机械课程压床设计项目说明指导书.doc

机械设计课程设计计算阐明书设计题目： 压床设计与分析 13q机械 专业 11 班设计者： 高* 学号： 24191105指引教师： 王晓禹教师 年 12 月 30 日目录机械原理 压床机构设计某些一、压床机构设计规定 - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.压床机构简介 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2.设计内容 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 二、压床机构设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.连杆机构设计及运动分析 - - - - - - - - - - - - （1）作机构运动简图 - - - - - - - - - - - - - - （2）机构运动速度分析 - - - - - - - - - - - - - （3）机构运动加速度分析 - - - - - - - - - - - - （4）绘制滑块位移、速度、加速度曲线 - - - - - - （5）机构动态静力分析 - - - - - - - - - - - - - 三、执行机构其她运动方案设计 - - - - - - - - - - - 四、飞轮设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 五、凸轮机构设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 机械设计 二级减速器设计某些一、目及规定 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 二、减速器构造分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 三、传动装置总体设计 - - - - - - - - - - - - - - - - （一）选取电动机 - - - - - - - - - - - - - - - - - （二）传动比分派 - - - - - - - - - - - - - - - - - （三）运动和动力参数分析计算 - - - - - - - - - - - 1.计算各轴转速 - - - - - - - - - - - - - - - - 2.计算各轴输入功率 - - - - - - - - - - - - - - 3.计算各轴输入转矩 - - - - - - - - - - - - - - 四、传动件设计计算 - - - - - - - - - - - - - - - - （一）带传动设计 - - - - - - - - - - - - - - - - （二）高速级齿轮设计与校核 - - - - - - - - - - - （三）低速级齿轮设计与校核 - - - - - - - - - - - （四）联轴器选取 - - - - - - - - - - - - - - - - （五）轴设计与校核 - - - - - - - - - - - - - - - 1.低速轴校核 - - - - - - - - - - - - - - - 2.中间轴校核 - - - - - - - - - - - - - - - 3.齿轮轴校核 - - - - - - - - - - - - - - - （六）键校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - （七）轴承校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 五、润滑密封设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 六、减速器箱体构造尺寸表 - - - - - - - - - - - - - - 七、重要参照文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一机械基本综合课程设计任务书题目一 压床设计与分析1、设计题目 压床是应用广泛锻压设备，图1所示为某压床示意图，其中六杆机构ABCDEF为其执行机构。图中电动机经带传动，带动二级圆柱齿轮减速器（Z1Z2、Z3Z4）将转速减少，然后带动曲柄1转动，再经六杆机构使滑块5上下往复运动，实现冲压。在曲柄轴A上装有飞轮（未画出）。在曲柄轴另一端装有油泵凸轮，驱动油泵向连杆机构各运动副供油。工作条件：持续单向运转，工作时有轻微冲击，有效期限为，小批量生产，单班制工作。