機械綜合課程設計指導書

1、機械綜合課程設計指導書單邊滾軸自動送料機構設計與分析王賢民 編南京工程學院 機械設計教研室2007年12月 一、課程設計的目的和任務機械設計課程設計是本課程教學的一個重要的實踐性環(huán)節(jié)。(一).課程設計的目的1.進一步鞏固和加深學生所學課程的理論知識2.培養(yǎng)學生運用所學理論知識解決與本課程有關的實際問題的能力,使學生對于機械運動學、動力學的分析和設計有一個較完整和系統(tǒng)的概念。3.使學生掌握機械運動分析、動力分析和設計的圖解方法,進一步提高學生的計算、制圖和使用技術資料的能力。(二).課程設計的任務1.按照機械的幾何、軌跡、運動和動力等性能要求,進行低付機構的尺寸綜合2.對指定的機械進行運動分析。

2、3.繪制機構運動循環(huán)圖。4.根據完成的原理圖設計裝配圖，繪制23個典型零件圖。要求學生在三周內完成教師指定的設計任務,作圖正確,編寫好計算說明書。二、課程設計題目介紹設計題目:單邊輥軸送料裝置分析與設計機構簡圖如圖一所示,設計內容有:1.機構的方案設計2.確定機構的幾何尺寸3.機構的運動分析和動力分析4.機構運動循環(huán)圖5.飛輪設計題目的原始數據見表1,其中: Sn - 為板料送進距離 n - 為壓機頻次 B - 為板料厚度 H - 為沖壓滑塊行程 - 為許用壓力角 Fb - 為板料送進阻力 Fr - 為沖壓板料時的阻力 - 為速度不均勻系數e=0 取R1=Rb板料底面至沖床工作臺面距離為b1=

3、2050mm 圖1.單邊輥軸送料裝置原理圖表1 單邊輥軸自動送料裝置題目的原始數據方案Sn/mmn/次/分B/mmH/mmFb/NFr/N/度Rb/mmR2/mmR/mmL/mmx/mmy/mm學號11352502805002000250.0460120180130037012501421402302805102100250.0360120180130037012505831452202805202200250.03601201801300370125091241502002.5805302300250.036012018013003701250131651551802.58054024002

4、50.046012018013003701250172061601702.5805502500250.036012018013003701250212471651603805602600250.036012018013003701250252881701503805702700250.036012018013003701250293291751403805802800250.0360120180130037012503336101801203805902900250.0460120180130037012503740111851003806003000250.03601201801300370

5、12504144121901502806002200250.03485417512433711250R1=78G7=1500N，JO2=0.8kgm2，JO3=0.4kgm2，JO4=0.3kgm2三、單邊輥軸送料裝置機構分析和設計的具體內容及實施步驟(一).方案設計及設計工作量1.方案設計及設計要求每人提出種方案，并繪出機構運動簡圖。從中選擇一種可行性方案， 按照該方案將曲柄一個運動循環(huán)分成13個位置,即1, 2, 3, . 12, 始（開始沖壓位置）,然后繪滑塊及板料的位移線圖和速度線圖。2.設計工作量1) 根據題目要求確定設計方案2) 機構的尺寸綜合,繪制機構運動簡圖,滑塊及板料的位移和

6、速度線圖, 用圖解法按給定位置進行機構的運動分析,并繪在一張?zhí)枅D紙上,簡稱"分析設計圖"。3) 繪機構運動循環(huán)圖。4) 飛輪設計過程圖一張。5) 編寫計算說明書一份。(二).機構尺寸綜合已知數據見表1,要求確定機構尺寸：lO1A , lO1A' , lA'C , 及開始沖壓時滑塊C 點至板料的距離S1。步驟:1.求輥軸轉角 2.搖桿擺角 3.機架中心距 4.曲柄半徑r= lO1A 5.曲柄滑塊機構:曲柄半徑r1 6.根據許用壓力角調節(jié)連桿長l1，取l1=560mm,并驗算：公式中R1，R2為齒輪分度圓半徑由齒輪的模數m和齒數z確定，根據機構綜合得到的尺寸,用

7、長度比例尺l(m/mm),繪制機構運動簡圖。(三).送料時間及其調整方法送料時間一般在上死點前后為宜,這樣可避免沖頭干涉,一般取在曲柄轉角270°90°之間,如圖2所示。當曲柄在270°時，搖桿應位于下極限位置，由此可確定原動件上兩曲柄之間的夾角如圖2c)。當送料距離一定時,應盡可能加長送進時間, 通常用改變偏心的圓周位置來實現。圖2.機構送料與運動循環(huán)圖a) 機構送料周期 b) 運動循環(huán)圖 c) 確定原動件上兩曲柄之間的夾角(四).單邊輥軸送料裝置機構運動分析1.作滑塊7的位移線圖(s-)曲線,板料的位移曲線(s'-)。將曲柄lO1A的圓周按曲柄的轉向依

