专用精压机构设计方案

1、专用精压机构设计方案一、设计任务书1、工作原理及工艺动作过程专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。它的工艺动作主要：1）将新坯料送至待加工位置；2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔。2、原始数据及设计要求1）冲压执行构件具有快速接近工件、等速下行拉延和快速返回的运动特性；2）精压成形制品生产率约每分钟70 件；3） 上模移动总行程为280mm， 其拉延行程置于总行程的中部， 约100mm；4）行程速比系数KA 1.35）坯料输送最大距离200mm。3、设计方案提示1）送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、槽轮机构等；2）冲压机构为保证等速拉延、回

2、程快速可采用导杆机构加摇杆滑块的六杆机构，或采用铰链四杆机构加摇杆滑块的六杆机构；3）工件送料传送标高在100mm 左右。4、设计任务1）按工艺动作要求拟定运动循环图；2）进行送料机构、冲压机构的选择；3）机械运动方案的评价和选择；4）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械运动方案;5）画出机械运动方案简图；6）对传动机构和执行构件进行运动尺寸计算。二、工艺分析和动作分解 1、工艺分析专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺，它是将薄壁 铝板一次冲压成为深筒形。精压机构的工艺动作如下图所示：送料下模工艺动作示意图2、动作分解为使执行机构满足预定的功能要求，应该将机械的总功能分解成若干个分

3、功能，每个分功能由一个执行机构去完成。在本专用精压机构中，整个机构可分为两大执行构件：送料机构和冲压机构。他们根据执行机构的功能要求去完成规定的动作。具体的工艺动作分解如下： 送料机构从侧面将新坯料送至待加工位置； 上模先以较大速度接近坯料； 然后，上模以近似匀速进行拉延成型工作； 此后，上模继续下行将成品推出型腔； 最后，上模快速返回，完成一个冲压工作循环。三、机构运动循环图精压机构的运动循环图如下图所示：位移Q* 30*60*90*2W24号 300* 却*运动循环图送料机构冲压机构分配轴转角1）方案描述：详细说明:1）冲压机构在一个周期的动作分解 主动件由初始位置（此时上模位于上极限点）

4、转过 90。位置时，上模快速接近坯料; 主动件由90°位置转到210°位置时，上模近似等速向下冲压 坯料； 主动件由210。位置转到240。位置时，上模继续向下运动， 将工件推出型腔； 此后至主动件转到360°,上模快速回到初始位置，完成一 个运动循环。2）送料机构在一个周期的动作分解 送料机构的送料动作，只能在上模退出型腔到上模又一次接触坯料的围进行，故送料机构的凸轮在主动件由前一个周期的300° 位置转到30° 位置时完成推程； 主动件由30°位置转到60°位置时，凸轮远休； 主动件由60°位置转到150

5、76;位置时，凸轮完成回程； 此后至主动件转到 300° ，凸轮近休，送料机构完成一个运动循环。3）经过以上的分析，可以确定，在一个循环周期，送料机构和冲压机构的工艺动作互不影响，它们可以分别完成各自的任务，从而完成运动循环。四、机构选型送料机构的主动件为凸轮或拨盘，从动件为推杆；冲压机构的主动件为曲 该方案机构构造简单， 外形尺寸小， 制造容易、工作可靠；= 2 * GB3 该方案机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；= 3 * GB3 该方案机构由于传动时存在柔性冲击，故一般仅用于速度不太高的场合。方案n送料机构采用对心直动滚子推杆盘型凸轮机构，将凸轮的转动变成推杆的往复移动

6、来完成工作。利用反转法对凸轮轮廓曲线的设计，可以完成凸轮间歇送料的要求。2）方案简图：EMBED AutoCA D.Drawing.173）方案简评：柄， 从动件为上模。 原动件分别将动力输入到送料机构和冲压机构，进而使各执行构件完成各自的任务。下面，分别对送料机构和冲压机构进行机构选型。1、送料机构选型方案I1）方案描述：送料机构采用外槽轮机构，将简单的旋转运动转换为单向间歇传动。 考虑到原 动件在竖直平面运动，而槽轮机构在水平面运动，因此需要在拨盘和原动件之间用圆锥齿轮连接。槽轮与一齿轮相连，通过驱动传送带完成间歇送料。2）方案简图：EMBED AutoCA D.Drawing.173）方

7、案简评：= 1 * GB3 = 1 * GB3 该方案机构构造简单，成本较低，设计容易，凸轮可根据不同要求进行轮廓设计以实现推杆预期任意运动规律的往复运动； 该方案机构为高副接触，易磨损，承载不宜太大； 由于受压力角和机构紧凑性等因素的限制，故该机构的推程不宜太大。2、冲压机构选型方案I1）方案描述：冲压机构采用对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构，凸轮与一齿轮固 连，原动件通过该齿轮将动力传递到凸轮。利用反转法对凸轮轮廓曲 线的设计，可以完成冲压机构工作要求。2）方案简图：3）方案简评: 该方案机构构造经济成本较小，设计简单但装配难度较大，凸轮轮廓对尖顶推杆的作用使其运动可根据不同要求进行设计以实现

