机械原理课程设计小型卧式模锻机.docx

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机械原理课程设计小型卧式模锻机

1、设计要求

2、运动方案拟定

3、执行机构比较选择及计算

4、运动循环图

5、传动机构设计

6、原动机选择

7、设计总结及体会

8、附录

9、参考文献

1、设计要求

一、设计题目

为锻造长杆类锻件（如图1所示锻件，系用棒料局部镦粗而成），今需设计一台将杆料水平置放后用活动凹模3（如图2所示）及固定凹模2将其夹紧后再用水平置放冲头1进行顶锻工作卧式模锻机。

拟用电动机通过传动装置带动夹料机构首先使活动凹模3向前移动，及固定凹模2合拢，以夹紧棒料。

然后主滑块1带动冲头进行顶锻，锻件成形后，待冲头1返回离开凹模后（返回距离约占冲头全行程1/8~1/3），由夹料机构带着凹模3返回，松开杆料回到初始位置。

在顶锻过程中要求两半凹模始终处于夹紧状态，不能自动松开。

要求设计该小型卧式模锻机执行机构和传动系统，以满足上述顶锻工艺要求。

图6—23 锻件 图6—24卧式模锻机执行构件

二、设计数据及要求

电动机同步转速：

nm=1000r/min或1500r/min；

冲头顶锻次数为每分钟50~75次；

主滑块1全行程H=200~380mm；

顶锻工艺开始后冲头工作行程H1=（1/2~2/3）H；

夹紧滑块3总行程h=60~80mm；

作用在主滑块上顶锻力F1=250~500KN；

作用在夹紧滑块3上夹紧力F2=F1/3；

要求该模锻机机械效率高，振动冲击小。

2、运动方案拟定

一、运动功能分析

本机构中，原动机以转动形式输出功率，根据机构要求，可以确定，需要将原动机高速转动经过降速后传动给执行机构。

根据设计要求，执行机构需进行夹紧和顶锻运动要求，同时夹紧和顶锻过程需要符合相应配合要求。

二、运动转换

运动转换功能图：

三、运动机构

功能树状图：

原动机

小型卧式模锻机传动机构

执行机构

3、执行机构比较选择及计算

①顶锻机构设计及选择

方案一：

图3-1

图3-2

机构说明：

⑴r=100mmn=60r/min

⑵此机构中，冲头全行程为200mm，顶锻工艺中冲头工作行程为100mm。

⑶在图3-2中，曲柄1可以绕滑块3转动，这样可以实现整个机构在一个运动周期内运动可行性。

机构优缺点分析：

优点：

⑴图3-2中，2运动方向始终及冲头运动方向一致，因此可承受更大力F。

⑵采用图3-2中三角形桁架结构，可以提高构件受力稳定性。

⑶根据图3-1可知，冲头位移s及曲柄半径r有以下关系：

s=r*sinθ

因此，此机构更利于计算滑块及曲柄间运动位置关系。

缺点：

曲柄上滑块3将1和2连接，会有一定装配难度。

方案二：

图3-3

计算得：

a2b2-104b2+108=0

则：

a2=（104b2-108）/b2

图3-4

b2-2ab=104

使曲柄在图3-4位置时，开始顶锻工艺。

a2b2-104b2+108=0

则：

有急回特性：

θ=25°

K=1.32

机构优缺点分析：

优点：

⑴有急回，可以缩短非工作段时间，增加工作段时间，可减小杆件受力。

⑵结构简单，装配方便。

缺点：

传力效果不佳，且曲柄及连杆运动关系计算比较复杂。

综上所述：

选择方案一

②夹紧机构设计及选择：

图3-5

假设：

ED=a,CD=b,DF=c,滑块1行程=d,∠EFD=α

滑块2两极性位置间距为60mm，在滑块2在夹紧行程最后10mm范围内满足最小传动角要求（即α<50°）

图3-6

根据图3-6，可知：

在滑块2在夹紧行程中距离点F2时应该有以下结论：

cosα=（c2+（a+c-10）2-a2）/（2*a*（c-10））,α<50°

得：

a=（c2+（c-10）2-2c（c-10）cosα）/（2ccosα+20-2c）

其中2ccosα+20-2c>0

可算出：

c<10/（1-cosα）

利用C语言，可得出若干多个解，从中选择较合适解：

图3-7

根据图3-7，可以看出，左图传力效果要好于右图，因此选用左图具体参数,同时可知滑块1极限位置间距离为72.6mm。

4、运动循环图

①直线式运动循环图

②同心圆式运动循环图

5、传动机构设计

①主轴设计

主轴半径r=25mm

主轴转速为50r/min

②皮带轮及齿轮尺寸及设计

皮带轮传动中，r小=100mm,r大=20mm

齿轮传动中，采用正传动，二级传动，一级和二级传动比都是2:

