毕业设计（论文）-基于MATLAB_SIMULINK的简易冲压机构运动和动力学分析.doc

基于基于matlab_simulinkmatlab_simulink的简易冲压机构运动和动力学分析的简易冲压机构运动和动力学分析 摘要摘要 本文以冲压机为研究对象，以造价低、结构简单为基础，通过方案对比及力的分析, 从而设计出合适的冲压机。本文阐述了主执行机构、送料机构及传动系统的设计过程。 首先确定执行机构的运动方案，设计机构尺寸参数，绘制系统工作循环图。以matlab- simulink程序设计语言为平台,建立了冲压机构的数学模型,对主执行机构进行运动学分 析，得到冲压头的位移图，速度图和加速度图；再而对主执行机构进行动态静力分析， 可得到机构的平衡力矩线图、支座反力线图；根据运动学和动力学的仿真结果确定飞轮 的转动惯量和传动方案，并绘制传动机构的装配图。 关键词：关键词：matlab，冲压机构，运动学，动力学 abstract in this paper the stamping machines for research object, by the low cost, simple in structure as the foundation, through the analysis of the scheme contrast and force, so as to design the proper stamping equipment in the paper, the main actuators transfer feeder and transmission system, the design process of first make sure actuator movement scheme, design organization size parameters, rendering system work cycle picture of matlab programming language for-simulink platform, established stamping the organization mathematical model and main actuators kinematic analysis, get the displacement map punching head, speed and acceleration figure figure; then the lord actuators to dynamic static analysis, can get the balance of the organization chart torque counteracting force chart; based on the kinematics and dynamics simulation results to determine the flywheel rotary inertia and transmission scheme, and drew the transmission mechanism. keywords: matlab, stamping institutions, kinematics and dynamics 目 录 第一章 绪论1 1.1 冲压机的概述1 1.2 冲压机的发展历程1 1.3 冲床的发展展望1 第二章 执行机构系统运动方案设计2 2.1 执行机构系统型式设计3 2.2 绘制系统工作循环图5 第三章 机构尺度参数确定7 3.1 主执行机构尺寸参数7 3.2 辅助执行机构（送料机构）尺寸参数及设计8 第四章 主执行机构的运动分析10 4.1 rrrrrp 六杆机构 matlab 仿真模型.10 4.2 建立初始条件11 4.3 rrrrrp 六杆机构的 mailab 仿真结果.11 第五章 主执行机构的动态静力分析14 5.1 rrrrrp 六杆机构 matlab 仿真模型.14 5.2 rrrrrp 六杆机构 matlab 动力学仿真结果.17 第六章 确定飞轮机构的转动惯量20 6.1 求驱动力矩20 d m 6.2 确实最大盈亏功及飞轮的转动惯量21 max a f j 第七章 传动机构运动参数和动力参数23 7.1 传动方案的拟定23 7.2 电动机选择23 7.2.1 电动机类型选择23 7.2.2 电动机功率选择23 7.2.3 确定电动机转速24 7.2.4 选择电动机型号24 7.3 计算各轴的运动参数和动力参数24 7.4 v 带传动的设计.26 7.5 高速级齿轮传动的设计计算27 7.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数27 7.5.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸27 7.5.3 确定传动尺寸29 7.6 低速级齿轮传动的设计计算31 7.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数31 7.6.