8、预期的运动规律； 该方案机构中尖顶推杆机构构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合，如用于仪表等机构中； 该方案机构中由于尖顶推杆机构导致其运动时有冲击，平稳性不高；方案n1）方案描述：冲压机构由铰链四杆机构串联摇杆滑块的六杆机构组合而成。其中铰链四杆机构为曲柄摇杆机构，通过原动件曲柄的回转运动，带动摇杆周期性往复摆动，进而带动从动件滑块作往复移动。2）方案简图： jF3）方案简评：该方案机构构造复杂，设计困难，可通过连杆的长短进行 设计以使得滑块实现预期的往复运动；该方案机构中连杆机构是低副机构，制造容易，承载能力大，但连杆机构难以准确地实现任意指定的运动规律；该方案机构

9、中冲击较低平稳性较好，装配较容易，工作效 率高；方案出1）方案描述：冲压机构采用导杆机构加摇杆滑块的组合机构，通过曲柄的转动 带动从动件滑块做往复移动。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以达到工作段近于匀速的工作要求。并且,通过选择适当的导路位置，可以使工作段压力角0c较小。2）方案简图：3）方案简评：该方案机构中齿轮传递容易控制，使得滑块运动得到较为 精确的控制；该方案机构构造简单，成本较低，连杆滑块可根据不同要 求进行设计以实现滑块预期任意运动规律的往复运动； 该机构采用了简单、紧凑的运动链，减小了因传动所带来 的误差；方案IV1）方案描述：冲压机构采用连杆机构和齿轮

10、齿条机构的组合，原动件的回转运动通过连杆机构转化为齿轮的往复摆动，进而带动齿条完成冲压动作。2）方案简图:3）方案简评:该方案机构中齿条制造困难，传动精度及平稳性不高，不宜用于精确传动及平稳性要求高的场合; 该方案机构中的连杆机构，承载能力大，运动尺寸也较大,但难以准确地实现任意运动规律;该方案机构经济成本较高，设计较难，装配最难，平稳性较好，工作效率高;五、机械运动方案的评价和选择1、四种冲压机构方案的总体评价评价项目目标完成情况工作效率平稳性复杂程度装配难度运动尺寸经济成本方案I较局有冲击简单较难较小较小方案n较好高较好复杂较易最大较小方案出较好高较好较简单较易较大较大方案IV高较好复杂最

11、难较大较大根据上述评价指标，可以确定冲压机构的方案m可行性优于方案I、方案II和方案IV。2、两种送料机构方案的总体评价评价项目目标完成情况工作效率平稳性装配难度运动尺寸复杂程度方案经济成本方案I较好高有冲击较难很大复杂较大方案n较好高较好较易较小简单较小根据上述评价指标，可以确定送料机构的方案n可行性优于方案I3、最终方案的确定和评价根据前述对送料机构和冲压机构方案的评价分析，可以确定2 X种不同的精压机构方案。我们分别选择送料机构的方案n和冲压机构的方案田的组合作为最优的专用精压机构。对于所选择的最优方案,我们分析如下： 该方案的机构设计中，通过选择适当的导路位置，可以使工作段压力角口较小

12、。恰当确定构件的尺寸，可保证机构结构具有急回运动特性和工作段近于匀速的特性。 该机构可以根据实际要求对该机构进行优化设计。在运动要求不高时，该机构可以采用实验法进行设计；当要求较高时，可采用解析法或者以实验法的结果作为初始值进行优化设计。 该机构采用了简单、紧凑的运动链，使组成传动系统和执行机构所使用的机构和构件数目较少，这不仅降低制造费用、减小体积和重量，而且使机械的传动效率相对提高。由于减少传动环节，使传动中的积累误差也随之减小，结果将提高机械的传动精度和工作准确性。 该机构由于由齿轮传递动力，所以有较好的动力特性。六、拟定机械运动方案1、选择电动机原动机选用常用的三相交流异步电动机，其同

13、步转速选为 1500r/min,其满载转速查表Y系列三相异步电动机为1440 r/min;根据要求精压机的生产率约每分钟 70 件， 可知曲柄主轴转速约为70r/min；计算出该机械运动的循环周期T=60/700.86s传动系统总传动比i= 1440/70=20.6;选用的电动机型号为：电机型号额定功率(kW)额定转速(r/min)Y112M44.014402、传动设计及计算1)计算传动比可以考虑在传动系统中采用带传动，以实现过载保护；同时由于传动系统传动比较大，故采用双级圆柱齿轮传动。根据推荐的传动比围，带传动比为i=24,圆柱齿轮传动比i=3 5,则传动系统总传动比的围：i 总=(2-4)

