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機械原理課程設計 說明書 姓 名： 李金發(fā) 學 號： 班 級： 指導老師： 成 績： 遼寧石油化工大學 2017年12月8日 目錄 一、機構簡介與設計數據 3 1.1.機構簡介 3 1.2機構的動態(tài)靜力分析 3 1.3凸輪機構構設計 3 1.4.設計數據 4 二、壓床機構的設計 6 2.1確定傳動機構各桿的長度 6 三.傳動機構運動分析 8 3.1.速度分析 8 3.1.1 8 3.1.2 9 3.2.加速度分析 10 3.2.1 10 3.2.2 12 3.3. 機構動態(tài)靜力分析 14 3.3.1 14 3.3.2 17 四、凸輪機構設計 21 五、齒輪設計 22 5.1.全部原始數據 22 5.2.設計及計算過程 22 參考文獻 23 一、機構簡介與設計數據 1.1.機構簡介 圖示為壓床機構簡圖，其中六桿機構為主體機構。圖中電動機經聯軸器帶動三對齒輪將轉速降低，然后帶動曲柄1轉動，再經六桿機構使滑塊5克服工作阻力而運動。為了減少主軸的速度波動，在曲柄軸A 上裝有大齒輪并起飛輪的作用。在曲柄軸的另一端裝有油泵凸輪，驅動油泵向連桿機構的供油。 （a）壓床機構及傳動系統 1.2機構的動態(tài)靜力分析 已知：各構件的重量G及其對質心軸的轉動慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉動慣量（略去不計)，阻力線圖(圖9—7)以及連桿機構設計和運動分析中所得的結果。 要求：確定機構一個位置的各運動副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分亦畫在運動分析的圖樣上。 1.3凸輪機構構設計 已知：從動件沖程H，許用壓力角[α?]．推程角δ。，遠休止角δ?，回程角δ'，從動件的運動規(guī)律見表9-5，凸輪與曲柄共軸。 要求：按[α]確定凸輪機構的基本尺寸．求出理論廓 線外凸曲線的最小曲率半徑ρ。選取滾子半徑r，繪制凸輪實際廓線。以上內容作在2號圖紙上 1.4.設計數據 設計內容 連桿機構的設計及運動分析 符號 單位 mm 度 mm r/min 數據 I 50 140 220 60 120 150 1/2 1/4 100 1/2 1/2 II 60 170 260 60 120 180 1/2 1/4 90 1/2 1/2 III 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 連桿機構的動態(tài)靜力分析及飛輪轉動慣量的確定 [δ] G2 G3 G5 N 1/30 660 440 300 4000 0.28 0.085 1/30 1060 720 550 7000 0.64 0.2 1/30 1600 1040 840 11000 1.35 0.39 凸輪機構設計 h ［a］ δ0 δ01 δ0ˊ 從動桿運動規(guī)律 mm 度 17 30 55 25 85 余弦 18 30 60 30 80 等加速 19 30 65 35 75 正弦 齒輪機構的設計 Z5 Z6 α m 11 38 20 5 10 35 20 6 11 20 20 6 二、壓床機構的設計 2.1確定傳動機構各桿的長度 已知：X1=60, X2=170, y=260, ,， 如右圖所示，為處于兩個極限位置時的狀態(tài)。 根據已知條件可得： 因為三角形DFF′是等邊三角形 所以DE=H=180mm、CD=120mm、 而DE：EF=4：1 所以EF=45 又有勾股定理可得 AB=57.5 、BC=262.5 由上分析計算可得各桿長度分別為： 57.5mm 262.5mm 131.25mm 120mm 180mm 90mm 45mm 三.傳動機構運動分析 3.1.速度分析 3.1.1 已知：逆時針；=n*2∏/60=9.42 VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s 　　　　　　 大小 0.542 方向 　 大小 √ 方向 鉛垂　 ∥CD 選取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多邊形如圖所示； 由圖分析得： ＝0.01×62.27=0.6227m/s VcB=μV*bc＝0.01×35.51=0.3551m/s ve＝μV*pe=0.01×93.13=0.9313m/s ＝0.01×91.44=0.9144m/s ＝0.01×55.86mm ＝0.5586m/s Vs3=vc*3/4=0.467m/s ∴＝＝0.3551/0.2625=1.35rad/s (順時針) ω＝＝0.6227/0.12=5.19rad/s (逆時針) ω＝＝0.0691/0.045=1.55rad/s (順時針) 項目 數值 0.542 0.6227 0.9313 0.9144 0.5586 0.467 9.42 1.35 5.19 1.55 單位 3.1.2 已知：逆時針；=n*2∏/60=9.42 VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s 　　　　　　 