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1、機械原理課程設計,指導教師:張利娟 聯(lián)系電話:13838876910 機械原理與機械設計教研室,一、課程設計的目的 二、課程設計的方法 三、課程設計題目 四、課程設計內容 五、課程設計的任務 六、課程設計實例分析 七、課程設計完成任務及要求 八、成績評定及答辯,一、課程設計的目的,1.理論聯(lián)系實際,提高解決實際問題的能力。通過對機械原理課程的學習,已經(jīng)掌握了機械中的各種常用機構的工作原理、運動特性和受力特性等知識。但在各種機械中,為了滿足機械的運動及工作要求,僅采用某一種機構是不夠的。通過課程設計,就可以將各機構聯(lián)系到一起,綜合運用所學的知識,理論聯(lián)系實際去分析解決工程中的實際問題,提高解決實
2、際問題的能力。 2.通過課程設計,可對機械系統(tǒng)(包括驅動部分、傳動部分、執(zhí)行部分及操縱控制部分)有一個初步了解和認識,培養(yǎng)對機械系統(tǒng)運動方案設計和分析能力,培養(yǎng)機構創(chuàng)新設計的能力。 3.培養(yǎng)收集和查閱設計資料能力、制圖能力及分析、歸納、總結的能力,使用計算機編程的能力 。,二、課程設計的方法,課程設計的方法有圖解法、解析法和實驗法三種。設計過程和運動分析中主要用圖解法和解析法,可采用圖解法與解析法相結合使用。 圖解法是運用某些幾何關系或已知條件,通過幾何作圖求得結果,所需尺寸可直接從圖上量取。優(yōu)點是可將分析設計結果清晰表現(xiàn)在圖樣上,直觀、形象,便于檢查結果是否正確。缺點是作圖繁瑣,精度不高,
3、對精度要求高或復雜問題不適用。 解析法以機構參數(shù)來表達各構件間的函數(shù)關系,建立機構的位置方程和求導方程,解析求解未知量,可借助計算機,用C語言、VB或Matlab進行編程計算,避免大量重復人工勞動,計算精度高,能解決復雜問題,應用逐漸廣泛。,三、課程設計的題目,題目:沖床的沖壓機構和送料機構設計 沖壓是指坯料在模具壓力作用下,使坯料產(chǎn)生塑性變形,但不產(chǎn)生分離而獲得的具有一定形狀和尺寸沖件的加工方法。 主要有彎曲、拉深、翻邊等。,,,汽車覆蓋件,飛機蒙皮,沖床的沖模一般由上模和下模兩部分組成。沖床的沖壓機構相當于上模,用于沖制薄壁零件;通過上模和下模作用將薄壁鋼板坯料拉延成型。送料機構是能
4、保證及時的將坯料送到待沖壓位置,兩者動作要協(xié)調一致,完成多件連續(xù)生產(chǎn)。我們的目的是設計實現(xiàn)這個功能的沖床的沖壓機構和送料機構。,沖床的工作原理如圖(a)所示,運動規(guī)律如圖(b)所示,上模先以較小的速度接近坯料,然后以勻速進行拉延成型工作,然后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔,最后快速返回。上模退出下模后到下一次接觸坯料進行沖制前,在這個時間段內,送料機構從側面將坯料送至待加工位置(下模上方),完成一個工作循環(huán)。,以電動機作為動力源,與曲柄連接,曲柄作主動件,從動件即執(zhí)行構件為上模,作上下往復直線運動,下模固定在沖床座上。上模大致運動規(guī)律如圖(b)所示,先是以一定運動規(guī)律接近坯料,曲柄轉角1;然后近似
