機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)---壓片機(jī)加壓機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書…………………………………</p><p>　　1、設(shè)計(jì)題目…………………………………………………………</p><p>　　2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求及簡圖……………………………………</p><p>　　二、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的擬定…………………

2、</p><p>　　1、功能分解…………………………………………………………</p><p>　　2、各個(gè)功能元的解……………………………………………………</p><p>　　3、初選運(yùn)動(dòng)方案并做簡單評(píng)價(jià)………………………………………</p><p>　　4、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖…………………………………………………………</p>&

3、lt;p>　　5、設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)…………………………………………………………</p><p>　　6、對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析……………………………………</p><p>　?、?圖解法分析……………………………………………………………</p><p>　?、?解析法分析……………………………………………………………</p><p&g

4、t;　　1） 桿組法做運(yùn)動(dòng)分析的原理……………………………………………</p><p>　　2） 用桿組法對(duì)機(jī)構(gòu)作運(yùn)動(dòng)分析…………………………………………</p><p>　　3） 主程序的編寫及主程序流程圖………………………………………</p><p>　　4） 附自編主程序、計(jì)算結(jié)果、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其曲線圖…………………</p><p>　　

5、⑶結(jié)果分析…………………………………………………………………</p><p>　　三、后記………………………………………………</p><p>　　四、參考資料…………………………………………</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 </b></p><p>　　1、 設(shè)計(jì)題目：壓片機(jī)加壓機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p&g

6、t;<p>　　2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　（1） 工藝參數(shù)；</p><p>　　1） 要求將陶瓷干粉壓制成直徑為34mm，厚度為5mm的圓形片坯；</p><p>　　2） 沖頭壓力：15噸（150000N）；</p><p>　　3） 生產(chǎn)率： 25片/分鐘；</p><p&

7、gt;　　4） 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)：10%。</p><p>　?。?） 工藝流程：</p><p>　　1） 干粉料均勻篩入圓筒型腔(圖1)；</p><p>　　2） 下沖頭下沉3mm，預(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔時(shí)把粉料撲出（圖2）；</p><p>　　3） 上、下沖頭同時(shí)加壓，并保壓一段時(shí)間（圖3、4）；</p>

8、<p>　　4） 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖5）；</p><p>　　5） 料篩推出片坯（圖6）；</p><p><b>　　各工藝過程簡圖</b></p><p>　　二、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的擬定</p><p><b>　?。ㄒ唬┛偣δ艿姆治?lt;/b></p

9、><p>　　根據(jù)題目要求，要最終將干粉壓制成片坯。若要求獲得質(zhì)量較好的成品，可采用諸多方法。下面采用黑箱法進(jìn)行分析：</p><p>　　由黑箱法分析可得到：為了達(dá)到高效、方便的目的，采用機(jī)械自動(dòng)加工的方法比較好，因此，本題采用了自動(dòng)加工的方法壓制片坯。</p><p><b>　　（二）總功能的分解</b></p><p&g

10、t;　　設(shè)計(jì)干粉壓片機(jī)，其總功能可以分解成以下幾個(gè)工藝動(dòng)作：</p><p>　　(1)送料機(jī)構(gòu)：為間歇直線運(yùn)動(dòng),這一動(dòng)作可以通過凸輪上升段完成</p><p>　　(2) 篩料：要求篩子往復(fù)震動(dòng)</p><p>　　(3) 推出片坯：下沖頭上升推出成型的片坯</p><p>　　(4) 送成品：通過凸輪推動(dòng)篩子來將成型的片坯擠到滑道<

11、/p><p>　?。?）上沖頭往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并在最低點(diǎn)間歇保壓，保壓時(shí)間足夠，一般為0.4秒左右，最好實(shí)行快速返回等特性。</p><p>　?。?）下沖頭間歇直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，一般用凸輪實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　得如下表所示的樹狀功能圖</p><p>　　（三）根據(jù)功能的要求，進(jìn)行功能元求解</p><p>　

