機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 自動(dòng)沖床送料班 級(jí)： 08汽車(chē)1班姓 名： 楊 林 學(xué) 號(hào)： 20087825 指導(dǎo)教師： 何 俊 2011年1月 目 錄一、設(shè)計(jì)題目的簡(jiǎn)介 1（1）、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的要求 1二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求 2（1）、沖床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2（2）、機(jī)構(gòu)預(yù)期功能目標(biāo) 2三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的繪制4四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸的設(shè)定及分析5（1）、沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件尺寸設(shè)定及分析 5（2）、實(shí)現(xiàn)送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案及其機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)定 6、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7、棘輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定 12、齒輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定 14五、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制16六、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16七、三維建模 16（1）、運(yùn)動(dòng)仿真輸出曲線(xiàn)

2、18八、 參考文獻(xiàn) 20九、附錄 20 一、 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介如圖為某沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案示意圖。該沖床用于在板料上沖制電動(dòng)玩具中需要的薄壁齒輪。電動(dòng)機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)和單級(jí)齒輪傳動(dòng)（圖中未畫(huà)出）帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沖制工藝。沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案示意圖針對(duì)圖示的沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的綜合與分析，并進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求沖頭所受阻力曲線(xiàn)依據(jù)沖床工況條件的限制，預(yù)先確定了有關(guān)幾何尺寸和力學(xué)參數(shù)，如數(shù)據(jù)表所示。要求所設(shè)計(jì)的沖床結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高。沖床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：生產(chǎn)率（件/min）200送料距離（mm）140板料厚度（mm）2軸心高度（mm）1040沖頭

3、行程（mm）88輥軸半徑（mm）60大齒輪軸心坐標(biāo)（mm）270大齒輪軸心坐標(biāo)（mm）大齒輪軸心偏距（mm）30送料機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角（0）45速度不均勻系數(shù)0.03板料送進(jìn)阻力（N）520沖壓板料最大阻力（N）2200沖頭重力（N）140機(jī)構(gòu)預(yù)期功能目標(biāo)： 在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，經(jīng)過(guò)v帶傳動(dòng)、齒輪減速器、主軸將動(dòng)能傳遞給沖床機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，使沖床運(yùn)動(dòng)與送料運(yùn)動(dòng)重疊，縮短沖床工作周期。具體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：主軸飛輪齒輪減速器電動(dòng)機(jī)沖床運(yùn)動(dòng)送料運(yùn)動(dòng) V帶傳動(dòng)三、 機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖 設(shè)定沖頭為定標(biāo)構(gòu)件，以沖頭向上運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)循環(huán)的起點(diǎn)，指定工藝循環(huán)圖，使送料運(yùn)動(dòng)與沖壓運(yùn)動(dòng)重疊，縮短沖床工作周期，提

4、高生產(chǎn)率。機(jī)構(gòu)工作循環(huán)如下圖所示。四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸的設(shè)定及分析 1、 沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件尺寸設(shè)定及分析由參數(shù)要求知W=1040mm，沖頭行程H=88mm，且沖壓加工的位移為=22mm 分析可知沖頭的兩極限位置與OA共線(xiàn)可得方程組：OA+AC+CD=1040, CD+AC-OA=W-H=1040-88=952得到曲柄OA的長(zhǎng)度為44mm，設(shè)定連桿AC=196mm則沖壓桿CD=800mm根據(jù)求的參數(shù)可繪制出具體的沖頭相對(duì)O1的位置曲線(xiàn)圖設(shè)S表示從頭的位置，a表示曲柄的長(zhǎng)度，b表示連桿AC的長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式S=即有S=196+44*Cos r -(Sin r)2根據(jù)數(shù)學(xué)軟件可以找到滑塊位置與主動(dòng)件轉(zhuǎn)角

5、的曲線(xiàn)關(guān)系（編程程序見(jiàn)附錄1），如下圖：Graphics為了與送料運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，所以送料運(yùn)動(dòng)必須在沖頭下行到離工作臺(tái)表面22mm處將板料送至沖頭下方才能完成兩個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的配合。2、 實(shí)現(xiàn)送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案及其機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)定 由題目給定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，對(duì)于送料機(jī)構(gòu)必須是一個(gè)間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，大齒輪與輥輪相互齒和，為保證板料間歇性的向前進(jìn)料，則大齒輪的必須做的是單向間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)，由方案圖可知該轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，才能保證板料向前送進(jìn)。 為了使大齒輪僅能夠達(dá)到做要求的運(yùn)動(dòng)，可以在其運(yùn)動(dòng)軸上添加棘輪機(jī)構(gòu)等。再經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)軸傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方案中大齒輪的單向轉(zhuǎn)動(dòng)。 下圖為一個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)，及送料機(jī)構(gòu)中的棘輪傳遞方案。 （1

