机械原理课程设计——压床-(1)

1一、压床机构设计要求1.压床机构简介图9—6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5克服阻力Fr而运动。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。2.设计内容：（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CE／CD、EF／DE，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1～2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。（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9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所2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。（3）凸轮机构构设计已知：从动件冲程H，许用压力角[α]．推程角δ。，远休止角δı，回程角δ'，从动件的运动规律见表9-5，凸轮与曲柄共轴。要求：按[α]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ρ。选取滚子半径r，绘制凸轮实际廓线。以上内容作在2号图纸上3二、压床机构的设计1、连杆机构的设计及运动分析（1）作机构运动简图：（2）长度计算：已知：X1＝70mm，X2＝200mm，Y＝310mm，ψ13＝60°，ψ113＝120°，H＝210mm，CE/CD=1/2,EF/DE=1/2,BS2/BC=1/2,DS3/DE=1/2。由条件可得；∠EDE’=60°∵DE=DE’∴△DEE’等边三角形过D作DJ⊥EE’，交EE’于J，交F1F2于H∵∠JDI=90°∴HDJ是一条水平线，∴DH⊥FF’∴FF’∥EE’过F作FK⊥EE’过E’作E’G⊥FF’，∴FK＝E’G在△FKE和△E’GF’中，KE＝GF’，FE=E’F’,∠FKE=∠E’GF’=90°∴△FKE≌△E’GF’∴KE=GF’设计内容连杆机构的设计及运动分析单位mm（º）mmr/min符号X1X2yρ'ρ''HCE/CDEF/DEn1BS2/BCDS3/DE数据70200310601202101/21/4901/21/24∵EE’=EK+KE',FF’=FG+GF’∴EE’=FF’=H∵△DE'E是等边三角形∴DE=EF=H=210mm∵EF/DE=1/2,CE/CD=1/2∴EF=DE/4=180/4=52.5mmCD=2*DE/3=2*180/3=140mm连接AD,有tan∠ADI=X1/Y=70/310又∵AD=222270310317.33XYmm∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得：AC=mmAC’=mm∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mmBC=(AC+AC’)/2=314.425mm∵BS2/BC=1/2,DS3/DE=1/2∴BS2=BC/2=314.46/2=157.2125mmDS3=DE/2=210/2=105mm由上可得：ABBCBS2CDDEDS3EF69.015mm314.425mm157.2125mm140mm210mm105mm52.5mm比例尺0.05mm/(m/s)5（3）机构运动速度分析：已知：n1=90r/min；1=2601nrad/s=26090=9.425逆时针vB=1·lAB=9.425×0.069015=0.650m/sCv=Bv+Cbv大小?0.65?方向⊥CD⊥AB⊥BC选取比例尺μv=0.004m/(mm/s)，作速度多边形vC＝uv·pc＝0.03/0.05=0.600m/svCB＝uv·bc＝0.009/0.05=0.180m/svE＝uv·pe＝0.45/0.05=0.900m/svF＝uv·pf＝0.44/0.05=0.880m/svFE＝uv·ef＝0.01/0.05=0.200m/svS2＝uv·2ps＝0.031/0.05mm＝0.620m/s6vS3＝uv·3ps＝0.022/0.05mm＝0.440m/s∴2＝BCCBlv＝0.18/0.314425=0.572rad/s(逆时针)ω3＝CDClv＝0.60/0.140=4.290rad/s(顺时针)ω4＝EFFElv＝0.20/0.0525=3.809rad/s(顺时针)项目BCEFvS23S1234数值0.6500.6000.9000.8800.6200.449.4250.5724.2903.809单位m/sRad/s（4）机构运动加速度分析：aB=ω12LAB=9.4252×0.069015=6.130m/s2anCB=ω22LBC=0.5722×0.314425=0.103m/s2anCD=ω32LCD=4.2902×0.14=2.577m/s2anFE=ω42LEF=3.8092×0.0525=0.762m/s2ca=anCD+atCD=aB+atCB+anCB大小：？