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸31 7.6.3 确定传动尺寸33 7.7 中间轴的设计与计算35 7.8 高速轴的设计与计算36 7.9 低速轴的设计与计算39 结 论42 致 谢43 参考文献44 附 录45 福州大学本科生毕业设计（论文） 0 第一章第一章 绪论绪论 1.1 冲压机的概述 在国民生产中，冲压工艺由于比较传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对 操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点， 因而它的用途越来越广泛。冲压机广泛应用精密电子、通讯、电脑、家用电器、汽车零 部件、马达定转子等小型精密零件的冲压加工。适合于大量生产的精密电子、五金零件。 冲压机的设计原理是将圆周运动转换为直线运动，由主电动机出力，带动飞轮，经 离合器带动齿轮、曲轴(或偏心齿轮)、连杆等运转，来达成滑块的直线运动，从主电动机 到连杆的运动为圆周运动。连杆和滑块之间需有圆周运动和直线运动的转接点，其设计 上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型(圆柱型) ，经由这个机构将圆周运动转换 成滑块的直线运动。 1.2 冲压机的发展历程 冲压行业从 6070 年代的日本的 aida 到现在国内自主冲床上百种品牌的今天， 经历多次的变革和发展，规格类型、产业化不断分细一致各行业都出现了自己专用的冲 压设备。 1.3 冲床的发展展望 在持续严峻的经济环境中，无切削成形是冲床厂企业与对手拉开距离和竞争中胜出 的有力手段，而且环保是 21 世纪的主题，作为环保的加工方法将是主要的发展方向。无 切削成形中高精度、高附加值形状的成形是不可或缺的，为了实现这些要求就必须了解 从材料到成品的全过程综合技术。冲床就其中一个重要的技术要素。 依据驱动机构的不同，机械式冲床有：冲压加工中应用最广泛的曲轴式冲床，下死 点附近速度最慢的肘杆式冲床，以及滑块速度在下死点以上很高位置就开始减慢且具有 很高扭矩能力的连杆式冲床。用锻造冲床时，以生产性为重时就选用曲轴式冲床；如果 追求下死点附近的成形性就选用肘杆式冲床；若需要很高位置上的成形或闭塞锻造的话 就选用连杆式冲床。为了实现无切削成形，对冲床的功能要求越来越高。冲压机械的发 展趋势正向高精度、高刚性、合适的滑块运动特性、智能化、多方向运动、甚至环保方 向发展。 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 1 第二章 执行机构系统运动方案设计 执行机构系统的运动方案设计是械系统总体方案设计的核心，它对机械能否实现预 期的功能、性能的优劣、经济效益的好坏以及产品在市场上的竞争力，都起着决定性的 作用，也是一项比较繁难的工作。它涉及到如何根据功能和动力性能要求选定工作原理； 如何根据工作原理选择运动规律；如何根据运动规律和动力性能要求选择或创新不同的 机构型式并将其巧妙地组合，构思出各种可能的运动方案来满足这些功能或运动规律要 求；如何通过方案评价、优化筛选，从众多可行方案中选择最佳的方案。我们不仅应对 各种基本机构及其演化、运动原理、工作特性和使用场合及各种设计方法有较深入和全 面的了解，而且还需要具备一定专业和实际知识，充分发挥自己的想象力和创造才能， 灵活运用各种设计技巧才能使说设计的机构系统运动方案新颖高效、实用可靠。因此机 械执行系统的方案设计又是一项最富创造性的工作。 10 执行机构系统运动方案设计过程和内容可用图 21 所示流程框图来表示。 功能原理设计 功能分解直至分解到功能元 寻求功能元的解 评价功能元的解并初定几组较佳解 运动方案综合并评价决策最佳解 完成机械运动循环图 各机构的尺度综合 是否满足条件 机械系统运动方案简图 改变机构尺寸 寻求新的功能解 寻求新的功能原理 改变组合 分析确定系统的总功能 福州大学本科生毕业设计（论文） 2 图 2-1 执行机构系统运动方案设计流程框图 2.1 执行机构系统型式设计 该冲压机械包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构。 冲压机构的主动件是曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模） ，行程中有等速运 动段（称工作段） ，并具有急回特性；机构还应有较好的动力特性。要满足这些要求， 用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现的。因此，需要将几个基本机构恰 当地组合在一起来满足上述要求。 送料机构要求作间歇送进，比较简单。实现上述要求的机构组合方案可以有许多 种。下面介绍几个较为合理的方案。 （1）齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构 如下图 22 所示，冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其 封闭为一个自由度。