大小 0.542 方向 　 大小 √ 方向 鉛垂　 ∥CD 選取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多邊形如圖所示； 由圖分析得： ＝0.01×54.75=0.5475m/s VcB=μV*bc＝0.01×15.61=0.1561m/s ve＝μV*pe=0.01×82.13=0.8213m/s ＝0.01×76.61=0.7661m/s ＝0.01×51.55mm ＝0.5155m/s Vs3=vc*3/4=0.4106m/s Vfe=μV*fe=0.01×40.89=0.4089 m/s ∴＝＝0.1561/0.2625=0.5947rad/s (順時針) ω＝＝0.5475/0.12=4.5625rad/s (逆時針) ω＝＝0.4089/0.045=9.086rad/s (順時針) 項目 數值 0.542 0.5475 0.8213 0.7661 0.5155 0.4106 9.42 0.5947 4.5625 9.086 單位 3.2.加速度分析 3.2.1 9.422×0.0575 =5.108m/s2 =1.352×0.2625=0.48m/s2 =5.192×0.12=3.23m/s2 =1.552×0.045=0.108m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖 =0.025×131.73=3.29m/s2 =0.025×197.59=4.940m/s2 =0.025×329.44=8.236 m/s2 =0.025×25.69=0.6425m/s2 aF = aE + anFE + atFE 大?。? √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE aF=μa*pf=0.025×12.02=0.3 m/s2 as2=μa*ps2=0.025×48.21=1.205m/s2 as3=μa*ps3=0.025×98.8= 2.47m/s2 aE=μa*pe=0.025×197.59= 4.93m/s2 =8.236/0.2625= 31.38 rad/s（逆時針） =0.6425/0.12=5.35 rad/s （順時針） 項目 數值 5.108 3.29 4.94 0.3 1.205 2.47 31.38 5.35 單位 m/s rad/s 3.2.2 9.422×0.0575 =5.108m/s2 =1.352×0.2625=0.48m/s2 =5.192×0.12=3.23m/s2 =1.552×0.045=0.108m/s2 = anCD+ atCD= aB + atCB + anCB 大?。?？ √ ？ √ ？ √ 方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B 選取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多邊形圖 =0.025×124.89=3.12m/s2 =0.025×187.33=4.683m/s2 =0.025×96.37=2.409 m/s2 =0.025×74.81=1.870m/s2 aF = aE + anFE + atFE 大?。? √ ？ √ ? 方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE aF=μa*pf=0.025×85.07=2.12m/s2 as2=μa*ps2=0.025×162.32=4.058m/s2 as3=μa*ps3=0.025×93.67= 2.34 m/s2 =2.409/0.2625= 9.17 rad/s（逆時針） =1.87/0.12=15.58 rad/s （順時針） 項目 數值 5.108 3.12 4.683 2.12 4.058 2.34 9.17 15.58 單位 m/s rad/s 3.3. 機構動態(tài)靜力分析 3.3.1 G2 G3 G5 Frmax Js2 Js3 方案II 1060 720 550 7000 0.64 0.2 單位 N Kg.m2 1．各構件的慣性力，慣性力矩： =1060×1.205/10=127.76N（與方向相反） =720×2.47/10=177.84N（與方向相反） =550×0.3/10=16.5N（與方向相反） =7000/10=700N =0.64×31.38=20.08N.m （順時針） =0.2×5.35=1.07N.m （逆時針） =20.08/127.76=157.16mm =1.07/177.84=90.37mm 2．