12、?。﹫?zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析</p><p>　　1、圖解法分析 （所有的比例都是1：1，故線段長度就是所求的速度，加速度的數(shù)值） </p><p>　　以O(shè)AB為x軸，以過OB'點(diǎn)且垂直于x軸的直線為y軸建立坐標(biāo)系。</p><p>　　以與x軸夾角為270度是為初始位置。下面用圖解法對(duì)與初始位置為0度和30度時(shí)的速度加速度進(jìn)行分析。</p>

13、<p>　?、倥c初始位置夾角為30度時(shí)</p><p><b>　　30度時(shí)的位置圖</b></p><p><b>　　速度矢量方程：</b></p><p>　　在圖中測量表示線段的大小即是的大小，方向與x軸反向?yàn)樨?fù)。</p><p><b>　　加速度矢量方程：<

14、/b></p><p>　　在圖中測量出表示B的加速度的線段的長度即是加速度大小。</p><p>　?、谂c初始位置夾角為0度時(shí)</p><p><b>　　0度時(shí)位置圖</b></p><p>　　在該位置時(shí)，OB'B'恰好與AB'位于同一條直線上，所以A點(diǎn)的速度為零。B點(diǎn)的速度也為零。并

15、可求出桿AB’的角速度為 </p><p>　　加速度的矢量方程為：</p><p>　　B點(diǎn)加速度的大小與圖中表示該點(diǎn)加速的線段長度相同，方向與x軸反向。</p><p><b>　　2、解析法分析</b></p><p>　　（1）桿組法作運(yùn)動(dòng)分析的原理</p><p>　　由機(jī)構(gòu)的組成原理

16、可知，任何平面機(jī)構(gòu)都可以分解為若干基本桿組、單桿構(gòu)件的原動(dòng)件和機(jī)架三部分。因此，只要分別對(duì)單桿構(gòu)件和常用的基本構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析并編制成相應(yīng)的子程序，那么在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，就可以根據(jù)機(jī)構(gòu)組成的不同結(jié)構(gòu)，依次調(diào)用這些子程序，從而完成對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。這就是干組法的基本思路。該方法的主要特點(diǎn)在于將一個(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)分解成一個(gè)個(gè)比較簡單的基本桿組，在用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的時(shí)候，即可直接調(diào)用已經(jīng)編好的程序，從而大大簡化了主程序的編寫。Ⅱ

17、級(jí)機(jī)構(gòu)是工程實(shí)際中最長用的機(jī)構(gòu)，他是有一個(gè)或多個(gè)Ⅱ級(jí)桿組分別并聯(lián)于原動(dòng)件和機(jī)架上組成的，最常見的Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)主要有RRR、RRP、RPR這三種形式。</p><p>　?。?）單桿構(gòu)件和Ⅱ級(jí)桿組的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　首先介紹單桿構(gòu)件和三種常見的Ⅱ級(jí)桿組運(yùn)動(dòng)分析的方法及其子程序編寫和調(diào)用時(shí)應(yīng)注意的問題，然而通過具體實(shí)例說明多桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法和步驟。</p><p

18、>　　1）單桿構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　單桿的運(yùn)動(dòng)分析，通常是已知構(gòu)件三角形△P1P2P3的邊長l、r夾角α以及構(gòu)件上某基點(diǎn)P1的運(yùn)動(dòng)參數(shù)x1，y1，x’ 1，y’ 1，x’’1，y’’1和構(gòu)件繞基點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)θ，θ’ ，θ’’，要求確定構(gòu)件上點(diǎn)P2和P3的運(yùn)動(dòng)參數(shù)?！　?</p><p>　　顯然，由圖1可得下列

19、關(guān)系式：</p><p>　　x2=x1+lcosθ y2=y1+lsinθ</p><p>　　x’ 2=x’ 1-lsinθθ’ ， y’ 2=y’ 1+lcosθθ’ </p><p>　　x’’2=x’’1-lsinθθ’’-lcosθθ’ 2 ， y’’2=y’’

