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1、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王贤民 编南京工程学院 机械设计教研室2007年12月 0 / 18一、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
2、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23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 - 为许用压力角 Fb - 为板料送进阻力1 / 18 Fr - 为冲压板料时的阻力 - 为速度不均匀系数e=0 取R1=Rb板料底面至
3、冲床工作台面距离为b1=2050mm 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方案Sn/mmn/次/分B/mmH/mmFb/NFr/N/度Rb/mmR2/mmR/mmL/mmx/mmy/mm学号11352502805002000250.0460120180130037012501421402302805102100250.0360120180130037012505831452202805202200250.03601201801300370125091241502002.5805302300250.036012018013003701250131651551802
4、.5805402400250.046012018013003701250172061601702.5805502500250.036012018013003701250212471651603805602600250.036012018013003701250252881701503805702700250.036012018013003701250293291751403805802800250.0360120180130037012503336101801203805902900250.0460120180130037012503740111851003806003000250.03601
5、20180130037012504144121901502806002200250.03485417512433711250R1=78G7=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
6、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 , lAC , 及开始冲压时滑块C 点至板料的距离S1。步骤:2 / 181.求辊轴转角 2.摇杆摆角 3.机架中心距 4.曲柄半径r= lO1A 5.曲柄滑块机构:曲柄半径r1 6.根据许用压力角调节连杆长l1，取l1=560mm,并验算：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
7、尺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27090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 / 18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-)曲线,板料的位移曲线(s-)。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
8、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s及时间比例尺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: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, 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
9、与曲线在该点处的斜率成正比,即vtg,为了用线段来表示速度,引入极距K(mm),则5 / 18 式中v 为速度比例尺,v = s/tK ( m/s/mm )。K为直角三角形中角的相邻直角边时,(Ktg)为角的对边。由此可知,在曲线的各个位置, 其速度v与以K为底边,斜边平行于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(Ktg)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v和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。过
10、o点作s=s( t)曲线(图3)上各位置切线(图3中仅画出曲线上3的切线)的平行线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12、23、34.等(图3中仅画出弦线23,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
11、中N点)的切线平行。当区间足够小时,该点(例N点)可近似认为在该区间(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,使分别平行于弦线12、23、34.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)。6 / 183.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 11 , v A=r1其中 1=2n/60 (ra
12、d/s)2) 列出向量方程,求VC ,VB3) 取速度比例尺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123456789101112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(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
13、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）6 / 182.用速度多边形杠杆法求等效构件的等效阻力矩步骤: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Fr0, 所以在冲压始点Fer也对应双值(对应Fr=0与Fr0)。最后求得各个位置的等效阻力矩Mer=FerlO1A (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12345678910
14、1112 冲压始点Fr0Fr0Mer3.确定飞轮的转动惯量已知:速度不均匀系数,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线图根据表3中已求得的等效阻力矩, 取力矩比例尺（m/mm）， 曲柄的转角比例尺2/L(rad/mm)，其中为横坐标的长度（mm）。作曲柄在一个运动循环中的等效阻力矩er曲线如图5a所示。2.用图解积分法作等效阻力矩功er 线图图解积分法为图解微分法的逆过程,兹不赘述。取极距（mm），用图解积分法由力矩er曲线求得力矩所做的功er曲线（图5b）。由于 d/ ddy/dx /()（tg）t
15、g 其中 /（）故取er曲线纵坐标比例尺（mm）。（*求er的理论依据如下：7 / 183.作驱动力矩功d线图和驱动力矩d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，又知驱动力矩为常数，所以连接er 曲线的始、末两点的直线0e，即为d线图，由d线图可反求出驱动力矩d的大小，如图5a所示。4.作动能增量线图取比例尺 （mm），动能变化der，其值可直接由图5b上d（）与er（）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 1/2（mivi2ii2）本例用上式计算出各个位置等效构件
16、（即构件）的动能，并列于表，然后可画出动能线图（图5d）。6.作动能变化与等效构件动能差值（）线图取比例尺（）（/mm），既然比例尺都相同，在求作（）线图时，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在图5e中，a和b两点为等效构件转速最大和最小位置，即max和min位置，对应的纵坐标为（）max和（）min。在 （）曲线上量取纵坐标最高和最低点之间的距离gf，并记住，则所以 飞轮转动惯量的单位为kgm。表4 等效构件动能ER汇总表位置123456789101112ER8 / 18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
17、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平衡力? 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er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；9 / 182机构运动简图或设
18、计方案的确定；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 料黄锡恺主编，机械原理第六版，高等教育出版社，1989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
19、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 10 / 1811 / 1812 / 1813 / 1814 / 18南京工程学院机械设计基础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/mmn/次/分B/mmH/mmFb/NFr/N/度Rb/mmR2/mmR/mmL/mmx/mmy/mmG7=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 - 为许用压力角 Fb - 为板料送进阻力 Fr - 为冲压板料时的阻力 - 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 注：合同范本有风险，使用需谨慎，法律是经验性极强的领域，范本无法思考和涵盖全面，最好找专业律师起草或审核后使用，谢谢您的关注！ 15 / 18