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1、机械原理课程设计,指导教师：张利娟联系电话：机械原理与机械设计教研室,一、课程设计的目的二、课程设计的方法三、课程设计题目四、课程设计内容五、课程设计的任务六、课程设计实例分析七、课程设计完成任务及要求八、成绩评定及答辩,一、课程设计的目的,1.理论联系实际，提高解决实际问题的能力。通过对机械原理课程的学习，已经掌握了机械中的各种常用机构的工作原理、运动特性和受力特性等知识。但在各种机械中，为了满足机械的运动及工作要求，仅采用某一种机构是不够的。通过课程设计，就可以将各机构联系到一起，综合运用所学的知识，理论联系实际去分析解决工程中的实际问题，提高解决实际问题的能力。2.通过课程设计，可对机械
2、系统（包括驱动部分、传动部分、执行部分及操纵控制部分）有一个初步了解和认识，培养对机械系统运动方案设计和分析能力，培养机构创新设计的能力。3.培养收集和查阅设计资料能力、制图能力及分析、归纳、总结的能力，使用计算机编程的能力。,二、课程设计的方法,课程设计的方法有图解法、解析法和实验法三种。设计过程和运动分析中主要用图解法和解析法，可采用图解法与解析法相结合使用。图解法是运用某些几何关系或已知条件，通过几何作图求得结果，所需尺寸可直接从图上量取。优点是可将分析设计结果清晰表现在图样上，直观、形象，便于检查结果是否正确。缺点是作图繁琐，精度不高，对精度要求高或复杂问题不适用。解析法以机构参数来表
3、达各构件间的函数关系，建立机构的位置方程和求导方程，解析求解未知量，可借助计算机，用C语言、VB或Matlab进行编程计算，避免大量重复人工劳动，计算精度高，能解决复杂问题，应用逐渐广泛。,三、课程设计的题目,题目：冲床的冲压机构和送料机构设计 冲压是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得的具有一定形状和尺寸冲件的加工方法。主要有弯曲、拉深、翻边等。,汽车覆盖件,飞机蒙皮,冲床的冲模一般由上模和下模两部分组成。冲床的冲压机构相当于上模，用于冲制薄壁零件；通过上模和下模作用将薄壁钢板坯料拉延成型。送料机构是能保证及时的将坯料送到待冲压位置，两者动作要协调一致，完成多件连续
4、生产。我们的目的是设计实现这个功能的冲床的冲压机构和送料机构。,冲床的工作原理如图(a)所示，运动规律如图(b)所示，上模先以较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后到下一次接触坯料进行冲制前，在这个时间段内，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置(下模上方)，完成一个工作循环。,以电动机作为动力源，与曲柄连接，曲柄作主动件，从动件即执行构件为上模，作上下往复直线运动，下模固定在冲床座上。上模大致运动规律如图(b)所示，先是以一定运动规律接近坯料，曲柄转角1；然后近似匀速工作，曲柄转角m；上模再以一定运动规律下行，推出工件，曲柄转
5、角2；然后上模退出下模，曲柄转角3；最后是上模快速退回上极限位置，曲柄转角4。,原始数据与设计要求：,1.上模的运动规律应满足图(b)所示的运动要求。2.机构应具有良好的传力性能，工作段的压力角应尽可能的小，结构紧凑，制造方便。,设计数据：,四、课程设计内容1.冲压机构设计2.送料机构设计3.各种方案分析比较，确定总体方案,冲压机构是主机构，主动件是曲柄，从动件是上模，动作要求是由回转运动变成往复直线运动；运动要求是上模要满足图b所示的运动规律，工作段近似匀速，回程时有急回；冲压过程中受到非常大的生产阻力，动力特性是传力性能要好，工作段的压力角尽可能小。根据功能要求和动作分解，能实现由转动变成
6、往复直线移动的机构主要有平面连杆机构（包括曲柄滑块机构和移动导杆机构等）、齿轮齿条机构、凸轮机构、螺旋机构等。很明显，连杆机构的杆件长，可以实现大行程；连杆机构连接为转动低副，受力好，精度要求低，再者连杆机构能实现急回特性，因而冲压机构采用 连杆机构完成冲压动作比较合理；同时设计要求对上模的运动规律要求比较高，用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现，因此，需要至少两个个基本机构恰当地组合在一起来满足冲压要求。,1.冲压机构,送料机构的动力源是电动机，主动件为回转运动，从动执行构件作直线送料运动，只要在规定的时间内送料到位就可以了，对送料快慢和运动规律没有要求，同时送料机构作间歇送料，受力
7、较小，动力特性要求低，因而送料机构要求较低，运动容易实现。执行构件能作间歇运动的机构主要有凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等，凸轮机构是控制机构，且受载不大，比较适合，而送料机构还要求有一定的送料行程，但是单一的凸轮机构会尺寸很大，而连杆机构可以实现大行程，且连杆机构具有尺寸放大功能，这样凸轮机构和连杆机构组合在一起，凸轮机构实现动作控制功能，连杆机构实现大行程输送功能，可很好满足送料要求。需注意的是送料机构和冲压机构在动作上有协调要求，送料机构要在适当的时间内送料到位，不能和冲压动作相冲突、碰撞，这需要两机构采用一个电动机，对送料动作进行适当控制，与冲压机构的运动协调起来。,2.
