压床机械设计

机械原理课程设计说明书设计题目：压床机械设计学院：机械工程学院班级：机英093班设计者：同组人：指导教师：2012年7月1日目录一、题目 (2)二、原始数据与要求 (2)1、工作原理 (2)2.设计要求 (2)3.设计数据 (2)4.设计内容 (3)三、执行机构方案选型设计 (3)四、机构设计 (7)1、连杆机构的设计 (7)2、凸轮机构的设计 (9)五、传动方案设计 (11)六、机构运动分析与力的分析 (13)1、位置分析 (13)2、速度分析 (14)3、加速度分析 (14)七、制定机械系统的运动循环图 (17)八、设计结果分析、讨论，设计心得 (18)九、主要参考资料 (18)附录 (19)一、题目：压床机械设计二、原始数据与要求1. 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，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.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[α]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。

3.设计数据4.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，45.0OB CB l l =,4)35.0~25.0(CO CD l l =。

要求用图解法设计，并写出设计结果和步骤。

（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r r ），并写出运算结果。

将凸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：① 传递的功率和速度范围较大;② 能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;③ 结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;④ 齿轮和齿条直接啮合,传动灵敏性非常高。

结构缺点：① 齿轮的制造、安装要求较高，因而成本也较高；② 不宜作远距离传动；③ 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21ABCO O 实现扇形齿轮上下往复摆动，从而带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：① 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；② 扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；③ 曲柄摇杆机构制造工艺简单，制造成本低；机构缺点：① 扇形齿轮、齿条的制造、安装要求较高，成本也较高；② 载荷有较大的冲击力，扇形齿轮、齿条易受损，使用寿命短。

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：①齿轮传动结构紧凑、传动效率高和使用寿命长；②齿轮传动的功率大、转速高；③曲柄导杆机构制造工艺简单，成本低；机构缺点：①制造齿轮需要有专门的设备，安装精度高，成本高；②啮合传动会产生噪声。

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;①加工制造容易，成本低；②承载能力较大，使用寿命长；机构缺点：①机械效率低；②不宜用于高速运动。

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，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1、连杆机构的设计 12H=150mm ，4/BO CB =0.5，4/CO CD =0.3由条件可知: =241∠C C O 60°，4241O C O C = ，∴△241C C O 是等边三角形 ∴mm l mm l l mm l CD BO CB CO 45505.015044====，，（2）作图步骤：设计内容连杆机构的设计及运动分析 单位mm （º） m m r /min 符号X 1X 2 y Φ1 Φ2 H 4/BO CB 4/CO CD n 数据 30 140 160 120 60 150 0.5 0.3 9①确定点O4的位置；②根据机构设计数据，画出点O2的位置；③画出4CBO 的两个极限位置41BO C 和42BO C ;④分别连接41O B 和42O B ;⑤以O 2为圆点O 2B 2为半径画圆弧，与B 1O 2交于点E;⑥以2O 为圆心1EB 的一半为半径画圆，并延长22O B 与圆相交与点2A ，21O B 与圆相交于点1A ，如图5所示。

图5通过测量得： mm l mm l AB AO 217,472==2、凸轮机构的设计有mmr mm e mm r r 8,15,450=== 在推程过程中：由2002/)/2sin(2δδπδωπh a =，οδ700<<得当οδ700=时，且οοδ350<<，则有a>=0,即该过程为加速推程段； 当οδ700=时，且οδ35>=，则有a<=0,即该过程为减速推程段所以运动方程 [])2/()/2sin()/(00πδπδδδ-=h s在远休止过程中：s=0，οοδ8070<<在回程过程中：由2'0'2/)/2sin(2δδπδωπh a -=，οοδ15080<<得： 当οδ80'0=时，且οδδ400<<，则有a<=0,即该过程为减速回程段； 当οδ80'0=时，且οδ40>=，则有a>=0,即该过程为加速回程段；所以运动方程[])2/()/2sin()/(1'0'0πδπδδδ+-=h s在近休止过程中：s=0，0360150<<δο运用MATLAB 软件处理得如下表的数据：10°43.6097 37.9711 20°45.8420 40.8348 30°51.4591 45.3544 40°56.6074 50.2061 50°59.2772 53.4727 60°61.8682 55.5090 70°64.2032 56.2032 80°64.2032 56.2032 90°66.7726 55.3621 100°68.3627 52.9294 110°67.7670 49.2818 120°64.2319 45.0741130°58.0169 41.0976140°50.6873 38.1462150°45 37160°45 37170°45 37180°45 37190° 4 37200°45 37210°45 37220°45 37230°45 37240°45 37250°45 37260°45 37270°45 37280°45 37290°45 37300°45 37310°45 37320°45 37330°45 37350° 45 37 360°4537-80-60-40-2020406080-60-40-200204060偏置移动从动盘形凸轮设计五、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：m in /902r n =，考虑到重量和价格，选用同步转速为1000r/min 的Y 系列异步电动机Y132S-6，其满载转速m in /960r n m =。

