機(jī)械原理 課程設(shè)計(jì)之壓床機(jī)構(gòu).doc

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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目： 學(xué)院： 班級(jí)： 設(shè)計(jì)者： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 目 錄 目 錄 2 一、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 3 1.1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 3 1.2機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 3 1.3凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1.4.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 4 二、壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 2.1.傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 5 2.1.1.基于擺桿的傳動(dòng)方案 5 2.1.2.六桿機(jī)構(gòu)A 5 2.1.3.六桿機(jī)構(gòu)B 6 2.2.確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度 6 三.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 8 3.1.速度分析 8 3.2.加速度分析 10 3.3. 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析 11 3.4.基于soildworks環(huán)境下受力模擬分析： 14 四、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 五、齒輪設(shè)計(jì) 19 5.1.全部原始數(shù)據(jù) 19 5.2.設(shè)計(jì)方法及原理 19 5.3.設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程 19 參考文獻(xiàn) 21 一、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 1.1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 圖示為壓床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中六桿機(jī)構(gòu)為主體機(jī)構(gòu)。圖中電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)三對(duì)齒輪將轉(zhuǎn)速降低，然后帶動(dòng)曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)六桿機(jī)構(gòu)使滑塊5克服工作阻力而運(yùn)動(dòng)。為了減少主軸的速度波動(dòng)，在曲柄軸A 上裝有大齒輪并起飛輪的作用。在曲柄軸的另一端裝有油泵凸輪，驅(qū)動(dòng)油泵向連桿機(jī)構(gòu)的供油。 （a）壓床機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng) 1.2機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 已知：各構(gòu)件的重量G及其對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（略去不計(jì))，阻力線圖(圖9—7)以及連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析中所得的結(jié)果。 要求：確定機(jī)構(gòu)一個(gè)位置的各運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)分析的圖樣上。 1.3凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知：從動(dòng)件沖程H，許用壓力角[α?]．推程角δ。，遠(yuǎn)休止角δ?，回程角δ'，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見表9-5，凸輪與曲柄共軸。 要求：按[α]確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸．求出理論廓 線外凸曲線的最小曲率半徑ρ。選取滾子半徑r，繪制凸輪實(shí)際廓線。以上內(nèi)容作在2號(hào)圖紙上 1.4.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析 符號(hào) 單位 mm 度 mm r/min 數(shù)據(jù) I 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 100 1/2 1/2 II 60 170 260 60 120 180 1/2 1/4 90 1/2 1/2 III 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定 [δ] G2 G3 G5 N 1/30 660 440 300 4000 0.28 0.085 1/30 1060 720 550 7000 0.64 0.2 1/30 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ［a］ Φ ΦS Φˊ 0 mm 0 16 120 40 80 20 75 18 130 38 75 20 90 18 135 42 65 20 75 二、壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1.傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 2.1.1.基于擺桿的傳動(dòng)方案 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，在Ｃ點(diǎn)處，力的方向與速度方向相同，所以傳動(dòng)角，傳動(dòng)效果最好；滿足急回運(yùn)動(dòng)要求； 缺點(diǎn)： 有死點(diǎn)，造成運(yùn)動(dòng)的不確定，需要加飛輪，用慣性通過(guò)； 2.1.2.六桿機(jī)構(gòu)A 優(yōu)點(diǎn)： 能滿足要求，以小的力獲得很好的效果； 缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)過(guò)于分散： 2.1.3.六桿機(jī)構(gòu)B 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，滿足急回運(yùn)動(dòng)要求； 缺點(diǎn)： 機(jī)械本身不可避免的問(wèn)題存在。 綜合分析：以上三個(gè)方案，各有千秋，為了保證傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，并且以滿足要求為目的，我們選擇方案三。 2.2.確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度 已知： , ,， 如右圖所示，為處于兩個(gè)極限位置時(shí)的狀態(tài)。 根據(jù)已知條件可得： 在三角形和中用余弦公式有： 由上分析計(jì)算可得各桿長(zhǎng)度分別為： 三.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 項(xiàng)目 數(shù)值 單位 3.1.速度分析 已知： ,逆時(shí)針； 　　　　　　 大小 　 　 √ 方向 　 　　　　鉛垂　　　　　 √　　　　　　 選取比例尺，作速度多邊形如圖所示； 由圖分析得： ＝0.004×18.71=0.07484m/s ＝0.004×121.5=0.486m/s ＝0.004×28.06=0.11224m/s ＝0.004×20.7=0.0828m/s ＝0.004×14.36=0.05744m/s ＝0.004×69.32mm ＝0.27728m/s ＝0.004×14.03mm ＝0.05612m/s ∴＝＝0.486/0.223185=2.178rad/s (順時(shí)針) ω＝＝0.07484/0.1=0.7484rad/s (逆時(shí)針) ω＝＝0.05744/0.0375=1.532rad/s (順時(shí)針) 速度分析圖： 項(xiàng)目 數(shù)值 2.178 0.748 1.532 單位 3.2.加速度分析 10.4722×0.049285=5.405m/s2 =2.1782×0.223185=1.059m/s2 =0.7482×0.1=0.056m/s2 =1.5322×0.0375=0.088m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.04(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖 =0.04×113.53=4.5412m/s2 =0.04×170.29=6.8116m/s2 =0.04×61.3=2.452 m/s2 =0.04×113.52=4.5408 m/s2 aF = aE + anFE + atFE 大?。? √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE =0.04×129.42=5.1768 m/s2 =0.04×120.97=4.8388m/s2 =0.04×85.15= 3.406m/s2 =0.04×129.42= 5.1768m/s2 =2.452/0.223185=10.986 m/s2 （逆時(shí)針） =4.5408/0.1=45.408 m/s2 （順時(shí)針） 項(xiàng)目 數(shù)值 5.405 4.541 6.812 5.177 4.839 3.406 10.986 45.408 單位 m/s rad/s 3.3. 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案I 660 440 300 4000 0.28 0.085 單位 N Kg.m2 1．各構(gòu)件的慣性力，慣性力矩： =660×4.839/9.8=325.892N（與方向相同） =440×3.406/9.8=152.922N（與方向相反） =300×5.177/9.8=158.480N（與方向相反） =4000/10=400N =0.28×10.986=3.076N.m （順時(shí)針） =0.085×45.408=3.860N.m （逆時(shí)針） =3.076/325.892=9.439mm =3.860/152.922=25.242mm 2．計(jì)算各運(yùn)動(dòng)副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對(duì)構(gòu)件5進(jìn)行力的分析，選取比例尺作其受力圖 構(gòu)件5力平衡： 則=-10×47.44=-474.4N =474.4N (2)分析構(gòu)件2、3 單獨(dú)對(duì)構(gòu)件2分析： 桿2對(duì)C點(diǎn)求力矩，可得： 單獨(dú)對(duì)構(gòu)件3分析： 桿3對(duì)C點(diǎn)求矩得： 解得: 對(duì)桿組2、3進(jìn)行分析： R43+Fg3+G3+Rt63+ Fg2+G2+Rt12+Rn12+Rn63=0 大?。骸?√ √ √ √ √ √ ？ ？ 