哈工大机械原理课程设计.docx
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哈工大机械原理课程设计
HarbinInstituteofTechnoogy
机械原理课程设计
课程名称:
机械原理课程设计
设计题目:
冲压机机构运动设计
院
系:
机电学院
班
级:
设
计者:
学
号:
指导教师:
设计时间:
哈尔滨工业大学
、工艺动作分析
由设计题目可见,在位置A冲压工件的是执行构件1,带动钢带进给的工作台是执行构件2,这两个执行构件的运动协调关系如下图所示。
T1
执行构件
运动情况
执行构件1
下降上升
停止
执行构件2
停止
进给
T
分度冲压机运动循环图
Ti是是执行构件1的工作周期,T2是执行构件2的工作周期,执行构件1是间歇往复移动,执行构件2是间歇转动。
执行构件2的周期是执行构件1的四分之一,执行构件2大多数时间是在停歇状态。
二、运动功能分析
驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图1所示。
运动功能单元把一
个连续的单向传动转换为间歇的往复运动,主动件每转动一周,从动件(执行构件1)间歇
往复运动一次,主动件转速分别为15、25、40转/分。
—>
图1执行机构1的运动功能
由于电动机的转速为1430转/分,为了在执行机构1的主动件上分别的到15、
25、40rpm的转速,则由电动机到执行机构1之间的总传动比iz有3种,分别为
n
1430
iz1
95.33
15
n
1430
z2
57.20
25
n
1430
z3
35.75
40
总传动比由定传动比ic和变传动比iv两部分构成,即:
iz1iciv1iz2iciv2
Iz3iciv3
3种总传动比中Izi最大,Iz3最小。
由于定传动比Ic是常数,因此,3种变传动比
中Ivi最大,扁最小。
采用滑移齿轮变速,其最大传动比最好不大于4,设定传动
比Iv1=4o
定传动比:
IzI
95.33
23.8325
Ic
Iv1
4
Iv1
Iz1
95.33
4
Ic
23.8325
Iv2
Iz2
57.2
2.4
Ic
23.8325
Iz3
Ic
35.75
1.5
Iv3
23.8325
于是,传动系统的有级变速功能单元如图2所示
图2有级变速运动功能单元
为了保证系统过载时不至于损坏,在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。
过载保护运动功能单元可采用带传动实现,这样,该运动功能单元不仅具有过载保护功能还具有减速功能,如图3所示。
I2.5
图3过载保护运动功能单元
整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比,因此,在传动系统中还要另加减速运动功能单元,其减速比为
.ic
i
2.5
23.8325
9.53
2.5
为了使用统一原动机驱动执行构件2,应该在图5所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元,其运动分支驱动执行构件2,该运动分支功能单元如图6所示。
图6运动分支功能单元
由于执行构件2是间歇运动,且由图1可以看出执行构件2的间歇时间是工作周期T
丄
4
的3/4,即其运动时间是其工作周期T的1/4。
因此,间歇运动功能单的运动系数为
间歇运动功能单元如图7所示
图7间歇运动功能单元
由于执行构件2钢带的每次送料长度为300mm故,恒转速转动钢带无法使进给定长度保持在300mm故设计成:
橡胶轮压动钢带使钢带进给的方法,考虑到橡胶轮的半径,将
所示:
增速运动功能单元输出的运动驱动执行机构2实现执行构件2的运动功能。
由于执行
构件2做间歇转动运动,因此,执行构件2的运动功能是把连续转动转换为歇转动运动。
根据上述分析,可以画出整个系统的运动功能系统图,如图9所示。
图9冲压机的运动功能系统图
三、系统运动方案拟定
根据图9所示的运动功能系统图,选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元,便可拟定出机械系统运动方案。
图9中的运动功能单元1是原动机。
根据分度冲压机的工作要求,可以选择
电动机作为原动机,如图10所示。
n1430rpm
图10电动机替代运动功能单元1
图9中的运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能,可以选择带传
动代替,如图11所示
图11皮带传动替代运动功能单元2
图9中的运动功能单元3是有级变速功能,可以选择滑移齿轮变速传动代替,
如图12所示。
#/止才##
Xz4,
2.4,1
5
77z
1>一
r-n
f7
——
3
图12滑移齿轮变速替代运动功能单元3
图9中的运动功能单元4是减速功能,考虑到i=9.53比较大,故可以选择行星轮或二级齿轮传动代替,如图13所示。
图13行星轮传动代替运动功能单元4
图9中的运动功能单元5,6,是运动分支功能单元和执行构件1的间歇直线运动,可以用凸轮替代,如图14所示。
图9中的运动功能单元7是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元,可以用槽轮机构替代。
该运动功能单元的运动系数为0.25,该槽轮机构如图15所示。
图9中的运动功能单元8是增速运动功能单元,可以用圆柱齿轮传动替代,
完成执行构件2(橡胶轮)的间歇转动,如图16所示
根据以上分析,按照图9各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了分度冲压机的运动方案简图(见A3图纸)。
变速机构简图如图17
2
»L*|
3
11
*
8
10
12
13
4
nt
9
14
图17变速机构简图
四、系统运动方案设计
1执行构件1的设计
执行机构1驱动执行构件1运动,执行构件1由凸轮带动冲头做上下往复间歇直线运动。
由题目可知,冲头行程200mm为使冲头冲压工件时具有较大的冲量,应采用高速运动,选择正弦加速度运动规律,同时冲头上升时为了避免较大的冲量,故速度应较低,选择等速运动规律
