压床机构设计-压床机构受力分析报告.doc
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课程设计说明书
题目:
机械原理课程设计
二级学院
年级专业
学号
学生
指导教师
教师职称
目录
一.设计要求------------------------------------------------------1
1.压床机构简介---------------------------------------------------1
2.设计容-------------------------------------------------------1
(1)机构的设计及运动分折------------------------------------------2
(2)机构的动态静力分析--------------------------------------------3
(4)凸轮机构设计--------------------------------------------------3
二.压床机构的设计:
----------------------------------------------4
1.连杆机构的设计及运动分析---------------------------------------4
(1)作机构运动简图------------------------------------------------4
(2)长度计算------------------------------------------------------4
(3)机构位运动速度分析---------------------------------------------5
(4)机构运动加速度分析--------------------------------------------6
(5)机构动态静力分析----------------------------------------------8
三.凸轮机构设计-------------------------------------------------11
四.飞轮机构设计-------------------------------------------------12
五.齿轮机构设计-------------------------------------------------12
六.心得体会-----------------------------------------------------14
七.参考---------------------------------------------------------15
一、压床机构设计要求
1.压床机构简介
图9—6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的三对齿轮z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速降低,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。
为了减小主轴的速度波动,在曲轴A上装有飞轮,在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各运动副用的油泵凸轮。
2.设计容:
(1)机构的设计及运动分折
已知:
中心距x1、x2、y,构件3的上、下极限角,滑块的冲程H,比值
CE/CD、EF/DE,各构件质心S的位置,曲柄转速n1。
要求:
设计连杆机构,作机构运动简图、机构1~2个位置的速度多边形和加速度多边形、滑块的运动线图。
以上容与后面的动态静力分析一起画在l号图纸上。
(2)机构的动态静力分析
已知:
各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量(曲柄1和连杆4的重力和转动惯量(略去不计),阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。
要求:
确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。
作图部分亦画在运动分析的图样上。
(3)凸轮机构构设计
已知:
从动件冲程H,许用压力角[α ].推程角,远休止角,回程角,从动件的运动规律见表9-5,凸轮与曲柄共轴。
要求:
按[α]确定凸轮机构的基本尺寸.求出理论廓
线外凸曲线的最小曲率半径ρ。
选取滚子半径r,绘制凸轮实际廓线。
以上容作在2号图纸上
二、压床机构的设计
设计容
连杆机构设计及运动分析
齿轮机构设计
符号
单位
°
°
方案3
70
200
310
60
120
210
1/2
1/4
90
1/2
1/2
11
32
20
6
设计容
连杆机构的动态静力分析及飞轮机构设计
凸轮机构设计
符号
从动件加速度规律
单位
°
方案3
1600
1040
840
1.35
0.39
11000
1/30
19
30
65
35
75
正弦
1、连杆机构的设计及运动分
(1)长度计算:
已知:
由条件可得:
△等边三角形
△△
△△
△
在三角形△ADC和△
∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mmBC=(AC+AC’)/2=314.425mm
∵BS2/BC=1/2,DS3/DE=1/2
∴BS2=BC/2=314.46/2=157.2125mmDS3=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
(3)位置8机构运动速度分析:
已知:
n1=90r/min;
=rad/s==9.425逆时针
=·=9.425×0.069015=0.650m/s
=+
大小?
0.65?
方向⊥CD⊥AB⊥BC
选取比例尺=0.01(m/s)/mm,作速度多边形
=·=0.01x60=0.600m/s
=·=0.01x18=0.180m/s
=·=0.01x90=0.900m/s
=·=0.01x88=0.880m/s
=·=0.01x20=0.200m/s
=·=0.01x62=0.620m/s
=·=0.01x44=0.440m/s
∴==0.18/0.314425=0.572rad/s(逆时针)
ω==0.60/0.140=4.290rad/s(顺时针)
ω==0.20/0.0525=3.809rad/s(顺时针)
项目
数值
0.650
0.600
0.900
0.880
0.620
0.44
9.425
0.572
4.290
3.809
单位
m/s
Rad/s
位置8机构运动加速度分析:
==9.4252×0.069015=6.130m/s2
==0.5722×0.314425=0.103m/s2
==4.2902×0.14=2.577m/s2
==3.8092×0.0525=0.762m/s2
=+=++
大小:
?