5、勻速工作,曲柄轉角m;上模再以一定運動規(guī)律下行,推出工件,曲柄轉角2 ;然后上模退出下模,曲柄轉角3 ;最后是上模快速退回上極限位置,曲柄轉角4 。,原始數(shù)據(jù)與設計要求 :,1.上模的運動規(guī)律應滿足圖(b)所示的運動要求。 2.機構應具有良好的傳力性能,工作段的壓力角應盡可能的小,結構緊湊,制造方便。,設計數(shù)據(jù):,四、課程設計內容 1.沖壓機構設計 2.送料機構設計 3.各種方案分析比較,確定總體方案,沖壓機構是主機構,主動件是曲柄,從動件是上模,動作要求是由回轉運動變成往復直線運動;運動要求是上模要滿足圖b所示的運動規(guī)律,工作段近似勻速,回程時有急回;沖壓過程中受到非常大的生產(chǎn)阻力,動力特性
6、是傳力性能要好,工作段的壓力角盡可能小。 根據(jù)功能要求和動作分解,能實現(xiàn)由轉動變成往復直線移動的機構主要有平面連桿機構(包括曲柄滑塊機構和移動導桿機構等)、齒輪齒條機構、凸輪機構、螺旋機構等。很明顯,連桿機構的桿件長,可以實現(xiàn)大行程;連桿機構連接為轉動低副,受力好,精度要求低,再者連桿機構能實現(xiàn)急回特性,因而沖壓機構采用 連桿機構完成沖壓動作比較合理;同時設計要求對上模的運動規(guī)律要求比較高,用單一的基本機構如偏置曲柄滑塊機構是難以實現(xiàn),因此,需要至少兩個個基本機構恰當?shù)亟M合在一起來滿足沖壓要求。,1.沖壓機構,送料機構的動力源是電動機,主動件為回轉運動,從動執(zhí)行構件作直線送料運動,只要在規(guī)定
7、的時間內送料到位就可以了,對送料快慢和運動規(guī)律沒有要求,同時送料機構作間歇送料,受力較小,動力特性要求低,因而送料機構要求較低,運動容易實現(xiàn)。 執(zhí)行構件能作間歇運動的機構主要有凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構等,凸輪機構是控制機構,且受載不大,比較適合,而送料機構還要求有一定的送料行程,但是單一的凸輪機構會尺寸很大,而連桿機構可以實現(xiàn)大行程,且連桿機構具有尺寸放大功能,這樣凸輪機構和連桿機構組合在一起,凸輪機構實現(xiàn)動作控制功能,連桿機構實現(xiàn)大行程輸送功能,可很好滿足送料要求。 需注意的是送料機構和沖壓機構在動作上有協(xié)調要求,送料機構要在適當?shù)臅r間內送料到位,不能和沖壓動作相沖
8、突、碰撞,這需要兩機構采用一個電動機,對送料動作進行適當控制,與沖壓機構的運動協(xié)調起來。,2.送料機構,沖床包含兩個執(zhí)行機構,即沖壓機構和送料機構,分別完成兩個功能即沖壓零件和送料,完成這兩個功能要求就要考慮采用一定的方法,選擇合適的機構來實現(xiàn),這個構思過程就是運動方案的設計,體現(xiàn)出可選方案的多樣性、設計的主動性和創(chuàng)新性。,3.各種方案分析,能實現(xiàn)沖壓機構功能要求的機構方案有齒輪-連桿沖壓機構、擺動導桿滑塊沖壓機構(滑塊和連桿)、六連桿沖壓機構、連桿-凸輪沖壓機構等。 能實現(xiàn)送料機構功能要求的機構方案有凸輪-直動擺桿送料機構(直動擺桿形式有多種)、凸輪-擺動擺桿送料機構。 將沖壓機構和送料
