機械原理課程設(shè)計-粉末成型壓機

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課題----------------------------------------------------------------------------------- 02</p><p>　　二、機構(gòu)總體設(shè)計------------------------------------------

2、----------------------------- 03</p><p><b>　　三、機構(gòu)具體設(shè)計</b></p><p>　　3.1上沖模機構(gòu)設(shè)計----------------------------------------------------------------- 04</p><p>　　3.2脫模機構(gòu)設(shè)計--

3、------------------------------------------------------------------ 21</p><p>　　3.2.1滾子直動對心盤形凸輪設(shè)計------------------------------------------- 21</p><p>　　3.2.2平底推桿直動對心盤形凸輪設(shè)計---------------------

4、---------------- 34</p><p>　　3.2.3分析比較------------------------------------------------------------------ 45</p><p>　　3.3送粉機構(gòu)設(shè)計------------------------------------------------------------------

5、---- 46</p><p>　　3.3.1設(shè)計分析------------------------------------------------------------------ 46</p><p>　　3.3.2擺動推桿凸輪設(shè)計------------------------------------------------------- 47</p><

6、;p>　　3.3.3連桿機構(gòu)設(shè)計------------------------------------------------------------ 59</p><p>　　四、機構(gòu)動力設(shè)計------------------------------------------------------------------------- 80</p><p>　　五、參考文獻

7、------------------------------------------------------------------------------- 82</p><p><b>　　課題：粉末成形壓機</b></p><p>　　工作原理及工藝動作過程</p><p>　　粉末冶金是將金屬等粉末的混合料，通過壓制成型和燒結(jié)而制成零

8、件或成品材料的一種工藝方法。在壓制長徑比h/d≤1~1.5的圓柱體壓坯時，可采用單向壓制，即壓制時僅一個方向施力。壓制過程中，陰模固定不動，其他執(zhí)行動作如圖1所示。</p><p>　　送料器上粉后返回，上沖模開始 上沖模壓制到位，</p><p>　　下行壓制粉末，下沖模固定不動 下沖模固定不動</p><p&g

9、t;　?。╝） （b）</p><p>　　上沖模上行回位，下 送粉器推坯下料</p><p>　　沖模上頂壓坯脫模 下沖模固定不動</p><p>　?。–）

10、 （d）</p><p>　　送粉器到位后上料準備回位</p><p>　　下沖模下行回位，準備循環(huán)</p><p><b>　?。╡）</b></p><p><b>　　二．設(shè)計要求</b></p><p>　　上沖模壓制機構(gòu)應(yīng)具

11、有以下的運動特性：快速接近粉料，慢速等速壓制，壓制到位后停歇片刻（約0.4秒左右）保壓或接近壓制行程終點時再放慢而幾道保壓作用。</p><p>　　脫模機構(gòu)應(yīng)使下沖模頂出距離準確，復(fù)位時要求速度快而沖擊小。</p><p>　　送粉機構(gòu)要嚴格遵守壓制周期的運動規(guī)律。</p><p>　　進一步要求：讓上沖模和下沖模的行程可調(diào)。 </p><p

12、>　　三. 主要技術(shù)要求 </p><p>　　1每分鐘壓制次數(shù)為10~40次； 2.壓坯最大直徑為45mm;</p><p>　　3.上沖模最大行程為110mm; 4.送粉器行程為115mm;</p><p>　　5.脫模最大行程為45mm; 6.壓制及脫模能力最大為58KN;</p><p>

13、;<b>　　一：機構(gòu)總體設(shè)計</b></p><p>　　成型壓機的總體設(shè)計如圖一所示。該成型壓機包括三個機構(gòu)：上沖模機構(gòu)、下沖模機構(gòu)（脫模機構(gòu)）、送粉機構(gòu)。</p><p><b>　　圖 1</b></p><p>　　上沖模機構(gòu)由一個曲柄搖桿機構(gòu)（1、2、3）和一個三桿滑塊機構(gòu)（3、4、5）并聯(lián)，其功能是：<

14、/p><p>　　曲柄1做回轉(zhuǎn)運動，帶動搖桿3在一定范圍內(nèi)擺動，并且具有急回特性。</p><p>　　搖桿3與連桿4鉸接，進而帶動沖頭5做直線運動。</p><p>　　上沖模在沖壓完成后停歇0.3~0.4S，之后有一個急回過程。</p><p>　　脫模機構(gòu)由下沖模即推桿與圓盤凸輪組成。其功能是：</p><p>　　

