壓床機構(gòu)設計

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壓床機構(gòu) 設計計算說明書 姓 名 學 號 班 級 指導老師 年 月 I 目 錄 第 1 章 問題的提出 1 第 2 章 設計要求與設計數(shù)據(jù) 1 第 3 章 機構(gòu)選型設計 2 3 1 選擇不同的方案 2 3 2 兩種設計方案的優(yōu)缺點比較 3 第 4 章 壓床機構(gòu)的設計 4 第 5 章 凸輪機構(gòu)設計 9 第 6 章 齒輪機構(gòu)設計 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 壓床機械是由六桿機構(gòu)中的沖頭 滑塊 向下運動來沖壓機械零件的一種機構(gòu) 它是應用廣泛的鍛壓設備 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 為了能使壓床機構(gòu)在工作過程 中能發(fā)揮出它最大的價值 就要在設計該機構(gòu)的時候注意以下一些要求 1 設計出一個連桿機構(gòu) 保證其自由度 F 1 以實現(xiàn)滑塊的上下移動 2 如何保證滑塊在進行移動的時候能保持連貫性 3 針對工作環(huán)境的不同和裝卸貨物的不同 因設計出滑塊的最大提升高度 以 及其它連桿的極限位置 4 在設計機構(gòu)的時候 要考慮其維修的難易程度 不能比市面上的壓床復雜 在設計其局部零件的時候 要采用通用的零件結(jié)構(gòu) 以免在以后發(fā)生故障時能方便維 修 5 機構(gòu)的材料在保證牢固的前提下要考慮其經(jīng)濟成本 不能只考慮材料的堅固 程度 要讓機構(gòu)有推廣的空間和市場 第 2 章 設計要求與設計數(shù)據(jù) 2 1 設計要求 1 依據(jù)設計要求和已知參數(shù) 確定各構(gòu)件的運動尺寸 繪制機構(gòu)運動簡圖 并 分析組成機構(gòu)的基本桿組 2 假設曲柄等速轉(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 設計傳動系統(tǒng)中各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸 2 2 設計數(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)作為本次設計的基本數(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 機構(gòu)選型設計 3 1 選擇不同的方案 方案一 曲柄滑塊機構(gòu) 簡單的連桿機構(gòu) 用曲柄帶動滑塊實現(xiàn)壓床上下的來回運動 設計的機構(gòu)簡圖如 3 1 圖 3 1 曲柄滑塊機構(gòu) 方案二 曲柄六桿機構(gòu) 3 所設計的機構(gòu)簡圖如 3 2 圖所示 多了另一個支點 能使滑塊移動更平穩(wěn) 圖 3 2 曲柄六桿機構(gòu) 3 2 兩種設計方案的優(yōu)缺點比較 對方案一 該方案機構(gòu)簡單 不需要很多的鉸接點 生產(chǎn)成本低 但是該機構(gòu)的 穩(wěn)定性能不佳 在使用過程中需要一個滑槽提供移動副 會使沖頭在運動過程中產(chǎn)生 滑動摩擦 從而降低了該機構(gòu)的效率 所以 在實際工程中 這種機構(gòu)的實用性能有 待商榷 對方案二 該機構(gòu)在原先的四桿機構(gòu)的基礎上多了一個固定鉸鏈點的桿件 并通 過桿件將沖頭的移動副設置成不需要依靠機架提供 這樣就使得機構(gòu)的效率大大提高 了 而且六桿機構(gòu)也使得機構(gòu)更穩(wěn)定 在實際工程中也有了更加廣闊的應用空間 所 以 綜合以上的兩種機構(gòu)的優(yōu)缺點 方案二為最佳可行方案 按照所選取的數(shù)據(jù) 可 以設計出滿足要求的機構(gòu) 結(jié)論 選擇方案二 曲柄六桿機構(gòu) 第 4 章 壓床機構(gòu)的設計 對該機構(gòu)進行尺寸計算 在用已知條件求出一些桿件的尺寸后 再對剩余桿件采 4 用平面連桿機構(gòu)運動設計的位移矩陣法進行求解 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 作機構(gòu)運動簡圖 圖 4 1 機構(gòu)簡圖 2 長度計算 已知 X 1 70mm X 2 200mm Y 310mm 60 120 H 210mm 13 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 FE 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 機構(gòu)運動速度分析 已知 190 minr 逆時針2 425 6nrads A1 6901 Bl mv CvCbv 大小 0 65 方向 CD AB BC 選取比例尺 v 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 逆時針 2 BCl 0 60 0 140 4 290rad s 順時針 3Dlv 0 20 0 0525 3 809rad s 順時針 4EFl 項 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 機構(gòu)運動加速度分析 22 219 450 6915 3 BABaLms 740nCC 2223 7 DD 486nFEEF snt tncCDBCBBaaa 