機械原理設計課程說明書---壓床機構設計

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文檔簡介

1、　　目錄　　一．壓床機構設計要求　　1.壓床機構簡介-------------------------------------3　　2.設計數(shù)據(jù)-----------------------------------------3<

2、;p>　　3.設計內容-----------------------------------------4　　（1）導桿機構的設計及運動分析-------------------------4　?。?）導桿機構的動態(tài)靜力分析---------------------------4　　（3）用解析法校核機構運

3、動分析和動態(tài)靜力分析結果-------4　?。?）飛輪設計-----------------------------------------4　　二．壓床機構的設計---------------------------------5　　1. 連桿機構的設計-----------------------------

4、-----5　　2. 導桿機構的運動分析------------------------------6　?。?）簡化曲柄搖桿機構---------------------------------6　　（2）簡化搖桿滑塊機-----------------------------------8

5、　　3. 導桿機構的動態(tài)靜力分析--------------------------8　　4. 機構的運動分析和動態(tài)靜力分析主程序及結果--------11　　（1）機構的運動分析主程序及結果-----------------------11　?。?）機構的動態(tài)靜力分析主程序及結果------

6、-------------17　　5. 飛輪的設計--------------------------------------24　　三．心得體會---------------------------------------26　　一．壓床機構設計要求

7、　1．壓床機構簡介：　　壓床是一種廣泛使用的加工機械，主要由齒輪機構、連桿機構和凸輪機構等組成，如圖9-6所示。電動機經過減速裝置（三對齒輪z1-z2、z3-z4、z5-z6）使曲柄1轉動，再通過六桿機構ABCDEF帶動滑塊5克服阻力Fr而運動。為了減小主軸的速度波動，在曲柄A上裝有飛輪，在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機構各運動副用的油泵凸輪。<

8、p>　　2.設計數(shù)據(jù)　　3.設計內容　?。?）連桿機構的設計及運動　　已知：中心距x1、x2、y, 構件3的上、下極限角Ψ´、Ψ´´，滑塊的沖程H，比值CE／CD、EF／DE，各構件質心S的位置，曲柄轉

9、速n1。　　要求：設計連桿機構 , 作機構運動簡圖、機構1～2個位置的速度多邊形和加速度多邊形、滑塊的運動線圖。　?。?）機構的動態(tài)靜力分析　　已知：各構件的重量G及其對質心軸的轉動慣量Js(曲柄1和連桿4的重力和轉動慣量（略去不計)，阻力線圖(如下圖所示)以及連桿機構設計和運動分析中所得的結果。</p&g

10、t;　　要求：確定機構一個位置的各運動副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。　?。?）用解析法校核機構運動分析和動態(tài)靜力分析結果　　編寫機構運動分析和動態(tài)靜力分析主程序，并調試通過，得到給定位置的計算結果。　　（4）飛輪的設計&l

11、t;p>　　已知：機器運轉的速度不均勻系數(shù)δ，曲軸A的轉數(shù)n1，由動態(tài)靜力分析所得　　的平衡力矩Mb；驅動力矩Md為常數(shù)。　　要求：用簡易方法確定安裝在軸A上的轉慣量JF。等效力矩圖和能量指示圖畫　　在坐標紙上。

12、;　　二．壓床機構的設計　　1. 連桿機構的設計及運動分析　　機構運動簡圖如下圖所示　　桿長計算：　　最終求得：　　2. 導桿機構的運

13、動分析　?。?）簡化曲柄搖桿機構： 　　+=+　　+=……式1　　設E、F、G：<b&g

14、t;　　E=　　F=　　G=　　將式1對時間求導：　　……式2 <p&

15、gt;　　將式2對時間求導：　　對BC桿中點即質心處分析：　　……式3　　將式3對時間求導：　　……式4</p&g

16、t;　　將式4對時間求導：　　對CD桿質心處分析　　（2）簡化搖桿滑塊機構：　　……式5 　　將式5對時間求導：<

17、;/b>　　……式6 　　將式6對時間求導：　　3. 導桿機構的動態(tài)靜力分析　　對各構件列平衡方程：　　構件一：+=0；</

18、b>　　+=0；　　.-.+=0　　構件二：-.+.-　　+（+）/2+（+）/2+=0

19、++=0；　　++=0　　=- =- =-　　構件三：+++=0；　　+++=0　　--++-+（+）/2- （+）/2+=

20、0　　=- =- =-　　構件四： 　　構件五：++=0　　=- =-　　4. 機構的運動分析和動態(tài)

