机械原理课程设计压床机构.doc

机械原理课程设计
说明书

姓 名： 李金发
学 号：
班 级：
指导老师：
成 绩：
辽宁石油化工大学
2017年12月8日
目录
一、机构简介与设计数据 3
1.1.机构简介 3
1.2机构的动态静力分析 3
1.3凸轮机构构设计 3
1.4.设计数据 4
二、压床机构的设计 6
2.1确定传动机构各杆的长度 6
三.传动机构运动分析 8
3.1.速度分析 8
3.1.1 8
3.1.2 9
3.2.加速度分析 10
3.2.1 10
3.2.2 12
3.3. 机构动态静力分析 14
3.3.1 14
3.3.2 17
四、凸轮机构设计 21
五、齿轮设计 22
5.1.全部原始数据 22
5.2.设计及计算过程 22
参考文献 23
一、机构简介与设计数据
1.1.机构简介
图示为压床机构简图，其中六杆机构为主体机构。图中电动机经联轴器带动三对齿轮将转速降低，然后带动曲柄1转动，再经六杆机构使滑块5克服工作阻力而运动。为了减少主轴的速度波动，在曲柄轴A 上装有大齿轮并起飞轮的作用。在曲柄轴的另一端装有油泵凸轮，驱动油泵向连杆机构的供油。

（a）压床机构及传动系统
1.2机构的动态静力分析
已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js(曲柄1和连杆4的重力和转动惯量（略去不计)，阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。
要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。
1.3凸轮机构构设计
已知：从动件冲程H，许用压力角[α ]．推程角δ。，远休止角δı，回程角δ'，从动件的运动规律见表9-5，凸轮与曲柄共轴。
要求：按[α]确定凸轮机构的基本尺寸．求出理论廓
线外凸曲线的最小曲率半径ρ。选取滚子半径r，绘制凸轮实际廓线。以上内容作在2号图纸上
1.4.设计数据
设计内容
连杆机构的设计及运动分析
符号

单位
mm
度
mm

r/min

数据
I
50
140
220
60
120
150
1/2
1/4
100
1/2
1/2
II
60
170
260
60
120
180
1/2
1/4
90
1/2
1/2
III
70
200
310
60
120
210
1/2
1/4
90
1/2
1/2

连杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定
[δ]
G2
G3
G5

N

1/30
660
440
300
4000
0.28
0.085
1/30
1060
720
550
7000
0.64
0.2
1/30
1600
1040
840
11000
1.35
0.39

凸轮机构设计
h
［a］
δ0
δ01
δ0ˊ
从动杆运动规律
mm
度
17
30
55
25
85
余弦
18
30
60
30
80
等加速
19
30
65
35
75
正弦
齿轮机构的设计
Z5
Z6
α
m
11
38
20
5
10
35
20
6
11
20
20
6
二、压床机构的设计

2.1确定传动机构各杆的长度
已知：X1=60, X2=170, y=260, ,，

如右图所示，为处于两个极限位置时的状态。
根据已知条件可得：
因为三角形DFF′是等边三角形

所以DE=H=180mm、CD=120mm、
而DE：EF=4：1
所以EF=45
又有勾股定理可得
AB=57.5 、BC=262.5
由上分析计算可得各杆长度分别为：

57.5mm
262.5mm
131.25mm
120mm
180mm
90mm
45mm

三.传动机构运动分析
3.1.速度分析
3.1.1
已知：逆时针；=n*2∏/60=9.42
VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s

大小 0.542
方向 　

大小 √
方向 铅垂　 ∥CD
选取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多边形如图所示；
由图分析得：
＝0.01×62.27=0.6227m/s
VcB=μV*bc＝0.01×35.51=0.3551m/s
ve＝μV*pe=0.01×93.13=0.9313m/s
＝0.01×91.44=0.9144m/s
＝0.01×55.86mm ＝0.5586m/s
Vs3=vc*3/4=0.467m/s
∴＝＝0.3551/0.2625=1.35rad/s (顺时针)
ω＝＝0.6227/0.12=5.19rad/s (逆时针)
ω＝＝0.0691/0.045=1.55rad/s (顺时针)
项目

