机械原理课程设计--压床机构

1、湖 南 科 技 大 学课 程 设 计课程设计名称： 机械原理课程设计 学 生 姓 名： 学 院： 专业及班级： 学 号： 指导教师： 2013 年 1 月 10 日课 程 设 计 任 务 书机电学院 机制 系 系 主 任： 学生班级：2010材成1、2、3 班 日 期：一、 设计目的：在学习和了解机械的通用构件和机械运行基本原理的基础上，要求学生理论与实践相结合，深入了解机械的通用构件和机械运行基本原理在工程常见机械中的应用，提高学生将机械原理的基本概念和原理综合应用能力和实际动手能力。二、 学生提交设计期限：在本学期2012年12月17日至2012年12月21日完成，设计必须学生本人交指导老

2、师评阅。三、 本设计参考材料：机械原理 机械原理课程指导书四、 设计题目的选定：参考设计题目附后页，任选一题。五、 设计要求：1、 查阅相关资料；2、 提出整体系统设计方案；3、 详细设计所设计机构的原理、组成及参数等；4、 说明设计分析的步骤和计算过程；5、 设计过程绘制相关设计的CAD图纸。六、 设计成果及处理说明书主要章节：1 设计成果（包括说明书、CAD图纸等）；2 设计说明书格式及主要章节：a. 封面（参照学院规定标准）；b. 设计任务书（包括选定设计题目与要求，可复印）；c. 目录d. 说明书正文；（主要包括系统总体方案分析及参数确定；）e. 设计总结及体会；f. 参考文献七、 设

3、计所得学分及成绩评定：本设计单独算学分及成绩：占1个学分。考核与评分主要分四个方面：1 学生平时出勤及工作态度；2 说明书、设计图纸的规范与正确程度及独立工作能力；3 答辩成绩（部分学生）。八、 设计进度与答疑：1、 确定设计题目及查阅资料，并确定方案：12.17日； 2、 虚拟仪器设计及撰写设计报告：12.18日；3、 运行调试检测与修改，完成课程设计报告：12.1912.20日；4、 提交设计报告，部分学生答辩：12.21日。学生签名： 指导老师签名： 学 号： 日 期： 2013.1.10 日 期： 目录1. 设计要求-1 1.1 压床机构简介-1 1.2 设计内容-2 1.2.1机构的

4、设计及运动分折-2 1.2.2机构的动态静力分析-2 1.2.3飞轮设计-2 1.2.4 凸轮机构设计-2 1.2.5齿轮机构设计-22压床机构的设计: -22.1 连杆机构的设计及运动分析-22.1.1作机构运动简图-22.1.2 长度计算-3机构运动速度分析-52.1.4机构运动加速度分析-73凸轮机构设计-94齿轮机构设计-115心得体会-126参考书籍 - -131. 设计要求1.1压床机构简介图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，六杆机构使滑块克服阻力Fr,而运

5、动,曲柄通过连杆，摇杆带动滑块克服阻力Q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Q，当冲头向上运动时，为空回行程，无阻力。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。设计数据见表6-2。 图1 机构简图 图2 凸轮简图 图3 齿轮机构 图4 阻力线图1.2.设计内容：1.2.1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CECD、EFDE，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12

6、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。1.2.2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97)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。1.2.3飞轮设计已知：机器运转的速度不均匀系数，有动态静力分析中所得的平衡力矩My，驱动力矩Ma为常数，飞轮安装在曲柄轴A上。要求：用惯性力法求飞轮动惯量JF.1.2.4凸轮机构构设计已知：从动件冲程H，许用压力角推程角

7、，远休止角s，回程角'，从动件的运动规律，凸轮与曲柄共轴。要求：按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min。选取滚子半径rg，绘制凸轮实际廓线。1.2.5齿轮机构设计 已知：齿数Z5,Z6模数m分度角齿轮为正常齿制，工作情况为开式齿轮，齿轮与曲柄共轴。要求：选择两轮变位系数x1,x2,计算此对齿轮传动的各部分尺寸。2.压床机构的设计2.1作机构的位置简图 机构的极限点和中间的位置简图 图5 机构位置简图2.1.2 长度计算 表1 设计数据表设计内容连杆机构的设计及运动分析单位mm（º）mmr/min符号X1X2y3'3''HCE/

8、CDEF/DEn1BS2/BCDS3/DE数据70200310601202101/21/4901/21/21. 已知：X170mmX2200mm，Y310mm 3'60°，3''120°H210mmCE/CD=1/2, EF/DE=1/4由条件可得；E1DE2=60°DE2=DE1DE1E2等边三角形过D作DJE1E2，交E1E2于J，交F1F2于H DE1=DE2 E1DE2=60°JDE1=30°又 360°JDI=90°HDJ是一条水平线，DHF1F2F1F2E1E2过F2作F2KE1E2 过E

9、1作E1GF1F2，F2KE1G在F2KE2和E1GF1中，KF2GE1，F2E2=E1F1, F1KE1=E2GF2=90°F1KE1E2GF2KE2= GF1E1E2=E2K+KE1, F1F2=F1G+GF2E1E2=F1F2=HDE1E2是等边三角形DE2=F1F2=H=210mm DE=210mmEF/DE=1/4, CE/CD=1/2 EF=DE/4=210/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*210/3=140mm连接AD,有tanADI=X1/Y=70/310又AD=mm令ADI= 责sin=70/317.33 cos=310/317.33在三角形ADC和ADC

