机械综合课程设计指导书songliao

发布于:2021-08-02 13:01:17

机自 081 专用

机械综合课程设计指导书
—单边滚轴自动送料机构设计与分析
吴海涛 改编

机电工程学院 2008 年 6 月

一、课程设计的目的和任务 机械设计课程设计是本课程教学的一个重要的实践性环节。 (一).课程设计的目的 1.进一步巩固和加深学生所学课程的理论知识 2.培养学生运用所学理论知识解决与本课程有关的实际问题的能力,使学生对于机械 运动学、动力学的分析和设计有一个较完整和系统的概念。 3.使学生掌握机械运动分析、动力分析和设计的图解方法,进一步提高学生的计算、制 图和使用技术资料的能力。 (二).课程设计的任务 1.按照机械的几何、轨迹、运动和动力等性能要求,进行低付机构的尺寸综合 2.对指定的机械进行运动分析。 3.绘制机构运动循环图。 4.根据完成的原理图设计装配图,绘制 2~3 个典型零件图。 要求学生在三周内完成教师指定的设计任务,作图正确,编写好计算说明书。 二、课程设计题目介绍 设计题目:单边辊轴送料装置分析与设计 机构简图如图一所示,设计内容有: 1.机构的方案设计 2.确定机构的几何尺寸 3.机构的运动分析和动力分析 4.机构运动循环图 5.飞轮设计 题目的原始数据见表 1,其中: Sn --- 为板料送进距离 n --- 为压机频次 B --- 为板料厚度 H ---- 为冲压滑块行程 [α ]-- 为许用压力角 Fb --- 为板料送进阻力 Fr --- 为冲压板料时的阻力
1

δ --- 为速度不均匀系数 e=0 取 R1=Rb 板料底面至冲床工作台面距离为 b1=20~50mm
方 案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 n /次/分 250 230 220 200 180 170 160 150 140 120 100 150

图 1.单边辊轴送料装置原理图

表 1 单边辊轴自动送料装置题目的原始数据
Sn /mm 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 B /mm 2 2 2 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 3 2 H /mm 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 Fb /N 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 600 Fr /N 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 2200

?? ? /度 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25

δ 0.04 0.03 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03

Rb /mm 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 48

R2 /mm 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 54

R /mm 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 175

L /mm 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1243

x /mm 370 370 370 370 370 370 370 370 370 370 370 371

y /mm 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250

学号 1~4 5~8 9~12 13~16 17~20 21~24 25~28 29~32 33~36 37~40 41~44 R1=78

G7=1500N,JO2=0.8kgm2,JO3=0.4kgm2,JO4=0.3kgm2 三、单边辊轴送料装置机构分析和设计的具体内容及实施步骤 (一).方案设计及设计工作量 1.方案设计及设计要求 每人提出2~3种方案,并绘出机构运动简图。从中选择一种可行性方案, 按照该方 案将曲柄一个运动循环分成 13 个位置,即 1, 2, 3, ... 12, 始(开始冲压位置),然后绘滑块及 板料的位移线图和速度线图。 2.设计工作量 1) 根据题目要求确定设计方案 2) 机构的尺寸综合,绘制机构运动简图,滑块及板料的位移和速度线图, 用图解法按给 定位置进行机构的运动分析,并绘在一张2号图纸上,简称"分析设计图"。 3) 绘机构运动循环图。 4) 飞轮设计过程图一张。 5) 编写计算说明书一份。 (二).机构尺寸综合 已知数据见表 1,要求确定机构尺寸:lO1A , lO1A' , lA'C , 及开始冲压时滑块 C 点至板料 的距离 S1。 步骤: 1.求辊轴转角

?R ?

S n ?180 ? ? Rb
2

2.摇杆摆角

? A ? ?R

R1 R2

3.机架中心距 4.曲柄半径 r= lO1A

P ? LO1O2 ? x 2 ? y 2

2l 2 ? 2 cos
2 r 2 ? lO1 A ? ( P 2 ? R 2 ? l 2 ) ?

?A
2

(l 2 ? p 2 sin 2 sin 2

?A
2

)(l 2 ? R 2 sin 2

?A
2

)

?A
2

5.曲柄滑块机构:曲柄半径 r1

r1 ? lO A' ?
1

H 2

6.根据许用压力角[α ]调节连杆长 l1,取 l1=560mm,并验算:

l1 ? l A'C ?