（3）、总传动比和各级的传动比： ①、传动装置总传动比：67.1090960==i ②、各级传动比：3412i ×i i =，取i i 25.012=，得67.212=i ，434=i③、确定各齿轮的齿数：选221=Z ,则74.581122==Z i Z ，取592=Z 。

选223=Z ,则8834344==Z i z 。

由上可得： 符号 1Z 2Z 3Z 4Zα m 单位 。

mm 方案5 22 59 22 88203.5④、确定齿轮4的角速度：s rad n w r n Z Z n n i r n n r n Z Z n n i r n Z /37.9602min /49.892288min /97.357∵min /97.3572259min /9604434433423212211214===∴======∴====π（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以2o 为原点，分别建立直角坐标系y xo 2和'2'y o x ，如图7所示。

1、位置分析在直角坐标系x'O 2y'下，用复数矢量法作机构的运动分析。

已知 ：mml l mm l l mm l l mm l l mm l l CD O O BO AB AO 45,160100,170,47543214242==========s rad /7.39ωω4Z 2==用矢量形式写出机构封闭矢量方程式:4321321l e l e l e l i i i +=+θθθ·······①应用欧拉公式θθθsin cos i e i +=将式a 的实部和虚部分离得}4442211332211cos cos cos sin sin sin θθθθθθl l l l l l l ++=+=·······②消去式b 中θ，求出θ2得0cos sin 33=++C B A θθ················③式中:131sin 2θl l A =； )cos (24113l l l B -=θ；14124232122cos 2θl l l l l l C +---=解之可得)/()()2/tan(2223C B C B A A --+-=θ·······④)]/()arctan[(22223C B C B A A --+-=∴θ在直角坐标系Y XO 2中︒=12.53-34θθ45/130sin 160/130sin 160sin 445-=-=θθθCD l)45/130sin 160arcsin(∴45-=θθ滑块6上点D 的坐标为)cos 45cos 160160,130(54θθ-+-D 54D cos 45)cos 1(160y ∴θθ-+=点D 的最低位置为)39,130(min -D滑块6上点D 的位移为39cos 45)cos 1(1603954--+=-=θθD D y s2、速度分析在直角坐标系xO y 中，已知t w 21=θ摇杆4的角速度为dt d w /44θ=滑块6的速度为dtds v D /6=3、加速度分析在直角坐标系xOy 中，摇杆4的角加速度为dt dw /44=α滑块6的加速度为dtdv a /66=图7使用MATLAB绘制滑块6的运动曲线图如下：（1）滑块6的位移曲线080159239318398477557150160170180190200210位移变化图像角度位移（2）滑块6的速度曲线080159239318398477557-1000-50050010001500速度变化图像角度速度（3）滑块6的加速度曲线080159239318398477557-3-2.5-2-1.5-1-0.500.51x 104加速度变化图像角度加速度七、制定机械系统的运动循环图图8八、设计结果分析、讨论，设计心得机械原理课程设计是机械原理课程当中一个重要环节，通过了三周的课程设计使我从各个方面都受到了机械原理的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。