图1 压床机构2、设计数据表1 已知数据题 号12345678910连杆机构设计及运动分析h1(mm)50607052504847464945h2(mm)140170200150160170180190200210h3(mm)220200310250260270280290300280=60，=120，=0.5，=0.25H(mm)150180210190160165170175180185n1 (r/min)1009012095110115105125120110力分析及飞轮转动惯量拟定工作阻力 (N)40007000110005000550060006500700075008000BC杆质量 (kg)60608270728476787682DE杆质量(kg)40404240424446484642滑块质量 (kg)30558030506045556550曲柄AB转动惯量 (kgm2)0.820.641.350.80.71.00.90.780.750.85BC杆转动惯量 (kgm2)0.180.200.300.250.350.180.200.300.250.35不均匀系数0.10.110.120.10.110.120.10.110.120.09凸轮机构设计从动件行程17181916151718191615许用压力角 30323435303234353032推程运动角 55606560556065607060远休止角 25303525303525303530回程运动角 85807585807585807574推程运动规律余弦等加速等减速正弦余弦等加速等减速正弦余弦等加速等减速正弦正弦回程运动规律正弦余弦等加速等减速正弦余弦等加速等减速正弦余弦等加速等减速正弦注：构件2、3质心均在各杆中点处，滑块5质心在滑块中心，曲柄AB质心在A点，不计别的构件质量及转动惯量。3、设计任务1、平面连杆机构设计及运动分析已知：滑块行程H，构件3上、下极限角3、3，比值、，尺寸h1、h2、h3 ，曲柄转速n1 。规定：1）设计各构件运动尺寸，作机构运动简图；2）按给定位置（见第四某些）作机构速度和加速度多边形；3）作滑块运动线图（sj，vj，aj画在一种坐标系中）；4）给出实现锻压规定执行机构其她运动方案简图，并进行对比分析。2、平面连杆机构力分析已知：滑块所受工作阻力见图2所示，以及任务1中连杆机构设计和运动分析所得成果，不考虑摩擦。规定：1）按给定位置拟定机构各运动副中反力；2）拟定加于曲柄上平衡力矩Mb 。3、飞轮设计已知：机器运转许用速度不均匀系数，力分析所得平衡力Mb ，驱动力矩Md为常数，飞轮安装在曲柄轴A上。规定：拟定飞轮转动惯量JF 。4、凸轮机构设计已知：从动件行程h ，偏距e，许用压力角，推程运动角，远休止角，回程运动角，从动件运动规律见表1，凸轮与曲柄共轴。规定：1）按许用压力角拟定凸轮机构基本尺寸，选用滚子半径rr ；2）绘制凸轮实际廓线。5、拟定电动机转速及功率6、联轴器选取7、设计该机器传动装置 1）带传动设计 2）减速器设计规定：绘制减速器装配图；绘制齿轮、轴、箱盖（或箱座）零件图。8、编写课程设计阐明书，涉及设计任务、设计参数、设计计算过程等。4、设计指引1）曲柄位置图作法如图3所示，取滑块在上极限位置所相应曲柄位置作为起始位置，按曲柄转向，将曲柄圆周作十二等分，得12个曲柄位置；此外再作出滑块在下极限位和距下极限为H/4时所相应曲柄位置1、和5，每个同窗取其中三个点进行分析。2）给定位置机构简图、机构速度多边形和加速度多边形，以及力分析力多边形可合绘在一张图上；等效力矩曲线、能量批示图、机构输出构件运动线图等合绘在另一张图上。3）传动装置设计见机械设计课程设计教材。图2 滑块阻力曲线 图3 曲柄位置计 算 及 说 明重要成果 机械原理 压床机构设计某些一、压床机构设计规定1.压床机构简介图96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三对齿轮z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速减少，然后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Fr而运动。为了减小主轴速度波动，在曲轴A上装有飞轮，在曲柄轴另一端装有供润滑连杆机构各运动副用油泵凸轮。2.设计任务：（1）平面连杆机构设计及运动分折已知：尺寸h1、h2，构件3上、下极限角，滑块冲程H，比值CECD、EFDE，最小传动角min各构件质心S位置，曲柄转速n1。规定：1）设计各构件运动尺寸，作机构运动简图； 2）按指定位置作机构速度和加速度多边形; 3) 作滑块运动线图（s-、v-、a-画在一种坐标系中）;（2）给出实现锻压规定执行机构其她运动方案简图，并进行对比分析（3）平面连杆机构力分析已知：滑块所受工作阻力，结合前面连杆机构设计和运动分析所得成果，不考虑摩擦。 计 算 及 说 明重要成果规定：1）按给定位置拟定机构各运动副中反力；2)拟定加于曲柄上平衡力矩Mb，并在坐标纸上作出平衡力矩曲线（4）飞轮设计 已知：机器运动许用速度不均匀系数，力分析所得平衡力Mb，驱动力矩Md为常数。飞轮安装在曲柄轴A上。规定：拟定飞轮转动惯量JF。（5）凸轮机构构设计已知：从动件冲程H，偏距e，许用压力角推程运动角0。，远休止角s，回程运动角0，从动件运动规律见表1，凸轮与曲柄共轴。规定：1）按许用压力角拟定凸轮机构基本尺寸选用滚子半径rr；2）绘制凸轮实际廓线。