恰当地选择点 c 的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动 和工作段近于匀速的特性，并使压力角尽可能小。 送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运 动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。设计时，若使 log format long x1=60*pi/180 25*pi/180 100*pi/180 50.e-3 223.e-3 100.e-3 225.e-3 ; y1=rrrposi(x1) y1= 0.2511 1.4100 在已知图 4-2 机构简图中，60时，由位移分析计算出的25.01， 1 2 100.049，在此基础上，结合曲柄 1 的角速度 7.32 rad/s 及各个构件长度，求解 3 abcd 部分初始速度，则输入参数为 x2=60*pi/180 y1(1) y1(2) 7.32 50.e-3 223.e-3 100.e-3; y2=rrrvel(x2) y2 =-0.6357 2.8542 得构件 2 和构件 3 的角速度分别为=-0.6357rad/s，2.8542rad/s。接着，对 2 3 dcef 部分进行初始初始位移分析：注意到，df 与 x 轴的夹角为 =atan(50/220)=12.8042660 6 7 x3=y1(2)-atan(5/22) y2(2) 150.e-3 3 7.e-3 140.e-3 y3=ic4rrp(x3) y3 = 0.0253 0.0932 -4.3388 -0.3929 得构件 4 和构件 5 的角速度分别为=-4.3388 rad/s，-0.3929rad/s。 5 4.3 rrrrrp 六杆机构的 mailab 仿真结果 由于曲柄转速为 7.32rads 因此每转动 1 周的时间是 08579s，用绘图命令分别绘 制出滑块 5 的位移、速度、加速度和构件 4 的角速度和角加速度，仿真的图形如下图所 示，从该图可以看出这些参数也都是周期变化。 通过对滑块的位移分析，从图 4-1 可以看出滑块的行程为 150mm，能实现预定的位置； 通过速度和加速度分析可以看出滑块的速度、加速度变化规律具有具有慢速接近、匀速 工作进给，快速下沉运动特性。综合图 4-1，图 4-2，图 4-3 可看出当滑块到达下极限位 置时，它的速度和加速度达到最大；当滑块在上极限位置时，它的速度和加速度为最小。 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 11 图 4-1 冲压头的位移图 图 4-2 冲压头的速度图 福州大学本科生毕业设计（论文） 12 图 4-3 冲压头的加速度线图 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 13 第五章 主执行机构的动态静力分析 由原动件(曲柄 1)和 1 个 rrr 杆组、1 个 rrp 杆组所组成的 rrrrrp 六杆机构。各 构件的尺寸为 r1=50mm，r2=223mm，r3=100mm, r4=37mm，lde=150mm；各构件的质心为 rc1=25mm,rc2111.5mm,rc3=50mm，rc4=18.5mm；质量为 m1=2kg，m28.92kg，m34kg；m4=1.48kg，m5=36kg; 转动惯量为 j10.05kgm2，j2=0.223kgm2；j3=0.1kgm2，j40.037kgm2；构件 5 的工作阻 力 f6=5000n，其他构件所受外力和外力矩均为零，构件 1 以等角速度 7.32 rad/s 逆时针 方向回转。 5.1 rrrrrp 六杆机构 matlab 仿真模型 用到曲柄原动件、rrr 杆组和 rrp 杆组的 matlab 3 个运动学仿真模块和曲柄原动件、 rrr 杆组和 rrp 杆组的 3 个动力学仿真模块。这 6 个仿真模块的联接关系如图图 5-1 所示 。 8 图 5-1 rrr-rrp 六杆机构动力学仿真模块连接关系 在 simulink 环境下所建立的 rrrrrp 六杆机构动力学仿真模型如图 5-2 所示。 5 在图 5-2 中各积分模块的初值是以曲柄 1 的幅角为 60和角速度等于 7.32rads 逆时针 方向回转时，相应各个构件的位移、速度的瞬时值。9 个 matlab 函数模块分别为 crank.m，crank.m2, rrrki.m，rrpki.m，crankdy.m，rrrdy1.m，rrpdy.m, m3.m，force.m，其中 crank.m，crank.m2，rrrki.m，rrpki.m 这 4 个运动学仿真模块已 建立完；crankdy.m，rrrdy.m，m3.m，rrpdy.m 是要建立的 4 个动力学仿真模块；动力分 析时要考虑急回回程过程中，滑块是没有受到工作阻力所导致的。因此，在动力分析中， 当滑块回程时，所受到的外力(或外力矩）应该设置为零。rrpdy 的 m 函数要改，将外力 （力矩）用端口输入，这样才能改变其在滑块不同位置时，对应的不同值。所以本设计 要再编制一个计算外力的 force.m 函数（详细的 force.m 函数见附件 2） ，要求滑块工作 行程时，外力为工作阻力，急回行程时，滑块外力为 0。