機械原理課程設(shè)計——壓床

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Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目: 壓床機構(gòu)設(shè)計 專業(yè)班級： XXX 姓名學號： XXX 指導教師： XXX 完成日期： 2013年X月X日 目錄 一. 設(shè)計要求-------------------------------------------------------3 1. 壓床機構(gòu)簡介---------------------------------------------------3 2. 設(shè)計內(nèi)容--------------------------------------------------------3 (1) 機構(gòu)的設(shè)計及運動分折----------------------------------------3 (2) 機構(gòu)的動態(tài)靜力分析-------------------------------------------3 (4) 凸輪機構(gòu)設(shè)計---------------------------------------------------3 二．壓床機構(gòu)的設(shè)計: --------------------------------------------4 1. 連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析-------------------------------4 (1) 作機構(gòu)運動簡圖---------------------------------------------4 (2) 長度計算-----------------------------------------------------4 (3) 機構(gòu)運動速度分析-------------------------------------------5 (4) 機構(gòu)運動加速度分析----------------------------------------6 (5) 機構(gòu)動態(tài)靜力分析-------------------------------------------8 三．凸輪機構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------11 四．飛輪機構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------12 五．齒輪機構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------13 六．心得體會-------------------------------------------------------14 七、參考書籍 -----------------------------------------------------14 一、壓床機構(gòu)設(shè)計要求 1.壓床機構(gòu)簡介 圖9—6所示為壓床機構(gòu)簡圖。其中，六桿機構(gòu)ABCDEF為其主體機構(gòu)，電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動減速器的三對齒輪z1-z2、z3-z4、z5-z6將轉(zhuǎn)速降低，然后帶動曲柄1轉(zhuǎn)動，六桿機構(gòu)使滑塊5克服阻力Fr而運動。為了減小主軸的速度波動，在曲軸A上裝有飛輪，在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副用的油泵凸輪。 2.設(shè)計內(nèi)容： （1）機構(gòu)的設(shè)計及運動分折 已知：中心距x1、x2、y, 構(gòu)件3的上、下極限角，滑塊的沖程H，比值 CE／CD、EF／DE，各構(gòu)件質(zhì)心S的位置，曲柄轉(zhuǎn)速n1。 要求：設(shè)計連桿機構(gòu) , 作機構(gòu)運動簡圖、機構(gòu)1～2個位置的速度多邊形和加速度多邊形、滑塊的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動態(tài)靜力分析一起畫在l號圖紙上。 （2）機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 已知：各構(gòu)件的重量G及其對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉(zhuǎn)動慣量（略去不計)，阻力線圖(圖9—7)以及連桿機構(gòu)設(shè)計和運動分析中所得的結(jié)果。 要求：確定機構(gòu)一個位置的各運動副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分亦畫在運動分析的圖樣上。 （3）凸輪機構(gòu)構(gòu)設(shè)計 已知：從動件沖程H，許用壓力角[α]．