机械原理课程设计说明书

机械原理课程设计说明书专用精压机设计目录TOC\o"1-5"\h\z设计任务书2\o"CurrentDocument"工作原理及工艺动作简述2\o"CurrentDocument"原始数据及设计要求2\o"CurrentDocument"注意事项和难点提示3\o"CurrentDocument"主要工作机构工作原理的分析与说明.4\o"CurrentDocument"冲压机构4\o"CurrentDocument"送料机构4\o"CurrentDocument"动力装置及传动机构.4\o"CurrentDocument"机械运动方案的拟定5一、冲压机构5\o"CurrentDocument"方案一5方案一5\o"CurrentDocument"方案二6\o"CurrentDocument"方案四6\o"CurrentDocument"方案五7二、送料机构7\o"CurrentDocument"方案一直动推杆弹簧力凸轮机构.7\o"CurrentDocument"方案二摆动推杆沟槽凸轮-----摇杆滑块机构8\o"CurrentDocument"方案三圆柱凸轮----齿轮齿条机构8\o"CurrentDocument"方案四曲柄滑块机构8\o"CurrentDocument"方案五槽轮机构9\o"CurrentDocument"方案六四杆扇形齿条机构9初步讨论选定机构的设计计算过程及各阶段的结果10冲压机构10\o"CurrentDocument"送料机构12\o"CurrentDocument"传动机构13\o"CurrentDocument"最终方案的MAD演示效果14\o"CurrentDocument"机构运动分析校验计算16\o"CurrentDocument"C++程序编辑与验证19\o"CurrentDocument"机械工作循环图拟定的说明（协调性分析）22\o"CurrentDocument"设计心得体会24\o"CurrentDocument"参考资料目录25设计任务书工作原理及工艺动作简述本机可用于薄壁铝合金制造（如易拉罐类）静压深冲工艺，如附图1所示。加工时，上模1先以逐渐加快的速度接近坯料3,然后以匀速进行拉延成形，随后上模继续下行将成品5推出模腔4,最后快速返回。上模退出固定不动的下模后，送料机构的推料杆2从侧面将新坯料送至代加工位置，完成一个工作循环。附图1---冲头---推料杆---坯料---下模---工件---落料机原始数据及设计要求1）冲压执行构件，即上模的运动规律大致如附图2所示。具有快速接近工件（11），等速（近似）下行拉延（12）和快速返回的运动特征。2）制成品生产率约每分钟70件。3）上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。4）行程速比系数K>=1.3。5）坯料输送最大距离200mm。6）电动机功率可选用1.5KW，1400r/min左右（如Y90L-4）。

ss注意事项和难点提示1）本机主体工作机构为冲压机构。根据题设要求，用单一的基本机构。如偏置滑块机构等是难以实现的。需将几个基本机构加以组合，以尽可能地满足冲压拉延工作段的等速性能要求。2）送料机构是辅助工作机构，它需与冲压机构协调工作，实现间歇送料运动。3）各机构及传动系统的布局应紧凑合理，特别应注意毛坯和制成品在本机范围内的传输路线不干涉。为便于操作，工件送料传输平面标高以在100mm左右为宜。4）所有未给定的设计参数应由设计者自行确定。5）本机冲压机构应进行多方案对比，其设计方案评价的侧重点是机构的运动功能质量，并定性考虑机构的运动特性及加工制造的容易性等因素。主要工作机构工作原理的分析与说明冲压机构该机构为整台机器的主题部分，其运动规律及稳定性能将直接影响产品质量及生产效率。作为静压机构，其对压力的要求并不十分突出，但对冲头的位移及速度有严格的要求。1）急回运动凸轮机构和连杆机构均可以完成此运动。凸轮机构的缺点是凸轮轮廓与推杆之间为点线接触，易磨损，所以凸轮机构常用在传力不大的场合，不适合作主动件。2）急进稳压在整个冲压过程中，为提高效率，要求冲压快速接近工件，为保证产品质量，则要求在加工时（即冲头实施冲压时）冲头速度平稳。送料机构该机构在生产过程中处于辅助地位，运动要求较宽松，工艺动作可以选择较简单的凸轮机构。1）协调配合在冲头进入下模前，必须将加工料送至加工位置并将送料的推杆及时撤回。稍作停歇后，待冲压完成，回程推出下模后，再及时将下一份原料推到位，完成一次循环。2）减速送料由于待加工原料为铝合金薄板，质量小，光滑。当送料速度过大时，原料会由于惯性，在推杆回程后仍向前运动，而偏离加工位置。这就要求推杆运动能满足一个减速推进的过程，不至于原料因惯性而偏离加工位置。动力装置及传动机构由参考资料【2】电动机型号额定功率（kW）满载转速（r/min）额定转矩质量（kg）Y90L-41.514002.327由于实际生产效率九2=70r/min传动比i=20可选用传动齿轮箱或蜗轮蜗杆机构。