crank.m 函数模块的输入参数为 福州大学本科生毕业设计（论文） 14 曲柄的角位移、角速度和角加速度；输出参数曲柄端部(转动副 b)的加速度的水平分旦和 垂直分量。crank2m 函数模块的输人参数为构件 3 的长度、角位移、角速度和角加速度、 输出参数曲柄端部(转动副 e)的加速度的水平分量和垂直分量。rrrkim 函数模块的输 入参数为构件 2 和构件 3 的角位移和角速度、转动副 b 的加速度；输出参数是构件 2 和 构件 3 的角加速度以及转动副 c 的加速度。rrpkim 函数模块的输入参数为构件 4 的角 位移和角速度、转动副 e 的加速度以及滑块的速度；输出参数是构件 4 的角加速度和滑 块的加速度。rrpdym 函数（详细的 rrpdym 函数见附件 5）模块的输入参数为构件 4 的角位移、角速度和角加速度、滑块的加速度以及转动副 e 的加速度；输出参数为转动 副 e,f 和移动副的约束反力。rrrdym 函数（详细的 rrrdym 函数见附件 4）模块的输 入参数为构件 2 和构件 3 的角位移、角速度和角加速度、转动副 b 的加速度、构件 4 作 用到转动副 e 上的力转化到构件 3 上的力矩；输出参数为转动副 b，c 和 d 的约束反力。 crankdy.m 函数（详细的 crankdy.m 函数见附件 3）模块的输入参数是曲柄原动件的角位 移、角速度和角加速度以及转动副 b 反作用力；输出参数是转动副 a 的约束反力和曲柄 上作用的驱动力矩。m3.m 函数（详细 m3.m 函数见附件 6）是将构件 4 上的 e 点处的外力 转化为作用于构件 3 质心处的力和力矩。每个数据线上标注了相应变量，常量模块放置 了各个构件的尺寸，长度单位为 m，角度单位 rad/s。 6 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 15 图 5-2 rrrrrp 六杆机构动力学仿真模型 福州大学本科生毕业设计（论文） 16 5.2 rrrrrp 六杆机构 matlab 动力学仿真结果 用绘图命令 plot(tout，simout2(：，1)，plot(tout，simout2(：，2)， plot(tout，simout2(：，3)，plot1(tout，simout2(：，5)和 plot(tout，simout3(：，5)分别绘制出转动副 a 的约束反力、驱动力矩 m1 及其功率曲 线，以及移动副的约束反力，如图 5-3 所示。从图 5-3 中看出，除了可以获得转动副 a 的约束反力、驱动力矩从及其功率曲线以及移动副的约束反力外，其他转动副的约束反 力和有关的运动学参数等也可以得到。从图 5-3 可以看出，在经过 0.8579s 后，各个参 数周期变化。 由滑块的位移图（图 4-1）和曲柄上作用的力矩（图 5-5）可知，当滑块在下极限位 置时，曲柄上作用的力矩为最小值 0；当滑块在上极限位置时，曲柄上作用的力矩为最大 值 330 。说明了滑块在工作行程时，曲柄上的力矩是由小变大；滑块回程时，曲柄mn 上的力矩由大变小。 图 5-3 转动副 a 的水平支座反力 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 17 图 5-4 转动副 a 的垂直支座反力 图 5-5 曲柄上作用的力矩 福州大学本科生毕业设计（论文） 18 图 5-6 曲柄的功率曲线图 图 5-7 滑块移动副的约束反力 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 19 第六章 确定飞轮机构的转动惯量 机械在正常运动中会由于一些外在因素的影响而引起速度的波动，会在运动副中引 起新的力，导致机械运动不稳，引起振动等，限制了正常的机械加工进行并降低了机械 的使用寿命，为了尽可能的减少这种外在因素对机械加工的不良影响，需要用到飞轮， 通过飞轮的作用减少机械速度的波动，从而使机械能够在较为理想的环境中进行工作。 12 6.1 求驱动力矩 d m 冲压期间工作阻力的平均功率 (式中 t 为工作时间)，因为一个周期内,驱动 t w p r 力矩与阻力的功必须相等, ,。所以有 =pxt（p、t 由图 6-1 可分别读 rd ww rd wm2 出，p=640w,t=0.8579s） ，则驱动力矩 =（640x0.8579）/(2x3.14)=87.4 d m)2/(ptmn 图 6-1 曲柄的功率曲线图 福州大学本科生毕业设计（论文） 20 6.2 确实最大盈亏功及飞轮的转动惯量 max a f j 6-2 阻力矩变化曲线和-t 和驱动力矩变化曲线-t 图 6-3 能量指示图 r m d m 将-t 与-t 曲线的交点分别标注 o、a、b、c。将各个区间-t 与-t 所围 r m d m r m d m 面积区分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号(图 6-2)。