21、靜力分析主程序及結果　　（1）機構的運動分析主程序：　　#include<stdio.h>　　#include<math.h>　　#define pi 3.1415926　　main()&

22、lt;/b>　　{float l=210,l1=69,l2=314.5,l3=140,l4=52.5,E,F,G,H,p1,p2,p3,p4,o1,o2,o3,o4,w1=3*pi,w2,w3,w4,b2,b3,b4,　　a2x,a2y,a3x,a3y,a5,v2x,v2y,v3,v5,x1=70,y=310,cs1,cs2,cs3,cs4,cs5

23、,cs6,cs7,cs8,cs9,cs10,cs11,cs12,cs14,cs15;　　for (p1=0;p1<=360;p1=p1+5)　　{o1=pi*p1/180;　　E=x1-l1*cos(o1);　　F=y-l1*sin(o1);

24、　　G=96.47-34.5*cos(o1)-152.8*sin(o1);　　cs1=sqrt(E*E+F*F-G*G);　　cs2=F+cs1;　　cs3=E-G;　　o3=2*atan(cs2/cs3);<

25、/p>　　H=81344+400*l*cos(o3);　　cs4=F+l3*sin(o3);　　cs5=E+l3*cos(o3);　　o2=atan(cs4/cs5);　　cs6=l*cos(o3)+200;<p&

26、gt;　　cs7=cs6/l4;　　cs8=sin(o1-o2);　　cs9=sin(o3-o2);　　cs10=sin(o1-o3);　　cs11=sin(o2-o3);　　cs12=cos(o1-o3);

27、　　cs14=cos(o1-o2);　　cs15=cos(o3-o2);　　o4=acos(cs7);　　w2=-w1*l1*cs10/(l2*cs11);　　w3=w1*l1*cs8/(l3*cs9);　　w

28、4=l*w3*sin(o3)/(l4*sin(o4));　　b2=(l3*w3*w3-l1*w1*w1*cs12-l2*w2*w2*cs15)/(l2*cs11);　　b3=(l2*w2*w2+l1*w1*w1*cs14-l3*w3*w3*cs15)/(l3*cs9);　　b4=(l*b3*sin(o3)+l*w

29、3*w3*cos(o3)-l4*w4*w4*cos(o4))/(l4*sin(o4));　　a2x=-l1*w1*w1*cos(o1)-l2*(w2*w2*cos(o2)+b2*sin(o2))/2;　　a2y=-l1*w1*w1*sin(o1)-l2*(w2*w2*sin(o2)-b2*cos(o2))/2;

30、　a3x=-105*w3*w3*cos(o3);　　a3y=-105*w3*w3*sin(o3);　　a5=(l*b3*cos(o3)-l4*b4*cos(o4)-l*w3*w3*sin(o3)+l4*w4*w4*sin(o4));　　v2x=-l1*w1*sin(o1)-(l2*w2*sin(o2))/2;&l

31、t;/p>　　v2y=(l1*w1*cos(o1)+(l2*cos(o2)))/2;　　v3=105*w3;　　v5=l*w3*cos(o3)-l4*w4*cos(o4);　　printf("%5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.

32、2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f \n",　　p1,o2*180/pi,o3*180/pi,o4*180/pi,w2,w3,w4,b2,b3,b4,a

33、2x,a2y,v2x,v2y,a3x,a3y,v3,a5,v5);}　　}　　運行結果如下：　　各個圖表繪制如下：　?。?）機構的動態(tài)靜力分析主程序：<

34、/p>　　clc　　clear　　l=0.210;l1=0.069;l2=0.3145;l3=0.140;l4=0.0525;l5=0.0525;w1=3*pi;XD=0.070;YD=0.310;G2=1600;<p&g

35、t;　　G3=1040;G5=840;m2=G2/9.8;m3=G3/9.8;m5=G5/9.8;J2=1.35;J3=0.39;　　S1=[];S2=[];S3=[];S4=[];　　for p1=-75:5:95　　o1=pi*p1/180;Fr=-1100;　　E=