机械运动方案的拟定一、冲压机构方案一1）设计思路说明如附图3,此方案由两个四杆机构组成，构件1、2、3、6构成曲柄摇杆机构；构件3、4、5、6构成滑块机构，其中连杆长度为L。2）工作原理有急回特性，行程速比系数kk=180°+9180°-9a、b、c、d杆长的确定，对摆角、最小传动角、行程速比系数等有直接的影响。3）方案的优缺点评价优点：四杆机构的设计与制造费用低，基本满足运动要求，结构简单，较实用。缺点：横纵尺寸较大，造成机构总体尺寸较大，而且在要求运动形式转换方面不能准确的满足，并且其四杆和导杆滑块组合机构运动平稳性不是最好。方案二1）设计思路说明导杆机构，传动角90°，传动性能很好。而且导杆滑块的配合，使得二者之间的动压力很小，冲击很小，故可实现良好的传动性能。2）工作原理曲柄导杆一摇杆滑块组合机构来实现题目要求的冲压要求，而且导杆对机构的传动性能有利，满足机构的要求。3）方案的优缺点评价优点：导杆的传动角较大，传动性能良好，机构的冲击小，对机构的运动实现有力，而且方案实用性强。缺点：导杆机构的横向尺寸较大，由于导杆较长，使得其升角不能太大，放置不便。

方案三1）设计思路说明曲柄滑块机构，有急回运动。在对称位置用齿轮连接一个对称的曲柄。两个齿轮转向相反，滑块运动稳定。2）工作原理通过一对对称且初始位置确定的曲柄连杆来共同实现冲压这一运动过程。3）方案的优缺点评价优点：由于是对称的，便于对机构进行运动和机构分析，而且基本能够实现题目要求的传动特性，运动的平稳性较好。缺点：在对胚料进行冲压时，速度较大，不能够稳进冲压。而且有齿轮，生产加工，造价高。方案四1）设计思路说明2）双曲柄一一七杆机构，运动的输出以两反向曲柄，在保证运动轨迹的条件下，实现冲压3）工作原理给定曲柄一定的初始角，在满足传动比为1的条件下，实现单自由度的七杆机构机构。对于执行构件的运动规律，取决于四杆机构的输出点的运动，因此，难点在于确定该点的运

