機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)壓床機(jī)構(gòu)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：學(xué)院：班級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目 錄目 錄2一、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)31.1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介31.2機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析31.3凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)31.4.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)4二、壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)52.1.傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)52.1.1.基于擺桿的傳動(dòng)方案52.1.2.六桿機(jī)構(gòu)A52.1.3.六桿機(jī)構(gòu)B62.2.確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度6三.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析83.1.速度分析83.2.加速度分析103.3. 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析113.4.基于soildworks環(huán)境下受力模擬分析：14四、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)17五、齒輪設(shè)計(jì)195.1.全部原始數(shù)據(jù)195.2.設(shè)計(jì)方法及原理195.3.設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)

2、程19參考文獻(xiàn)21一、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1.1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介圖示為壓床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中六桿機(jī)構(gòu)為主體機(jī)構(gòu)。圖中電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)三對(duì)齒輪將轉(zhuǎn)速降低，然后帶動(dòng)曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)六桿機(jī)構(gòu)使滑塊5克服工作阻力而運(yùn)動(dòng)。為了減少主軸的速度波動(dòng)，在曲柄軸A 上裝有大齒輪并起飛輪的作用。在曲柄軸的另一端裝有油泵凸輪，驅(qū)動(dòng)油泵向連桿機(jī)構(gòu)的供油。（a）壓床機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)1.2機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 已知：各構(gòu)件的重量G及其對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（略去不計(jì))，阻力線圖(圖97)以及連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析中所得的結(jié)果。要求：確定機(jī)構(gòu)一個(gè)位置的各運(yùn)動(dòng)副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分亦

3、畫(huà)在運(yùn)動(dòng)分析的圖樣上。1.3凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件沖程H，許用壓力角 推程角。，遠(yuǎn)休止角，回程角'，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見(jiàn)表9-5，凸輪與曲柄共軸。要求：按確定凸輪機(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。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(hào)圖紙上1.4.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析符號(hào)單位mm度mmr/min數(shù)據(jù)I50140220601201501/21/41001/21/2II60170260601201801/21/4901/21/2III70200310601202101/21/4901/21/2連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的

4、確定G2G3G5N1/3066044030040000.280.0851/30106072055070000.640.21/3016001040840110001.350.39凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)aS0mm0161204080207518130387520901813542652075二、壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1.傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1.1.基于擺桿的傳動(dòng)方案優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，在點(diǎn)處，力的方向與速度方向相同，所以傳動(dòng)角，傳動(dòng)效果最好；滿足急回運(yùn)動(dòng)要求；缺點(diǎn)：有死點(diǎn)，造成運(yùn)動(dòng)的不確定，需要加飛輪，用慣性通過(guò)；2.1.2.六桿機(jī)構(gòu)A優(yōu)點(diǎn)：能滿足要求，以小的力獲得很好的效果；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)過(guò)于分散：2.1.3.六桿機(jī)構(gòu)B

5、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，滿足急回運(yùn)動(dòng)要求；缺點(diǎn)： 機(jī)械本身不可避免的問(wèn)題存在。綜合分析：以上三個(gè)方案，各有千秋，為了保證傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，并且以滿足要求為目的，我們選擇方案三。2.2.確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度已知： , ,，如右圖所示，為處于兩個(gè)極限位置時(shí)的狀態(tài)。根據(jù)已知條件可得： 在三角形和中用余弦公式有：由上分析計(jì)算可得各桿長(zhǎng)度分別為：三.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析項(xiàng)目數(shù)值單位3.1.速度分析已知： ,逆時(shí)針；大小 方向 鉛垂 選取比例尺，作速度多邊形如圖所示；由圖分析得：0.004×18.71=0.07484m/s0.004×121.5=0.486m/s0.004×28.06=0.

6、11224m/s0.004×20.7=0.0828m/s0.004×14.36=0.05744m/s0.004×69.32mm 0.27728m/s0.004×14.03mm 0.05612m/s0.486/0.223185=2.178rad/s (順時(shí)針)0.07484/0.1=0.7484rad/s (逆時(shí)針)0.05744/0.0375=1.532rad/s (順時(shí)針) 速度分析圖：項(xiàng)目數(shù)值2.1780.7481.532單位3.2.加速度分析10.4722×0.049285=5.405m/s2=2.1782×0.223185=1

7、.059m/s2=0.7482×0.1=0.056m/s2 =1.5322×0.0375=0.088m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB大小： ？ ？ ？ 方向： ？ CD CD BA BC CB選取比例尺a=0.04(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖=0.04×113.53=4.5412m/s2=0.04×170.29=6.8116m/s2=0.04×61.3=2.452 m/s2=0.04×113.52=4.5408 m/s2aF = aE + anFE + atFE大?。?？ ?方向： FE

8、FE=0.04×129.42=5.1768 m/s2=0.04×120.97=4.8388m/s2=0.04×85.15= 3.406m/s2=0.04×129.42= 5.1768m/s2=2.452/0.223185=10.986 m/s2 （逆時(shí)針）=4.5408/0.1=45.408 m/s2 （順時(shí)針）項(xiàng)目數(shù)值5.405 4.5416.812 5.1774.839 3.406 10.986 45.408單位m/srad/s3.3. 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析G2 G3G5FrmaxJs2Js3方案I66044030040000.280.085單位 N K

