自动送料机构机械课程设计

1、目录1. 设计任务 21.1 设计题目 21.2 自动送料冲床简介 21.3 设计条件与要求 31.4 设计任务 31.5 主要参数及性能指标 42. 机构运动简图 53. 课题分析 54. 工作原理 55. 理论计算 55.1 曲柄滑块设计 55.2 曲柄摇杆机构的设计 65.3 棘轮与曲柄摇杆机构的整合 75.4 间歇机构设计 75.5 齿轮传动机构 76. 图解法分析 86.1 曲柄摇杆机构运动分析 86.2 曲柄滑块机构运动分析 96.3 发动机的选择106.4 飞轮的选择1 17. 三维建模及模拟运动仿真1 17.1 建模 117.2 运动分析1 18. 感想129. 参考文献121

2、 .设计任务1.1 设计题目自动送料冲床机构综合1.2 自动送料冲床简介自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主 要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机 构。工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处， 然后送料机构要保证原料 胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。最后，冲 头快速返回，执行下一个循环。送料机构在此期间将原料胚件送至待加工位置，冲床机构运动方案示意图完成一个工作循环1.3 设计条件与要求以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下 往复直线运动，具大致运动规律如图1所示，具有快

3、速下沉、等速工作给进和快 速返回等特性。机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角r大于或等于许用传动角r=45 0冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。生产率为每分钟180件。冲头的工作段长度l=100mm冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。冲头的一个工作循环内的受力如图 2所示，在工作段所受的阻力Fi=2300N 其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N送料距离S=150mm。机器运转速度不均匀系数不超过 0.03。_,一: J, 近 X T -%上一 *“冲头所受阻力曲线图1图21.4设计任务绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短

4、冲床工作周 期；针对图所示的冲床的执行机构(冲压机构和送料机构)方案，依据设计要求和 已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图； 假设曲柄等速转动，画出滑块 C的位移和速度的变化规律曲线；在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、 其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；确定电动机的功率与转速； 曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；1.5主要参数及性能指标生产率力(件/min)180送料距离£ (mm150板料厚度3 (mrm2轴心高度型(mmi240冲头行程H (mrm100辗轴半径凡(mrm60大齿轮轴心坐标X (m

5、rm270大齿轮轴心坐标y (mrm460大齿轮轴心偏距S (mrm30送料机构最小传动角了 (0)45速度不均匀系数80.03板料送进阻力*(N)530冲压板料最大阻力£（N）2300冲头重力& (N)1502 .机构运动简图3 .课题分析一般来讲，我们要设计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类 型，即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设 计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合 或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简 图

6、。所以，只需要考虑运动设计。也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。4 .工作原理送料过程：电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的 薄钢板送入冲床工作台面位置冲制过程：飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带 动摇杆摆动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向问 歇运动，棘轮与辗轴中心轴线重合，最后依靠辗轴的压紧将一定量的板料送到工 作位置。5 .理论计算5.1 曲柄滑块设计已知条件冲压行程 H=100mm B1+B=22mmN=180转/分，则每转需要时间T=0.33s设飞轮的角速度为，则速度为V=O1A 100 20100-20T1= V

7、, T2= VTi _ 120_ 3T2 80 - 2T1=0.198s, T2=0.132s根据冲头行程H=100mm01A+AC-AC-O1A=100mm得 O1A=50mmAC=125mmC到冲头为45mm 冲头高20mm滑块共高80mm5.2 曲柄摇杆机构的设计可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。已知最小传动角为，WJ由止匕知确定各杆长度当a和d杆共线的位置有最小传动角222一 c b -a-bcosY 1 =2bc丫存在分别为Y,Y2当Y1=Y2=Ymin时为最佳传动机构，可根据余弦公式布刀砥2adf +a2e+ed2 士 (2adf +a2e+ed2)2 16a2d22e用牛付c=2

8、ad b= ce式中e=cosY cosY2且 Y=Y2=Ynin=45 解得：e=2f=0曲柄长度应非负，则所以a m 220.933mm贝他信不符合要求舍去！）可取 a=100mm解得 c=523.14mm b=144.19mm或者 c=144.27mm b=522.85mm因为 c< b,所以取 c=144.27mm b=522.85mm行程比系数K=1.1336所以曲柄摇杆机构白极位夹角为i=11.27工作摆角为=123.215.3 棘轮与曲柄摇杆机构的整合可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆，棘爪安装在摇杆上。5.4 间歇机构设计当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应

