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1、机械原理课程综合设计说明书目录1设计任务31.1设计题目31.2自动送料冲床简介31.3设计条件与要求41.4设计任务51.5主要参数及性能指标62. 机构运动简图73.课题分析74.工作原理85.理论计算85.1曲柄滑块设计85.2曲柄摇杆机构的设计105.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合135.4间歇机构设计135.5 齿轮传动机构146.图解法分析156.1曲柄摇杆机构运动分析156.2 曲柄滑块机构运动分析186.3发动机的选择196.4飞轮的选择217.三维建模及模拟运动仿真217.1建模217.2运动分析217.3三维图片238. 感想249.参考文献241设计任务1.1设计题目自动送料
2、冲床机构综合1.2自动送料冲床简介冲床机构运动方案示意图自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构。工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处，然后送料机构要保证原料胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。最后，冲头快速返回，执行下一个循环。送料机构在此期间将原料胚件送至待加工位置，完成一个工作循环。1.3设计条件与要求以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下往复直线运动，其大致运动规律如图1所示，具有快速下沉、等速工作给进和快速返回等特性。机构应具有较
3、好的传力性能，工作段的传动角r大于或等于许用传动角r=450冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。生产率为每分钟180件。冲头的工作段长度l=100mm，冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。冲头的一个工作循环内的受力如图2所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N。送料距离Sn=150mm 。冲头所受阻力曲线机器运转速度不均匀系数不超过0.03。图1图21.4设计任务绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短冲床工作周期； 针对图所示的冲床的执行机构（冲压机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数
4、，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图； 假设曲柄等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线； 在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩； 确定电动机的功率与转速； 曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量； 1.5主要参数及性能指标生产率（件/min）180送料距离（mm）150板料厚度（mm）2轴心高度（mm）240冲头行程（mm）100辊轴半径（mm）60大齿轮轴心坐标（mm）270大齿轮轴心坐标（mm）460大齿轮轴心偏距（mm）30送料机构最小传动角（0）45速度不均匀系数0.03板料送进
5、阻力（N）530冲压板料最大阻力（N）2300冲头重力（N）1502. 机构运动简图3.课题分析一般来讲，我们要设计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类型，即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简图。所以，只需要考虑运动设计。也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。4.工作原理送料过程：电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的薄钢板送入冲床工作台面位置冲
6、制过程：飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆摆动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动，棘轮与辊轴中心轴线重合，最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工作位置。5.理论计算5.1曲柄滑块设计已知条件冲压行程 H=100mm B1+B=22mmN=180转/分，则每转需要时间T=0.33s 设飞轮的角速度为，则速度为 V=O1AT1=，T2=， T1=0.198s，T2=0.132s 根据冲头行程H=100mm 01A+AC-AC-O1A=100mm得O1A=50mmAC=125mmC到冲头为45mm 冲头高20mm 滑块共高80mm 5.2曲
7、柄摇杆机构的设计可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。已知最小传动角为，则由此知确定各杆长度 当a和d杆共线的位置有最小传动角 存在分别为Y1,Y2 当Y1=Y2=Ymin时为最佳传动机构 ，可根据余弦公式 解得b=式中 且Y1=Y2=Ymin= 解得：e=f=0曲柄长度应非负，则所以mm (其他值不符合要求舍去！)可取 a=100mm解得c=523.14mm b=144.19mm或者 c=144.27mm b=522.85mm因为cb，所以取c=144.27mm b=522.85mm行程比系数K=1.1336所以曲柄摇杆机构的极位夹角为工作摆角为5.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合可以直接设计为与棘轮
8、共轴的摇杆，棘爪安装在摇杆上。5.4间歇机构设计当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应该设计间歇机构。这里选择了辊轴5.5 齿轮传动机构 设辊轴的角速度为，大齿轮为，小齿轮的分度圆半径为r2；齿顶圆半径为R2 ； 传动比 ;由已知参数知小齿轮的齿顶圆半径为60mm; 欲使送料机构达到每次送料150mm的要求：分析时由于在曲柄摇杆中求得行程比K=1，以起始时刻t=0时计算并且摆杆的位置位于刚开始逆时针摆动的位置上，则第一次送料是在0.144s到0.336s阶段完成。 则有 即 设定m1=m2=m=5,(m1，m2 分别为大齿轮、小齿轮的模量) ；得到z2=22；对大齿轮的进行分析
9、：由于两齿轮中心距a=。可得大齿轮r2=127.48mm模数m 压力角 齿距 分度圆直径d 齿顶高ha 齿根高hf 齿顶圆直径da 齿根圆直径df 大齿轮5 20.5 2155 6.25 225204.5 小齿轮5 20.5 110 5 6.25 120 107.5 两齿轮的传动比 ,小齿轮齿数定为22，大齿轮齿数=22*1.96=51.04，取整为516.图解法分析 6.1曲柄摇杆机构运动分析 速度分析：已知 有 ,现取构件AB为动参考系可写出下列矢量方程式： 大小：？ 已知 ？ 方向： 式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。做法：任取一点p为速度多边形的极点，取矢量pb1垂直于O1A
10、 代表VA,速度比例尺 ，单位为（m/s）/mm。过b1做b1b2垂直于AB代表vBA , 。 由图可知 ,解得=2.747m/s，9.955m/s 。 加速度分析： 已知 , , . 取构件AB为动参考系，可得出下列矢量方程式： 大小： ？ ？ 方向： 式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。做法：任取一点p为速度多边形的极点，取矢量平行于代表 ,加速度比例尺 ，单位为（m/ ）/mm。过 b1做b1b2 平行于AB代表 , ,然后再过p点做p 平行于 ，分别过 、 做垂线相交于 ，如图所示： 可得 ， .6.2 曲柄滑块机构运动分析 如图所示状态 取 为坐标原点，OC方向为x轴正方向，
11、在任意瞬时t，机构的位置如图，可以假设C点的失径为r=C= A+ C C点的坐标为其失径在坐标轴上的投影 利用三角关系，立即得到 x=r 因为 ，所以 所以 于是滑块的速度 v= 进而，可以得到滑块的加速度 a= 6.3发动机的选择本设计中已经采用了的设计，所以可得到速度可得瞬时功率按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率K安全系数=1.2 ，算的Nd=3.45kw 冲床传动系统如图3所示电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为1500r/min，可选用如下型号：电机型号额定功率（kw）额定转速（r/min）Y100L243.01420Y1
12、12M44.01440Y132S45.51440图3由生产率可知主轴转速约为180r/min，且题目要求使用单级齿轮传动，电动机暂选为Y112M4，则传动系统总的传动比传动比约为。带传动的传动比，则齿轮减速器。6.4飞轮的选择采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力Fr=2300N最大盈亏功A=飞轮安装在主动轴上算得M=36527.8（）飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质，飞轮半径为100mm，求得厚度1.6mm。7.三维建模及模拟运动仿真 7.1建模 7.2运动分析 冲头位置分析图： 冲头速度分析图： 冲头加速度分析图： 7.3三维图片正面：背面：8. 感想通过这次机械原理课程设计使我对制图三维软件proe、cad有了更熟悉的操作，也对机械零件装配，机械运动有了更深刻的认识。在以后的实际操作中，合理运用制图软件将会使我们更加方便，所以，制图软件也将要更多的使用，才能更加熟悉机械行业。9.参考文献【1】机械原理-郑甲红【2】机械设计课程设计指导书【3】平面连杆机构设计-张世民【4】计算机CAD/CAM辅助设计单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。24