8、次分為12等分,另外補充沖頭開始沖壓時的一個位置,取曲柄1為原點,這時滑塊7在最高點(上死點),板料應進入送進階段,使曲柄按圖2所示轉向依次轉到各個位置,可找出滑塊7上C點的位置和板料移動的距離,取長度比例尺s及時間比例尺t=T/L=60/n1L (s/mm),分別作滑塊的位移線圖和板料的位移線圖(一個周期內)。式中L為圖上橫坐標的長度。2.用圖解微分法分別作滑塊和板料的速度線圖(v-t曲線)下面以圖3為例來說明圖解微分法的作圖步驟,圖3為某一位移線圖, 曲線上任一點的速度可表示為:其中dy和dx為s=s(t)線圖中代表微小位移ds和微小時間dt的線段, 為曲線s=s(t) 在所研究位置處切線

9、的傾角。上式表明,曲線在每一位置處的速度v與曲線在該點處的斜率成正比,即vtg,為了用線段來表示速度,引入極距K(mm),則 式中v 為速度比例尺,v = s/tK ( m/s/mm )。K為直角三角形中角的相鄰直角邊時,(Ktg)為角的對邊。由此可知,在曲線的各個位置, 其速度v與以K為底邊,斜邊平行于s=s(t)曲線在所研究點處的切線的直角三角形的對邊高度(Ktg)成正比。該式正是圖解微分法的理論依據,按此便可由位移線圖作得速度線圖(v-t曲線),作圖過程如下:先建立速度線圖的坐標系v-1-t(圖4),其中分別以v和t作為v軸和t軸的比例尺, 然后沿軸向左延長至o點,使o0= K(mm),

10、距離K稱為極距,點o為極點。過o點作s=s( t)曲線(圖3)上各位置切線(圖3中僅畫出曲線上3'的切線)的平行線o2"、o3".等,在縱坐標軸上截得線段12"、13"、14".等。由前面分析可知,這些線段分別表示曲線在2'、3'、4'. 等位置時的速度,從而很容易畫出位移曲線的速度曲線(圖4a)。上述圖解微分法稱為切線法。該法要求在曲線的任意位置處很準確地作出曲線的切線，這常常是非常困難的，因此實際上常用“弦線”代替“切線”，即采用所謂弦線法,作圖方便且能滿足要求,現敘述如下:依次連接圖3中s =s(t)曲線上

11、相鄰兩點,可得弦線1'2'、2'3'、3'4'.等(圖3中僅畫出弦線2'3',學生作圖時應嚴格畫出每一弦線),它們與相應區(qū)間位移曲線上某點(例圖3中N點)的切線平行。當區(qū)間足夠小時,該點(例N點)可近似認為在該區(qū)間(例2,3)中點的垂直線上。因此我們可以這樣來作速度曲線:如圖4b所示,按上述切線法建立坐標系v-1- t并取定極距K及極點o,從o點作輻射線o2'、o3'、o4'.等,使分別平行于弦線1'2'、2'3'、3'4'.并交縱坐標軸于2"、3&

12、quot;.等點。然后將對應坐標點投影相交,得到一個個小矩形(例圖4b中矩形2cd3),則過各矩形上底中點(例圖4b中e,f點等)的光滑曲線,即為所求位移曲線的速度線圖(v-t曲線)。3.用相對運動圖解法,分別作滑塊和板料的速度分析1).求VA'及VA vA=r 11 , v A=r1其中 1=2n/60 (rad/s)2) 列出向量方程,求VC ,VB3) 取速度比例尺v=VA'/pa'( m/s/mm ) ,作速度多邊行，將結果列入表2表2 滑塊，板料的速度分析匯總表 位置方法123456789101112圖解微分法求滑塊相對運動圖解法求滑塊圖解微分法求板料相對運動

13、圖解法求板料(五).單邊輥軸送料裝置的機構運動循環(huán)圖以滑塊最高點為曲柄轉動起點,當滑塊下行到開始沖壓時的轉角為沖壓始角, 沖壓完畢時的角度為沖壓終角,接著滑塊繼續(xù)下行到最低點再完成滑塊的上行動作。此時再找出曲柄轉動時,板料不動與板料送進時對應的轉角。應保證, 滑塊沖壓時板料處于不動的位置。為保證板料送進時,速度較低, 應盡可能的使板料送進時間大于板料不動的時間。(六).飛輪設計1.速度多邊形杠桿法原理（參考相關書籍）2.用速度多邊形杠桿法求等效構件的等效阻力矩步驟:將所有外力Fb，Fr，Fer，G7按同一方向轉90°,分別加到速度多邊形的相應點上,其中等效阻力矩Fer加在構件1的A&