√?
√?
√
方向:
?
C→D⊥CDB→A⊥BCC→B
选取比例尺=0.01(mm/s2)/mm,作加速度多边形图
=·=0.01x330=3.300m/s2
==0.01x500=5.000m/s2
=·=0.01x310=3.100m/s2
==0.01x190=1.900m/s2
=++
大小:
?
√√?
方向:
√√ F→E⊥EF
==0.01x320=3.200m/s2
as2==0.01x420=4.200m/s2
as3==0.01x250=2.500m/s2
=/=3.100/0.314425=9.859m/s2
=/=1.900/0.14=13.571m/s2
项目
数值
6.130
3.300
5.000
3.200
4.200
2.500
9.859
13.571
单位
m/s
rad/s
(4)位置5运动速度分析
已知:
n1=90r/min;
=rad/s==9.425逆时针
=·=9.425×0.069015=0.650m/s
=+
大小?
0.65?
方向⊥CD⊥AB⊥BC
选取比例尺=0.01(m/s)/mm,作速度多边形
=·=0.01x60=0.600m/s
=·=0.01x18=0.180m/s
=·=0.01x90=0.900m/s
=·=0.01x88=0.880m/s
=·=0.01x20=0.200m/s
=·=0.01x62=0.620m/s
=·=0.01x44=0.440m/s
∴==0.18/0.314425=0.572rad/s(逆时针)
ω==0.60/0.140=4.290rad/s(顺时针)
ω==0.20/0.0525=3.809rad/s(顺时针)
项目
数值
0.650
0.600
0.900
0.880
0.620
0.44
9.425
0.572
4.290
3.809
单位
m/s
Rad/s
位置5机构运动加速度分析:
==9.4252×0.069015=6.130m/s2
==0.5722×0.314425=0.103m/s2
==4.2902×0.14=2.577m/s2
==3.8092×0.0525=0.762m/s2
=+=++
大小:
?
√?
√?
√
方向:
?
C→D⊥CDB→A⊥BCC→B
选取比例尺=0.01(m/s2)/mm,作加速度多边形图
=·=0.01×330=3.300m/s2
==0.01×500=5.000m/s2
=·=0.01×310=3.100m/s2
==0.01×190=1.900m/s2
=++
大小:
?
√√?
方向:
√√ F→E⊥EF
==0.01×320=3.200m/s2
==0.01×320=4.200m/s2
==0.01×250=2.500m/s2
=/=3.100/0.314=9.859m/s2
=/=1.900/0.14=13.571m/s2
项目
数值
6.130
3.300
5.000
3.200
4.200
2.500
9.859
13.571
单位
m/s
rad/s
(5)机构动态静力分析
G2
G3
G5
方案Ⅲ
1600
1040
840
11000
1.35
0.39
单位
N
Kg.m2
1).各构件的惯性力,惯性力矩:
FI2==1600×4.200/9.8=685.7N(与方向相反)
=/g=1040×2.500/9.8=265.3N(与方向相反)
=/g=840×3.200/9.8=274.3N(与方向相反)
Fr=11000*0.1=1100N.m(返回行程)
==1.35×9.859=13.3N.m(顺时针)
==0.39×13.571=5.3N.m(逆时针)
=/=13.310/685.714×1000=19.4mm
==5.293/265.3×1000=19.951mm
2).计算各运动副的反作用力
(1)分析构件5
对构件5进行力的分析,选取比例尺
=20N/mm,作其受力图
构件5力平衡:
=0
则=1140.0N;=160.0N
(方向相反)
(2)对构件2受力分析
对构件2进行力的分析,选取比例尺
=20N/mm,作其受力图
杆2对B点求力矩,可得:
864.222×120.2776+1600×1.6873-×314.425=0
Ft32=339.1786N
杆2对点求力矩,可得:
×157.2125-864.222×11.0243-339.1786×157.2125=0
=399.781N
(3)对构件3受力分析
对构件2进行力的分析,选取比例尺
=0.05mm/N,作其受力图
杆3对点C求
×140-572.604×17.153-365.242×34.3066+*COS15º*17=0
=77.6N
构件3力平衡:
++++++=0
则=2401.0N;=172.1N
构件2力平衡:
则=1752.458N;=1798.258N
(4)求作用在曲柄AB上的平衡力矩
==1798.258N.
