壓床機構(gòu)設(shè)計-壓床機構(gòu)受力分析
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1、君余凈稔 課程設(shè)計說明書 題目:機械原理課程設(shè)計 二級學(xué)院 年級專業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 教師職稱 目錄 一.設(shè)計要求 1 1 .壓床機構(gòu)簡介 1 2 .設(shè)計內(nèi)容 1 (1)機構(gòu)的設(shè)計及運動分折 2 (2) 機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 3 (4)凸輪機構(gòu)設(shè)計 3 二.壓床機構(gòu)的設(shè)計: 4 1.連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 4 (1)作機構(gòu)運動簡圖 4 (2)長度計算 4 (3)機構(gòu)位運動速度分析 5 (4) 機構(gòu)運動力□速度分析 6 (5) 機構(gòu)動態(tài)靜力分析 8 3 .凸輪機構(gòu)設(shè)計
2、 11 4 .飛輪機構(gòu)設(shè)計 12 5 .齒輪機構(gòu)設(shè)計 12 6 .心得體會 14 7 .參考 15 一、壓床機構(gòu)設(shè)計要求 1 .壓床機構(gòu)簡介 圖9—6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, 然后帶動曲柄1轉(zhuǎn)動,六桿機構(gòu)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(gòu) 各運動副用的油泵凸輪。 國 9 6 表9 5通計數(shù)據(jù) 2 .設(shè)計內(nèi)容: (1)機構(gòu)的設(shè)計及運動分折 已知:中心距x1、x2、y,構(gòu)
3、件3的上、下極限角,滑塊的沖程 H,比值 CE/CD、EF/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。 (2)機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 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 (3)凸輪機構(gòu)構(gòu)設(shè)計 工作”程 彳返
4、回方程 已知:從動件沖程H , 許用壓力角[a ] .推程角 0,遠(yuǎn)休止角1,回程角, 從動件的運動規(guī)律見表 9-5 ,凸輪與曲柄共軸。 要求:按[a]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p。選取滾子半徑r,繪 制凸輪實際廓線。以上內(nèi)容 作在2號圖紙上 、壓床機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計 內(nèi)容 連桿機構(gòu)設(shè)計及運動分析 齒輪機構(gòu)設(shè)計 符號 為 X2 y 3 3 H CE ■CD EF -de n1 BS2 ~BC DS2 Te- Z5 Z6 m 單位 mm 0 mm r/ min
5、0 mm 方案3 70 20 0 31 0 60 12 0 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 11 32 20 6 設(shè)計 內(nèi)容 連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析及飛輪機構(gòu)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計 符號 G2 G3 G5 J s2 J s3 Q max h s 從動件 加速度 規(guī)律 單位 N kg m2 N mm 方案3 1600 1040 840 1.35 0.39 11000 1/30 19 30 65 35 75 正弦 1、連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分 (1)長
6、度計算: 已 知 : X1 70mm, X2 200mm, H 210mm, CE/CD 1/2,EF/DE I/2QS3/DE 1/2 ' _ 0 " _ 0 3 60 , 3 120 , EDE' 60° 臚 由條件可得: DE DE ADEE等邊二 角形 過D彳^DJ EE',交EE'于J,交EE′于J,交F1F2于H JDI 900 HDJ是一條水平線, DH FF FF //EE 過 FF'〃EE'過 E 彳^EG FF', FK △FKE 和 AEGF 中, EG KE GF ’, FE E'F', FKE E GF' 90° ' _ '
7、△FKE AEGF KE GF EE EK KE ,FF FG GF EE FF H △DE'E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*180/3 140mm 連接AD,有tan ADI X1/Y 70/310 又 AD X2 Y 2 702 31 02 3 1 7.33mm 在三角形^ADC和△ ADC'中,由余弦定理得: 2—2 0 0 AC CD2 AD2 2AD*CD*COS(1200 12.720) 383.44mm AC’ ,CD2 AD2 2AD*CD*CO
