機械原理課程設計

1、機械原理課程設計題目：15噸壓片機設計學院：機電工程學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化（卓越）學號：姓名：指導老師：黃2015年7月13日目錄緒論. 1 第一章課程設計題目1.1設計題目15噸壓片機設計. 21.2原始數據及設計要求 . 2 1.3設計任務. 3 第二章課程設計題目分析2.1 工藝動作分解. 4 2.2 由工藝動作分解畫出各部件的循環(huán)圖. 5第三章主要執(zhí)行構件的設計3.1主要執(zhí)行機構方案設計. 6 3.2構件組合方案設計.  93.

2、3主要執(zhí)行構件的尺寸設計. 11第四章傳動系統(tǒng)的方案設計和計算4.1電機功率驗證. 15 4.2各傳動機構的優(yōu)缺點對比. 15 4.3傳動比分配及各齒輪齒數確定. 19 4.4機器不穩(wěn)定系數的調節(jié). 20 第五章運動分析仿真及設計體會第六章參考文獻- 25 -緒論隨著科學技術日新月異和工業(yè)生產的飛躍發(fā)展，國家各個部門迫切需要各種各樣的性能優(yōu)良的機械產品。其中，機械的設計環(huán)節(jié)是決定產品性能、質量、水平、市場競爭能力和經濟效益的重要環(huán)節(jié)。一個產品的設計包括機械設備的功能分析、工作原理方案設計和機械運動方案設計

3、，加工條件，加工成本等。如果涉及存在問題，那么很可能造成機械產品災難性的破壞。因此學生進行機械原理設計能力的實踐是設計出優(yōu)良產品的必要前提和保障。也是提升學生動手能力的一種方式。機械原理課程設計是在我們學習了機械原理之后的實踐項目，通過老師和書本的傳授，我們了解了機構的結構，掌握了機構的簡化方式與運動規(guī)律。偉大的領袖鄧小平說過，我們要理論與實踐相結合，這便是課程設計的目的所在。第一章課程設計題目1.1設計題目15噸壓片機設計1.功能總要求：將干粉料壓制成圓形片胚2.工作原理及工藝動作分解15噸壓片機的工作原理及工藝動作分解如下圖1.所示。移動粉篩3至模具1的型腔上方等待裝料，并將上一循環(huán)已成型

4、的工件2推出(卸料)；然后粉篩振動，將粉料篩入型腔；下沖頭5下沉一定深度，以防止上沖頭4向下壓制時將粉料撲出；然后上沖頭向下，下沖頭向上加壓，并在一定時間內保持一定的壓力；而后上沖頭快速退出，下沖頭隨著將成型工件推出型腔。圖1-11.2原始數據及設計要求  1.被壓工件的外形是直徑34mm，厚度5mm的圓形片坯。 2.沖頭壓力為15噸(150000N)。3.生產率為每分鐘25片。4.驅動電機的功率為2.2KW，940r/min。5.各執(zhí)行構件的運動參數為：(1)上沖頭行程為90100mm；(2)下沖頭5先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保壓)， 

5、60;繼而上升16mm后停歇，等粉篩將片坯推離沖頭后下移21mm；  (3)粉篩3在模具1的上方往復振動篩料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉篩復在臺面上右移約4550mm推卸成形片坯。 5.機器運轉不均勻系數為10%。1.3設計任務1.按工藝動作過程擬定機構運動循環(huán)圖 2.按選定的電動機和執(zhí)行機構的運動參數進行機械傳動方案的擬定。3.對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計4.對機構進行運動分析或仿真。 5.畫出最終方案的機構運動簡圖。  注意：n 執(zhí)行構件設計（例如平面連桿機構設計、凸輪機構設計等）n 傳動機構設計

6、（例如輪系設計、齒輪機構設計等）n 繪制機構運動簡圖（A3圖紙，需要按照所設計的尺寸繪制，關鍵尺寸須標注）n 執(zhí)行構件運動分析（位置、速度、加速度等），繪制分析圖（A3圖紙）n 凸輪輪廓曲線繪制（A3圖紙，需要按照所設計的尺寸繪制，關鍵輪廓尺寸須標注）n 從CAD文件中截取機構運動簡圖、機構分析圖、凸輪輪廓曲線圖插入說明書中n 對課程設計做一個簡要的總結n 課程設計說明書打印版（約5000字），具體格式參考畢業(yè)設計說明書撰寫格式；n 圖紙（機構運動簡圖、運動分析圖、凸輪輪廓圖），A3打印，圖紙要有圖框和標題欄，圖紙中的圖線、字體、標注等遵循制圖標準。第二章課程設計題目分析2.1工藝動作分解1.

