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机械原理课程设计压床机构的设计

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2020年4月19日
文档仅供参考

压床机构设计说明书

院系：机电工程学院
班级:机械XXX班
学号:
姓名:
指导老师:

目录

一、设计题目
压床机构的设计
二、工作原理
压床机械是由六杆机构中的冲头（滑块）向下运动来冲压机械零件的。图1为其参考示意图，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，曲柄经过连杆、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。
三、设计要求
电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命 ，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[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。

四、原始数据
见下表
导杆
机构
运动
分析
转速n2 (r/min)
95
距离x1 (mm)
50
距离x2 (mm)
140
距离y (mm)
160
冲头行程H (mm)
150
上极限角 Φ1 (°)
120
下极限角Φ2(°)
60
导杆
机构
动态
静力
分析
工作阻力Fmax(N)
4300
连杆3质量m3 (kg)
60
连杆3质心转动惯量 Js3 (kg ·m2)
0.21
滑块6质量m6 (kg)
34
摇杆4质量m3 (kg)
40
摇杆4质心转动惯量 Js4 (kg ·m2)
0.2
凸轮
机构
设计
从动件最大升程H
20
从动件运动规律
余弦
许用压力角
30°
推程运动角
60°
远休止角
10°
回程运动角
60°

五、 内容及工作量
1、 根据压床机械的工作原理，拟定执行机构（连杆机构），并进行机构分析。
2、 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，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
3、 连杆机构的运动分析。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。
4、 连杆机构的动态静力分析。求出最大平衡力矩和功率。
5、 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ro、偏距e和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。画出凸轮机构的实际廓线。
6、 编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。
六、设计计算过程
1. 压床执行机构（六杆机构）的设计
根据给定的数据，利用autocad绘制出当摇杆摆到两极限位置时，机构运动简图（图3）。

图3 摇杆摆到两极限位置时，机构运动简图
由图3可知，因为（即压头的行程H）,而三角形为等边三角形，可推出四边形为平行四边形，则
则，由，则 ,
,则,,
在三角形中，，由得出=113.7，同理可得=210.8,因此, ，
因此得到四条杆长=48.55，=162.3，，
利用上述求得的曲柄摇杆机构各杆的长度，利用一款四杆机构设计及运动分析软件（图4），输入四杆的杆长后能够得到：行程速比系数K=(180+)/(180-)得，K=1.105，摇杆的摆角 =60。

图4 四杆机构的运动分析

图5 摇杆的角位移曲线

图6 摇杆的角速度曲线

图7 摇杆的角加速度曲线

下面分析当摇杆分别摆到两极限位置时，滑块的速度及加速度。
原始数据要求，杆件2的转速n=80r/min，则其角速度为：
= rad/s=8.38 rad/s
点A的线速度V= l=0.41 m/s
用相对运动图解法作出以下两个位置的速度多边形和加速度多边形 。
（1）上极限位置
1）此时，机构运动简图如图8所示。

图8 摇杆摆到上极限位置时机构运动简图

2)速度分析
V= V+V 因为V=0，因此V= V =0.41m/s 方向垂直OA
3)加速度分析
a = a + a= a + a + a
方向 √ √ √ √ √
大小 0 ？ √ √ ？
a= l=8.38*48.55mm/s=3.41m/s
a= V/l=1.04 m/s

测得<a=50，<b=40
因此 a*cosb= a + a
得 a=5.81 m/s 因此a=5.81 m/s
又因为 a/a=BO/CO=0.67
因此 a=8.67 m/s

测出<2=60， <1=71-60=11
对y轴投影得：0=-asin<1 + asin<2
对x轴投影得：a= acos<1 + acos<2
解得a=1.91 m/s a=9.47 m/s

（2）下极限位置
1）此时，机构运动简图如图9所示。

图9 摇杆摆到下极限位置时机构运动简图

2)速度分析
V= V+V 因为V=0，因此V= V=0.41m/s 方向垂直OA’
3)加速度分析
a = a + a= a + a + a
方向 √ √ √ √ √
大小 0 ？ √ √ ？
a= l=8.38*48.55mm/s=3.41m/s
a= V/l=1.04 m/s

测得<1=12 <2=12
因此,向y轴投影，有：-a*cos<1= a- a
得：a=-2.42.m/s 因此a=-2.42 m/s
又因为a/a=B’O4/C’O4=0.67
因此a=-3.62 m/s
a= a+ a+ a
方向 √ √ √ √
大小 ？ √ 0 ？

