王毅 机械原理课程设计说明书.doc

西安工业大学机械原理课程设计设计计算说明书 设计题目 薄壁零件冲床机构设计 - 工业中心 学院 制造工程师 专业- 2008 级 086001 班 学生姓名 王毅 完成日期 2010-7-8 指导教师 王丽君 田太明 西安工业大学机电工程学院目 录 一，设计任务二、执行机构运动方案设计及讨论三、机械传动送料系统方案设计（自己设计）四、机械传动系统方案设计五、机构的运动和动力分析六、机构平衡力矩M-t线图七、固定支反力f-t线图八、确定电动机的功率，转速和传动比九、创新设计方案十、总结参考文献 一、设计任务1、设计题目薄壁零件冲床机构设计 2、工作原理与及结构组成a)j02pjSj02pjFF1F0b)c)l图1冲床工艺动作与上模运动、受力情况上模（冲头）坯料下模该冲床用于冲制、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1a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。3、设计要求与技术条件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 = 40100mm，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见下表，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。设计参数见下表：（按学号分组：每五人一组）数据组编号12345冲压载荷F1/N90008000700060005000上模工作段长度L/mm40557085100上摸工作段对应曲柄转角/（）6065708090以下以第一组数据加以说明。二、 执行机构运动方案设计及讨论该冲压机械包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构。冲压机构的主动件是曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（称工作段），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，比较简单。实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。下面介绍几个较为合理的方案。1齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构如图53所示，冲压机构采用了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。恰当地选择点C的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于匀速的特性，并使压力角尽可能小。送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。设计时，若使lOGlOH ，可减小凸轮尺寸。图53 冲床机构方案之一 图54冲床机构方案之二2导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构如图54所示，冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可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的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。3六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构如图55所示，冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角满足要求，压力角较小。凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。设计时，使lIHlIR，则可减小凸轮尺寸。图55冲床机构方案之三 图56冲床机构方案之四4凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构如图56所示，冲压机构是由凸轮连杆机构组合，依据滑块D的运动要求，确定固定凸轮的轮廓曲线。送料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成，若按机构运动循环图确定曲柄摇杆机构的尺寸，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。5. 连杆凸轮冲压机构和凸轮连杆送料机构Dw1EBAOH1IKPOGCFLaw4212JH1图6 冲床机构方案14如图6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。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。选择方案时，应着重考虑下述几个方面：1）所选方案是否能满足要求的性能指标；2）结构是否简单、紧凑；3）制造是否方便，成本可否降低。经过分析论证，方案1是四个方案中最为合理的方案，下面就对其进行设计三、机械传动送料系统方案设计（自己设计） 根据方案2导杆摇杆滑块冲压具有明显的急回现象，可以设置冲压过程；根据凸轮机构可以设置我们需要的送料过程。所以，我们可以由此来设计个简单的冲床冲压机构，送料机构。 由图得我所设计的机构工作起来比较协调，且占用体积也相对比较小。然后开始画CAD，先从四杆机构开始，先满足传动角大于40，然后满足上模工作段对应曲柄转角为60，行程速度变化系数K大于1.5。由此开始。 设计由图7看出我所设计的四杆机构太满足一定的条件下，可以任意变换上模工作长度，只要改变滑块的高度即可。 设计送料机构时，为了送料的简单，方便，准确，经过我不断的改进，设计如图所示，且必须满足一定的送料时间差。图7四、机械传动系统方案设计通过上述五种方案的对比和分析，可以知道方案二不管是从计算还是运动协调方面都是比较合适的选择。（1）冲压机构的设计由图7导杆摇杆滑块冲压机构运动分析图可知在曲柄在角度（如图7所示的60）的范围内转动时，滑块在L=40mm范围内近似等速移动，且行程H=115.mm首先，设计一个曲柄FG=12mm，画圆。设计最远点，寻找最近点，有两线确定机架的另一个点，则可确定摇杆HF=240mm（后面需要对此杆加长）；其次，找到最远点，得BH=130mm,曲柄旋转60，对应的凸模走约40mm,冲模杆长为ED=250mm.K=(360-127)/127=1.8364 在进行机构动力分析时，先依据在工作段所受的阻力F09000N，并认为在工作段内为常数，然后求得加于曲柄的平衡力矩Mb，并与曲柄角速度相乘，获得工作段的功率。图8送料机构设计 送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与水平杆滑块机构组合而成，设计时，应先确定水平杆滑块机构的尺寸，然后再设计凸轮机构，由于一直冲压上模的位置，则凸轮推杆的X方向已经确定，只要知道推程就可设计出来。因凸轮速度不高，故升程和回程皆选等速运动规律。因凸轮与齿轮固联，故其等速转动。用作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径r0=100mm点离基圆中心r=180mm。角度增量极轴X轴Y轴-1010100-19.0809-538.163-916.61157106.6116-1.86063-546.595-8113.22314113.223117.712-551.829-7119.83471119.834739.01437-553.306-6126.44628126.446361.30238-550.592-5133.05785133.057983.73602-543.405-4139.66942139.6694105.4099-531.631-3146.28099146.281125.3873-515.34-2152.89256152.8926142.7375-494.792-1159.50413159.5041156.5736-470.435-166.1157166.1157166.0904-442.899972.72727172.7273170.6007-412.982080180169.1447-378.4363071.11111171.1111148.1866-354.4444062.22222162.2222124.2694-335.7265053.33333153.333398.56077-322.546044.44444144.444472.22222-314.9077035.55556135.555646.36273-312.6198026.66667126.666721.99544-315.2589017.77778117.77783.16E-06-322.2221008.888889108.8889-18.9084-332.7651100100-34.202-346.0311300100-64.2788-363.3961500100-86.6025-3901700100-98.4808-422.6351900100-98.4808-457.3652100100-86.6025-4902300100-64.2788-516.6042500100-34.202-533.9692590100-19.0809-538.163五、机构的运动和动力分析冲头速度，位移曲线，及电动机所受力矩曲线六、机构平衡力矩M-t线图七、固定支反力f-t线图八、确定电动机的功率，转速和传动比： 冲床传动系统如图18所示。电动机带动主轴运转。由主轴转速约为70r/min，得传动系统总传动比i=20.708。则经过计算得P=(50*4200*30)/1000=6.3（kw），所以，根据查有关资料得选取电动机Z4-132-1较为合适。 图18九、创新设计方案凸轮 导杆冲压机构和齿轮齿条送料机构十、总结 在这两周的时间里，通过查阅资料和同学之间的互相讨论和学习，我受益颇深，虽然任务比较重，刚开始甚至有点无从下手，但只要我们有决心和有信心，强迫自己做下去，就一定会有所收获，我们努力了可能不会有结果，但如果我们不努力不尝试就一定不会有结果。通过这两周，我从中也学到了做一个任务的基本流程。也同时把一些软件更加的了解。这次课程设计我收获最大的就是团体的合作，同学之间的互相学习。参考文献 1姜琪. 机构构型与应用. 北京：机械工业出版社，20032 黄茂林，秦伟.