7、如下圖2-1(1)所示，料篩在磨具上方振動降粉料注入直徑為34mm，深度為21mm的筒形型腔，然后向左退出一定的距離。2.如下圖2-1(2)所示，下沖頭下沉3mm，以防沖頭進入型腔時把粉料撲出。3.如下圖2-1(3)所示，上沖頭進入型腔3mm處。4.如下圖2-1(4)所示，上、下沖頭同時加150000N的壓力壓，各移動了8mm，此時保持一定的時間。5.如下圖2-1(5)所示，上沖頭快速退回，移動90mm，下沖頭隨著將成型工件推出型腔。6.如下圖2-1(6)所示，待上沖頭回到距離筒形79mm處，下沖頭將成型工件推出后，粉篩向右移動45mm推走篩片，接著粉篩振動，繼續(xù)下一個循環(huán)。圖2-12.2由工

8、藝動作分解畫出各部件的循環(huán)圖由上面的動作分解可以看出，由電機出發(fā)到工件成型主要由三部分構成，因此機構的運動可以分成三部分，即上沖頭部分、下沖頭部分和料篩部分。循環(huán)圖如圖2-2：圖2-2其中：1.一個循環(huán)周期T=60s/25=2.4s，一個周期2.4s亦可以看成轉一圈，即轉過360°，粉篩、上沖頭的平均速度大小設為相等。2.上、下沖頭以各自的位移最低點為零點，粉篩以位移最左點為零點。3.運動開始，粉篩位移從0經過0.3s后到達45mm處后開始振動，經過0.6s后振動結束，再經過0.3s粉篩到達最左點上，粉篩保持不動直到下個循環(huán)開始。4.下沖頭在21mm處保持靜止0.3s，0.42s后下

9、沖頭下降到3mm處，而后保持靜止1.2s，后下降到零點處，1.446s時下沖頭開始上升至8mm處，保持一段時間，2.31S時上升，2.4s至24mm處把成型件推出。5.上沖頭在靜止一段時間后開始下降,到距離零點8mm處，開始接觸到粉料，此時下沖頭在零點處，繼續(xù)下降到達零點，保壓一段時間后，快速上升，急回效果。第三章主要執(zhí)行構件的設計3.1主要執(zhí)行機構方案設計1.上沖頭(1)方案一：如圖3-1所示，桿1帶動桿2運動，桿2帶動桿4運動，桿帶動上沖頭運動。此方案保壓效果不好，急回效果難以實現，無法滿足運動要求，且此方案需要滑塊處摩擦較嚴重，需要大量的潤滑液，維護困難。故此方案不合理。自由度計算：n=

10、5，Pl=7，Ph=0，所以F=5x3-7x2=1圖3-1(2)方案二：如圖3-2所示，此方案桿1為原動件，使用曲柄搖桿機構，結構較為簡單，但其不能滿足保壓要求，且無急回效果，無法滿足題目要求，故此方案不合理。自由度計算：n=3，Pl=4，Ph=0，所以F=3x3-4x2=1圖3-2(3)方案三：如圖3-3所示，此方案使用曲柄搖桿機構和搖桿滑塊串接而成，桿1既可以使用桿結構，也可以使用凸輪結構，結構比較簡單，此方案能滿足保壓效果，也能滿足上沖頭預定行程要求，故此方案可行。自由度計算：N=5，Pl=7，Ph=0，所以F=5x3-7x2=1圖3-32.下沖頭如圖3-4所示,采用凸輪機構實現沖頭的規(guī)