推程角δ。，遠休止角δ?，回程角δ，從動件的運動規(guī)律見表9-5，凸輪與曲柄共軸。 要求：按[α]確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸．求出理論廓 線外凸曲線的最小曲率半徑ρ。選取滾子半徑r，繪制凸輪實際廓線。以上內(nèi)容作在2號圖紙上 二、壓床機構(gòu)的設(shè)計 1、連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 設(shè)計內(nèi)容 連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 單位 mm （） mm r/min 符號 X1 X2 y ρ ρ H CE/CD EF/DE n1 BS2/BC DS3/DE 數(shù)據(jù) 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 （1） 作機構(gòu)運動簡圖： （2）長度計算： 已知：X1＝70mm， X2＝200mm，Y＝310mm， ＝60，＝120， H＝210mm， CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2。 由條件可得；∠EDE’=60 ∵DE=DE’ ∴△DEE’等邊三角形 過D作DJ⊥EE’，交EE’于J，交F1F2于H ∵∠JDI=90 ∴HDJ是一條水平線， ∴DH⊥FF’ ∴FF’∥EE’ 過F作FK⊥EE’ 過E’作E’G⊥FF’，∴FK＝E’G 在△FKE和△E’GF’中，KE＝GF’，F(xiàn)E=E’F’, ∠FKE=∠E’GF’=90 ∴△FKE≌△E’GF’ ∴KE= GF’ ∵EE’=EK+KE, FF’=FG+GF’ ∴EE’=FF’=H ∵△DEE是等邊三角形 ∴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 連接AD,有tan∠ADI=X1/Y=70/310 又∵AD=mm ∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得： AC=mm AC’=mm ∴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： AB BC BS2 CD DE DS3 EF 69.015mm 314.425mm 157.2125mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm 比例尺 0.05mm/(m/s) （3）機構(gòu)運動速度分析： 已知：n1=90r/min； = rad/s = =9.425 逆時針 = lAB = 9.4250.069015=0.650m/s = + 大小 ? 0.65 ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 選取比例尺μv=0.004m/(mm/s)，作速度多邊形 ＝ ＝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 ＝＝0.031/0.05mm＝0.620m/s ＝＝0.022/0.05mm＝0.440m/s ∴＝＝0.18/0.314425=0.572rad/s (逆時針) ω＝＝0.60/0.140=4.290rad/s (順時針) ω＝＝0.20/0.0525=3.809rad/s (順時針) 項目 數(shù)值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 單位 m/s Rad/s （4）機構(gòu)運動加速度分析： aB=ω12LAB=9.42520.069015=6.130m/s2 anCB=ω22LBC=0.57220. 314425=0.103m/s2 anCD=ω32LCD=4.29020.14=2.577m/s2 anFE =ω42LEF=3.80920.0525=0.762m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大小： ？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.04m/ (mm/s2),作加速度多邊形圖 aC==0.0033/0.01=3.300m/s2 aE==0.05/0.01=5.000m/s2 atCB= =0.031/0.01=3.100m/s2 atCD==0.019/0.01=1.900m/s2 aF = aE + anEF + atEF 大?。? ? √ √ ? 方向： √ √ 　F→E ⊥EF aF==0.032/0.01=3.200m/s2 as2==0.042/0.01=4.200m/s2 as3==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 項目 數(shù)值 6.130 3.300 5.000 3.200 4.200 2.500 9.859 13.571 單位 m/s rad/s （5）機構(gòu)動態(tài)靜力分析 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案Ⅲ 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 單位 N Kg.m2 1）．