6、）（1）中棘爪與連桿相連棘輪O1O2AB構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，僅當(dāng)搖桿作順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)才能帶動(dòng)棘輪作同向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到間歇送料的目的。 （2）如上圖所示通過(guò)（1）、（2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞使傳動(dòng)軸帶動(dòng)大齒輪單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到輥輪間歇送料的目的。 為了實(shí)現(xiàn)沖床運(yùn)動(dòng)與送料運(yùn)動(dòng)不出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)交錯(cuò)的情況，而影響送料效果為此需將沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沖頭位置與主動(dòng)件轉(zhuǎn)角的關(guān)系加以分析使兩者運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖符合所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖。通過(guò)沖床的運(yùn)動(dòng)可知道沖頭在接觸板料沖壓位置與離開(kāi)該位置此時(shí)間內(nèi)送料機(jī)構(gòu)處于停歇階段，結(jié)合沖床運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案圖通過(guò)公式 S=S為沖頭離主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置a為主動(dòng)件曲柄的尺寸r-為主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角

7、b-為連桿的尺寸于是令S=220mm，找到轉(zhuǎn)角r在（0,2Pi）對(duì)應(yīng)的角度，求得r=52和308對(duì)（1）圖中曲柄搖桿的設(shè)計(jì)從方案要求知機(jī)架設(shè)定搖桿O2B的長(zhǎng)度為180mmr45為達(dá)到傳動(dòng)角要求，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定最小傳動(dòng)角r1=45,最大傳動(dòng)角為75如圖所示當(dāng)d90時(shí)，傳動(dòng)角r=180-d由上面r的設(shè)計(jì)要求知dmin=45；dmax=105dmin=dmax=-由得=0-將代入得：其中；B=得到b=-將已知參數(shù)代入以上式子得到：A=0.995；B=-80.7；C=-1480500b=1260mm; a=90mm求出機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角：在三角形中=arcos=5.968同理在三角形中=arcos=8.112極

8、位夾角為=8.112-5.968=2.114行程系數(shù)比K=1.024再根據(jù)集合關(guān)系求出搖桿的擺角60下圖為設(shè)計(jì)出的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：（）再次結(jié)合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，制定曲柄OA與曲柄OA的運(yùn)動(dòng)固定夾角 在送料過(guò)程中，由于棘輪機(jī)構(gòu)的作用，所以?xún)H當(dāng)搖桿O2B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能帶動(dòng)齒輪送料。下圖曲柄O1A表示當(dāng)搖桿O2B開(kāi)始逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)應(yīng)a表示連桿與機(jī)架的夾角，b為機(jī)架與豎直方向的夾角；O1A為此時(shí)沖床機(jī)構(gòu)曲柄的位置，q角即為兩曲柄的固定夾角。tanb=b=12.68代入相應(yīng)的數(shù)值求得a=8.11根據(jù)幾何關(guān)系求出：q180-（b-a）-52=123.4對(duì)于送料機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：圖

9、中L1,L2,L3,L4為各桿長(zhǎng)度，q1為主動(dòng)件與豎直方向的夾角，q3為從動(dòng)件與水平方向的夾角，w1為主動(dòng)件的角速度，w3為從動(dòng)件的角速度從動(dòng)件O2B的角位置：式中sinq1; B=cosq1-k1; C=K2-K3cosq1; k1=; K2=; k3=從動(dòng)件O2B的角速度w3： w3=另外 q1=w1t； w1=2n; 由生產(chǎn)率為200件/min可得n=200rad/min根據(jù)數(shù)學(xué)軟件繪制出從動(dòng)擺桿件O2B的角速度與時(shí)間t圖像（編程程序見(jiàn)附錄2）：由于棘輪機(jī)構(gòu)只能帶動(dòng)傳動(dòng)軸做單向、間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，則可知傳動(dòng)軸的角速度曲線(xiàn)僅為上圖的下半部分（w取負(fù)值）。棘輪尺寸的設(shè)計(jì)： 棘輪機(jī)構(gòu)的兩個(gè)重要參數(shù)：模

