压床机械原理课程设计 压床机械原理课程设计 JY04机械原理课程设计-压床机械设计

压床机械设计

1、机构简介

⑴设计要求

电动机与曲柄垂直，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值[a]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，按小批量生产规模设计。

⑵原始数据与要求如下表：

图1

①根据给定的数据确定机构的运动尺寸，lCB=0.5lBO4，lCD=(0.25~0.35)lCO4。要求用图解法设计。

②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、加速度及摇杆4的角速度和角加速度，并画出运动曲线。

③连杆机构的动态静力分析。通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序求出外加力，并作出曲线，求出最大平衡力矩和功率。

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。将凸轮机构放在直角坐标系中，编程画出凸轮的实际轮廓。

2、电动机的选择

由转速n2=90r/min，选用一般用途的电动机。选择电动机容量Pmax=2.12kw ,Pw=Pmax/0.9=2.36 kw。工作机轴转速n2= r/min。可以按各级齿轮传动比8~20，所以电动机转速可选范围：n=i*n2=(8~15)*90=720~1800 r/min。考虑到总体选用同步转速为1000 r/min的Y系列异步电动机Y80M1-4，其满载转速n’=1390 r/min

3、传动机的选择

⑴设计要求电动机轴与工作轴垂直，且传动比比较大，同时为使传动更加平稳，齿轮强度应较高，考虑采用直齿锥齿轮-斜齿圆柱齿轮传动。

⑵ 锥齿轮的加工比较困难，特别是大尺寸锥齿轮。此时还应考虑是否能达到制造精度和成本多少问题。

⑶ 采用封闭式齿轮传动，可以得到良好的润滑与封闭，更能适应在铸造车间繁重恶劣的条件下长期工作，且使用与维护方便。 ⑷ 综上所述，采用系统方案如下所示：

图2

传动装置总传动比：i=1390/90=15.44

4、执行机构方案选型设计与比较

图3

方案Ⅰ

优点：此为双导杆机构，因其运动具有对称性所以其处于的极位夹角很大，有明显的急回运动。其行程平均速度增大系数K显著增大，平均速度增大。

缺点：但是此机构却不如凸轮，因为凸轮有间歇运动。有利于在压床机械中运用。所以此方案不适于压床机构。

图4

方案Ⅱ

如图所示，此机构曲柄4为主动件，由连杆2带动摇杆1摆动由杆1带动从而冲头做往复移动。由图可看出，1,2,4可构成四杆机构，其有急回的特性。但是冲头主要是由杆1带动，装置所具有的急回特性在由杆1传到冲头时不明显。因为由机械效率的定义可知，机构越多其传动效率越低，损耗越大，所以由杆1再到冲头因为有损耗此方案不好。所以此方案不适合压床。

图5

方案Ⅲ

如图所示：主动件2到连杆带动摆杆4到杆件5进而带动滑块6作往复移动。此机构有急回的运动特性。但杆4带动杆5主要靠的是连杆3的推力使连杆5运动，而方案Ⅰ主要靠的是拉力，且此拉力会导致滑块与导轨之间的摩擦加大，不仅有磨损而且运动的速度也大打折扣。本方案借用杆件3的推力可以大大减小方案Ⅰ的弊端。与方案Ⅱ相比较本方案有显著的急回特性。相比方案Ⅱ凸轮机构有间歇的优点。所以综合各个方案的比较最终采用本方案Ⅲ是最好的。

5、机构设计 ⑴执行机构的设计

图6

综上所述采用如图所示的方案。该图为执行机构的简图，在设计时尽量使其所占空间最小，使其传动角达到最大，这样有利于机构的运转。而且此机构可以实现急回运动。确定其尺寸采用的是CAD作图图解法。如图所示。利用CAD标注出尺寸，再根据LCB=0.5LBO4，

LCD=(0.25~0.35)LCO4。由几何关系得出LO4B=95mm, LBC=48mm, LCD=41.75mm。最后由极位夹角位置得出，LAO2=90mm，LO2B=156.48mm。

