机械原理压床设计

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1、机械原理课程设计 说明书 设计题目： 压床机构设计 专业班级： XXX 姓名学号： XXX 指导教师： XXX 完成日期： X 年X月X日 目录 . 设计要求 3 1. 压床机构简介 3 2. 设计内容 3 (1) 机构的设计及运动分折 3 (2) 机构的动态静力分析 3 (4) 凸轮机构设计 3 ．压床机构的设计 : 4 1. 连杆机构的设计及运动分析 4 (1) 作机构运动简图 4 (2) 长度计算 4 (3) 机构运动速度分析 5 (4) 机构运动加速度分析 6 (5) 机构动态静力分析 8 三．凸轮机构设计

2、 11 四．飞轮机构设计 12 五．齿轮机构设计 13 六．心得体会 14 七、参考书籍 14 一、压床机构设计要求 1. 压床机构简介 图9—6所示为压床机构简图。其中，六杆机构 ABCDE为其主体机构，电 动机经联轴器带动减速器的三对齿轮 z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速降低，然 后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Fr而运动。为了减小主轴的 速度波动，在曲轴 A上装有飞轮，在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各 运动副用的油泵凸轮。 18 9-& 表设计数据 2. 设计内容： （1）机构的设计及运动分折 已知：中心距x1、x2、y,

3、构件3的上、下极限角，滑块的冲程 H,比值 CEZCD EF/DE各构件质心S的位置，曲柄转速n1。 要求：设计连杆机构，作机构运动简图、机构1〜2个位置的速度多边形和 加速度多边形、滑块的运动线图。以上内容与后面的动态静力分析一起画在 I 号图纸上。 2） 机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js（曲柄1和连杆4的重力 和转动惯量（略去不计），阻力线图（图9— 7）以及连杆机构设计和运动分析中所 得的结果。 要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力 矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。 3） 凸轮机构构设计 二、压床机构的设计

4、 1、连杆机构的设计及运动 分析 设计内容 连杆机构的设计及运动分析 单位 mm (o) mm r/mi n 符号 X1 X2 y I p II p H CE/C D EF/DE n1 BS2/B C DS3/D E 数据 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 o 工作叮用 // 已知：从动件冲程H, 许用压力角［a ］ •推程角 3。,远休止角S ?回程角 S '，从动件的运动规律见 表9-5，凸轮与曲柄共轴。 要求：按［a ］确定凸轮 机构的基本尺

5、寸.求出理论 廓 线外凸曲线的最小曲率半 径P。选取滚子半径r，绘 制凸轮实际廓线。以上内容 作在2号图纸上 (1)作机构运动简图: (2)长度计算： 已知：Xi = 70mm, X2= 200mm, Y = 310mm, 1 11 叭二 60°,叽二 120°, H= 210mm CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS JBC=1/2, DS a/DE=1/2。 由条件可得；/ EDE =60° vDE=DE •••△ DEE等边三角形 过D作DJ± EE，交EE于J,交F1F2于H vZ JDI=90° ••• HDJ是 一条水平线， ••• D

6、HL FF ' ••• FF' // EE 过 F 作 FKL EE 过 E'作 E' G 丄 FF',： FK= E' G 在E' GF 中，KE= GF, FE=E F', Z FKE=/ E' GF =90° • △ FKE^A E GF • KE= GF -EE =EK+KE', FF' =FG+GF • EE =FF' =H •△ DE'E是等边三角形 • DE=EF=H=210mm ••• EF/DE=1/2, CE/CD=1/2 EF=DE/4=180/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*180/3=140mm 连接 AD,有 tan / ADI=X

7、/Y=70/310 又••• AD= X2 Y2 .'702 3102 317.33mm •在三角形厶ADCFHA ADC中，由余弦定理得： A。虫几皿匸询9"沖込血型=383 44 mm AC D2 -2AD^C D*ms(«r 12_72") = 245 41 mm • AB=(AC-AC )/2=69.015mm BC=(AC+AC ' )/2=314.425mm ••• BS/BC=1/2, DS 3/DE=1/2 • BS=BC/2=314.46/2=157.2125mm DS 3=DE/2=210/2=105mm 由上可得： AB BC BS CD

