机械原理压床设计.doc

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机械原理课程设计说明书 设计题目：压 床 机 构 设 计 工程 院（系） 机械制造 专业 班级 学号 设计者 指导老师 完成日期 2009 年7 月 10日 一、压床机构设计要求 1 ．压床机构简介及设计数据 1.1压床机构简介 图9—6所示为压床机构简图。其中，六杆机构ABCDEF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。 1.2设计数据 1.1机构的设计及运动分折 已知：中心距x1、x2、y, 构件3的上下极限角，滑块的冲程H，比值CE／CD、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l号图纸上。 1.2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。 1.3飞轮设计 已知：机器运转的速度不均匀系数δ．由两态静力分析中所得的平衡力矩Mb;驱动力矩Ma为常数，飞轮安装在曲柄轴A上。 要求：确定飞轮转动惯量J。以上内容作在2号图纸上。 1.4凸轮机构构设计 已知：从动件冲程H，许用压力角[α ]．推程角δ。，远休止角δı，回程角δ'，从动件的运动规律见表9-5，凸轮与曲柄共轴。 要求：按[α]确定凸轮机构的基本尺寸．求出理论廓 线外凸曲线的最小曲率半径ρ。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 压床机构设计 二、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/min 符号 X1 X2 y ρ' ρ'' H CE/CD EF/DE n1 BS2/BC DS3/DE 数据 50 140 220 60 120 180 1/2 1/4 100 1/2 1/2 1、 作机构运动简图 如图所示 机构运动速度分析： 项目 LAB LBC LDE LEF LBS2 LDS3 LCD 数值 69.01 314.42 210 52.5 157.21 105 140 单位 mm 已知：n1=90r/min； = rad/s = =9.425 逆时针 = ·lAB = 9.425×0.06901≈0.65 m/s = + 大小 ? 0.65 ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 选取比例尺μv=0.005m/s/mm，作速度多边形图 ＝· ＝0.005×121.2=0.606m/s ＝· ＝0.005×25.68=0.128m/s ＝· ＝0.005×181.8=0.909m/s ＝· ＝0.005×182.6=0.913/s ＝·＝0.005×34.95=0.175m/s ＝·＝0.005×125.1mm ＝0.626m/s ＝·＝0.005×90.88mm ＝0.454m/s ∴＝＝0.128/0.31442=0.407rad/s (顺时针) ω＝＝0.606/0.140=4.329rad/s (逆时针) ω＝＝0.175/0.0525=3.333rad/s (顺时针) 机构运动加速度分析： 项目 数值 0.65 0.606 0.909 0.913 0.626 0.454 9.425 0.407 4.329 3.333 单位 m/s Rad/s aB=ω12LAB=9.4252×0.06901=6.130m/s2 anCB=ω22LBC=0.4072×0.31442=0.052m/s2 anCD=ω32LCD=4.3292×0.14=2.624m/s2 aC= anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大小： ？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 选取比例尺μa=0.05m/s/mm,作加速度多边形图 aC=·=0.05×85.63=4.282m/s2 ae=·=0.05×128.45=6.422m/s2 atCB=·=0.05×178.4=8.919 m/s2 atCD=·=0.05×67.70=3.385 m/s2 aF = aE + anEF + atEF 大小： √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　　 ↑ 　　F→E ⊥EF aF=·=0.05×119.49=5.975 m/s2 as2=·=0.05×56.81=2.841m/s2 as3=·=0.05×64.22=3.211 m/s2 α2= atCB/LCB=8.919 /0.31442=28.37 m/s2 α3= atCD/LCD=3.385/0.14=24.18 m/s2 机构动态静力分析 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案Ⅲ 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 单位 N Kg.m2 一．