压床机构设计课程设计说明书-机械原理课程设计

1、机械原理课程设计说明书设计题目：压床机械设计 学 院：机械工程学院 班 级： XXX设 计 者：同 组 人：指导教师：2012 年 7 月 1 日目录一、题目 2二、原始数据与要求 .21、工作原理 .22. 设计要求 .23. 设计数据 24. 设计内容 . .3三、执行机构方案选型设计 .3四、机构设计 71、连杆机构的设计 .72、凸轮机构的设计 .9五、传动方案设计 .11六、机构运动分析与力的分析 .13 1、位置分析 .13 2、速度分析 .143、加速度分析 .14七、制定机械系统的运动循环图 .17八、设计结果分析、讨论，设计心得 .18九、主要参考资料 .18 附录 19、题

2、目：压床机械设计、原始数据与要求1. 工作原理压床机械是有六杆机构中的冲头 （滑块）向下运动来冲压机械零件的。 图13.1 为其参考示意， 其执行机构主要由连杆机构和凸轮机构组成， 电动机经过减速传 动装置（齿轮传动）带动六杆机构的曲柄转动，曲柄通过连杆、摇杆带动滑块克 服阻力 F冲压零件。当冲头向下运动时，为工作行程，冲头在 0.75H内无阻力；当 在工作行程后 0.25H行程时， 冲头受到的阻力为 F；当冲头向上运动时， 为空回行 程，无阻力。在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各运动副的油泵凸轮机构。2. 设计要求电动机轴与曲柄轴垂直， 使用寿命 10年，每日一班制工作，载荷有中等冲击，

3、允许曲柄转速偏差为± 5%。要求凸轮机构的最大压力角应在许用 之内，从动 件运动规律见设计数据， 执行构件的传动效率按 0.95 计算，按小批量生产规模设 计。3. 设计数据4. 设计内容（1）根据压床机械的工作原理，拟定 2 3个其他形式的执行机构（连杆机 构），并对这些机构进行分析对比。（2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸， lCB 0.5lOB4 , lCD （0.25 0.35）lCO4 。要求用图解法设计，并写出设计结果和步骤。（3）连杆机构的运动分析。将连杆机构放在直角坐标系下，编制程序，分 析出滑块 6的位移、速度、加速度和摇杆 4的角速度和角加速度， 并画出运动曲线

4、， 打印上述各曲线图。（4）凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆 半径r 0 ，偏距 e和滚子半径 rr ），并写出运算结果。将凸轮机构放在直角坐标系 下，编程画出凸轮机构的实际廓线， 打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。三、执行机构方案选型设计实现本题工作要求的机构运动方案：方案1: 齿轮系和齿条按时序式组合。如图1所示，执行机构以齿轮 1为原动件，齿轮 1和齿轮 3均为不完全齿 轮，以实现齿轮 2和齿轮 4不能同时转动。用齿轮 2或齿轮 4带动齿轮 5运动， 6为齿条。结构优点： 传递的功率和速度范围较大 ; 能保证瞬时传动比恒定 , 平稳性较高 , 传递运动准

5、确可靠 ; 结构紧凑、工作可靠 , 可实现较大的传动比 ; 齿轮和齿条直接啮合 , 传动灵敏性非常高。 结构缺点： 齿轮的制造、安装要求较高，因而成本也较高； 不宜作远距离传动； 在工作中有较大的冲击力，齿轮和齿条易顺坏，使用寿命 短。图1方案2: 曲柄摇杆和扇形齿轮 -齿条机构串联。如图 2所示，曲柄摇杆机构 O1ABCO2实现扇形齿轮上下往复摆动，从而带动 冲头上下往复运动。驱柄动力通过齿轮机构输入。结构优点： 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性； 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性； 曲柄摇杆机构制造工艺简单，制造成本低；机构缺点： 扇形齿轮、齿条的制造、安装要求较高，成本也

6、较高； 载荷有较大的冲击力，扇形齿轮、齿条易受损，使用寿命短。图2方案 3：齿轮和曲柄导杆及滑块机构按时序式连接。如图 3 所示，由齿轮 O1带动齿轮 O2转动，齿轮 O2轴再驱动曲柄导杆机构 运动。曲柄驱动 AB上下摆动，从而使滑块 D 满足运动要求。机构优点： 齿轮传动结构紧凑、传动效率高和使用寿命长； 齿轮传动的功率大、转速高； 曲柄导杆机构制造工艺简单，成本低；机构缺点： 制造齿轮需要有专门的设备，安装精度高，成本高； 啮合传动会产生噪声。图3 方案4：曲柄摇杆和滑块机构连接。 如图4所示，由曲柄带动摇杆上下往复摆动，从而使滑块满足运动要求 机构优点 ; 加工制造容易，成本低； 承载能

