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1、机械原理课程设计机械原理课程设计说明书说明书设计题目：压床机械设计设计题目：压床机械设计学学院：机械工程学院院：机械工程学院班班级：级：XXXXXX设设 计计 者：者：同同 组组 人：人：指导教师：指导教师：20232023 年年 7 7 月月 1 1 日日目录目录一、题目一、题目2 2二、原始数据与规定二、原始数据与规定.2.21 1、工作原理、工作原理.2.22.2.设计规定设计规定.2.23.3.设计数据设计数据2 24.4.设计内容设计内容.3 3三、执行机构方案选型设计三、执行机构方案选型设计.3.3四、机构设计四、机构设计7 71 1、连杆机构的设计、连杆机构的设计.7.72 2、
2、凸轮机构的设计、凸轮机构的设计.9.9五、传动方案设计五、传动方案设计.11.11六、机构运动分析与力的分析六、机构运动分析与力的分析.13.131 1、位置分析、位置分析.13.132 2、速度分析、速度分析.14.143 3、加速度分析、加速度分析.14.14七、制定机械系统的运动循环图七、制定机械系统的运动循环图.17.17八、设计结果分析、讨论，设计心得八、设计结果分析、讨论，设计心得.18.18九、重要参考资料九、重要参考资料.18.18附录附录1919一、题目：压床机械设计一、题目：压床机械设计二、原始数据与规定二、原始数据与规定1.1.工作原理工作原理压床机械是有六杆机构中的冲头
3、（滑块）向下运动来冲压机械零件的。图13.1为其参考示意，其执行机构重要由连杆机构和凸轮机构组成，电动机通过减速传动装置（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。2.2.设计规定设计规定电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命2023，每日一班制工作，载荷有中档冲击，允许曲柄转速偏差为5%。规定凸轮机构的最大压力角应在许用之内，从动件运动规律见设计数据，执行构件
4、的传动效率按0.95计算，按小批量生产规模设计。3.3.设计数据设计数据4.4.设计内容设计内容（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 拟 定 机 构 的 运 动 尺 寸，lCB 0.5lOB4,lCD(0.25 0.35)lCO4。规定用图解法设计，并写出设计结果和环节。（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，拟定凸轮的基本尺寸（基圆半径r0
5、，偏距e和滚子半径rr），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三、执行机构方案选型设计实现本题工作规定的机构运动方案：方案1:齿轮系和齿条准时序式组合。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：结构缺陷：齿轮的制造、安装规定较高，因而成本也较高；不宜作远距离传动；在工作中有较大的冲击力，齿轮和齿条易顺坏，使用寿命短。传递的功率和速度范围较大;能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准
6、确可靠;结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;齿轮和齿条直接啮合,传动灵敏性非常高。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O1ABCO2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：扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；扇形齿轮齿条机构具有良好的结构及传动刚性；曲柄摇杆机构制造工艺简朴，制导致本低；机构缺陷：扇形齿轮、齿条的制造、安装规定较高，成本也较高；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准时序式连接。如图 3 所示，由齿轮 O1 带动齿轮 O2 转动，齿
7、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 满足运动规定。机构优点：齿轮传动结构紧凑、传动效率高和使用寿命长；齿轮传动的功率大、转速高；曲柄导杆机构制造工艺简朴，成本低；机构缺陷：制造齿轮需要有专门的设备，安装精度高，成本高；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规定。机构优点;加工制造容易，成本低；承载能力较大，使用寿命长；机构缺陷：机械效率低；不宜用于高速运动。图4综合分析选定执行机构：压床机构设计规定使用寿命为2023，载荷有中档冲击，按小批量规模生产，因而应选用使用寿命较长、承
8、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、机构设计四、机构设计1 1、连杆机构的设计、连杆机构的设计设计内容单位符号1数据0340X2160连杆机构的设计及运动分析mmX（m）myH121201065010.5r/minCB/BO4CD/CO4n20.390（1）已知：X130mm，X2140mm，Y150mm，1=120，2=60，H=150mm，CB/BO4=0.5，CD/CO4=0.3由条件可知:C1O4C260，C1O4 C2O4，C1O4C2是等边三角形lCO4150mm，lCB 0.5lBO4 50mm，lCD 45mm（2）作图环节：拟定点O4的位置；根据机
9、构设计数据，画出点O2的位置；画出CBO4的两个极限位置C1BO4和C2BO4;分别连接B1O4和B2O4;以O2为圆点O2B2为半径画圆弧，与B1O2交于点E;认为O2圆心EB1的一半为半径画圆，并延长B2O2与圆相交与点A2，B1O2与圆相交于点A1，如图5所示。图5通过测量得：lAO2 47mm,lAB 217mm由上可得：符号单位方案515020050lCO4lBO4lBClCDlABlAO2mm45217472 2、凸轮机构的设计、凸轮机构的设计符号单位方案 5有r0Hmm200。s070从动件运动规律307010正弦 45 mm,e 15 mm,rr 8 mm在推程过程中：22a