11、律運動，結構簡單，易維護，容易實現行程要求。自由度計算：n=2，Pl=2,，Ph=1，所以F=2x3-2x2-1=1圖3-43.粉篩如圖3-5所示，為凸輪連桿機構，桿2與機架有彈簧相連實現自動回位，凸輪一部分設計成齒狀，結構簡單，符合運動要求，且有振動效果。自由度F=2x3-2x2-1=1圖3-53.2構件組合方案設計綜上所述得知，組合方案有3種，如下：方案一：圖3-6方案二：圖3-7方案三：圖3-8由前面分析知，相比之下方案三是最合理的。3.3主要執(zhí)行構件的尺寸設計各主要構件行程表構件上沖頭下沖頭粉篩行程/mm10024451. 上沖頭機構設計為方便計算，設1為搖桿結構，桿3和桿4長度相等，

12、上沖頭到達最低點時，桿1和桿2平齊。由尺寸圖3-9可知h=(l3+l4)-(l3+l4)cos=100由于擺角不宜太大，因此設l3、l4的擺角為30°，則由上式計算得：l3=l4=373mm。L1+l2=(l2-l1)cos+l3sin（1）(l2-l1)sin=h/2=50 （2）由于l3、l4尺寸已經確定，因此上面（1）（2）式中還有三個未知數，l1、l2滿足所對應的曲柄搖桿機構條件即可。 圖3-9因此,設=10°,則經計算得:l1=90mm,l2=380mm,l5>100mm，為節(jié)省材料，因此設l5=120mm。2.下沖頭機構設計此機構較為簡單，由于對心，凸輪的

13、行程即為下沖頭行程。(1)下沖頭機構凸輪設計說明：為了避免振動和沖擊，使機構能穩(wěn)定運作，取從動件在轉折處以適當的圓弧過渡。角度/°045456363180180183183217217224224347347360行程/mm242433300088824(2)桿2尺寸設計較寬松，符合總體要求即可，因此設桿2長度為50mm。3.粉篩機構設計此機構較為簡單，由于對心，凸輪的行程即為下沖頭行程。(1)粉篩機構凸輪設計說明：為了達到振動的目的，避免過大的沖擊，使機構能穩(wěn)定運作，取從動件在轉折處以一定半徑的圓弧過渡角度/°04545135135180180360行程/mm04545（

14、振動狀態(tài)）4500(2)桿2尺寸設計較寬松，符合總體要求即可，因此設桿2長度為100mm。各機構桿長長度表機構桿1桿2桿3桿4桿5上沖頭機構90380373373120下沖頭機構50粉篩機構100第四章傳動系統(tǒng)的方案設計和計算4.1電機功率驗證一個周期的時間：T=60s/25=2.4s若忽略摩擦力，則一個周期所消耗的功幾乎消耗在壓制階段，所以一個周期內所消耗的功為：W=F·s=150000x(21-5)·10-3·1/2=1200J （壓制階段壓力近似與距離成正比）所以一個周期內的功率：P平均=W/T=1200J/2.4s=500W由于現實中存在這不可避免的摩擦力

15、，以及傳動效率小于1以及實際中其他的一些輸出等，所以實際平均功率設為計算的平均功率的2倍，即：P總平=12·P平均=2x50W=1000W<P電機一個周期內所消耗的總功為：W總=P總平·T=1000Wx2.4s=2400J電機的功率是能夠滿足要求的。4.2各傳動機構的優(yōu)缺點對比1.齒輪傳動機構齒輪傳動是一種嚙合傳動，可以分為兩軸平行的齒輪機構和兩軸不平行的齒輪機構。主要優(yōu)點：(1)傳遞運動可靠，瞬時傳動比恒定。 (2)適用的載荷和速度范圍大。(3)使用效率高，壽命長，結構緊湊，外尺寸小。(4)可傳遞空間任意配置的兩軸之間的運動。主要缺點：(1)螺旋傳動、帶傳

16、動相比，振動和噪聲大，不可無級調速。(2)傳動軸之間距離不可過大。(3)加工復雜，制造成本高。2.鏈傳動機構鏈傳動主要由主、從動鏈輪、鏈條組成。主要優(yōu)點：(1)與帶傳動相比平均傳動比準確，傳動功率大，輪廓尺寸小。(2)與齒輪傳動相比，傳動中心距大。(3)能在低速重在、高溫環(huán)境惡略條件下工作。(4)效率高，最大可達0.99。主要缺點：(1)不能保持恒定的瞬時傳動比。(2)鏈單位長度重量大，引起噪聲。急速反向性能差，不能由于高速。 3.帶傳動機構：帶傳動傳動是利用膠帶與帶輪間的摩擦傳遞運動和力。帶傳動機構中所采用的帶可分為：平帶、三角帶、圓形帶和齒形帶。平帶傳動由開口式傳動、交叉式傳動和