然后根据各区间盈亏功的数 值大小按比例作能量指示图（图 6-3）如下：首先自 o 向下作 oa 表示 oa 区间的亏功， aoa=022x100/2+0.22x（220-86）+（0.3-0.22）x（220-86）/2=42，向上作 ab 表示mn ab 区间的盈功，aab=（0.81-0.3）x86=45.86，向下作 bc 表示 bc 区间的亏功，mn abc=（0.8579-0.81）x（220-86）/2=3.mn 由图可知，最大盈亏功=aab-aoa=45.86-（-42）=87.86j max a 所以飞轮的转动惯量： 2 22 max 79.32 05. 032. 7 86.87 mkg w a j m f 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 21 图 6-3 等效阻力矩变化曲线 r m 图 6-4 驱动力矩变化曲线 d m 福州大学本科生毕业设计（论文） 22 第七章 传动机构运动参数和动力参数 7.1 传动方案的拟定 采用皮带轮、二级展开式圆柱斜齿轮减速器、联轴器构成传动机构。如图 7-1 所示。 图 7-1 7.2 电动机选择 7.2.1 电动机类型选择 电动机的类型根据动力源和工作条件，选用 y 系列三相异步电动机。 7.2.2 电动机功率选择 根据已知条件可以计算出工作机功率为： kw wlfwmp w 83 . 1 32. 705 . 0 5000 111 工作机的转速 n(r/min)为：为计算电动机的所需功率，先确定从电动min70rn d p 机到工作机之间的总效率。 查表可知传动装置中每对运动副或传动副的效率选择如下： 类型数量效率 联轴器1 个 99. 0 1 滚动轴承3 对 98 . 0 2 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 23 圆柱齿轮2 对 97 . 0 3 v 带1 个 96 . 0 4 则传动装置的总效率为： 842 . 0 96. 097 . 0 99 . 0 99 . 0 23 4 2 3 3 21 电动机所需的功率为 kwpp wd 1755 . 2 8412. 0/83 . 1 / 根据电动机所需功率选取电动机的额定功率为 3kw。 7.2.3 确定电动机转速 计算工作转速：n=70r/min 经查表按推荐的传动比合理范围，v 带传动的传动比 ，二级圆柱斜齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为42 1 i408 2 i ，电动机转速的可选范围为16016 a i min/70)16016( rnin ad min/)112001120(r 7.2.4 选择电动机型号 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定 型号为 y100l2-4 的三相异步电动机，额定功率为 3，满载转速，同kwmin/1420rnm 步转速。min/1500r （1）计算总传动比及传动比分配 （2）总传动比 2 .20 70 1420 n n i 电动机 总 （3）传动装置传动比分配 根据表 2-3，取带传动的传动比，则减速器的总传动比为2 3 i 1 . 102/ 2 . 20i 双级圆柱斜齿轮减速器高速级的传动比为 6 . 32 .103 . 13 . 1 1 ii 低速级的传动比为 8 . 26 . 3/ 2 . 10/ 12 iii 7.3 计算各轴的运动参数和动力参数 （1）各轴转速 福州大学本科生毕业设计（论文） 24 1420/2710r/min n 0 /inm 710/3.6197.2r/min n 1 / in / 197.2/2.8=70 r/min n n 2 i =70 r/min n n （2）各轴输入功率 2.17430.962.0873kw p d p 1 22.08730.980.971.984kw p p 3 21.9840.980.971.8862kw p p 3 24=1.88620.980.991.83kw p p 则各轴的输出功率： 0.98=2.045 kw p p 0.98=1.944 kw p p 0.98=1.848kw p p 0.98=1.793 kw p p （3）各轴输入转矩 电动机轴的输出转矩 =9550 =95502.174/1420 =14.62 nm d t m d n p 则各轴输入转矩 =14.6220.96=28 nm t d t 0 i 1 =283.60.980.97=96 nm t t 1 i 1 2 =962.80.980.97=255.52nm t t 2 i 2 3 =255.520.980.99=247.9 nm t t 3 4 输出转矩：0.98=27.44 nm t t 0.98=94.08 nm t t 0.98=250.4nm t t 0.98=242.9 nm t t 运动和动力参数结果如下表 功率 p kw转矩 t nm轴名 输入输出输入输出 转速 r/min 电动机轴 2.17414.621430 高速轴 2.0872.0452827.44710 中间轴 1.9841.9949694.08197 低速轴 1.8861.848255.52250.470 工作轴 1.831.793247.9242.970 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 25 7.4 v 带传动的设计 （1）确定计算功率 由1表8-7查得，当工作于题中所给条件时，工作系数，则2 . 