数值
0.542
0.6227
0.9313
0.9144
0.5586
0.467
9.42
1.35
5.19
1.55
单位

3.1.2
已知：逆时针；=n*2∏/60=9.42
VB=wLab=9.42×0.0575=0.542 m/s

大小 0.542
方向 　

大小 √
方向 铅垂　 ∥CD
选取比例尺μV=0.01m/(s*mm)，作速度多边形如图所示；
由图分析得：
＝0.01×54.75=0.5475m/s
VcB=μV*bc＝0.01×15.61=0.1561m/s
ve＝μV*pe=0.01×82.13=0.8213m/s
＝0.01×76.61=0.7661m/s
＝0.01×51.55mm ＝0.5155m/s
Vs3=vc*3/4=0.4106m/s
Vfe=μV*fe=0.01×40.89=0.4089 m/s
∴＝＝0.1561/0.2625=0.5947rad/s (顺时针)
ω＝＝0.5475/0.12=4.5625rad/s (逆时针)
ω＝＝0.4089/0.045=9.086rad/s (顺时针)
项目

数值
0.542
0.5475
0.8213
0.7661
0.5155
0.4106
9.42
0.5947
4.5625
9.086
单位

3.2.加速度分析
3.2.1
9.422×0.0575 =5.108m/s2
=1.352×0.2625=0.48m/s2
=5.192×0.12=3.23m/s2
=1.552×0.045=0.108m/s2
= anCD+ atCD= aB + atCB + anCB
大小： ？ √ ？ √ ？ √
方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B
选取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多边形图

=0.025×131.73=3.29m/s2
=0.025×197.59=4.940m/s2
=0.025×329.44=8.236 m/s2
=0.025×25.69=0.6425m/s2
aF = aE + anFE + atFE
大小： √ ？ √ ?
方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE
aF=μa*pf=0.025×12.02=0.3 m/s2
as2=μa*ps2=0.025×48.21=1.205m/s2
as3=μa*ps3=0.025×98.8= 2.47m/s2
aE=μa*pe=0.025×197.59= 4.93m/s2
=8.236/0.2625= 31.38 rad/s（逆时针）
=0.6425/0.12=5.35 rad/s （顺时针）
项目

数值
5.108
3.29
4.94
0.3
1.205
2.47
31.38
5.35
单位
m/s
rad/s
3.2.2
9.422×0.0575 =5.108m/s2
=1.352×0.2625=0.48m/s2
=5.192×0.12=3.23m/s2
=1.552×0.045=0.108m/s2
= anCD+ atCD= aB + atCB + anCB
大小： ？ √ ？ √ ？ √
方向： ？ C→D ⊥CD B→A ⊥BC C→B
选取比例尺μa=0.025(m/s2)/mm,作加速度多边形图
=0.025×124.89=3.12m/s2
=0.025×187.33=4.683m/s2
=0.025×96.37=2.409 m/s2
=0.025×74.81=1.870m/s2
aF = aE + anFE + atFE
大小： √ ？ √ ?
方向：　 √ 　　↑ F→E ⊥FE
aF=μa*pf=0.025×85.07=2.12m/s2
as2=μa*ps2=0.025×162.32=4.058m/s2
as3=μa*ps3=0.025×93.67= 2.34 m/s2
=2.409/0.2625= 9.17 rad/s（逆时针）
=1.87/0.12=15.58 rad/s （顺时针）
项目

数值
5.108
3.12
4.683
2.12
4.058
2.34
9.17
15.58
单位
m/s
rad/s
3.3. 机构动态静力分析
3.3.1

G2
G3
G5
Frmax
Js2
Js3
方案II
1060
720
550
7000
0.64
0.2
单位
N
Kg.m2
1．各构件的惯性力，惯性力矩：
=1060×1.205/10=127.76N（与方向相反）
=720×2.47/10=177.84N（与方向相反）
=550×0.3/10=16.5N（与方向相反）
=7000/10=700N
=0.64×31.38=20.08N.m （顺时针）
=0.2×5.35=1.07N.m （逆时针）
=20.08/127.76=157.16mm
=1.07/177.84=90.37mm
2．计算各运动副的反作用力
(1)分析构件5
对构件5进行力的分析，选取比例尺作其受力图
构件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0

(2)分析构件2、3
单独对构件2分析：

杆2对B点求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0
代入数据解得：Ft32=249N
单独对构件3分析：

杆3对C点求矩得：Ft63*LDC+F43*LF43C-FI3*LF43C-G3*LG3C=0
解得: Ft63=-67.90N
对杆组2、3进行分析：
F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0
Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0
选取比例尺μF=10N/mm，作其受力图

