机械课程设计指导书(编辑修改稿)

机械课程设计指导书(编辑修改稿)内容摘要：

大。 而且凸轮与从动件 是 高副接 触 ，不宜用于低 速 、大压力 的场合。 图 29 方案二采用曲柄滑 块 机构，曲柄长 度 仅为滑块行程的一半， 机 构 结构简单 ，尺寸较 小．但 滑块 在行程末 端 只 作瞬时停歇 ，运动规 律 不 理想。 如用 图 29 方案四，将曲柄 摇杆机构和曲柄 滑块机 构串联，刚可 得 到比 较 好的运动规 律 ．尺寸也不致过大。 又因 为它是 全低副 机构，宜 用于低速 、重 载 的场合。 其余方案也可达到所要求的机构功能．但均不如前述几个方案的结构简洁。 所以，选用方案四是比较适宜的。 至于下冲头机构和料筛机构，也可照上 述方法选定方案，不再详述。 前者因位移不大，运动规律复杂，可考虑用凸轮机构；后者因要完成振动动作。 所以可用凸轮机构完成小振动动作，用串联的连杆机构实现运动转换和放大。 六、 机构的尺度设计 机构尺度设计的方法很多，这里仅介绍一种方法，供参考。 方案四是由曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联 而成的组合机构。 属构件固接式串联组合。 今将第一个机构的输出构件 (在速度为零的位置 )和第二个机构的输入构件 (在其输出构件速度接近为零时的位置 )固接起来，即机构串联起来，那么，在这个位置附近 (一段较长时间 )组合机构的输出构件将近似停歇． 其原理说明如下： 假设已知曲柄滑块机构的运动规律 2s (图 211a)，图 211b 所示该机构正处于滑块速度接近于零的位置；曲柄摆杆机构的运动规律 11  ，如图 211c 实线所示，而图 211d所示为该机构摇杆 AOA  正处于速度为零的位置。 若将图 211b、 图 211d 所示的两个机构就在图示位置串联，则串联以后构件 AOA 和 AOA  成为一个构件 (图 211e)。 因此，第一个机构中的 1 和第二个机构中的 2 有如下关系 102   式中 0 为一常数，所以若将图 211c 的坐标 1 用 2 表示，则相当于曲线平移了一个距 11 离 0 (如虚线所 )。 当 2s 和 11  如图 211a， 图 211c 所示，则沿图中箭头所示走向，从 1 得 1 ，由 2 得 s。 而从 1 、 s 得到 s1 曲线上的一点，依此可得出 一条 s1曲线。 从图 211a、 图 211c 的局部放大图 图 211f 中可知，在 1 由 b－ c－ 0－ a 的区域内 (转角约 70176。 )，滑块的位移 s 约在接近零的一个很小的范围（约 ）内运动，依靠运动副的间隙，可近似认为这时滑块是停歇的。 图 211 12 由 此看来，若使 2s 曲线上 s 为零的附近的一段曲线变 化比较平 缓 ， 11  曲线在1 的最小值附近的曲线也比较平 缓的话 ，滑块近 似停歇 所占的 1 角就比较大； 又 为了 使 构件 BA 受力小些，同时也 使机构 能得到比 较 合理的布置。 可将曲柄 摇 杆机构 sA OBAO   整个 绕 AO 逆时针向转一个角度 0。 如图 211g 所示，这 并 不 影响机 构的运动性能，反而改善了构 件 BA 的受力条 件。 根据上述分析，该机构可按如 下 步骤设计： 确定曲柄滑块机构尺寸。 根据曲柄滑块机构特性 (图 212a)， rl/ 愈小，在 0s处的位移变化愈大，所以应选较大的 。 但  愈大。 从 0s 到 90～ 100mm 的位移所需曲柄的转角  也愈大；又因为曲柄是与曲柄摇杆机构中 的 摇杆串接的。 而摇杆的转角应小于180176。 ，且希望取小一些为好。 所以，应取一个 合 适的曲柄长度和  值．满足滑 块 90— 100mm的行程 ， 而曲柄转角则在 60176。 左右，同时在  1821782  的 范围内 滑 块位移不大于 或更小 (可近似看作滑块停歇 )如图 213 所示。 图 212 确定曲柄摇杆机构尺寸。 在压片位置，机构应有较好的传动角。 所以，当摇杆在 AOA 位置时，曲柄摇杆机构的连杆 BA 与 AOA 的夹角应接近 90176。 此时， BO 应选在 BA 的延长线上，则 BA 受力最小。 故在此线上选一适当位置作 BO。 具体选定 BO 的位置时 ．可再考虑急回特性的要求，或摇杆速度接近零的区域中位移变化比较平缓的要求。 