1 a k kwkwpkp ac 6 . 2)174 . 2 2 . 1 ( 0 （2）选择 v 带型号 根据，n=1420r/min，由15中图8-11初步选用 a 型 v 带。kwpc62 . 2 1157 p （3）选取带轮基准直径 d d 由15中表8-6和表8-8选取小带轮基准直径，则大带轮基准直径 157155 pmmdd90 1 132dd didmmmm180)902( （4）验算带速 v smsm nd v md /68 . 6 / 100060 142090 100060 1 在范围内，带能够充分发挥。sm/305v （5）确定中心距 a 和带的基准长度 d l 在范围内，即：范围内初定中心)(2)(7 . 0 21021dddd ddadd540189 0 a 距，所以带长mma350 0 0 2 12 2100 4 )( )( 2 2 a dd ddal dd ddd mm 3504 )90180( )18090( 2 3502 2 mm97.1175 由15中表8-2选取 a 型带的基准长度 146 p mmld1250 得实际中心距 mm ll aa dd ) 2 97.11751250 350( 2 0 0 mm015.387 （6）验算小带轮上的包角 1 a dd dd 3 . 57 )(180 121 12067.166 95.387 3 . 57 )90180(180 所以，包角合适。 （7）确定 v 带的根数 z 福州大学本科生毕业设计（论文） 26 因为，带，传动比,由15中表mmdd90 1 min/1420 0 rn smv/68 . 6 2i 153152 p 8-4a 和表8-4b，用插值法得单根 v 带所能传递的功率，功率增量kwp114 . 1 0 ，查表8-51得包角修正系数，带长修正系数，则由kwp162 . 0 0 97 . 0 k93. 0 l k 公式得： 25.2 93.097.0)162.014.1( 6.2 )( 00 l a r ca kkpp pk p p z 故选3根带。 （8）确定带的初拉力 0 f 单根普通带张紧后的初拉力为 2 min0 )5 . 2( 500qv zvk pk f ca n 2 68 . 6 18 . 0 68 . 6 397 . 0 6 . 2)97 . 0 5 . 2( 500 =110.353n （9）计算带轮所受压力 q f 利用公式 2 sin2 1 0 zffq nfq) 2 67.166 sin353.11032( n64.657 7.5 高速级齿轮传动的设计计算 7.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按以上的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 （2）运输机为一般工作，速度不高，故选用 8 级精度（gb 10095-88） 。 （3）材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿 轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为 190hbs,236hbs，二者材料硬度差为 46hbs。 （4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。23 1 z83236 . 32z83 2 z 7.5.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸 （1）按齿面接触强度设计 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 27 由设计公式进行试算，即 2 1 3 1 ) ( 12 h eh d t t zz u utk d 确定公式内的各计算数值 1) 试选载荷系数4 . 1 t k 2) 由以上计算得小齿轮的转矩 mnt 28 1 3) 选取齿宽系数1 . 1d 4) 材料的弹性影响系数 2 1 8 . 189 mpaze 5) 初选螺旋角=12 6) 端面重合度近似为 1.88-3.2（） 21 11 zz cos 56. 112cos) 83 1 23 1 (2 . 388 . 1 轴向重合度为：tan318 . 0 1 z d =1.7112tan231 . 1318 . 0 由11中图 8-3 查得重合度系数=0.775 69 p e 7）由11中图 11-2 查得螺旋角系数 z=0.99 185 p 8）许用接触应力可用下式计算 h hn h s z 1lim 1 由11中图 8-4a 查接触疲劳极限应力 70 p mpa h 580 1lim mpa hllm 390 2 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为： 9 11 10363 . 