1（紧凑齿轮）

图中，轮系中：

z1=17,m1=6

z2=34,m2=6

z2′=17,m2′=6

z3=34,m3=6

③凸轮机构设计

根据rb=2r可算出，凸轮基圆半径rb=50mm,又由图3-7中所示d=72.6mm可知，凸轮两极限位置半径之差为72.6mm。

凸轮机构示意图：

利用CAD绘制出凸轮轮廓：

凸轮1、2主要参数：

凸轮基圆rb=50mm,rmin=rb=50mm,rmax=rb+72.6=132.6mm

转子半径rr=10mm，偏距e=10mm

6、原动机选择

已知：

顶锻滑块受阻力F1=300kN，夹紧滑块受阻力F2=F1/3=100kN

顶锻滑块工作位移s1=100mm,凸轮机构在夹紧滑块工作时间段内转过角度α=150°,凸轮机构上受到阻力为F3，滚子偏距e=10mm,主轴转动一周时间T=1.2s。

顶锻机构处消耗功率为P1，夹紧机构处消耗功率为P2，原动机功率为P。

原动机功率计算如下：

P1=F1×S1／（T×0.25）=100000W=10Kw

根据图3-7可知：

F3=F2（tan46°+tan47°）=210.8Kn

P2=F3×e（T×150°/360°）=1054W=1.054kW

综上：

P=P1+P2=11.054kW

因此原动机得功率为11.054Kw,转速为1000r/min。

根据文献【2】：

原动机选择Y132M2-6型电机

7、设计总结及体会

进入大学快两年了，这还是我第一次做课程设计，我觉得课程设计很能锻炼一个人，课程设计可以使我们从书本纯理论世界里走出来，而是在理论加实践道路上自我探索。

历时两个星期，我们这次课程设计也快接近尾声，对此我有一些心得体会。

首先，我觉得机械原理课程设计是对之前所学《机械原理》一书全面把握，其所需知识分布在全书各个角落。

因此，在做课程设计之前，我把机原一书又复习了一遍，对于一些难点、重点知识也进行了认真地学习。

通过课程设计，将书中许多章节知识串联在一起，这也为期末考试作了一点准备。

其次，学会了机械原理，就做机械原理课程设计，对于第一次做课程设计我来说确实是个不小挑战。

在设计中常常会遇到一些未知参数，而这些参数又无法通过其他已知数据推算出来，因此只能自己确定。

由于我们缺乏相关实际经验，所以在确定这些数据时候，不清楚这些参数是否能满足机器运动要求、是否能满足加工工艺要求。

所以，在以后学习和工作中，应尽可能多去积累相关经验，以使我们设计更加完善。

最后，我感觉这次课程设计中，需要查阅很多文献，这些都是从网络和一些相关专业资料上查到，这也为设计解决了不少难题。

在设计中，也要注意团队配合，相互之间交流学习是十分重要。

8、附录

计算图3-7中杆a、c长度相关c语言程序：

#include

#include

main（）

{

intc;

doublea,s1,s2,x;

for（c=65;c<100;c++）

for（x=0.25;x<=0.87;x=x+0.01）

{

s1=（c*c+sqrt（c-10）-2*c*（c-10）*cos（x））;

s2=2*c*cos（x）-2*（c-10）;

a=s1/s2;

if（a>=50&&a<=100）

printf（"c=%d,x=%f,a=%f\n",c,x,a）;

}

}

9、参考文献

【1】申永胜.机械原理教程（第二版）.清华大学出版社

【2】邹慧君.机械原理课程设计手册.高等教育出版社

【3】鲁屏宇.工程图学.机械工业出版社

【4】丁海军.程序设计基础（C语言）.北京航空航天出版社

【5】管荣法.凸轮及凸轮机构.国防工业出版社

【6】藤森洋三.机构设计实用构思图册.机械工业出版社

【7】《机械设计丛书》编委.简谐运动机构设计.上海科学技术出版社