对x轴投影：acos30= a+ a
对y轴投影：- asin30=0
解得a=0 m/s a=3.62 m/s
2．设计凸轮轮廓曲线，确定凸轮基本尺寸
(1)余弦加速度运动规律，
其推程时的速度方程为 V=πhwsin(π)/（2）
回程时的速度方程为 V=-πhwsin(π)/ （）
(2)确定基圆半径

由BE=OP=V/W,得到许多BE的值，它们等于与新建中心轴的距离，再用光滑的曲线连接各断点，基圆半径为凸轮最低点与两边极限直线夹角的交点的连线长度
具体过程：
凸轮推程时,
BE=OP=V/W=V=πhsin(π)/（2）,则
当=0 、70时，BE=0 当=7 时，BE=7.9 当=14 时，BE=15.1 当=21 时，BE=20.8
当=28 时，BE=24.5 当=35 时，BE=25.7
当=42 时，BE= 24.5 当=49 时，BE=20.8
同理，凸轮回程时，BE=OP=V/W =-πhsin(π)/ （）
当=0、60时，BE=0 当=6时，BE=9.3 当=12时，BE=17.6 当=18时，BE=20.9
当=24时，BE=28.5 当=30时，BE=30
当=36时，BE=28.5 当=42时，BE=20.9

最后绘制出图形，测得基圆半径为r=39.54mm
由确定基圆半径的公式r
代入一个特殊值，得出两个式子：r[，
及 r[
由两式相减得 e=7.7 mm

(3)利用几何法绘制凸轮轮廓曲线
步骤：
1) 根据基圆半径和偏心距画出部分。
2) 将基圆的一部分70°角五等分，作为推程的部分，再以10°和60°分别画远休和回程的部分。
3) 再过各等分线与基圆的交点做该偏置圆的切线。
4) 利用反转法原理画该凸轮的轮廓曲线。
5) 画滚子半径圆（圆心绕着凸轮的工作轮廓线）。R1=0.2 r=7.9mm。
六、设计总结与体会
对于机械原理,我对其一直表示很害怕,因为我听学长学姐说机械原理这门课很难学，很多人都挂在这上面了。因此，我在平时花费在机械原理的时间也比其它课多很多，期末考试成绩也不错。
机械原理课程设计——这是我入大学的一次做课程设计。开始我不知道什么是课程设计，因此有些茫然和不知所措，但在老师的指导和同学的互相帮助下还是按时完成了设计。这次课程设计让我体会很深，也学到了很多新东西。“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，不经过实践，我们又怎么能将书里的知识与实际联系在一起。
在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据设计要求和运动分析，选用合理的分析方案，从而设计出比较合理的机构来。这次课程设计，不但让我们把自己所学的知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构，也让我们深刻体会到团体合作的重要性，因为在以后的学习和工作中，但靠我们自己个人的力量是远远不够的，必须积聚大家的智慧，才能创造出令人满意的产品来。
经过这次试验我才亲身体会到自己学的知识与实际动手之间还有一定的差距。首先在画图方面，如何布局才能使图让人清晰易懂，不显得空旷和不浪费纸张。其实要事先想好在哪一部分画什么，并确定相应的比例尺。在对结构进行力的分析的时候，首先要确定各杆的运动方向，再确定其受力方向。在画图的时候要力求精确，只有这样才能使计算结果与实际相差不大。在画图的过程中，间接的帮我们复习了以前的知识，比如机械制图，理论力学等。
同时，这次课程设计也为我们以后的毕业设计打下了一个基础，我相信，经过这次设计，我们毕业设计的时候不再会象现在这么茫然了，也一定能做好它。

l 参考文献
1.孙恒，陈作模，葛文杰主编.机械原理.北京：高等教育出版社，
2.濮良贵，纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社，
电子版《机械设计手册R2.0》
3.机械设计课程设计指导书 龚溎义 罗圣国 李平林 张力乃 黄少颜 编 龚溎义 主编高等教育出版社 1990年4月第二版
4.机械设计课程设计图册 龚溎义 潘沛霖 陈秀 严国良 编 龚溎义 主编 （哈尔滨工业大学）高等教育出版社 1989年5月第三版