7、力较大，使用寿命长； 机构缺点： 机械效率低； 不宜用于高速运动。载荷有中等冲 击，按小批量规模生产，因而应选用使用寿命较长、承载能力较大、生产成本低 的执行机构。因此，选用执行机构方案 4。四、机构设计1、连杆机构的设计设计 内容连杆机构的设计及运动分析单位mm（o）m mr /min符号1XX212HCB/BO CD/CO n数据03140601201061500.50.3901）已知：X130mm，X2140mm，Y150mm，1=120°，2=60H=150mm， CB / BO4=0.5， CD / CO4 =0.3由条件可知 : C1O4C2 60 °， C1O

8、4 C2O4 ， C1O4C2是等边三角形lCO4 150mm，lCB 0.5lBO4 50mm，l CD 45mm2）作图步骤：确定点 O4的位置；根据机构设计数据，画出点 O2的位置； 画出 CBO4的两个极限位置 C1BO4和 C2BO4; 分别连接 B1O4和 B2O4; 以O2为圆点 O2B2为半径画圆弧，与 B1O2交于点 E; 以O2为圆心 EB1的一半为半径画圆， 并延长 B2O2与圆相交与点 A2 ，B1O2 与圆相交于点 A1，如图 5所示。通过测量得：图5lAO 47mm,l AB 217mm由上可得：符号lCO4lBO4l BClCDlABl AO2单位mm方案5150

9、2005045217472、凸轮机构的设计符号H0s'0从动件运动规 律单位m m。方 案52030701070正弦有 r0 45 mm ,e 15 mm ,rr 8 mm 在推程过程中：由a 2 h 2 sin( 2 / 0)/ 02 ，070 得当 0 70 时，且 0 35 ，则有 a>=0,即该过程为加速推程段；当 0 70 时，且 35 ，则有 a<=0,即该过程为减速推程段 所以运动方程 s h ( / 0 ) sin(2 / 0 )/(2 ) 在远休止过程中： s=0， 7080在回程过程中：由a 2 h 2 sin(2 / ')/ 0' ，8

10、0150 得：当 0' 80 时，且 0 40 ，则有 a<=0,即该过程为减速回程段；当 0' 80 时，且 40 ，则有 a>=0,即该过程为加速回程段； 所以运动方程 s h 1 ( / 0') sin(2 / 0')/(2 ) 在近休止过程中： s=0， 1503600运用 MATLAB 软件处理得如下表的数据：理论廓线半径实践廓线半径10°43.609737.971120°45.842040.834830°51.459145.354440°56.607450.206150°59.277253

11、.472760°61.868255.509070°64.203256.203280°64.203256.203290°66.772655.3621100°68.362752.9294110°67.767049.2818120°64.231945.0741130°58.016941.0976140°50.687338.1462150°4537160°4537170°4537180°4537190°437200°4537210°453722

12、0°4537230°4537240°4537250°4537260°4537270°4537280°4537290°4537300°4537310°4537320°4537330°453710340°4537350°4537360°4537凸轮廓线如下 :偏置移动从动盘形凸轮设计60点线表示基圆 虚线表示实际廓线 点画线表示理论廓线4020-20-40-60实线表示滚子O80-80 -60 -40 -2020 40 60YX五、传动方案设计（1）

13、、选择电动机类型：按已知条件和要求，选用 Y系列一般用途的三相异步电动机。（2）、确定电动机的转速：工作机轴转速为：n2 90r / min ，考虑到重量和价格，选用同步转速为1000r/min 的Y系列异步电动机 Y132S-6，其满载转速 nm 960r /min（3）、总传动比和各级的传动比：、传动装置总传动比：9609010.67、各级传动比：i i12×i34，取i12 0.25i ，得11i12 2.67， i34 、确定各齿轮的齿数：选Z1 22,则 Z2 i12Z1 58.74 ，取Z2 59。选Z3 22,则 z4 i34Z34 88。 由上可得：符号Z1Z2Z3Z

14、4m单位。mm方案522592288203.5、确定齿轮 4的角速度：n1 960r /mini12n1n2Z2Z15922n2 357.97 r /min n3 n2 357.97 r /minn3 Z4 88i3434 n4 Z3 22n4 89.49r /min2 n4wZ4 9.37rad / s图612六、机构运动分析与力的分析以o2为原点，分别建立直角坐标系 xo2y和x'o2y'，如图 7 所示。1、位置分析在直角坐标系 x'O2y'下，用复数矢量法作机构的运动分析。 已知 ：l1 lAO2 47mm,l2 lAB170 mm,l3 lBO4 10

