机械原理课程设计 压床机构

湖南科技大学

课程设计

课程设计名称：《机械原理》课程设计

学生姓名：

学院：

专业及班级：

学号：

指导教师：

2013 年 1 月 10 日

课程设计任务书

机电学院机制系系主任：

学生班级：2010材成1、2、3 班日

期：

一、设计目的：

在学习和了解机械的通用构件和机械运行基本原理的基础上，要求学生理论与实践相结合，深入了解机械的通用构件和机械运行基本原理在工程常见机械中的应用，提高学生将机械原理的基本概念和原理综合应用能力和实际动手能力。

二、学生提交设计期限：

在本学期2012年12月17日至2012年12月21日完成，设计必须学生本人交指导老师评阅。

三、本设计参考材料：

《机械原理》《机械原理课程指导书》

四、设计题目的选定：

参考设计题目附后页，任选一题。

五、设计要求：

1、查阅相关资料；

2、提出整体系统设计方案；

3、详细设计所设计机构的原理、组成及参数等；

4、说明设计分析的步骤和计算过程；

5、设计过程绘制相关设计的CAD图纸。

六、设计成果及处理说明书主要章节：

1．设计成果（包括说明书、CAD图纸等）；

2．设计说明书格式及主要章节：

a.封面（参照学院规定标准）；

b.设计任务书（包括选定设计题目与要求，可复印）；

c.目录

d.说明书正文；（主要包括系统总体方案分析及参数确定；）

e.设计总结及体会；

f.参考文献

七、设计所得学分及成绩评定：

本设计单独算学分及成绩：占1个学分。

考核与评分主要分四个方面：

1．学生平时出勤及工作态度；

2．说明书、设计图纸的规范与正确程度及独立工作能力；

3．答辩成绩（部分学生）。

八、设计进度与答疑：

1、确定设计题目及查阅资料，并确定方案：12.17日；

2、虚拟仪器设计及撰写设计报告：12.18日；

3、运行调试检测与修改，完成课程设计报告：12.19～12.20日；

4、提交设计报告，部分学生答辩：12.21日。

学生签名：指导老师签名：

学号：

日期：日期：

目录

1.设计要求------------------------------------------------------------ 1

1.1压床机构简介-----------------------------------------------------------1 1.2设计内容-----------------------------------------------------------------

2

--------------------------------------------2 -----------------------------------------------2 --------------------------------------------------------------2 1.2.4凸轮机构设计-------------------------------------------------------2 --------------------------------------------------------2 2．压床机构的设计: -----------------------------------------------2

2.1连杆机构的设计及运动分析-----------------------------------------2 -----------------------------------------------------2

2.1.2长度计算-------------------------------------------------------------3

2.1.3机构运动速度分析--------------------------------------------------5 ----------------------------------------------7 3．凸轮机构设计--------------------------------------------------9 4．齿轮机构设计--------------------------------------------------11 5．心得体会--------------------------------------------------------1

2

6．参考书籍 --------------------------------------- --------------13

1. 设计要求

1.1压床机构简介

图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，六杆机构使滑块克服阻力Fr,而运动,曲柄通过连杆，摇杆带动滑块克服阻力Q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Q，当冲头向上运动时，为空回行程，无阻力。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。设计数据见表6-2。

图1 机构简图图2 凸轮简图

图3 齿轮机构图4 阻力线图

1.2.设计内容：

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。

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。

已知：机器运转的速度不均匀系数δ，有动态静力分析中所得的平衡力矩M

y

，驱动力矩Ma为常数，飞轮安装在曲柄轴A上。

要求：用惯性力法求飞轮动惯量J

F

.

已知：从动件冲程H，许用压力角[α]．推程角φ，远休止角φs，回程角φ'，从动件的运动规律，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

min

。

选取滚子半径r

g

，绘制凸轮实际廓线。

已知：齿数Z

5,Z

6

模数m分度角α齿轮为正常齿制，工作情况为开式齿轮，齿轮与曲柄

共轴。

要求：选择两轮变位系数x 1,x 2,计算此对齿轮传动的各部分尺寸。 2.压床机构的设计 2.1作机构的位置简图

机构的极限点和中间的位置简图

图5 机构位置简图 2.1.2 长度计算

表1 设计数据表 1. 已知：X 1＝70mm

X 2＝200mm ，Y ＝310mm Ψ3'＝60°，Ψ3''＝120° H ＝210mm

CE/CD=1/2, EF/DE=1/4 由条件可得；∠E 1DE 2=60° ∵DE 2=DE 1

∴△DE 1E 2等边三角形

过D 作DJ ⊥E 1E 2，交E 1E 2于J ，交F 1F 2于H ∵ DE 1=DE 2 ∠E 1DE 2=60°∠JDE 1=30° 又∵ Ψ3’＝60° ∴∠JDI=90°