9、g.m21各構(gòu)件的慣性力，慣性力矩：=660×4.839/9.8=325.892N（與方向相同）=440×3.406/9.8=152.922N（與方向相反）=300×5.177/9.8=158.480N（與方向相反）=4000/10=400N=0.28×10.986=3.076N.m （順時(shí)針）=0.085×45.408=3.860N.m （逆時(shí)針）=3.076/325.892=9.439mm=3.860/152.922=25.242mm2計(jì)算各運(yùn)動(dòng)副的反作用力(1)分析構(gòu)件5對(duì)構(gòu)件5進(jìn)行力的分析，選取比例尺作其受力圖構(gòu)件5力平衡： 則=-10

10、×47.44=-474.4N=474.4N(2)分析構(gòu)件2、3單獨(dú)對(duì)構(gòu)件2分析：桿2對(duì)C點(diǎn)求力矩，可得：?jiǎn)为?dú)對(duì)構(gòu)件3分析：桿3對(duì)C點(diǎn)求矩得：解得: 對(duì)桿組2、3進(jìn)行分析：R43+Fg3+G3+Rt63+ Fg2+G2+Rt12+Rn12+Rn63=0大小： ？ ？方向： 選取比例尺F=10N/mm，作其受力圖則 Rn12=10×156.8=1568N； Rn63=10×49.28=492.8N.(3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb：項(xiàng)目Fg2Fg3Fg5MI2MI3MbRn63Rt63數(shù)值325.89152.92158.483.083.8613.42492.82

11、65.10單位 N N.m N項(xiàng)目Rn12Rt12R34R45R56R61數(shù)值1568.0058.71474.4474.4121.81569.1單位 N3.4.基于soildworks環(huán)境下受力模擬分析：裝配體環(huán)境下的各零件受力分析Soild works為用戶提供了初步的應(yīng)力分析工具simulation，利用它可以幫助用戶判斷目前設(shè)計(jì)的零件是否能夠承受實(shí)際工作環(huán)境下的載荷，它是COMOSWorks產(chǎn)品的一部分。Simulation利用設(shè)計(jì)分析向?qū)橛脩籼峁┝艘粋€(gè)易用、分析的設(shè)計(jì)分析方法。向?qū)б笥脩籼峁┯糜诹慵治龅男畔?，如材料、約束和載荷，這些信息代表了零件的實(shí)際應(yīng)用情況。Simulatio

12、n使用了當(dāng)今最快的有限元分析方法快速有限元算法（FFE）,它完全集成在windows環(huán)境中并與soild works軟件無(wú)縫集成，被廣泛應(yīng)用于玩具、鐘表、相機(jī)、機(jī)械制造、五金制品等設(shè)計(jì)之中。連桿受力情況Soild works中的simulation模塊為我們提供了很好的零件應(yīng)力分析途徑，通過(guò)對(duì)構(gòu)件的設(shè)置約束點(diǎn)與負(fù)載，我們很容易得到每個(gè)零件在所給載荷后的應(yīng)力分布情況。由于不知道該零件的具體材料，所以我選用了soild works中的合金鋼材料，并且在軸棒兩端加載了兩個(gè)負(fù)載，經(jīng)過(guò)soild works simulation運(yùn)算后得到上圖的應(yīng)力分布圖，通過(guò)不同色彩所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，我們可以清楚的看到各個(gè)

13、應(yīng)力的分布情況，雖然負(fù)載與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)有偏差，不過(guò)對(duì)于我們了解零件的應(yīng)力分布已經(jīng)是足夠了。四、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號(hào)h0010單位mm（0）方案11730552585有,即有。取,取。在推程過(guò)程中：由得當(dāng)0 =550時(shí)，且00<<22.50,則有a>=0,即該過(guò)程為加速推程段,當(dāng)0 =550時(shí),且>=22.50, 則有a<=0,即該過(guò)程為減速推程段所以運(yùn)動(dòng)方程 0050100150200250300350400450500550S 00.3441.3492.9344.9697.2909.70912.03114.06615.65016.65517.000單位(mm)在回

14、程階段，由 得:當(dāng)0=850時(shí)，且00<<42.50,則有a<=0,即該過(guò)程為減速回程段,當(dāng)0=850時(shí),且>=42.50, 則有a>=0,即該過(guò)程為加速回程段所以運(yùn)動(dòng)方程 80085090095010001050110011501200S1716.85516.42615.72714.78213.62312.28910.8269.28512501300135014001450150015501600165S7.7166.1744.7123.3782.2191.2730.5740.1450單位(mm)凸輪廓線如下:五、齒輪設(shè)計(jì)5.1.全部原始數(shù)據(jù)5.2.設(shè)計(jì)方法及原

15、理考慮到負(fù)傳動(dòng)的重合度雖然略有增加，但是齒厚變薄，強(qiáng)度降低，磨損增大：正傳動(dòng)的重合度雖然略有降低，但是可以減小齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸，減輕齒輪的磨損程度，提高兩輪的承載能力，并可以配湊中心距，所以優(yōu)先考慮正傳動(dòng)。5.3.設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程1、 變位因數(shù)選擇求標(biāo)準(zhǔn)中心距:選取，由此可得嚙合角求變位因數(shù)之和：，然后在齒數(shù)組合為的齒輪封閉線上作直線，此直線所有的點(diǎn)均滿足變位因數(shù)之和1.1044和中心距122.5mm的要求，所以，滿足兩齒根相等的要求。 2、計(jì)算幾何尺寸由可知，該傳動(dòng)為正傳動(dòng)，其幾何尺寸計(jì)算如下：a.中心距變動(dòng)系數(shù)：b.齒頂高變動(dòng)系數(shù)：c.齒頂高： d.齒根高: e.齒全高： f.分度圓直徑： g.齒頂圓直徑: h.齒根圓直徑： i.基圓直徑： j.節(jié)圓直徑： k.頂圓壓力角： l.重合度： 滿足重合度要求。m