8、 DE DS EF 69.015mm 314.425mm 157.2125mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm 比例尺 0.05mm/(m/s) (3)机构运动速度分析: 已知：n1=90r/min； Vc = = 匕？2 rad/s = 90?2 =9.425 逆时针 60 60 i • I ab = 9.425 X 0.069015=0.650m/s 大小？ 0.65 ? 方向 丄CD 丄AB 丄BC 选取比例尺卩

9、 v=0.004m/(mm/s)，作速度多边形 Vc 二 Uv • pc =0.03/0.05=0.600m/s VCB 二 Uv • be =0.009/0.05=0.180m/s Ve 二 Uv • pe =0.45/0.05=0.900m/s Vf 二 Uv • Pf =0.44/0.05=0.880m/s VFE 二 Uv • ef =0.01/0.05=0.200m/s VS2 二 Uv • PS2 =0.031/0.05mm = 0.620m/s VS3 二 Uv • PS3 =0.022/0.05mm = 0.440m/s . VCB

10、 …2 = l l BC =0.18/0.314425=0.572rad/s （ 逆时针 3 3 = 乂 = 0.60/0.140=4.290rad/s （ 顺时针） l CD 3 4 = Vie = 0.20/0.0525=3.809rad/s （ 顺时针） l EF 项 目 B C E F VS2 S3 1 2 3 4 数 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 单 位 m/s Rad/s （4）机构运动加速度分析： aB= 3 12L

11、AB=9.42〒x 0.069015=6.130m/s anCB= 3 2 = atCB/LCB= 3.100 /0.314425 =9.859 m/s = dCD/LCD=1.900/0.14=13.571 m/s 2 LBC=0.57z2x 0. 314425=0.103m/s anCD= 3 32LCD=4.290x 0.14=2.577m/s 2 anFE =3 42LEF=3.8092X 0.0525=0.762m/s ac = anCD+ dCD= aB + dCB + anCB 大小： ? V ? V ? V 方向： ? C — D 丄 cd B—A

12、丄 BC C — B 2 选取比例尺卩a=0.04m/ (mm/s2),作加速度多边形图 丄EF aF=Ua aC=U a • 1 1 0 p c =0.0033/0.01=3.300m/s aE=U a • 2 p e =0.05/0.01=5.000m/s aCB= Ua =0.031/0.01=3.100m/s aCD= Ua • n" C'=0.019/0.01=1.900m/s aF = aE + anEF + afEF 2

13、 2 大小: 方向: V ? F— E p' f ' =0.032/0.01=3.200m/s 2 as2=U a =0.042/0.01=4.200m/s as3=u a t - • =0.025/0.01=2.500m/s 项目 aB ac aE aF" aS2" a S3” 2 3 数值 6.130 3.300 5.000 3.200 4.200 2.500 9.859 13.571 单位 m/s2 rad/s 2 (5)机构动态静力分析 G2 G3 G5 Frma

14、x Js2 Js3 万案川 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 单位 N Kg.m2 1） .各构件的惯性力，惯性力矩： FI2=m2*as2=G2*as2/g=1600 x 4.200/9.8=685.714N （与 as2方向相反） FI3=m3*as3= G3*as3/g=1040 x 2.500/9.8=265.306N （与 as3方向相反） FI5= m5* aF=G5*aF/g=840 x 3.200/9.8=274.286N （与 aF 方向相反） Fr=11000*0.1=1100 N.m （返回行程） MS2=Js2*a

15、 2=1.35 x （顺时针） MS3=Js3*a 3=0.39 x （逆时针） LS2= MS2/FI2=13.310/685.714 x 1000=19.410mm LS3= MS3/FI3=5.293/265.306 x 1000=19.951mm 2） .计算各运动副的反作用力 （1）分析构件5 对构件5进行力的分析，选取比例尺 卩F=20N/mm作其受力图 构件 5 力平衡：F45+F65+FI5+ G5=0 则 F45= 1140.0N ; F65=160.0N F43=F45 （方向相反）  (2)对构件2受力分析 对构件2进行力的分析，选取比例尺