∴HDJ 是一条水平线， ∴DH ⊥F 1F 2

∴F

1F

2

∥E

1

E

2

过F

2作F

2

K⊥E

1

E

2

过E1作E

1

G⊥F

1

F

2

，∴F

2

K＝E

1

G

在△F

2KE

2

和△E

1

GF

1

中，KF

2

＝GE

1

，F

2

E

2

=E

1

F

1

,

∠F

1KE

1

=∠E

2

GF

2

=90°

∴△F

1KE

1

≌△E

2

GF

2

∴KE

2= GF

1

∵E

1E

2

=E

2

K+KE

1

, F

1

F

2

=F

1

G+GF

2

∴E

1E

2

=F

1

F

2

=H

∵△DE

1E

2

是等边三角形

∴DE

2=F

1

F

2

=H=210mm ∴DE=210mm

∵EF/DE=1/4, CE/CD=1/2

∴EF=DE/4=210/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*210/3=140mm

连接AD,有tan∠ADI=X

1

/Y=70/310

又∵AD=317.33

==mm

令∠ADI=θ责sinθ=70/317.33 cosθ=310/317.33 ∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得：

AC

2=)

120

cos(

.

20

2

2θ

-

-

+CD

AD

AD

CD=383.44mm

AC

1=)

60

cos(

.

20

2

2θ

-

-

+CD

AD

AD

CD=245.41mm

∴AB=(AC2-AC1)/2= 69.015mm BC=(AC1+AC2)/2=314.425mm

BS

2/BC=1/2 DS

3

/DE=1/2

∴BS

2=BC/2=157.21 mm DS

3

=DE/2=105mm

由上可得各杆件的长度：

表2 杆件的长度表

2.1.3 机构运动速度分析

已知：n1=90r/min ；机构处于B ，分析速度。 图6 机构位置图

1ω =

π2601?n rad/s = π260

90

? =9.425 rad/s 逆时针 v

B

= 1ω·l AB = 9.425×0.069015=0.650m/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

图7 速度多边形

v C ＝u v

·

pc ＝0.03/0.05=0.600m/s

v CB

＝u v

·

bc ＝0.009/0.05=0.180m/s

v E ＝u v

·

pe ＝0.45/0.05=0.900m/s

v F

＝u v ·

pf

＝0.44/0.05=0.880m/s v FE ＝u v

·

ef

＝0.01/0.05=0.200m/s v S 2

＝u

v

·

2

ps ＝0.031/0.05mm ＝0.620m/s

v

S 3

＝

u

v

·

3ps ＝0.022/0.05mm ＝0.440m/s

∴2ω＝BC

CB

l v ＝0.18/0.314425=0.572rad/s (逆时针)

ω3＝CD

C

l v ＝0.60/0.140=4.290rad/s (顺时针) ω4＝

EF

FE

l v ＝0.20/0.0525=3.809rad/s (顺时针) 表3 速度表

项

目

数

值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809

单

位

m/s

Rad/s

a B =ω12LAB=9.4252×0.069015=6.130m/s 2 a n CB =ω22LBC=0.5722×0. 314425=0.103m/s 2 a n CD =ω32LCD=4.2902×0.14=2.577m/s 2 a n FE =ω42LEF=3.8092×0.0525=0.762m/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 图8 加速度多边形图

a C =

u a ·

''c p =0.0033/0.01=3.300m/s 2

a E

=u

a

·

''e p =0.05/0.01=5.000m/s

2

a t CB =u a ·

=0.031/0.01=3.100m/s 2

a t CD

=u

a

·

"'n c =0.019/0.01=1.900m/s

2

a F = a E + a n EF + a t EF 大小： ? √ √ ? 方向： √ √ F →E ⊥EF a F =0.032/0.01=3.200m/s 2 a s2=0.042/0.01=4.200m/s 2

a s3=0.025/0.01=2.500m/s 2

α2

= a t CB /L CB =3.100 /0.314425=9.859 m/s 2 α3

= a t CD /L CD =1.900/0.14=13.571 m/s 2 表4 加速度表

3、凸轮机构设计

表5 凸轮参数 2).凸轮机构设计 1.

