压床机械设计

1、说明书设计题目：压床机械设计 学 院：机械工程学院 班 级：机英093班 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 .131、位置分析 .132、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 192、题目：压床机械设计、原始数据与要求31. 工作原理压床机

2、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。1t7皿rrJfr阳111压体肌核毒考示危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， 允许曲柄转速偏差为土 5%要求凸

3、轮机构的最大压力角应在许用a 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。设计数据#表13设计數据12g45?gW| 转恋 itt/ (r min)5592908890呢9590se-*旳50（）404030504U404540即禺-f EE140170200135 |W19015018014弓160Iff 漓 y mm】帥180J$0汗0200 ：)401&0 ,!701751501B0210HO】5020016(11170165上扱陀帚120陳201201201201201泌120吃0I TAKA hfC)閃6060 :60606060CC4

4、30046004100 450033004200140(斗驱JSfF S 质 ft wij/kfl帥钢SS707274-63082制jlF 3逾心转訪悝凤 Uij (kft m-)0.210.2-10.280.3D0.35&3&0+40a 420.466 3331那384D40323050J54050中605015555SO掃杆1境心转动刖 |* ma）ry0.20. 220. 24C. 260. 22o. a0, ZS0.豳0.站从游作址衣卄桎HI如20. 一20曲20.20201竽ZX|从动件运动规律余遵正唸等减等贼您強正欣止奩3332*a r3C*30*30*権翘酋功俯尿60*70*65

5、?60*70*| 75*55*6(/述休止箱m10*10*10*W席101酬102110*1品V远切站我财70*母707565曰fio772-7-r凸施机 构设il机H远析 卄鞫分3. 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，Icb =0.5Ib4,Icd =（0.25 0.35）Ic4。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, 打印上述各曲线图

6、。（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r0，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，传递运动准确可靠；5 结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； 齿轮和

7、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OJBCO 2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

8、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01带动齿轮02转动，齿轮02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

9、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(0 )仃 m1r/mi n符号1X X212 卜CB /BO CD /CO r数据031500.50.390(1)已知：Xi = 30mm, X2 = 140mm, Y = 150mm, 仁 120, 2=60H=150mm, CB / BO4=0.5, CD / CO4 =0.3由条件可知：/C Q4C2 =60604=。2。4，二 CQ4C2是等边三角形 I co 4 =150 mm , lCB =0

10、.51 BO 4 =50 mm , lCD = 45 mm(2 )作图步骤: 确定点04的位置； 根据机构设计数据，画出点02的位置； 画出CB0 4的两个极限位置C1 B04和C2BO4； 分别连接b1o4和B2O4； 以02为圆点O2B2为半径画圆弧，与B1O2交于点E； 以02为圆心EBi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Ai，如图5所示。11140通过测量得:图5Iao2 = 47 mm , l AB =217 mm由上可得:符号lCO 4l BO 4l BCl CD1 ABl AO 2单位mm万案51502005045217472、凸轮机构的设计

11、符号Ha右s& 0从动件运动规 律单位m m。方案52030701070正弦有= 45 mm , e = 15 mm , rr = 8 mm在推程过程中：2 2由 a = 2 兀 h 国 sin（ 2 恥 / 兀）/ J ,0670 得当=70帀寸，且0:. =0，即该过程为加速推程段；当=70 :时，且、.二35 :，则有a=0，即该过程为减速推程段所以运动方程 s 二 h（、： /、p）- sin（ 2 二./、；o）/（ 2 二）1在远休止过程中：S=0, 70 ：、： ： 80 在回程过程中：i,2由 a - -2 二h 2 sin（ 2 二./、）/、弋，80 ：: 150得：当；-

12、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 =h1 -（V si n（2 二./、：o）/（2 二）1在近休止过程中：S=0, 150二：、 ： 360 0运用MATLAB软件处理得如下表的数据：d理论廓线半径实践廓线半径1043.609737.97112045.842040.83483051.459145.35444056.607450.20615059.277253.47276061.868255.50907064.203256.20328064.203256.20329066.772655.362110068.362752.929411067.7

13、67049.281812064.231945.074113058.016941.097614050.687338.1462150453716045371704537180453719043720045372104537220453723045372404537250453726045372704537280453729045373004537310453732045373304537340453735045373604537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40 -20 -0 -20 -40 -60 -实线表示滚子上O虚线表示实际廓线点画线表示理论廓-80-60-40-

14、20020406080五、传动方案设计（1）、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的丫系列异步电动机Y132S-6,其满载转速nm = 960 r / min（3）、总传动比和各级的传动比： 、传动装置总传动比：960i10 .6790 、各级传动比：i = xi 34，取 i12 = 0.25i，得 、确定各齿轮的齿数:选 Zi =22 ,贝U Z2 =ii2Zi =58.74，取 Z 59 。选 Z3 二22 ,则 Z4 =i34Z 3