各構(gòu)件的慣性力，慣性力矩： FI2=m2*as2=G2*as2/g=16004.200/9.8=685.714N（與as2方向相反） FI3=m3*as3= G3*as3/g=10402.500/9.8=265.306N（與as3方向相反） FI5= m5*aF=G5*aF/g=8403.200/9.8=274.286N（與aF方向相反） Fr=11000*0.1=1100 N.m（返回行程） MS2=Js2*α2=1.359.859=13.310N.m （順時針） MS3=Js3*α3=0.3913.571=5.293N.m （逆時針） LS2= MS2/FI2=13.310/685.7141000=19.410mm LS3= MS3/FI3=5.293/265.3061000=19.951mm 2）．計算各運動副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對構(gòu)件5進行力的分析，選取比例尺 μF=20N/mm，作其受力圖 構(gòu)件5力平衡：F45+F65+FI5+G5=0 則F45= 1140.0N；F65=160.0N F43=F45（方向相反） (2)對構(gòu)件2受力分析 對構(gòu)件2進行力的分析，選取比例尺 μF=20N/mm，作其受力圖 桿2對B點求力矩，可得： FI2*LI2+G2*L2 -Ft32*LBC =0 864.222120.2776+16001.6873- Ft32314.425=0 Ft32= 339.1786N 桿2對S2點求力矩，可得：Ft12*LBS2 -FI2*LS2 -Ft32*LCS2 =0 Ft12157.2125-864.22211.0243-339.1786157.2125=0 Ft12=399.781N (3) 對構(gòu)件3受力分析 對構(gòu)件2進行力的分析，選取比例尺 μF=0.05mm/N，作其受力圖 桿3對點C求力矩得：Ft63*LCD –F43*LS3- FI3*LI3+G3*COS15*LG3 =0 Ft63140-572.60417.153-365.24234.3066+ G3*COS15*17=0 Ft63=77.6N 構(gòu)件3力平衡：Fn23+ Ft23+F43+FI3+Ft63+Fn63+G3=0 則 Fn23=2401.0N ；Fn63=172.1N 構(gòu)件2力平衡：F32 +G2+FI2+Ft12+Fn12=0 則 Fn12=1752.458N ；F12=1798.258N (4)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb F61=F21=1798.258N. Mb=F21* L =1798.25867.32190.001 =121.062N.m（逆時針） 項目 FI2 FI3 FI5 MS2 MS3 Mb Fn63 Ft63 數(shù)值 685.714 265.306 274.286 13.310 5.293 40.68 172.1 77.6 單位 N N.m N 項目 Fn12 Ft12 Fn23 Ft23 F34 F45 F65 F61 數(shù)值 3575.0 38.68 2401.0 298.9 1140.0 1140.0 160.0 3575.0 單位 N 三、凸輪機構(gòu)設(shè)計 符號 h [α] δ δs δ＇ 單位 mm （0） 方案3 19 30 65 35 75 有基圓半徑R0=40mm e=8mm 滾子半徑 R=8mm 在推程過程中： 由a=2πhω2 sin(2πδ/δ0)/δ02得 當δ0 =650時，且00<δ<32.50,則有a>=0,即該過程為加速推程段, 當δ0 =650時,且δ>=32.50, 則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運動方程S=h [(δ/δ0) -sin(2πδ/δ0)/(2π)] 在回程階段，由a=-2πhω2 sin(2πδ/δ0’)/ δ0’ 2得 當δ0’ =750時，且00<δ<37.50,則有a<=0,即該過程為減速回程段, 當δ0’ =750時,且δ>=37.50, 則有a>=0,即該過程為加速回程段 所以運動方程S=h[1-(δ/δ0’)+sin(2πδ/δ0’) /(2π)] 當δ0 =650時，且00<δ<32.50,則有a>=0,即該過程為加速推程段, 當δ0 =650時,且δ>=32.50, 則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運動方程S=h [(δ/δ0) -sin(2πδ/δ0)/(2π)] δ 00 50 100 150 200 250 300 350 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 單位 (mm) δ 400 450 500 55 600 650 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 單位 (mm) δ 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 S 19.00 18.96 18.71 18.08 16.94 15.29 13.18 10.76 δ 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 S 8.24 5.82 3.71 2.06 0.92 0.04 0 0 單位 (mm) 凸輪廓線如下: 四、飛輪設(shè)計 Mb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N．