机械原理课程设计冲床冲压机构和送料机构设计

机械原理课程设计

指导教师：张利娟联系电话：机械原理与机械设计教研室一、课程设计的目的二、课程设计的方法三、课程设计题目四、课程设计内容五、课程设计的任务六、课程设计实例分析七、课程设计完成任务及要求八、成绩评定及答辩一、课程设计的目的

1.理论联系实际，提高解决实际问题的能力。通过对机械原理课程的学习，已经掌握了机械中的各种常用机构的工作原理、运动特性和受力特性等知识。但在各种机械中，为了满足机械的运动及工作要求，仅采用某一种机构是不够的。通过课程设计，就可以将各机构联系到一起，综合运用所学的知识，理论联系实际去分析解决工程中的实际问题，提高解决实际问题的能力。

2.通过课程设计，可对机械系统（包括驱动部分、传动部分、执行部分及操纵控制部分）有一个初步了解和认识，培养对机械系统运动方案设计和分析能力，培养机构创新设计的能力。

3.培养收集和查阅设计资料能力、制图能力及分析、归纳、总结的能力，使用计算机编程的能力。二、课程设计的方法课程设计的方法有图解法、解析法和实验法三种。设计过程和运动分析中主要用图解法和解析法，可采用图解法与解析法相结合使用。图解法是运用某些几何关系或已知条件，通过几何作图求得结果，所需尺寸可直接从图上量取。优点是可将分析设计结果清晰表现在图样上，直观、形象，便于检查结果是否正确。缺点是作图繁琐，精度不高，对精度要求高或复杂问题不适用。解析法以机构参数来表达各构件间的函数关系，建立机构的位置方程和求导方程，解析求解未知量，可借助计算机，用C语言、VB或Matlab进行编程计算，避免大量重复人工劳动，计算精度高，能解决复杂问题，应用逐渐广泛。

三、课程设计的题目

题目：冲床的冲压机构和送料机构设计冲压是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得的具有一定形状和尺寸冲件的加工方法。主要有弯曲、拉深、翻边等。

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冲床的冲模一般由上模和下模两部分组成。冲床的冲压机构相当于上模，用于冲制薄壁零件；通过上模和下模作用将薄壁钢板坯料拉延成型。送料机构是能保证及时的将坯料送到待冲压位置，两者动作要协调一致，完成多件连续生产。我们的目的是设计实现这个功能的冲床的冲压机构和送料机构。

冲床的工作原理如图(a)所示，运动规律如图(b)所示，上模先以较小的速度接近坯料，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。上模退出下模后到下一次接触坯料进行冲制前，在这个时间段内，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置(下模上方)，完成一个工作循环。以电动机作为动力源，与曲柄连接，曲柄作主动件，从动件即执行构件为上模，作上下往复直线运动，下模固定在冲床座上。上模大致运动规律如图(b)所示，先是以一定运动规律接近坯料，曲柄转角φ1；然后近似匀速工作，曲柄转角φm；上模再以一定运动规律下行，推出工件，曲柄转角φ2

；然后上模退出下模，曲柄转角φ3

；最后是上模快速退回上极限位置，曲柄转角φ4

。原始数据与设计要求：

1.上模的运动规律应满足图(b)所示的运动要求。

2.机构应具有良好的传力性能，工作段的压力角α应尽可能的小，结构紧凑，制造方便。设计数据：参数工作段l(mm)工作段曲柄转角m冲压工作行程H(mm)行程速比系数K许用传动角

送料距离H1(mm)生产率(件/分)电机转速(r/min)数据70(1/31/2)>2l1.8540150701450

四、课程设计内容1.冲压机构设计2.送料机构设计3.各种方案分析比较，确定总体方案

冲压机构是主机构，主动件是曲柄，从动件是上模，动作要求是由回转运动变成往复直线运动；运动要求是上模要满足图b所示的运动规律，工作段近似匀速，回程时有急回；冲压过程中受到非常大的生产阻力，动力特性是传力性能要好，工作段的压力角尽可能小。根据功能要求和动作分解，能实现由转动变成往复直线移动的机构主要有平面连杆机构（包括曲柄滑块机构和移动导杆机构等）、齿轮齿条机构、凸轮机构、螺旋机构等。很明显，连杆机构的杆件长，可以实现大行程；连杆机构连接为转动低副，受力好，精度要求低，再者连杆机构能实现急回特性，因而冲压机构采用连杆机构完成冲压动作比较合理；同时设计要求对上模的运动规律要求比较高，用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现，因此，需要至少两个个基本机构恰当地组合在一起来满足冲压要求。1.冲压机构

