压床机械设计

机械原理课程设计说明书设计题目：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1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…………………………………………………………………192一、题目：压床机械设计二、原始数据与要求1.工作原理压床机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。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±5%。要求凸轮机构的最大压力角应在许用[α]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。3.设计数据34.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，45.0OBCBll,4)35.0~25.0(COCDll。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。（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0r，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：①传递的功率和速度范围较大;②能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;4③结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;④齿轮和齿条直接啮合,传动灵敏性非常高。结构缺点：①齿轮的制造、安装要求较高，因而成本也较高；②不宜作远距离传动；③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21ABCOO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：①扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；②扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；③曲柄摇杆机构制造工艺简单，制造成本低；机构缺点：①扇形齿轮、齿条的制造、安装要求较高，成本也较高；②载荷有较大的冲击力，扇形齿轮、齿条易受损，使用寿命短。5图2方案3：齿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O1带动齿轮O2转动，齿轮O2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：①齿轮传动结构紧凑、传动效率高和使用寿命长；②齿轮传动的功率大、转速高；③曲柄导杆机构制造工艺简单，成本低；机构缺点：①制造齿轮需要有专门的设备，安装精度高，成本高；②啮合传动会产生噪声。6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;①加工制造容易，成本低；②承载能力较大，使用寿命长；机构缺点：①机械效率低；②不宜用于高速运动。7图4综合分析选定执行机构：压床机构设计要求使用寿命为10年，载荷有中等冲击，按小批量规模生产，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（1）已知：X1＝30mm，X2＝140mm，Y＝150mm，Φ1=120°，Φ2=60°，H=150mm，4/BOCB=0.5，4/COCD=0.3由条件可知:241∠CCO60°，4241OCOC，∴△241CCO是等边三角形∴mmlmmllmmlCDBOCBCO45505.015044，，（2）作图步骤：设计内容连杆机构的设计及运动分析单位mm（º）mmr/min符号X1X2yΦ1Φ2H4/BOCB4/COCD2n数据30140160120601500.50.3908①确定点O4的位置；②根据机构设计数据，画出点O2的位置；③画出4CBO的两个极限位置41BOC和42BOC;④分别连接41OB和42OB;⑤以O2为圆点O2B2为半径画圆弧，与B1O2交于点E;⑥以2O为圆心1EB的一半为半径画圆，并延长22OB与圆相交与点2A，21OB与圆相交于点1A，如图5所示。图5通过测量得：mmlmmlABAO217,4729由上可得：符号4COl4BOlBClCDlABl2AOl单位mm方案51502005045217472、凸轮机构的设计符号H0s0'从动件运动规律单位mm。方案52030701070正弦有mmrmmemmrr8,15,450在推程过程中：由2002/)/2sin(2ha，700得当700时，且350，则有a=0,即该过程为加速推程段；当700时，且35，则有a=0,即该过程为减速推程段所以运动方程)2/()/2sin()/(00hs在远休止过程中：s=0，8070在回程过程中：由2'0'2/)/2sin(2ha，15080得：当80'0时，且400，则有a=0,即该过程为减速回程段；当80'0时，且40，则有a=0,即该过程为加速回程段；所以运动方程)2/()/2sin()/(1'0'0hs在近休止过程中：s=0，0360150运用MATLAB软件处理得如下表的数据：10理论廓线半径实践廓线半径10°43.609737.971120°45.842040.834830°51.459145.354440°56.607450.206150°59.277253.472760°61.868255.509070°64.203256.203280°64.203256.203290°66.772655.3621100°68.362752.9294110°67.767049.2818120°64.231945.0741130°58.016941.0976140°50.687338.1462150°4537160°4537170°4537180°4537190°437200°4537210°4537220°4537230°4537240°4537250°4537260°4537270°4537280°4537290°4537300°4537310°4537320°4537330°453711340°4537350°4537360°4537凸轮廓线如下:-80-60-40-20020406080-60-40-200204060XYO偏置移动从动盘形凸轮设计点线表示基圆虚线表示实际廓线点画线表示理论廓线实线表示滚子五、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：min/902rn，考虑到重量和价格，选用同步转速为1000r/min的Y系列异步电动机Y132S-6，其满载转速min/960rnm。（3）、总传动比和各级的传动比：①、传动装置总传动比：67.1090960i②、各级传动比：3412i×ii，取ii25.012，得1267.212i，434i③、确定各齿轮的齿数：选221Z,则74.581122ZiZ，取592Z。选223Z,则8834344Ziz。由上可得：符号1Z2Z3Z4Zm单位。mm方案522592288203.5④、确定齿轮4的角速度：sradnwrnZZnnirnnrnZZnnirnZ/37.9602min/49.892288min/97.357∵min/97.3572259min/9604434433423212211214（4）、减速器的结构图如图6，所示。图613六、机构运动分析与力的分析以2o为原点，分别建立直角坐标系yxo2和'2'yox，如图7所示。1、位置分析在直角坐标系x'O2y'下，用复数矢量法作机构的运动分析。已知：mmllmmllmmllmmllmmllCDOOBOABAO45,160100,170,47543214242srad/7.39ωω4Z2用矢量形式写出机构封闭矢量方程式:4321321leleleliii·······①应用欧拉公式sincosiei将式a的实部和虚部分离得}4442211332211coscoscossinsinsinlllllll·······②消去式b中θ，求出θ2得0cossin33CBA················③式中:131sin2llA；)cos(24113lllB；14124232122cos2llllllC解之可得)/()()2/tan(2223CBCBAA·······④)]/()arctan[(22223CBCBAA在直角坐标系YXO2中12.53-3445/130sin160/130sin160sin445CDl)45/130sin160arcsin(∴45滑块6上点D的坐标为14)cos45cos160160,130(54D54Dcos45)cos1(160y∴点D的最低位置为)39,130(minD滑块6上点D的位移为39cos45)cos1(1603954DDys2、速度分析在直角坐标系xOy中，已知tw21摇杆4的角速度为dtdw/44滑块6的速度为dtdsvD/63、加速度分析在直角坐标系xOy中，摇杆4的角加速度为dtdw/44滑块6的加速度为dtdva/6615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16080159239318398477557150160170180190200210位移变化图像角度位移（2）滑块6的速度曲线0801592393183