机械原理专业课程设计小型卧式模锻机.doc

目录
1、设计规定
2、运动方案拟定
3、执行机构比较选取及计算
4、运动循环图
5、传动机构设计
6、原动机选取
7、设计总结与体会
8、附录
9、参照文献

1、设计规定
一、设计题目
为锻造长杆类锻件（如图1所示锻件，系用棒料局部镦粗而成），今需设计一台将杆料水平置放后用活动凹模3（如图2所示）及固定凹模2将其夹紧后再用水平置放冲头1进行顶锻工作卧式模锻机。拟用电动机通过传动装置带动夹料机构一方面使活动凹模3向前移动，与固定凹模2合拢，以夹紧棒料。然后主滑块1带动冲头进行顶锻，锻件成形后，待冲头1返回离开凹模后（返回距离约占冲头全行程1/8~1/3），由夹料机构带着凹模3返回，松开杆料回到初始位置。在顶锻过程中规定两半凹模始终处在夹紧状态，不能自动松开。规定设计该小型卧式模锻机执行机构和传动系统，以满足上述顶锻工艺规定。

图6—23  锻件  图6—24 卧式模锻机执行构件

二、设计数据与规定
电动机同步转速：nm=1000r/min或1500r/min；
冲头顶锻次数为每分钟50~75次；
主滑块1全行程H=200~380mm；
顶锻工艺开始后冲头工作行程H1=(1/2~2/3)H；
夹紧滑块3总行程h=60~80mm；
作用在主滑块上顶锻力F1=250~500KN；
作用在夹紧滑块3上夹紧力F2=F1/3；
规定该模锻机机械效率高，振动冲击小。

2、运动方案拟定
一、运动功能分析
本机构中，原动机以转动形式输出功率，依照机构规定，可以拟定，需要将原动机高速转动通过降速后传动给执行机构。依照设计规定，执行机构需进行夹紧和顶锻运动规定，同步夹紧和顶锻过程需要符合相应配合规定。
二、运动转换

运动转换功能图：
原动机

三、运动机构
功能树状图：
原动机

小型卧式模锻机 传动机构

执行机构
夹紧机构

顶锻机构

3、执行机构比较选取及计算
①顶锻机构设计与选取
方案一：

图3-1

图3-2
机构阐明：
⑴ r=100mm n=60r/min
⑵ 此机构中，冲头全行程为200mm，顶锻工艺中冲头工作行程为100mm。
⑶ 在图3-2中，曲柄1可以绕滑块3转动，这样可以实现整个机构在一种运动周期内运动可行性。
机构优缺陷分析：
长处：⑴图3-2中，2运动方向始终与冲头运动方向一致，因而可承受更大力F。
⑵采用图3-2中三角形桁架构造，可以提高构件受力稳定性。
⑶依照图3-1可知，冲头位移s与曲柄半径r有如下关系：
s=r*sinq
因而，此机构更利于计算滑块与曲柄间运动位置关系。

缺陷：曲柄上滑块3将1和2连接，会有一定装配难度。
方案二：

图3-3
计算得：
a2b2-104b2+108=0
则：a2=(104b2-108)/b2

图3-4
b2-2ab=104
使曲柄在图3-4位置时，开始顶锻工艺。
a2b2-104b2+108=0
则：
a=89
b=223

有急回特性：q=25°
K=1.32
机构优缺陷分析：
长处：⑴有急回，可以缩短非工作段时间，增长工作段时间，可减小杆件受力。
⑵构造简朴，装配以便。
缺陷：传力效果不佳，且曲柄与连杆运动关系计算比较复杂。

综上所述：选取方案一

②夹紧机构设计与选取：

图3-5
假设：ED=a，CD=b，DF=c，滑块1行程=d，∠EFD=a
滑块2两极性位置间距为60mm，在滑块2在夹紧行程最后10mm范畴内满足最小传动角规定（即a<50°）

图3-6
依照图3-6，可知：
在滑块2在夹紧行程中距离点F2时应当有如下结论：
cosa=(c2+(a+c-10)2-a2)/(2*a*(c-10))，a<50°
得：a=(c2+(c-10)2-2c(c-10)cosa)/(2c cosa+20-2c)
其中2c cosa+20-2c>0
可算出：c<10/(1-cosa)
运用C语言，可得出若干各种解，从中选取较适当解：

a=97
c=95
a=66
c=98

图3-7

依照图3-7，可以看出，左图传力效果要好于右图，因而选用左图详细参数,同步可知滑块1极限位置间距离为72.6mm。

4、运动循环图
①直线式运动循环图

②同心圆式运动循环图

5、传动机构设计
①主轴设计
主轴半径r=25mm
主轴转速为50r/min
②皮带轮与齿轮尺寸与设计
皮带轮传动中，r小=100mm,r大=20mm
齿轮传动中，采用正传动，二级传动，一级和二级传动比都是2:1（紧凑齿轮）

