机械原理课程设计(24页).doc

-机械原理课程设计 设计题目： 自动冲床送料班 级： 08汽车1班姓 名： 杨 林 学 号： 20087825 指导教师： 何 俊 2011年1月 目 录一、设计题目的简介 1（1）、机构运动方案的要求 1二、设计数据及要求 2（1）、冲床机构设计数据 2（2）、机构预期功能目标 2三、机构运动循环图的绘制4四、机构运动尺寸的设定及分析5（1）、冲床机构运动构件尺寸设定及分析 5（2）、实现送料机构运动方案及其机构尺寸的设定 6、平面四杆机构的设计 7、棘轮机构参数的设定 12、齿轮机构参数的设定 14五、机构运动简图的绘制16六、传动机构的设计 16七、三维建模 16（1）、运动仿真输出曲线 18八、 参考文献 20九、附录 20 一、 设计题目简介如图为某冲床机构运动方案示意图。该冲床用于在板料上冲制电动玩具中需要的薄壁齿轮。电动机通过V带传动和单级齿轮传动（图中未画出）带动曲柄转动，通过连杆带动滑块上下往复运动，实现冲制工艺。冲床机构运动方案示意图针对图示的冲床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析，并进行传动系统结构设计。二、 设计数据与要求冲头所受阻力曲线依据冲床工况条件的限制，预先确定了有关几何尺寸和力学参数，如数据表所示。要求所设计的冲床结构紧凑，机械效率高。冲床机构设计数据：生产率（件/min）200送料距离（mm）140板料厚度（mm）2轴心高度（mm）1040冲头行程（mm）88辊轴半径（mm）60大齿轮轴心坐标（mm）270大齿轮轴心坐标（mm）大齿轮轴心偏距（mm）30送料机构最小传动角（0）45速度不均匀系数0.03板料送进阻力（N）520冲压板料最大阻力（N）2200冲头重力（N）140机构预期功能目标： 在电动机的带动下，经过v带传动、齿轮减速器、主轴将动能传递给冲床机构和送料机构，使冲床运动与送料运动重叠，缩短冲床工作周期。具体传动结构简图如下图所示：主轴飞轮齿轮减速器电动机冲床运动送料运动 V带传动三、 机构工作循环图 设定冲头为定标构件，以冲头向上运动的起点为运动循环的起点，指定工艺循环图，使送料运动与冲压运动重叠，缩短冲床工作周期，提高生产率。机构工作循环如下图所示。四、机构运动尺寸的设定及分析 1、 冲床机构运动构件尺寸设定及分析由参数要求知W=1040mm，冲头行程H=88mm，且冲压加工的位移为=22mm 分析可知冲头的两极限位置与OA共线可得方程组：OA+AC+CD=1040, CD+AC-OA=W-H=1040-88=952得到曲柄OA的长度为44mm，设定连杆AC=196mm则冲压杆CD=800mm根据求的参数可绘制出具体的冲头相对O1的位置曲线图设S表示从头的位置，a表示曲柄的长度，b表示连杆AC的长度根据经验公式S=即有S=196+44*Cos r -(Sin r)2根据数学软件可以找到滑块位置与主动件转角的曲线关系（编程程序见附录1），如下图：Graphics为了与送料运动相互协调，所以送料运动必须在冲头下行到离工作台表面22mm处将板料送至冲头下方才能完成两个机构运动的配合。2、 实现送料机构运动方案及其机构尺寸的设定 由题目给定的机构运动方案，对于送料机构必须是一个间歇运动的机构，大齿轮与辊轮相互齿和，为保证板料间歇性的向前进料，则大齿轮的必须做的是单向间歇的转动，由方案图可知该转动方向为顺时针时，才能保证板料向前送进。 为了使大齿轮仅能够达到做要求的运动，可以在其运动轴上添加棘轮机构等。再经过运动轴传动，实现方案中大齿轮的单向转动。 下图为一个棘轮机构，及送料机构中的棘轮传递方案。 （1）（1）中棘爪与连杆相连棘轮O1O2AB构成曲柄摇杆机构，仅当摇杆作顺时针摆动时才能带动棘轮作同向转动，所以设计此机构能够达到间歇送料的目的。 （2）如上图所示通过（1）、（2）机构运动传递使传动轴带动大齿轮单向间歇转动，从而达到辊轮间歇送料的目的。 为了实现冲床运动与送料运动不出现运动交错的情况，而影响送料效果为此需将冲床机构运动冲头位置与主动件转角的关系加以分析使两者运动循环图符合所设计的机构工作循环图。