方向：√ √ √ √ √ √ √ √ √ 選取比例尺μF=10N/mm，作其受力圖 則 Rn12=10×156.8=1568N； Rn63=10×49.28=492.8N. (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb： 項(xiàng)目 Fg2 Fg3 Fg5 MI2 MI3 Mb Rn63 Rt63 數(shù)值 325.89 152.92 158.48 3.08 3.86 13.42 492.8 265.10 單位 N N.m N 項(xiàng)目 Rn12 Rt12 R34 R45 R56 R61 數(shù)值 1568.00 58.71 474.4 474.4 121.8 1569.1 單位 N 3.4.基于soildworks環(huán)境下受力模擬分析： 裝配體環(huán)境下的各零件受力分析 Soild works為用戶提供了初步的應(yīng)力分析工具————simulation，利用它可以幫助用戶判斷目前設(shè)計(jì)的零件是否能夠承受實(shí)際工作環(huán)境下的載荷，它是COMOSWorks產(chǎn)品的一部分。Simulation利用設(shè)計(jì)分析向?qū)橛脩籼峁┝艘粋€(gè)易用、分析的設(shè)計(jì)分析方法。向?qū)б笥脩籼峁┯糜诹慵治龅男畔?，如材料、約束和載荷，這些信息代表了零件的實(shí)際應(yīng)用情況。 Simulation使用了當(dāng)今最快的有限元分析方法——快速有限元算法（FFE）,它完全集成在windows環(huán)境中并與soild works軟件無(wú)縫集成，被廣泛應(yīng)用于玩具、鐘表、相機(jī)、機(jī)械制造、五金制品等設(shè)計(jì)之中。 連桿受力情況 Soild works中的simulation模塊為我們提供了很好的零件應(yīng)力分析途徑，通過(guò)對(duì)構(gòu)件的設(shè)置約束點(diǎn)與負(fù)載，我們很容易得到每個(gè)零件在所給載荷后的應(yīng)力分布情況。  由于不知道該零件的具體材料，所以我選用了soild works中的合金鋼材料，并且在軸棒兩端加載了兩個(gè)負(fù)載，經(jīng)過(guò)soild works simulation運(yùn)算后得到上圖的應(yīng)力分布圖，通過(guò)不同色彩所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，我們可以清楚的看到各個(gè)應(yīng)力的分布情況，雖然負(fù)載與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)有偏差，不過(guò)對(duì)于我們了解零件的應(yīng)力分布已經(jīng)是足夠了。 四、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 符號(hào) h [α] δ0 δ01 δ0＇ 單位 mm （0） 方案1 17 30 55 25 85 有,即有。 取,取。 在推程過(guò)程中： 由得 當(dāng)δ0 =550時(shí)，且00<δ<22.50,則有a>=0,即該過(guò)程為加速推程段, 當(dāng)δ0 =550時(shí),且δ>=22.50, 則有a<=0,即該過(guò)程為減速推程段 所以運(yùn)動(dòng)方程 δ 00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 S 0 0.344 1.349 2.934 4.969 7.290 9.709 12.031 14.066 15.650 16.655 17.000 單位 (mm) 在回程階段，由 得: 當(dāng)δ0′=850時(shí)，且00<δ<42.50,則有a<=0,即該過(guò)程為減速回程段, 當(dāng)δ0′=850時(shí),且δ>=42.50, 則有a>=0,即該過(guò)程為加速回程段 所以運(yùn)動(dòng)方程 δ 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 S 17 16.855 16.426 15.727 14.782 13.623 12.289 10.826 9.285 δ 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 165 S 7.716 6.174 4.712 3.378 2.219 1.273 0.574 0.145 0 單位 (mm) 凸輪廓線如下: 五、齒輪設(shè)計(jì) 5.1.全部原始數(shù)據(jù) 5.2.設(shè)計(jì)方法及原理 考慮到負(fù)傳動(dòng)的重合度雖然略有增加，但是齒厚變薄，強(qiáng)度降低，磨損增大：正傳動(dòng)的重合度雖然略有降低，但是可以減小齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸，減輕齒輪的磨損程度，提高兩輪的承載能力，并可以配湊中心距，所以優(yōu)先考慮正傳動(dòng)。 5.3.設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程 1、 變位因數(shù)選擇 ⑴求標(biāo)準(zhǔn)中心距: ⑵選取，由此可得嚙合角 ⑶求變位因數(shù)之和：，然后在齒數(shù)組合為的齒輪封閉線上作直線，此直線所有的點(diǎn)均滿足變位因數(shù)之和1.1044和中心距122.5mm的要求，所以，滿足兩齒根相等的要求。 2、計(jì)算幾何尺寸 由可知，該傳動(dòng)為正傳動(dòng)，其幾何尺寸計(jì)算如下： a.中心距變動(dòng)系數(shù)： b.齒頂高變動(dòng)系數(shù)： c.齒頂高： d.齒根高: e.齒全高： f.分度圓直徑： g.齒頂圓直徑: h.齒根圓直徑： i.基圓直徑： j.節(jié)圓直徑： k.頂圓壓力角： l.重合度： 滿足重合度要求。 m.分度圓齒厚： 參考文獻(xiàn) [1].孫恒,陳作模,葛文杰.《機(jī)械原理【M】》.7版.北京：高等教育出版社,2001. 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