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壓床機構(gòu)設(shè)計-機械原理課程設(shè)計說明書

上傳人:jun****875 文檔編號:23624676 上傳時間:2021-06-10 格式:DOC 頁數(shù):21 大小:1.06MB
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1、 壓床機構(gòu)設(shè)計說明書 班級 :XXXX 學(xué)號 :XXX 姓名 :XX 完成日期: XXXX年XX月 一、壓床機構(gòu)簡介 2 1.壓床機構(gòu)簡介 2 2.設(shè)計內(nèi)容 3 (1)機構(gòu)的設(shè)計及運動分折 3 (2)凸輪機構(gòu)構(gòu)設(shè)計 3 二、執(zhí)行機構(gòu)的選擇 4 方案一 4 (1)運動分析 4 (2)工作性能 4 (3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 5 方案二 5 (1)運動分析 5 (2)工作性能 6

2、(3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 6 方案三 6 (1)運動分析 7 (2)工作性能 7 (3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 7 選擇方案 7 三、主要機構(gòu)設(shè)計 8 1、連桿機構(gòu)的設(shè)計 8 2、凸輪機構(gòu)設(shè)計 8 四、機構(gòu)運動分析 13 五、原動件原則 16 六、傳動機構(gòu)的選擇 16 七、運動循環(huán)圖 18 八、設(shè)計總結(jié) 19 九、參考文獻 20 一、壓床機構(gòu)簡介 1.壓床機構(gòu)簡介 壓床機械是被應(yīng)用廣泛的鍛壓設(shè)備它是由六桿機構(gòu)中的沖頭(滑塊)向下運動來沖壓機械零件的。其執(zhí)行機構(gòu)主要由連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組成。圖1為壓床機械傳動系統(tǒng)示意圖。電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動三級齒輪減速傳動裝置后,帶動沖

3、床執(zhí)行機構(gòu)(六桿機構(gòu),見圖2)的曲柄轉(zhuǎn)動,曲柄通過連桿,搖桿帶動沖頭(滑塊)上下往復(fù)運動,實現(xiàn)沖壓零件。在曲柄軸的另一端,裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副的油泵凸輪機構(gòu)。 2.設(shè)計內(nèi)容 (1)機構(gòu)的設(shè)計及運動分折 已知:中心距 x1、x2、y, 構(gòu)件4 的上、下極限角,滑塊的沖程 H,比值 CB/BO4、CD/CO4,各構(gòu)件質(zhì)心 S 的位置,曲柄轉(zhuǎn)速 n1。 要求:將連桿機構(gòu)放在直角坐標系下,編制程序,并畫出運動曲線,打印上述各曲線圖。 (2)機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 已知:各構(gòu)件的重量 G 及其對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量 Js(曲柄2 和連桿5的重力和轉(zhuǎn)動慣量略去不計),阻力線圖(

4、圖 9—7)以及連桿機構(gòu)設(shè)計和運動分析中所得的結(jié)果。 要求:通過建立機構(gòu)仿真模型,并給系統(tǒng)加力,編制程序求出外力,并作曲線,求出最大平衡力矩和功率。 方案 G3 G4 G6 Fmax Js3 Js4 值 72kg 50kg 40kg 4200N 0.35kg.m2 0.22 kg.m2 (2)凸輪機構(gòu)構(gòu)設(shè)計 已知:從動件沖程 H,許用壓力角[α].推程角 δ。,遠休止角 δ?,回程角 δ,從動件的運動規(guī)律見表 3,凸輪與曲柄共軸。 要求:根據(jù)給定的已知參數(shù),確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸,并將運算結(jié)果寫在說明書中。將凸輪機構(gòu)放在直角坐標系下,編制程序畫出凸輪機構(gòu)

5、的實際廓線,打印出從動件運動規(guī)律和凸輪運動仿真模型。 設(shè)計內(nèi)容 連桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析 單位 mm () mm r/min 符號 X1 X2 y ρ ρ H CB/BO4 CD/CO4 n1 BS2/BC DS3/DE 數(shù)據(jù) 30 140 160 60 120 150 1/2 1/4 90 1/2 1/2 表3 二、執(zhí)行機構(gòu)的選擇 方案一 (1)運動分析 該執(zhí)行機構(gòu)中不考慮凸輪機構(gòu),活動構(gòu)件數(shù)n=5,低副數(shù)目Pl=7,高副數(shù)目Ph=0,不存在虛約束等,由