它与机构尺寸的大致关系是：行程速比变化系数 k 或 1 愈大，在位置 A 时的位移变化较大 (图 212b)， 13 所以 BO 距离 A 点远一些好，但又受到机构尺寸和急回特性的限制，不能取得太远。 选定BO 以后，可定出与 AOA 两个位移 43, （或 Ⅰ 、 Ⅱ、Ⅲ 三个位置）。 按上述命题没计出曲柄摇杆机构的尺度。 角 0 为两机构串联的相位角。 设计结果如图 213 所示。 其后，再对设计结果进行运动分析，可得到机构正确的运动规律。 最后．再回到运动循环图上，检查它与其它执行构件的运动有是否干涉的情况出现。 必要时可修正运动循环图。 图 213 14 第 三章 课程设计题目 167。 31 半自动平压模切机机构设计 一 、 设计题目 设计半自动平压模切机的模切机构。 半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备，该机可对各种规 格的白纸板、厚度在 4mm 以下的瓦 愣 纸板， 以及 各种 高级 精细 的 印 刷品 进行压痕、切线。 压凹凸。 经过 压痕、切线 的纸扳， 用 手工 或 机械沿切线处去掉 边 料 后 ， 沿着压出的压 痕可 折叠成 各种 纸 盒、纸箱， 或制成 凹凸的商标。 压制纸 板 的工艺过 程 分为 “走纸 ”和 “模切”两部 分。 如图 31 所示， 4 为工作台面，工作台上方 的 1 为双列 链 传动， 2 为主动 链 轮 ， 3 为走纸 模 块 (共 五个 )其两 端分 别固定在 前后 两 根 链条上，横块上 装 有若 干 个夹紧片。 主动 链 轮由间歇机构带动， 使 双列 链条 作同步的间歇运动。 每次 停歇 时， 链上 的一个 走纸模块 刚好运 动 到主动 链 轮下方的位 置上。 这 时，工 作 台面下方的 控 制机 构， 其执行构件 7 作往复移动，推动 横块 上的 夹紧装置， 使 夹紧 片张开，操作者可将纸板 8 喂 入 ， 待 夹紧后，主动 链 轮 又 开始转动，将 纸板 送到具有上 模 5(装调以后是固定不动 的 )和下模 6 的 位置。 链轮 再 次停歇。 这 时，在 工作台面 下 部的 的主传动系统中的执行构件 — 滑 块 6 和下模为一体向上移动，实 现 纸板的压 痕 、切 线 ，称为 模压或压 切。 压 切完 成 以后， 链条 再次运行 ， 当夹 有 纸 板的模 块走到某一位置 时 ，受 另一机构（ 图上未表示）作 用 ，使夹 紧 片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循 环。 与此同时，后一个 横 块进人 第 二个工 作循环。 将已夹 紧 的 纸板输入压 切处， 如 此实 现 连续循 环 工作。 本 题要 求 按 照压制纸板的 工 艺过程 设计 下列 几 个机构： 使 下压模运动的执行机 构，起减 速 作用的传动机构 ；控 制 横 块上夹紧 装 置（夹紧纸板）的 控制 机构。 图 31 图 32 二 、 原始数据和设计要求 每小时压制纸板 3000 张。 传动机构所用电动机转速 n=1450r/min， 滑 块 推 动下模向 上运 动时所受生产阻力如图 32 所示， 图中 pc=2106N， 回程 时 不受力，回程的 平 均 速 度为工 作 行 程平 均 速度的 15 倍 ，下 模移动的 行程长 度 H=50177。 下模和 滑块 的质 量 约 120kg。 工作台离 地面的 距离约 1200mm。 所 设 计机构 的性能 要良好，结构 简 单紧 凑， 节省动力，寿 命 长， 便于制造。 三 、 设计方案及讨论 根据半自动平压模切机的工作原理，把机器完成加工要求的动 作 分 解成若干 种基本运动。 进 行机 械 运动方 案 设计时，最 主要 的是 要 弄 清设计要求和条件 ，掌 握现有机构 的 基 本性 能，应用现有机构 或有创 造性地 构思新的 机构，以保证 机 器有完善的功能 和 尽可 低的成本。 不同的 机 构类型及其组 合 将构成 多 种 运 动方 案。 对本 题 进行 机构 运动方 案设 时应 考虑以下问题 ： 设计实 现 下模往 复 移动的机构时，要同时考虑 机 构 应满足 运动 条 件和动力 条件。 例如， 实现 往复直线 移动的机构，有凸轮机构、 连杆 机 构、螺旋机构等。 由于 压 制 纸板时 受力较 大 ，宜采用承载能力高的 平 面连杆机构，而连杆机构中 常 用的有四杆机构和六杆机构。 