9、機構的任意兩個機構組合,就可得到?jīng)_壓機構和送料機構的一個運動方案。,方案一: 齒輪連桿沖壓機構和凸輪連桿送料機構,沖壓機構采用有兩個自由度的雙曲柄七桿機構,用齒輪副將其封閉為一個自由度(齒輪1與曲柄AB固聯(lián),齒輪2與曲柄DE固聯(lián))。恰當?shù)剡x擇C點軌跡和確定構件尺寸,可保證機構具有急回運動和工作段近似勻速的特性,并使壓力角 盡可能小。 送料機構由凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成,按運動循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動件的運動規(guī)律,使其能在預定時間將坯料 推送至待加工位置。設計時,若使LOG LOH,可減小凸輪尺寸。,方案二:擺動導桿滑塊沖壓機構和凸輪送料機構,沖壓機構是在擺動導桿機構的基礎上,串聯(lián)一個搖
10、桿滑塊機構組合而成。擺動導桿機構按給定的行程速度變化系數(shù)設計,它和搖桿滑塊機構組合可以達到工作段近于勻速的要求。適當選擇導路位置,可使工作段壓力角 較小。 送料機構的凸輪軸通過齒輪 機構與曲柄軸相連。按機構 運動循環(huán)圖可確定凸輪推程 運動角和從動件運動規(guī)律, 則機構可在預定時間將坯料 送至待加工位置。,方案三:六連桿沖壓機構和凸輪連桿送料機構,沖壓機構由鉸鏈四桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)組合而成。四桿機構可按行程速度變化系數(shù)用圖解法設計,然后選擇連桿長lEF及導路位置,按工作段近似于勻速的要求確定鉸鏈點E的位置。若尺寸選擇恰當,可使執(zhí)行構件在工作段中運動時機構的壓力角 較小。 凸輪連桿送料機構
11、的凸輪軸過齒輪機構與曲柄軸相連,按機構運 動循環(huán)圖確定凸輪推程運動角和從動件運動規(guī)律,則機構可在預定 時間將坯料送至待加工位置。設計時,使LIH LIR,可減小凸輪尺寸。,方案四:連桿凸輪沖壓機構和凸輪連桿送料機構,沖壓機構采用有兩個自由度的連桿凸輪組合機構,用齒輪副將其封閉為一個自由度(齒輪1與曲柄AB固聯(lián),齒輪4與兩個凸輪固聯(lián))。恰當?shù)剡x擇C點軌跡和確定構件尺寸,可保證機構具有急回運動和工作段近似勻速的特性,并使壓力角 盡可能小。改變凸輪輪廓曲線,可改變C點軌跡,從而使執(zhí)行構件獲得多種運動規(guī)律,滿足不同工藝要求。 凸輪連桿送料機構由凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成,按運動循環(huán)圖可確定凸輪推
12、程角和從動件的運動規(guī)律,使其能在預定時間將坯料推送至待加工位置。設計時,若使LHI LHG,可減小凸輪尺寸。,減速傳動方案設計就是根據(jù)電機轉速和執(zhí)行構件的生產(chǎn)率來確定總傳動比,然后確定各級傳動比,并計算各級傳動比的傳動件尺寸,大致確定出各級傳動的總體尺寸。 能實現(xiàn)減速傳動的傳動裝置主要有帶傳動、鏈傳動、齒輪系傳動、蝸輪-蝸桿傳動、錐齒輪傳動等。 帶傳動和鏈傳動用于遠距離傳動,帶傳動能緩沖吸振和過載保護,常用于高速端,鏈傳動有振動沖擊,常用于低速端;齒輪系傳動,傳動比準確,傳動精度高,應用廣;蝸輪-蝸桿傳動比大、可自鎖,用于功率不大的換向傳動,錐齒輪主要用于換向傳動。根據(jù)沖壓機構的運動要求,