10、中，由余弦定理得： AC2=383.44mm AC1=245.41mmAB=(AC2-AC1)/2= 69.015mm BC=(AC1+AC2)/2=314.425mmBS2/BC=1/2 DS3/DE=1/2BS2=BC/2=157.21 mm DS3=DE/2=105mm 由上可得各杆件的长度： 表2 杆件的长度表ABBCBS2CDDEDS3EF69.015mm314.425mm157.21mm140mm210mm105mm52.5mm2.1.3 机构运动速度分析已知：n1=90r/min；机构处于B，分析速度。 图6 机构位置图 = rad/s = =9.425 rad/s 逆时针 =

11、·lAB = 9.425×0.069015=0.650m/s = + 大小 ? 0.65 ?方向 CD AB BC选取比例尺v=0.004m/(mm/s)，作速度多边形 图7 速度多边形· 0.03/0.05=0.600m/s· 0.009/0.05=0.180m/s· 0.45/0.05=0.900m/s · 0.44/0.05=0.880m/s·0.01/0.05=0.200m/s·0.031/0.05mm0.620m/s·0.022/0.05mm0.440m/s0.18/0.314425=0.572

12、rad/s (逆时针)0.60/0.140=4.290rad/s (顺时针)0.20/0.0525=3.809rad/s (顺时针) 表3 速度表项目数值0.6500.6000.9000.8800.6200.449.4250.5724.2903.809单位m/sRad/s2.1.4机构运动加速度分析：aB=12LAB=9.4252×0.069015=6.130m/s2anCB=22LBC=0.5722×0. 314425=0.103m/s2anCD=32LCD=4.2902×0.14=2.577m/s2 anFE =42LEF=3.8092×0.0525

13、=0.762m/s2= anCD+ atCD= aB + atCB + anCB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 图8 加速度多边形图aC=·=0.0033/0.01=3.300m/s2aE=·=0.05/0.01=5.000m/s2atCB=· =0.031/0.01=3.100m/s2atCD=·=0.019/0.01=1.900m/s2aF = aE + anEF + atEF大小： ? ?方向： FE EFaF=0.032/0.01=3.200m/s2as2=

14、0.042/0.01=4.200m/s2as3=0.025/0.01=2.500m/s2= atCB/LCB=3.100 /0.314425=9.859 m/s2= atCD/LCD=1.900/0.14=13.571 m/s2 表4 加速度表项目数值6.130 3.3005.000 3.2004.200 2.500 9.859 13.571单位m/srad/s3、 凸轮机构设计 表5 凸轮参数 符号hs单位mm（0）方案319306535752).凸轮机构设计 1.凸轮基本尺寸 凸轮的基本参数如表6-2，因而凸轮的角速度为w=9.425rad/s。利用余弦加速度运动规律的推程的运动方程式（4

15、-3a)，回程的运动方程式（4-3b)可知， 当=27.50时，从动件速度v有最大值，且为v=292.93mm/s因而e=v/2w=15.5mm 取e=16mm (4-3a) ( 4-3b)再利用公式（4-13)和 (4-12)可求的凸轮的基圆半径r0=40mmr0 (4-13)rt0.4r0 (4-14)有基圆半径R0=40mm e=16mm 滚子半径 R=8mm 在推程过程中：由a=2h2 sin(2/0)/02得 当0 =650时，且00<<32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段, 当0 =650时,且>=32.50, 则有a<=0,即该过程为减速推

16、程段 所以运动方程S=h (/0) -sin(2/0)/(2) 在回程阶段，由a=-2h2 sin(2/0)/ 0 2得 当0 =750时，且00<<37.50,则有a<=0,即该过程为减速回程段, 当0 =750时,且>=37.50, 则有a>=0,即该过程为加速回程段 所以运动方程S=h1-(/0)+sin(2/0) /(2) 当0 =650时，且00<<32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段, 当0 =650时,且>=32.50, 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

17、) 表6 凸轮位置数据0050100150200250300350S00.060.431.383.025.308.0510.95单位(mm)40045050055600650S13.7015.9817.6218.5718.9419.00单位(mm)10001050110011501200125013001350S19.0018.9618.7118.0816.9415.2913.1810.7614001450150015501600165017001750S8.245.823.712.060.920.0400单位(mm)凸轮廓线如下: （a） (b) 图9 (a)凸轮轮廓图 (b)位移和角度关系

18、图4.齿轮机构设计 已知:齿轮,齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动，齿轮与曲柄共轴。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，取a=130mm,求得=21,142°经计算后取变位系数 ：x5=0.393 mm > Xmin5=0.3529 mmx6=-0.222 mm > Xmin6=-0.8824 mm分度圆直径：d=m* Z=66.0mmd=m* Z=192.0mm基圆直径：d= d*cos=62.024mmd= d*cos= db6=180.433mm齿厚：S=（）*m= 10.961mmS=（）*m= 8.628 mm齿顶高：h=（h+x）*m=8.329mmh=（h+x）*m = 4.642mm齿底高：h=（ h+c- x）*m=4.62mmh=（ h+c- x）*m=8.829mm齿顶圆直径和齿底圆直径：d= d+ 2h=83.618mmd= d-2h=56.675mmd= d+2h=200.325 mmd= d-2h=173.382mm重合度: =1.3905心得体会 做机械原理课程设计是第一次做课程设计，一开始都不知道课程设计是什么东西，通过老师的指导已经