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壓床機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 指導(dǎo)老師： 年 月 I 目 錄 第 1 章 問題的提出 ...........................................................................................1 第 2 章 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ...........................................................................1 第 3 章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì) .......................................................................................2 3.1 選擇不同的方案 .........................................................................................2 3.2 兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較 .....................................................................3 第 4 章 壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................4 第 5 章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................................................9 第 6 章 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................10 第 7 章 結(jié)論 .....................................................................................................11 第 8 章 收獲與體會 .........................................................................................12 1 第 1 章 問題的提出 壓床機(jī)械是由六桿機(jī)構(gòu)中的沖頭（滑塊）向下運(yùn)動來沖壓機(jī)械零件的一種機(jī)構(gòu)， 它是應(yīng)用廣泛的鍛壓設(shè)備，用于鋼板矯直，壓制零件等，大部分壓床都適用于金屬或 非金屬零件的壓印、成型、淺拉伸、整形及壓力裝配。為了能使壓床機(jī)構(gòu)在工作過程 中能發(fā)揮出它最大的價(jià)值，就要在設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)的時(shí)候注意以下一些要求： （1）設(shè)計(jì)出一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，保證其自由度 F=1，以實(shí)現(xiàn)滑塊的上下移動。 （2）如何保證滑塊在進(jìn)行移動的時(shí)候能保持連貫性。 （3） 針對工作環(huán)境的不同和裝卸貨物的不同，因設(shè)計(jì)出滑塊的最大提升高度，以 及其它連桿的極限位置。 （4）在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的時(shí)候，要考慮其維修的難易程度，不能比市面上的壓床復(fù)雜， 在設(shè)計(jì)其局部零件的時(shí)候，要采用通用的零件結(jié)構(gòu)，以免在以后發(fā)生故障時(shí)能方便維 修。 （5）機(jī)構(gòu)的材料在保證牢固的前提下要考慮其經(jīng)濟(jì)成本，不能只考慮材料的堅(jiān)固 程度，要讓機(jī)構(gòu)有推廣的空間和市場 第 2 章 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2.1 設(shè)計(jì)要求： （1）依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運(yùn)動尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并 分析組成機(jī)構(gòu)的基本桿組。 （2）假設(shè)曲柄等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊 5 的位移和速度的變化規(guī)律曲線。在壓床工作 過程中，在不考慮各處摩擦、構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩。 （3）取曲柄軸為等效構(gòu)件，要求其速度波動系數(shù)小于 10％，確定應(yīng)加于曲柄軸上 的飛輪轉(zhuǎn)動慣量。 （4）確定傳動系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)中各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸。 