机械原理课程设计压床机构综合与传动系统设计.docx
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机械原理课程设计压床机构综合与传动系统设计
机械原理
课程设计说明书
设计题目：
压床机构综合与传动系统设计
学院：
汽车学院
专业：
车辆工程
班级：
2011220102
设计者：
严珍
学号：
指导老师：
张伟社
2013年7月5日
绪论
压床机构是应用广泛的锻压设备，用于钢板矫直、压制零件等。
本次课程设计我的题目是关于压床机构综合与传动系统的设计。
对于压床机构组成尺寸设计和组成机构分析，我结合机械原理课程学习的平面机构的结构分析知识，利用CAD制图软件辅助，确定出各杆件杆长尺寸；对于滑块位移、速度、加速度的运动分析，我结合课堂关于平面机构的运动分析知识，结合应用JYCAEYL软件和基本杆组运动分析软件，得出所求点（滑块5）的位移、速度、加速度运动变化规律曲线图；对于曲轴驱动力矩和飞轮转动惯量问题，我结合课堂关于机械动力学的知识，利用软件得出多组平衡力矩数据值画出盈亏功示意图，再利用CAD量取盈亏功图中相关面积进行计算，最终求解出结果。
在这一系列求解过程中，我参考了很多关于压床机构运动分析的参考资料，包括从图书馆借阅的书籍，以及从网上搜集到的资料，大量相关资料的阅读让我对压床机构的运动原理以及运动分析有了深层次的理解和掌握；同时，在解决问题的过程中，需要利用相关软件支持运行，也大大提高了我对机械类软件的应用能力和技巧。
第一章内容简介………………………………………………………
§1-1机构简介…………………………………………………
§1-2设计任务…………………………………………………
第二章压床机构设计…………………………………………………
§2-1机构尺寸及设计及分析……………………………………
§2-1-1确定各杆运动尺寸………………………………
§2-1-2机构运动简图……………………………………
§2-1-3分析基本杆组……………………………………
§2-2机构运动分析……………………………………………
§2-2-1滑块位移分析……………………………………
§2-2-2滑块速度分析…………………………………
§2-2-3滑块加速度分析…………………………………
§2-3曲柄驱动力矩的计算…………………………………
§2-4飞轮转动惯量的计算……………………………………
第三章设计小结………………………………………………………
§3-1设计总结………………………………………………
§3-2设计体会…………………………………………………
第四章参考文献………………………………………………………
附录……………………………………………………………
第一章内容简介
§1-1机构简介
压床是应用广泛的锻压设备，用于钢板矫直、压制零件等。
附图1所示为某压床的运动示意图。
电动机经联轴器带动三级齿轮（－、－、－）减速器将转速降低，带动冲床执行机构（六杆机构ABCDEF）的曲柄AB转动（见附图2），六杆机构使冲头5上下往复运动，实现冲压工艺。
现要求完成六杆机构的尺寸综合，并进行三级齿轮减速器的传动比分配。
图2：
压床六杆机构
图1：
压床机构运动示意图
§1-2设计任务
六杆机构的中心距
、
、
，构件3的上、下极限位置角
、
，滑块5的行程H，比值
、
，曲柄转速
以及冲头所受的最大阻力
等列于附表3：
附表3六杆机构的设计数据
已知参数及方案数
（mm）
（mm）
（mm）
（°）
（°）
H
（mm）
（rpm）
（KN）
3
70
200
310
60
120
210
0.5
0.25
90
9
（1）针对附图2所示的压床执行机构方案，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；
（3）在压床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如附图4所示，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；
（4）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：
（5）编写课程设计说明书。
图1—2:
压床阻力曲线图
第二章压床机构设计
§2-1机构尺寸及设计及分析
§2-1-1确定各杆运动尺寸
设计各杆运动尺寸时，我开始考虑的方案是利用解析法计算，后来经过老师指导，我决定利用已知参数以及CAD画图软件将压床六杆执行机构画出来，并在CAD软件中量取所需杆长以及角度。
根据已知参数画的CAD六杆机构如附图5所示：
图2—1.1：
压床六杆机构设计尺寸图
即可测得各杆长度如下：
杆件
AB
BC
CD
CE
EF
长度
68.64
314.34
140
70
52.5
§2-1-2机构运动简图
在研究分析机械时，为便于分析，可以先不考虑那些鱼运动无关的因素，如机构的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及连接方式，以及运动副的具体结构等，仅用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置。
这种表示机构中各构件相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。
它完全能表达原机构具有的运动特性。
该压床六杆机构的运动简图如附图6所示：
图2—1.2：
压床六杆机构运动简图
§2-1-3分析基本杆组
任何机构由机架、原动件和从动件系统组成。
根据机构具有确定运动的条件，即原东件数应等于机构的自由度数，而从动件系统的自由度为零，该从动件系统成为杆组。
有时它还可以分解为若干个不可再分的自由度为零的杆组，称为基本杆组。
因此，可认为任何机构都是由若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的，这便是机构的组成原理。
由图2—1.2的机构运动简图知，该机构有5个活动构件，低副个数为7个，无高副，根据机构自由度的计算公式可知，
自由度为
然后对机构的结构进行分析：
由机构的运动可知，杆AB为原动件。
从远离原动件的地方开始拆分，先拆Ⅱ级组，即滑块与摇杆EF构成一个Ⅱ级组，然后摇杆DE和摇杆BC构成一个Ⅱ级组，最后曲柄AB与固定铰支座构成Ⅰ级组，如下图所示
§2-2机构运动分析
对机构组成进行分析之后，我们对其进行运动分析，通过JYCAEYL软件运行得出E点运动参量，再通过基本杆组运动分析求得滑块5（F点）的运动参量。
1、先用JYCAEYL软件求E点运动参数如下（软件输入截图见附表）：
E点各位置位移参数：
E点x位移
-0.1126173