20、1+lcosθθ’’-lsinθθ’2</p><p>　　x3=x1+rcos(θ+α)， y3=y1+rsin(θ+α)</p><p>　　x’ 3=x’ 1-(y3-y1)θ’ ， y’ 3=y’ 1+(x3-x1)θ’ </p><p>　　x’’3=x’’1-(y3-y1)θ’’-(x3

21、-x1)θ’2, y’’3=y’’1+(x3-x1)θ’’-(y3-y1)θ’ </p><p>　　以上位置、速度和加速度分析的子程序CRANK詳見書本附錄Ⅰ。</p><p>　　2）RRRⅡ級(jí)桿組的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　如圖所示RRRⅡ級(jí)桿組中，桿長l1，l2及兩外接轉(zhuǎn)動(dòng)副中心P1，P2的坐標(biāo)、速度、加速度分量為x1，x’1，x’’

22、1，y1，y’1，y’’1，x2， x’ 2，x’’2，y2，y’ 2，y’’2，要求確定兩桿的</p><p>　　角度、角速度和角加速度θ1，θ’ 1，θ’’1，θ2，θ’2，θ’’2。</p><p><b>　?、?位置分析</b></p><p>　　將已知P1P2兩點(diǎn)的坐標(biāo)差表示為：u=x2-x1 v=y2-y1

23、 (1) 桿l1及l(fā)2投影方程式為：</p><p>　　l1cosθ1-l2cosθ2=u</p><p>　　l1sinθ1-l2sinθ2=v (2)</p><p>　　消去θ1得：vsinθ2+ucosθ2+c=0 (3)</p><p>　　其中：c=(u2+v2+l22-l12)/2l2</p&g

24、t;<p><b>　　解式(3)可得：</b></p><p>　　tan(θ2/2)=(v±)/(u-c) (4)</p><p>　　式中+號(hào)和-號(hào)分別對(duì)應(yīng)圖2中m=+1和m=-1兩位置。</p><p>　　當(dāng)Ⅱ級(jí)桿組處于圖中實(shí)線位置時(shí)，角P3P1P2是由矢量P1P2沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到矢P1P3的，故m取“+”

25、；當(dāng)Ⅱ級(jí)桿組處于圖中虛線位置時(shí)，角P1P3P2沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)到矢量P1P3的，故m取“-”。</p><p><b>　　由式(2)可得： </b></p><p>　　tanθ1=(v+l2sinθ2)/(u+l2cosθ2) (5)</p><p><b>　?、?速度分析 </b>&l

26、t;/p><p>　　對(duì)式(2)求導(dǎo)一次得：</p><p>　　A1θ’1+A3θ’2=u’，A2θ’1+A4θ’2=v’ 　　 (6)</p><p>　　其中：A1=-l1sinθ1，A2=l1cosθ1，A3=l3sinθ2，A4=-l2cosθ2</p><p><b>　　解式(6)可得：</b><

27、;/p><p>　　ω1=θ’1=(A4u’-A3v’)/D，ω2=θ’2=(A1v’-A2u’)/D 　 (7)</p><p>　　其中：D=A1A4-A2A3=l1l2sin(θ1-θ2)</p><p><b>　?、?加速度分析</b></p><p>　　對(duì)式(6)求導(dǎo)一次得：</p><p&

28、gt;　　A1θ"1+A3θ"2=E，A2θ"1+A4θ"2=F 　　　 (8)</p><p>　　其中：E=u"+A2θ’12+A4θ’22，F(xiàn)=v"-A1θ’12-A3θ’22</p><p><b>　　解式(8)可得：</b></p><p>　　α1=θ&quo

29、t;1=(A4E-A3F)/D，α2=θ"2=(A1F-A2E)/D (9)</p><p>　　以上位置、速度和加速度分析的子程序RRR詳見附錄Ⅰ。</p><p>　　3)RRPⅡ級(jí)桿組的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　如圖所示RRPⅡ級(jí)桿組中，已知桿長L1及兩外接點(diǎn)P1，P2的運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)副軸線P2P3的方向角變量（θ2，θ’2，θ’’2）， P