15、0 mml4 lO2O4 160 m m,l5 lCD 45m m2 Z9.37rad / s用矢量形式写出机构封闭矢量方程式 :l1ei 1 l 2ei 2 l3ei 3 l 4应用欧拉公式ei cos isin将式 a 的实部和虚部分离得l 1cos 1 l2 cos 2 l 4 l4 cos 4l1sin 1 l2 sin 2 l 3sin 3消去式 b 中，求出 2得Asin 3 Bcos 3 C 0式中:A 2l1l3 sin 1；B 2l3(l1 cos 1 l4 )；C l22 l12 l32 l42 2l1l4 cos 1解之可得tan( 3/2) (A A2 B2 C2 )/

16、(B C)3 2 arctan( AA2 B2 C2)/(B C)在直角坐标系 XO2Y 中4 3 - 12.53sin 5 160sin 4 130 / lCD 160sin 4 130 /45 5 arcsin(160sin 4 130 / 45)滑块 6 上点 D 的坐标为13D( 130,160 160cos 4 45cos 5) yD 160(1 cos 4 ) 45cos 5 点 D 的最低位置为Dmin ( 130,39)滑块 6 上点 D 的位移为sD yD 39 160(1 cos 4) 45cos 5 392、速度分析在直角坐标系 xOy 中，已知1 w 2 t 摇杆 4

17、的角速度为w4 d 4 / dt 滑块 6 的速度为v6 dsD / dt3、加速度分析 在直角坐标系 xOy 中，摇杆 4 的角加速度为4 dw 4 / dt 滑块 6 的加速度为a 6 dv 6 / dt14图7使用 MATLAB 绘制滑块 6 的运动曲线图如下： （1）滑块 6 的位移曲线15210位移变化图像移 位200190180170160角度2）滑块 6 的速度曲线速度变化图像角度3）滑块 6 的加速度曲线164加速度变化图像080 159度速加239 318 398 477 557 角度七、制定机械系统的运动循环图图817八、设计结果分析、讨论，设计心得 机械原理课程设计是机械

18、原理课程当中一个重要环节， 通过了三周的课程设 计使我从各个方面都受到了机械原理的训练， 对机械的有关各个零部件有机的结 合在一起得到了深刻的认识。 由于在设计方面我们没有经验， 理论知识学的不全 面，在设计中难免会遇到各种的问题， 不过在老师和同学的帮助下我将它们一一 都解决了。在设计过程中，培养了我的综合应用机械原理课程及其他课程的理论知识。 使我对于实际生产中的设计计算过程有了一个更加形象、 生动和鲜明的了解和体 会，同时，在这过程中也锻炼了我通过各种手段解决问题的能力和查阅各种设计 资料进行设计的能力。由于在这次设计过程中大量运用了计算机辅助设计，使我对 CAD等工程软件 的应用水平有

19、了很大的提高， 这对于我来说是一次十分难得的机会， 很有助于我 们将来在实际工作中的应用。 我也体会到了应用计算机辅助设计的优点， 增强了 我学习工程软件的兴趣。总之，这次课程设计使我在各个方面都有了新的提高。非常感谢老师的辛勤指导和不厌其烦的细心教诲！ 也感谢学校我们提供了这 次难得的锻炼机会，希望在以后的学习生涯中有更多机会参加类似的实践活动。九、主要参考资料1.陆风仪主编机械原理课程设计北京机械工业出版社 .20062. 孙 恒、陈作模主编机械原理北京高等教育出版社 20063. 吴宗泽主编 . 机械设计实用手册 . 北京. 化学工业出版社 . 201018附录clear;clc;rb=

20、45;rt=8;e=15;h=20;ft=70;fs=10;fh=70;alp= 30;fprintf(1,'基圆半径rb=%3.4fmmn',rb)fprintf(1,'滚子半径rt=%3.4fmmn',rt)fprintf(1,'推杆偏距e=%3.4fmmn',e)fprintf(1,'推程升程h=%3.4fmmn',h)fprintf(1,'推程运动角ft=%3.4fmmn',ft)fprintf(1,'远休止角fs=%3.4fmmn',fs)fprintf(1,'回程运动角fh=%3

21、.4fmmn',fh)fprintf(1,' 推 程 许 用 压 力 角alp=%3.4f mmn',alp)hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rb2-e2);d1=ft+fs;d2=ft+fs+fh;s=zeros(ft);ds=zeros(ft);d2s=zeros(ft); at=zeros(ft);atd=zeros(ft);pt=zeros(ft);for f=1:ftif f<=ft/2s(f)=h*(f/ft)-sin(2*pi*f/ft)/(2*pi);s=s(f);ds(f)=h*(1-cos(2*pi*f/ft)/(ft*