13、可以選擇帶傳動和定軸輪系串聯(lián)使用來實現(xiàn)減速傳動。 帶傳動的傳動比范圍為2-4,帶傳動的傳動比不宜太大,否則大小帶輪直徑相差大,小帶輪的包角減小,容易打滑,可選傳動比為2。單級齒輪傳動的范圍為4-6,經(jīng)計算可采用一級帶傳動和兩級齒輪傳動。然后畫出傳動方案的示意圖。,2.減速傳動方案設計,,傳動方案圖,主要任務是根據(jù)已知條件,確定出機構的桿件具體尺寸和相互位置關系,使設計的機構滿足各項設計要求。,五、課程設計的任務,1.沖壓機構設計 方法有圖解法和解析法,簡單機構用圖解法,復雜機構用解析法。思路是先由上模工作段行程確定出沖壓工作行程,再由行程速比系數(shù)算出極位夾角,設定曲柄長度或機架長度,從兩端
14、進行推算確定出連桿機構的各構件的尺寸長度和相對位置。用解析法時,要建立桿件的位置方程,進行求解計算,這樣結果準確。機構確定后要進行驗證,滿足工作段轉角、工作段壓力角,并使工作段近似勻速,如不滿足,要重新確定尺寸和相對位置。,2.送料機構設計,a)繪制機構運動循環(huán)圖. 沖壓機構和送料機構的動作要協(xié)調,不能出現(xiàn)沖突和干涉現(xiàn)象,送料機構要在上模退出下模后,到再次接近坯料沖制前的時間段內將坯料送到待沖壓位置,并返回到原位置,準備下一次送料動作。因而在進行送料機構設計前,首先要擬定沖壓機構和送料機構的動作協(xié)調循環(huán)圖。 機構運動循環(huán)圖主要有三種形式:圓周式工作循環(huán)圖、直線式(表格式)、直角坐標式工作循環(huán)
15、圖。 圓周式:適用于主動件作圓周運動的曲柄,畫圓環(huán),根據(jù)曲柄轉角對上模和送料機構的工作動作進行分段相協(xié)調。,直線式(表格式):相當于把圓周式進行展開,畫表格,根據(jù)曲柄轉角,對上模和送料機構的工作動作進行分段相協(xié)調。,直角坐標式:橫坐標為曲柄轉角,縱坐標為執(zhí)行構件的位移,通過兩執(zhí)行構件的位移關系顯示來進行運動協(xié)調。直角坐標式不僅能表示兩執(zhí)行構件的動作順序,且能表示出兩構件的運動規(guī)律和及配合關系,是最為完善的一種。,2.送料機構設計,b)送料機構的連桿機構設計 任務是確定出送料連桿機構的各構件尺寸和相對位置,思路是由送料距離確定出各構件尺寸,推出和凸輪相連接的直動從動件的直線位移或擺動從動件的
16、轉角,且使連桿機構具有尺寸放大功能,以減小凸輪尺寸。 c)送料機構的凸輪設計 從動件運動規(guī)律選擇: 避免剛性沖擊和柔性沖擊,選擇直動從動件或擺動從動件的運動規(guī)律,勻速運動、等加速等減速運動、余弦加速度、正弦加速度,或幾種相結合使用。送料過程中,凸輪受載較小,沖擊不大。在推程送料時,擺動從動件的運動規(guī)律可采用余弦加速度運動規(guī)律,回程時,從動件采用等加速等減速運動規(guī)律。,2.送料機構設計,基圓半徑確定 從提高凸輪機構機械效率考慮,應取盡可能小的壓力角,且小于許用壓力角值,推程時從動件的壓力角許用值為40,推程為70,但減小壓力角會使基圓半徑增大,導致整個機構尺寸增大。為了使機構既有較好的傳力特
17、性,又有較緊湊的機構尺寸,設計時應兩者兼顧考慮。 原理課程中講了四種確定基圓半徑的方法,可使用其中的兩種可使用其中的兩種。初選r0驗算方法:初選r0,計算出各點的,使max;根據(jù)計算設計法,,,,,2.送料機構設計,滾子半徑確定: 滾子半徑選擇要適當,以免凸輪理論廓線(外凸)求出后,實際廓線出現(xiàn)自交現(xiàn)象而導致運動失真。經(jīng)驗公式: 繪制凸輪理論廓線和實際廓線: 確定凸輪的工作轉角,推程角、休止角、回程角,分別用圖解法和解析法設計凸輪理論廓線和實際廓線。 最后,作出凸輪實際廓線后,要演算臨界壓力角,使推程max40。,,,,3. 機構運動分析,對機構進行運動分析,求出機構各構件的位移、速度