（6）拟定电动机转速及功率、型号（7）联轴器选取（8）设计该机器传动装置1）V带传动设计计算2）二级圆柱齿轮减速器设计计算（涉及齿轮传动设计，轴构造设计及强度校核，轴承选型设计及寿命计算，平键连接选型及强度计算）;3)减速器图纸设计规定:绘制减速器装配图A0；绘制齿轮零件图1张;绘制轴零件图1张；绘制箱座零件图。（9）设计课程设计阐明书，涉及设计任务、设计参数、设计计算过程等。二、压床机构设计1、连杆机构设计及运动分析设计内容连杆机构设计及运动分析单位mm（）mmr/min符号h1h2HCE/CDEF/DEn1数据50160601201601/21/4110机构满足最大传动角规定。求各杆件长度 =10.89-= =60-9.87=49.11=-=120-9.87=109.11EF=H=160 CE=53.33mm EF=40mm AB BC CD DEEFe52.16mm263.58mm106.67mm 150mm 40.0mm131.25mm计 算 及 说 明重要成果计 算 及 说 明重要成果（2）机构运动速度分析：以滑块移动到距下极限点1/4行程处(5)为例，机构在此位置时各杆件位置及速度多边形如图：已知：n1=100r/min； = = =10.47rad/s 逆时针 = lAB = 514.5mm/s = + 方向 CD AB BC大小 ? 514.5 ?比例尺20mm/s/s =682.5mm/s = + 方向 竖直 DE EF大小 ? 682.5 ?=10.47rad/s=0.52m/s=682.5mm/s 计 算 及 说 明重要成果=-679.36（方向向下）（3）机构运动加速度分析：以滑块移动到距下极限点1/4行程处(5)为例，机构在此位置时各杆件位置及加速度多边形如图：anB=12LAB=10.47249.29=5403.21 mm/s2anCB=22LBCanC=2070mm/s2= + atCB + anCB方向CD CD BA BC CB大小： ? ? 得aC =2227mm/s2 aF = anE + atE + anEF + atEF方向： 竖直 ED DE FE EF大小： ? ?anE =3105.38mm/s2 atE=3340.5mm/s2 aF=4960.35mm/s2=-679.36anB=5403.21 mm/s2anC=2070mm/s2aC=2227mm/s2 anE =3105.38mm/s2 atE=3340.5mm/s2 aF=4960.35mm/s2计 算 及 说 明重要成果 （4）绘制滑块位移、速度、加速度曲线1）测量滑块5随曲柄转动时位移，数据如下（单位：mm）：依照数据绘制位移速度加速度图像（取向上为正）：绿色：加速度 红色：速度 蓝色：位移 计 算 及 说 明重要成果（5）机构动态静力分析计 算 及 说 明重要成果 计 算 及 说 明重要成果三、执行机构其她运动方案设计四、飞轮设计已知机器运转许用速度不均匀系数，依照力分析所得平衡力矩Mb ，绘制平衡力矩曲线，拟定驱动力矩Md（常数），飞轮安装在曲柄轴A上。 计 算 及 说 明重要成果拟定飞轮转动惯量JF ：已知机器运转许用速度不均匀系数=0.1最大盈亏功转动惯量=0.9615kgmm五、凸轮机构设计1.凸轮基圆半径r0拟定 由诺模图得：h/r0=0.45 r0=37.8mm 滚子半径：rr=4mm2.位移计算取5o为一种分段，分别计算推程和回程位移1）推程由公式 得5o10o15o20o25o30os0.3441.3492.9334.9687.2909.71035o40o45o50o55oS12.03114.06615.65016.65617.00计 算 及 说 明重要成果2）回程由公式 得5o10o15o20o25o30os16.97716.82416.42215.69914.60313.15935o40o45o50o55o60os11.4259.4977.5035.5763.8412.39865o70o75o80o85os1.3060.5780.1770.0230凸轮轮廓如下： 计 算 及 说 明重要成果 机械设计 二级减速器设计某些一目及规定（一）课程设计目1、通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其他关于选修课程理论和生产实际知识去分析和解决机械设计问题，并使所学知识得到进一步地巩固、深化和发展。2、学习机械设计普通办法。通过设计培养对的设计思想和分析问题、解决问题能力。3、进行机械设计基本技能训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉原则和规范。（二）已知条件1、展开式二级齿轮减速器产品（关于参数见名牌）2、动力来源：电压为380V三相交流电源；电动机输出功率P=2.2KW。3、工作状况：一班制，持续单向运营，载荷有轻微冲击。4、有效期：，每年按300天计。5、检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修。6、工作环境：室内常温，灰尘较大。