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压床机构压床机构 设计计算说明书设计计算说明书 姓姓 名：名： 学学 号：号： 班班 级：级： 指导老师：指导老师： 年 月 I 目 录 第第 1 章章 问题的提出问题的提出.1 第第 2 章章 设计要求与设计数据设计要求与设计数据.1 第第 3 章章 机构选型设计机构选型设计.2 3.1 选择不同的方案 .2 3.2 两种设计方案的优缺点比较 .3 第第 4 章章 压床机构的设计压床机构的设计.4 第第 5 章章 凸轮机构设计凸轮机构设计.9 第第 6 章章 齿轮机构设计齿轮机构设计.10 第第 7 章章 结论结论.11 第第 8 章章 收获与体会收获与体会.12 1 第第 1 章章 问题的提出问题的提出 压床机械是由六杆机构中的冲头（滑块）向下运动来冲压机械零件的一种机构， 它是应用广泛的锻压设备，用于钢板矫直，压制零件等，大部分压床都适用于金属或 非金属零件的压印、成型、浅拉伸、整形及压力装配。为了能使压床机构在工作过程 中能发挥出它最大的价值，就要在设计该机构的时候注意以下一些要求： （1）设计出一个连杆机构，保证其自由度 F=1，以实现滑块的上下移动。 （2）如何保证滑块在进行移动的时候能保持连贯性。 （3） 针对工作环境的不同和装卸货物的不同，因设计出滑块的最大提升高度，以 及其它连杆的极限位置。 （4）在设计机构的时候，要考虑其维修的难易程度，不能比市面上的压床复杂， 在设计其局部零件的时候，要采用通用的零件结构，以免在以后发生故障时能方便维 修。 （5）机构的材料在保证牢固的前提下要考虑其经济成本，不能只考虑材料的坚固 程度，要让机构有推广的空间和市场 第第 2 章章 设计要求与设计数据设计要求与设计数据 2.1 设计要求：设计要求： （1）依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图，并 分析组成机构的基本杆组。 （2）假设曲柄等速转动，画出滑块 5 的位移和速度的变化规律曲线。在压床工作 过程中，在不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩。 （3）取曲柄轴为等效构件，要求其速度波动系数小于 10，确定应加于曲柄轴上 的飞轮转动惯量。 （4）确定传动系统方案，设计传动系统中各零部件的结构尺寸。 2.2 设计数据设计数据 2 已知 参数 1 x （mm ） 2 x （mm ） y （mm ） 1 （） 2 （） H （mm ） CD CE DE EF （r/min 1 n ） 150140220601201501/21/4100 260170260601201801/21/490 370200310601202101/21/490 由以上数据中选择第三组数据作为本次设计的基本数据，由此可得： ,=60,=120；, 1 70xmm 2 140xmm310ymm 1 2 1 2 CE CD 1 4 EF DE 滑块 5 的行程为 210。mm 第第 3 章章 机构选型设计机构选型设计 3.1 选择不同的方案选择不同的方案 方案一：曲柄滑块机构方案一：曲柄滑块机构 简单的连杆机构，用曲柄带动滑块实现压床上下的来回运动。设计的机构简图如 3-1。 图 3-1 曲柄滑块机构 方案二：曲柄六杆机构方案二：曲柄六杆机构 3 所设计的机构简图如 3-2 图所示，多了另一个支点，能使滑块移动更平稳。 图 3-2 曲柄六杆机构 3.2 两种设计方案的优缺点比较两种设计方案的优缺点比较 对方案一：该方案机构简单，不需要很多的铰接点，生产成本低，但是该机构的 稳定性能不佳，在使用过程中需要一个滑槽提供移动副，会使冲头在运动过程中产生 滑动摩擦，从而降低了该机构的效率。所以，在实际工程中，这种机构的实用性能有 待商榷。 对方案二：该机构在原先的四杆机构的基础上多了一个固定铰链点的杆件，并通 过杆件将冲头的移动副设置成不需要依靠机架提供，这样就使得机构的效率大大提高 了，而且六杆机构也使得机构更稳定，在实际工程中也有了更加广阔的应用空间。所 以，综合以上的两种机构的优缺点，方案二为最佳可行方案，按照所选取的数据，可 以设计出满足要求的机构。 结论：选择方案二结论：选择方案二曲柄六杆机构曲柄六杆机构 第第 4 章章 压床机构的设计压床机构的设计 对该机构进行尺寸计算，在用已知条件求出一些杆件的尺寸后，再对剩余杆件采 4 用平面连杆机构运动设计的位移矩阵法进行求解，以求得各杆长。 由已知条件可知：,=60,=120； 1 70xmm 2 140xmm310ymm 1 2 ,滑块 5 的行程为 210。 