通过冲床的运动可知道冲头在接触板料冲压位置与离开该位置此时间内送料机构处于停歇阶段，结合冲床运动设计方案图通过公式 S=S为冲头离主动件转动中心的位置a为主动件曲柄的尺寸r-为主动件的转角b-为连杆的尺寸于是令S=220mm，找到转角r在（0,2Pi）对应的角度，求得r=52°和308°对（1）图中曲柄摇杆的设计从方案要求知机架设定摇杆O2B的长度为180mmr45°为达到传动角要求，设计时设定最小传动角r1=45°,最大传动角为75°如图所示当d<90°时，传动角r=d当d>90°时，传动角r=180°-d由上面r的设计要求知dmin=45°；dmax=105°dmin=dmax=-由得=0-将代入得：其中；B=得到b=-将已知参数代入以上式子得到：A=0.995；B=-80.7；C=-1480500b=1260mm; a=90mm求出机构的传动角：在三角形中=arcos=5.968°同理在三角形中=arcos=8.112°极位夹角为=8.112-5.968=2.114°行程系数比K=1.024再根据集合关系求出摇杆的摆角60°下图为设计出的曲柄摇杆机构简图：（）再次结合机构运动循环图，制定曲柄OA与曲柄OA的运动固定夹角 在送料过程中，由于棘轮机构的作用，所以仅当摇杆O2B顺时针转动时才能带动齿轮送料。下图曲柄O1A表示当摇杆O2B开始逆时针摆动时对应的位置，对应a表示连杆与机架的夹角，b为机架与竖直方向的夹角；O1A为此时冲床机构曲柄的位置，q角即为两曲柄的固定夹角。tanb=b=12.68°代入相应的数值求得a=8.11°根据几何关系求出：q180°-（b-a）-52°=123.4°对于送料机构中曲柄摇杆机构的运动分析：图中L1,L2,L3,L4为各杆长度，q1为主动件与竖直方向的夹角，q3为从动件与水平方向的夹角，w1为主动件的角速度，w3为从动件的角速度从动件O2B的角位置：式中sinq1; B=cosq1-k1; C=K2-K3cosq1; k1=; K2=; k3=从动件O2B的角速度w3： w3=另外 q1=w1t； w1=2n; 由生产率为200件/min可得n=200rad/min根据数学软件绘制出从动摆杆件O2B的角速度与时间t图像（编程程序见附录2）：由于棘轮机构只能带动传动轴做单向、间歇转动，则可知传动轴的角速度曲线仅为上图的下半部分（w取负值）。棘轮尺寸的设计： 棘轮机构的两个重要参数：模数m，齿数Z，由上面所求的结果可知，摇杆的摆角为60°，设计时，设定当摇杆转过60°时，棘爪刚好通过棘轮上的两个齿。 于是设定m=12,Z=12; 参照棘轮和棘爪的尺寸规范数据表查得： 棘轮尺寸：周节p齿高h齿顶圆直径齿顶弦厚a齿根圆角半径r齿面倾角齿槽夹角37.709144121.510°20°60° 棘爪尺寸：工作面边长h1非工作面边长a爪尖圆角半径r1齿形角1棘爪长度L1262602p=75.4通过软件绘图得到棘轮机构标准化参数图结果：弹簧其中棘轮的齿面倾角=13°，棘爪的摆动中心到o2的距离取为120mm。棘轮实体图：齿轮机构的尺寸设计：（1）、对大齿轮分度圆半径r1的设定 设辊轮的角速度为w2，大齿轮为w1，小齿轮的分度圆半径为r2;传动比i12= =; 由已知参数知小齿轮的齿顶圆半径为60mm； 欲使送料机构达到每次送料140mm 的要求：分析时由于在曲柄摇杆中求得行程比系数K=1.024，在此令其K=1，以起始时刻t=0时计算并且摆杆的位置位于刚开始逆时针摆动的位置上，则第一次送料是在0.15s-0.3s阶段完成。则有=140；即=140 - （其中R2为小齿轮齿顶圆半径）设定m1=m2=m=5 （m1,m2分别为大齿轮、小齿轮的模数）R2= =60; 得到z2=22; r2=55mm对大齿轮的角速度进行分析： 由于大齿轮是通过传动轴与棘轮相连，所以大齿轮的角速度w1=w(棘轮的角速度) 分析角速度的时域图可知，当K趋近于1时，图形越类似于正弦曲线（相关编程程序及k取不同值时的角速度输出曲线见附录3）。