10、數(shù)m，齒數(shù)Z，由上面所求的結(jié)果可知，搖桿的擺角為60，設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)定當(dāng)搖桿轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，棘爪剛好通過(guò)棘輪上的兩個(gè)齒。 于是設(shè)定m=12,Z=12; 參照棘輪和棘爪的尺寸規(guī)范數(shù)據(jù)表查得： 棘輪尺寸：周節(jié)p齒高h(yuǎn)齒頂圓直徑齒頂弦厚a齒根圓角半徑r齒面傾角齒槽夾角37.709144121.5102060 棘爪尺寸：工作面邊長(zhǎng)h1非工作面邊長(zhǎng)a爪尖圓角半徑r1齒形角1棘爪長(zhǎng)度L1262602p=75.4通過(guò)軟件繪圖得到棘輪機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)圖結(jié)果：彈簧其中棘輪的齒面傾角=13，棘爪的擺動(dòng)中心到o2的距離取為120mm。棘輪實(shí)體圖：齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)：（1）、對(duì)大齒輪分度圓半徑r1的設(shè)定 設(shè)輥輪的角速度為w2，

11、大齒輪為w1，小齒輪的分度圓半徑為r2;傳動(dòng)比i12= =; 由已知參數(shù)知小齒輪的齒頂圓半徑為60mm； 欲使送料機(jī)構(gòu)達(dá)到每次送料140mm 的要求：分析時(shí)由于在曲柄搖桿中求得行程比系數(shù)K=1.024，在此令其K=1，以起始時(shí)刻t=0時(shí)計(jì)算并且擺桿的位置位于剛開(kāi)始逆時(shí)針擺動(dòng)的位置上，則第一次送料是在0.15s-0.3s階段完成。則有=140；即=140 - （其中R2為小齒輪齒頂圓半徑）設(shè)定m1=m2=m=5 （m1,m2分別為大齒輪、小齒輪的模數(shù)）R2= =60; 得到z2=22; r2=55mm對(duì)大齒輪的角速度進(jìn)行分析： 由于大齒輪是通過(guò)傳動(dòng)軸與棘輪相連，所以大齒輪的角速度w1=w(棘輪的

12、角速度) 分析角速度的時(shí)域圖可知，當(dāng)K趨近于1時(shí)，圖形越類(lèi)似于正弦曲線(xiàn)（相關(guān)編程程序及k取不同值時(shí)的角速度輸出曲線(xiàn)見(jiàn)附錄3）。于是采用正弦函數(shù)對(duì)棘輪的角速度曲線(xiàn)進(jìn)行替代。上圖紅線(xiàn)曲線(xiàn)為擺桿的角速度的實(shí)際曲線(xiàn)，綠色的曲線(xiàn)為函數(shù)f1=10.7181sin(t)藍(lán)色曲線(xiàn)為函數(shù)f2=11.2602sin(t).則有=1.075 代入式得：r1110mm齒輪幾何尺寸：模數(shù)m壓力角齒距p分度圓直徑d齒頂高h(yuǎn)a齒根高h(yuǎn)f齒頂圓直徑da齒根圓直徑df大齒輪520522056.25230207.5小齒輪520511056.2512097.5中心距a=165mm;用pro-e繪出的大齒輪、小齒輪實(shí)圖 五、 機(jī)構(gòu)最

13、終運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制六、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，主軸轉(zhuǎn)速為200r/min，經(jīng)查看相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)Y160M1-8；額定功率為4kw/h，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為720r/min;根據(jù)傳動(dòng)比i=200/720=3.6，對(duì)帶輪的尺寸設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了相關(guān)的查閱，設(shè)定=50mm, =90mm,，即可滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。帶輪的傳動(dòng)比i=90/50=1.8,由于題目要求單級(jí)齒輪變數(shù)則設(shè)定一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比i12=z2/z1=3.6/1.8=2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如下： 七、三維建模主視圖：后視圖：局部圖：沖壓機(jī)構(gòu)：棘輪機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)：隱藏基座后的圖形：運(yùn)動(dòng)仿真輸出曲線(xiàn)：沖床沖頭位置、速度、加速度曲線(xiàn)：八、參

14、考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：【1】孟憲源、姜琪主編，機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年3月【2】申永勝主編，機(jī)械原理教程，清華大學(xué)出版社【3】機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)；師忠秀，石繼榮，機(jī)械工業(yè)出版社【4】白柳、郭松主編 ，pro/engineer實(shí)例教程北京理工大學(xué)出版社九、附錄附錄清單：附錄1：滑塊位移與主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角關(guān)系輸出圖matlab程序；附錄2：從動(dòng)擺桿件O2B的角速度與時(shí)間t圖像matlab程序;附錄3：k取不同值時(shí)的角速度輸出曲線(xiàn)及matlab編程程序；附錄正文：附錄1：r=0:0.1:7;S=196+44*cos(r)-1/2*1962./44*sin(r)*sin(r);Plot (r,s

15、,g)附錄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)./

16、(B+C);?w=(20*pi./3)*(K3*sin(r)-sin(r3-r)./(K1*sin(r3)-sin(r3-r);Plot（t,w,r）,grid on附錄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);