14、4(35) 2 = 18100;上述计算所得的总传动比i =20.6在i总的围，可见传动系统采用 带传动与双级圆柱齿轮传动是可行的。下面分配各级传动比：取带传动的传动比ib=2。为了使两级的大齿轮有相近的浸油深度， 高速级传动比i1和低速级传动i2可按下列方法分配：i1=i2(1.11.5), 止匕处，选择i1=i2*1.2又由于 i1*i2=10.3 ,则:i1=3.52,i2=2.932)计算转速电动机轴：n0=1440r/min;带传动输出：nb=1440/2=720r/min;第 I 根轴：n1=720r/min;第 H 根轴：n2=720/3.52=204.55r/min;第 m 根

15、轴：n3=204.55/2.93=68.32r/min;计算所得的输出转速满足设计要求的大约70r/min,可以完成预定得工作任务。3、机械传动方案图七、机械运动方案简图传动部分执行机构八、对传动机构和执行构件进行运动尺寸计算 1、送料机构尺寸设计1）计算尺寸因凸轮速度不高，故推程和回程皆选等速运动规律。题目要求坯料输送最大距离200mm,这里选择推程和回程皆为100mm。为保持较好的力学性能，推程和回程许用压力角皆取勾二50由于机械运动的循环周期 T=60/700.86s推程和回程所需时间均为1/4T,凸轮运动角速度为1.17r/min。因凸轮与齿轮固联，故其等速转动。考虑到凸轮运动规律较为

16、简单，故可用反转作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径 r0=150mm,滚子半 径 rt=15mm 。2）凸轮轮廓设计确定了凸轮基本尺寸后， 利用程序设计的思想对其进行轮廓设计。C 语言源程序如下：/*根据设计要求，已知凸轮偏距E=0,基圆半径R0=150，滚子半径R0=15,凸轮匀速回转，从动件规律为：当凸轮回转90 度时，从动件等速上升100 毫米；凸轮再转30 度时 ,从动件静止不动；凸轮再转90 度时，从动件以匀速规律返回初始位置; 凸轮继续回转一周中的剩余角度时，从动件静止不动*/#include <stdio.h>#include <math.h> const d

17、ouble pai=3.979;const int Fn=5;main() double R0,Rt,H; /* 凸轮基圆半径,滚子半径,从动件的升矩*/double M,E;/* 凸轮回转角速度,凸轮偏距*/double F1,F2;/*推程和回程运动角 */double S0,D;/*从动件起始位置时滚子中心高度,凸轮转角*/double D1,D2;/*推程和回程运动角（弧度 ）*/double S,V,A; /*从动件的位移、速度和加速度*/double X,Y;/* 凸轮理论廓线的直角坐标*/double P,Q;/* 凸轮实际廓线的直角坐标*/double B1,B2,C;/*中间

18、变量 */double R;/*压力角 */double Tmp;int i;E=0;R0=150;Rt=15;M=1.17;H=100;F1=90;F2=90;D1=F1*pai/180;D2=F2*pai/180;for(i=0;i<=F1+F2;i=i+Fn)D=i*pai/180;S=H*D/D1;/*计算推程运动规律*/S0=sqR0(R0*R0-E*E);if (i>=F1)Tmp=(i-F1)*pai/180;S=H-H*Tmp/D2; /* 计算回程运动规律*/X=(S0+S)*cos(D)-E*sin(D);/*理论廓线的极坐标*/Y=(S0+S)*sin(D)+

19、E*cos(D);C=H/D1;/* 实际廓线的极坐标*/R=atan(C-E)/(S0+S);/*压力角 */if (i>=F1)C=H/D2*(cos(2*pai*Tmp/D2)-1);R=atan(C+E)/(S0+S);B1=(C-E)*cos(D)-(S0+S)*sin(D);B2=(C-E)*sin(D)+(S0+S)*cos(D);P=X-Rt*B2/sqR0(B1*B1+B2*B2);Q=Y+Rt*B1/sqR0(B1*B1+B2*B2);printf("when D=%8.3f",D*180/pai);printf(" degree, th

20、e answers are:n");printf("S=%8.3ftR=%8.3ftX=%8.3ftY=%8.3ftP=%8.3ftQ=%8.3fn”,S,R*180/pai,X,Y,P,Q);printf("n");getch()；3）输出数据程序所得数据如下:转角（度）压力角 （度）位移S （毫米）向径（毫米）0-4.5890150547.12416.667166.6671044.38833.333183.3331541.895502002039.62266.667216.6672537.54883.333233.3333035.6531002503