（三）工作规定1、画减速器装配图一张（A0图纸）；2、零件工作图二至三张（传动零件、轴、箱体等等）；3、对传动系统进行构造分析、运动分析并拟定电动机型号、工作能力分析；4、对传动系统进行精度分析，合理拟定并标注配合与公差；5、设计阐明书一份。（四）结题项目1、检查减速器能否正常运转。2、每人一套设计零件草图。3、减速器装配图：A0；每人1张。4、零件工作图：A3；每人共2张、齿轮和轴各1张。5、 课题阐明书：每人1份。（五）完毕时间共4周计 算 及 说 明重要成果二减速器构造分析（一）分析传动系统工作状况1、传动系统作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，重要将原动机运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调两者转速和转矩。2、传动方案特点：特点：构造简朴、效率高、容易制造、使用寿命长、维护以便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生扭转变形和轴在弯矩作用下产生弯曲变形某些地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀现象。3、电机和工作机安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮一端；工作机安装在远离低速轴齿轮一端。 图一:(传动装置总体设计图)初步拟定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 计 算 及 说 明重要成果三传动装置总体设计（一）、选取电动机1、选取电动机系列按工作规定及工作条件，选用Y系列三相交流异步电动机。2、选电动机功率 （1）、工作机所需输入功率（取工作机效率）因没考虑质量与转动惯量故将Md扩大5倍，Md=115.2Nm （2）、传动装置总效率 （3）、电机实际输出功率 3、拟定电动机转速所选电动机额定功率应等于或稍不不大于电动机实际输出功率，即，电动机可选转速范畴 选用电动机型号为Y802-2，机座中心高H=80mm，额定功率，满载转速为2825r/min，轴伸长E=40mm，伸出端直径D=19mm，详细参数见表19-3.（二）、传动比分派总传动比 取 ，则 高速级齿轮传动比为 计 算 及 说 明 重要成果则低速级齿轮传动比为 （三）、运动和动力参数分析计算1.计算各轴转速2.计算各轴输入功率3.计算各轴输入转矩四传动件设计计算（一）.带传动设计计算1.拟定V带截型工作状况系数 单班制每天工作8小时，软启动，载荷变化较小，由机械设计教材表7-7得 计 算 及 说 明重要成果计算功率 V带截型 依照和，由图7-12 选用Z型V带 2、拟定V带轮基准直径小带轮基准直径 由图7-12及表7-4 选用大带轮基准直径 由表7-5知，带轮基准直径中恰有此值，取验算带速 3.拟定中心距及V带基准长度初定中心距 4计算V带基准长度 V带基准长度 由表7-2选用实际中心距 拟将带传动设计成中心距可调及构造，采用近似计算 验算小带轮包角 4.拟定V带根数单根V带基本额定功率 由表7-6 单根V带额定功率增量 由表7-8 小带轮包角修正系数 由表7-9线性插值求得 带长修正系数 由表7-2 带速在容许范畴内(5-25)计 算 及 说 明重要成果V带根数 取5.计算初拉力V带单位长度质量 由表7-1 单根V带初拉力作用在轴上载荷 (二)高速级齿轮设计与校核1.选取齿轮材料并拟定初步参数（1）选取齿轮材料及其热解决 由表8-1选用小齿轮：40Cr，调制解决，齿面硬度为260HBW大齿轮：45钢，调制解决，齿面硬度为230HBW（2）初选齿轮 选用小齿轮齿数 则大齿轮齿数 （3）选取齿宽系数和传动精度级别初估小齿轮直径，初选螺旋角照表8-8选用齿宽系数 齿轮圆周速度 参照表8-9，齿轮精度选为8级（4）计算许用接触应力1）计算两齿轮许用循环次数N1，N2小齿轮40Cr调制小齿轮45钢调制初选齿轮精度8级 计 算 及 说 明重要成果2）寿命系数 由图8-24得：（不容许有一定量点蚀）3） 接触疲劳极限 由图8-20a，查MQ线得=720MPa =580MPa4）安全系数 参照表8-11，取=1.255）许用接触应力，依照式8-14得 2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮重要参数（1）拟定各有关参数值1）计算小齿轮转矩 2)拟定载荷系数K使用系数 按电动机驱动，轻微冲击，查表8-4取=1.25动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.18齿间载荷分派系数 由表8-5，取齿向载荷分派系数 由图8-14a，取=1.05载荷系数 3）拟定弹性系数 由表8-6得4）拟定节点区域系数 由图8-16得=2.435）拟定重叠度系数 由式8-24计算得=2.43计 算 及 说 明重要成果端面重叠度 纵向重叠度 重叠度系数 因，由式8-23得，6)拟定螺旋角系数 由式8-22得 （2）求所需小齿轮直径,由式8-21得 与初估大小基本相符（3）拟定模数，中心距a等重要几何参数 1）模数 由表8-7取原则模数 =2 2）中心距 ，取=109mm 3）螺旋角 4）分度圆直径 =109mm 计 算 及 说 明重要成果（注意：齿轮直径应精准到三位小数）5）拟定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3.