15、在凸輪停歇，上沖模做沖壓動作時凸輪與推桿不接觸，此時推桿由機架拖住。這樣，在沖壓過程中推桿上受到的壓力就不會作用到凸輪上。</p><p>　　脫模機構(gòu)能使下沖模頂出距離準確。</p><p>　　回程（復(fù)位）時速度快而沖擊小。</p><p>　　送粉機構(gòu)由一個滾子擺桿偏心圓盤機構(gòu)與一個搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成。其功能是：</p><p>　　

16、具有間歇送料和急回特性</p><p>　　送料的同時將已壓制好的坯送離工作區(qū)域</p><p><b>　　二．機構(gòu)具體設(shè)計</b></p><p>　?。?）上沖模機構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　設(shè)計選定LCD =LBC =L4=200mm，上沖模的行程為100mm。即構(gòu)件2,3,4的長度均為200mm。</p

17、><p>　　先對曲柄搖桿機構(gòu)進行作圖分析：</p><p><b>　　圖 2</b></p><p>　　1．假定CD桿運動到豎直位置時，AB桿與BC桿恰好共線，且此時B’C’與水平方向的夾角為30°。B’C’與B”C”分別是BC桿運動的兩個極限位置。進而計算出桿CD的擺動角為41.4°</p><p&g

18、t;　　計算得∠C”C’D=69.3°。則∠C”C’B’=30°+∠C”C’D-90°=9.3°</p><p>　　AB’與B’C’共線，A鉸鏈的位置在直線B”C”上，現(xiàn)假設(shè)LAB =X，則有AC’=200+X。還有AB”與B”C”重合，則AC”=200-X。</p><p><b>　　進而由余弦定理得：</b></p

19、><p>　　COS∠C”C’B’=[(200+X)2+2002-(200-X)2]/[2x100x1.414(200+X)]</p><p>　　解得X=68.78mm</p><p>　　即曲柄1的長度約等于68.8mm。</p><p>　　進一步計算其機位夾角=9.97°，即其機位夾角約等于10°，從而得該機構(gòu)的行程速

20、比系數(shù)K=1.17。最后得到的上沖模機構(gòu)簡圖如下圖三。</p><p><b>　　圖 3</b></p><p>　　2．現(xiàn)對進行運動分析：</p><p><b>　　圖 4</b></p><p>　　計算得LAD=242mm、LAE=LAB+LBC=268.8mm、AD與水平線的夾角為15

21、.77°</p><p>　　3．現(xiàn)以AD為基準進行機構(gòu)的運動分析：</p><p>　　f1(2,3)=(LBCcos2 +LCDcos3 )–(LAD+LABcos1 )</p><p>　　f2(2,3)=(LCDsin3 –LBC sin2 )–LABsin1 </p><p>　　該方程組的雅克比矩陣為J：</p&g

22、t;<p>　　–LBC sin2 -LCDsin3</p><p>　　J= -LBCcos2 LCDcos3</p><p>　　接著進行MATLAB編程，對機構(gòu)的運動進行分析：</p><p><b>　　①位移分析：</b></p><p><b>　　原函數(shù)：</b

23、></p><p>　　function y=rrrposi(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%script used to implement Newton-Raphson mechod for</p><p>　　%solving nonlinear position of R

24、RR bar group</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2 guess value</p><p>　　%x(3)=theta-3 gues

25、s value</p><p><b>　　%x(4)=LAB</b></p><p><b>　　%x(5)=LBC</b></p><p><b>　　%x(6)=LCD</b></p><p><b>　　%x(7)=LAD</b></p>

26、;<p><b>　　%</b></p><p>　　%Output parameters</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%y(2)=theta-2</p><p>　　%y(3)=theta-3</p><p>　　%y(4)=t

27、heta-4</p><p><b>　　%</b></p><p>　　theta2=x(2);</p><p>　　theta3=x(3);</p><p><b>　　%</b></p><p>　　epsilon=1.0E-6;</p><p>

28、;<b>　　%</b></p><p>　　f=[x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1));</p><p>　　x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1))];</p><p><b>　　%</b>&

29、lt;/p><p>　　while norm(f)>epsilon</p><p>　　J=[-x(5)*sin(theta2) -x(6)*sin(theta3);</p><p>　　-x(5)*cos(theta2) x(6)*cos(theta3)];</p><p>　　dth=inv(J)*(-1.0*f);</p>