大小 方向 C D CD B A BC C B 選取比例尺 a 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 大小 方向 F E EF 2 0 32 1 0 Faupf ms 224ss3 23 5 a 2 985tCBLrads 231 90 3 1 D 項目 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 凸輪機構(gòu)設計 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 600時 且 00 300 則有 a 0 即該過程為減速推程段 所以運動方程 00 sin 2 Sh 在回程階段 由 得 20i 當 800時 且 00 40 0 則有 a 0 即該過程為加速回程段 所以運動方程 001 sin 2 Sh 當 600時 且 00 30 0 則有 a 0 即該過程為減速推程段 所以運動方程 00 sin 2 Sh 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 s 單位 mm 0 方案 3 18 30 60 30 80 9 單位 mm 400 450 500 55 600 650 S 13 70 15 98 17 62 18 57 18 94 19 00 單位 mm 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 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 齒輪機構(gòu)設計 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 在本次設計中 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 運動關(guān)系不復雜 易于實現(xiàn)等優(yōu)點 但是它的缺點也顯而易見 由于它 結(jié)構(gòu)簡單 在實際工程應用中就會使其在工作時產(chǎn)生比較強烈的震動 而且也很難保 證其沖頭的沖壓力能否達到隨需要的強度 因為此結(jié)構(gòu)缺少必要的穩(wěn)定機構(gòu) 所以方 案一的機構(gòu)在實際過程中基本不會被應用 不同于方案一 方案二在一的基礎上增加了固定桿機構(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的壓力 這樣就保證了該壓床機構(gòu)具有比 較高的使用壽命 固定桿 的極限位置能滿足 這就保證了機構(gòu)有DE160 2 效的工作范圍 而沖頭所能達到的不同沖壓速度和沖壓力 也可以通過增加各桿的強 度和增加驅(qū)動力的大小來決定 基于以上一系列分析 本次設計的壓床機構(gòu)還是滿足設計要求的 不過本次設 計最大的不足就是沒能建立起如同實物的仿真模型 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現(xiàn)的 缺乏一定的真實性 如果想直接將該機構(gòu)運用到實際工 程中還有待進一步的計算與檢驗 第 8 章 收獲與體會 本次機械原理課程設計是對我們上學期所學的機械原理的一次總結(jié) 通過一學 期對自己所設計的課題的不斷努力和完善 進一步讓自己加深了對機械原理這門課程 的理解 在實際設計過程中 不但檢驗了我對機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 為了能使自己設計的機構(gòu)有 物 可依 查閱大 量的文獻資料就必不可少 而且在查閱資料的過程中 讓我接觸到了國內(nèi)外對機械產(chǎn) 品最新的研究 這不但擴展了我的知識面 更讓我了解到機械產(chǎn)品在我們?nèi)粘Ｉ钪?廣泛的應用空間 所以通過這次設計 讓我對機械設計產(chǎn)生了濃厚的興趣 也發(fā)現(xiàn)在 今后我們國家對設計類人才的龐大需求量 這也為我將來找工作提供了強有力的動力 由于這是我第一次做設計類的課題 讓我對實際工程中對設計要求的嚴謹有了 更進一步的了解 在對所設計的機構(gòu)進行建模的過程中 迫使我去學一些仿真建模軟 件 而通過對這些軟件的學習 加強了我的自學能力 也進一步提高了我的軟件操作 能力 在操作軟件的過程中 讓我學會了從不同角度去思考 這也拓展了我的思維 讓我學會了換位思考 總而言之 通過本次課程設計大大提高了我的動手能力 為將來應付實際工程 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 1 謝進 萬朝燕 杜立杰 機械原理 高等教育出版社 2004 2 王三明 機械原理與設計 課程設計 機械工業(yè)出版社 2004 P120 P122 3 熊濱生 現(xiàn)代連桿機構(gòu)設計 化學工業(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 微機輔助設計壓床六桿機構(gòu)及其運動分析和力分析 1985 沈陽建 筑工程學院報 7 B H郭烈諾夫 郭和德譯 深拉深壓床執(zhí)行機構(gòu)的運動學 8 岳一領 陸鳳儀 張志鴻 平面連桿機構(gòu)的計算機輔助設計與仿真研究 2009年8月 太原科技大學學報 9 蘇 奧布爾都也夫 韓云巖譯 曲軸壓床鍛造 1957 機械工業(yè)出版社 10 John Charles Sharman Drop press and machine forging 1954 Machinery Pub Co