Mb=*L=1798.258×67.3219×0.001=121.062N.m(逆时针)
项目
数值
685.714
265.306
274.286
13.310
5.293
40.68
172.1
77.6
单位
N
N.m
N
项目
Fn12
Ft12
Fn23
Ft23
F34
F45
F65
F61
数值
3575.0
38.68
2401.0
298.9
1140.0
1140.0
160.0
3575.0
单位
N
三、凸轮机构设计
符号
h
[α]
δ
δ'
单位
mm
(0)
方案3
19
30
65
35
75
有基圆半径R0=40mme=8mm滚子半径R=8mm
在推程过程中:
由a=2πhω2sin(2πδ/)/得
当δ0=650时,且00<δ<32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段,
当δ0=650时,且δ>=32.50,则有a<=0,即该过程为减速推程段
所以运动方程S=h[(δ/)-sin(2πδ/)/(2π)]
在回程阶段,由a=-2πhω2sin(2πδ/)/得
当δ0’=750时,且00<δ<37.50,则有a<=0,即该过程为减速回程段,
当δ0’=750时,且δ>=37.50,则有a>=0,即该过程为加速回程段
所以运动方程S=h[1-(δ/)+sin(2πδ/)/(2π)]
当δ0=650时,且00<δ<32.50,则有a>=0,即该过程为加速推程段,
当δ0=650时,且δ>=32.50,则有a<=0,即该过程为减速推程段
所以运动方程S=h[(δ/)-sin(2πδ/)/(2π)]
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
单位
(mm)
δ
400
450
500
55
600
650
S
13.70
15.98
17.62
18.57
18.94
19.00
单位
(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
单位
(mm)
四、飞轮设计
Mb
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
N.m
-28.6
-51.3
-63.5
-37.6
-71.6
-50.0
-9.4
-1.1
45.4
0.52
51.5
-160.4
将各点的平衡力矩(即等效阻力矩)画在坐标纸上,如下图所示,平衡力矩所做的功可通过数据曲线与横坐标之间所夹面积之和求得。
依据在一个工作周期,曲柄驱动力矩(设为常数)所做的功等于阻力矩所做的功,即可求得驱动力矩Md(常数)。
在图纸中,横坐标为曲柄转角,一个周期为2π,将一个周期分为36等份;纵坐标轴为力矩。
②根据盈亏功的原理,求得各盈亏功,并根据图纸上的能量指示图,以曲柄的平均力矩为分界线,求出各区段盈亏功如下:
ΔΔΔΔΔΔ
ΔΔΔΔΔΔ
由此得到Δ=Δ=4429.004
Δ
=1495.84kg.
五、齿轮机构设计
已知:
齿轮,齿轮为正常齿制,工作情况为开式传动,齿轮与曲柄共轴。
由于其中一齿轮齿数小于17,要避免产生根切现象必存在变位系数,必要增大其中心距,
取a’=130mm,求得’=21,142°
经计算后取变位系数:
x5=0.393mm>Xmin5=0.3529mm
x6=-0.222mm>Xmin6=-0.8824mm
分度圆直径:
d=m*Z=66.0mm
d=m*Z=192.0mm
基圆直径:
d=d*cos=62.024mm
d=d*cos=db6=180.433mm
齿厚:
S=()*m=10.961mm
S=()*m=8.628mm
齿顶高:
h=(h+x)*m=8.329mm
h=(h+x)*m=4.642mm
齿底高:
h=(h+c-x)*m=4.62mm
h=(h+c-x)*m=8.829mm
齿顶圆直径和齿底圆直径:
d=d+2h=83.618mm
d=d-2h=56.675mm
d=d+2h=200.325mm
d=d-2h=173.382mm
重合度:
=1.390
六、心得体会
通过课程设计学到很多很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正学会,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,但可喜的是最终都得到了解决。
在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
七、参考书籍
1.恒,作模,文杰,《机械原理》(第七版).高等教育,2006-5-1.
2.鸿文《材料力学》(第五版).高等教育,2011-1-1.
3.王湘江,何哲明《机械原理课程设计指导书》.中南大学,2011-12-1.
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