30、<p>　　theta2=theta2+dth(1);</p><p>　　theta3=theta3+dth(2);</p><p>　　f=[x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1));</p><p>　　x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*

31、sin(x(1))];</p><p><b>　　norm(f);</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　y(1)=theta2;</p><p>　　y(2)=theta3;</p><p><b>　　主程序：</b&

32、gt;</p><p><b>　　clc</b></p><p><b>　　clear</b></p><p>　　x1=linspace(0,2*pi,180);</p><p>　　x=zeros(length(x1),7);</p><p>　　for n=1:18

33、0</p><p>　　x(n,:)=[x1(:,n) 40*pi/180 55*pi/180 68.8 200 200 242];</p><p><b>　　end</b></p><p>　　p=zeros(length(x1),2);</p><p>　　for k=1:180</p><p&

34、gt;　　y= shangchongm(x(k,:));</p><p><b>　　p(k,:)=y;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　得到P矩陣。</b></p><p>　　得到的P矩陣的第二列是3在曲柄1轉(zhuǎn)過360

35、6;的過程中對應(yīng)各個位置的值。得搖桿與豎直線的夾角矩陣為q=90-p(:,1)'*(180/pi)-15.77。輸出圖像：</p><p><b>　　圖 5</b></p><p>　　上沖模的行程方程為：X= 2x200xcosq-300</p><p>　　輸出上沖模行程隨1 擺動角度變化的圖像：</p><

36、p><b>　　圖 6</b></p><p>　　分析上沖模的行程圖像可知，上沖模在一個周期內(nèi)約有0.33S的停歇時間。接下來分析機構(gòu)運動的加速度：</p><p>　　f1(2,3)=(LBCcos2 +LCDcos3 )–(LAD+LABcos1 )</p><p>　　f2(2,3)=(LCDsin3 –LBC sin2 )–L

37、ABsin1</p><p>　　對時間t求導數(shù)得到：</p><p>　　-ω2LBCSinθ2-ω3LCDSinθ3=-ω1LABSinθ1</p><p>　　ω3LCDCosθ3-ω2LBCCosθ2=ω1LABCosθ1</p><p>　　-LBCSinθ2 -LCDSinθ3 ω2</p><p&

38、gt;　　-LBCCosθ2 LCDCosθ3 ω3</p><p>　　-LABSinθ1 </p><p><b>　　=ω1</b></p><p><b>　　LABCosθ1</b></p><p>　　ω1=2π/π=πrad/s</p><p>&

39、lt;b>　　再次求導數(shù)得到：</b></p><p>　　-α2LBCSinθ2-ω22LBCCosθ2-α3LCDSinθ3-ω32LCDCosθ3=-ω12LABCosθ1</p><p>　　α3LCDCosθ3-ω32LCDSinθ3-α2LBCCosθ2+ω22LBCSinθ2=-ω12LABSinθ1 </p><p>　　-L

40、BCSinθ2 -LCDSinθ3 α2 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　LCDCosθ3 -LBCCosθ2α3</p><p>　　 </p><p>　　ω1LABCosθ1 ω2LBC

41、Cosθ2 ω3LCDCosθ3 ω1</p><p><b>　　ω2</b></p><p>　　-ω1LABSinθ1 -ω2LBCSinθ2 ω3LCDSinθ3 ω3</p><p>　　依據(jù)速度方程和加速度方程進行MATLAB編程。</p><p><b>　?、?/p>

42、速度分析：</b></p><p><b>　　主函數(shù)：</b></p><p>　　function y=scmvel(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p><b>　　%

43、</b></p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2</p><p>　　%x(3)=theta-3</p><p>　　%x(4)=dtheta-1</p><p><b>　　%x(5)=LAB</b></p>&l

44、t;p><b>　　%x(6)=LBC</b></p><p><b>　　%x(7)=LCD</b></p><p><b>　　%x(8)=LDA</b></p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Outout paramet

45、ers</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%y(1)=dtheta-2</p><p>　　%y(2)=dtheta-3</p><p><b>　　%</b></p><p>　　A=[-x(6)*sin(x(2)) -x(7)*sin(x(3))

46、;</p><p>　　-x(6)*cos(x(2)) x(7)*cos(x(3))];</p><p>　　B=[-x(5)*sin(x(1));</p><p>　　x(5)*cos(x(1))]*x(4);</p><p>　　y=inv(A)*B;</p><p><b>　　主程序：</b&g