10、2hsin(2/)/00，0 由 70得当0 70时，且0 35，则有 a=0,即该过程为加速推程段；当0 70时，且 35，则有 a=0,即该过程为减速推程段所以运动方程s h(/0)sin(2/0)/(2)在远休止过程中：s=0，70 80在回程过程中：由a 2h2sin(2/)/0，80150得：当0 80时，且0 40，则有 a=0,即该过程为加速回程段；所以运动方程s h1(/0)sin(2/0)/(2)2在近休止过程中：s=0，150 3600运用 MATLAB软件解决得如下表的数据：10203040理论廓线半径43.609745.842051.459156.6074实践廓线半径3
11、7.971140.834845.354450.20615060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360凸轮廓线如下:59.277261.868264.203264.203266.772668.362767.767064.231958.016950.6873454545454454545454545454545454545454545454553.472755.509056.203256.203255.362152.929449.281845.074141.097
12、638.146237373737373737373737373737373737373737373737偏 置 移 动 从 动 盘 形 凸 轮 设 计点 线 表 示 基 圆虚 线 表 示 实 际 廓 线40200-20-40-60-80-60-40-20020406080OYX点 画 线 表 示 理 论 廓 线实 线 表 示 滚 子60五、传动方案设计五、传动方案设计（1）、选择电动机类型：按已知条件和规定，选用Y系列一般用途的三相异步电动机。（2）、拟定电动机的转速：工作机轴转速为：n2 90r/min，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
13、载转速nm 960r/min。（3）、总传动比和各级的传动比：、传动装置总传动比：i 96010.6790、各级传动比：i i12i34，取i12 0.25i，得i12 2.67，i34 4、拟定各齿轮的齿数：选Z1 22,则Z2 i12Z1 58.74，取Z2 59。选Z3 22,则z4 i34Z34 88。由上可得：符号单位方案5、拟定齿轮4的角速度：Z1Z2Z3Z4。20mmm3.522592288n1 960r/mini12n1Z259n2Z122n2 357.97r/minn3 n2 357.97r/mini34n3Z488n4Z3222n4 9.37rad/s60n4 89.49r
14、/minwZ4（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六、机构运动分析与力的分析认为o2原点，分别建立直角坐标系xo2y和xo2y，如图 7 所示。1 1、位置分析、位置分析在直角坐标系 xO2y下，用复数矢量法作机构的运动分析。已知：l1 lAO2 47 mm,l2 lAB 170 mm,l3 lBO4 100 mml4 lO2O4 160 mm,l5 lCD 45 mm2 Z4 9.37rad/s用矢量形式写出机构封闭矢量方程式:l1ei1l2ei2 l3ei3l4 应用欧拉公式ie cosisin将式 a 的实部和虚部分离得l1cos1l2cos2 l4l4co
15、s4l1sin1l2sin2 l3sin3 消去式 b 中，求出2得Asin3 Bcos3C 0 式中:A 2l1l3sin1；B 2l3(l1cos1l4)；22C l2l12l32l4 2l1l4cos1解之可得tan(3/2)(AA2 B2C2)/(B C)3 2arctan(AA2 B2C2)/(B C)在直角坐标系XO2Y中43-12.53sin5 160sin4130/lCD 160sin4130/455 arcsin(160sin4130/45)滑块 6 上点 D 的坐标为D(130,160 160cos4 45cos5)yD160(1 cos4)45cos5点 D 的最低位置为
16、Dmin(130,39)滑块 6 上点 D 的位移为sD yD39 160(1 cos4)45cos5392 2、速度分析、速度分析在直角坐标系 xOy 中，已知1 w2t摇杆 4 的角速度为w4 d4/dt滑块 6 的速度为v6 dsD/dt3 3、加速度分析、加速度分析在直角坐标系 xOy 中，摇杆 4 的角加速度为4 dw4/dt滑块 6 的加速度为a6dv6/dt图 7使用 MATLAB绘制滑块 6 的运动曲线图如下：（1）滑块 6 的位移曲线位 移 变 化 图 像210200190位移180170160150080159239角 度318398477557（2）滑块 6 的速度曲线速
17、 度 变 化 图 像15001000500速度0-500-1000080159239角 度318398477557（3）滑块 6 的加速度曲线10.50-0.5x 104加 速 度 变 化 图 像加速度-1-1.5-2-2.5-3080159239角 度318398477557七、制定机械系统的运动循环图七、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结识。由于在设计方面我们没有经验，理论知识
18、学的不全面，在设计中难免会碰到各种的问题，但是在老师和同学的帮助下我将它们一一都解决了。在设计过程中，培养了我的综合应用机械原理课程及其他课程的理论知识。使我对于实际生产中的设计计算过程有了一个更加形象、生动和鲜明的了解和体会，同时，在这过程中也锻炼了我通过各种手段解决问题的能力和查阅各种设计资料进行设计的能力。由于在这次设计过程中大量运用了计算机辅助设计，使我对CAD等工程软件的应用水平有了很大的提高，这对于我来说是一次十分难得的机会，很有助于我们将来在实际工作中的应用。我也体会到了应用计算机辅助设计的优点，增强了我学习工程软件的爱好。总之，这次课程设计使我在各个方面都有了新的提高。非常感谢