8、送料机构,冲床包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构，分别完成两个功能即冲压零件和送料，完成这两个功能要求就要考虑采用一定的方法，选择合适的机构来实现，这个构思过程就是运动方案的设计，体现出可选方案的多样性、设计的主动性和创新性。,3.各种方案分析,能实现冲压机构功能要求的机构方案有齿轮-连杆冲压机构、摆动导杆滑块冲压机构（滑块和连杆）、六连杆冲压机构、连杆-凸轮冲压机构等。能实现送料机构功能要求的机构方案有凸轮-直动摆杆送料机构（直动摆杆形式有多种）、凸轮-摆动摆杆送料机构。将冲压机构和送料机构的任意两个机构组合，就可得到冲压机构和送料机构的一个运动方案。,方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆
9、送料机构,冲压机构采用有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮2与曲柄DE固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角 尽可能小。送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使LOG LOH，可减小凸轮尺寸。,方案二：摆动导杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,冲压机构是在摆动导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成。摆动导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可以达到工作段近于匀速的要求
10、。适当选择导路位置，可使工作段压力角 较小。送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。,方案三：六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。四杆机构可按行程速度变化系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近似于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择恰当，可使执行构件在工作段中运动时机构的压力角 较小。凸轮连杆送料机构的凸轮轴过齿轮机构与曲柄轴相连，按机构运动循环图确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。设计
11、时，使LIH LIR，可减小凸轮尺寸。,方案四：连杆凸轮冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构采用有两个自由度的连杆凸轮组合机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮4与两个凸轮固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性,并使压力角 尽可能小。改变凸轮轮廓曲线，可改变C点轨迹，从而使执行构件获得多种运动规律，满足不同工艺要求。凸轮连杆送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使LHI LHG，可减小凸轮尺寸。,减速传动方案设计就是根据电机转
12、速和执行构件的生产率来确定总传动比，然后确定各级传动比，并计算各级传动比的传动件尺寸，大致确定出各级传动的总体尺寸。能实现减速传动的传动装置主要有带传动、链传动、齿轮系传动、蜗轮-蜗杆传动、锥齿轮传动等。带传动和链传动用于远距离传动，带传动能缓冲吸振和过载保护，常用于高速端，链传动有振动冲击，常用于低速端；齿轮系传动，传动比准确，传动精度高，应用广；蜗轮-蜗杆传动比大、可自锁，用于功率不大的换向传动，锥齿轮主要用于换向传动。根据冲压机构的运动要求，可以选择带传动和定轴轮系串联使用来实现减速传动。带传动的传动比范围为2-4，带传动的传动比不宜太大，否则大小带轮直径相差大，小带轮的包角减小，容易打
13、滑，可选传动比为2。单级齿轮传动的范围为4-6，经计算可采用一级带传动和两级齿轮传动。然后画出传动方案的示意图。,2.减速传动方案设计,传动方案图,主要任务是根据已知条件，确定出机构的杆件具体尺寸和相互位置关系，使设计的机构满足各项设计要求。,五、课程设计的任务,1.冲压机构设计 方法有图解法和解析法，简单机构用图解法，复杂机构用解析法。思路是先由上模工作段行程确定出冲压工作行程，再由行程速比系数算出极位夹角，设定曲柄长度或机架长度，从两端进行推算确定出连杆机构的各构件的尺寸长度和相对位置。用解析法时，要建立杆件的位置方程，进行求解计算，这样结果准确。机构确定后要进行验证，满足工作段转角、工作