16、卩F=20N/mm作其受力图 杆 2 对 B 点求力矩，可得：FI2*LI2+G2*L2 -F t32*LBC =0 864.222 X 120.2776+1600 X 1.6873- F t32X 314.425=0 F t32= 339.1786N 杆 2 对 S2点求力矩，可得：匸12*LBS2 -FI2*LS2 -F t32*LCS2 =0 Ft12X 157.2125-864.222 X 11.0243-339.1786 X 157.2125=0 Ft12=399.781N (3)对构件3受力分析 对构件2进行力的分析，选取比例尺 卩F=0.05mm/N作其受

17、力图 杆 3 对点 C 求力矩得：Ft63*LCD - F43*LS3- FI3*LI3+G3*COS15o*LG3 =0 Ft63X 140-572.604 X 17.153-365.242 X 34.3066+ G3*COS15)*17=0 Ft63=77.6N 构件 3 力平衡：Fn23+ F t23+F43+FI3+ Ft63+Fn63+G3=0 则 Fn23=2401.0N ; Fn63=172.1N 构件 2 力平衡：F32 + GZ+FI2+ Ft 12+Fn12=0 则 Fn12=1752.458N ; F12=1798.258N (4)求作用在曲柄AB上 的平

18、衡力矩Mb F61= F2 仁1798.258N. Mb=F21* L =1798.258 X 67.3219 X 0.001 (逆时针) 项目 FI2 FI3 FI5 MS2 MS3 Mb Fn63 Ft63 数值 685.714 265.306 274.286 13.310： 5.293 40.68 172.1 77.6 [ 单位 N N.m N 项目 Fn12 F12 _n _亠 F23 F23 F34 F45 F65 F61 数值 ：3575.0 38.68 2401.0 298.9 11

19、40.0 1140.0 160.0 3575.0 : 单位 N 三、凸轮机构设计 符号 h [a ] S s s s / 单位 mm (0) 方案3 19 30 65 35 75 有基圆半径Ro=4Omm e=8mm滚子半径R=8mm 在推程过程中： 由 a=2n h 32 sin(2 nS / S 0)/ S 02得 当S 0 =65°时，且00< S <32.5°,则有a>=0,即该过程为加速推程段, 当S 0 =650时，且S >=32.50,则有a<=0,即该过程为减速推程段 所以运动方程 S=h [(S/S 0) -sin(2

20、 nS /S 0)/(2 n )] 在回程阶段，由 a=-2 n hw 2 si n(2 nS / S 0')/ S 0' 2 得 当S 0' =750时，且00=37.50,则有a>=0,即该过程为加速回程段 所以运动方程 S=h[1-( S / S 0' )+s in(2 nS / S 0') /(2 n )] 当S 0 =650时，且00< S <32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段 当S 0 =650时，且S >=32.50,则有a<=0,即该过程为减速推程段 所以运动方程 S=h

21、[( S / S 0) -si n(2 nS / S 0)/(2 n )] c0 0 0 0 0 0 0 0 S 0 5 10 15 20 25 30 35 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 单位: (mm) "0 0 0 0 0 S 40 45 50 「55 60 65 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 单位 (mm) .“0

22、 0 0 0 0 0 0 0 S 100 105 110 115 120 125 130 135 S 19.00 18.96 18.71 18.08 16.94 15.29 13.18 10.76  1400 0 145 0 150 0 155 0 160 0 165 0 170 0 175 S 8.24 5.82 3.71 2.06 0.92 0.04 0 0 单位 (mm) 凸轮廓线如下 四、飞轮设计 Mb 1 2 3 4 5 6

23、7 8 9 10 11 12 N. m -28.6 -51.3 -63.5 -37.6 -71.6 -50.0 -9.4 -1.1 45.4 0.52 51.5 -160.4 将各点的平衡力矩（即等效阻力矩）画在坐标纸上，如下图所示，平衡力矩 所做的功可通过数据曲线与横坐标之间所夹面积之和求得。依据在一个工作周期 内，曲柄驱动力矩（设为常数）所做的功等于阻力矩所做的功，即可求得驱动力 矩Md （常数）。在图纸中，横坐标为曲柄转角，一个周期为 2n，将一个周期分 为36等份；纵坐标轴为力矩。 ②根据盈亏功的原理，求得各盈亏功，并根据图纸上的能量指示图

