压床机构的设计(含计算书和CAD图纸)
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压床机构 设计计算说明书 姓 名: 学 号: 班 级: 指导老师: 年 月 I 目 录 第 1 章 问题的提出 .1 第 2 章 设计要求与设计数据 .1 第 3 章 机构选型设计 .2 3.1 选择不同的方案 .2 3.2 两种设计方案的优缺点比较 .3 第 4 章 压床机构的设计 .4 第 5 章 凸轮机构设计 .9 第 6 章 齿轮机构设计 .10 第 7 章 结论 .11 第 8 章 收获与体会 .12 1 第 1 章 问题的提出 压床机械是由六杆机构中的冲头(滑块)向下运动来冲压机械零件的一种机构, 它是应用广泛的锻压设备,用于钢板矫直,压制零件等,大部分压床都适用于金属或 非金属零件的压印、成型、浅拉伸、整形及压力装配。为了能使压床机构在工作过程 中能发挥出它最大的价值,就要在设计该机构的时候注意以下一些要求: (1)设计出一个连杆机构,保证其自由度 F=1,以实现滑块的上下移动。 (2)如何保证滑块在进行移动的时候能保持连贯性。 (3) 针对工作环境的不同和装卸货物的不同,因设计出滑块的最大提升高度,以 及其它连杆的极限位置。 (4)在设计机构的时候,要考虑其维修的难易程度,不能比市面上的压床复杂, 在设计其局部零件的时候,要采用通用的零件结构,以免在以后发生故障时能方便维 修。 (5)机构的材料在保证牢固的前提下要考虑其经济成本,不能只考虑材料的坚固 程度,要让机构有推广的空间和市场 第 2 章 设计要求与设计数据 2.1 设计要求: (1)依据设计要求和已知参数,确定各构件的运动尺寸,绘制机构运动简图,并 分析组成机构的基本杆组。 (2)假设曲柄等速转动,画出滑块 5 的位移和速度的变化规律曲线。在压床工作 过程中,在不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力的条件下,分析曲柄所需的驱动力矩。 (3)取曲柄轴为等效构件,要求其速度波动系数小于 10,确定应加于曲柄轴上 的飞轮转动惯量。 (4)确定传动系统方案,设计传动系统中各零部件的结构尺寸。 2.2 设计数据 2 已知 参数 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 由以上数据中选择第三组数据作为本次设计的基本数据,由此可得: , , , =60, =120; , ,170 xm2140 x310ym1212CED4F 滑块 5 的行程为 210 。 第 3 章 机构选型设计 3.1 选择不同的方案 方案一:曲柄滑块机构 简单的连杆机构,用曲柄带动滑块实现压床上下的来回运动。设计的机构简图如 3-1。 图 3-1 曲柄滑块机构 方案二:曲柄六杆机构 3 所设计的机构简图如 3-2 图所示,多了另一个支点,能使滑块移动更平稳。 图 3-2 曲柄六杆机构 3.2 两种设计方案的优缺点比较 对方案一:该方案机构简单,不需要很多的铰接点,生产成本低,但是该机构的 稳定性能不佳,在使用过程中需要一个滑槽提供移动副,会使冲头在运动过程中产生 滑动摩擦,从而降低了该机构的效率。所以,在实际工程中,这种机构的实用性能有 待商榷。 对方案二:该机构在原先的四杆机构的基础上多了一个固定铰链点的杆件,并通 过杆件将冲头的移动副设置成不需要依靠机架提供,这样就使得机构的效率大大提高 了,而且六杆机构也使得机构更稳定,在实际工程中也有了更加广阔的应用空间。所 以,综合以上的两种机构的优缺点,方案二为最佳可行方案,按照所选取的数据,可 以设计出满足要求的机构。 结论:选择方案二曲柄六杆机构 第 4 章 压床机构的设计 对该机构进行尺寸计算,在用已知条件求出一些杆件的尺寸后,再对剩余杆件采 4 用平面连杆机构运动设计的位移矩阵法进行求解,以求得各杆长。 由已知条件可知: , , , =60, =120;170 xm2140 x310ym12 , ,滑块 5 的行程为 210 。12CED4F (1) 作机构运动简图: 图 4-1 机构简图 (2)长度计算: 已知:X 170mm,X 2200mm,Y310mm, 60 , 120,H210mm, 13 13 CE/CD=1/2, EF/DE=1/2, BS2/BC=1/2, DS3/DE=1/2。 