压床机构设计设计-说明书-机械原理

机械原理课程设计任务书

设计题目：压床机构设计

院（系）专业

班级

学号

设计者

指导老师

完成日期年月日

一. 设计要求------------------------------------------------------3

1. 压床机构简介--------------------------------------------------3

2. 设计内容-------------------------------------------------------3

(1) 机构的设计及运动分折

---------------------------------------3

(2) 机构的动态静力分析

------------------------------------------3

(4) 凸轮机构设计--------------------------------------------------3

二．压床机构的设计: --------------------------------------------4

1. 连杆机构的设计及运动分析-------------------------------4

(1) 作机构运动简图---------------------------------------------4

(2) 长度计算-----------------------------------------------------4

(3) 机构运动速度分析------------------------------------------5

(4) 机构运动加速度分析---------------------------------------6

(5) 机构动态静力分析------------------------------------------8

三．凸轮机构设计------------------------------------------------12

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δ?，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

二、压床机构的设计

1、连杆机构的设计及运动分析

（2）长度计算：

已知：X

＝70mm，

X 2＝200mm，Y＝310mm，

设计内容连杆机构的设计及运动分析

单位mm（o）mm r/min

符号X1X2yρ'ρ''H CE/CD EF/DE n1BS2/BC DS3/DE 数据70200310601202101/21/4901/21/2

ψ13＝60°，ψ113＝120°，H＝210mm，

CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS

2/BC=1/2, DS

/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F

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’

∵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=52.5mm CD=2*DE/3=2*180/3=140mm

连接AD,有tan∠ADI=X

/Y=70/310

又∵AD=2222

70310317.33

X Y

+=+=mm

∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得：

AC=mm AC’=mm ∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mm BC=(AC+AC’)/2=314.425mm

∵BS

2/BC=1/2, DS

/DE=1/2

∴BS

2=BC/2=314.46/2=157.2125mm DS

=DE/2=210/2=105mm

AB BC BS

2CD DE DS

69.015mm314.425mm157.2125mm140mm210mm105mm52.5mm

（3）机构运动速度分析：

已知：n 1=90r/min ；

1ω =

π2601?n rad/s = π260

90? =9.425 逆时针

= 1ω·l AB = 9.425×0.=

0.m/s

C v = B v + Cb v 大小 ? 0.65 ? 方向 ⊥C

D ⊥AB ⊥BC

选取比例尺μv=0.004m/(mm/s)，作速度多边形

v C ＝u v ·

pc ＝0.004×151.4986=0.m/s

v CB ＝u v ·

bc ＝0.004×32.3201=0.m/s

v E ＝u v ·

pe ＝0.004×227.2479=0.m/s v F

＝u v ·

pf ＝0.004×216.594=0.m/s

v FE

＝u v ·

ef ＝0.004×54.5546=0.m/s v S 2＝u v ·2ps ＝0.004×156.3208mm ＝0.m/s

v S 3

＝u

v ·

3ps ＝0.004×113.624mm ＝0.m/s

∴2ω＝BC

l v ＝0./0.=0.4112rad/s (逆时针)

ω3＝CD C l v ＝0./0.140=4.3285rad/s (顺时针) ω4＝

FE l v ＝0./0.0525=4.15654rad/s (顺时针)

项目 ν

S 2

1ω 2ω 3ω 4ω

数值 0. 0. 0.

0. 0. 0. 9.425 0.4112 4.3285 4.15654

单位

m/s

Rad/s

（4）机构运动加速度分析：

a B =ω12

L AB =9.4252

×0.=6.m/s 2

a n

CB =ω22

L BC =0.41122

×0. =0.m/s 2

a n

CD =ω32

L CD =4.32852

×0.14=2.623m/s 2

a n

FE =ω42

L EF =4.×0.0525=0.907m/s 2

c a = a n CD + a t CD = a B + a t CB + a n CB

大小：？ √ ？ √ ？ √ 方向：？ C →D ⊥CD B →A ⊥BC C →B

选取比例尺μa=0.04m/ (mm/s 2),作加速度多边形图

a C=u a ·

''c p =0.04×114.7231=4.5889m/s 2

a E =u a ·

''e p =0.04×172.08465=6.8834m/s 2

a t

CB =u a ·

=0.04×55.4803=2.219 m/s 2

a t

CD =u a ·

"'n c =0.04×56.2262=2.249 m/s

a F = a E + a n EF + a t

大小： ? √ √ ?