30、2點(diǎn)為以移動(dòng)副與構(gòu)件2相連的構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)已知的</p><p>　　牽連點(diǎn)，要求確定運(yùn)動(dòng)變量L2，θ1，</p><p>　　L’2，θ’1，L"2，θ"1。</p><p><b>　?、傥恢梅治?lt;/b></p><p>　　由于θ2已知，L2待求，將式(2)消去</p><p&g

31、t;<b>　　θ1可得：</b></p><p>　　L22+2(ucosθ2+vsinθ2)l2+(u2+v2-L12)=0</p><p><b>　　由此解得：</b></p><p>　　L2=-(ucosθ2+vsinθ2)± (10)</p><p>　　式中+號(hào)

32、用于轉(zhuǎn)動(dòng)副中心P3處在P2H線段之外（圖3中m=+1的位置），-號(hào)用于P3處在P2H線段之內(nèi)（圖3中m=-1的位置）</p><p>　　當(dāng)P3在PH外，m取“+”；而當(dāng)P3在PH內(nèi)，m取“-”。</p><p>　　θ1由式(5)而定。</p><p><b>　?、谒俣确治?lt;/b></p><p>　　對(duì)式(2)求導(dǎo)

33、一次得： </p><p>　　A1θ’1+A5l’2=G，A2θ’1+A6l’2 =H (11)</p><p>　　其中：A1，A2同前，A5=-cosθ2，A6=-sinθ2，</p><p>　　G=u’+l2A6θ’2，H=v’-l2A5θ’2</p

34、><p><b>　　解式(11)可得：</b></p><p>　　ω1=θ’1=(A6G-A5H)/D8，l’2=(A1H-A2G)/D8 (12)</p><p>　　其中：D8=A1A6-A2A5=l1cos(θ1-θ2)</p><p><b>　　③加速度分析</b><

35、/p><p>　　對(duì)式(11)求導(dǎo)一次得：</p><p>　　A1θ"1+A5 l"2=E1，A2θ"1+A6 l"2=F1 　(13)</p><p>　　其中：E1=u’’+A2θ’12+2A6l’2θ’2+l2A5θ’22+l2A6θ’’2</p><p>　　F1=v’’-A

36、1θ’12-2A5l’2θ’2+l2A6θ’22-l2A5θ’’2</p><p><b>　　解式(13)可得：</b></p><p>　　α1=θ’’1=(A6E1-A5F1)/D8，l’’2=(A1F1-A2E1)/D8 　 (14)</p><p>　　以上位置、速度和加速度分析的子程序RRP詳見書本附錄Ⅰ</p

37、><p>　?。?）主程序的流程框圖 </p><p>　　(3)主程序的編寫及主程序流程框圖</p><p>　　1）編定機(jī)構(gòu)構(gòu)件的件號(hào)和特征點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)，編定件號(hào)和點(diǎn)號(hào)是任意的，原則是不能重復(fù)。點(diǎn)編號(hào)可以加小括號(hào)以區(qū)桿編號(hào)。如圖所示，取點(diǎn)OB' 、OA 、A、 B 分別為（1）（2）（3）（4），桿OB'B'、AB'

38、;、OAA、AB分別為1、2、3、4,滑塊為5（圖中未畫出）。</p><p>　　2）拆分基本桿組 本機(jī)構(gòu)可以拆分成原動(dòng)件1和Ⅱ級(jí)組RRR(2--3)Ⅱ級(jí)組RRP(4--5)。</p><p>　　3）確定運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 坐標(biāo)系取豎直向下的方向?yàn)閤軸正方向，以過OB'點(diǎn)且與x軸垂直的直線為y軸。（即OAB、AOB'分別為x軸y軸）。</p><p>

39、;　　4）設(shè)置曲柄與x軸夾角270度時(shí)的為初始位置。角位移分析間隔值為10度。</p><p><b>　　5）編輯主程序</b></p><p>　　(4）主程序、計(jì)算結(jié)果、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其曲線圖</p><p><b>　　a, 主程序：</b></p><p><b>　　main()&