47、t;</p><p>　　>> x2=[x1' p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) 68.8*ones(180,1) 200*ones(180,1)...</p><p>　　200*ones(180,1) 242*ones(180,1)];</p><p>　　>> m=zeros(2,180);</p&

48、gt;<p>　　>> for k=1:180</p><p>　　y2=scmvel(x2(k,:));</p><p>　　m(:,k)=y2;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　得到的m矩陣的第二行是CD桿的角速度</p><p>　　

49、進一步輸出CD桿角速度圖像：</p><p><b>　　圖 7</b></p><p>　　上沖模的速度函數(shù)V=-W3x400xsin3</p><p>　　輸出上沖模速度圖像：</p><p><b>　　圖 8</b></p><p><b>　?、矍蠹铀?/p>

50、度：</b></p><p><b>　　主函數(shù)：</b></p><p>　　function y=scma(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p><b>　　%</

51、b></p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2</p><p>　　%x(3)=theta-3</p><p>　　%x(4)=dtheta-1</p><p>　　%x(5)=dtheta-2</p><p>　　%x(6)=dthe

52、ta-3</p><p><b>　　%x(7)=LAB</b></p><p><b>　　%x(8)=LBC</b></p><p><b>　　%x(9)=LCD</b></p><p>　　%x(10)=LAD</p><p><b>

53、　　%</b></p><p>　　%Outout parameters</p><p><b>　　%</b></p><p><b>　　%y(1)=a2</b></p><p><b>　　%y(2)=a3</b></p><p>&l

54、t;b>　　%</b></p><p>　　A=[-x(8)*sin(x(2)) -x(9)*sin(x(3));</p><p>　　x(9)*cos(x(3)) -x(8)*cos(x(2))];</p><p>　　B=[-x(4)*x(7)*cos(x(1)) x(5)*x(8)*cos(x(2)) x(6)*x(9)*cos(x(3));

55、</p><p>　　-x(4)*x(7)*sin(x(1)) -x(5)*x(8)*sin(x(2)) x(6)*x(9)*sin(x(3))];</p><p>　　C=[x(4);x(5);x(6)];</p><p>　　y=inv(A)*B*C;</p><p><b>　　主程序：</b></p>

56、<p>　　>> x3=[x1' p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) m(1,:)' m(2,:)' 0.0688*ones(180,1)...</p><p>　　0.200*ones(180,1) 0.200*ones(180,1) 0.242*ones(180,1)];</p><p>　　>> n=

57、zeros(2,180);</p><p>　　for k=1:180</p><p>　　y3=scma(x3(k,:));</p><p>　　n(:,k)=y3;</p><p><b>　　end </b></p><p>　　得到的n矩陣的第二行是CD桿的角加速度。</p>

58、<p>　　輸出桿CD運動的角加速度圖像：</p><p><b>　　圖 9</b></p><p><b>　　上沖模加速度：</b></p><p>　　>> A=zeros(1,180);</p><p>　　>> for k=1:180</p>

59、;<p>　　A(k)=-0.4*n(2,k)*sin(p(k,2))-0.4*m(2,k)^2*cos(p(k,2));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　輸出上沖模加速度圖像：</p><p><b>　　圖 10</b></p><p><b&

60、gt;　　整理數(shù)據(jù)列表：</b></p><p>　　表一 上沖模運動分析數(shù)據(jù)表</p><p>　?。?）脫模機構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　這里運用Camtrax 軟件對凸輪進行設(shè)計。</p><p>　　由第一步對上沖模機構(gòu)的設(shè)計列出三個機構(gòu)協(xié)調(diào)運動的時間表：</p><p>　　表二 送粉器、上沖

61、模、下沖模三個機構(gòu)的運動時間協(xié)調(diào)分布表</p><p>　　現(xiàn)依據(jù)表一進行脫模機構(gòu)的凸輪設(shè)計。</p><p>　　凸輪的動作時間分布為：（周期為2S）</p><p>　　0.5s—1.5s：推桿懸空（掛在機架上），保持行程S=0</p><p>　　1.6s—1.9s:推桿以擺線規(guī)律（cycloidal）上頂40mm，使推桿加速度過度平穩(wěn)

62、，沒有沖擊</p><p>　　2.0s—0.1s：推桿保持S=40mm</p><p>　　0.2s—0.4s：推桿以擺線規(guī)律（cycloidal）急回，速度快，無沖擊</p><p><b>　　具體設(shè)計</b></p><p>　　陰模及推桿尺寸設(shè)計，如圖：</p><p><b>

