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1、机械原理课程设计机械原理课程设计 说明书说明书设计题目：压床机械设计设计题目：压床机械设计学学 院：机械工程学院院：机械工程学院班班 级：级：XXX设设 计计 者：者：同同 组组 人：人：指导教师：指导教师：2012 年年 7 月月 1 日日1目录目录一、一、题目题目2 2二、原始数据与要求二、原始数据与要求221 1、工作原理、工作原理.2.22.2.设计要求设计要求223.3.设计数据设计数据2 24.4.设计内容设计内容. 3 3三、执行机构方案选型设计三、执行机构方案选型设计33四、机构设计四、机构设计7 71 1、连杆机构的设计、连杆机构的设计772 2、凸轮机构的设计、凸轮机构的设
2、计99五、传动方案设计五、传动方案设计1111六、机构运动分析与力的分析六、机构运动分析与力的分析13131、位置分析、位置分析.13.132、速度分析、速度分析.14.143、加速度分析、加速度分析.14.14七、制定机械系统的运动循环图七、制定机械系统的运动循环图1717八、设计结果分析、讨论，设计心得八、设计结果分析、讨论，设计心得1818九、主要参考资料九、主要参考资料1818附录附录19192一、一、题目：压床机械设计题目：压床机械设计二、原始数据与要求二、原始数据与要求1.1. 工作原理工作原理 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
3、，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。2.2.设计要求设计要求 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
4、设计。 3.3.设计数据设计数据34.4.设计内容设计内容 （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。要求用图解法设计，并写出设计结果和步骤。 4)35. 025. 0(COCDll（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
5、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：4传递的功率和速度范围较大; 能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠; 结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比; 齿轮和齿条直接啮合,传动灵敏性非常高。 结构缺点： 齿轮的制造、安装要求较高，因而成本也较高； 不宜
6、作远距离传动； 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，曲柄摇杆机构实现扇形齿轮上下往复摆动，从而带21ABCOO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： 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性； 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性； 曲柄摇杆机构制造工艺简单，制造成本低； 机构缺点： 扇形齿轮、齿条的制造、安装要求较高，成本也较高； 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
7、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： 齿轮传动结构紧凑、传动效率高和使用寿命长； 齿轮传动的功率大、转速高； 曲柄导杆机构制造工艺简单，成本低； 机构缺点： 制造齿轮需要有专门的设备，安装精度高，成本高； 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; 加工制造容易，成本低； 承载能力较大，使用寿命长； 机构缺点： 机械效率低； 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
8、，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、机构设计四、机构设计1 1、连杆机构的设计、连杆机构的设计（1）已知：X130mm，X2140mm，Y150mm，1=120，2=60，H=150mm，=0.5，=0.34/ BOCB4/COCD由条件可知: 60， ，是等边三角形 241CCO4241OCOC241CCOmmlmmllmmlCDBOCBCO45505 . 0150 44，（2）作图步骤： 确定点O4的位置；设计 内容连杆机构的设计及运动分析单位mm（ ）m mr /min 符号X 1X 2y 1 2H 4/ BOC
9、B4/COCD2n数据3 01 401 601 206 01 500.50.39 08根据机构设计数据，画出点O2的位置；画出的两个极限位置和;4CBO41BOC42BOC分别连接和;41OB42OB以O2为圆点O2B2为半径画圆弧，与B1O2交于点E;以为圆心的一半为半径画圆，并延长与圆相交与点，2O1EB22OB2A与圆相交于点，如图5所示。21OB1A图5通过测量得： mmlmmlABAO217,47 2由上可得：9符号4COl 4BOlBClCDlABl2AOl单位mm 方案51502005045217472 2、凸轮机构的设计、凸轮机构的设计符 号H0s0从动件运动规 律单 位m m
10、。方 案 52030701070正弦有mmrmmemmrr8,15,450在推程过程中：由，得2 002/)/2sin(2ha 700当时，且，则有 a=0,即该过程为加速推程段；700350当时，且，则有 a=0,即该过程为加速回程段；80 040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： 理论廓线半径实践廓线半径1043.609737.9711102045.842040.83483051.459145.35444056.607450.20615059.277253.47276061.868255
11、.50907064.203256.20328064.203256.20329066.772655.362110068.362752.929411067.767049.281812064.231945.074113058.016941.097614050.687338.146215045371604537170453718045371904372004537210453722045372304537112404537250453726045372704537280453729045373004537310453732045373304537340453735045373604537凸轮廓线如下:
12、12-80-60-40-20020406080-60-40-200204060XYO从 从 从 从 从 从 从 从 从 从 从 从从 从 从 从 从 从从 从 从 从 从 从 从 从从 从 从 从 从 从 从 从 从从 从 从 从 从 从五、传动方案设计五、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：，考虑到重量和价格，选用同步转速为min/902rn 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：、传动装置总传动比：67.10
13、90960i、各级传动比：，取，得3412iii ii25. 012，67. 212i434i、确定各齿轮的齿数：选,则，取。221Z74.581122ZiZ592Z选,则。223Z8834344Ziz13由上可得： 符号 1Z2Z3Z4Zm单位。mm 方案 522592288203.5、确定齿轮4的角速度：sradnwrnZZ nnirnnrnZZ nnirnZ/37. 9602min/49.892288min/97.357min/97.3572259min/960443443 342321221 1214（4） 、减速器的结构图如图6，所示。图6六、机构运动分析与力的分析六、机构运动分析与
14、力的分析以为原点，分别建立直角坐标系和，如图 7 所示。2oyxo2 2yox1、位置分析、位置分析 在直角坐标系 xO2y下，用复数矢量法作机构的运动分析。 已知 ：14mmllmmllmmllmmllmmllCDOOBOABAO 45,160100,170,47543214242 srad /7.39 4Z2用矢量形式写出机构封闭矢量方程式:4321321leleleliii应用欧拉公式sincosiei将式 a 的实部和虚部分离得 4442211332211coscoscos sinsinsin llll lll 消去式 b 中 ，求出 2得 0cossin33CBA 式中:；131sin2llA ；)cos(24113lllB1412 42 32 12 2cos2llllllC解之可得)/()()2/tan(2223CBCBAA)/()arctan(22223CBCBAA在直角坐标系中YXO212.5