√？√？√方向：？C→D⊥CDB→A⊥BCC→B选取比例尺μa=0.04m/(mm/s2),作加速度多边形图7aC=ua·''cp=0.0033/0.01=3.300m/s2aE=ua·''ep=0.05/0.01=5.000m/s2atCB=ua·=0.031/0.01=3.100m/s2atCD=ua·'nc=0.019/0.01=1.900m/s2aF=aE+anEF+atEF大小：?√√?方向：√√F→E⊥EFaF=ua·''fp=0.032/0.01=3.200m/s2as2=ua·=0.042/0.01=4.200m/s2as3=ua·=0.025/0.01=2.500m/s22=atCB/LCB=3.100/0.314425=9.859m/s23=atCD/LCD=1.900/0.14=13.571m/s2项目aBaCaEFa2Sa3Sa23数值6.1303.3005.0003.2004.2002.5009.85913.571单位m/s2rad/s2（5）机构动态静力分析G2G3G5FrmaxJs2Js3方案Ⅲ16001040840110001.350.398单位NKg.m21）．各构件的惯性力，惯性力矩：FI2=m2*as2=G2*as2/g=1600×4.200/9.8=685.714N（与as2方向相反）FI3=m3*as3=G3*as3/g=1040×2.500/9.8=265.306N（与as3方向相反）FI5=m5*aF=G5*aF/g=840×3.200/9.8=274.286N（与aF方向相反）Fr=11000*0.1=1100N.m（返回行程）MS2=Js2*α2=1.35×9.859=13.310N.m（顺时针）MS3=Js3*α3=0.39×13.571=5.293N.m（逆时针）LS2=MS2/FI2=13.310/685.714×1000=19.410mmLS3=MS3/FI3=5.293/265.306×1000=19.951mm2）．计算各运动副的反作用力(1)分析构件5对构件5进行力的分析，选取比例尺μF=20N/mm，作其受力图构件5力平衡：F45+F65+FI5+G5=0则F45=1140.0N；F65=160.0NF43=F45（方向相反）(2)对构件2受力分析对构件2进行力的分析，选取比例尺9μF=20N/mm，作其受力图杆2对B点求力矩，可得：FI2*LI2+G2*L2-Ft32*LBC=0864.222×120.2776+1600×1.6873-Ft32×314.425=0Ft32=339.1786N杆2对S2点求力矩，可得：Ft12*LBS2-FI2*LS2-Ft32*LCS2=0Ft12×157.2125-864.222×11.0243-339.1786×157.2125=0Ft12=399.781N(3)对构件3受力分析对构件2进行力的分析，选取比例尺μF=0.05mm/N，作其受力图10杆3对点C求力矩得：Ft63*LCD–F43*LS3-FI3*LI3+G3*COS15º*LG3=0Ft63×140-572.604×17.153-365.242×34.3066+G3*COS15º*17=0Ft63=77.6N构件3力平衡：Fn23+Ft23+F43+FI3+Ft63+Fn63+G3=0则Fn23=2401.0N；Fn63=172.1N构件2力平衡：F32+G2+FI2+Ft12+Fn12=0则Fn12=1752.458N；F12=1798.258N(4)求作用在曲柄AB上的平衡力矩MbF61=F21=1798.258N.Mb=F21*L=1798.258×67.3219×0.001=121.062N.m（逆时针）11项目FI2FI3FI5MS2MS3MbFn63Ft63数值685.714265.306274.28613.3105.29340.68172.177.6单位NN.mN项目Fn12Ft12Fn23Ft23F34F45F65F61数值3575.038.682401.0298.91140.01140.0160.03575.0单位N四、飞轮设计Mb123456789101112N．m-28.6-51.3-63.5-37.6-71.6-50.0-9.4-1.145.40.5251.5-160.4将各点的平衡力矩（即等效阻力矩）画在坐标纸上，如下图所示，平衡力矩所做的功可通过数据曲线与横坐标之间所夹面积之和求得。依据在一个工作周期内，曲柄驱动力矩（设为常数）所做的功等于阻力矩所做的功，即可求得驱动力矩Md（常数）。在图纸中，横坐标为曲柄转角，一个周期为2π，将一个周期分为36等份；纵坐标轴为力矩。②根据盈亏功的原理，求得各盈亏功，并根据图纸上的能量指示图，以曲柄的平均力矩为分界线，求出各区段盈亏功如下：ΔW1=8.578ΔW2=-22.124ΔW3=1366.911ΔW4=-939.895ΔW5=8.750ΔW6=-3981.715ΔW7=647.629ΔW8=-2048.790ΔW9=4429.004ΔW10=-568.770ΔW11=1016.037由此得到ΔWmax=ΔW9=4429.004JF=900ΔWmax/(π2*n2*[δ])JF=1495.84kg.m2