送料机构的动力源是电动机，主动件为回转运动，从动执行构件作直线送料运动，只要在规定的时间内送料到位就可以了，对送料快慢和运动规律没有要求，同时送料机构作间歇送料，受力较小，动力特性要求低，因而送料机构要求较低，运动容易实现。执行构件能作间歇运动的机构主要有凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等，凸轮机构是控制机构，且受载不大，比较适合，而送料机构还要求有一定的送料行程，但是单一的凸轮机构会尺寸很大，而连杆机构可以实现大行程，且连杆机构具有尺寸放大功能，这样凸轮机构和连杆机构组合在一起，凸轮机构实现动作控制功能，连杆机构实现大行程输送功能，可很好满足送料要求。

需注意的是送料机构和冲压机构在动作上有协调要求，送料机构要在适当的时间内送料到位，不能和冲压动作相冲突、碰撞，这需要两机构采用一个电动机，对送料动作进行适当控制，与冲压机构的运动协调起来。2.送料机构

冲床包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构，分别完成两个功能即冲压零件和送料，完成这两个功能要求就要考虑采用一定的方法，选择合适的机构来实现，这个构思过程就是运动方案的设计，体现出可选方案的多样性、设计的主动性和创新性。

3.各种方案分析

能实现冲压机构功能要求的机构方案有齿轮-连杆冲压机构、摆动导杆滑块冲压机构（滑块和连杆）、六连杆冲压机构、连杆-凸轮冲压机构等。能实现送料机构功能要求的机构方案有凸轮-直动摆杆送料机构（直动摆杆形式有多种）、凸轮-摆动摆杆送料机构。将冲压机构和送料机构的任意两个机构组合，就可得到冲压机构和送料机构的一个运动方案。方案一：齿轮－连杆冲压机构和凸轮－连杆送料机构

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，并使压力角尽可能小。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。方案二：摆动导杆滑块冲压机构和凸轮送料机构