由条件可得;EDE=60 DE=DE DEE等边三角形 过 D 作 DJEE,交 EE于 J,交 F1F2 于 H JDI=90 HDJ 是一条水平线, DHFF FFEE 过 F 作 FKEE 过 E作 EGFF,FKEG 5 在FKE 和EGF中,KEGF,FE=EF, FKE=EGF=90 FKEEGF KE= GF EE=EK+KE, FF=FG+GF EE=FF=H DEE 是等边三角形 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 连接 AD,有 tanADI=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.)38.4ACDACDm2 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)机构运动速度分析: 已知: ;190/minr 逆时针2.425/6nradsA1.6901./Bl mv = + CvCbv 大小 ? 0.65 ? 方向 CD AB BC 选取比例尺 v=0.005m/(mm/s),作速度多边形0.3/.50.6/CvupcmsA.9/.18/Bvb0.45/.0./EvupesA ./.8/Fvf m0.1/50.2/Evuef sA22.3/.6/svp330./.50.4/svumsA 0.18/0.314425=0.572rad/s (逆时针 )2BCl 0.60/0.140=4.290rad/s (顺时针)3Dlv 0.20/0.0525=3.809rad/s (顺时针) 4EFl 项 目 BCEFvS23S1234 数 值 0.650 0.600 0.900 0.880 0.620 0.44 9.425 0.572 4.290 3.809 7 单 位 m/s Rad/s (4)机构运动加速度分析: 22 219.450.6915.3/BABaLms740nCC2223.7/DD486nFEEF snt tncCDBCBBaaa 大小: ? ? ? 方向: ? CD CD BA BC CB 选取比例尺 a=0.04m/ (mm/s 2),作加速度多边形图 20.3/.1.30/Caupcms 5Ee2././tBan0190tCDucs aF = aE + anEF + atEF 大小: ? ? 方向: FE EF 20.32/.1.0/Faupf ms 224ss3 23.5/./a2/ 985tCBLrads231.90/3.1/D 项目 BCEF2S3S23 8 数值 6.130 3.300 5.000 3.200 4.200 2.500 9.859 13.571 单位 m/s 2 rad/s 2 第 5 章 凸轮机构设计 有基圆半径 R0=40mm e=8mm 滚子半径 R=8mm 在推程过程中: 由 得220sin(/)h 当 =600时,且 00=300,则有 a0,即该过程为减速推程段 所以运动方程 00(/)sin(2/)(Sh 在回程阶段,由 得:20i/ 当 =800时,且 00=40 0,则有 a0,即该过程为加速回程段 所以运动方程 001(/)sin(2/)(Sh 当 =600时,且 00=30 0,则有 a0,即该过程为减速推程段 所以运动方程 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 符号 h s 单位 mm ( 0) 方案 3 18 30 60 30 80 9 单位 (mm) 400 450 500 55 600 650 S 13.70 15.98 17.62 18.57 18.94 19.00 单位 (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 单位 (mm) 凸轮廓线如下: 第 6 章 齿轮机构设计 已知:齿轮 ,齿轮为正常齿制,工5610,3,20,6Z m分 度 圆 压 力 角 模 数 作情况为开式传动,齿轮 与曲柄共轴。