1 )825082(171060 60 h jlnn 8 9 2 1078 . 3 6 . 3 10363. 1 n 由11中图 8-5 得，接触疲劳寿命系数 71 p0 . 1 1n z 14 . 1 2 n z 由11中表 8-20 取安全系数 71 p1 h s 则小齿轮的许用接触应力为 福州大学本科生毕业设计（论文） 28 mpampa s k hhn h 580 1 )5801 ( 1lim1 1 大齿轮的许用接触应力为 mpampa s k hnh h 445 1 )39014. 1 ( 2lim2 2 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为 h t d1 3 2 2 1 1 )( 12 h he d t zzzz u ukt d mm 445 97 . 0 775. 043. 28 .189 36. 3 36. 4 1 280004 . 12 3 2 mm02.59 7.5.3 确定传动尺寸 (1)计算圆周速度 100060 11 nd t sm/19 . 2 100060 71002.5914 . 3 (2)计算载荷系数 k 使用系数=1 a k 根据,8 级精度, 由15中表 10-8 得smv/19 . 2 194 p 动载系数=1.13, v k 由15中表 10-4 得：k = 1.11 196 p 由15中表 10-3 得: k=1.2 195 p 故载荷系数: k=11.131.111.2=1.505 kkkk va (3)对进行修正，按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 t d1 59.02=60.5mm3 11 t t k k dd 4 . 1 505. 1 3 (4)确定模数 n m = n mmm z d 57 . 2 23 12cos 5 . 60cos 1 1 按表 8-23，取mmmn5 . 2 (5)计算传动尺寸 中心距为mm 46.135 122 )8323(5 . 2 2 )( 21 1 coscos zzm a n 圆整 取=140mm 1 a 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 29 则螺旋角 83.18 1402 )8623(5 . 2 2 )( cos 21 a zzm ar n 因值与初选值相差较大，故对与有关的参数进行修正由11中 p图 9-2 查得节点区 119 域系数=2.43，则断面重合度为 h z 1.88-3.2（） 21 11 zz cos = 83.18cos) 83 1 23 1 (2 . 388 . 1 =1.61 轴向重合度为： 74 . 2 83.18tan231 . 1318 . 0 tan318 . 0 1 z d 由11中图 8-3 查得重合度 z=0.775，由11中图 11-2 差螺旋角系数 69 p 185 p =0.97，则 z = 3 2 2 1 1 )( 12 h he d t t zzzz u utk d 3 2 ) 445 97 . 0 775 . 0 43 . 2 8 . 189 ( 6 . 3 16 . 3 1 . 1 28000205 . 1 2 =42.4mm 精确计算圆周速度为： sm nd v t /58 . 1 100060 710 4 . 4214 . 3 100060 11 由11中图 8-6 查得动载荷系数=1.1 71 p v k k= kkkk va 47 . 1 2 . 111 . 1 1 . 11 mm z d m t n 74 . 1 23 83.18cos 4 . 42cos 1 1 由11中表 8-23，取，则高速级中心距为 74 p5 . 2 n m mm zzm a n 140 83.18cos2 )8323(5 . 2 cos2 )( 21 1 则螺旋角修正为 83.18 1402 )8323(5 . 2 cos 2 )( cos 21 ar a zzm ar n 修正完毕，故 mm zm d mm zm d n n 23.219 83.18cos 835 . 2 cos 75.60 83.18cos 235 . 2 cos 1 2 1 1 福州大学本科生毕业设计（论文） 30 取=67mmmmdb d 825.6675.601 . 1 12 2 b 取75mm)105( 21 bb 1 b （6）计算齿轮传动其他的几何尺寸 端面模数 mm m m n t 641. 2 83.18cos 5 . 2 cos 齿顶高5 . 25 . 21 * naa mhh 齿根高mmmchh naf 125 . 3 5 . 2)25 . 0 1 ()( * 全齿高mmhhh fa 625 . 5 125 . 3 5 . 2 顶隙mmmcc n 625 . 0 5 . 225. 0 * 齿顶圆直径为 mmhdd mmhdd aa aa 23.2245 . 2223.2192 75.655 . 2275.602 22 11 齿根圆直径为 mmhdd mmhdd ff ff 98.212125. 3223.2192 5 . 54125. 3275.602 22 11 7.6 低速级齿轮传动的设计计算 7.