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。方案三：防六连杆冲幅压机构和笨凸轮－连母杆送料机献构冲压机粪构由铰裙链四杆犁机构和菊摇杆滑斩块机构结串联组碍合而成旗。四杆聪机构可闹按行程静速度变鼻化系数胀用图解标法设计那，然后王选择连慕杆长lEF及导路涉位置，打按工作遇段近似绣于匀速央的要求共确定铰贸链点E的位置。盐若尺寸选磁择恰当，睬可使执行吸构件在工国作段中运而动时机构沾的压力角较小。凸轮－连匙杆送料机礼构的凸轮伙轴过齿轮财机构与曲败柄轴相连保，按机构暴运动循环珍图确定麻凸轮推帐程运动坑角和从记动件运胆动规律宇，则机故构可在翅预定时间将坯絮料送至待桨加工位置旬。设计时违，使LIHLIR，可减谷小凸轮暗尺寸。方案四滚：连杆像－凸轮升冲压机胸构和凸肠轮－连秧杆送料违机构冲压机构转采用有两列个自由度腔的连杆－枕凸轮组合垃机构，用贪齿轮副将读其封闭为毒一个自由貌度（齿轮1与曲柄AB固联，键齿轮4与两个凸留轮固联）灿。恰当地山选择C点轨迹和朵确定构件罩尺寸，可自保证机构李具有急回回运动和工端作段近似型匀速的特章性,并使压柴力角尽可能小杏。改变凸梳轮轮廓曲粥线，可改肠变C点轨迹，根从而使执锅行构件获瓣得多种运沉动规律，或满足不同显工艺要求州。凸轮－反连杆送桃料机构溪由凸轮绕机构和皮连杆机厅构串联甘组成，立按运动稻循环图伙可确定传凸轮推居程角和同从动件岩的运动翠规律，昂使其能侧在预定另时间将起坯料推峡送至待哀加工位痛置。设机计时，毕若使LHILHG，可减小品凸轮尺寸喉。减速传陕动方案怖设计就皆是根据恩电机转达速和执搜行构件眯的生产雄率来确玩定总传井动比，隙然后确懂定各级浩传动比戒，并计堪算各级滚传动比雁的传动石件尺寸舟，大致骨确定出娱各级传覆动的总园体尺寸抚。能实现兵减速传木动的传分动装置孙主要有史带传动际、链传蹈动、齿亚轮系传岁动、蜗健轮-蜗杆传奖动、锥粱齿轮传连动等。带传动和垒链传动用碗于远距离芦传动，带亡传动能缓介冲吸振和等过载保护烟，常用于俩高速端，依链传动有恭振动冲击草，常用于摘低速端；买齿轮系传甜动，传动口比准确，隙传动精度基高，应用万广；蜗轮-蜗杆传令动比大考、可自坝锁，用敞于功率体不大的闻换向传塌动，锥望齿轮主闪要用于住换向传尼动。根佛据冲压渗机构的租运动要蚀求，可著以选择泡带传动余和定轴度轮系串数联使用烤来实现甲减速传裂动。带传动门的传动茂比范围定为2-4，带传圣动的传学动比不雕宜太大阶，否则考大小带办轮直径臣相差大辅，小带宾轮的包零角减小牵，容易仁打滑，示可选传走动比为2。单级齿扒轮传动的震范围为4-6，经计算蕉可采用一贴级带传动秘和两级齿蹦轮传动。定然后画出瓦传动方案愈的示意图丛。2.减速传动愤方案设计传动方案唉图主要任务栏是根据已颤知条件，悉确定出机亭构的杆件午具体尺寸非和相互位抄置关系，垮使设计的简机构满足旗各项设计采要求。五、课程录设计的任变务1.冲压机饼构设计方法有图尾解法和解惹析法，简市单机构用睬图解法，岂复杂机构很用解析法桌。思路是驰先由上模介工作段行洲程确定出泄冲压工作烂行程，再录由行程速谈比系数算傲出极位夹颂角，设定浙曲柄长度顷或机架长仙度，从两影端进行推尽算确定出咬连杆机构征的各构件贸的尺寸长炼度和相对玻位置。用残解析法时辉，要建立凝杆件的位馒置方程，东进行求解叛计算，这醒样结果准某确。机构敞确定后要元进行验证森，满足工寒作段转角务、工作段歇压力角，榜并使工作迁段近似匀蔑速，如不胆满足，要畏重新确定窑尺寸和相踏对位置。2.送料机构廊设计a）绘制肌机构运烧动循环环图.冲压机构刚和送料机轮构的动作抱要协调，受不能出现窑冲突和干祥涉现象，房诚送料机构寒要在上模概退出下模夹后，到再筛次接近坯赔料冲制前渔的时间段键内将坯料杠送到待冲智压位置，拴并返回到拜原位置，睁准备下一永次送料动翻作。因而盖在进行送镜料机构设骑计前，首拐先要拟定公冲压机构仇和送料机央构的动作腥协调循环傍图。机构运戏动循环扶图主要移有三种咱形式：诵圆周式叼工作循每环图、民直线式晕（表格既式）、煤直角坐雄标式工逗作循环坑图。圆周式寄：适用寒于主动革件作圆能周运动尾的曲柄揭，画圆丸环，根似据曲柄慕转角对牛上模和加送料机崇构的工田作动作王进行分风段相协坡调。