2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2 已知 參數(shù) 1x （mm ） 2 （mm ） y （mm ） 1? （°） 2 （°） H （mm ） CDEF（r/min1n） 1 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 100 2 60 170 260 60 120 180 1/2 1/4 90 3 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 由以上數(shù)據(jù)中選擇第三組數(shù)據(jù)作為本次設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)，由此可得： , , , =60°, =120； , ,170 xm?2140 x310ym?1?212CED?4F 滑塊 5 的行程為 210 。 第 3 章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì) 3.1 選擇不同的方案 方案一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 簡單的連桿機(jī)構(gòu)，用曲柄帶動滑塊實(shí)現(xiàn)壓床上下的來回運(yùn)動。設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡圖如 3-1。 圖 3-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 方案二：曲柄六桿機(jī)構(gòu) 3 所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡圖如 3-2 圖所示，多了另一個(gè)支點(diǎn)，能使滑塊移動更平穩(wěn)。 圖 3-2 曲柄六桿機(jī)構(gòu) 3.2 兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較 對方案一：該方案機(jī)構(gòu)簡單，不需要很多的鉸接點(diǎn)，生產(chǎn)成本低，但是該機(jī)構(gòu)的 穩(wěn)定性能不佳，在使用過程中需要一個(gè)滑槽提供移動副，會使沖頭在運(yùn)動過程中產(chǎn)生 滑動摩擦，從而降低了該機(jī)構(gòu)的效率。所以，在實(shí)際工程中，這種機(jī)構(gòu)的實(shí)用性能有 待商榷。 對方案二：該機(jī)構(gòu)在原先的四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上多了一個(gè)固定鉸鏈點(diǎn)的桿件，并通 過桿件將沖頭的移動副設(shè)置成不需要依靠機(jī)架提供，這樣就使得機(jī)構(gòu)的效率大大提高 了，而且六桿機(jī)構(gòu)也使得機(jī)構(gòu)更穩(wěn)定，在實(shí)際工程中也有了更加廣闊的應(yīng)用空間。所 以，綜合以上的兩種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二為最佳可行方案，按照所選取的數(shù)據(jù)，可 以設(shè)計(jì)出滿足要求的機(jī)構(gòu)。 結(jié)論：選擇方案二——曲柄六桿機(jī)構(gòu) 第 4 章 壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算，在用已知條件求出一些桿件的尺寸后，再對剩余桿件采 4 用平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動設(shè)計(jì)的位移矩陣法進(jìn)行求解，以求得各桿長。 由已知條件可知： , , , =60°, =120；170 xm?2140 x310ym?1?2 , ,滑塊 5 的行程為 210 。12CED?4F （1） 作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖： 圖 4-1 機(jī)構(gòu)簡圖 （2）長度計(jì)算： 已知：X 1＝70mm，X 2＝200mm，Y＝310mm， ＝60° ， ＝120°，H＝210mm，ψ 13ψ 13 CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2。 由條件可得；∠EDE’=60° ∵DE=DE’ ∴△DEE’等邊三角形 過 D 作 DJ⊥EE’，交 EE’于 J，交 F1F2 于 H ∵∠JDI=90° ∴HDJ 是一條水平線， ∴DH⊥FF’ ∴FF’∥EE’ 過 F 作 FK⊥EE’ 過 E’作 E’G⊥FF’，∴FK＝E’G 5 在△FKE 和△E’GF’中，KE＝GF’，F(xiàn)E=E’F’, ∠FKE=∠E’GF’=90° ∴△FKE≌△E’GF’ ∴KE= GF’ ∵EE’=EK+KE', FF’=FG+GF’ ∴EE’=FF’=H ∵△DE'E 是等邊三角形 ∴DE=EF=H=210mm ∵EF/DE=1/2, CE/CD=1/2 ∴EF=DE/4=180/4=52.5mm CD=2*DE/3=2*180/3=140mm 連接 AD,有 tan∠ADI=X 1/Y=70/310 又∵AD= mm227037.XY??? ∴在三角形△ADC 和△ADC’中，由余弦定理得：2 00cos(12.)38.4ACDACDm????2 00' 6.75.1? ∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mm BC=(AC+AC’)/2=314.425mm ∵BS 2/BC=1/2, DS3/DE=1/2 ∴BS 2=BC/2=314.46/2=157.2125mm DS3=DE/2=210/2=105mm 由上可得： AB BC BS2 CD DE DS3 EF 69.015mm 314.425mm 157.2125mm 140mm 210mm 105mm 52.5mm 比例尺 0.05mm/(m/s) 6 （3）機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度分析： 已知： ；190/minr? 