动。4）方案的优缺点评价优点：首先该机构运用齿轮的传动比为1这一特性，来实现单自由度的机构。确定输出点的运动规律，可以保持运动的平稳性较好，为冲压过程的稳压服务。缺点：由于杆件较多，对于杆件之间的协调和配合，即输出点运动的轨迹很难确定，而且采用齿轮造价较高，没有杆件经济，实用。方案五该冲压机构由凸轮一连杆组合机构组成，其中11、12和13为三根杆，P为齿轮，Q为凸轮，M为滚子，N为滑块。滑块固连在齿轮上随齿轮的转动而转动，凸轮固定不动，杆11随滑块的转动而转动，并带动杆12运动，最终使杆12上下往复运动，即构成完整的冲压运动。其尺寸大小为11>=200mm，12=350mm，13=340mm。其特点如下：1）采用凸轮机构只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到预期的运动规律；2）该装置结构比较简单，且能产生较大的冲击载荷；3）机构纵向尺寸太大，与送料机构搭配时不太方便，而且其传动角较小，传力性能不是很好，制造凸轮也比较复杂。二、送料机构方案一直动推杆弹簧力凸轮机构1）设计思路说明通过力封闭来设计推杆凸轮机构。2）工作原理通过弹簧的压缩和伸长来实现对直动推杆凸轮的间歇运动要求。3）方案的优缺点评价优点：易得到预期的运动规律，响应快速，机构简单紧凑。缺点：点线接触，易磨损，凸轮制造困难。

方案二摆动推杆沟槽凸轮“一摇杆滑块机构1)2)3)设计思路说明通过摆动凸轮是摆杆按照理想曲线，理想运动规律运动。使滑块运用理想。1)2)3)工作原理通过凸轮传动，摇杆滑块传动。使运动已知。方案的优缺点评价优点：易得到预期的运动规律，响应快速，机构简单紧凑。缺点：点线接触，易磨损，凸轮制造困难。几何封闭制作困难，且摩擦更大方案三圆柱凸轮-…齿轮齿条机构1）设计思路说明通过做成凸轮的凸槽中3迫使2摆动，使得推杆移动。2）工作原理推杆运用凸轮的曲线轮廓特性。3）方案的优缺点评价优点：易得到预期的运动规律，响应快速，机构简单紧凑。缺点：点线接触，易磨损，圆柱凸轮制造最困难。方案四曲柄滑块机构1）设计思路说明如何实现回转向移动的转换。2）工作原理通过曲柄的连续回转，使得滑块在平面内直_线上往复移动。3）方案的优缺点评价/"X---...优点：满足往复移动的要求，而且机构简单，实用性强。'务：缺点：需要对曲柄进行平衡计算，使得冲击\限制在一定的范围内，另外，通过电机的减、、*y速设备到达输出端曲柄的转动。

方案五槽轮机构1）设计思路说明2)3)毛坯做变速间歇直线运动，而槽轮机构可以实现间歇运动。工作原理间歇式运动，可以调节送料机构与2)3)方案的优缺点评价优点：槽轮机构结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能较稳定地、间歇地进行转位。缺点：传动时存在柔性冲击，对于减少工件由于惯性偏离位置有轻微的影响。方案六四杆扇形齿条机构其送料装置由平面四杆机构组成，其中CD杆固连在齿轮上，而AB杆与扇形齿轮构成一个构件，BC杆为连杆。通过BC杆带动扇形齿轮并传动齿条来实现送料运动，其中AB=115.5mm，BC=241mm，CD=89mm，AD=289mm，扇形齿轮的角度9>120°半径r=95.5mm，齿条长L=200mm。其特点如下：1、结构简单，具有急回作用，其行程数比系教=MB=1.3,满足行程数比系数的180°-9要求；2、机构的传动角较大，传动性能好；3、机构中有齿轮存在，制造复杂，不易加工，且横向尺寸大，纵向尺寸小，尺寸不是很合理。

初步讨论选定机构的设计计算过程及各阶段的结果冲压机构方案一设计内容计算及说明结果与结论作图法画出支座点位置因为k>=1.3,取k=1.4H=280mm，取e=180mm。计算极位夹角。e=180mme=30°ZAC1C2=^由正弦定理得由余弦定理整理得AC1=a+bAC2ZAC1C2=^由正弦定理得由余弦定理整理得AC1xsin/=esin/b-asin。H(1+cos0)a2+(1-cos0)b2=g2/2有以上三个式子得