齿面接触疲劳强度校核 结论：齿面接触疲劳强度足够4.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1）寿命系数 由图8-29取2)极限应力 由图8-25a取 3）尺寸系数 由图8-30取 4）安全系数 参照表8-11，取=1.65）计算许用弯曲应力 由式8-16得 （2）计算齿根弯曲应力1）齿形系数当量齿数 计 算 及 说 明重要成果由图8-18取 2）应力修正系数 由图8-19取 3）重叠度系数端面压力角 基圆螺旋角当量齿轮端面重叠度 由式8-28 由式8-27 4)螺旋角系数 查图8-31得 =0.825）齿根弯曲应力 由式8-25得结论：齿根弯曲疲劳强度足够（三）低速级齿轮设计与校核1.选取齿轮材料并拟定初步参数（1）选取齿轮材料及其热解决 由表8-1选用小齿轮：40Cr，调制解决，齿面硬度为260HBW大齿轮：45钢，调制解决，齿面硬度为230HBW=0.82小齿轮40Cr调制小齿轮45钢调制 计 算 及 说 明重要成果（2）初选齿轮 选用小齿轮齿数 则大齿轮齿数 （3）选取齿宽系数和传动精度级别初估小齿轮直径，初选螺旋角照表8-8选用齿宽系数 齿轮圆周速度 参照表8-9，齿轮精度选为8级（4）计算许用接触应力1）计算两齿轮许用循环次数N1，N22）寿命系数 由图8-24得：（不容许有一定量点蚀）3） 接触疲劳极限 由图8-20a，查MQ线得=720MPa =580MPa4）安全系数 参照表8-11，取=1.255）许用接触应力，依照式8-14得 2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮重要参数（1）拟定各有关参数值1）计算小齿轮转矩 2)拟定载荷系数K使用系数 按电动机驱动，轻微冲击，查表8-4取=1初选齿轮精度8级计 算 及 说 明重要成果动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.06齿间载荷分派系数 由表8-5，取齿向载荷分派系数 由图8-14a，取=1.08载荷系数 3）拟定弹性系数 由表8-6得4）拟定节点区域系数 由图8-16得=2.435）拟定重叠度系数 由式8-24计算得 端面重叠度 纵向重叠度 重叠度系数 因，由式8-23得，6)拟定螺旋角系数 由式8-22得 （2）求所需小齿轮直径,由式8-21得 与初估大小基本相符=2.43 计 算 及 说 明重要成果（3）拟定模数，中心距a等重要几何参数 1）模数 由表8-7取原则模数 =2 2）中心距 ，取=113mm 3）螺旋角 4）分度圆直径 （注意：齿轮直径应精准到三位小数）5）拟定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3.齿面接触疲劳强度校核 结论：齿面接触疲劳强度足够4.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1）寿命系数 由图8-29取=113mm5.计 算 及 说 明重要成果2)极限应力 由图8-25a取 3）尺寸系数 由图8-30取 4）安全系数 参照表8-11，取=1.65）计算许用弯曲应力 由式8-16得 （2）计算齿根弯曲应力1）齿形系数当量齿数 由图8-18取 2）应力修正系数 由图8-19取 3）重叠度系数端面压力角 基圆螺旋角当量齿轮端面重叠度 由式8-28 由式8-27 4)螺旋角系数 查图8-31得 =0.86=0.86 计 算 及 说 明重要成果5）齿根弯曲应力 由式8-25得 结论：齿根弯曲疲劳强度足够（四）联轴器选取初估低速轴最小直径低速轴材料为45钢，C值依照课程设计指引书表3-1选用mm有键槽轴径加大4%，取低速轴扭矩为81.5Nm依照表17-1，选取TL5型弹性套柱销联轴器（五）轴设计与校核1.高速齿轮轴设计初估齿轮轴受扭段最小轴径齿轮轴材料为40Cr，C值依照课程设计指引书表3-1选用mm 有键槽轴径加大4%，取，取计 算 及 说 明重要成果，取 ， 取 依照齿轮分度圆大小，选用齿轮轴段直径轴径拟定后，初定轴承型号，采用角接触球轴承，型号为7302AC,从而查得轴承宽度T1=13mm依照箱体尺寸，拟定各轴段长度。L1=50mm L2=50mm L3=28mm L4=71.25mm L5=35mm L6=28mm2.中间轴设计初估齿轮轴受扭段最小轴径 齿轮轴材料为45钢，C值依照课程设计指引书表3-1选用mm ， 取，取，取，取轴径拟定后，初定轴承型号，采用圆锥滚子轴承，型号为7304AC,从而查得轴承宽度T2=15mm依照箱体尺寸，拟定各轴段长度。L1=41mm L2=40mm L3=7mm L4=60mm L5=41mm 3.低速轴设计（1）低速轴设计T1=13mmT2=15mm 计 算 及 说 明重要结依照联轴器型号，拟定，取，取