17、半交叉式三種。傳動比：i=n2/n1=d1/d2主要優(yōu)點：(1)運動平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖沖擊和吸振。(2)結構簡單，傳動距離遠。(3)制造和安裝簡單，維護方便，不需潤滑。(4)過載打滑，可起保護作用。主要缺點：外尺寸大，效率低，壽命短，傳動精度不高。4.蝸輪蝸桿傳動機構蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內相當于齒輪與齒條,蝸桿又與螺桿形狀相似。主要優(yōu)點：(1)可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構緊湊。(2)兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構。(3)蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。(2)具有自鎖性。當蝸

18、桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機械中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起安全保護作用。主要缺點：(1)傳動效率較低，磨損較嚴重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴重、發(fā)熱嚴重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高。(2)蝸桿軸向力較大。 綜合比較各個傳動機構的優(yōu)缺點，結合壓片機設計要求（傳動比要求穩(wěn)定），由于齒輪傳動比可靠，所以所有傳動以齒輪實現。4.3傳動比分配

19、及各齒輪齒數確定設上沖頭機構搖桿轉速、齒數分別為n上、Z上，下沖頭機構凸輪轉速、齒數分別為n下、Z下，粉篩機構凸輪轉速、齒數分別為n粉、Z粉。則兩個凸輪及搖桿的轉速均為：n上=n下=n粉=25r/min由題目知：電機轉速為：n電機=940r/min所以總傳動比為：i總=940/25=37.6由于傳動比過大，所以宜采用分級傳動的方案，如圖4-1為一減速器簡圖圖4-1設從減速器看來后即可達到1/2個工作周期的轉速，即：n4=1/2·n上=1/2·n下=1/2·n粉Z上=Z下=Z粉所以i總=Z2/Z1·Z3/Z2·Z上/Z4=37.6設i12=4，i

20、23=4.7，設Z1=10，則Z2=40，設Z2=10，則Z3=47，設Z4=20。則Z4=1/2·Z上=1/2·Z下=1/2·Z粉各級傳動比表I級傳動II級傳動III級傳動總傳動傳動比44.7237.6各齒輪齒數表齒輪構件齒輪1齒輪2齒輪2齒輪3齒數10401047齒輪構件齒輪4上沖頭機構連接搖桿的齒輪下沖頭機構連接凸輪的齒輪粉篩機構連接粉篩的齒輪齒數204040404.4機器不穩(wěn)定系數的調節(jié)機械動能的增量為：E=Wd()-Wr()速度不均勻系數為：=(max-min)/m由題目要求知:=0.1機器的速度不均勻系數不得超過允許值，即：=0.1因此，為了滿足題目要

21、求，現設計一個具有很大轉動慣量的回轉構件飛輪安裝在電機轉動軸上，以調節(jié)機械的周期性運動波動。計算最大盈虧功：Wmax=Emax-Emin由上面驗證發(fā)動機功率可知：在此處鍵入公式。WmaxW=1200J所以飛輪的等效轉動慣量的近似計算有：JF900Wmax/(2n電機2)JF900x1200/(29402x0.1)計算得：JF =1.24kg·m2飛輪尺寸的確定：求得飛輪的轉動慣量以后，就可以確定飛輪的尺寸。設計時是以最少的材料獲得最大的轉動慣量JF,即應把質量集中在輪緣上，故飛輪常做成圖4-2所示的形狀。與輪緣相比，輪輻及輪轂的轉動慣量較小可忽略不計。圖4-2輪緣的轉動慣量近似為：JF =1.24kg·m2GAD2/(4g)式中，GA為輪緣的重量，D為自定半徑。飛輪的平均半徑D（m），輪緣寬度b（m），材料單位體積的重量（N/m3 )。飛輪輪緣的重量GA=4g·JF/D2=DHb取=80000N/m