两杆杆长分别为：H2eH11+(Z)4a2ian0sin。a=113.34mmH2eH11一+(——x+—-)42xan0sin。b=337.12mm方案二=1.466=1.466作图法：画出支座点位置A,取一半径AB作圆，因为K>=1.3,即0223.48°。取0=34°，计算行程速比系数K180°+0K=-180°-0根据经验取一摆角W=54°,连接BC,作ZDCB=9O°,ZCDB=0=34°,得OBCD。则四杆机构的另一机架位置在OBCD上，根据经验选取E点为机架位置，连接CE与BE就可求出四杆机构。再根据冲压机构位移与转角之间的关系将下压过程中的转角分为80°、60°、75°，并找出它们各自在弧BC上对应的点，以对应点为圆心以杆d的长度(任选)为半径作圆，再找一直线与四个圆相交的三段线段的长度之比大约为1:1:1(90:100:90)，则这条直线方向即为杆e的方向。计算自由度kK=3x5—2X7=1由画图法得：a=95.36mm，b=216.75mm，c=245.88mm，d=184.41mm。冲压机构选用方案二。送料机构方案一：曲柄滑块机构该机构结构简单，具有急回的特点，适合与冲压机构一起作协调设计，且制造简单，安装方便，经济实惠。方案二：直动推杆弹簧力凸轮机构该机构运动特点明显，且易于控制位移与转角之间的关系。但凸轮机构的成本较高，且需定做，寿命较低。而且所需的弹簧不好确定，维护不易。故送料机构选用方案一。

传动机构d.巳仔匚齿轮3齿轮2-齿轮3\、…"如图为传动机构，齿轮为开式齿轮，选用的模数m=2.5,共有三种齿轮，齿数分别为Z1=20，Z2=100，z3=80。具体设计从略，联轴器与轴的设计也从略。名称计算公式模数（m）2.5压力角（a）20°齿宽（B）分度圆直径（d）mXz齿顶高（ha）h*Xma齿根高（％）(h*+c*)Xma齿全高（f）(2Xh*+c*)Xma齿顶圆直径（d/(z+2h*)Xma齿根圆直径（d「）(z—2h*-2c*)Xma齿距（p）nXm齿厚（s）nXm：2齿槽宽（e）nXm：2顶隙（c*）c*Xm标准中心距皿）(z1+z2)Xm：2传动比（i）Z2：Zi

最终方案的MAD演示效果最终所选方案组合后的方式如图:齿数分别为独】00.20,翊下图左图是上模开始时刻的机构极限位置图，右图是上模完成时刻的机构极限位置图。位移图速度图加速度图下图是送料的极限位置图加速度图:机构运动分析校验计算图解法：行程速比系数K：K=180°+。180°-。四杆有曲柄的条件：一a+d<b+c,且a为最短杆。传动角Y出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处，取b2+c2—(d—a)2Y1=arccos2bcb2+c2—(d+a)2Y=arccos七2bc或r=180°-arccosb2+c2-(d+a)222bc解析法：建立如图所示的直角坐标系。设构件1的长度L］，其副角为％，-为构件1的杆矢量，即—=—L1AB机构中其他杆件均可表示为相应的杆矢量，这样就形成了由4个杆矢量组成的一个封闭的矢量多边形，即ABCDA。即—+———-——=—L1L2L3L40为四个机构的封闭矢量位置方程式。对于一个特定的四杆机构，其各个构件的长度和原动件1的运动已知的前提下，可得两个未知副角。2和。3。所有副角都是逆时针方向为正，顺时针为负。1.位置分析将上述封闭矢量位置方程改写成为复数矢量的形式：L1ei01+L2ei02=L4+L3ei03⑴图中d=Jr,+「4-2r1r4cos。】⑵运用欧拉公式展开后可求r2。=cos-1(r2-r2；d2)-tan-1(r1sin0i)2I2&d，七4-七cos。］