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)运输机为一般工作，速度不高，故选用 8 级精度（gb 10095-88） 。 (2)材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮 的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为 190hbs,236hbs，二者材料硬度差为 46hbs。 (3)选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。25 3 z70258 . 2 4 z70 2 z 7.6.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸 (1)按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 2 3 3 1 ) ( 12 h eh d t t zz u utk d 确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数4 . 1 t k 2)由以上计算得小齿轮的转矩 mnt52.255 3 3)选取齿宽系数1 . 1d 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 31 4)材料的弹性影响系数 2 1 8 .189 mpaze 5)初选螺旋角=11，由图查得节点区域系数=2.465 h z 6)端面重合度近似为 1.88-3.2（） 21 11 zz cos 56. 112cos) 83 1 23 1 (2 . 388 . 1 轴向重合度为：tan318 . 0 1 z d =1.7112tan231 . 1318 . 0 由11中图 8-3 查得重合度系数=0.775 69 p e 7)由11中图 11-2 查得螺旋角系数 z=0.99 185 p 8)许用接触应力可用下式计算 h hn h s z 1lim 1 由11中图 8-4a 查接触疲劳极限应力 70 p mpa h 580 1lim mpa hllm 390 2 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为： 8 12 1078 . 3 )825082(119760 60 h jlnn 8 8 4 1035 . 1 8 . 2 1078 . 3 n 由11中图 8-5 得，接触疲劳寿命系数： 71 p ， 14 . 1 3 n z2 . 1 2 n z 由11中表 8-20 取安全系数 71 p1 h s 则小齿轮的许用接触应力为 mpampa s k hn h 2 . 661 1 )58014. 1 ( 1lim3 3 大齿轮的许用接触应力为 mpampa s k hnh h 468 1 )3902 . 1 ( 2lim2 4 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为 h t d3 3 2 2 3 3 )( 12 h he d t t zzzz u utk d 福州大学本科生毕业设计（论文） 32 mm 468 99 . 0 775. 0465. 2 8 . 189 8 . 2 8 . 3 1 2555204 . 12 3 2 mm917.57 7.6.3 确定传动尺寸 （1）计算圆周速度 100060 23 nd t sm/59. 0 100060 197917.5714. 3 （2）计算载荷系数 k 使用系数=1 a k 根据,8 级精度, 由15中表 10-8 得smv/59 . 0 194 p 动载系数=1.07, v k 由15中表 10-4 得 k = 1.11 196 p 由15中表 10-3 得: k=1.2 195 p 故载荷系数: k=11.071.111.2=1.43 kkkk va （3）确定模数 n m = n mmm z d 3 . 2 25 11cos917.57cos 3 3 按表 8-23，取mmmn5 . 3 （4）计算传动尺寸 低速级中心距为 mm coscos zzm a n 36.169 112 )7025(5 . 3 2 )( 43 12 圆整 取 mma170 2 则螺旋角 05.12 1702 )7025(5 . 3 2 )( cos 43 a zzm ar n 因值与初选值相差较大，故对与有关的参数进行修正有15中图 9-2 查得节 119 p 点区域系数=2.43，则断面重合度为 h z 1.88-3.2（） 21 11 zz cos =1.67 05.12cos) 70 1 25 1 (2 . 388 . 1 轴向重合度为： 86. 105.12tan251 . 1318 . 0 tan318 . 0 1 z d 由11中图 8-3 查得重合度 z=0.775，由图 11-2 差螺旋角系数=0.991，则 69 p z 基于 matlab_simulink 的简易冲压机构运动和动力学分析 33 3 2 2 3 2 )( 12