36、XD-l1*cos(o1);　　F=YD-l1*sin(o1);　　G=(XD^2+YD^2+l1^2+l3^2-l2^2-2*XD*l1*cos(o1)-2*YD*l1*sin(o1))/(2*l3);　　cs1=sqrt(E*E+F*F-G*G);　　cs2=F+cs

37、1;　　cs3=E-G;　　o3=2*atan(cs2/cs3);　　cs4=F+l3*sin(o3);　　cs5=E+l3*cos(o3);　　o2=atan(cs4/cs5);</p

38、>　　cs6=l*cos(o3)+0.200;　　cs7=cs6/l4;　　cs8=sin(o1-o2);　　cs9=sin(o3-o2);　　cs10=sin(o1-o3);　　cs11=sin(o2

39、-o3);　　cs12=cos(o1-o3);　　cs14=cos(o1-o2);　　cs15=cos(o3-o2);　　o4=acos(cs7);　　w2=-w1*l1*cs10/(l2*cs11);&l

40、t;p>　　w3=w1*l1*cs8/(l3*cs9);　　w4=l*w3*sin(o3)/(l4*sin(o4));　　b2=(l3*w3*w3-l1*w1*w1*cs12-l2*w2*w2*cs15)/(l2*cs11);　　b3=(l2*w2*w2+l1*w1*w1*cs14-l3*w3*w3*cs1

41、5)/(l3*cs9);　　b4=(l*b3*sin(o3)+l*w3*w3*cos(o3)-l4*w4*w4*cos(o4))/(l4*sin(o4));　　a2x=-l1*w1*w1*cos(o1)-l2*(w2*w2*cos(o2)+b2*sin(o2))/2;　　a2y=-l1*w1*w1*sin(o1)

42、-l2*(w2*w2*sin(o2)-b2*cos(o2))/2;　　a3x=-0.105*w3*w3*cos(o3);　　a3y=-0.105*w3*w3*sin(o3);　　a5=(l*b3*cos(o3)-l4*b4*cos(o4)-l*w3*w3*sin(o3)+l4*w4*w4*sin(o4));<

43、;/p>　　XB=l1*cos(o1);YB=l1*sin(o1);　　XC=l1*cos(o1)+l2*cos(o2);YC=l1*sin(o1)+l2*sin(o2);　　XE=l1*cos(o1)+l2*cos(o2)+l5*cos(o3);　　YE=l1*sin(o1)+l2*

44、sin(o2)+l5*sin(o3);　　R34y=G5+m5*a5-Fr;R34x=R34y/tan(o4);　　P=[1 0 1 0 0 0 0 0 0;0 1 0 1 0 0 0 0 0;0 0 -YB XB 0 0 0 0 1;...　　0 0 -1 0 -1 0 0 0 0;0 0 0 -1 0 -1

45、0 0 0;0 0 YB -XB YC -XC 0 0 0;...　　0 0 0 0 1 0 1 0 0;0 0 0 0 0 1 0 1 0; 0 0 0 0 -YC XC -YD XD 0];　　M=[0 0 0 m2*a2x m2*a2y+G2 (m2*a2y+G2)*((XB+XC)/2)-m2*a2x*((YB+YC)/2)+J2*b2 ...&

46、lt;/p>　　m3*a3x+R34y/tan(o4) G3+m3*a3y+R34y R34y*XE-R34y*YE/tan(o4)+(m3*a3y+G3)*((XE+XD)/2)-m3*a3x*((YE+YD)/2)+J3*b3]';　　Q=P\M;　　S1=[S1;Q];<

47、;/p>　　end　　for p1=100:5:205　　o1=pi*p1/180;Fr=1100;　　E=XD-l1*cos(o1);　　F=YD-l1*sin(o1);<p

48、>　　G=(XD^2+YD^2+l1^2+l3^2-l2^2-2*XD*l1*cos(o1)-2*YD*l1*sin(o1))/(2*l3);　　cs1=sqrt(E*E+F*F-G*G);　　cs2=F+cs1;　　cs3=E-G;<p&

49、gt;　　o3=2*atan(cs2/cs3);　　cs4=F+l3*sin(o3);　　cs5=E+l3*cos(o3);　　o2=atan(cs4/cs5);　　cs6=l*cos(o3)+0.200;　　cs7=cs6/l4

50、;　　cs8=sin(o1-o2);　　cs9=sin(o3-o2);　　cs10=sin(o1-o3);　　cs11=sin(o2-o3);　　cs12=cos(o1-o3);　　cs1