14、段压力角，并使工作段近似匀速，如不满足，要重新确定尺寸和相对位置。,2.送料机构设计,a）绘制机构运动循环图.冲压机构和送料机构的动作要协调，不能出现冲突和干涉现象，送料机构要在上模退出下模后，到再次接近坯料冲制前的时间段内将坯料送到待冲压位置，并返回到原位置，准备下一次送料动作。因而在进行送料机构设计前，首先要拟定冲压机构和送料机构的动作协调循环图。机构运动循环图主要有三种形式：圆周式工作循环图、直线式（表格式）、直角坐标式工作循环图。圆周式：适用于主动件作圆周运动的曲柄，画圆环，根据曲柄转角对上模和送料机构的工作动作进行分段相协调。,直线式(表格式)：相当于把圆周式进行展开，画表格，根据曲
15、柄转角，对上模和送料机构的工作动作进行分段相协调。,直角坐标式：横坐标为曲柄转角，纵坐标为执行构件的位移，通过两执行构件的位移关系显示来进行运动协调。直角坐标式不仅能表示两执行构件的动作顺序，且能表示出两构件的运动规律和及配合关系，是最为完善的一种。,2.送料机构设计,b）送料机构的连杆机构设计 任务是确定出送料连杆机构的各构件尺寸和相对位置，思路是由送料距离确定出各构件尺寸，推出和凸轮相连接的直动从动件的直线位移或摆动从动件的转角，且使连杆机构具有尺寸放大功能，以减小凸轮尺寸。c）送料机构的凸轮设计从动件运动规律选择：避免刚性冲击和柔性冲击，选择直动从动件或摆动从动件的运动规律，匀速运动、等
16、加速等减速运动、余弦加速度、正弦加速度，或几种相结合使用。送料过程中，凸轮受载较小，冲击不大。在推程送料时，摆动从动件的运动规律可采用余弦加速度运动规律，回程时，从动件采用等加速等减速运动规律。,2.送料机构设计,基圆半径确定 从提高凸轮机构机械效率考虑，应取尽可能小的压力角，且小于许用压力角值，推程时从动件的压力角许用值为40，推程为70，但减小压力角会使基圆半径增大，导致整个机构尺寸增大。为了使机构既有较好的传力特性，又有较紧凑的机构尺寸，设计时应两者兼顾考虑。原理课程中讲了四种确定基圆半径的方法，可使用其中的两种可使用其中的两种。初选r0验算方法：初选r0，计算出各点的，使max；根据计
17、算设计法,2.送料机构设计,滚子半径确定：滚子半径选择要适当，以免凸轮理论廓线（外凸）求出后，实际廓线出现自交现象而导致运动失真。经验公式：绘制凸轮理论廓线和实际廓线：确定凸轮的工作转角，推程角、休止角、回程角，分别用图解法和解析法设计凸轮理论廓线和实际廓线。最后，作出凸轮实际廓线后，要演算临界压力角，使推程max40。,3.机构运动分析,对机构进行运动分析，求出机构各构件的位移、速度、加速度，绘出位移、速度和加速线图，验证机构运动满足设计要求；（对机构进行动力分析，据各构件的质量及转动惯量确定机构的惯性力、惯性力偶矩、各位置的运动副反力及应加于原动件上的平衡力矩（加飞轮），绘制平衡力矩及运动
18、副反力的变化线图，以便清楚地了解在一个运动循环中，平衡力矩及运动副反力的变化情况。）对上模的一个运动循环作速度分析，即将曲柄转角分12等份，取上模对应的12位置，进行速度分析和一个位置的加速度分析，画出速度多边形和加速度多边形并绘出上模的位移线图和速度线图。,六、课程设计实例分析,（一）、确定传动方案（二）、冲压机构设计分析（三）、送料机构设计分析（四）、送料机构中凸轮机构的设计（五）、冲压机构中上模的速度分析 速度矢量图或速度曲线图,七、设计工作量,1.A1图一张：内容包括：冲压送料机构简图；传动方案图；运动协调图；冲头（上模）12个位置的速度多边形图 和1个位置的加速度多边形图；冲头（上模
19、）的位移线图和速度线图。2.A2图纸一张：凸轮理论廓线和实际廓线（图解法）；送料机构（凸轮机构从动件）运动规律（位移曲线、速度曲线、加速度曲线图）。3.设计说明书1份 设计说明书（15页，2000字左右）任务书粘贴在说明书的第一页（设计说明书，1元/本）,说明书内容：1.任务书 2.简述方案设计和选择（方案分析）3.确定传动机构总方案，计算总传动比，并分配各级传动比 4.各机构设计步骤或分析计算过程 5.对上模进行速度分析（矢量方程式、计算、结果）6.凸轮机构的设计过程（数学模型、源程序、程序运行结果）7.对设计结果的分析和讨论 8.参考文献 9.设计小结,八.课程设计的进度安排,1.听课、明
20、确设计任务(借教室、借图板、丁字尺）0.5天2.机构选型、方案比较分析与确定、传动方案设计 1天4.机构设计、运动循环确定、运动简图绘制、机构运动分析 1.5天5.凸轮设计与上机编程计算 1天6.编写设计说明书 1天7.答辩 1天,九、考核与成绩评定,课程设计成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五级，成绩不及格应重新进行设计。根据学生的设计态度、设计质量、创新性及答辩情况综合评定学生机械原理课程设计的成绩等级。对课程设计考评按四项内容进行，所占比例为：1）方案设计及创新性 202）图样部分 303）说明书（包括程序设计）404）考勤 10,十.其它,1.场地：1号楼419、422室(李传坤老师：2.上机时间：6小时/人，超时付费；上机地点2210机房，自备软件。,要求：必须在设计教室（或机房）独立完成设计（或运行程序）周五答辩（每人1015分钟）周五交图纸和设计说明书,概述,四、设计任务,1、A1图1张 完整的机构组合系统运动简图（A0图纸1张）上模的位移、速度线图 执行构件的运动循环图 控制送料凸轮机构的从动件运动规律2、,