8、S(600 12.720) 245.41mm AB=(AC-AC ' )/2=69.015mm BC=(AC+AC )/2=314.425mm ,.BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2 DS3=DE/2=210/2=105mm . BS2=BC/2=314.46/2=157.2125mm 由上可得: AB BC BS2 CD DE DS3 EF 69.015m m 314.425 mm 157.2125 mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm (3)位置8機構(gòu)運動速度分析: 已知:n1=90r/
9、min ; 1 = n1-72 rad/s = 毀?2 =9.425 逆時 60 60 針 Vb = 11ab = 9.425 X0.069015=0.650m/s Vc = Vb + VCb 大小 ? 0.65 ? 方向 ±CD ±AB 1BC 選取比例尺v=0.01(m/s)/mm ,作速度多邊形 VC = Uv Pc =0.01x60=0.600m/s Vcb = Uv bC =0.01x18=0.180m/s VE = Uv Pe =0.01x90=0.900m/s VF = Uv pf =0.01x88=0.880m/s VFE = Uv ef =0.01x
10、20=0.200m/s VS2 = Uv P02 =0.01x62 =0.620m/s Vs3 = Uv P03 =0.01x44 =0.440m/s v CB ____ __ _ ——=0.18/0.314425=0.572rad/s (逆時針) 1 BC l CD = 0.60/0.140=4.290rad/s (順時針) (順時針) V FE CO4 = -FE =0.20/0.0525=3.809rad/s Ief 項 目 B C E F VS2 S3 1 2 3 4 數(shù) 值 0.650 0.6
11、00 0.900 0.880 0.620 0.44 9.42 5 0.57 2 4.29 0 3.80 9 單 位 m/s Rad/s 位置8機構(gòu)運動加速度分析: ab= i2LAb =9.425 2 X0.069015=6.130m/s 2 aBc = |Lcd =0.572 2 X0. 314425=0.103m/s 2 aCD= ;Lcd=4.290 2X0.14=2.577m/s 2 CD 3 CD aFE = :Lef=3.809 2X0.0525=0.762m/s 2 一^^ bi aC = aCD + aCD = aB + aC
12、B + aCB 大小:?, ? V ? V 方向:? C-D ±CD B-A ±BC C 一 B 選取比例尺 a =0.01 (mm/s 2)/mm,作力口速 度多邊形圖 aC= ua P C =0.01x330=3.300m/s 2 ae=Ua P'e'=0.01x500=5.000m/s 2 acb = Ua " =0.01x310=3.100m/s 2 acD = Ua n" C'=0.01x190=1.900m/s 2 n aF = aE + aEF + 大小:? V V 方向: V V F- E af= Ua P' f '=0.01x320=3.200m/s 2
13、 as2= U a P s2 =0.01x420=4.200m/s 2 as3= U a ps3=0.01x250=2.500m/s 2 2= aCB/lCB=3.100 /0.314425=9.859 m/s aEF ±EF aCB/lCD =1.900/0.14=13.571 m/s 2 項目 aB 氏 aE aF- as?” a S3- 2 3 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 (4)位置5運動速度分析 已知:n1=9
14、0r/min ; n1“ 1 = ?2 rad/s 1 60 =9.425 逆時針 90 c —?2 60 Vb = 1 - lab = 9.425 X 0.069015=0.650m/s Vc = Vb + VCb 大小 ? 0.65 方向 ±CD ±AB ±BC 選取比例尺v=0.
15、01(m/s)/mm ,作速度多邊形 VC = uv pc =0.01x60=0.600m/s VCB = uv bc =0.01x18=0.180m/s VE = UV Pe = 0.01x90=0.900m/s VF = Uv Pf =0.01x88=0.880m/s VFE = Uv ef =0.01x20=0.200m/s Vs2 = Uv Ps2 =0.01x62 =0.620m/s VS = Uv ps3 =0.01x44 =0.440m/s Vcb 2 = l BC =0.18/0.314425=0.572rad/s (逆時針) 3^3 = - =
16、0.60/0.140=4.290rad/s (順時針) l CD ⑴ 4 =漁=0.20/0.0525=3.809rad/s (順時針) lEF 項 目 B C E F VS2 S3 1 2 3 4 數(shù) 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.42 5 0.57 2 4.29 0 3.80 9 單 位 m/s Rad/s 位置5機構(gòu)運動加速度分析: ab= 121AB =9.425 2 X0.069015=6.130m/s 2 aBc = |Lcd =0.572 2 X0.