14、#39;點上,且Fer O1A',注意Fer與A'的運動方向相反, 然后諸力對速度多邊形的極點p取矩,其中Fr值在未沖壓時Fr=0, 進入沖壓時Fr0, 所以在沖壓始點Fer也對應雙值(對應Fr=0與Fr0)。最后求得各個位置的等效阻力矩Mer=Fer·lO1A' (在沖壓點有雙值) 并將結果匯總列于表3表3 等效阻力矩Mer匯總表位置123456789101112 沖壓始點Fr0Fr0Mer3.確定飛輪的轉動慣量已知:速度不均勻系數,飛輪安裝在曲柄軸上,等效阻力矩值見表3,且驅動力矩為常數。要求:用米查爾洛夫法確定飛輪的轉動慣量JF。步驟:1.作等效阻力矩M

15、er線圖根據表3中已求得的等效阻力矩, 取力矩比例尺（·m/mm）， 曲柄的轉角比例尺2/L(rad/mm)，其中為橫坐標的長度（mm）。作曲柄在一個運動循環(huán)中的等效阻力矩er曲線如圖5a所示。2.用圖解積分法作等效阻力矩功er 線圖圖解積分法為圖解微分法的逆過程,茲不贅述。取極距（mm），用圖解積分法由力矩er曲線求得力矩所做的功er曲線（圖5b）。由于 d/ ddy/dx /()·（tg）·tg 其中 /（）故取er曲線縱坐標比例尺（mm）。（*求er的理論依據如下：3.作驅動力矩功d線圖和驅動力矩d線圖。由于在一個穩(wěn)定運動循環(huán)中，驅動力矩所做的功等于阻力矩所

16、做的功，又知驅動力矩為常數，所以連接er 曲線的始、末兩點的直線0e，即為d線圖，由d線圖可反求出驅動力矩d的大小，如圖5a所示。4.作動能增量線圖取比例尺 （mm），動能變化der，其值可直接由圖5b上d（）與er（）曲線對應縱坐標線段相減得到，由此可作出動能變化曲線（見圖5c）。5.作等效構件的動能線圖等效構件所具有的動能，等于機構所有構件動能之和，即 1/2（mivi2ii2）本例用上式計算出各個位置等效構件（即構件）的動能，并列于表，然后可畫出動能線圖（圖5d）。6.作動能變化與等效構件動能差值（）線圖取比例尺（）（/mm），既然比例尺都相同，在求作（）線圖時，的值可直接由圖5c與圖5

17、d上的對應縱坐標線段相減得到（見圖5e）。7.計算飛輪的轉動慣量在圖5e中，a和b兩點為等效構件轉速最大和最小位置，即max和min位置，對應的縱坐標為（）max和（）min。在 （）曲線上量取縱坐標最高和最低點之間的距離gf，并記住，則所以 飛輪轉動慣量的單位為kg·m。表4 等效構件動能ER匯總表位置123456789101112ER圖5 飛輪設計過程圖(七).思考題1.用相對運動圖解法對機構進行運動分析求速度和加速度時， 為什么必須嚴格按照桿組？2.如何用速度多邊形杠桿法直接求平衡力? 其原理和步驟又如何？3.在等效阻力矩線圖中，對沖壓始點，為什么er應取雙值？4.為什么說飛輪

18、在調速的同時還能起到節(jié)能的作用？為什么飛輪要盡量裝在高速軸上。四、單邊輥軸自動送料機構裝配圖設計1、了解沖床的結構尺寸2、繪制與沖床配套的機構裝配草圖3、繪制正式裝配圖（參考“機械工程及自動化簡明設計手冊”）4、繪制零件圖五、編寫計算說明書的要求計算說明書是學生說明自己的設計正確、合理，并供有關人員參考審閱的文件， 它是課程設計的重要組成部分。其內容大致包括：1設計題目，全部原始數據；2機構運動簡圖或設計方案的確定；3列出大小標題，簡要說明設計中所用的原理和方法， 并寫出必要的計算公式或向量方程式畫出向量多邊形；4用表格列出計算結果，并畫出主要曲線圖；5對結果和誤差進行分析討論；6對主要零部件（齒輪，軸，軸承）進行強度計算7列出主要參考書目。計算說明書要用16開報告紙書寫，語句簡捷，書寫工整， 最后附上“單邊輥軸送料裝置分析與設計圖”和“飛輪設計的過程圖”，并加上封面裝訂成冊，送交指導教師批閱。 參 考 資 料黃錫愷主編，機械原理第六版，高等教育出版社，1989劉天一主編，機械原理課程設計指導，南京機械專科學校 1993.10權修華主編，沖壓自動化與壓力機改造，安徽科學技術出版社，1992徐錦康主編，機械原理，高等教育出版社，2004.2葉偉昌主編，機械工程及自動化簡明設計手冊（上冊）第二版，機械工業(yè)出版社，2006.8 南京工程學院機械設計基礎課程設計任務書專業(yè)_班級_設計者