Fn63=μF* LFn63=10×98.84=988.4N
Ft12=μF* LFt12=10×9.08=90.8N
Fn12=μF* LFN12=10×256.62=2566.2N
F34=μF* LF34=10×56.32=563.2N
F45= F34=563.2N
F56=μF* LF56=5×24.19=120.95N
(3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb：
Mb=F21*LAB=2567.8×0.0575=147.69
F61=-F21=2567.8N
项目
Fg2
Fg3
Fg5
MI2
MI3
Mb
Fn63
Ft63
数值
127.76
177.84
16.5
20.08
1.07
147.69
988.4
67.90
单位
N
N.m
N
项目
Fn12
Ft12
F34
F45
F56
F61
数值
2566.2
90.8
563.2
563.2
120.95
2567.8
单位
N
3.3.2
1．各构件的惯性力，惯性力矩：
=1060×4.058/10=430.15N（与方向相反）
=720×2.34/10=168.48N（与方向相反）
=550×2.12/10=116.6N（与方向相反）
=7000/10=700N
=0.64×9.18=5.875N.m （顺时针）
=0.2×15.58=3.12N.m （逆时针）
=5.875/430.15=13.66mm
=3.12/168.48=18.5mm
2．计算各运动副的反作用力
(1)分析构件5
对构件5进行力的分析，选取比例尺作其受力图
构件5力平衡： G5+FI5+F65+F45=0

(2)分析构件2、3
单独对构件2分析：
杆2对B点求力矩，可得: FI2*LI2B+Ft32*LCB+G2*LG2B=0
代入数据解得：Ft32=-167.1N
单独对构件3分析：
杆3对C点求矩得：Ft63*LDC-F43*LF43C+FI3*LF43C-G3*LG3C=0
解得: Ft63=323.35N

对杆组2、3进行分析：
F43+Fg3+G3+Ft63 +Fn63 +Ft23+Fn23=0
Ft32+Fn32+ Fg2+G2+Ft12+Fn12=0
选取比例尺作其受力图

Fn63=μF 3* LFn63=5×38.2=191N
Ft12=μF2* LFt12=10×21.19=211.9N
Fn12=μF2* LFN12=10×245.8=2458N
F34=μF3* LF34=5×6.66=33.3N
F45= F34=33.3N
F56=μF3* LF56=5×0.83=4.15N
(3)求作用在曲柄AB上的平衡力矩Mb：
Mb=F21*LAB=2467.1×0.0575=141.86
F61=-F21=2467.1N
项目
Fg2
Fg3
Fg5
MI2
MI3
Mb
数值
430.15
168.48
116.6
5.88
3.12
141.86
单位
N
N.m
项目
Ft63
Fn12
Ft12
F34
F45
F56
数值
323.35
2458
211.9
33.3
33.3
4.15
单位
N
项目
F61
Fn63
Ft63
数值
2467.1
191
323.35
单位
N
四、凸轮机构设计
符号
h
[α]
δ0
δ01
δ0＇
单位
mm
（0）
方案II
18
30
60
30
80
取r0=50mm,取rT=8mm
在推程过程中：

凸轮廓线如下:

五、齿轮设计
5.1.全部原始数据
齿轮机构的设计
Z5
Z6
α
m
10
35
20
6
5.2.设计及计算过程
齿顶高、齿根高：
ha=ha*m=1×6=6
hf=(ha*+c*)m=1.25×6=7.5
分度圆直径：
d5=mz5=6×10=60mm
d6=mz6=6×35=210mm
齿顶圆半径:
ra5=r5+ ha =30+6=36
ra6=r6+ ha =105+6=111
齿根圆半径：
rf5=r5- hf =30-7.5=22.5
rf6=r6- hf =105-7.5=97.5
基圆半径：rb5=cos200*d5/2=28.19mm
rb6=cos200*d6/2=98.67mm
分度圆齿厚：
S=∏*m/2=3∏
分度圆齿距：p= ∏*m=6∏
标准中心距:a= r5+ r6=135mm
参考文献
[1].孙恒,陈作模,葛文杰.《机械原理【M】》.8版.北京：高等教育出版社,2013.
[2].崔洪斌，范春起.《AutoCAD实践教程》.北京:高等教育出版社,2006.
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