于是采用正弦函数对棘轮的角速度曲线进行替代。上图红线曲线为摆杆的角速度的实际曲线，绿色的曲线为函数f1=10.7181sin(t)蓝色曲线为函数f2=11.2602sin(t).则有=1.075 代入式得：r1110mm齿轮几何尺寸：模数m压力角齿距p分度圆直径d齿顶高ha齿根高hf齿顶圆直径da齿根圆直径df大齿轮520°522056.25230207.5小齿轮520°511056.2512097.5中心距a=165mm;用pro-e绘出的大齿轮、小齿轮实图 五、 机构最终运动简图的绘制六、传动机构的设计 根据设计题目的要求，主轴转速为200r/min，经查看相应的电动机参数，选择电动机Y160M1-8；额定功率为4kw/h，满载转速为720r/min;根据传动比i=200/720=3.6，对带轮的尺寸设计规范进行了相关的查阅，设定=50mm, =90mm,，即可满足本设计的要求。带轮的传动比i=90/50=1.8,由于题目要求单级齿轮变数则设定一对齿轮的传动比i12=z2/z1=3.6/1.8=2传动机构设计简图如下： 七、三维建模主视图：后视图：局部图：冲压机构：棘轮机构：齿轮机构：隐藏基座后的图形：运动仿真输出曲线：冲床冲头位置、速度、加速度曲线：八、参考文献参考文献：【1】孟宪源、姜琪主编，机构构型与应用，机械工业出版社，2004年3月【2】申永胜主编，机械原理教程，清华大学出版社【3】机械原理课程设计；师忠秀，石继荣，机械工业出版社【4】白柳、郭松主编 ，pro/engineer实例教程北京理工大学出版社九、附录附录清单：附录1：滑块位移与主轴的转动角关系输出图matlab程序；附录2：从动摆杆件O2B的角速度与时间t图像matlab程序;附录3：k取不同值时的角速度输出曲线及matlab编程程序；附录正文：附录1：r=0:0.1:7;S=196+44*cos(r)-1/2*1962./44*sin(r)*sin(r);Plot (r,s,g)附录2：?t=0:0.01:0.3;?l1=input ('l1='), l2=input ('l2='), l3=input ('l3='), l4=input ('l4=')l1=90l1 = 90l2=1260l2 = 1260l3=180l3 = 180l4=1230l4 = 1230?K1=l4./l1;?K2=(l1.2+l3.2+l4.2-l2.2)./(2*l1*l3);?K3=l4./l3;?r=(20*pi./3)*(t+0.0049341);?A=sin(r);?B=cos(r)-K1;?C=K2-K3*cos(r);?r3=2*atan(A-sqrt(A.2+B.2-C.2)./(B+C);?w=(20*pi./3)*(K3*sin(r)-sin(r3-r)./(K1*sin(r3)-sin(r3-r);Plot（t,w,r）,grid on附录3:K=1.19K=1.5K=1?t=0:0.01:0.3;?l1=input('l1='),l2=input('l2='),l3=input('l3='),l4=input('l4=')l1=90l1 = 90l2=1260l2 = 1260l3=180l3 = 180l4=1230l4 = 1230?K1=l4./l1;?K2=(l1.2+l3.2+l4.2-l2.2)./(2*l1*l3);?K3=l4./l3;?r=(20*pi./3)*(t+0.0049341);?A=sin(r);?B=cos(r)-K1;?C=K2-K3*cos(r);?r3=2*atan(A-sqrt(A.2+B.2-C.2)./(B+C);?w=(20*pi./3)*(K3*sin(r)-sin(r3-r)./(K1*sin(r3)-sin(r3-r);?c=0.15:0.01:0.3;?d=11.2602*sin(20*pi*c./3);?e=0:0.01:0.15;?m=10.7181*sin(20*pi*e./3);?plot(t,w,'r',e,m,'g',c,d,'b'),grid on-第 24 页-