24、，以曲柄 的平均力矩为分界线， 求出各区段盈亏功如下： △ W仁 8.578 △ W2=22.124 △ W3=1366.911 △ W4=939.895 △ W5=8.750 △ W6=3981.715 △ W7=647.629 △ W8=2048.790 △ W9=4429.004 △ W10=568.770 △ W11=1016.037 由此得到 △ Wmax吉 W9=4429.004 JF>=900A/Vmax/( n *n2 *［① JF= 1495.84 kg.m2 五、齿轮机构设计 已知：齿轮Z5 11，Z6 32,分度圆压力角 20°，模

25、数m 6 ,齿轮为正 常齿制，工作情况为开式传动，齿轮z6与曲柄共轴。 由于其中一齿轮齿数小于17,要避免产生根切现象必存在变位系数，必要增大 其中心距， 取 a' =130mm求得 '=21,142 ° 经计算后取变位系数： x5=0.393 mm > Xmi n5=0.3529 mm x6=-0.222 mm > Xmi n6=-0.8824 mm 分度圆直径： d5=m* Z5=66.0mm d6=m* Z6=192.0mm 基圆直径： db5= d 5*cos =62.024mm db6= d 6*cos = db6=180.433mm 齿厚： S5=( /

26、2 2x* tan )*m= 10.961mm S6=( /2 2x* tan )*m= 8.628 mm 齿顶高： ha5=(ha +x5)*m=8.329mm ha6 =(ha +x6)*m = 4.642mm 齿底高： * * hf5=( h a+c - x 5)*m=4.62mm hf6=( h *, +c*- x 6)*m=8.829mm 齿顶圆直径和齿底圆直径： da5= d 5+ 2h a5=83.618mm d f 5 = d 5 -2h f5 =56.675mm da6= d 6 +2ha6 =200.325 mm df6= d 6-2h f6=17

27、3.382mm 重合度： 1 厂［Z5(ta n a5 tan ) Z6(tan a6 tan )］=1.390 六、心得体会 对于机械原理 , 我对其一直表示很害怕 ,因为我听学长学姐说机械原理这门 课很难学， 很多人都挂在这上面了。 因此，我在平时花费在机械原理的时间也比 其他课多很多，期末考试成绩也不错。 机械原理课程设计——这是我入大学的一次做课程设计。 开始我不知道什么 是课程设计， 因此有些茫然和不知所措， 但在老师的指导和同学的互相帮助下还 是按时完成了设计。这次课程设计让我体会很深，也学到了很多新东西。 “纸上 得来终觉浅，觉知此事要躬行” ，不经过实践，我们又怎么

28、能将书里的知识与实 际联系在一起。 在这次课程设计中， 充分利用了所学的机械原理知识， 根据设计要求和运动 分析，选用合理的分析方案，从而设计出比较合理的机构来。这次课程设计，不 仅让我们把自己所学的知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构， 也让我们深刻体会到团体合作的重要性， 因为在以后的学习和工作中， 但靠我们 自己个人的力量是远远不够的， 必须积聚大家的智慧， 才能创造出令人满意的产 品来。 通过这次试验我才亲身体会到自己学的知识与实际动手之间还有一定的差 距。首先在画图方面， 如何布局才能使图让人清晰易懂， 不显得空旷和不浪费纸 张。其实要事先想好在哪一部分画什么， 并确定相应的比例尺。 在对结构进行力 的分析的时候， 首先要确定各杆的运动方向， 再确定其受力方向。 在画图的时候 要力求精确，只有这样才能使计算结果与实际相差不大。 在画图的过程中， 间接 的帮我们复习了以前的知识，比如机械制图，理论力学等。 同时，这次课程设计也为我们以后的毕业设计打下了一个基础， 我相信， 经 过这次设计，我们毕业设计的时候不再会象现在这么茫然了，也一定能做好它。 七、参考书籍 1. 《机械原理》（第七版）————孙恒 , 陈作模 等主编 2. 《材料力学》（第五版）————刘鸿文主编 3. 《机械原理课程设计指导书》————罗洪田主编