压床机构设计

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 xm 2140 x310ym 1 212CED 4F 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 xm 2140 x310ym 1 2 滑块 5 的行程为 210 12CED 4F 1 作机构运动简图 图 4 1 机构简图 2 长度计算 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 由条件可得 EDE 60 DE DE DEE 等边三角形 过 D 作 DJ EE 交 EE 于 J 交 F1F2 于 H JDI 90 HDJ 是一条水平线 DH FF FF EE 过 F 作 FK EE 过 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 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 机构运动速度分析 已知 190 minr 逆时针2 425 6nrads A1 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 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 逆时针 2 BCl 0 60 0 140 4 290rad s 顺时针 3Dlv 0 20 0 0525 3 809rad s 顺时针 4EFl 项 目 BC EFvS2 3S1 234 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 BABaLms 740nCC 2223 7 DD 486nFEEF snt tncCDBCBBaaa 大小 方向 C D CD B A BC C B 选取比例尺 a 0 04m mm s 2 作加速度多边形图 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 项目 BCE F2 S3 S 23 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 a 0 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 a 0 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 a 0 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 140am 21 4 经计算后取变位系数 5 39xin50 39xm 62 68 分度圆直径 55dZ 6610m 基圆直径 5cos 38bm 6975d 齿厚 5 2tan 10 6Sx 6 82 齿顶高 55 39ahm 664x 齿底高 55 62fac 6689h 齿顶圆直径和齿底圆直径 5527 aadm 0ff 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DE160 2 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 P120 P122 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