51、4=cos(o1-o2);　　cs15=cos(o3-o2);　　o4=acos(cs7);　　w2=-w1*l1*cs10/(l2*cs11);　　w3=w1*l1*cs8/(l3*cs9);　　w4=l*w3*sin(o3)/

52、(l4*sin(o4));　　b2=(l3*w3*w3-l1*w1*w1*cs12-l2*w2*w2*cs15)/(l2*cs11);　　b3=(l2*w2*w2+l1*w1*w1*cs14-l3*w3*w3*cs15)/(l3*cs9);　　b4=(l*b3*sin(o3)+l*w3*w3*cos(o3)-l4

53、*w4*w4*cos(o4))/(l4*sin(o4));　　a2x=-l1*w1*w1*cos(o1)-l2*(w2*w2*cos(o2)+b2*sin(o2))/2;　　a2y=-l1*w1*w1*sin(o1)-l2*(w2*w2*sin(o2)-b2*cos(o2))/2;　　a3x=-0.105*w3*

54、w3*cos(o3);　　a3y=-0.105*w3*w3*sin(o3);　　a5=(l*b3*cos(o3)-l4*b4*cos(o4)-l*w3*w3*sin(o3)+l4*w4*w4*sin(o4));　　XB=l1*cos(o1);YB=l1*sin(o1);

55、　XC=l1*cos(o1)+l2*cos(o2);YC=l1*sin(o1)+l2*sin(o2);　　XE=l1*cos(o1)+l2*cos(o2)+l5*cos(o3);　　YE=l1*sin(o1)+l2*sin(o2)+l5*sin(o3);　　R34y=G5+m5*a5-Fr;R34x=R34y/t

56、an(o4);　　P=[1 0 1 0 0 0 0 0 0;0 1 0 1 0 0 0 0 0;0 0 -YB XB 0 0 0 0 1;...　　0 0 -1 0 -1 0 0 0 0;0 0 0 -1 0 -1 0 0 0;0 0 YB -XB YC -XC 0 0 0;...　　0 0 0 0 1 0 1

57、0 0;0 0 0 0 0 1 0 1 0; 0 0 0 0 -YC XC -YD XD 0];　　M=[0 0 0 m2*a2x m2*a2y+G2 (m2*a2y+G2)*((XB+XC)/2)-m2*a2x*((YB+YC)/2)+J2*b2 ...　　m3*a3x+R34y/tan(o4) G3+m3*a3y+R34y R34y*XE-R34y*

58、YE/tan(o4)+(m3*a3y+G3)*((XE+XD)/2)-m3*a3x*((YE+YD)/2)+J3*b3]';　　Q=P\M;　　S2=[S2;Q];　　end　　for p

59、1=-150:5:-80　　o1=pi*p1/180;　　E=XD-l1*cos(o1);　　F=YD-l1*sin(o1);　　G=(XD^2+YD^2+l1^2+l3^2-l2^2-2*XD*l1*cos(o1)-2*YD*l1*sin(o1))/(2*l3);<

60、;/p>　　cs1=sqrt(E*E+F*F-G*G);　　cs2=F+cs1;　　cs3=E-G;　　o3=2*atan(cs2/cs3);　　H=0.081344+0.400*l*cos(o3);<

61、;/p>　　ss=YD+l*sin(o3)-sqrt(l^2*sin(o3)*sin(o3)-H);　　Fr=40351-188571*ss;　　cs4=F+l3*sin(o3);　　cs5=E+l3*cos(o3);　　o2=atan(cs4

62、/cs5);　　cs6=l*cos(o3)+0.200;　　cs7=cs6/l4;　　cs8=sin(o1-o2);　　cs9=sin(o3-o2);　　cs10=sin(o1-o3);

63、　cs11=sin(o2-o3);　　cs12=cos(o1-o3);　　cs14=cos(o1-o2);　　cs15=cos(o3-o2);　　o4=acos(cs7);　　w2=-w1*l1*cs10/(l2*cs11);&l

64、t;/p>　　w3=w1*l1*cs8/(l3*cs9);　　w4=l*w3*sin(o3)/(l4*sin(o4));　　b2=(l3*w3*w3-l1*w1*w1*cs12-l2*w2*w2*cs15)/(l2*cs11);　　b3=(l2*w2*w2+l1*w1*w1*cs14-

