冲床执行机构创新设计

冲床执行机构 创新设计学院： 机械与汽车工程学院班级： 机 制 091姓名： 学号： 日期： 2011.12.20机构创新设计任务书一、 目的1、 巩固已学理论知识；2、 综合运用所学知识进行创新机构设计或改进机构的创新设计；3、 提高同学理论联系实际，发现问题、思考问题和解决问题的能力。二、 要求1、 任选或自命题一题，完成其机构的设计，并用机构创新模型加以实现，至少三种方案，优选一种方案分析；2、 完成设计说明书一份（详细设计，选择比较）。三、 设计进度安排 设计时间为一周。时间安排如下：1、 选题或自命题，明确任务；2、 查资料，拟定方案（周三前完成）；3、 向指导教师和同学汇报设计结果和心得。四、 设计题目：冲床执行机构创新设计1. 机构工作原理 自动送料冲床用于冲制、拉延薄壁零件。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构，其工作原理如图（a）所示，上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。图一：a)冲床工作工艺图b)上模运动规律S-图c)上模受力情况要求设计能使上模按上述运动要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送至到下模上方的送料机构。2.原始数据与设计要求1）以电动机作为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图1b所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回等特性。2）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角g 大于或等于许用传动角g =40。3）上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方）。4）生产率为每分钟70件。5）上模的工作段长度l = 30100mm，对应曲柄转角j0 = (1/3 1/2 )p；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。6）上模在一个运动循环内的受力如图1c所示，在工作段所受的阻力F1=5000N，其它阶段所受的阻力F0=50N。7）行程速度变化系数K 1.5。8）送料距离H = 60 250mm。9）机器运转速度波动系数d 不超过0.05。五.执行机构运动方案设计及讨论参考方案：冲压机构的原动件为曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（工作段），并具有急回特性，机构还应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的基本机构（如偏置式曲柄滑块机构）是难以实现的。因此，需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。送料机构要求作间歇送进，可结合冲压机构一并考虑。1. 齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构如图2所示，冲压机构采用有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮2与曲柄DE固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角a 尽可能小。图2冲床机构方案之一Dw1EBA12w2HKOGCFRa送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使lOG lOH，可减小凸轮尺寸。图3 冲床机构方案之二CDEFOABaGHw12. 导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构如图3所示，冲压机构是在摆动导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成。摆动导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可以达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角a 较小。送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。3. 六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构如图4所示，冲压机构由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。四杆机构可按行程速度变化系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近似于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择恰当，可使执行构件在工作段中运动时机构的压力角a 较小。凸轮连杆送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，按机构运动循环图确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。设计时，使lIH lIR，可减小凸轮尺寸。HKFajw3COIDgARG图4 冲床机构方案之三w1BECM4. 连杆凸轮冲压机构和凸轮连杆送料机构Dw1EBAOH1IKPOGCFLaw4212JH1图5 冲床机构方案之四14如图5所示，冲压机构采用有两个自由度的连杆凸轮组合机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮4与两个凸轮固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角a 尽可能小。改变凸轮轮廓曲线，可改变C点轨迹，从而使执行构件获得多种运动规律，满足不同工艺要求。图5 冲床机构方案之四送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使lHI lHG，可减小凸轮尺寸。六.机构设计及方案选择分析1.方案设计的有关问题如上述，从以上分析进行方案的优化选择、设计时，应该尽量满足如下条件：（1）设计的方案是否尽量满足要求的性能指标和技术条件；（2）设计的结构是否尽量简单、紧凑，设计是否方便；（3）机构在实际的制造过程中是否方便，成本可否降低。分析上面的方案，主要是有：平面连杆机构、凸轮机构、不完全齿轮机构、导杆-摇杆机构等等。平面连杆机构构件可实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。