再从机构 具 有急 回特性 的 要 求出发 ， 在 定性 分析的 基 础上， 选 取 节 省动力的机构。 当受力不大而运 动规律 又比 较 复 杂时，可 采 用凸轮机 构。 例如 本题中 推动 夹紧 装 置 使夹 紧片张开的 控制 机构 ， 由于夹紧片张 开后 要停留片 刻， 让纸板 送入 后才能夹紧， 因 而 推杆 移动到最高位置 时 ，有较长时间停歇的运动 要 求，故 采 用凸轮机构在 设计上 易 于 实现此 要 求，且结构简 单。 为 满 足机器工艺 要 求，各机构执行 构件的动作 在规定的位置和时间 上 必 须 协 调 ，如下 压模 在工作行 程 时，纸 板必须夹紧；在 下 压 模回程时， 纸板 必须 送 到模压位置。 因此，为 使各 执行构 件 能 按 工艺 要 求协调运动，应绘出机械 系 统的机构运 动 循坏 图。 根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动构件的转速。 若电动机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式。 例如，带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等；有自锁要求而功率又不大时，可采用 蜗 杆蜗轮机构。 对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比，这个问题将在机械设计课程中解决． 在一个运动循环内，仅在某一区间承受生产阻力较大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变化，若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数，则将引起角速度 的周 期性波动。 为使主 动件 的角 速 度较为均匀，应考虑安装飞轮。 可适当选 择带 传 动的传动比 ，使 大带 轮具有一定的转动惯 量 而起飞轮 的 作用， 通常 应计算大带轮 的 转动 惯 量是否满足 要 求。 如 不 满 足，则需另外 安 装飞轮。 实现本 题要 求的机构方案有多种。 现 介 绍几 例： 实现下模往 复 移动的执 行 机构 ： 具有 急 回或 增 力特性 的 往 复 直移机构有曲柄滑块 机构、曲柄 摇 杆机构 (或导 杆机构 )与摇杆滑块机构 串联组成的六杆机构等 (图 3 3 35)。 传动机构：连续匀速运动的减速机构有带传动与两级齿轮传动串联、带传动与行星轮系串联和行星轮系 (需安装飞轮 )等。 16 图 33 控制 夹紧装置的机构 ： 具有一端 停 歇的住复 直 移 运 动机构有凸轮 机 构、具有圆弧 槽的导杆机构等。 图 34 图 35 图 33 所示方案的主要优点是滑块 5 承受很大载荷时，连杆 2 却受力较小，曲柄 1 所需的 驱 动力矩小， 因 此 该 机构 常 称为增力机构，它具有 节 省动力的优点。 此 外 ， 图 3 35所示为 另外两种六杆机构，供分析比较。 其它设计方案可由学生自行构思。 四、 设计 步 骤 构 思 、 选择 机构方案 机构方案的构思和 选 择讨论， 已如上 述，做 出运动循环图。 下 面 以 图 33 所 示方 案 为例介 绍设计 步骤。 计算总 传动比，分配 各级 传动比和确定传动机构方 案 本题 总传动比 ： 曲电总 nni  293000/601450  机构 设计 17 按选 的 平 面 连杆 机构，由己 知参数按解析 法、图解法 或 两种方法 兼 用， 以计算 机构尺寸、由 于 本 题是具 有 短暂 高峰载荷的机 器 ，应验算其最小传动角，并 尽 可 能 保 证 压模工作时，有较大的 传动角，以提高机 器的效 率。 a) b) 图 36 如机 构 在 图 36 所 示的 位置上， 摇杆滑块机构的 受力图 可用 图 解法求得 (图 36b)。 由于该瞬 时构 件 BC 垂 直 DE ， 所 以力 多 边形中 tgPR c212  由此可知， cP 很大而 12R 较小，特别是压力角  愈小； 12R 也愈小，有利于节省动 力。 根 据 上述 观点 安 排 机构位置以后，可先进行 摇 杆滑块机构的 设计 计算。 这可采用解 析法来得到较为合适的尺寸参数。 如图 36a 得     443343 s ins in  llllHs  若取 43 ll  时， 34   ， 则  333 s in22 l。