18、、加速度,繪出位移、速度和加速線圖,驗證機構運動滿足設計要求;(對機構進行動力分析,據(jù)各構件的質量及轉動慣量確定機構的慣性力、慣性力偶矩、各位置的運動副反力及應加于原動件上的平衡力矩(加飛輪),繪制平衡力矩及運動副反力的變化線圖,以便清楚地了解在一個運動循環(huán)中,平衡力矩及運動副反力的變化情況。) 對上模的一個運動循環(huán)作速度分析,即將曲柄轉角分12等份,取上模對應的12位置,進行速度分析和一個位置的加速度分析,畫出速度多邊形和加速度多邊形并繪出上模的位移線圖和速度線圖。,六、課程設計實例分析,(一)、確定傳動方案 (二)、沖壓機構設計分析 (三)、送料機構設計分析 (四)、送料機構中凸輪機構的
19、設計 (五)、沖壓機構中上模的速度分析 速度矢量圖或速度曲線圖,七、設計工作量,1.A1圖一張: 內容包括: 沖壓送料機構簡圖 ; 傳動方案圖 ; 運動協(xié)調圖 ; 沖頭(上模) 12個位置的速度多邊形圖 和1個位置的加速度多邊形圖; 沖頭(上模)的位移線圖和速度線圖。 2.A2圖紙一張: 凸輪理論廓線和實際廓線(圖解法); 送料機構(凸輪機構從動件)運動規(guī)律(位移曲線、速度曲線、加速度曲線圖)。 3.設計說明書1份 設計說明書(15頁,2000字左右) 任務書粘貼在說明書的第一頁 (設計說明書,1元/本),說明書內容: 1.任務書 2.簡述方案設計和選擇(方案分析) 3.確定傳動
20、機構總方案,計算總傳動比,并分配各級傳動比 4.各機構設計步驟或分析計算過程 5. 對上模進行速度分析(矢量方程式、計算、結果) 6.凸輪機構的設計過程(數(shù)學模型、源程序、程序運行結果) 7.對設計結果的分析和討論 8.參考文獻 9.設計小結,八.課程設計的進度安排,1.聽課、明確設計任務(借教室、借圖板、丁字尺) 0.5天 2.機構選型、方案比較分析與確定、傳動方案設計 1天 4.機構設計、運動循環(huán)確定、運動簡圖繪制、機構運動分析 1.5天 5.凸輪設計與上機編程計算 1天 6.編寫設計說明書 1天 7.答辯
21、 1天,九、考核與成績評定,課程設計成績分優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級,成績不及格應重新進行設計。根據(jù)學生的設計態(tài)度、設計質量、創(chuàng)新性及答辯情況綜合評定學生機械原理課程設計的成績等級。 對課程設計考評按四項內容進行,所占比例為: 1)方案設計及創(chuàng)新性 20 2)圖樣部分 30 3)說明書(包括程序設計) 40 4)考勤 10,十.其它,1.場地:1號樓419、422室 (李傳坤老師:13937990361) 2.上機時間:6小時/人,超時付費; 上機地點2210機房,自備軟件。,要求: 必須在設計教室(或機房)獨立完成設計(或運行程序) 周五答辯(每人1015分鐘) 周五交圖紙和設計說明書,概述,四、設計任務,1、A1圖1張 完整的機構組合系統(tǒng)運動簡圖(A0圖紙1張) 上模的位移、速度線圖 執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖 控制送料凸輪機構的從動件運動規(guī)律 2、,