21、533.917116.667266.6674032.325133.333283.3334530.8621503005029.513166.667316.6675528.268183.333333.3336027.1172003506526.049216.667366.6677025.056233.333383.3337524.1332504008023.271266.667416.6678522.465283.333433.3339021.784298.333448.33395-1.529300450100-1.529300450105-1.529300450110-1.52930045011

22、5-1.529300450120-24.302300450125-25.124283.333433.333130-26266.667416.667135-26.934250400140-27.932233.333383.333145-29.001216.667366.667150-30.146200350155-31.376183.333333.333160-32.7166.667316.667165-34.126150300170-35.665133.333283.333175-37.328116.667266.667180-39.129100250185-41.0883.333233.33

23、3190-43.19666.667216.667195-45.49350200200-47.98733.333183.333205-50.69316.667166.667210-53.3211.667151.667215-4.5890150220-4.5890150225-4.5890150230-4.5890150235-4.5890150240-4.5890150245-4.5890150250-4.5890150255-4.5890150260-4.5890150265-4.5890150270-4.5890150275-4.5890150280-4.5890150285-4.58901

24、50290-4.5890150295-4.5890150300-4.5890150305-4.5890150310-4.5890150315-4.5890150320-4.5890150325-4.5890150330-4.5890150335-4.5890150340-4.5890150345-4.5890150350-4.5890150355-4.58901504)绘制图形根据以上数据，绘制凸轮曲线图:2、冲压机构尺寸设计1)尺寸设计由给定的行程速比系数K可以确定导杆机构的几何尺寸根据设计要求，行程速比系数 K> 1.3,取 K=1.5 ,得极位夹角 0=180° -K)/

25、(K+1)=36 °设B为DE与竖直方向夹角题目要求，上模移动总行程为 280mm,可以取H=300mm由图可知：2*CD*sin( 0 DE(1-cos 8)=280因B极小，取”0上式即为：2*CD*sin( 0280得 CD=453mm根据公式 0 =2*arcsin(AB/AC )取曲柄 AB=180mm ， DE=400mm，得 AC=582mm由于 A 点至 H 点距离过长，并且要把齿轮和凸轮连接起来，所以需加一过渡齿轮，一方面满足长距离动力传送，另一方面可以实机构只需要一个动力源。H 点处齿轮为主动件， A 点齿轮为从动件，但转速一致，所以尺寸大小一样。又因为H=300

26、mm,取A点齿轮分度圆直径为240mm,则。点齿 轮分度圆直径为360mm,取模数m=5,得小齿轮齿数为48,大齿轮齿 数为 72。2)绘制图形3、带传动设计1）选择带型号由原动机及工作情况，查表得，Kn=1.3,则计算功率Pc=Kn*P=1.3*4.4=5.72kW再由n1 = 1440r/min,及Pc值查表得选用B型普通V型带2）选带轮直径dpi, dp2按B型V带带轮最小直径dp1=125mm,贝U dp2= ib*dp1=2*125=250mnrb取£ =0.02则实际传动比i ' =dp2/dp1-1 )=250/125*0.98=1.963)验算带速vv=兀 *

27、dp1*n1/(60*1000)=3.14*125*1440/(60*1000)=9.42带速合适。4)计算中心距和带长Lp初取 a0=dp1+dp2=375mm,则Lp2*a0+ 兀 /2*(dp1+dp2)+(dpdp1)* (dp2-dp1) /(4*a0)=2*375+3.14/2*375+(250-125)* (250-125)/(4*375)=1349.17mm查表选用基准长度为 Lp=1400mm 的 B 型 V 带， 重新计算中心距aa0+(LpLp0)/2=375+(1400-1349.17)/2=400.4mm4、齿轮减速器设计由上述所得的齿轮减速器的传动比为ig=10.3

28、,其高速级传动比i1和低速级传动 i2 已经求出，即 i1=3.52， i2=2.93；下面开始对齿轮减速器进行计算及设计：1)高速级齿轮材料选择，小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为 45 号钢(调质) ，硬度为 240HBS。高速级选小齿轮齿数Z1 = 18,则大齿轮齿数Z2=18*i1 =18*3.52=642)低速级齿轮材料选择，小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为350HBS,大齿轮 材料为 45 号钢(调质) ，硬度为 300HBS低速级选小齿轮齿数 Z1=20,则大齿轮齿数Z2=18*i2=18*2.93=543）轴的设计选取轴的材料为45钢，调质处理。由于各轴输入功率第 I 根轴：P1=4.4kW*0.99=4.36kW第 H 根轴：P2=4.36kW*0.99*0.93=4.31kW第 m 根轴：P3=4.31*0.99*0.93=3.97kW根据公式查得A0 =112,则有：dmin A0J叵 1