6、以上條件可知機構(gòu)自由度F=1,機構(gòu)具有確定的自由度。電動機通過減速傳動機構(gòu)(齒輪傳動)帶動原動件曲柄1做勻速圓周運動,原動件曲柄1帶動連桿2運動,連桿2帶動擺桿5和連桿4運動,從而使滑塊4在豎直方向上做往復(fù)運動,從而實現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端,裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副的油泵凸輪機構(gòu)。 (2)工作性能 曲柄1做勻速圓周運動,連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度,擺桿5和連桿4也隨著連桿2的角度變化產(chǎn)生運動,從而使滑塊3速度變化,由于該機構(gòu)不存在急回運動,使得滑塊工作時的速度比較慢。在壓床工作時,要實現(xiàn)機構(gòu)的往返運動,必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作,在工作行程中,連桿2、4,擺

7、桿5,曲柄1也受到滑塊3的反作用力各桿受力彎曲,對各桿的彎曲強度要求比較高,特別是桿2。 (3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 優(yōu)點: 該機構(gòu)在設(shè)計上不存在影響機構(gòu)運動的死角,機構(gòu)在運轉(zhuǎn)工程中不會因為機構(gòu)本身的問題而突然停下來。機構(gòu)使用凸輪和連桿機構(gòu),設(shè)計簡單,維修、檢測都很方便。該機構(gòu)使用的連桿和凸輪都不是緊密的結(jié)構(gòu),不需要不需要特別的材料,加工工藝,具有很好的經(jīng)濟效益。 缺點: 機構(gòu)傳遞運動的構(gòu)件過多,而且對各構(gòu)件的強度要求相對較高,尤其是桿件2,不適用與較高的載荷。結(jié)構(gòu)過于分散,不能以較小的力獲得較大的效果。機構(gòu)越多傳遞效率越差,損耗越多。所以此方案不適用于壓床。 方案二 (1)

8、運動分析 該執(zhí)行機構(gòu)中不考慮凸輪機構(gòu),活動構(gòu)件數(shù)n=5,低副數(shù)目Pl=7,高副數(shù)目Ph=0,由以上條件可知機構(gòu)自由度F=1,機構(gòu)具有確定的自由度。電動機通過減速傳動機構(gòu)(齒輪傳動)帶動原動件曲柄1做勻速圓周運動,原動件曲柄1帶動連桿2運動,連桿2帶動擺桿3運動,滑塊5在擺桿3上滑動,滑塊,5和滑塊4通過轉(zhuǎn)動副相連接,從而使滑塊4在豎直方向上做往復(fù)運動,從而實現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端,裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副的油泵凸輪機構(gòu)。 (2)工作性能 曲柄1做勻速圓周運動,連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度,擺桿3也隨著連桿2的角度變化產(chǎn)生運動,從而使滑塊4、5速度變化。在壓床工作時,要

9、實現(xiàn)機構(gòu)的往返運動,必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作,在工作行程中,連桿2、擺桿3、曲柄1也受到滑塊4的反作用力各桿受力彎曲,對各桿的彎曲強度要求比較高,特別是桿3。 (3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 優(yōu)點: (1)該機構(gòu)在設(shè)計上不存在影響機構(gòu)運動的死角,機構(gòu)在運轉(zhuǎn)工程中不會因為機構(gòu)本身的問題而突然停下來。機構(gòu)使用凸輪和連桿機構(gòu),設(shè)計簡單,維修、檢測都很方便。 (2)結(jié)構(gòu)緊湊,傳動效果好,機構(gòu)運動過程中有急回運動,能獲得較大的效率。 缺點: (1)機構(gòu)對滑塊5和擺桿的要求較高,對滑塊5工作表面的摩擦系數(shù)要求比較高,對擺桿3的抗彎強度要求比較高,不適用于較高載荷。 (2)該機構(gòu)所占的空間比較

10、大。 方案三 (1)運動分析 該執(zhí)行機構(gòu)中不考慮凸輪機構(gòu),活動構(gòu)件數(shù)n=5,低副數(shù)目Pl=7,高副數(shù)目Ph=0,不存在虛約束等,由以上條件可知機構(gòu)自由度F=1,機構(gòu)具有確定的自由度。電動機通過減速傳動機構(gòu)(齒輪傳動)帶動原動件曲柄1做勻速圓周運動,原動件曲柄1帶動連桿2運動,連桿2帶動擺桿3運動,擺桿3帶動連桿4,從而使滑塊,5在豎直方向上做往復(fù)運動,從而實現(xiàn)壓壓床的功能。在曲柄軸的另一端,裝有供潤滑連桿機構(gòu)各運動副的油泵凸輪機構(gòu)。 (2)工作性能 曲柄1做勻速圓周運動,連桿2隨著曲柄1的周轉(zhuǎn)不斷的改變角度,擺桿3隨著連桿2的運動而運動,從而帶動連桿4的角度變化,從而