17、314425=0.103m/s 2 aCD= ;LCD=4.290 2X0.14=2.577m/s 2 aFE = 2lef=3.809 2X0.0525=0.762m/s 2 an c = aCD + aCD = aB + aCB + aCB 大?。??, ? V ? V 方向:? C-D ±CD B-A ±BC C一 B 選取比例尺a=0.01(m/s 2)/mm,作力口速度多邊形圖 aC= Ua P C =0.01 X330=3.300m/s 2 ae= ua p'e'=0.01 X500=5.000m/s 2 acb = ua nV =0.01 X310=3.100m
18、/s 2 aCD = Ua n" C' =0.01 X190=1.900m/s 2 n aF = aE + aEF + aEF 大?。?? , , ? 方向: V V F一 E ±EF af= Ua P' f '=0.01 X320=3.200m/s 2 aS2 = Ua p's2 =0.01 X320=4.200m/s 2 aS3 = Ua p's3 =0.01 X250=2.500m/s 2 2= aCB/lCB=3.100 /0.314=9.859 m/s 2 3= aCB/Icd =1.900/0.14=13.571 m/s 2 項目 aB 氏 aE aF- a
19、S2" a S3- 2 3 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 (5)機構(gòu)動態(tài)靜力分析 G2 G3 G5 FnLx J S2 Js3 力殺出 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 單位 N Kg.m 2 1) .各構(gòu)件的慣性力,慣性力矩: FI2= m2*as2 G2* a$2/g =1600 X4.200/9.8=685.7N (與 a$2方向相反) Fi3=m3*as3 G3*as3/
20、g=1040 X2.500/9.8=265.3N (與 as3 方向相反) F15= m5*aF G5*aF/g=840 X3.200/9.8=274.3N (與 aF方向相反) Fr=11000*0.1=1100 N.m (返回行程) Ms2= JS2*a2=1.35 X9.859=13.3N.m (順時針) Ms3= JS3*a3=0.39 X13.571=5.3N.m (逆時 針) Ls2 = Ms2 / F12 =13.310/685.714 X 1000=19.4mm Ls3 = M S3 / F13 =5.293/265.3 X 1000=19.951mm 2) .
21、計算各運動副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對構(gòu)件5進行力的分析,選取比例尺 f =20N/mm ,作其受力圖 構(gòu)件5力平衡:F45 F65 F15 G5=0 貝坨5= 1140.0N ; F65=160.0N F43 F45 (方向相反) (2)對構(gòu)件2受力分析 對構(gòu)件2進行力的分析,選取比例尺 Ft32= 339.1786N Fi2=399.781N 進行力 取比例尺 f =0.05mm/N ,作其受力圖 F63 X140-572.604 X17.153-365.242 X34.3066+ G3 *COS15 o*17=0 F63 =77.6N 構(gòu)件 2 力平
22、衡:F23 G2 F12 F12 Fi2 0 (4)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb F61= F2i=1798.258N. =20N/mm ,作其受力圖 桿2對B點求力矩,可得: 864.222 X120.2776+1600 桿2對S2點求力矩,可得: F12 X157.2125-864.222 X11.0243-339.1786 X157.2125=0 桿 3 對點 C 求 F63* Lcd F43 * Ls3 F13* L13 G3*COS150*Lg3 0 構(gòu)件3力平衡:F23 + F23 + F43 + F13 + F63 + F63 + G3=0 則 F
23、23=2401.0N F63=172.1N 貝U Fi2=1752.458N ;Fi2=1798.258N F12* L12 G2 * L2 F32 * LBC 0 X1.6873- F32 X314.425=0 F12 * L BS 2 F12 * L S2 F 32 * L CS 2 。 ⑶ 對構(gòu)件 構(gòu)件2 3受力 分析 Mb= F21* L =1798.258 X67.3219 X0.001=121.062N.m (逆時針)
24、 項目 F12 F13 F15 M S2 M S3 Mb f63 F63 數(shù)值 685.71 4 265.30 6 274.28 6 13.310 5.293 40.68 172.1 77.6 單位 N N.m N 項目 Fn12 Ft12 Fn23 Ft23 F34 F45 F65 F61 數(shù)值 3575. 0 38.68 2401.0 298.9 1140.
