設計方案優(yōu)的缺點比較 對方案一：該方案機構簡單，不需要很多的鉸接點，生產(chǎn)成本低，但是該機構的穩(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，從而降低了該機構的效率。所以，在實際工程中，這種機構的實用性能

14、有待商榷。 對方案二：該機構在原先的四桿機構的基礎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置成不需要依靠機架提供，這樣就使得機構的效率大大提高了，而且六桿機構也使得機構更穩(wěn)定，在實際工程中也有了更加廣闊的應用空間，所以，綜合以上的兩種機構的優(yōu)缺點，方案二為最佳可行方案，按照所選取的數(shù)據(jù)，可以設計出滿足要求的機構。 結論：選擇方案二——曲柄六桿機構 1.3六桿機構設計 已知：中心距x1、x2、y, 構件3的上、下極限角，滑塊的沖程H，比值CE／CD、EF／DE，各構件質(zhì)心S的位置，曲柄轉速n1。 要求：設計連桿機構 , 作機構運動簡圖、機構1～2個位置的速度多

15、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3號圖紙上。 已知數(shù)據(jù)如表1-1： 表1-1 設計內(nèi)容 連桿機構的設計及運動分析 單位 mm （） mm r/min 符號 X1 X2 y ρ ρ H CE/CD EF/DE n1 BS2/BC DS3/DE 數(shù)據(jù) 70 200 280 60 120 240 1/2 1/4 90 1/2 1/2 1．4六桿機構的設計及運動分析 1．4．1連桿機構的設計及運動分析 分析如圖1-1： 由表1-1可知：X1＝70mm，X2＝200mm， Y＝

16、280mm，＝60，＝120， H＝240mm，CE/CD=1/2, EF/DE=1/4, 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DJ⊥EE，交EE于J，交FF’于H ∵∠HDI=1/2∠EDE+∠IDE =60/2+60=90 ∴HDJ是一條水平線 ∴DH⊥FF ∴FF∥EE 過F作FK⊥EE 過E作EG⊥FF， ∴FK＝EG 在△FKE和△EGF中，KE＝GF，F(xiàn)E=EF, 圖：1-1 ∠FKE=∠EGF=90 ∴△FKF≌△EGF

17、∴KE= GF ∵EE=EK+KE, FF=FG+GF ∴EE=FF=H ∵△DEE是等邊三角形 ∴DE=FF=H=240mm ∵EF/DE=1/4, CE/CD=1/2 ∴EF=DE/4=210/4=52.5mm ；CD=2*DE/3=2*240/3=160mm 連接AD,有tan∠ADI=X1/Y=70/280 又∵AD= = 288.62 mm ∴在三角形△ADC1和△ADC2中，由余弦定理得： AC= =366.46mm AC= =211.41mm ∴AB=(AC-AC)/2=77.53mm BC=(AC+AC)/2=288.94mm ∵BS2

18、/BC=1/2, DS3/DE=1/2 ∴BS2=BC/2=288.94/2=144.47mm ；DS3=DE/2=240/2=120mm 由上可得： AB BC BS2 CD DE DS3 EF 77.53mm 288.94mm 144.47mm 160mm 240mm 120mm 60mm 1．4．2機構運動速度分析： 已知：n1 = 90 r/min； = rad/s = =9.425 rad/s 逆時針 = lAB = 9.4250.07753m/s≈0.730 m/s = + 大小 ?

19、 0.7753 ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 選取比例尺μv=0.02m/s/mm，作速度多邊形，如圖1-2： ＝ ＝0.0245.22 m/s =0.904m/s ＝ ＝0.0238.04 m/s =0.761m/s ＝ ＝0.0267.83 m/s =1.357m/s ＝ ＝0.0258.48 m/s =1.170m/s ＝＝0.0213.78 m/s =0.276m/s ＝＝0.0236.43 m/s ＝0.729m/s 圖1-2 ＝＝0.0233.92 m/s ＝0.6

