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1、2014-2015-2学期《机械原理》研究性学习报告项目名称：冲床曲柄滑块机构研究目录一、选题依据及任务二、功能要求与原理分析三、机械系统方案设计分析（备注：内容包括机构组成分析，绘制机构运动简图，完成机构动画仿真等）四、机器中典型机构设计与分析（备注：主要应用解析法对机器中典型机构如凸轮机构、连杆机构等进行设计或运动分析或动力学分析等）五、小组分工与感想收获体会等一、选题依据及任务1、选题依据背景介绍：冲床圆周运动转换为直线运动，由主电动机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮、曲轴（或偏心齿轮）、连杆等运转，来达成滑块的直线运动，从主电
2、动机到连杆的运动为圆周运动。连杆和滑块之间需有圆周运动和直线运动的转接点，其设计上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型（圆柱型），经由这个机构将圆周运动转换成滑块的直线运动。冲床对材料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须配合一组模具（分上模与模），将材料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工时施加于材料之力所造成之反作用力，由冲床机械本体所吸收。2，选题任务。1，）对冲床中的曲柄滑块机构进行运动学和动力学分析，研究曲柄滑块的线性位移，线性速度和加速度等运动学参量，以及各种动量，能量等动力学参量，2，）结合自己
3、现有所学的知识，进行曲柄滑块机构的几何设计与分析。3，）运用inventor，soildworks,CAD等三维软件和MATLAB，mathematics等数学分析软件进行编程和数据分析。二、功能要求与原理分析。1，曲柄滑块机构的运动学特性理论分析取A为坐标原点，X轴水平向右，在任意瞬时t,机构的位置如图，可以假设C点的矢径为：C点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影：根据图形可知:λ等于r2/r3,是曲柄长与连杆长之比，将上式代入x的表达式中，并考虑到θ2等于ωt,就得到了滑块的运动方程：若将此式对时间求导数，其运算过程比较繁琐，在工程实
4、际中，λ通常不大于λ=1/4-1/6，故可以在上式中将根式展开λ的幂级数做近似计算：再对时间取导数，便可以得到速度和加速度的表达式：其中，x,v,a都是θ2=ωt的周期函数2，曲柄滑块机构动力学特性理论分析：从曲柄传到连杆上的力Pc与滑块发出的压力P之间，存在如下关系：PccosΨ=P曲柄处，沿半径方向的力Pr和Pc的关系：Pr=Pccos(θ+Ψ)联立可得Pr=pcos(θ+Ψ)/cosΨ.曲柄颈沿r方向承受与Pr大小相等的压力，曲柄颈沿圆周方向切线力Pt与半径r的乘积为转矩T：T=Pt*r根据上图可知：Pt=Pcsin(Ψ+θ),
5、则T=psin(θ+Ψ)/cosΨ*rP=TcosΨ/sin(θ+Ψ)*l/r一般曲柄连杆机构l大于4r,所以，可以将l看成比r大很多，则Ψ几乎为0，所以P=T/(rsinθ)按照平面几何的勾股定理，可以得到sinθ=三、机械系统方案设计分析运动仿真如下：运用workingmodel参数：曲柄长度：0.2M宽度：0.025M连杆长度：0.8M宽度：0.025M马达转速：1rad/s.曲柄，连杆，滑块运动物理量如仿真图所示位移变化图速度变化图加速度变化图运动soildworks仿真：参数：曲柄长度：20mm连杆长度：80mm电机转速：2
6、0转/分钟F:装配体1动画.avi对滑块：速度变化图加速度变化图位移变化图运用mathematics进行程序编写得到：,1，程序：Plot[{-500*Sin[x+ArcSin[25*Sin[x]/110]]/Sqrt[1-25^2*Sin[x]*Sin[x]/12100]},{x,0,2*Pi}]速度变化图2，程序：Plot[(10000*Cos[-x-ArcSin[25*Sin[x]/110]]+440)/Sqrt[1-25^2*Sin[x]*Sin[x]/12100],{x,0,2*Pi}]位置变化图加速度变化图四、机器中典型
7、机构设计与分析冲床中典型的机构还有四杆机构将四杆机构ABCD看做封闭矢量多边形，以l1,l2,l3,l4分别表示各构件的矢量，封闭方程用复数表示为：应用欧拉公式将式中实部与虚部θ分离得L1sinθ1+l2sinθ2=l3sinθ3,由此可以求出未知方位角θ2，θ3，求解θ3，将θ2消去，可以将两分式左端包含θ1的移到右端，分别将两端平方并相加，设2，速度分析将式对时间求导将它的实部与虚部分离得到联立两式求得两个位置角度，即4，加速度分析式对时间求导，可得将实部和虚部分离，有联立得再讨论所示四杆机构中连杆2上任意一点E的速度和加速度，设
8、连杆上任一点E在其位置矢量为a和b，E点在坐标系AXY中的绝对位置矢量为le=AE,有对时间求一次导数和二次导数，变换整理得到五、设计心得与体会本课题的主要内容对冲床曲柄滑块机构参数化设计进行了研究，基本达到了预期的效果