63、;　　圖 11</b></p><p>　?、睓C構(gòu)為滾子對心直動推桿圓盤凸輪</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運動信息：</p><p><b>　　圖 12</b></p><p>　　利用Camtrax 軟件不斷對凸輪進行優(yōu)化設(shè)計，既要保證運動規(guī)律，使凸輪的壓力角滿足[a]=30&

64、#176;，又使推桿運動無沖擊，并使機構(gòu)盡量緊湊。</p><p>　　最終選定凸輪基圓半徑為r0=130mm，滾子半徑為rr =30mm。</p><p>　　設(shè)定凸輪運動周期為2S。</p><p>　　運行軟件，畫出凸輪輪廓圖：</p><p><b>　　圖 13</b></p><p>

65、　　輸出推桿運動規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖 14</b></p><p>　　輸出推桿運動速度圖像：</p><p><b>　　圖 15</b></p><p>　　輸出推桿運動加速度圖像：</p><p><b>　　圖 16</b>

66、</p><p>　　輸出凸輪各個位置的壓力角圖像：</p><p><b>　　圖 17</b></p><p>　　分析圖 15和圖16可知該凸輪在運動過程中加速度過度平穩(wěn)，無沖擊，并且壓力角滿足設(shè)計要求。</p><p>　　SolidWorks建模結(jié)果如圖：</p><p><b&g

67、t;　　圖 18</b></p><p>　　輸出該凸輪的各項數(shù)據(jù)列表：</p><p>　　表三 滾子對心直動推桿盤形凸輪數(shù)據(jù)表</p><p>　　2．機構(gòu)為平底推桿直動對心圓盤凸輪</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運動信息：</p><p><b>　　圖 19<

68、;/b></p><p>　　利用Camtrax 軟件不斷對凸輪進行優(yōu)化設(shè)計，既要保證運動規(guī)律，使凸輪的壓力角滿足[a]=30°，又使推桿運動無沖擊，并使機構(gòu)盡量緊湊，凸輪輪廓不出現(xiàn)失真。</p><p>　　最終選定凸輪基圓半徑為r0=180mm，導軌長度L=100mm。</p><p>　　設(shè)定凸輪運動周期為2S。</p><

69、p>　　運行軟件，畫出凸輪輪廓圖：</p><p><b>　　圖 20</b></p><p>　　輸出推桿運動規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖21</b></p><p>　　輸出推桿運動速度圖像：</p><p><b>　　圖 22</

70、b></p><p>　　輸出推桿運動加速度圖像：</p><p><b>　　圖 23</b></p><p>　　分析圖 21可知該凸輪在運動過程中加速度過度平穩(wěn)，無沖擊。</p><p>　　輸出該凸輪各項數(shù)據(jù)。</p><p>　　表四 平底推桿對心圓盤凸輪數(shù)據(jù)表</p>

71、<p><b>　　分析比較</b></p><p>　　兩個形式的凸輪都能滿足運動及功能要求，但是比較兩者的基本尺寸發(fā)現(xiàn)平底推桿對心直動圓盤凸輪的基圓半徑要180mm才能滿足功能及力學要求，但是滾子推桿對心直動圓盤凸輪在滿足相同功能及力學要求是所需的最小基圓半徑只要130mm。從機構(gòu)尺寸，緊湊的角度考慮，脫模機構(gòu)選用滾子推桿對心直動圓盤凸輪，即第一種設(shè)計方案。</p&g

72、t;<p>　?。?）送粉機構(gòu)設(shè)計：</p><p><b>　　圖 24</b></p><p>　　該機構(gòu)由擺動推桿凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成。</p><p>　　機構(gòu)設(shè)計尺寸：擺動推桿L3=30mm、搖桿L4=200mm、連桿L5=400mm、擺桿3與機架鉸接的位置和連桿與料斗鉸接的位置在同一條水平線上，且鉸鏈A到陰模

73、中心線的距離L=500mm。料斗的寬度d=60mm。滾子半徑rr=15mm。搖桿L4與擺動推桿L3固連在一起，兩桿成90°夾角。</p><p>　　由料斗的運動規(guī)律來設(shè)計連桿機構(gòu)主動件的角度擺動規(guī)律，進而設(shè)計擺桿凸輪的運動規(guī)律。</p><p>　　考慮料斗運動與上沖模機構(gòu)以及脫模機構(gòu)運動的協(xié)調(diào)，先設(shè)計其運動規(guī)律如下：</p><p>　　0—0.4s：