H /2 sin[? ]

公式中 R1,R2 为齿轮分度圆半径由齿轮的模数 m 和齿数 z 确定,根据机构综合得到 的尺寸,用长度比例尺μ l(m/mm),绘制机构运动简图。 (三).送料时间及其调整方法 送料时间一般在上死点前后为宜,这样可避免冲头干涉,一般取在曲柄转角 270°~90° 之间,如图 2 所示。当曲柄在 270°时,摇杆应位于下极限位置,由此可确定原动件上两曲 柄之间的夹角α 如图 2c)。当送料距离一定时,应尽可能加长送进时间, 通常用改变偏心的 圆周位置来实现。

3

图 2.机构送料与运动循环图
a) 机构送料周期 b) 运动循环图 c) 确定原动件上两曲柄之间的夹角

(四).单边辊轴送料装置机构运动分析 1.作滑块 7 的位移线图(s-φ )曲线,板料的位移曲线(s'-φ )。 将曲柄 lO1A 的圆周按曲柄的转向依次分为 12 等分,另外补充冲头开始冲压时的一个位 置,取曲柄 1 为原点,这时滑块 7 在最高点(上死点),板料应进入送进阶段,使曲柄按图 2 所示 转向依次转到各个位置,可找出滑块 7 上 C 点的位置和板料移动的距离,取长度比例尺μ s 及时间比例尺μ t=T/L=60/n1L (s/mm),分别作滑块的位移线图和板料的位移线图(一个周期 内)。式中 L 为图上横坐标的长度。 2.用图解微分法分别作滑块和板料的速度线图(v-t 曲线) 下面以图 3 为例来说明图解微分法的作图步骤,图 3 为某一位移线图, 曲线上任一点的 速度可表示为:

v?

ds ? S dy ? S ? ? tan? dt ?t dx ?t

其中 dy 和 dx 为 s=s(t)线图中代表微小位移 ds 和微小时间 dt 的线段, α 为曲线 s=s(t) 在 所研究位置处切线的倾角。 上式表明,曲线在每一位置处的速度 v 与曲线在该点处的斜率成正比,即 v∝tgα ,为了
4

用线段来表示速度,引入极距 K(mm),则

v?

?S ? tan? ? S ( K tan? ) ? ? v ( K tan? ) ?t ?t K

式中μ

v

为速度比例尺,μ v = μ s/μ tK ( m/s/mm )。 为直角三角形中α 角的相邻直 K

角边时,(Ktgα )为角α 的对边。由此可知,在曲线的各个位置, 其速度 v 与以 K 为底边,斜边 *行于 s=s(t)曲线在所研究点处的切线的直角三角形的对边高度(Ktgα )成正比。该式正是 图解微分法的理论依据,按此便可由位移线图作得速度线图(v-t 曲线),作图过程如下: 先建立速度线图的坐标系 v-1-t(图 4),其中分别以μ v 和μ t 作为 v 轴和 t 轴的比例尺, 然 后沿轴向左延长至 o 点,使 o0= K(mm),距离 K 称为极距,点 o 为极点。 o 点作 s=s( t)曲线(图 过 3)上各位置切线(图 3 中仅画出曲线上 3'的切线)的*行线 o2"、o3"...等,在纵坐标轴上截得 线段 12"、13"、14"...等。由前面分析可知,这些线段分别表示曲线在 2'、3'、4'... 等位置时 的速度,从而很容易画出位移曲线的速度曲线(图 4a)。 上述图解微分法称为切线法。该法要求在曲线的任意位置处很准确地作出曲线的切 线,这常常是非常困难的,因此实际上常用“弦线”代替“切线” ,即采用所谓弦线法,作 图方便且能满足要求,现叙述如下: 依次连接图 3 中 s =s(t)曲线上相邻两点,可得弦线 1'2'、2'3'、3'4'...等(图 3 中仅画出弦 线 2'3',学生作图时应严格画出每一弦线),它们与相应区间位移曲线上某点(例图 3 中 N 点)
5

的切线*行。当区间足够小时,该点(例 N 点)可*似认为在该区间(例 2,3)中点的垂直线上。 因此我们可以这样来作速度曲线:如图 4b 所示,按上述切线法建立坐标系 v-1- t 并取定极距 K 及极点 o,从 o 点作辐射线 o2'、o3'、o4'...等,使分别*行于弦线 1'2'、2'3'、3'4'...并交纵坐 标轴于 2"、 3"...等点。 然后将对应坐标点投影相交,得到一个个小矩形(例图 4b 中矩形 2cd3), 则过各矩形上底中点(例图 4b 中 e,f 点等)的光滑曲线,即为所求位移曲线的速度线图(v-t 曲 线)。 3.用相对运动图解法,分别作滑块和板料的速度分析 1).求 VA'及 VA vA’=r 1ω 1 , v A=rω 1 其中 ω 1=2π n/60 (rad/s)

2) 列出向量方程,求 VC ,VB

vC ? v A' ? vCA'

?