9、该设计间歇机 构。这里选择了辗轴5.5 齿轮传动机构设辗轴的角速度为,大齿轮为1,小齿轮的分度圆半径为r2;齿顶圆半径为R2 ;：.-? i r 2ii2 二传动比 缶2门；由已知参数知小齿轮的齿顶圆半径为 60mm;欲使送料机构达到每次送料150mm勺要求：分析时由于在曲柄摇杆中求得行 程比K=1,以起始时刻t=0时计算并且摆杆的位置位于刚开始逆时针摆动的位置 上，则第一次送料是在0.144s到0.336s阶段完成。0.336f2 R2dt =120则有 0.1440.336 . ,1 . riR2dt =120即 0.144 r2设定m1=m2=m=5,（m 1m2分别为大齿轮、小齿轮的模

10、量）_m2（z2 2） _m2Z2 _R2 = =60r2 = = 55mm2；得到 z2=22;2对大齿轮的进行分析：由于两齿轮中心距a二1302+1802 =182.48。可得大齿轮r2=127.48mm模数m压力齿距分度齿顶齿根齿顶齿根角aP圆直高ha高hf圆直圆直径d径da径df大四轮520.5兀21556.25225204.5小齿轮520.5兀11056.25120107.5两齿轮的传动比虫=型强=2.32，小齿轮齿数定为22,大齿轮齿数 d2110=22*1.96=51.04 ,取整为 516.图解法分析6.1 曲柄摇杆机构运动分析速度分析：已知1=19.04rad/s有VA=co

11、iwloAi ,现取构件AB为动参考系可写出下列矢量方程式：大小： 已知方向：式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。做法：任取一点 p为速度 多边形的极点，取矢量pb1垂直于O1A代表VA,速度比例尺%= vA/pb，单位 为（m/s） /mm 过 bl 做 b1b2 垂直于 AB代表 vBA , VB = "V * b1b2 0Vb Pbi O2B由图可知 Va Pb2 O2A，解得 VB=2.747m/s, VBA = 9.955m/s 。加速度分析：已知 ha=Va2/OiA , aB=VB2/O2B , 3Ba=Vba2/AB.取构件AB为动参考系，可得出下列矢量方程式

12、：大小：VV V方向：V V V V V式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。做法：任取一点p为速度多边形的极点，取矢量pb1平行于01A代表aA ,加速度比例尺av = aA/pb ,单位 2nn为（m/ s ） /mm过b1做b1b2平行于AB代表aBA , aBA=av*b1b2 ,然后再过p 点做p b3平行于O2B ,分别过b2、b3做垂线相交于b4 ,如图所示：可得 aB= , aBA=.6.2 曲柄滑块机构运动分析如图所示状态机构的位置如图,取O1为坐标原点，OC方向为x轴正方向，在任意瞬时t,.,. _ _ '可以假设C点的失径为r=O1C= O1A' +

13、 ACC点的坐标为其失径在坐标轴上的投影利用三角关系，立即得到x=r cos1.12 -r2sin /dx dx d【dx因为日=0t ,所以 dtd8dt de所以=-rsin - d-2,r sinicosi.12 - r2sin J于是滑块的速度dxdx d 1codt d u dt v=r cos?dx二 rsm 1 dfIL<12 -r2sin进而，可以得到滑块的加速度dvdv2 r(12cos2日+r2sin84;=cc = 0 r 3dtdeI yd22 目2 3I(1 -r sinH )2a=-16.3 发动机的选择本设计中已经采用了的设计，所以可得到速度可得瞬时功率按照

14、一个工作循环中的平均能量选择电机功率K安全系数=1.2 ,算的Nd=3.45kw冲床传动系统如图3所示电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为 1500r/min ,可选用如下型号:电机型号额定功举（kw）额定转速（r/min ）Y100L2 43.01420Y112M- 44.01440Y132S- 45.51440图3由生产率可知主轴转速约为180r/min ,且题目要求使用单级齿轮传动，电动 机暂选为Y112MH4,则传动系统总的传动比传动比约为i总=8。带传动的传动比 ib=2 ,则齿轮减速器ig=4。6.4 飞轮的选择采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力Fr=2300N最大盈亏功八 17 二,A=- 2300 -460 100=126449.1 NLmm28 2飞轮安装在主动轴上算得 Jm=36527.8 （kJm2）飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质，飞轮半径为100mm求得厚度1.6mm7.三维建模及模拟运动仿真7.1 建模冲头位置分析图：冲