74、料斗停在陰?？诘恼戏剑M行加粉。此時連桿AB與水平線的夾角為49.46°。此時對應(yīng)的擺動推桿L3與水平線的夾角為40.54°。</p><p>　　0.5—0.6s：料斗在這個時間段有一個急回動作，急回一個料斗的寬度即60mm。連桿機構(gòu)運動到AB’C’處時，AB’桿與水平線的夾角為65.28°。此時對應(yīng)的擺動推桿L3與水平線的夾角為24.72°，即在這段時間內(nèi)，擺動推桿的

75、擺角從40.54°減小到24.72°，為保證運動加速度的平穩(wěn)，這段時間凸輪運動規(guī)律我們設(shè)計為擺線運動規(guī)律（cycloidal）。</p><p>　　0.7—0.9s：料斗在這段時間內(nèi)繼續(xù)做回程運動，回程60mm，相比于②過程這個時間段經(jīng)歷比較長。連桿機構(gòu)運動到AB”C”處時，AB”桿與水平線的夾角為80.76°。此時對應(yīng)的擺動推桿L3與水平線的夾角為9.24°，即在這段時

76、間內(nèi)，擺動推桿的擺角從24.72°減小到9.24°，為保證運動加速度的平穩(wěn)，這段時間凸輪運動規(guī)律我們?nèi)栽O(shè)計為擺線運動規(guī)律（cycloidal）。</p><p>　　1.0—1.3s：料斗停歇取粉。連桿不動，凸輪此段時間是空行程，保持9.24°的擺角不變。</p><p>　　1.4—2.0s：料斗向前做送料運動，直至運動到陰?？诘纳戏?。此段時間內(nèi)，料斗的行程

77、是120mm，對應(yīng)的搖桿AB從80.76°的位置變化到49.46°。對應(yīng)的擺動推桿的擺角從9.24°變化到40.54°。這段時間內(nèi)凸輪擺動推桿的運動規(guī)律仍然設(shè)計為擺線規(guī)律（cycloidal）。</p><p><b>　　具體設(shè)計：</b></p><p>　　①擺動推桿凸輪設(shè)計：</p><p>　　

78、按照上述分析的凸輪運動規(guī)律設(shè)計凸輪。</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運動信息：</p><p><b>　　圖 25</b></p><p>　　利用Camtrax不斷對凸輪進行優(yōu)化設(shè)計，最終選定凸輪為偏心凸輪，偏心的坐標為（50,40）。</p><p><b>　　運行軟件畫出凸輪

79、：</b></p><p><b>　　圖 26</b></p><p>　　輸出擺動推桿運動規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖 27</b></p><p>　　輸出擺動推桿運動速度圖像：</p><p><b>　　圖 28</b>

80、;</p><p>　　輸出擺動推桿運動加速度圖像：</p><p><b>　　圖 29</b></p><p>　　輸出擺動推桿運動在各個位置時的壓力角圖像：</p><p><b>　　圖 30</b></p><p>　　分析該圖可見該凸輪的壓力角滿足[a]=35&#

81、176;的擺動推桿設(shè)計要求。</p><p>　　輸出凸輪在各個位置的曲率半徑圖像：</p><p><b>　　圖 31</b></p><p>　　并且由該軟件輸出地曲率半徑列表中可知，該凸輪的最小曲率半徑為24.39mm。即凸輪的基圓半徑為24.39mm。</p><p>　　分析：分析圖27可知該凸輪在運動過程中

82、加速度過度平穩(wěn)，圖 28知壓力角也滿足設(shè)計要求。</p><p>　　輸出該凸輪的各項數(shù)據(jù)。</p><p>　　表五 滾子擺動推桿偏心凸輪數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　②連桿機構(gòu)設(shè)計：</b></p><p><b>　　圖 32</b></p><p>　　如圖，以

83、鉸鏈A和C所在的水平線為X軸，鉸鏈A處為原點。設(shè)AB與X軸的夾角為，BC與X軸負方向的夾角為。現(xiàn)依據(jù)①中隊凸輪運動規(guī)律的設(shè)計，來分析連桿機構(gòu)中主動件AB以及料斗即鉸鏈C的運動規(guī)律。</p><p>　　由于擺動推桿與連桿的主動件AB固連，則AB桿的運動角速度及角加速度均與擺動推桿相同。</p><p>　　先分析AB的角度的運動規(guī)律：</p><p>　　{49.4