22、hd);ds=ds(f);d2s(f)=2*pi*hd2*h*sin(2*pi*f/ft)/(ft*hd)2;d2s=d2s(f);endat(f)=atan(abs(ds-e)/(se+s);atd(f)=at(f)*du; p1=(se+e)2+(ds-e)2)1.5; p2=abs(se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(d2s-e); pt(f)=p1/p2;p=pt(f);if atd(f)>atm atm=atd(f);end end fprintf(1,' 最大压力角 atm=%3.4f 度 n',atm)for f=1:ftif abs(atd(

23、f)-atm)<0.1ftm=f;breakend end fprintf(1,' 对应的位置角 ftm=%3.4f 度 n',ftm)if atm>alpfprintf(1,' 凸轮推程压力角超出许 用压力角，需增大基圆半径！ n') endptn=rb+h;for f=1:ftif pt(f)<ptn ptn=pt(f);end end fprintf(1,' 轮 廓 最 小 曲 率 半 径 ptn=%3.4fmmn',ptn)for f=1:ftif abs(pt(f)-ptn)<0.1 ftn=f;break en

24、d endfprintf(1,' 对应位置角 ftn=%3.4f 度 n',ptn)if ptn<rt+5fpintf(1,' 凸轮推程压力角小于许用压力 角，需增大基圆半径或减小滚子半径！ n') ends=zeros(fh);ds=zeros(fh);d2s=zeros(fh); at=zeros(fh);atd=zeros(fh);pt=zeros(fh); for f=d1:d2endk=f-d1;atm=0; for f=1:fts(f)=h*(1-(k/fh)+sin(2*pi*k/fh)/(2*pi);s=s(f);19ds(f)=h*hd*

25、(cos(2*pi*k/fh)-1)/fh;ds=ds(f);d2s(f)=-2*pi*h*hd2*sin(2*pi*k/fh)/fh2;d2s =d2s(f);ah(f)=atan(abs(ds+e)/(se+s);ahd(f)=ah(f)*du; p1=(se+e)2+(ds-e)2)1.5;p2=abs(se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e); ph(f)=p1/p2;p=ph(f);end ahm=0;for f=d1:d2if ahd(f)>ahm ahm=ahd(f);endendfprintf(1,' 最大压力角 ahm=%3.4f 度 n

26、',ahm)for f=d1:d2if abs(ahd(f)-ahm)<0.1fhm=f;breakend end fprintf(1,' 对应的位置角 fhm=%3.4f 度 n',fhm) %if ahm>alf% fpintf(1,' 凸轮推程压力角超出 许用压力角，需增大基圆半径！ n') % endphn=rb+h;for f=d1:d2if ph(f)<phn phn=ph(f);endendfprintf(1,' 轮 廓 最 小 曲 率 半 径 phn=%3.4fmmn',phn)for f=d1:d2if

27、 abs(ph(f)-phn)<0.1 fhn=f;breakendend20fprintf(1,' 对应位置角 ftn=%3.4f 度n',ptn)if phn<rt+5fprintf(1,' 凸轮推程压力角小于许用压力角，需增大基圆半径或减小滚子半径！ n')endn=360;s=zeros(n);ds=zeros(n);r=zeros(n);rp=zeros(n)x=zeros(n);y=zeros(n);dx=zeros(n);dy=zeros(n);xx=zeros(n);yy=zeros(n);xp=zeros(n);yp=zeros(n

28、);xxp=zeros(n);yyp=zeros(n);for f=1:nif f<=ft/2s(f)=2*h*f2/ft2;s=s(f);ds(f)=4*f*h*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f);elseif f>ft/2 & f<=fts(f)=h-2*h*(ft-f)2/ft2;s=s(f);ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f);elseif f>ft & f<=d1s=h; ds=0;elseif f>d1 & f<=d2k=f-d1;s(f)=0.5*h*(1+cos(pi*k/fh);s=s(f);ds(f)=-0.5*pi*h*sin(pi*k/fh)/(fh*hd);ds=ds(f);elseif f>d2 & f<=ns=0; ds=0;endxx(f)=(se+s)*sin(f*hd)+e*cos(f*hd);x=xx(f);yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*sin(f*hd);y=yy(f);dx(f)=(ds-e)*sin(f*hd)+(se+s)*cos(f*hd);dx=dx(f);text(-80,30,' 实线表示滚子 ')dy(f)=(ds-e)*