25、 0 1140. 0 160.0 3575.0 單位 N 三、凸輪機構(gòu)設(shè)計 符號 h [司 8 S 單位 mm (0) 方案3 19 30 65 35 75 有基圓半徑 R0=40mm e=8mm 滾子半徑 R=8mm 在推程過程中:由a=2宓⑴2 sin(2九針。)/ :得 當(dāng)60 =65 0時,且00< M32.5 0,則有a>=0,即該過程為加速推程段 當(dāng) 60 =65 0 時,且 6>=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 [( // 0) -sin(2九(/) 0/(2 可 在
26、回程階段,由 a=-2 Tth⑴2 sin(2幾/ 2 7日 0)/ 。行 當(dāng)60' =75 0時,且00V 6<37.5 0,則有a<=0,即該過程為減速回程段 當(dāng)60' =75 0時,且6>=37.5 0,則有a>=0,即該過程為加速回程段 所以運動方程S=h[1-( 6/ 0)+sin(2兀匕°)/(2兀)] 當(dāng)60 =65 0時,且00< M32.5 0,則有a>=0,即該過程為加速推程段, 當(dāng)60 =65 0時,且4=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 [( 6/ 0) -sin(2兀/。)/(2項 8 00 50 100
27、150 20 0 250 30 0 350 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 單位 (mm) 8 400 45 0 50 0 55 600 65 0 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 單位 (mm) 8 100 0 105 0 110 0 115 0 120 0 125 0 130 0 135 0 S 19.00 18.96 18.71 18.08 16.94 15.29 13.18 10.76 8 140
28、 0 145 0 150 0 155 0 160 0 165 0 170 0 175 0 S 8.24 5.82 3.71 2.06 0.92 0.04 0 0 單位 (mm) 四、飛輪設(shè)計 Mb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N . -28. -51. -63. -37. -71. -50. -9.4 -1.1 45.4 0.52 51.5 -160. m 6 3 5 6 6 0 4 將各點的平衡力矩(即等效阻力矩)畫在坐標(biāo)紙上
29、, 如下圖所示,平衡力矩所做的功可通過數(shù)據(jù)曲線與橫坐標(biāo) 之間所夾面積之和求得。依據(jù)在一個工作周期內(nèi),曲柄驅(qū) 動力矩(設(shè)為常數(shù))所做的功等于阻力矩所做的功,即可 求得驅(qū)動力矩Md (常數(shù))。在圖紙中,橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角, 一個周期為2冗,將一個周期分為36等份;縱坐標(biāo)軸為力 矩。 ②根據(jù)盈虧功的原理,求得各盈虧功,并根據(jù)圖紙上 的能量指示圖,以曲柄的平均力矩為分界線,求出各區(qū)段 盈虧功如下: 心1 8.6 aW4 22 a3 1367 、W5 8.75 、W6 3981 AW7 647.6 AW8 2048.8 4W9 2048.8 心 皿0 568.7 A W11 1016 由此得到
30、 A Wmax = AW9 =4429.004 Jf 900 AWmaX/( 2*n2* ) I 2 Jf = 1495.84 kg. m 五、齒輪機構(gòu)設(shè)計 已知:齒輪Z5 11, Z6 32,分度圓壓力角 20°,模數(shù)m 6 ,齒輪為正常 齒制,工作情況為開式傳動,齒輪 Z6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 > Xmin5=0.3529 mm x6=-0.222 mm > Xmin6=-0.8824 mm
31、分度圓直徑: d 5=m* Z 5=66.0mm d 6=m* Z 6=192.0mm 基圓直徑: d b5 = d 5*cos =62.024mm d b6 = 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: ? 一" 、 , h a5 = (h a +x 5) *m=8.329mm 一 ,一* 一一一 h a6 = (h a +x 6) *m = 4.642mm 齒底局: ** h f5= ( h a +c
32、- x 5) *m=4.62mm ** h f6= ( 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 d f5 = d 5-2h f5 =56.675mm da6 = d 6+2h a6 =200.325 mm d f6 = d 6-2h f6=173.382mm 重合度: )]=1.390 1,, ,、 , 2- [Z5(tan a5 tan )Z6 (tan a6 tan 六、心得體會 通過課程設(shè)計學(xué)到很多很多的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知 識,而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)
33、到過的知識。不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手 操作的能力,在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是,在實驗課上,我們 學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的,真的是受益匪淺。要面對社會的 挑戰(zhàn),只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐,冉學(xué)習(xí)、冉實踐。通過這次課程設(shè)計使我懂得了 理論與實際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論 知識與實踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論,才能真正學(xué)會,從而提高自己的實 際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題,可以說得是困難重重, 但可喜的是最終都得到了解決。在此過程中,我們通過查找大量資料,請教老師, 以及不懈的努力,不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力,在各種其它能力上也 都有了提高。 七、參考書籍 1 .孫恒,陳作模,葛文杰,《機械原理》(第七版).高等教育出版社,2006-5-1. 2 .劉鴻文《材料力學(xué)》(第五版).高等教育出版社,2011-1-1. 3 .王湘江,何哲明《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》.中南大學(xué)出版社,2011-12-1.
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