⑵凸轮机构的设计

凸轮机构的设计及其运动曲线采用的是软件编程制作，按照选择数据的设计要求推动从连杆8的推、回程运动规律均为正弦运动。正弦运动既无刚性冲击又无柔性冲击所以我们即按其正弦规律进行设计。解析法设计凸轮，需要求出凸轮轮廓曲线的解析函数式。盘形凸轮轮廓曲线是一种平面曲线，通常可用直角坐标来描绘。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rr.。下面按照给定已知条件来设计该凸轮的轮廓

曲线。

表2

Ⅰ 求凸轮的理论轮廓曲线方程（从动件运动规律为正弦规律）

以凸轮的基圆圆心为直角坐标轴的原点。Y轴与推杆轨道，平行且指向上方。因为理论廓线由推程、远休止、回程和近休止四部分组成，所以轮廓的直角坐标方程也分四段求出。

⑴ 推程部分：在此阶段作等加速度上升。以下为运动位移方程： s=h[(δ/δ0 )-sin(2∏δ/δ0 )/(2∏)] v=hw[1-cos(2∏δ/δ0 )]/ δa=2∏h

sin(2∏δ/δ0 )/ 由题意得h=20 δ0=74°

⑵远休止部分：此期间推杆静止，s=20mm,所以该部分凸轮廓线为一

段圆弧，其半径为Re=0。设s0为开始时滚子中心位于凸轮理论廓线的起始点到x轴的距离。 凸轮廓线的直角坐标参数

xRsin方程为

yRcos

式中是圆弧上的点和原点之间的连线与Y轴的夹角。根据理论廓线在图中的几何关系可得

arctan

e R

74°≤δ≤84°

⑶回程部分

以下为回程运动方程式：

s=h[1-(δ/ )+sin(2∏δ/ )/(2∏)] v=hw[cos(2∏δ/ )-1]/ a=-2∏h

sin(2∏δ/ )/

⑷近休止部分：运动到这一阶段，推杆静止，s=0,该部分凸轮的理论轮廓曲线为基圆的一部分圆弧。 所以凸轮廓线的直角坐标参数方程为

xrsinyrcos

式中 是圆弧上的点和原点之间的连线与Y轴的夹角，根据理论廓线在图中的几何关系，可得arctan

e

。 s0

所以有xr0sin() yr0cos() 158°≤δ≤360°

dx

vesin(s0s)cos

Ⅱ 凸轮的实际轮廓曲线方程: d

dy

vecos(s0s)sind

Ⅲ (1)凸轮基圆半径（）的确定：

根据凸轮基圆公式：roe2ds/de/tans2因为我们设计的凸

轮e =0 ds/dδ=v/w采用回程速度公式v=hw[cos(2∏δ/ )-1]/ 当其在回程走完到近休止时即在δ=130°，

=60°时代入式中即可

得出 = 60mm 滚子半径公式(0.1~0.15) 得出滚子半径 9mm 根据方程可以用matlab软件进行编程，得出如下图：图7，图8，图9，图

10

图7

图8

图9

图10

6、执行机构运动分析

图11

图12

C点的位移图

A点的位移图

连杆AB上任意位置图

7、循环图

8、设计心得

由于在设计方面我们没有经验，在设计中难免会出现这样那样的问题。如：在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准确。由于我们经验不足，在设计中出现很多问题，如软件基础不好，理论力学基础部扎实。由于在设计过程中大量运用了计算机辅助设计，使我们对MATLAB,CAD等工程软件的了解应用水平大大提高，从中我们也体会到了计算机辅助设计的优点，增强我们学习工程软件的兴趣。

在设计的过程中，培养了我综合应用机械原理课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。 由于本次设计是分组的，自己独立设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想会对以后自己独立设计打下一个良好的基础。

9、参考资料

Mohand, MATLAB与SIMULINK工程运用,电子工业出版社，2000

江洪，AutoCAD 2008,机械工业出版社，2008 孙恒，机械原理，高等教育出版社，2007

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