其优点主要是：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需要利用弹簧等封闭来保持接触的。但它也有一些缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂的时候，需要的构件数和运动副就往往较多，这样使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增大，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作平面复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。 低副机构一般只能近似地实现给定运动规律，而且设计较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件作间歇运动时，则以采用凸轮最为简便。凸轮机构的优点是：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意位置的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。综上所述，我们决定选择方案二。即冲压机构采用导杆摇杆滑块机构；送料机构采用凸轮送料机构。冲压机构只需满足压力角和急回特性的要求即可，考虑到工作段的受力较大，故排除凸轮和齿轮的冲压机构。 凸轮机构的从动件直接用于送料，设计和安装都很方便，制造比较简单，成本较低，为最优方案。1机构的运动简图2. 机构杆组分析如下图所示，按照平面机构的结构分析可知该机构可拆分为5个级组，分别为2-3，4-5，7-8，9-10，11-12组。故该机构是由原动件1、机架6及5个级组组成，是级机构。冲压机构：n=5 PL=7 PH=0其自由度：F=3n-2PL=35-27=1送料机构：n=4 PL=4 PH=3（其中滚子属于局部自由度）其自由度F=3n-2PL-PH=34-24-3=1由于两机构主动机固连（曲柄与齿轮同轴），因此只需一个动力作用即可驱动整个机构，使其具有确定的运动。这说明，该机构自由度符合设计要求。3.机构主要部分运动描述主运动机构：主动件柄AB通过滑块B和导杆DC连接，在导杆机构的基础上串联一个摇杆滑块机构组成。齿轮传动机构：由一个惰轮和齿轮啮合，将力和速度传到凸轮机构上，齿轮的传动具有传动比稳定和传动平稳的特点。凸轮机构：凸轮轮廓严格按运动要求设计，所以可以高速起动，动作准确可靠，由于凸轮是高副机构，在高副接触处难以保证良好的润滑而容易磨损，因此传递动力不能太大。动力部分：通过机构尺寸、工作要求等因素的确定，选择适当的电动机作为动力来源。辅助部分：送料杆F在冲头到达工作点之前将料送到位，它的运动靠和凸轮的高副作用完成。七.机构的参数选择与计算 1、冲压机构参数的确定 取定各个可变参数如下：上模工作段长度L=60mm， 对应曲柄转角=80，行程速度变化系数K=1.57，送料距离H=100mm，曲柄AB=80mm。连杆DE为上模总行程DD1的1.5倍。则得到冲压机构的参数如下：极位夹角=180（K-1）/（K+1）=40， 如图，BCA=B1CA=/2=30，则由几何关系AC=AB/sin30=80/sin30=160mm, 因为对应曲柄转角=80，则B3AA1=B2AA1=40,连接B3B2，则弧B3B2即为冲压工作段曲柄AB的B点的轨迹，连接B3C、B2C并延长。又冲压滑块的工作段时D点在D2D3间，则D2C1=D3C1=60/2mm=30mm, AA1= AB3*cos40=80*cos40=61.28mm, B3A1=AB3*sin40=51.42mm,所以CA1=CA+AA1=160+61.28=221.28 mm, 又D1D2由三角形相似（CB3A1CD3C1）得，C C1= CA1*D3C1/B3A1 = 221.28*30/51.42mm=129.40mm, 以CD3的长为半径画弧，交BC、 B1C的延长线为D1、D， 与AC延长线的交点即为导路通过的位置。又几何关系可求得CD= 132.54mm,则DD1=2*CD*sin20=132.54mm,DE=1.5DD1=1.5*132.54mm=198.80mm.再以D为圆心，以DE长为半径画弧交导路于E点，便得滑块位置。2. 凸轮机构参数的确定根据运动循环图可知，当上模到达工作段E2E3之前，送料机构必须把坯料送至待加工的位置，即在摇杆到达B2点之前，凸轮已经将料送至下模上方。为方便计算，凸轮从动件选择等速运动规律，凸轮送料推程角应大于B1AB2(=80)，,故取=100，则凸轮从动件的运动规律为：推程：s=70/(100*/180)*=40.14 （0100），回程：s=140-40.14 (100200)。 冲压机构和凸轮机构的传动比应该为1取=30，=70，取阴影区域内点都能使 ，为计算方便，取Q（15.24，60），故取凸轮的基圆半径ro=60mm,偏距e=15mm.3、齿轮机构参数的确定1 所选主要参数由上述计算得凸轮H点到最远点间距离为60+70mm=130mm,滚子的半径r=20mm，又曲柄长为80mm ，考虑到机构的紧凑性和摇杆的运动，取AH=210mm。设至上而下的主动轮 惰轮 从动轮分别为1、2、3，其模数、齿数分别记为m1、m2、m3 ,Z1、Z2、Z3、,则有齿轮啮合关系知m1=m2=m3， Z1=Z3AH=D=m（Z1+Z2）=210mm为方面计算，我们取模数M=3 ，得到Z1+Z2=70 .考虑到传动力的平稳，我们取Z1=20 ,Z2=50. 得到D1=60mm D2=150mm。其余尺寸均按渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿轮选择。经过计算得到两个齿轮啮合的基本参数。4、其它辅助机构的设计说明1、为了满足送料的要求（即凸轮从动件运动的位移最大点对应上模工作段的起点），根据物料的尺寸大小，应该把送料的直杆弯折一定程度。在设计中，我们取得值为L=26mm.2、在送料机构中，从动件必须加上一定强度的弹簧，使推杆能作往复运动。另外，在本设计中，选定弹簧原长在250mm以上，而且能被压缩到50mm以下，这是由推杆往复运动的行程决定的，在凸轮机构与主运动机构间用轮系达到对应的比例传动 八.动力参数计算位置11:MA0PP0.082758.50.07513PP2590.6N位置20:MA0PP0.081321.50.06993PP1155.2N故取PP2590.6N平均功率：PPlAB12590.60.087.331.5191 kw选取电动机Y 90S2（额定功率1.5kw，满载转速2980rmin）结果和心得：本次课程设计是一次综合性设计，它不仅测试了所学的知识是否扎实，而且还为接下来的毕业设计做好了铺垫。通过这次课程设计，我所学的知识得到了巩固，充分发挥了我们个人的潜力