?

?

vB ? v A ? vBA

?

?

?

v板料 ?

R2 Rb vB R1R

3) 取速度比例尺μ v=VA'/pa'( m/s/mm ) ,作速度多边行,将结果列入表 2
表 2 滑块,板料的速度分析汇总表
位置 方法 图解微分法求滑块 相对运动图解法求滑块 图解微分法求板料 相对运动图解法求板料

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

(五).单边辊轴送料装置的机构运动循环图 以滑块最高点为曲柄转动起点,当滑块下行到开始冲压时的转角为冲压始角, 冲压完 毕时的角度为冲压终角,接着滑块继续下行到最低点再完成滑块的上行动作。 此时再找出曲柄转动时,板料不动与板料送进时对应的转角。应保证, 滑块冲压时板料 处于不动的位置。为保证板料送进时,速度较低, 应尽可能的使板料送进时间大于板料不动 的时间。 (六).飞轮设计 1.速度多边形杠杆法原理(参考相关书籍) 2.用速度多边形杠杆法求等效构件的等效阻力矩
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步骤:将所有外力 Fb,Fr,Fer,G7 按同一方向转 90°,分别加到速度多边形的相应点 上,其中等效阻力矩 Fer 加在构件 1 的 A'点上,且 Fer ┴O1A',注意 Fer 与 A'的运动方向相反, 然后诸力对速度多边形的极点 p 取矩,其中 Fr 值在未冲压时 Fr=0, 进入冲压时 Fr≠0, 所以 在冲压始点 Fer 也对应双值(对应 Fr=0 与 Fr≠0)。 最后求得各个位置的等效阻力矩 Mer=Fer·lO1A' (在冲压点有双值) 并将结果汇总列于 表3
表 3 等效阻力矩 Mer 汇总表 位置 Mer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 冲压始点 Fr=0 Fr≠0

3.确定飞轮的转动惯量 已知:速度不均匀系数δ ,飞轮安装在曲柄轴上,等效阻力矩值见表 3,且驱动力矩为常 数。 要求:用米查尔洛夫法确定飞轮的转动惯量 JF。 步骤: 1.作等效阻力矩 Mer―φ 线图 根据表 3 中已求得的等效阻力矩, 取力矩比例尺μ M(N·m/mm) 曲柄的转角比例 , 尺μ φ =2π /L(rad/mm),其中L为横坐标的长度(mm) 。作曲柄在一个运动循环中的等效 阻力矩Mer―φ 曲线如图 5a 所示。 2.用图解积分法作等效阻力矩功Aer —φ 线图 图解积分法为图解微分法的逆过程,兹不赘述。 取极距K(mm) ,用图解积分法由力矩Mer―φ 曲线求得力矩所做的功Aer―φ 曲线 (图 5b) 。 由于 M=dA/ dφ =μ Ady/μ φ dx= [μ A/(μ φ K)]· (Ktgα )=μ M·Ktgα 其中 μ M=μ A/(μ φ K)

故取Aer―φ 曲线纵坐标比例尺μ A=Kμ φ μ M(J/mm) 。 (*求Aer 的理论依据如下:

Aer ? ? M er d? ? ? ? M y?? dx ? ? M ?? K ?
0 n 0 n 0

2?

2?

2?

n y y dx ? ? M ?? K ? i ?xi K i ?1 K

? ? M ?? K ? tan? i ?xi ? ? A ? tan? i ?xi
i ?1 i ?1

3.作驱动力矩功Ad―φ 线图和驱动力矩Md―φ 线图。 由于在一个稳定运动循环中,驱动力矩所做的功等于阻力矩所做的功,又知驱动力矩
7

为常数,所以连接Aer ―φ 曲线的始、末两点的直线 0e,即为Ad―φ 线图,由Ad―φ 线 图可反求出驱动力矩Md 的大小,如图 5a 所示。 4.作动能增量△E―φ 线图 取比例尺 μ E=μ A=Kμ φ μ M(J/mm) ,动能变化△E=Ad-Aer, 其值可直接由图 5b 上Ad(φ )与Aer(φ )曲线对应纵坐标线段相减得到,由此可 作出动能变化曲线(见图 5c) 。 5.作等效构件的动能ER―φ 线图 等效构件所具有的动能,等于机构所有构件动能之和,即 ER=1/2(∑mivi2+∑Jiω i2) 本例

ER ?