各构件的惯性力，惯性力矩： FI2=m2*as2=G2*as2/g=1600×2.841/9.8=463.84N（与as2方向相同） FI3=m3*as3= G3*as3/g=1040×3.211/9.8=340.76N（与as3方向相反） FI5= m5*aF=G5*aF/g=840×5.975/9.8=512.14N（与aF方向相反） Fr=Frmax/10=11000/10=1100N MI2=Js2*α2=1.35×28.37=38.30N.m （逆时针） MI3=Js3*α3=0.39×24.18=9.430N.m （逆时针） Ln2= MI2/FI2=38.30/463.84=82.57mm Ln3= MI3/FI3=9.430/340.76=27.67mm 二．计算各运动副的反作用力 (1)求力F45，F65 对构件5进行力的分析，选取比例尺μF=20N/mm， 作其受力图 构件5力平衡：F45+F65+Fr+FI5+G5=0 则F45=μF*L=20×122.09=2441.8N F65=μFL65=20×14.49=289.8N F43=-F45 (2)1.对构件2受力分析 杆2对点C求力矩得： FI2*L1 +Ft12*LBC-G2*L3=0； 463.84×0.1414+Ft12×0.31442-1600×0.06822=0；解得Ft12=138.56N 杆2对B点求力矩，可得： FI2*L4+G2L2 -Ft32*LBC =0 463.84×23.70+1600×68.22- Ft32×314.42=0 Ft32= 382.12N 2. 对构件3受力分析 由杆3对点C求力矩得： F43*L1-G3*L2+FI3*L3-Ft63*LCD =0； 2441.8×69.81-1040×34.37+ 340.76×0.5648-Ft63×140=0； 解得Ft63=963.64N 构件3对E点求矩得： Fn23*L6-Ft23*L5-FI3*L4-G3*L7-Ft63*LDE=0 Fn23×67.70-382.12×17.78-340.76×54.77-1040×103.69-963.64×210=0 Fn23=4757.33N. 3.求力Fn12，Fn63 对杆组23进行力的分析得： F43+FI3+G3+Ft63+Fn63+ FI2+G2+Fn12+Ft12=0 大小：√ √ √ √ ？ √ √ ？ √ 方向：√ √ √ √ √ √ √ √ √ 选取比例尺μF=20N/mm，作其受力图 则 Fn12=20×341.22=6824.4N； Fn63=20×110.7=2214.1N. (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb Mb=F21LAB=261.97×10×0.04928=129.10N.m F61=F21=261.97×10=2619.7N. 项目 FI2 FI3 FI5 MI2 MI3 Mb Fn63 Ft63 数值 463.84 340.76 512.14 38.30 9.430 2214.1 963.64 单位 N N.m N 项目 Fn12 Ft12 Fn23 Ft23 F34 F45 F56 F61 数值 6824.4 138.56 4757.33 382.12 2441.8 2441.8 289.8 单位 N 二． 凸轮机构设计 符号 h [α] δ0 δ01 δ0＇ 单位 mm （0） 方案1 17 30 55 25 85 所以有 H/r0=0.45, 即有 r0=H/0.45=17/0.45=37.778mm 取r0=39mm 取rr=5.6mm 在推程过程中： 由a=π2Hω2 cos(πδ/δ0)/（2δ02）得 当δ0 =550时，且δ<=22.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段, 当δ0 =550时,且δ>=22.50, 则有a<=0,即该过程为减速推程段 所以运动方程S=H[1-cos(πδ/δ0)]/2 δ 00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 S 0 0.344 1.349 2.934 4.969 7.29 9.71 12.091 14.066 15.651 16.656 17 单位 (mm) 在回程阶段，由a=-π2Hω2 cos(πδ/δ0’)/（2δ’02）得 当δ0 =850时，且δ<=42.50,则有a<=0,即该过程为减速回程段, 当δ0 =850时,且δ>=42.50, 则有a>=0,即该过程为加速回程段 所以运动方程S=H[1+cos(πδ/δ0’)]/2 δ 00 50 100 150 200 250 300 350 400 S 17 16.855 16.426 15.725 14.782 13.622 12.289 10.826 9.284 δ 450 500 550 600 650 700 750 800 850 S 7.716 6.174 4.711 3.378 2.218 1.273 0.574 0.145 0 单位 (mm) 11