(3)0=n-cos-i仰f；d2)-tan-i((3)32rdr-rcos0'3411/（4）2,速度分析将（2）式对时间t求一次导，可得r0iei03=r0iei0i+r0iei02331122（5）式中01——曲柄的角速度；02——连杆的角速度；03——摇杆的角速度。每项运动学意义如下：ri01iei01——曲柄B点的线速度，大小为r101，方向垂直于曲柄，逆时针方向。r202iei02连杆C点相对于B点相对速度，大小为r202方向垂直于连杆，逆时针方向。r303iei03——摇杆C点的线速度，大小为r303，方向垂直于摇杆，逆时针方向。其中，01为已知量，需求和02，03将(5)按欧拉公式展开可求得其角速度：_r101sin(01-0（6）02=r2sin(02（6）_r101sin(01-003=r3sin(03-02（7）3.加速度分析将方程(5)对时间t一次求导，可得r02(-iei03)+r0iei03=r02(-60」+r02|-eie1)+r02(-00」+r0iei0233333111111111222（8）式中，01——曲柄的角加速度；02——连杆的角加速度；03——摇杆的角加速度。式（8）中各项的运动学意义如下：从左至右第一项一一摇杆C点的法向加速度，203第二项一一摇杆C点的切向加速度，逆时针方向，大小为r303；第三项——曲柄B点的法向加速度，方向由B指向A，大小为r102；第四项一一曲柄B点的切向加速度，逆时针方向，大小为F191；第五项一一连杆C点相对于B点的法向加速度，方向由C指向B，大小为r2鬼;第六项一一连杆C点相对于B从左至右第一项一一摇杆C点的法向加速度，203式(8)中al已知，需求a2和a3，可得312L1cos(01—02)+322L2—332L3cos(03—02)a=3L3sin(03—02)(9)—312L1cos(01—03)—322L2cos(02—03)+332L32=,_:L3sin(02—03)(10)4.E点的速度和加速度：—=一+-+-

LEL1ab即-=L1ei01+aei02+bei(02+9o°)(12)将上式对时间t分别求一次和二次导数，并经变换整理可得VE和aE的矢量表达式，即一E=-[叩1sin01+-2(asin02+bcos02)]+「"1cos01+3(acos0—bsin0)]222(13)-=—[w2Lcos0+a(asin0+bcos0)]+32(acos0+bsin0)+aE111222222i[—32L1sin01+a2(acos02—bsin01)—32(asin02+bcos02)](14)C++程序编辑与验证#include"iostream.h”#include"math.h”#include"string.h”#include"stdio.h”#include"stdlib.h”#include"iomanip.h”#defineP3.1415926voidmain(){doubleq(0),w(70),e,X,Y,Z,c1,c2,c3,c4,s,v,a,v1,v2,v3,a1,a2,a3;FILE*fp;fp=fopen("q.txt","w");while(q<=355){e=P*q/180;X=72430.48+41969.84*sin(e)-7222.57*cos(e);Y=46894.23*sin(e)+108216.71;Z=46894.23*cos(e)-18622.95;c1=asin(X/sqrt(Y*Y+Z*Z))-asin(Z/sqrt(Y*Y+Z*Z));s=245.88*sin(c1)-sqrt(34007.05-(254.8-245.88*cos(c1))*(254.8-245.88*cos(c1)))+113.53;c2=(48483.47+42586.77*cos((q+80)*P/180))/106588.98;c3=P-acos(c2);c4=acos((254.8-245.88*cos(c1))/184.41);v1=95.36*w*sin(P-c3-c1-e)/60/sin(c3);v2=95.36*w*sin(c1-e)/60/sin(c3);v3=v1*sin(c1)/sin(c4);v=v1*cos(c1)+v3*cos(c4);a1=(v1*v1/245.88-95.36*w*w/60*cos(c1-e)-v2*v2/216.75*cos(P-c3))/sin(P-c3);a2=v2*v2/216.75*sin(P-c3)+95.36*w*w/60*sin(c1-e)-a1*cos(P-c3);a3=(v3*v3/184.41*cos(c4)+a2*sin(c1)+v1*v1/245.88*cos(c1))/sin(c4);a=a2*cos(c1)+a3*cos(c4)+v3*v3/184.41*sin(c4)-v1*v1/245.88*sin(c1);fprintf(fp,"%10.0f%s",q,"");fprintf(fp,"%10.4f%s",s,"");fprintf(fp,"%10.4f%s",v,"");fprintf(fp,"%10.4f%s",a,"");fprintf(fp,"\n");q=q+5;}fclose(fp);}