65、l3*w3*w3*cs15)/(l3*cs9);　　b4=(l*b3*sin(o3)+l*w3*w3*cos(o3)-l4*w4*w4*cos(o4))/(l4*sin(o4));　　a2x=-l1*w1*w1*cos(o1)-l2*(w2*w2*cos(o2)+b2*sin(o2))/2;　　a2y=-l1*w

66、1*w1*sin(o1)-l2*(w2*w2*sin(o2)-b2*cos(o2))/2;　　a3x=-0.105*w3*w3*cos(o3);　　a3y=-0.105*w3*w3*sin(o3);　　a5=(l*b3*cos(o3)-l4*b4*cos(o4)-l*w3*w3*sin(o3)+l4*w4*w4*

67、sin(o4));　　XB=l1*cos(o1);YB=l1*sin(o1);　　XC=l1*cos(o1)+l2*cos(o2);YC=l1*sin(o1)+l2*sin(o2);　　XE=l1*cos(o1)+l2*cos(o2)+l5*cos(o3);　　YE=l1

68、*sin(o1)+l2*sin(o2)+l5*sin(o3);　　R34y=G5+m5*a5-Fr;R34x=R34y/tan(o4);　　P=[1 0 1 0 0 0 0 0 0;0 1 0 1 0 0 0 0 0;0 0 -YB XB 0 0 0 0 1;...　　0 0 -1 0 -1 0 0 0 0;0

69、0 0 -1 0 -1 0 0 0;0 0 YB -XB YC -XC 0 0 0;...　　0 0 0 0 1 0 1 0 0;0 0 0 0 0 1 0 1 0; 0 0 0 0 -YC XC -YD XD 0];　　M=[0 0 0 m2*a2x m2*a2y+G2 (m2*a2y+G2)*((XB+XC)/2)-m2*a2x*((YB+YC)/2

70、)+J2*b2 ...　　m3*a3x+R34y/tan(o4) G3+m3*a3y+R34y R34y*XE-R34y*YE/tan(o4)+(m3*a3y+G3)*((XE+XD)/2)-m3*a3x*((YE+YD)/2)+J3*b3]';　　Q=P\M;　　S

71、3=[S3;Q];　　end　　運行結果如下：　　各個圖表繪制如下：　　5. 飛輪的設計<

72、p>　?。?）確定ΔWmax　?、賹⒏鼽c的平衡力矩（即等效阻力矩）畫在坐標紙上，如下圖所示，平衡力矩所做的功可通過數(shù)據(jù)曲線與橫坐標之間所夾面積之和求得。依據(jù)在一個工作周期內，曲柄驅動力矩（設為常數(shù)）所做的功等于阻力矩所做的功，即可求得驅動力矩Md（常數(shù)）。在下圖中，橫坐標為曲柄轉角，一個周期為2π，將一個周期分為36等份；縱坐標軸為力矩。<b

73、>　　得到：　　即，Md=-39.888N.m　　②根據(jù)盈虧功的原理，求得各盈虧功，并做能量指示圖如下。以曲柄的平均力矩為分界線，求出各區(qū)段盈虧功如下：　　ΔW1=8.578 ΔW2=-22.124 ΔW3=1366.911

74、　　ΔW4=-939.895 ΔW5=8.750 ΔW6=-3981.715 　　ΔW7=647.629 ΔW8=-2048.790 ΔW9=4429.004 　　ΔW10=-568.770 ΔW11=1016.037<p&

75、gt;　　由此得到ΔWmax=ΔW9=4429.004　　(2)求飛輪的轉動慣量　　=1495.839759 kg.m2　　三．心得體會　　通過近一周的課程設計，使我們對機械原理的各個方面有了更深刻的認識，對機械運動學和動力學的分析設

76、計有了較為完整的認識，進一步提高了我們的運算、繪圖、表達、編程、運用計算機和查閱技術資料的能力；但由于知識的有限，在設計中難免遇到各方面的問題，但經過我們小組的協(xié)作和討論，最終解決了問題。　　在設計過程中，培養(yǎng)了我們綜合應用機械原理知識的能力，更加培養(yǎng)了我們的團隊協(xié)作能力，大家共同努力，解決了很多個人無法解決的問題，在以后的學習中我們會更加努力和團結，記住一句話：態(tài)度決定一切！

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