40、lt;/b></p><p>　　{float p[7][3],vp[7][3],ap[7][3];</p><p>　　float con,r1,th1d,th1,w1,a1,r2,r3,r4,th2,th3,th4,w2,w3,a2,a3,a4,</p><p>　　sde,w4,vde,ade,beta,vbeta,abeta;</p>&

41、lt;p>　　float*th2p,*th3p,*th4p,*w2p,*w3p,*a2p,*a3p,*a4p,*sdep,*w4p,*vdep,*adep;</p><p>　　int k,m,i,j; char c;</p><p><b>　　FILE *fp;</b></p><p>　　fp=fopen("mainuse

42、.dat","w");</p><p>　　j=1; con=PI/180.;</p><p>　　th2p=&th2; th3p=&th3; th4p=&th4; w2p=&w2; w3p=&w3; w4p=&w4;</p><p>　　a2p=&a2;

43、 a3p=&a3; a4p=&a4; sdep=&sde; vdep=&vde; adep=&ade;</p><p>　　p[1][1]=0; p[1][2]=273.92; vp[1][1]=0.0; vp[1][2]=0.0;</p><p>　　ap[1][1]=0.0; ap[1][2]=0.0;</

44、p><p>　　p[4][1]=-119.836; p[4][2]=0;</p><p>　　vp[4][1]=0.0; vp[4][2]=0.0; ap[4][1]=0.0; ap[4][2]=0.0;</p><p>　　p[6][1]=0;</p><p>　　p[6][2]=0;</p><p>

45、;　　r1=50; r2=230; r3=120; r4=156; w1=50*PI/60;</p><p><b>　　a1=0.0;</b></p><p><b>　　k=0;</b></p><p><b>　　loop:</b></p><p>　　if(

46、k<90) th1d=270+k;</p><p>　　else th1d=k-90;</p><p>　　th1=th1d*con;</p><p><b>　　m=1;</b></p><p>　　crank(1,2,r1,th1,w1,a1,p,vp,ap);</p><p>　　RR

47、R(m,2,4,3,r2,r3,th2p,th3p,p,w2p,w3p,vp,a2p,a3p,ap);</p><p>　　beta=0.*con;</p><p><b>　　vbeta=.0;</b></p><p><b>　　abeta=.0;</b></p><p><b>　　

48、m=1;</b></p><p>　　vp[6][1]=.0;</p><p>　　vp[6][2]=.0;</p><p>　　ap[6][1]=.0;</p><p>　　ap[6][2]=.0;</p><p>　　RRP(m,3,6,5,r4,sdep,th4p,beta,p,w4p,vbeta,v

49、dep,vp,a4p,abeta,adep,ap);</p><p>　　fprintf(fp,"%4d %12.6f %12.6f %12.6f\n",j,p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]);</p><p>　　printf("POINT POSITION(mm) VELOCITY(mm/s) ACCELERATIO

50、N(mm/s/s)\n");</p><p>　　printf(" NUM X Y X Y X Y \n"); </p><p>　　for(i=1;i<7;i++)</p><p>　　{ printf("%5.1f %8.4f %8.4f %

51、8.4f %8.4f %8.4f %8.4f\n",</p><p>　　th1d,p[i][1],p[i][2],vp[i][1],vp[i][2],ap[i][1],ap[i][2]);} </p><p><b>　　k=k+1;</b></p><p><b>　　j=j+1;</b><

52、/p><p>　　if(k<360) goto loop;</p><p>　　printf("Calculation End!");</p><p><b>　　getch();</b></p><p>　　fclose(fp);}</p><p><b>　　b

53、; 計(jì)算數(shù)據(jù)</b></p><p>　　C：上沖頭的位置，速度，加速度隨曲柄轉(zhuǎn)過角度變化的曲線圖</p><p><b>　　3、結(jié)果分析</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊志強(qiáng)，王靜，崔金磊主編機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，青島：青島理工大