输出结果:角度路程速度加速度角度路程速度加速度019.060377.94177140.7706180277.302216.5752-22807.3219525.198568.61026388.7672185277.999259.2363-23399.00171031.872159.19365638.1464190277.4691101.4483-23578.36951538.991549.67754894.9449195275.6655140.7054-23342.95362046.478240.04694163.2738200272.5882174.9669-22749.06392554.263730.28613445.6849205268.2761203.0086-21887.62363062.289020.37892743.4679210262.7912224.4695-20853.59593570.502810.30882056.8956215256.2039239.6641-19724.25344078.86130.05991385.4304220248.5794249.3129-18550.72714587.3271-10.3822727.8993225239.9709254.3113-17358.97905095.8681-21.028082.6405230230.4170255.5793-16154.693955104.4570-31.8829-552.3753235219.9426253.9827-14928.521360113.0701-42.9441-1179.4498240208.5629250.3017-13660.319365121.6870-54.1982-1801.0882245196.2889245.2225-12322.431470130.2898-65.6179-2419.9567250183.1367239.3354-10882.686675138.8624-77.1594-3038.8689255169.1380233.1317-9308.088480147.3903-88.7592-3660.7981260154.3543226.9920-7570.163385155.8600-100.3313-4288.9191265138.8926221.1693-5652.546290164.2582-111.7646-4926.6741270122.9217215.7705-3560.301295172.5723-122.9202-5577.8627275106.6832210.7484-1328.6911100180.7892-133.6301-6246.749428090.4933205.9168972.6673105188.8953-143.6950-6938.183528574.7280200.99943244.4894110196.8762-152.8827-7657.718929059.7923195.70485372.7360115204.7158-160.9269-8411.719829546.0760189.80467250.0504120212.3961-167.5251-9207.427230033.9098183.18548796.0026125219.8963-172.3362-10052.946730523.5323175.85669968.7744130227.1914-174.9784-10957.093631015.0765167.919610765.5081135234.2517-175.0257-11928.99033158.5753159.520011213.8467140241.0403-172.0070-12977.25353203.9798150.804911359.8169145247.5117-165.4072-14108.52153251.1831141.896111256.5829150253.6095-154.6786-15324.98793300.0422132.879210956.3925155259.2633-139.2676-16620.56773350.3967123.806010506.0224160264.3872-118.6730-17975.49073402.0816114.70109944.9515165268.8776-92.5486-19349.77443454.9361105.57009305.2392170272.6149-60.8620-20677.53243508.808596.40768612.2590175275.4674-24.0953-21866.334535513.558987.20277885.7339路程300250200150100500度0505081504050—路程523013592O8Z5bz052532022502300250200150100500-50-100-150-200、士速度Odmnm^5920825bzCUTN53202250215000-25000-30000加速度1000050000-5000-10000-15000-20000cxmnm^592082LAOMCUTN532022502加速度机械工作循环图拟定的说明（协调性分析）1）时空的协调性冲压机构由工作行程和回程两部分组成。送料运动为间歇性的，即送料构件将原料送入模孔上方后冲头才可以进入模孔进行冲压、当冲头上移一段距离后才能进行下次送料动作。所以在冲压之前送料机构必须把坯料送至模孔等待冲压。2）机构布局的合理性尽量在保证机构的运动协调的基础上，机构布局的合理性。布局应紧凑，因为本身对于杆件机构占用空间较大，所以，考虑到合理布局是必要的。

开始冲压工件时刻具体机构循环图如下:直角坐标式运