由于升程速度要比回程速度快,且无远休止角,暂设升程运动角为120o回
程运动角为150°,则近休止角为90°。
升程时许用压力角较小,取30°,回程许用压力角取60°。
故执行构件1的凸轮机构的原始参数如下:
升程200mm
升程运动角120°
升程运动规律:
正弦加速度
升程许用压力角30°
回程运动角150°
回程运动规律:
等速
回程许用压力角60°
近休止角90°
ds
凸轮竺
d
S曲线如图18:
ds/dF
LI
ds/dF
凸轮偏心距】
基圆半径:
7O.l2nm
140.2mm
ds
图18凸轮竺
s曲线
凸轮偏心距e=70.12mn,基圆半径ro=14O.2mm
升程采用正弦加速度规律:
(02)
3
2100
sh[—1/2sin(](3sin3)
00
vL[1cos(—)]30°-l(1cos3)
00
900
=sin3
回程采用等速运动规律:
(2-)
32
200(1
h
400
V—1
0
a0
3
近休止:
(一
2)
0
2
S=0
V=0
a-0
故由此可确定凸轮轮廓方程:
S0\
r。
2e2
.140.22
70.122
121.4mm
x(Sd
s)cos
esin
凸轮轮廓方程:
y(so
s)sin
ecos
x(so
s)cos
esin
[121.4
100(3
sin3
)]cos
70.12sin
y(so
s)sin
ecos
[121.4
100
(3
sin3
)]sin
70.12cos
(0
X(So
s)cos
esin
2
[121.4
200(1
3
5
)jcos
6
y(so
s)sin
ecos
2
[121.4
200(1
3
5
)]SIn
6
70.12cos
70.12sin
/2
3、
(-
-)
3
2
用matlab绘制凸轮的轮廓如图19
-100
10D
图19凸轮的轮廓
2、槽轮机构设计
1)确定槽轮槽数
在拨盘圆销数k=1时,槽轮槽数z=4,该槽轮的各尺寸关系如图20所示
图20槽轮机构几何尺寸关系
2)槽轮槽间角
由图20可知槽轮的槽间角为
3)槽轮每次转位时拨盘的转角
2180o290°
4)中心距
槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定,在结构尚不明确的情况下暂定为
a140mm
5)拨盘圆销回转半径
r
sin
sin45
0.7071
a
ra
0.7071
140
98.994mm
6)
槽轮相对半径
R
r~
2
cos
-1
20.7071
a
Ra
0.7071
140
98.994mm
7)
锁止弧张角
360
2a
360
90270
8)
圆销半径
66
圆整
RA18mm
9)
槽轮槽深
h(
1)arA(0.70710.70711)1401875.988mm
10)
锁止弧半径
rsrrA98.9941880.994mm
r98.994
16.449mm
取
rS80mm
4、滑移齿轮传动设计
1)确定齿轮齿数
结构简图图12中齿轮5、6、7、&9、10组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元,其齿数分别为Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10。
由前面的分析可知
iv1
Z10
Z9
4
v2
Zb
Z7
2.4
iv3
Z6
Z5
1.5
按最小不跟切齿数取
Z917
Z10iv1Z941768
为改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数,故取
Z1069
其齿数和为
Z9Z10176986
可取
Z917
Z1069
另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同
Z7Z886
2)计算齿轮几何尺寸
5、6的齿数和相等,即
齿轮7、8的齿数,齿轮9、10的齿数和齿轮
Z5Z6Z7Z885
若取齿轮模数为m=2mm则这两对齿轮的标准中心距相同
am(Z5Zs)
2
故9,10的齿数和要比
m(Z7zP85
2
7,8和5,6的齿数和大
Z9乙。
8685
故齿轮9,10要采用负变位才能使9,10的中心距与5,6或7,8标准中心距相同,
这三对齿轮互为标准传动,齿轮5,6和齿轮7,8几何尺寸可按标准齿轮计算,齿轮9,10采
用负变位齿轮计算:
变位系数X1,X2:
5、齿轮传动设计1)圆柱齿轮传动设计
运动功能单元4,二级减速轮:
所实现的传动比为9.53。
舍创9厉3.087
知Z]3
齿轮11,12大于最小不根切齿数:
取Z"
Z13
23
故Z,2
乙4
3.087*
Z1171
为了使
11,
12,13,14
的传动比更接近9.53,取
Z11
Z|3
23
Z12
Z14
71
齿轮11,12,13,14均为标准齿轮,取模数m=2mm
运动功能单元9,增速齿轮:
i=4
玉4
Z18
取Z18=17,Z17=17*4=68
z17
取
Z18
68
17
取模数为
2mm全部按标准齿轮传动设计。
五、机械系统运动分析
带动钢带伸出的橡胶轮半径R30047.77mm,为逆时针转动,通过机构运动简图
2
的分析,发动机为顺时针转动,通过齿轮组的变速,凸轮和槽轮拨盘为逆时针转动,槽轮又
A3图所示位置。
通过一个增速齿轮组,实现橡胶轮的逆时针转动,周期与冲头相同。
冲头初始位置为凸轮升程起始位置,槽轮初始位置为如
1)执行构件1运动分析
冲头升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图:
升程采用正弦加速度规律:
(0-)
3
2100
sh[—1/2sin(](3sin3)
00
v丄」[1cos(—)]30J(1cos3)
00
回程采用等速运动规律:
(2
3)
3
2
2
s[1—□―]
0
200(1
3)
5)
6
h400
v—11
0
a0
3
近休止:
(2)
2
S=0
V=0
a-0
冲头位移线图,如图21。
图21冲头位移线图
冲头速度线图,如图22。
图22冲头速度线图
图23冲头加速度线图
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