图中，轮系中：
z1=17,m1=6
z2=34,m2=6
z2′=17,m2′=6
z3=34,m3=6
③凸轮机构设计
依照rb=2r可算出，凸轮基圆半径rb=50mm,又由图3-7中所示d=72.6mm可知，凸轮两极限位置半径之差为72.6mm。
凸轮机构示意图：
运用CAD绘制出凸轮轮廓：

凸轮1、2重要参数：
凸轮基圆rb =50mm,rmin=rb=50mm,rmax=rb+72.6=132.6mm
转子半径rr=10mm，偏距e=10mm

6、原动机选取
已知：顶锻滑块受阻力F1=300kN，夹紧滑块受阻力F2=F1/3=100kN
顶锻滑块工作位移s1=100mm,凸轮机构在夹紧滑块工作时间段内转过角度α=150°,凸轮机构上受到阻力为F3，滚子偏距e=10mm,主轴转动一周时间T=1.2s。
顶锻机构处消耗功率为P1，夹紧机构处消耗功率为P2 ，原动机功率为P。
原动机功率计算如下：
P1=F1×S1／(T×0.25)=100000W=10Kw
依照图3-7可知：
F3=F2(tan46°+tan47°)=210.8Kn
P2=F3×e(T×150°/360°)=1054W=1.054kW

综上：P=P1+P2=11.054kW
因而原动机得功率为11.054Kw,转速为1000r/min。

依照文献【2】：原动机选取Y132M2-6型电机

7、设计总结与体会
进入大学快两年了，这还是我第一次做课程设计，我觉得课程设计很能锻炼一种人，课程设计可以使咱们从课本纯理论世界里走出来，而是在理论加实践道路上自我摸索。
历时两个星期，咱们这次课程设计也快接近尾声，对此我有某些心得体会。
一方面，我觉得机械原理课程设计是对之前所学《机械原理》一书全面把握，其所需知识分布在全书各个角落。因而，在做课程设计之前，我把机原一书又复习了一遍，对于某些难点、重点知识也进行了认真地学习。通过课程设计，将书中许多章节知识串联在一起，这也为期末考试作了一点准备。
另一方面，学会了机械原理，就做机械原理课程设计，对于第一次做课程设计我来说的确是个不小挑战。在设计中经常会遇到某些未知参数，而这些参数又无法通过其她已知数据推算出来，因而只能自己拟定。由于咱们缺少有关实际经验，因此在拟定这些数据时候，不清晰这些参数与否能满足机器运动规定、与否能满足加工工艺规定。因此，在后来学习和工作中，应尽量多去积累有关经验，以使咱们设计更加完善。
最后，我感觉这次课程设计中，需要查阅诸多文献，这些都是从网络和某些有关专业资料上查到，这也为设计解决了不少难题。在设计中，也要注意团队配合，互相之间交流学习是十分重要。

8、附录
计算图3-7中杆a、c长度有关c语言程序：
#include<stdio.h>
#include<math.h>
main()
{
int c;
double a,s1,s2,x;
for(c=65;c<100;c++)
for(x=0.25;x<=0.87;x=x+0.01)
{
s1=(c*c+sqrt(c-10)-2*c*(c-10)*cos(x));
s2=2*c*cos(x)-2*(c-10);
a=s1/s2;
if(a>=50&&a<=100)
printf("c=%d,x=%f,a=%f\n",c,x,a);
}
}

9、参照文献
【1】申永胜.机械原理教程（第二版）.清华大学出版社
【2】邹慧君.机械原理课程设计手册.高等教诲出版社
【3】鲁屏宇.工程图学.机械工业出版社
【4】丁海军.程序设计基本（C语言）.北京航空航天出版社
【5】管荣法.凸轮与凸轮机构.国防工业出版社
【6】藤森洋三.机构设计实用构思图册.机械工业出版社
【7】《机械设计丛书》编委.简谐运动机构设计.上海科学技术出版社