11、使滑塊5速度變化,由于該機構(gòu)存在急回運動,使得滑塊工作時的速度比較快。在壓床工作時,要實現(xiàn)機構(gòu)的往返運動,必須給曲柄增加一個力才能使其正常工作,在工作行程中,連桿2、4,擺桿3,曲柄1也受到滑塊5的反作用力各桿受力彎曲,對各桿的彎曲強度要求比較高。 (3)機構(gòu)優(yōu)、缺點 優(yōu)點: (1)該機構(gòu)在設(shè)計上不存在影響機構(gòu)運動的死角,機構(gòu)在運轉(zhuǎn)工程中不會因為機構(gòu)本身的問題而突然停下來。機構(gòu)使用凸輪和連桿機構(gòu),設(shè)計簡單,維修、檢測都很方便。 (2)結(jié)構(gòu)緊湊,傳動效果好,機構(gòu)運動過程中有急回運動,能獲得較大的效率。 (3)加工制造簡單,成本小,載荷沖擊較大,可以小批量生產(chǎn),使用壽命長 缺

12、點: 機械本身不可避免的存在一些問題。 選擇方案 設(shè)計要求我們使用壽命為十年,每日一班制工作,載荷為中等沖擊,允許曲柄,綜合比較上訴三種方案的優(yōu)缺點,考慮各種因素,最后選擇方案三為設(shè)計方案。 三、主要機構(gòu)設(shè)計 1、連桿機構(gòu)的設(shè)計 由圖可知 DD1=150mm ΔCC1O4為等邊三角形 四邊形CC1D1D為平行四邊形 CO4=C1O4=CC1=DD1=150mm CD=0.25CO4=37.5mm ∵CB=BO4/2 ∴BO4=100 tan∠O2O4E=0.1875 =>∠O2O4E=10.62 ∠B1O4O2=49.38 O2O4

13、=163mm 2BO4*O2O4*cos∠B1O4O2=BO42+O2O42-B1O22 =﹥ B1O2=123.87mm 2BO4*O4O2*COS∠BO4O2=BO42+O4O22-BO22 =﹥BO2=217.68mm =﹥ O2A=(O2B-O2B1)/2=46.905mm AB=O2A+O2B1=170.775mm 四桿長度:O2A=46.905mm AB=170.775mm BO4=100mm CD=37.5mm BC=50mm 2、凸輪機構(gòu)設(shè)計 凸輪機構(gòu)的設(shè)計及其運動曲線采用的是軟件編程制作,按照選擇數(shù)

14、據(jù)的設(shè)計要求推動從從動件8的推、回程運動規(guī)律均為正弦運動。正弦運動既無剛性沖擊又無柔性沖擊所以我們即按其正弦規(guī)律進行設(shè)計。解析法設(shè)計凸輪,需要求出凸輪輪廓曲線的解析函數(shù)式。盤形凸輪輪廓曲線是一種平面曲線,通??捎弥苯亲鴺藖砻枥L。按[α]確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑, ρmin,選取滾子半徑rr。下面按照給定已知條件來設(shè)計該凸輪的輪廓曲線。 符號 H [α] δ0 δ01 δ0' 單位 mm (0) 值 20 30 70 10 70 下面求凸輪的理論輪廓曲線方程: 以凸輪的基圓圓心為直角坐標軸的原點。Y 軸與推桿軌道,平行且

15、指向上方。因為理論廓線由推程、遠休止、回程和近休止四部分組成,所以輪廓的直角坐標 方程也分四段求出。 (1)推程部分:在此階段作等加速度上升。以下為運動位移方程: s=h[(δ/δ0)-sin(2πδ/δ0 )/(2π)] v=hω[1-cos(2πδ/δ0 )]/ δ0 a=2π h*sin(2πδ/δ0 )/ 由題意得 h=20 δ0=70 (2)遠休止部分:此期間推桿靜止,s=20mm,所以該部分凸輪廓線為一段圓弧其 半徑為 ,e=0。凸輪廓線的直角坐標參數(shù)方程為: x = R sin ? y = R

16、 cos ? 式中? 是圓弧上的點和原點之間的連線與 Y 軸的夾角。根據(jù)理論廓線在圖中的 幾何關(guān)系可得: (70≤δ≤80) (3)回程部分:以下為回程運動方程: s=h[1-(δ/ )+sin(2πδ/ )/(2π)] v=hω[cos(2πδ/ )-1]/ a=-2πhsin(2πδ/ )/ (4)近休止部分:運動到這一階段,推桿靜止,s=0,該部分凸輪的理論輪廓曲線為基圓的一部分圓弧。所以凸輪廓線的直角坐標參數(shù)方程為: x

