機(jī)械原理課程設(shè)計——壓床

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Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 機(jī)械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目: 壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計 專業(yè)班級： XXX 姓名學(xué)號： XXX 指導(dǎo)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(jī)構(gòu)簡介---------------------------------------------------3 2. 設(shè)計內(nèi)容--------------------------------------------------------3 (1) 機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動分折----------------------------------------3 (2) 機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析-------------------------------------------3 (4) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計---------------------------------------------------3 二．壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計: --------------------------------------------4 1. 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動分析-------------------------------4 (1) 作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖---------------------------------------------4 (2) 長度計算-----------------------------------------------------4 (3) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度分析-------------------------------------------5 (4) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動加速度分析----------------------------------------6 (5) 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析-------------------------------------------8 三．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------11 四．飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------12 五．齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------13 六．心得體會-------------------------------------------------------14 七、參考書籍 -----------------------------------------------------14 一、壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計要求 1.壓床機(jī)構(gòu)簡介 圖9—6所示為壓床機(jī)構(gòu)簡圖。其中，六桿機(jī)構(gòu)ABCDEF為其主體機(jī)構(gòu)，電動機(jī)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(jī)構(gòu)使滑塊5克服阻力Fr而運(yùn)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(jī)構(gòu)各運(yùn)動副用的油泵凸輪。 2.設(shè)計內(nèi)容： （1）機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)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(jī)構(gòu) , 作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、機(jī)構(gòu)1～2個位置的速度多邊形和加速度多邊形、滑塊的運(yùn)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(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)動分析中所得的結(jié)果。 要求：確定機(jī)構(gòu)一個位置的各運(yùn)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(yùn)動分析的圖樣上。 （3）凸輪機(jī)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(yuǎn)休止角δ?，回程角δ，從動件的運(yùn)動規(guī)律見表9-5，凸輪與曲柄共軸。 要求：按[α]確定凸輪機(jī)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(shí)際廓線。以上內(nèi)容作在2號圖紙上 二、壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計 1、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動分析 設(shè)計內(nèi)容 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)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(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)構(gòu)運(yùn)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?。?？ √ ？ √ ？ √ 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(jī)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(yùn)動副的反作用力 (1)分析構(gòu)件5 對構(gòu)件5進(jìn)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(jìn)行力的分析，選取比例尺 μF=20N/mm，作其受力圖 桿2對B點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行力的分析，選取比例尺 μF=0.05mm/N，作其受力圖 桿3對點(diǎn)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(jī)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(dāng)δ0 =650時，且00<δ<32.50,則有a>=0,即該過程為加速推程段, 當(dāng)δ0 =650時,且δ>=32.50, 則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運(yùn)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(dāng)δ0’ =750時，且00<δ<37.50,則有a<=0,即該過程為減速回程段, 當(dāng)δ0’ =750時,且δ>=37.50, 則有a>=0,即該過程為加速回程段 所以運(yùn)動方程S=h[1-(δ/δ0’)+sin(2πδ/δ0’) /(2π)] 當(dāng)δ0 =650時，且00<δ<32.50,則有a>=0,即該過程為加速推程段, 當(dāng)δ0 =650時,且δ>=32.50, 則有a<=0,即該過程為減速推程段 所以運(yùn)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(diǎn)的平衡力矩（即等效阻力矩）畫在坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(jī)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(jī)械原理,我對其一直表示很害怕,因為我聽學(xué)長學(xué)姐說機(jī)械原理這門課很難學(xué)，很多人都掛在這上面了。因此，我在平時花費(fèi)在機(jī)械原理的時間也比其他課多很多，期末考試成績也不錯。 機(jī)械原理課程設(shè)計——這是我入大學(xué)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(dǎo)和同學(xué)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(xué)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(shí)踐，我們又怎么能將書里的知識與實(shí)際聯(lián)系在一起。 在這次課程設(shè)計中，充分利用了所學(xué)的機(jī)械原理知識，根據(jù)設(shè)計要求和運(yùn)動分析，選用合理的分析方案，從而設(shè)計出比較合理的機(jī)構(gòu)來。這次課程設(shè)計，不僅讓我們把自己所學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)際生活中去，設(shè)計一些對社會有用的機(jī)構(gòu)，也讓我們深刻體會到團(tuán)體合作的重要性，因為在以后的學(xué)習(xí)和工作中，但靠我們自己個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)的知識與實(shí)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(fèi)紙張。其實(shí)要事先想好在哪一部分畫什么，并確定相應(yīng)的比例尺。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行力的分析的時候，首先要確定各桿的運(yùn)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(shí)際相差不大。在畫圖的過程中，間接的幫我們復(fù)習(xí)了以前的知識，比如機(jī)械制圖，理論力學(xué)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(jī)械原理》（第七版）————孫恒,陳作模 等主編 2.《材料力學(xué)》（第五版）————劉鴻文主編 3.《機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》————羅洪田主編 20