凸轮基本尺寸

凸轮的基本参数如表6-2，因而凸轮的角速度为w=9.425rad/s 。利用余弦加速度运动规律的推程的运动方程式（4-3a)，回程的运动方程式（4-3b)可知， 当σ=27.50时，从动件速度v 有最大值，且为v=292.93mm/s

因而e=v/2w=15.5mm 取e=16mm

??

???-===2

/)]/cos(1[2/)/cos(2/)/sin(02002

20

0δπδδδπδπδδπδπh s hw a hw v (4-3a)

???

??-=-=+='

2/)'/cos('2/)'/sin(2

/)]'0/cos(1[002

20δδδππδδδππδπδhw a hw v h s ( 4-3b)

再利用公式（4-13)和 (4-12)可求的凸轮的基圆半径r 0=40mm r 02

2

)tan /)/[(e s e d ds +--≥αδ

(4-13)

r

t 0.4r0 (4-14)

有基圆半径R0=40mm e=16mm 滚子半径R=8mm

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)]

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)]

表6 凸轮位置数据

凸轮廓线如下:

（a ） (b) 图9 (a)凸轮轮廓图 (b)位移和角度关系图

4.齿轮机构设计

已知:齿轮6,,32,112065====m o

Z Z 模数分度圆压力角α,齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动，齿轮Z 6与曲柄共轴。

由于其中一齿轮齿数小于17，要避免产生根切现象必存在变位系数，必要增大其中心距， 取a ’=130mm,求得α’=21,142° 经计算后取变位系数 ： x 5=0.393 mm > Xmin 5=0.3529 mm x 6=-0.222 mm > Xmin 6=-0.8824 mm 分度圆直径： d 5=m* Z 5=66.0mm d 6=m* Z 6=192.0mm 基圆直径：

d 5b = d 5*cos α=62.024mm d 6b = d 6*cos α= db6=180.433mm 齿厚：

S 5=（αtan *22/x +∏）*m= 10.961mm S 6=（αtan *22/x +∏）*m= 8.628 mm 齿顶高：

h 5a =（h *a +x 5）*m=8.329mm h 6a =（h *a +x 6）*m = 4.642mm 齿底高：

h 5f =（ h *a +c *

- x 5）*m=4.62mm h 6f =（ h *a +c *- x 6）*m=8.829mm

齿顶圆直径和齿底圆直径： d 5a = d 5+ 2h 5a =83.618mm d 5f = d 5-2h 5f =56.675mm d 6a = d 6+2h 6a =200.325 mm d 6f = d 6-2h 6f =173.382mm 重合度:

)]tan (tan )tan (tan [21,

66,55ααααπ

ε-+-=

a a z z =1.390 5．心得体会

做机械原理课程设计是第一次做课程设计，一开始都不知道课程设计是什么东西，通过老师的指导已经自己的学习终于有了自己的思路。在课程设计中充分体现从学习到运用再到实践的过程。短短的一周课程设计，过的很快却过得非常忙碌充实，学到了很多东西。

课程设计综合性非常强，做机械原理课程设计涉及到机械原理课理论知识、理论力学理论知识、CAD 计算机绘图，做课程设计把以前所学的这些知识重新温习了一遍。要做好这一门课程设计，就必须学会联系并综合运用这些知识，还要适当的去查阅一些其他的资料。做完课程设计最大的收获就是我觉得CAD 熟练多了，许多以前没有掌握的技巧现在学会了。相当于把以前学过的内容深一层地复习了一遍，知识的运用更灵活了。

在课程设计中我深深地体会到我们学习中的许多不足之处。首先学习知识太过于散乱，各科内容很少有机会联系结合起来，更是也很少有机会让我们去实践，去把这些知识运用到一起，做成一个实际有意义的作品出来。再者我们的课程经常学完了就不管了，用不了多久就忘得一干二净，到毕业时甚至有些课程究竟学到了什么东西都不知道。还有许多学生对实习、实验等实践性课程不重视，只重视有考试的课程，实践严重不足。我们应该把理论用于实践，只有通过实践才能创造有价值的东西。

6.参考文献

[1] 潘存云，唐进元. 机械原理 [M]湖南：中南大学出版社，2011

[2] 王湘江. 机械原理课程设计指导书 [M]湖南：中南大学出版社，2011

[3] 刘鸿文. 理论力学（第五版） [M]北京：高等教育出版社，2010

[4] 刘小年. Auto CAD计算机绘图基础 [M]湖南：湖南大学出版社，2010