17、= r0sin ? y = r0cos ? 式中 ? 是圓弧上的點和原點之間的連線與 Y 軸的夾角,根據(jù)理論廓線在圖中 的幾何關(guān)系,可得: 所以有 x=r0sin(δ+?) y=r0cos(δ+?) (150≤δ≤360) 3、 (1)凸輪基圓半徑()的確定: 我們選取凸輪基圓半徑r0=60mm,滾子半徑公式(0.1~0.15) r0,得出滾子半徑 9mm,根據(jù)方程,利用軟件編程,得出下圖。 凸輪的形狀 四、機構(gòu)運動分析 決定采

18、用proe5.0對運動連桿機構(gòu)進行運動學(xué)分析,下圖為連桿機構(gòu)運動曲線圖。 搖桿4的角速度曲線如下圖所示 搖桿4的角加速度曲線如下圖所示。 滑塊6的位移曲線如下圖所示 滑塊6的速度曲線如下圖所示 滑塊6的加速度曲線如下所示 五、原動件原則 由轉(zhuǎn)速 n2=90r/min,電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)要盡量小,選用一般用途的電動機。選擇電動機容量 Pmax=2.12kw ,Pw=Pmax/0.9=2.36 kw。工作機軸轉(zhuǎn)速n2= 90r/min??梢园锤骷夶X輪傳動比8~20,所以電動機轉(zhuǎn)速可選范圍: n=i*n2=(8~15)*90=7

19、20~1800 r/min。 考慮到總體選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y系列異步電動機 Y80M1-4,其滿載轉(zhuǎn)速n’=1390 r/min 六、傳動機構(gòu)的選擇 構(gòu)思一個合理的傳動系統(tǒng),它可將電機的高速轉(zhuǎn)動(1390 r/min)變換為執(zhí)行機構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動。構(gòu)思機構(gòu)傳動方案時,能較為合理地分配各部分的傳動比。 傳動裝置的總傳動比及其分配:由電動機的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw可確定傳動裝置應(yīng)有的總傳動比為: i=nm/nw nw=90 nm=1390 i=15.44 一級傳動比(皮帶傳動):i0=3 由電動機傳出的轉(zhuǎn)速為1390r/mi

20、n,經(jīng)過皮帶輪減速度變?yōu)?63r/min,再經(jīng)過齒輪減速最后輸出的速度為90r/min。如下圖: 齒輪箱中齒輪的齒數(shù)Z1=24;Z2=80;Z3=40;Z4=60; 根據(jù)傳動比i14=所有從動輪的齒數(shù)積/所有主動輪的齒數(shù)積 所以,二級傳動比(齒輪傳動) i14=80x60/24x40=5 所以總的傳動比 i=3x5=15 nw=nm/i=1390/15=93 r/min 且[(93-90)/90]100%=3.33% 在允許轉(zhuǎn)速偏差5% 內(nèi),所以基本符合要求。 七、運動循環(huán)圖 八、設(shè)計總結(jié)

21、 從課題發(fā)下來到上交已經(jīng)過了這么長時間了,在不斷的折磨中我終于把課程設(shè)計做完了,這其中經(jīng)歷了很多困難,從最開始的什么都不知道,從哪下手該怎么下手都不知道,到現(xiàn)在慢慢弄懂了些,雖然沒有做的很好,但我自己努力了,先設(shè)計的是六桿機構(gòu)各桿件的長度,通過上網(wǎng)找資料,借鑒別人的經(jīng)驗很快的就把桿件的長度給設(shè)計出來了,可是當我看到凸輪的時候,有點懵了,學(xué)的東西都忘了,然后我又跑回去看書復(fù)習(xí),種種速度運動規(guī)律終于明白了什么意思,這部分最難的就是凸輪基圓半徑的選取,在就是MATLAB編程了,基圓的半徑都是開始選取的時候以為有什么公式,結(jié)果做到最后還是自己隨便選取了一個最合適的值,通過這部分的設(shè)計,使得我對凸輪有了

22、一個更加深層次的認識,也使我對MATLAB有了一部分了解,設(shè)計完這部分之后就是各種軌跡曲線,速度曲線,加速度曲線的繪制,這部分內(nèi)容我是通過proe5.0來進行模擬的,通過自己設(shè)計的尺寸,在proe5.0中畫出實體,然后利用proe5.0中的機構(gòu)模塊進行運動學(xué)模擬,通過這部分的設(shè)計,特別是proe5.0的利用,我感覺到了自己知識的欠缺,自己的proe5.0水平還需要加強。 在設(shè)計的過程中,培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機械原理課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力,在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神,大家共同解決了許多個人無法解決的問題,在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足,在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團結(jié)。 九、參考文獻 孫恒 陳作模 葛文杰,機械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2006年5月 陳志民,AutoCAD 2010,機械工業(yè)出版社,2010

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