直线式(表格式)：相当于把筐圆周式进庙行展开，艺画表格，晶根据曲柄烦转角，对糖上模和送漠料机构的煤工作动作城进行分段亭相协调。直角坐标尿式：横坐标巩为曲柄粪转角，发纵坐标炎为执行首构件的孝位移，产通过两构执行构姻件的位旁移关系虏显示来方进行运漏动协调细。直角颈坐标式厦不仅能呈表示两棒执行构励件的动姑作顺序繁，且能止表示出咏两构件凝的运动贫规律和寻及配合滑关系，衔是最为衔完善的绩一种。2.送料机肤构设计b）送料机研构的连杆揉机构设计任务是唯确定出恐送料连旦杆机构满的各构浙件尺寸贵和相对核位置，牧思路是大由送料佛距离确铲定出各商构件尺解寸，推删出和凸妻轮相连晕接的直浩动从动塘件的直环线位移柄或摆动气从动件知的转角半，且使蛋连杆机掠构具有端尺寸放遗大功能良，以减纤小凸轮盗尺寸。c）送料机构仍的凸轮设计①从动件粱运动规律俯选择：避免刚莲性冲击创和柔性谢冲击，宅选择直营动从动照件或摆钱动从动修件的运谷动规律伞，匀速肾运动、谈等加速垮等减速梦运动、站余弦加管速度、扑正弦加昌速度，饿或几种偿相结合悼使用。瞎送料过滔程中，乖凸轮受蹄载较小绕，冲击鹊不大。般在推程沉送料时妨，摆动探从动件妻的运动萍规律可茄采用余址弦加速芦度运动绳规律，致回程时运，从动淹件采用框等加速厕等减速亮运动规薪律。2.送料机构别设计②基圆半径吼确定从提高凸轧轮机构机役械效率考鸦虑，应取暖尽可能小财的压力角宣，且小于校许用压力何角值，推援程时从动放件的压力映角许用值河为[α]＝40º，推程终为[α]＝70º，但减讨小压力得角会使属基圆半咽径增大访，导致储整个机易构尺寸需增大。疾为了使株机构既存有较好希的传力舌特性，暗又有较梢紧凑的双机构尺串寸，设意计时应摄两者兼呢顾考虑型。原理课程启中讲了四盖种确定基颤圆半径的桃方法，可肤使用其中搞的两种可钞使用其中予的两种。知①初选r0验算方沈法：初务选r0，计算出租各点的，使max≤荣[]；②根榨据[]计算设计体法2.送料机皮构设计③滚子半硬径确定微：滚子半战径选择连要适当腔，以免鼓凸轮理凑论廓线养（外凸索）求出厌后，实荒际廓线召出现自筋交现象伶而导致托运动失柴真。经适验公式塑：④绘制凸钓轮理论廓授线和实际既廓线：确定凸轮盈的工作转味角，推程搭角、休止矛角、回程斩角，分别单用图解法羽和解析法道设计凸轮诞理论廓线雪和实际廓饱线。最后，镇作出凸螺轮实际奴廓线后丈，要演呀算临界琴压力角抗，使推参程max邀≤[]＝40º。3.机构运动眼分析对机构进去行运动分纵析，求出耻机构各构犹件的位移惹、速度、薄加速度，莲绘出位移占、速度和尿加速线图需，验证机找构运动满字足设计要菊求；（对础机构进行景动力分析居，据各构沟件的质量肠及转动惯泊量确定机留构的惯性搞力、惯性私力偶矩、脖各位置的盐运动副反吸力及应加牲于原动件宏上的平衡榆力矩（加隐飞轮），评绘制平衡欣力矩及运尸动副反力混的变化线衬图，以便时清楚地了拾解在一个小运动循环堪中，平衡察力矩及运障动副反力芒的变化情弱况。）对上模的流一个运动芹循环作速波度分析，昌即将曲柄序转角分12等份，取秒上模对应摩的12位置，屑进行速卵度分析乐和一个装位置的著加速度寒分析，雄画出速绒度多边孤形和加粥速度多蜻边形并然绘出上天模的位皇移线图脂和速度易线图。六、课程敲设计实例宪分析（一）脱、确定传徐动方案（二）型、冲压机构悠设计分析（三）、送料机勺构设计遗分析（四）、送料机峡构中凸膜轮机构幅的设计（五）、冲压机构筹中上模的即速度分析速度矢怒量图或铸速度曲歪线图七、设计苗工作量1.A狗1图一张：内容包框括：①冲压应送料机冻构简图嫂；②传动顺方案图拍；③运动闭协调图英；④冲头（仓上模）12个位置达的速度胃多边形划图盏和1个位置修的加速钉度多边绪形图；⑤冲头歼（上模土）的位厘移线图爹和速度贞线图。2.A短2图纸一呼张：①凸轮腿理论廓孝线和实途际廓线撕（图解辉法）；②送料机匹构（凸浩轮机构嗽从动件威）运动柿规律（位移曲线恋、速度曲眠线、加速音度曲线图杯）。3.设计说明书1份设计说辞明书（15页，200店0字左右）任务书烧粘贴在董说明书寨的第一沿页（设计说祖明书，1元/本）说明书内腿容：1.任务书2.简述方案巾设计和选赖择（方案严分析）3.确定传溉动机构梳总方案寒，计算估总传动袭比，并便分配各叶级传动勒比4.各机构设显计步骤或贫分析计算白过程5.对上模箭进行速差度分析普（矢量杂方程式彩、计算缠、结果腰）6.