逆時(shí)針2.425/6nrads??A1..6901./Bl mv?? = + CvCbv 大小 ? 0.65 ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 選取比例尺 μv=0.005m/(mm/s)，作速度多邊形0.3/.50.6/Cvupcms??A.9/..18/Bvb0.45/.0./Evupes??A ./..8/Fvf m0.1/50.2/Evuef s??A22.3/..6/svp330./.50.4/svums??A ∴ ＝ ＝0.18/0.314425=0.572rad/s (逆時(shí)針 )2?BCl ω ＝ ＝0.60/0.140=4.290rad/s (順時(shí)針)3Dlv ω ＝ ＝0.20/0.0525=3.809rad/s (順時(shí)針) 4EFl 項(xiàng) 目 ?BC?EFvS2?3S1?234? 數(shù) 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 7 單 位 m/s Rad/s （4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動加速度分析： 22 219.450.6915.3/BABaLms?????740nCC?2223...7/DD?486nFEEF snt tncCDBCBBaaa???? 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺 μa=0.04m/ (mm/s 2),作加速度多邊形圖 2'0.3/.1.30/Caupcms?? ?5Ee2'./../tBan?"0190tCDucs aF = aE + anEF + atEF 大?。?? √ √ ? 方向： √ √ F→E ⊥EF 2'0.32/.1.0/Faupf ms?? ?224ss3 23'.5/../a?2/ 985tCBLrads?231.90/3.1/D?? 項(xiàng)目 BCE"F2"S3"S?23 8 數(shù)值 6.130 3.300 5.000 3.200 4.200 2.500 9.859 13.571 單位 m/s 2 rad/s 2 第 5 章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 有基圓半徑 R0=40mm e=8mm 滾子半徑 R=8mm 在推程過程中： 由 得220sin(/)h????? 當(dāng) =600時(shí)，且 00<δ=300，則有 a≤0,即該過程為減速推程段 所以運(yùn)動方程 ??00(/)sin(2/)(Sh????? 在回程階段，由 得：20i/?? 當(dāng) =800時(shí)，且 00<δ=40 0，則有 a≥0，即該過程為加速回程段 所以運(yùn)動方程 ??001(/)sin(2/)(Sh?????? 當(dāng) =600時(shí)，且 00<δ=30 0，則有 a≤0，即該過程為減速推程段 所以運(yùn)動方程 ??00(/)sin(2/)(Sh????? δ 00 50 100 150 200 250 300 350 S 0 0.06 0.43 1.38 3.02 5.30 8.05 10.95 符號 h [α] δ δs δ＇ 單位 mm （ 0） 方案 3 18 30 60 30 80 9 單位 (mm) δ 400 450 500 55 600 650 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 單位 (mm) δ 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 S 19.00 18.96 18.71 18.08 16.94 15.29 13.18 10.76 δ 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 S 8.24 5.82 3.71 2.06 0.92 0.04 0 0 單位 (mm) 凸輪廓線如下: 第 6 章 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知：齒輪 ，齒輪為正常齒制，工5610,3,20,6Z m????分 度 圓 壓 力 角 模 數(shù) 作情況為開式傳動，齒輪 與曲柄共軸。6 由于其中一齒輪齒數(shù)小于 17，要避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象必存在變位系數(shù)，必要增大其中心 距， 10 取 ，求得'140am?'21.4??? 經(jīng)計(jì)算后取變位系數(shù)： ＞5.39xin50.39xm ＞62?68? 分度圓直徑： 55dZ??6610m 基圓直徑： 5cos.38bm??6975d 齒厚： 5(/2tan)10.6Sx??????6 82? 齒頂高： *55().39ahm?664x??? 齒底高： *55().62fac??6689h 齒頂圓直徑和齒底圓直徑： 5527.aadm??0ff? 6619.84h32ff 重合度: 561[(tant')(tant')]1.392ZZ????????? 第 7 章 結(jié)論 在本次設(shè)計(jì)中，方案二的提出相較于方案一有了很明顯的提高，方案一雖然有 著結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動關(guān)系不復(fù)雜，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)也顯而易見。