-0.1213238
-0.1352211
-0.1398344
E点y位移
0.4136866
0.3965748
0.3545455
0.301662
E点x位移
-0.1319309
-0.1189435
-0.1119322
-0.115855
E点y位移
0.2523465
0.2183465
0.205116
0.2122355
E点x位移
-0.1273968
-0.1382901
-0.1375317
-0.1223258
E点y位移
0.2383446
0.2832564
0.3421028
0.3943256
E点x位移
-0.1126173
E点y位移
0.4136866
E点各位置速度参数：
E点x速度
-0.002921094
-0.2591911
-0.194928
0.03820828
E点y速度
-0.005144754
-0.5727925
-0.8980341
-0.9615456
E点x速度
0.2219237
0.2087766
0.02833128
-0.1581067
E点y速度
-0.7772858
-0.43039256
-0.04914353
0.3005683
E点x速度
-0.2325029
-0.1240657
0.1684586
0.3060311
E点y速度
0.6405002
0.9662739
1.089018
0.697981
E点x速度
-0.002921094
E点y速度
-0.005144754
E点各位置加速度参数：
E点x加速度
-6.90922
-1.601194
3.346849
4.364496
E点y加速度
-12.16915
-8.104176
-3.538367
1.224306
E点x加速度
1.765965
-2.142382
-3.78961
-2.583779
E点y加速度
5.148351
6.91315
6.60415
6.09165
E点x加速度
0.1075805
3.913684
5.5706503
-2.042313
E点y加速度
6.183229
5.006641
-1.814869
-11.5498
E点x加速度
-6.90922
E点y加速度
-12.16915
运行软件得到E点运动曲线图，用Excel处理数据可得出带有坐标的运动曲线图如下所示：
2、再运行基本杆组运动分析得F点（滑块5）运行结果整理如下（软件输入截图见附表）：
F点位移参数：
位置
1
2
3
4
5
6
7
x
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
y
0.34
0.29
0.23
0.19
0.16
-0.88
0.18
位置
8
9
10
11
12
13
x
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
y
0.19
0.25
0.3
0.35
0.36
0.34
处理数据即可得滑块5（F点）位移运动曲线如下：
F点速度参数：
位置
1
2
3
4
5
6
7
x
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
y
0.34
0.29
0.23
0.19
0.16
-0.88
0.18
位置
8
9
10
11
12
13
x
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
-0.13
y
0.19
0.25
0.3
0.35
0.36
0.34
处理数据即可得滑块5（F点）速度运动曲线如下：
F点加速度参数：
位置
1
2
3
4
5
6
7
x
0
0
0
0
0
0
0
y
-13.7
-2.1
4.7
5.2
4.8
6.5
5.6
位置
8
9
10
11
12
13
x
0
0
0
0
0
0
y
6
0.42
-3.1
-9.7
-14.6
-13.7
处理数据即可得滑块5（F点）加速度运动曲线如下：
§2-3曲柄驱动力矩的计算
运行基本杆组运动分析软件，得出12组加在曲柄上的平衡力矩值整理如下：
位置
1
2
3
4
5
6
7
平衡力矩M（N•m）
0.72
72.1
102.3
112.7
93
56.1
55.8
位置
8
9
10
11
12
13
平衡力矩M（N•m）
30.34
73.2
116.3
127.9
81.3
0.72
从而可以画出盈亏功示意图如下所示：
机械系统在稳定运转的一个周期内，驱动力矩所做的功之和等于克服阻力之功，由盈亏功图像得：
Md=77.4N·m。
§2-4飞轮转动惯量的计算
由2-3中盈亏功示意图可得，利用CAD软件量取各封闭部分面积，图中阴影面积S2和S4代表亏功大小，面积S1、S3和S5代表盈功大小。
则最大盈亏功为ΔWmax=46.7N·m。
由JF≥900ΔWmax/（[δ]n2π2）代入得飞轮转动惯量JF=15.8Kg·m2
第三章设计小结
§3-1设计总结
本次课程设计是对我们这学期机械原理课程学习的总结和应用，为期一周的课程设计时间明显紧促，不巧的是又和其他科目的考试时间冲突，使得我们每个人也都感到一丝压力与动力。
在此次课程设计中，我的题目是压床机构设计。
设计任务包括机构杆组尺寸确定、运动简图绘制、分析基本杆组组成方面的运动机构分析；包括分析滑块的位移、速度、加速度的运动分析；以及求曲柄驱动力矩和飞轮转动惯量方面的机构力的分析。
以上设计内容，都是平时课堂上老师认真讲过的知识，主要包括平面机构的结构分析、运动分析、力的分析以及机械动力学分析。
我紧密结合所学知识点，借助CAD制图软件以及老师授课过程中教授的机械分析软件，如JYCAEYL等运行分析，再结合解析法分析，从各个方面对题目进行了全面分析与理解，也对课堂只是以及机械原理设计加深了体会。
§3-2设计体会
为期一周的课程设计让我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机械设计类的课题，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软件运行支持的过程中，使得我对平时的软件有了更多的掌握和使用学习，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。
第四章参考文献
[1]张伟社.机械原理教程[M].西安:
西北工业大学出版社，2013.
[2]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京：
高等教育出版社，2007.
附录
E点软件运行相关截图：
F点软件运行相关截图：
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