20、78m/s ∴＝＝0.761/0.28894=2.634rad/s (逆時針) ω＝＝0.904/0.160=5.650rad/s (順時針) ω＝＝0.276/0.060=4.600ad/s (逆時針) 項目 數(shù)值 0.730 0.904 1.357 1.170 0.729 0.678 9.425 2.634 5.650 4.600 單位 m/s rad/s 1．4．3機構運動加速度分析： =ω12lAB=9.42520.07753 m/s =6.887m/s2 =ω22lBC=2.63

21、420.28894 m/s =2.004m/s2 =ω32lCD=5.65020.160 m/s =5.108m/s2 = + = + + 大?。?？ √ ？ √ √ ？ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A C→B ⊥BC 選取比例尺μa=0.2 m/s2/mm,作加速度多邊形圖，如圖1-3： = =0.225.82 m/s2=5.164m/s2 = =0.238.73 m/s2=7.746m/s2 = =0.250.76 m/s2=10.152 m/s2

22、 圖1-3 = =0.23.77 m/s2=0.754 m/s2 　　　　 　= + + 大小　　? √ √ ? 方向　　√ 　　√ 　　F→E ⊥EF ==0.232.46 m/s2=6.492 m/s2 ==0.216.03 m/s2=3.206m/s2 ==0.219.36 m/s2= 3.872m/s2 = /lCB=10.152 /0.28894 rad/s2=35.14 rad/s2 = /lCD=0.754/0.16 rad/s2=4.713 rad/s2 由上可得：

23、 項目 數(shù)值 6.887 5.164 7.746 6.492 3.206 3.872 35.14 4.713 單位 m/s rad/s 二、凸輪機構設計 2．1凸輪設計任務 2．1．1設計任務 用圖解法設計一偏置直動滾子盤形凸輪機構；畫出從動件的圖線；畫出凸輪的理論輪廓曲線；畫出凸輪的實際輪廓曲線；以上三圖均繪制在A2圖紙上。 2．1．2已知條件 從動件在推程作簡諧運動；從動件回程作等加速等減速運動。 凸輪機構設計數(shù)據(jù)如表2-1： 表2-1 參數(shù) 方案 偏距e (mm) 基圓半徑rb

24、 (mm) 滾子半徑rT (mm) 行程H (mm) 推程運動角 δt （） 遠何止角δs （） 回程運動角 δh （） 近休止角δ’s （） 6 15 80 12 40 150 30 120 60 2．2凸輪機構構設計 2．2．1推程階段： 已知H = 40 mm ;推程角δt = 150 且推程階段做簡諧余弦加速度運動，運動方程S= 由運動方程算得轉角δ與行程S的關系，如表2-2 表2-2 δ 00 100 200 300 400 50

25、0 600 700 S 0 0.437 1.729 3.820 6.617 10.0 13.820 17.909 δ 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 S 22.091 26.180 30.0 33.383 36.180 38.271 39.563 40.0 單位 (mm) 2．2．2回程階段： 已知H = 40 mm ;回程角δh = 120 ，且回程階段做等加速等減速運動。 其中，回程前半段（等加速），運動方程：s = 回程后半段（等減速），運動方程：s = 根據(jù)運動

26、方程，可算出轉角δ與行程S的關系，如表2-3 表2-3 δ 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 S 40.0 39.444 37.778 35.0 31.111 26.111 20.0 13.889 δ 2600 2700 2800 2900 3000 S 8.889 5.0 2.222 0.556 0.0 單位 (mm) 2．2．3畫凸輪從動件位移曲線圖 根據(jù)表2-1、2-2、2-3

27、數(shù)據(jù)，作從動件位移曲線圖，如圖2-2所示：藍色線為位移曲線 圖2-2 2．2．4畫凸輪輪廓線圖 根據(jù)圖2-2，作凸輪輪廓線，如圖2-3所示： 偏距e = 15 mm 基圓半徑rb = 80 mm 滾子半徑rT = 12 mm 圖2-3 三、設計小結 在設計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應用機械原理課程及其他課程的理論知識和應用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，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識到了自己在知識的理解和應用方面的不足，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結。 四、參考資料 [1] 常治斌，張京輝. 機械原理[M]. 北京：北京大學出版社，2007.2 [2] 張傳敏，張恩光，戰(zhàn)欣. 機械原理課程設計[M]. 廣州：華南理工大學出版社， 2012.8（2013.7 重印）