15、4 = 88。由上可得：符号ZiZ2Z3Z4am单位。mm万案522592288203.5 、确定齿轮4的角速度:n1 = 960 r / min门勺Z259i12n2Z122n2= 357.97r/ min/ n3= n2=357.97r / minn 3Z 488i34n 4Z 322n4 = 89.49 r / min2 二n49.37 rad / swZ46018六、机构运动分析与力的分析19#以。2为原点，分别建立直角坐标系xo2 y和x o2 y，如图7所示。#1、位置分析用复数矢量法作机构的运动分析。在直角坐标系xO2y下, 已知：#11 = l ao 47 mm , 12=l

16、AB = 170 mm , 13 = IBO 4 = 100 mm#14 = l O2O4 = 160 mm ,15 = I CD =45 mm#2 二 WZ4 = 9.37 rad / s用矢量形式写出机构封闭矢量方程式：12ei “er 14 2222222应用欧拉公式将式a的实部和虚部分离得l1 cos F - l 2 cos T|2 =l 4 - l4 cos 411 sin F - l2sin 二2 =2sin 农 2222222消去式b中B,求出9 2得A sin 丁3 Bcos M c = 0 2222222222222222式中:A = 2l113 sin R ；213 (l

17、1 cos r 1 - 14)；解之可得tan( t13 / 2 = (A - A B _ C ?) /( b - C) 2222222门3 = 2 arctan( A .A2 -B 2 _ C 2) /( B -C)在直角坐标系XO 2丫中sin 日5 = 160 sin 日4 一130 /ICD=160 sin 日4 一130 /45日5 = arcsin( 160 sin 日4 -130 / 45)滑块6上点D的坐标为D (_130 ,160 - 160 cos X _45 cos 九) y D = 160 (1 - cos m) _45 cos v5 点D的最低位置为Dmin (-13

18、0,39)滑块6上点D的位移为sD = y D - 39 = 160 (1 亠 cos 亠)-45 cos v5 - 392、速度分析在直角坐标系xcy中，已知二 1 二 w 2 t摇杆4的角速度为w4 = dr4/dt 滑块6的速度为v6 二 ds D / dt3、加速度分析在直角坐标系xOy中，摇杆4的角加速度为：4 二 dw 4 / dt滑块6的加速度为a 6 二 dv 6 / dtJXffr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21210位移变化图像20019018017016015080159398477239318角度55722(2) 滑块6的速度曲

19、线速度变化图速厂/V-1000080159239318398477557角度(3) 滑块6的加速度曲线0804X 10加速度变化图像度速加159239318398477557角度七、制定机械系统的运动循环图八、设计结果分析、讨论，设计心得机械原理课程设计是机械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

20、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 CA等工程软件 的应用水平有了很大的提高，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

21、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 .2006 2孙恒、陈作模主编机械原理北京高等教育出版社. 2006吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京.化学工业出版社.201025附录26#rb=%3.4frt=%3.4fe=%3.4fh=%3.4f ft=%3.4f fs=%3.4f fh=%3.4f 许用压力角clear;clc;rb=45;rt=8;e=15;h=20;ft=70;fs=10;fh=70;alp= 30;fprin tf(1,基圆半径mmn ,rb)fprin tf(1,滚子半径mmn,rt)fprin tf(1,推杆偏距mmn,e)f

22、prin tf(1,推程升程mmn,h)fprin tf(1,推程运动角mmn,ft)fprin tf(1,远休止角mmn ,fs)fprin tf(1,回程运动角mmn ,fh)fprintf(1,推程alp=%3.4f mmn,alp) hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rbA2-eA2); 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 fatmatm=atd(f);endendfprin

23、tf(1,最大压力角atm=%3.4f 度n ,atm)for f=1:ftif abs(atd(f)-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)pt npt n=pt(f);endendfprintf(1,轮廓最小曲率半径ptn=%3.4fmmn,pt n)for f=1:ftif abs(pt (f)-pt n)0.1ftn=f;breakendendfprintf(1,对应位置角ftn=%3.4f 度n ,pt n)if ptnahmahm=ahd(f);endendfprintf(1,

24、最大压力角ahm=%3.4f 度n,ahm)for f=d1:d2if abs(ahd(f)-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)ph nphn=ph(f);endendfprintf(1,轮廓最小曲率半径phn=%3.4fmmn,ph n)for f=d1:d2if abs(ph(f)-ph n)0.1fhn=f;breakendendfprintf(1,对应位置角 ftn=%3.4f 度 n ,pt n)if phn rt+5fprintf(1,凸轮推程压力角小于许用压 力角，

25、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)Jx=zeros (n );y=zeros (n );dx=zeros (n );dy=zeros( n);xx=zeros (n );yy=zeros (n );xp=zeros (n );yp=zero s(n);xxp=zeros (n );yyp=zeros( n);for f=1: nif fft/2 & fft & fd1 & fd2 & f=ns=0; ds=0;endxx(f)=(se+s)*si n( f*hd)+e*cos(f*hd);x=xx(f);yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*si n(f*hd);y=yy (f);dx(f)=(ds-e)*si n(f*hd)+(se+s)*