由于它 結(jié)構(gòu)簡單，在實(shí)際工程應(yīng)用中就會使其在工作時(shí)產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的震動，而且也很難保 證其沖頭的沖壓力能否達(dá)到隨需要的強(qiáng)度，因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)缺少必要的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，所以方 案一的機(jī)構(gòu)在實(shí)際過程中基本不會被應(yīng)用。 不同于方案一，方案二在一的基礎(chǔ)上增加了固定桿機(jī)構(gòu)，使沖頭在工作的過程中 11 能更加平穩(wěn)，而且也能承受沖頭沖壓工件時(shí)的壓力，這樣就保證了該壓床機(jī)構(gòu)具有比 較高的使用壽命，固定桿 的極限位置能滿足 ， ，這就保證了機(jī)構(gòu)有DE160???2? 效的工作范圍，而沖頭所能達(dá)到的不同沖壓速度和沖壓力，也可以通過增加各桿的強(qiáng) 度和增加驅(qū)動力的大小來決定。 基于以上一系列分析，本次設(shè)計(jì)的壓床機(jī)構(gòu)還是滿足設(shè)計(jì)要求的，不過本次設(shè) 計(jì)最大的不足就是沒能建立起如同實(shí)物的仿真模型，其仿真的大部分內(nèi)容都是基于桿 件與桿件之間相鉸來實(shí)現(xiàn)的，缺乏一定的真實(shí)性，如果想直接將該機(jī)構(gòu)運(yùn)用到實(shí)際工 程中還有待進(jìn)一步的計(jì)算與檢驗(yàn)。 第 8 章 收獲與體會 本次機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是對我們上學(xué)期所學(xué)的機(jī)械原理的一次總結(jié)，通過一學(xué) 期對自己所設(shè)計(jì)的課題的不斷努力和完善，進(jìn)一步讓自己加深了對機(jī)械原理這門課程 的理解。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，不但檢驗(yàn)了我對機(jī)械原理這么課程的理解能力，而且更 加鍛煉了我的動手能力。在此期間，為了能使自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)有“物”可依，查閱大 量的文獻(xiàn)資料就必不可少，而且在查閱資料的過程中，讓我接觸到了國內(nèi)外對機(jī)械產(chǎn) 品最新的研究，這不但擴(kuò)展了我的知識面，更讓我了解到機(jī)械產(chǎn)品在我們?nèi)粘Ｉ钪?廣泛的應(yīng)用空間。所以通過這次設(shè)計(jì)，讓我對機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，也發(fā)現(xiàn)在 今后我們國家對設(shè)計(jì)類人才的龐大需求量，這也為我將來找工作提供了強(qiáng)有力的動力。 由于這是我第一次做設(shè)計(jì)類的課題，讓我對實(shí)際工程中對設(shè)計(jì)要求的嚴(yán)謹(jǐn)有了 更進(jìn)一步的了解。在對所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模的過程中，迫使我去學(xué)一些仿真建模軟 件，而通過對這些軟件的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了我的自學(xué)能力，也進(jìn)一步提高了我的軟件操作 能力。在操作軟件的過程中，讓我學(xué)會了從不同角度去思考，這也拓展了我的思維， 讓我學(xué)會了換位思考。 總而言之，通過本次課程設(shè)計(jì)大大提高了我的動手能力，為將來應(yīng)付實(shí)際工程 中出現(xiàn)的類似問題作了一次很好的熱身，這是一次難以忘記的經(jīng)歷。 12 參考文獻(xiàn) [1] 謝進(jìn)，萬朝燕，杜立杰.《機(jī)械原理》. 高等教育出版社，2004 [2] 王三明 《 機(jī)械原理與設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 2004 P120~P122 [3] 熊濱生 《現(xiàn)代連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》 化學(xué)工業(yè)出版社 2005. 12 [4] B.H 郭烈諾夫 郭和德譯 《制造技術(shù)與機(jī)床》 1959 年 11 期 [5] 張益豐等編 .精通 MATLAB6.5.北京:中國水利水電出版社,2004 [6] 王宏 《 微機(jī)輔助設(shè)計(jì)壓床六桿機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動分析和力分析》 1985 沈陽建 筑工程學(xué)院報(bào) [7] B.H郭烈諾夫 郭和德譯 《深拉深壓床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)》 [8] 岳一領(lǐng) 陸鳳儀 張志鴻 《平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真研究》 2009年8月 太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) [9] （蘇）奧布爾都也夫 韓云巖譯 《曲軸壓床鍛造》 1957 機(jī)械工業(yè)出版社 [10] John Charles Sharman 《Drop, press and machine forging》 1954 Machinery Pub. 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