6 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, 10 取 ,求得140am21.4 经计算后取变位系数: 5.39xin50.39xm 6268 分度圆直径: 55dZ6610m 基圆直径: 5cos.38bm6975d 齿厚: 5(/2tan)10.6Sx6 82 齿顶高: *55().39ahm664x 齿底高: *55().62fac6689h 齿顶圆直径和齿底圆直径: 5527.aadm0ff 6619.84h32ff 重合度: 561(tant)(tant)1.392ZZ 第 7 章 结论 在本次设计中,方案二的提出相较于方案一有了很明显的提高,方案一虽然有 着结构简单,运动关系不复杂,易于实现等优点,但是它的缺点也显而易见。由于它 结构简单,在实际工程应用中就会使其在工作时产生比较强烈的震动,而且也很难保 证其冲头的冲压力能否达到随需要的强度,因为此结构缺少必要的稳定机构,所以方 案一的机构在实际过程中基本不会被应用。 不同于方案一,方案二在一的基础上增加了固定杆机构,使冲头在工作的过程中 11 能更加平稳,而且也能承受冲头冲压工件时的压力,这样就保证了该压床机构具有比 较高的使用寿命,固定杆 的极限位置能满足 , ,这就保证了机构有DE1602 效的工作范围,而冲头所能达到的不同冲压速度和冲压力,也可以通过增加各杆的强 度和增加驱动力的大小来决定。 基于以上一系列分析,本次设计的压床机构还是满足设计要求的,不过本次设 计最大的不足就是没能建立起如同实物的仿真模型,其仿真的大部分内容都是基于杆 件与杆件之间相铰来实现的,缺乏一定的真实性,如果想直接将该机构运用到实际工 程中还有待进一步的计算与检验。 第 8 章 收获与体会 本次机械原理课程设计是对我们上学期所学的机械原理的一次总结,通过一学 期对自己所设计的课题的不断努力和完善,进一步让自己加深了对机械原理这门课程 的理解。在实际设计过程中,不但检验了我对机械原理这么课程的理解能力,而且更 加锻炼了我的动手能力。在此期间,为了能使自己设计的机构有“物”可依,查阅大 量的文献资料就必不可少,而且在查阅资料的过程中,让我接触到了国内外对机械产 品最新的研究,这不但扩展了我的知识面,更让我了解到机械产品在我们日常生活中 广泛的应用空间。所以通过这次设计,让我对机械设计产生了浓厚的兴趣,也发现在 今后我们国家对设计类人才的庞大需求量,这也为我将来找工作提供了强有力的动力。 由于这是我第一次做设计类的课题,让我对实际工程中对设计要求的严谨有了 更进一步的了解。在对所设计的机构进行建模的过程中,迫使我去学一些仿真建模软 件,而通过对这些软件的学习,加强了我的自学能力,也进一步提高了我的软件操作 能力。在操作软件的过程中,让我学会了从不同角度去思考,这也拓展了我的思维, 让我学会了换位思考。 总而言之,通过本次课程设计大大提高了我的动手能力,为将来应付实际工程 中出现的类似问题作了一次很好的热身,这是一次难以忘记的经历。 12 参考文献 1 谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理. 高等教育出版社,2004 2 王三明 机械原理与设计 课程设计机械工业出版社 2004 P120P122 3 熊滨生 现代连杆机构设计 化学工业出版社 2005. 12 4 B.H 郭烈诺夫 郭和德译 制造技术与机床 1959 年 11 期 5 张益丰等编 .精通 MATLAB6.5.北京:中国水利水电出版社,2004 6 王宏 微机辅助设计压床六杆机构及其运动分析和力分析 1985 沈阳建 筑工程学院报 7 B.H郭烈诺夫 郭和德译 深拉深压床执行机构的运动学 8 岳一领 陆凤仪 张志鸿 平面连杆机构的计算机辅助设计与仿真研究 2009年8月 太原科技大学学报 9 (苏)奥布尔都也夫 韩云岩译 曲轴压床锻造 1957 机械工业出版社 10 John Charles Sharman Drop, press and machine forging 1954 Machinery Pub. Co
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