1 2 CE CD 1 4 EF DE mm （1）作机构运动简图：作机构运动简图： 图 4-1 机构简图 （2）长度计算：）长度计算： 已知：X170mm，X2200mm，Y310mm，60，120，H210mm， 1 3 11 3 CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2。 由条件可得；EDE=60 DE=DE DEE等边三角形 过 D 作 DJEE，交 EE于 J，交 F1F2于 H JDI=90 HDJ 是一条水平线， DHFF FFEE 过 F 作 FKEE 过 E作 EGFF，FKEG 5 在FKE 和EGF中，KEGF，FE=EF, FKE=EGF=90 FKEEGF KE= GF EE=EK+KE, FF=FG+GF EE=FF=H DEE 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 tanADI=X1/Y=70/310 又AD=mm 2222 70310317.33XY 在三角形ADC 和ADC中，由余弦定理得： 2200 2cos(12012.72 )383.44ACCDADAD CDmmAA 2200 2cos(6012.72 )245.41ACCDADAD CDmmAA AB=(AC-AC)/2=69.015mm BC=(AC+AC)/2=314.425mm BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2 BS2=BC/2=314.46/2=157.2125mm DS3=DE/2=210/2=105mm 由上可得： ABBCBS2CDDEDS3EF 69.015mm314.425mm157.2125mm140mm210mm105mm52.5mm 比例尺 0.05mm/(m/s) 6 （3）机构运动速度分析：）机构运动速度分析： 已知：； 1 90 / minnr 逆时针 1 1 90 229.425/ 6060 n rad sAA 1 9.425 0.0690150.65/ AB B lm s v A = + C v B v Cb v 大小 ? 0.65 ? 方向 CD AB BC 选取比例尺 v=0.005m/(mm/s)，作速度多边形 0.03/0.050.60/ Cv vupcm sA 0.009/0.050.18/ CBv vu bcm sA 0.45/0.050.90/ Ev vupem sA 0.44/0.050.88/ Fv vupfm sA 0.01/ 0.050.20/ FEv vu efm sA 2 2 0.031/ 0.050.62/ sv vupsm sA 3 3 0.022/ 0.050.44/ sv vupsm sA 0.18/0.314425=0.572rad/s (逆时针) 2 BC CB l v 0.60/0.140=4.290rad/s (顺时针) 3 CD C l v 0.20/0.0525=3.809rad/s (顺时针) 4 EF FE l v 项 目 BCEFvS2 3 S 1 2 3 4 数 值 0.6500.6000.9000.8800.6200.449.4250.5724.2903.809 7 单 位 m/sRad/s （4）机构运动加速度分析：）机构运动加速度分析： 222 1 9.4250.0690156.13/ BAB aLm s 222 2 0.5720.3144250.103/ n CBBC aLm s 222 3 4.2900.142.577/ n CDCD aLm s 222 4 3.8090.05250.762/ n FEEF aLm s nttn cCDCDBCBCB aaaaaa 大小： ？ ？ ？ 方向： ？ CD CD BA BC CB 选取比例尺 a=0.04m/ (mm/s2),作加速度多边形图 2 0.0033/ 0.013.30/ Ca aup cm s 2 0.05/0.015.00/ Ea aup em s 2 0.031/ 0.013.1/ t CBa aun cm s 2 “ 0.019/0.011.90/ t CDa aun cm s aF = aE + anEF + atEF 大小： ? ? 