84、6+15.82[(δ-72)/36 –sin[2π(δ-72)/36]/2π]}×pi/180</p><p>　　{65.28+15.48[(δ-108)/54 –sin[2π(δ-108)/54]/2π]}×pi/180</p><p>　　{80.76-31.3[(δ-234)/126 –sin[2π(δ-234)/126]/ 2π]}×pi/180&l

85、t;/p><p>　　擺動推桿的運動規(guī)律是擺線規(guī)律，依據(jù)擺動推桿的擺動角度與的關(guān)系在MATLAB中編程，分析AB桿運動的擺動角的規(guī)律：</p><p>　　x=ones(1,360);</p><p>　　>> for k=1:72</p><p>　　x(k)=49.46*pi/180;</p><p>&l

86、t;b>　　end</b></p><p>　　>> y=linspace(73,108,36);</p><p>　　>> for k=1:36</p><p>　　x(k+72)=(49.46+15.82*((y(k)-72)/36-sin(2*pi*(y(k)-72)/36)/2/pi))*pi/180;</p&

87、gt;<p><b>　　end</b></p><p>　　>> y=linspace(109,162,54);</p><p>　　>> for k=1:54</p><p>　　x(k+108)=(65.28+15.48*((y(k)-108)/54-sin(2*pi*(y(k)-108)/54)/2

88、/pi))*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> for k=1:72</p><p>　　x(k+162)=80.76*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>>

89、; y=linspace(235,360,126);</p><p>　　for k=1:126</p><p>　　x(k+234)=(80.76-31.3*((y(k)-234)/126-sin(2*pi*(y(k)-234)/126)/2/pi))*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><

90、p><b>　　輸出的變化圖像為：</b></p><p><b>　　圖 33</b></p><p>　　依據(jù)圖 30列出料斗的運動學方程：</p><p>　　X=0.2cosθ+0.4cosφ-0.38 ①</p><p>　

91、　V=X ’=-0.2ωθsinθ -0.4ωφ sinφ ②</p><p>　　A=0.2αθsinθ-0.2ωθ2cosθ+ωφ2cosφ-0.4αφsinφ ③</p><p><b>　　相關(guān)方程有三個：</b></p><p>　　sinφ=0.5sinθ</p><p>

92、;　　αφcosφω2φsinφ=1/2αθcosθ-1/2ω2θsinθ</p><p>　　αφ=（1/2αθcosθ-1/2ω2θsinθ+ω2φsinφ）/cosφ</p><p>　　依據(jù)料斗運動的行程方程①，用MATLAB編程：</p><p>　　s=zeros(1,360);</p><p>　　>> for k

93、=1:360</p><p>　　s(k)=(200*cos(x(k))+400*cos(asin(0.5*sin(x(k))))-380);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> plot(linspace(1,360,360),s)</p><p>　　輸出的料斗的運動行程

94、規(guī)律圖像為：</p><p><b>　　圖 34</b></p><p>　　由Camtrax獲得擺動推桿的運動角速度矩陣，輸入到MATLAB中，輸出AB桿運動角速度圖像：</p><p><b>　　圖 35</b></p><p>　　由Camtrax獲得擺動推桿的運動角加速度矩陣，輸入到MA

95、TLAB中，輸出AB桿運動角加速度圖像：</p><p><b>　　圖 36</b></p><p>　　依據(jù)運動方程②，進行MATLAB編程，分析料斗運動速度：</p><p>　　v=zeros(1,360);</p><p>　　>> for k=1:360</p><p>　

96、　v(k)=-0.2*sin(x(k))*w(k)-0.4*0.5*sin(x(k))*w2(k);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> plot(linspace(1,360,360),v)</p><p>　　輸出的料斗的運動速度圖像為：</p><p><b>

97、;　　圖37</b></p><p>　　依據(jù)運動方程③，進行MATLAB編程，分析料斗運動加速度：</p><p>　　A=ones(1,360);</p><p>　　>> for k=1:360</p><p>　　A(k)=-0.02*a(k)*sin(x(k))-0.2*w(k)^2*cos(x(k))-0.