19、老师的辛勤指导和不厌其烦的细心教导！也感谢学校我们提供了这次难得的锻炼机会，希望在以后的学习生涯中有更多机会参与类似的实践活动。九、重要参考资料九、重要参考资料1.陆风仪主编机械原理课程设计北京机械工业出版社.20232.孙 恒、陈作模主编机械原理北京高等教育出版社20233.吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京.化学工业出版社.2023附录附录clear;clc;rb=45;rt=8;e=15;h=20;ft=70;fs=10;fh=70;alp=30;fprintf(1,基圆半径rb=%3.4fmmn,rb)fprintf(1,滚子半径rt=%3.4fmmn,rt)fprintf(1,推杆偏
20、距e=%3.4fmmn,e)fprintf(1,推程升程h=%3.4fmmn,h)fprintf(1,推程运动角ft=%3.4fmmn,ft)fprintf(1,远休止角fs=%3.4fmmn,fs)fprintf(1,回程运动角fh=%3.4fmmn,fh)fprintf(1,推 程 许 用 压 力 角alp=%3.4f mmn,alp)hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rb2-e2);d1=ft+fs;d2=ft+fs+fh;s=zeros(ft);ds=zeros(ft);d2s=zeros(ft);at=zeros(ft);atd=zeros(ft);pt=zer
21、os(ft);for f=1:ftif fatmatm=atd(f);endendfprintf(1,最大压力角atm=%3.4f 度n,atm)for f=1:ftif abs(atd(f)-atm)alpfprintf(1,凸轮推程压力角超过许用压力角，需增大基圆半径！n)endptn=rb+h;for f=1:ftif pt(f)ptnptn=pt(f);endendfprintf(1,轮 廓 最 小 曲 率 半 径ptn=%3.4fmmn,ptn)for f=1:ftif abs(pt(f)-ptn)0.1ftn=f;breakendendfprintf(1,相应位置角ftn=%3.4
22、f 度n,ptn)if ptnahmahm=ahd(f);endendfprintf(1,最大压力角ahm=%3.4f 度n,ahm)for f=d1:d2if abs(ahd(f)-ahm)alf%fpintf(1,凸轮推程压力角超过许用压力角，需增大基圆半径！n)%endphn=rb+h;for f=d1:d2if ph(f)phnphn=ph(f);endendfprintf(1,轮 廓 最 小 曲 率 半 径phn=%3.4fmmn,phn)for f=d1:d2if abs(ph(f)-phn)0.1fhn=f;breakendendfprintf(1,相应位置角ftn=%3.4f
23、度n,ptn)if phnrt+5fprintf(1,凸轮推程压力角小于许用压力角，需增大基圆半径或减小滚子半径！n)endn=360;s=zeros(n);ds=zeros(n);r=zeros(n);rp=zeros(n);x=zeros(n);y=zeros(n);dx=zeros(n);dy=zeros(n);xx=zeros(n);yy=zeros(n);xp=zeros(n);yp=zeros(n);xxp=zeros(n);yyp=zeros(n);for f=1:nif fft/2&fft&fd1&fd2&f=ns=0;ds=0;endxx(f)=(se+s)*sin(f*hd
24、)+e*cos(f*hd);x=xx(f);yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*sin(f*hd);y=yy(f);dx(f)=(ds-e)*sin(f*hd)+(se+s)*cos(f*hd);dx=dx(f);dy(f)=(ds-e)*cos(f*hd)-(se+s)*sin(f*hd);dy=dy(f);xp(f)=x+rt*dy/sqrt(dx2+dy2);xxp=xp(f);yp(f)=y-rt*dx/sqrt(dx2+dy2);yyp=yp(f);r(f)=sqrt(dx2+dy2);rp(f)=sqrt(xxp2+yyp2);end%推程加正弦加速for f=10:
25、10:ftnu=f xx(f)yy(f)xp(f)yp(f);disp(nu)endfor f=d1:10:d2nu=f xx(f)yy(f)xp(f)yp(f);disp(nu)endfor f=10:10:nnu=f r(f)rp(f);disp(nu)endH1=plot(xx,yy,k-.)axis(-(rb+h-10)(rb+h+10)-(rb+h+10)(rb+h+10)axis equaltext(rb+h+3,0,X)text(rb+rt+3,0,Y)text(-5,5,O)title(偏置移动从动盘形凸轮设计)hold onplot(-(rb+h)(rb+h),0 0,k)plot(0 0,-(rb+h)(rb+h),k)plot(e e,0(rb+rt),k-)ct=linspace(0,2*pi);H2=plot(rb*cos(ct),rb*sin(ct),.k)plot(e*cos(ct),e*sin(ct),k-,markersize,5)H3=plot(e+rt*cos(ct),se+rt*sin(ct),k)plot(xp,yp,:k);%legend(H1,H2,H3)text(-80,60,点线表达基圆)text(-80,50,虚线表达实际廓线)text(-80,40,点画线表达理论廓线)text(-80,30,实线表达滚子)