計算各運動副的反作用力 (1)分析構件5 對構件5進行力的分析，選取比例尺作其受力圖 構件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0 (2)分析構件2、3 單獨對構件2分析： 桿2對B點求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0 代入數據解得：Ft32=249N 單獨對構件3分析： 桿3對C點求矩得：Ft63*LDC+F43*LF43C-FI3*LF43C-G3*LG3C=0 解得: Ft63=-67.90N 對桿組2、3進行分析： F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0 Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0 選取比例尺μF=10N/mm，作其受力圖 Fn63=μF* LFn63=10×98.84=988.4N Ft12=μF* LFt12=10×9.08=90.8N Fn12=μF* LFN12=10×256.62=2566.2N F34=μF* LF34=10×56.32=563.2N F45= F34=563.2N F56=μF* LF56=5×24.19=120.95N (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb： Mb=F21*LAB=2567.8×0.0575=147.69 F61=-F21=2567.8N 項目 Fg2 Fg3 Fg5 MI2 MI3 Mb Fn63 Ft63 數值 127.76 177.84 16.5 20.08 1.07 147.69 988.4 67.90 單位 N N.m N 項目 Fn12 Ft12 F34 F45 F56 F61 數值 2566.2 90.8 563.2 563.2 120.95 2567.8 單位 N 3.3.2 1．各構件的慣性力，慣性力矩： =1060×4.058/10=430.15N（與方向相反） =720×2.34/10=168.48N（與方向相反） =550×2.12/10=116.6N（與方向相反） =7000/10=700N =0.64×9.18=5.875N.m （順時針） =0.2×15.58=3.12N.m （逆時針） =5.875/430.15=13.66mm =3.12/168.48=18.5mm 2．計算各運動副的反作用力 (1)分析構件5 對構件5進行力的分析，選取比例尺作其受力圖 構件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0 (2)分析構件2、3 單獨對構件2分析： 桿2對B點求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0 代入數據解得：Ft32=-167.1N 單獨對構件3分析： 桿3對C點求矩得：Ft63*LDC-F43*LF43C+FI3*LF43C-G3*LG3C=0 解得: Ft63=323.35N 對桿組2、3進行分析： F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0 Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0 選取比例尺作其受力圖 Fn63=μF 3* LFn63=5×38.2=191N Ft12=μF2* LFt12=10×21.19=211.9N Fn12=μF2* LFN12=10×245.8=2458N F34=μF3* LF34=5×6.66=33.3N F45= F34=33.3N F56=μF3* LF56=5×0.83=4.15N (3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb： Mb=F21*LAB=2467.1×0.0575=141.86 F61=-F21=2467.1N 項目 Fg2 Fg3 Fg5 MI2 MI3 Mb 數值 430.15 168.48 116.6 5.88 3.12 141.86 單位 N N.m 項目 Ft63 Fn12 Ft12 F34 F45 F56 數值 323.35 2458 211.9 33.3 33.3 4.15 單位 N 項目 F61 Fn63 Ft63 數值 2467.1 191 323.35 單位 N 四、凸輪機構設計 符號 h [α] δ0 δ01 δ0＇ 單位 mm （0） 方案II 18 30 60 30 80 取r0=50mm,取rT=8mm 在推程過程中： 凸輪廓線如下: 五、齒輪設計 5.1.全部原始數據 齒輪機構的設計 Z5 Z6 α m 10 35 20 6 5.2.設計及計算過程 齒頂高、齒根高： ha=ha*m=1×6=6 hf=(ha*+c*)m=1.25×6=7.5 分度圓直徑： d5=mz5=6×10=60mm d6=mz6=6×35=210mm 齒頂圓半徑: ra5=r5+ ha =30+6=36 ra6=r6+ ha =105+6=111 齒根圓半徑： rf5=r5- hf =30-7.5=22.5 rf6=r6- hf =105-7.5=97.5 基圓半徑：rb5=cos200*d5/2=28.19mm rb6=cos200*d6/2=98.67mm 分度圓齒厚： S=∏*m/2=3∏ 分度圓齒距：p= ∏*m=6∏ 標準中心距:a= r5+ r6=135mm 參考文獻 [1].孫恒,陳作模,葛文杰.《機械原理【M】》.8版.北京：高等教育出版社,2013. [2].崔洪斌，范春起.《AutoCAD實踐教程》.北京:高等教育出版社,2006. 21