98、4*x2(k)^2*sqrt(1-0.25*sin(x(k)))-0.4*(0.5*a(k)*cos(x(k))-0.5*w(k)^2*cos(x(k))+x2(k)^2*0.5*sin(x2(k)))/sqrt(1-0.25*sin(x(k)))*0.5*sin(x(k));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　輸出的料斗運動加速度圖像為

99、：</p><p><b>　　圖 38</b></p><p>　　列出關(guān)于連桿運動分析的各個數(shù)據(jù)：</p><p>　　表六 送粉器運動分析數(shù)據(jù)表</p><p><b>　?。?）機構(gòu)動力設(shè)計</b></p><p>　　分析機械在工作過程中所要提供的最大動力為58KN

100、，在工作過程中取開始壓制為臨界點進行分析，臨界時上沖模行程為70mm，此時的位置如圖所示：</p><p><b>　　圖 39</b></p><p>　　根據(jù)上沖模在沖壓的過程中受到的最大力為58KN，經(jīng)過計算得到動力桿所要提供的最大動力為F=30.75KN。</p><p>　　力學中 P=Mzω=F×Rω，其中R=68

101、.8mm ,ω=πrad/s</p><p>　　計算得到的需求功率為Pmax=6636.5w</p><p><b>　　最常見交流電動機有</b></p><p>　　2極 同步轉(zhuǎn)速 3000r/min</p><p>　　4極 同步轉(zhuǎn)速 1500r/min</p><p>　　6極

102、 同步轉(zhuǎn)速 1000r/min</p><p>　　8極 同步轉(zhuǎn)速 750r/min</p><p>　　10極 同步轉(zhuǎn)速 600r/mi</p><p>　　選擇轉(zhuǎn)速為750r/min的同步轉(zhuǎn)速電機，沖壓機構(gòu)的周期為2s，所以要求設(shè)計的減速器減速比為 25 。</p><p><b>　　圖 40</b>&l

103、t;/p><p>　　根據(jù)各機構(gòu)的傳動效率，選擇齒輪機構(gòu)組合減速，設(shè)計的減速器如圖所示：</p><p><b>　　圖 41</b></p><p>　　設(shè)計的各齒輪數(shù)據(jù)為：</p><p>　　模數(shù)z=2 壓力角 α=20 ◎ h a*=1.0 </p><p>　　中心距

104、 Z1Z2=78 Z2’Z3= 80 Z3’Z4=56</p><p>　　由于Z3’ =16<17,最小變位齒數(shù)，所以該齒輪應(yīng)為變位齒輪。</p><p>　　Ra3’ = r3+ha* m =16+1.0×2＝18mm</p><p>　　Ra4’ = r4+ ha* m =40+

105、1.0×2 = 42mm</p><p>　　α3 =arccos r3cosα/ Ra3’ =arccos 16cos20 ○/18 =33.35○</p><p>　　α4 =arccos r4 cosα/ Ra4’ = arccos 40cos20 ○/42 =26.50○</p><p>　　α’ ≤arctan[(Z3tanα3 + Z4tan

106、α4 －2π)]／(Z3’ + Z4) =23.37○</p><p><b>　　所以變位系數(shù)為</b></p><p>　　Y=(Z3+Z4)(cosα/cosα－1’)/2 =0.66</p><p>　　這對齒輪傳動的中心距 ： a ·= a cosα/cosα’ =57.3mm</p><p>　　即

107、：Z3’Z4實際中心距應(yīng)為57.3mm。</p><p>　　查詢機械手冊得齒輪傳動的機械效率為0.92——0.96，取為η=0.95</p><p>　　計算得電機的額定功率</p><p>　　P額=P/η3 = 6636/0.953 w = 7739w</p><p>　　所以選擇額定功率為8KW，轉(zhuǎn)速為750r/min的同步電機。&l

108、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　孫恒，陳作模.機械原理【M】.7版.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　曲秀全.基于MATLAB/Simulink平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007</p><p>　　高會生，李新葉，胡志奇譯.MATLAB原理與

109、工程應(yīng)用.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　賀超英.MATLAB應(yīng)用與實驗教程.北京：電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　王宏.MATLAB6.5及其在信號處理中的應(yīng)用.北京：清華大學出版社，2004</p><p>　　同濟大學數(shù)學系.線性代數(shù).北京：高等教育出版社，2009</p><p>　　同濟大學數(shù)

110、學系.高等數(shù)學. 北京：高等教育出版社，2008</p><p>　　雷培，劉云霞.基于MATLAB的四連桿機構(gòu)運動分析.機械工程與自動化.2009年4月，第2期</p><p>　　李團結(jié)，賈建援，胡雪梅.機械工程中兩類非線性方程組的完全解.西安電子科技大學學報（自然科學版）2005年2月，第32卷，第1期</p><p>　　董長虹，余海嘯.MATLAB接口技術(shù)