1 1 1 1 2 2 2 2 m7 v7 ? J O 2? 2 ? J O 3? 3 ? J O 4? 4 2 2 2 2

用上式计算出各个位置等效构件(即构件1)的动能,并列于表4,然后可画出动能 ER―φ 线图(图 5d) 。 6.作动能变化△E与等效构件动能ER差值(△E-ER)―φ 线图 取比例尺μ E=μ A=μ △E=μ ER=μ (△E-ER) (J/mm) ,既然比例尺都相同,在求作 (△E-ER)―φ 线图时,△E-ER的值可直接由图 5c 与图 5d 上的对应纵坐标线段相 减得到(见图 5e) 。 7.计算飞轮的转动惯量JF 在图 5e 中,a 和 b 两点为等效构件转速最大和最小位置,即ω max 和ω min 位置,对应 的纵坐标为(△E-ER)max 和(△E-ER)min。在 (△E-ER)―φ 曲线上量取纵 坐标最高和最低点之间的距离 gf,并记住E=△E-ER,则

? [ Amax ] ? Emax ? Emin ? ( gf )?E
所以
____ ____

JF ?
飞轮转动惯量的单位为 kg·m 。


( gf ) ? E
2 ?? m

900( gf ) ? E ? ?? 2 n12

表 4 等效构件动能 ER 汇总表 位置 ER 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

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图 5 飞轮设计过程图 (七).思考题 1.用相对运动图解法对机构进行运动分析求速度和加速度时, 为什么必须严格按照杆 组? 2.如何用速度多边形杠杆法直接求*衡力? 其原理和步骤又如何? 3.在等效阻力矩线图中,对冲压始点,为什么Mer 应取双值? 4.为什么说飞轮在调速的同时还能起到节能的作用?为什么飞轮要尽量装在高速轴 上。 四、单边辊轴自动送料机构装配图设计 1、了解冲床的结构尺寸 2、绘制与冲床配套的机构装配草图 3、绘制正式装配图(参考“机械工程及自动化简明设计手册” ) 4、绘制零件图 五、编写计算说明书的要求 计算说明书是学生说明自己的设计正确、合理,并供有关人员参考审阅的文件, 它 是课程设计的重要组成部分。其内容大致包括: 1.设计题目,全部原始数据; 2.机构运动简图或设计方案的确定;
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3.列出大小标题,简要说明设计中所用的原理和方法, 并写出必要的计算公式或向 量方程式画出向量多边形; 4.用表格列出计算结果,并画出主要曲线图; 5.对结果和误差进行分析讨论; 6.对主要零部件(齿轮,轴,轴承)进行强度计算 7.列出主要参考书目。 计算说明书要用 16 开报告纸书写,语句简捷,书写工整, 最后附上“单边辊轴送料 装置分析与设计图”和“飞轮设计的过程图” ,并加上封面装订成册,送交指导教师批阅。 参 考 资 料 孙 桓 主编,机械原理第七版,高等教育出版社,2001 刘天一 主编,机械原理课程设计指导,南京机械专科学校 1993.10 权修华 主编,冲压自动化与压力机改造,安徽科学技术出版社,1992 徐锦康 主编,机械原理,高等教育出版社,2004.2 叶伟昌 主编,机械工程及自动化简明设计手册(上册)第二版,机械工业出版社, 2006.8

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机电工程学院
机械原理课程设计任务书
专业_____________班级_____________设计者______________学号______________

设计题目:单边滚轴自动送料机构设计与分析
请将相关数据填入表中
方 案 Sn /mm n B /次/ /mm 分 H /mm Fb /N Fr /N

?? ?
/度

δ

Rb /mm

R2 /mm

R /mm

L /mm

x /mm

y /mm

G7=1500N,JO2=0.8kgm2,JO3=0.4kgm2,JO4=0.3kgm2

题目的原始数据见表,其中: Sn --- 为板料送进距离 n --- 为压机频次 B --- 为板料厚度 H ---- 为冲 压滑块行程 [α ]-- 为许用压力角 Fb --- 为板料送进阻力 Fr --- 为冲压板料时 的阻力δ --- 为速度不均匀系数 e=0 取 R1=Rb 要求:2 号图纸两张,设计计算说明书一份 设计期限: 年 月 日至 年 月 日 颁发日期: 年 月 日
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