方向： √ √ F →E ⊥EF

a F =u a

''f p =0.04×78.4917=3.13967m/s 2

a s2=u a

=0.04×132.3339=5.29336m/s 2

a s3=u a ·

=0.04×86.0423= 3.4417m/s 2

α2

= a t

CB /L CB =2.219 /0.=7.0573 m/s 2

α3

= a t

CD /L CD =2.249/0.14=16.064 m/s

项目 a

F a

S a

数值 6.13065 4.5889 6.8834 3.13967 5.29336 3.4417 7.0573 16.064

单位

m/s 2

rad/s 2

（5）机构动态静力分析

G 2 G 3 G 5 F rmax

J s2

J s3 方案Ⅲ 1600 1040 840 11000 1.35 0.39

单位 N Kg.m 2

．各构件的惯性力，惯性力矩：

F I2=m 2*a s2=

G 2*a s2/g=1600×5.29336/9.8=864.222N （与a s2方向相反） F I3=m 3*a s3= G 3*a s3/g=1040×3.4417/9.8=365.242N （与a s3方向相反）

F I5= m5*a F=G5*a F/g=840×3.13967/9.8=269.1146N（与a F方向相反）F r= 0（返回行程）

M S2=J s2*α2=1.35×7.0573=9.5274N.m （顺时针）

M S3=J s3*α3=0.39×16.064=6.265N.m （逆时针）

L S2= M S2/F I2=9.5274/864.222×1000=11.0243mm

L S3= M S3/F I3=6.265/365.242×1000=17.153mm

2）．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+F I5+G5=0

则F45= 572.604N；F65=42.462N

F43=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

μF=20N/mm，作其受力图

杆2对B点求力矩，可得：F I2*L I2+G2*L2 -F t32*L BC =0

864.222×120.2776+1600×1.6873- F t32×314.425=0

F t32=339.1786N

杆2对S2点求力矩，可得：F t12*L BS2 -F I2*L S2 -F t32*L CS2 =0 F t12×157.2125-864.222×11.0243-339.1786×157.2125=0

F t12=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=20N/mm，作其受力图

杆3对点C求力矩得：F t63*L CD –F43*L S3- F I3*L I3 =0 F t63×140-572.604×17.153-365.242×34.3066=0 F t63=159.65777N

构件3力平衡：F n 23+F t23+F43+F I3+F t63+F n63=0

则F n23=629.326N ；F n63=626.764N

由此可求出：F23=715.572N；F63=646.78N；

F32= - F23

构件2力平衡：F32 +G2+F I2+F t12+F n12=0

则F n12=1752.458N ；F12=1798.258N

(4)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb

F61=F21=1798.258N.

M b=F21* L =1798.258×67.3219×0.001

=121.062N.m（逆时针）

三、凸轮机构设计

取r0=40mm 取rr=5mm

在推程过程中：

由a=2πhω2 sin(2πδ/δ0)/δ02得

当δ0 =650时，且00<δ<32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段,当δ0 =650时,且δ>=32.50, 则有a<=0,即该过程为减速推程段

所以运动方程S=h [(δ/δ0) -sin(2πδ/δ0)/(2π)]

在回程阶段，由a=-2πhω2 sin(2πδ/δ0’)/ δ0’ 2得

当δ0’ =750时，且00<δ<37.50,则有a<=0,即该过程为减速回程段,当δ0’ =750时,且δ>=37.50, 则有a>=0,即该过程为加速回程段

所以运动方程S=h[1-(δ/δ0’)+sin(2πδ/δ0’) /(2π)]

凸轮廓线如下:

参考文献：

1.陆风仪主编．机械原理课程设计．北京：机械工业出版社.2006

2.孙恒、陈作模、葛文杰主编．机械原理．7版．北京：高等教育出

版社．2006

课程设计的心得体会