方向： FE EF 2 0.032/0.013.20/ Fa aup fm s 2 2 2 0.042/0.014.20/ sa aup sm s 3 2 3 0.025/0.012.50/ sa aup sm s 2 2 /3.1/0.3144259.859/ t CBCB aLrad s 2 3 /1.90/0.1413.571/ t CDCD aLrad s 项目 aBaCaE “Fa 2“ Sa 3“ Sa23 8 数值6.130 3.3005.000 3.2004.200 2.500 9.859 13.571 单位m/s 2 rad/s 2 第第 5 章章 凸轮机构设计凸轮机构设计 有基圆半径 R0=40mm e=8mm 滚子半径 R=8mm 在推程过程中： 由得 22 00 2sin(2/)/h 当=600时，且 00=300，则有 a0,即该过程为减速推程段 0 所以运动方程 00 ( /)sin(2/)/(2 )Sh 在回程阶段，由得： 22 00 2sin(2/)/h 当=800时，且 00=400，则有 a0，即该过程为加速回程段 0 所以运动方程 00 1 ( /)sin(2/)/(2 )Sh 当=600时，且 00=300，则有 a0，即该过程为减速推程段 0 所以运动方程 00 ( /)sin(2/)/(2 )Sh 0050100150200250300350 S 00.060.431.383.025.308.0510.95 符号hs 单位mm（0） 方案 31830603080 9 单位(mm) 40045050055600650 S13.7015.9817.6218.5718.9419.00 单位(mm) 10001050110011501200125013001350 S19.0018.9618.7118.0816.9415.2913.1810.76 14001450150015501600165017001750 S8.245.823.712.060.920.0400 单位(mm) 凸轮廓线如下: 第第 6 章章 齿轮机构设计齿轮机构设计 已知：齿轮，齿轮为正常齿制，工 56 10,35,20 ,6ZZm分度圆压力角模数 作情况为开式传动，齿轮与曲柄共轴。 6 Z 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， 10 取，求得140amm21.142 经计算后取变位系数： 5 0.393xmm min5 0.3529xmm 6 0.222xmm min6 0.8824xmm 分度圆直径： 55 60dm Zmm 66 210dm Zmm 基圆直径： 55 cos56.38 b ddmm 66 cos197.335 b ddmm 齿厚： 5 (/ 22tan)10.961Sxmmm 6 (/ 22tan)8.628Sxmmm 齿顶高： * 55 ()8.329 aa hhxmmm * 66 ()4.642 aa hhxmmm 齿底高： * 55 ()4.62 fa hhcxmmm * 66 ()8.829 fa hhcxmmm 齿顶圆直径和齿底圆直径： 555 276.658 aa ddhmm 555 250.76 ff ddhmm 666 2219.284 aa ddhmm 666 2192.342 ff ddhmm 重合度: 5566 1 (tantan)(tantan)1.39 2 aa ZZ 第第 7 章章 结论结论 在本次设计中，方案二的提出相较于方案一有了很明显的提高，方案一虽然有 着结构简单，运动关系不复杂，易于实现等优点，但是它的缺点也显而易见。由于它 结构简单，在实际工程应用中就会使其在工作时产生比较强烈的震动，而且也很难保 证其冲头的冲压力能否达到随需要的强度，因为此结构缺少必要的稳定机构，所以方 案一的机构在实际过程中基本不会被应用。 不同于方案一，方案二在一的基础上增加了固定杆机构，使冲头在工作的过程中 11 能更加平稳，而且也能承受冲头冲压工件时的压力，这样就保证了该压床机构具有比 较高的使用寿命，固定杆的极限位置能满足，这就保证了机构有DE 1 60 2 120 效的工作范围，而冲头所能达到的不同冲压速度和冲压力，也可以通过增加各杆的强 度和增加驱动力的大小来决定。 基于以上一系列分析，本次设计的压床机构还是满足设计要求的，不过本次设 计最大的不足就是没能建立起如同实物的仿真模型，其仿真的大部分内容都是基于杆 件与杆件之间相铰来实现的，缺乏一定的真实性，如果想直接将该机构运用到实际工 程中还有待进一步的计算与检验。 第第 8 章章 收获与体会收获与体会 本次机械原理课程设计是对我们上学期所学的机械原理的一次总结，通过一学 期对自己所设计的课题的不断努力和完善，进一步让自己加深了对机械原理这门课程 的理解。在实际设计过程中，不但检验了我对机械原理这么课程的理解能力，而且更 加锻炼了我的动手能力。在此期间，为了能使自己设计的机构有“物”可依，查阅大 量的文献资料就必不可少，而且在查阅资料的过程中，让我接触到了国内外对机械产 品最新的研究，这不但扩展了我的知识面，更让我了解到机械产品在我们日常生活中 广泛的应用空间。所以通过这次设计，让我对机械设计产生了浓厚的兴趣，也发现在 今后我们国家对设计类人才的庞大需求量，这也为我将来找工作
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