m -28.6 -51.3 -63.5 -37.6 -71.6 -50.0 -9.4 -1.1 45.4 0.52 51.5 -160.4 將各點的平衡力矩（即等效阻力矩）畫在坐標紙上，如下圖所示，平衡力矩所做的功可通過數(shù)據(jù)曲線與橫坐標之間所夾面積之和求得。依據(jù)在一個工作周期內(nèi)，曲柄驅(qū)動力矩（設(shè)為常數(shù)）所做的功等于阻力矩所做的功，即可求得驅(qū)動力矩Md（常數(shù)）。在圖紙中，橫坐標為曲柄轉(zhuǎn)角，一個周期為2π，將一個周期分為36等份；縱坐標軸為力矩。 ②根據(jù)盈虧功的原理，求得各盈虧功，并根據(jù)圖紙上的能量指示圖，以曲柄的平均力矩為分界線，求出各區(qū)段盈虧功如下： ΔW1=8.578 ΔW2=-22.124 ΔW3=1366.911 ΔW4=-939.895 ΔW5=8.750 ΔW6=-3981.715 ΔW7=647.629 ΔW8=-2048.790 ΔW9=4429.004 ΔW10=-568.770 ΔW11=1016.037 由此得到ΔWmax=ΔW9=4429.004 JF>=900ΔWmax/(π2 *n2 *[δ]) JF= 1495.84 kg.m2 五、 齒輪機構(gòu)設(shè)計 已知:齒輪,齒輪為正常齒制，工作情況為開式傳動，齒輪與曲柄共軸。 由于其中一齒輪齒數(shù)小于17，要避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象必存在變位系數(shù)，必要增大其中心距， 取a’=130mm,求得’=21,142 經(jīng)計算后取變位系數(shù) ： x5=0.393 mm > Xmin5=0.3529 mm x6=-0.222 mm > Xmin6=-0.8824 mm 分度圓直徑： d=m* Z=66.0mm d=m* Z=192.0mm 基圓直徑： d= d*cos=62.024mm d= d*cos= db6=180.433mm 齒厚： S=（）*m= 10.961mm S=（）*m= 8.628 mm 齒頂高： h=（h+x）*m=8.329mm h=（h+x）*m = 4.642mm 齒底高： h=（ h+c- x）*m=4.62mm h=（ h+c- x）*m=8.829mm 齒頂圓直徑和齒底圓直徑： d= d+ 2h=83.618mm d= d-2h=56.675mm d= d+2h=200.325 mm d= d-2h=173.382mm 重合度: =1.390 六、心得體會 對于機械原理,我對其一直表示很害怕,因為我聽學長學姐說機械原理這門課很難學，很多人都掛在這上面了。因此，我在平時花費在機械原理的時間也比其他課多很多，期末考試成績也不錯。 機械原理課程設(shè)計——這是我入大學的一次做課程設(shè)計。開始我不知道什么是課程設(shè)計，因此有些茫然和不知所措，但在老師的指導和同學的互相幫助下還是按時完成了設(shè)計。這次課程設(shè)計讓我體會很深，也學到了很多新東西?！凹埳系脕斫K覺淺，覺知此事要躬行”，不經(jīng)過實踐，我們又怎么能將書里的知識與實際聯(lián)系在一起。 在這次課程設(shè)計中，充分利用了所學的機械原理知識，根據(jù)設(shè)計要求和運動分析，選用合理的分析方案，從而設(shè)計出比較合理的機構(gòu)來。這次課程設(shè)計，不僅讓我們把自己所學的知識運用到實際生活中去，設(shè)計一些對社會有用的機構(gòu)，也讓我們深刻體會到團體合作的重要性，因為在以后的學習和工作中，但靠我們自己個人的力量是遠遠不夠的，必須積聚大家的智慧，才能創(chuàng)造出令人滿意的產(chǎn)品來。 通過這次試驗我才親身體會到自己學的知識與實際動手之間還有一定的差距。首先在畫圖方面，如何布局才能使圖讓人清晰易懂，不顯得空曠和不浪費紙張。其實要事先想好在哪一部分畫什么，并確定相應的比例尺。在對結(jié)構(gòu)進行力的分析的時候，首先要確定各桿的運動方向，再確定其受力方向。在畫圖的時候要力求精確，只有這樣才能使計算結(jié)果與實際相差不大。在畫圖的過程中，間接的幫我們復習了以前的知識，比如機械制圖，理論力學等。 同時，這次課程設(shè)計也為我們以后的畢業(yè)設(shè)計打下了一個基礎(chǔ)，我相信，經(jīng)過這次設(shè)計，我們畢業(yè)設(shè)計的時候不再會象現(xiàn)在這么茫然了，也一定能做好它。 七、參考書籍 1.《機械原理》（第七版）————孫恒,陳作模 等主編 2.《材料力學》（第五版）————劉鴻文主編 3.《機械原理課程設(shè)計指導書》————羅洪田主編 20