機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)專用精壓機(jī)版

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 學(xué)院專業(yè)級(jí)班學(xué)生姓名完成日期 指導(dǎo)教師 （簽字）重慶大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)基地1.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)題目專用精壓機(jī)1.2精壓機(jī)簡(jiǎn)介專用精壓機(jī)用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝，它是將薄壁鋁板一次沖壓為深筒 形。專用精壓機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，要求上模先以較大速 度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工作，然后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快 速返回。上模退出下模以后， 送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。1.3設(shè)計(jì)條件與要求1）以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，下模固定，從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件）為上模，作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其大致運(yùn)動(dòng)

2、規(guī)律如圖1b所示，具有快速下沉、等速工作進(jìn)給和快速返回等特性。2） 機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，工作段的傳動(dòng)角大于或等于許用傳動(dòng)角40。3）上模到達(dá)工作段之前，送料機(jī)構(gòu)已將坯料送至待加工位置（下模上方）。4）生產(chǎn)率為每分鐘 70件。5） 上模的工作段長(zhǎng)度I = 30 100mm，對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角 o = （1/3 1/2 ）;上模總行程長(zhǎng)度 必須大于工作段長(zhǎng)度的兩倍以上。6） 上模在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的受力如圖1c所示，在工作段所受的阻力 F1=5000N，其它 階段所受的阻力F°=50N。7）行程比系數(shù)K 1.5。8）送料距離H = 60 250mm。9） 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù)不超過0.05

3、。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)1）完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇原動(dòng)機(jī)，擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，確定各級(jí) 傳動(dòng)比，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；2）按工藝要求進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，畫出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖；3）對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)用解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)其中的一個(gè)位置加以 驗(yàn)證，并根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果畫出刨刀位移線圖，速度線圖和加速度線圖；4）用圖解法對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析；5）用解析法對(duì)控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；6）用圖解法繪制控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線及凸輪輪廓曲線；7）根據(jù)機(jī)電液一體化策略和現(xiàn)代控制（包括計(jì)算機(jī)控制）理論，大膽提出一種或一 種以上與該機(jī)現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

4、不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。2精壓機(jī)機(jī)構(gòu)功能分析2.1精壓機(jī)工作原理精壓機(jī)是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝機(jī)構(gòu)，它將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖所示，加工時(shí)，上模1現(xiàn)已逐漸加快的速度接近坯料3,然后以勻速進(jìn)行拉延成形，隨后上模繼續(xù)下行將成品5推出模腔4，最后快速返回。上模退出固定不動(dòng)的下模后，IHMi 1一訕頭 2曲料桿 料 4-下稅- 1 .杵 6摧制機(jī)2.2工藝動(dòng)作分解精壓機(jī)需要完成的工藝動(dòng)作有以下三個(gè)動(dòng)作：（1）將新坯料送至待加工位置。（2）下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出模腔。（3）將成品頂出上模3. 機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)3.1機(jī)構(gòu)的選型參考零件在沖壓成形時(shí)時(shí)，一般要求執(zhí)行構(gòu)件先以較小的速

5、度接近坯料，然后勻速拉延成 形，最后快速返回，即執(zhí)行構(gòu)件在整個(gè)行程中要求有等速運(yùn)動(dòng)工作段，并具有急回特性。同時(shí)希望工作中過程中的壓力角盡量小，以保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力特性。為實(shí)現(xiàn)上述復(fù) 雜的運(yùn)動(dòng)過程，常采用基本機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。送料機(jī)構(gòu)要求作間歇送進(jìn)，可結(jié)合沖壓機(jī)構(gòu)一 并考慮。3.1.1 方案一：齒輪連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪連桿送料機(jī)構(gòu)如圖所示，沖壓機(jī)構(gòu)采用有兩個(gè)自由度的雙曲柄七桿機(jī)構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個(gè)自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪2與曲柄DE固聯(lián)）。恰當(dāng)?shù)剡x擇C點(diǎn)軌跡和確定構(gòu) 件尺寸，可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)和工作段近似勻速的特性，并使壓力角盡可能小。送料機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，按運(yùn)

6、動(dòng)循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動(dòng)件 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使其能在預(yù)定時(shí)間將坯料推送至待加工位置。導(dǎo)桿-搖桿滑塊沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪送料機(jī)構(gòu)如圖所示，沖壓機(jī)構(gòu)是在擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合而成。 送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機(jī)構(gòu)與曲柄軸相連。按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可確定凸輪推程運(yùn) 動(dòng)角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時(shí)間將坯料送至待加工位置。六連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪-連桿送料機(jī)構(gòu)如圖所示，沖壓機(jī)構(gòu)由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合而成。凸輪一連桿送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機(jī)構(gòu)與曲柄軸相連，按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定凸 輪推程運(yùn)動(dòng)角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時(shí)間將坯料送至待加工位置。連桿-凸輪沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪

7、-連桿送料機(jī)構(gòu)如圖所示，沖壓機(jī)構(gòu)采用有兩個(gè)自由度的 連桿-凸輪組合機(jī)構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一 個(gè)自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪4與 兩個(gè)凸輪固聯(lián)）。送料機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組 成，按運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動(dòng)件 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使其能在預(yù)定時(shí)間將坯料推送至 待加工位置。3.2最終方案的確定對(duì)上述幾種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，方案二中 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)，它圖5沖壓機(jī)構(gòu)方案之四和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合可以達(dá)到工作段近于勻 速的沖壓要求；導(dǎo)桿的傳動(dòng)角較大， 傳動(dòng)性能 優(yōu)良；機(jī)構(gòu)的沖擊小，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)有利； 適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，就可使工作段壓力角較 小，而且方案的實(shí)用性強(qiáng)；缺點(diǎn)是

8、倒桿機(jī)構(gòu)的橫向尺寸較大。方案三，四桿機(jī)構(gòu)可按行程速比系數(shù)用圖解法設(shè)計(jì)，然后選擇連桿長(zhǎng)Ief及導(dǎo)路位置，按工作段近似于勻速的要求確定鉸鏈點(diǎn)E的位置。若尺寸選擇恰當(dāng)，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角較小。方案優(yōu)點(diǎn)是四桿機(jī)構(gòu)制造費(fèi)用低，基本滿足 運(yùn)動(dòng)要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單較實(shí)用，缺點(diǎn)是橫縱尺寸比較大，在要求運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換方面不能準(zhǔn)確 的滿足，并且思安機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊組合機(jī)后運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性不是很好。方案四恰當(dāng)?shù)剡x擇C點(diǎn)軌跡和確定構(gòu)件尺寸，可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)和工作段近似勻速的特性，并使壓力角 盡可能??；改變凸輪輪廓曲線，可改變C點(diǎn)軌跡，從而使執(zhí)行構(gòu)件獲得多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足不同工藝要求；但凸輪輪廓曲線確定難度

9、稍大。幾種方案都有不同的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)組合而成，且基本都可完成設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng)。綜合考慮 集中設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)考慮到后期建模、尺寸分析計(jì)算的難度以及課程設(shè)計(jì)的時(shí)間 要求，經(jīng)小組討論決定采用方案二。4. 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4.1原動(dòng)機(jī)的選用4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5. 工作循環(huán)圖5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式和行程1 沖壓機(jī)構(gòu) 其功能是先以較大速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工作，然后繼續(xù)將成品退出型腔，最后快速返回，其行程是：快速下沉-沖壓-低速下沉-回程2 送料機(jī)構(gòu)其功能是將坯料快速送到加工位置，其行程是：工作行程-回程-停歇。5.2運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì)1、 確定運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的理論生產(chǎn)率為每分

10、鐘70個(gè)，則生產(chǎn)該產(chǎn)品的機(jī)械工作的循環(huán)周期為 s。2、初步確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中各個(gè)形成階段所需的時(shí)間和分配轉(zhuǎn)角。沖壓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)間：角度分配：5.3根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間額協(xié)調(diào)配合關(guān)系設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果6.機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)6.1沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析輸入設(shè)計(jì)參數(shù)行程速比系數(shù) K=2插刀行程H=150mm曲柄長(zhǎng)度 LAB=80mm連桿長(zhǎng)度 LDE =100mm導(dǎo)路距離 Le =300mm曲柄角速度 3 =7.33rad/s曲柄角加速度& =0rad/s2(1).計(jì)算基本參數(shù)1、計(jì)算極位夾角，曲柄角速度0 =60.000 °LCD=150.00

11、0mmLAC=160.000mm b =20.096mmLe=299.952mma max=5.767 °，曲柄角加速度2、求導(dǎo)桿長(zhǎng)度連桿長(zhǎng)度,中心距根據(jù)插床機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，由幾何條件可得3、求弓形咼，導(dǎo)路距離最大壓力角a max-5.767 °6.2送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪設(shè)計(jì)，圖解法位移曲線。凸輪輪廓7.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析7.1運(yùn)動(dòng)分析7.1.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)用解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，由分析結(jié)果繪制上模運(yùn)動(dòng)線圖。如下圖：其中最大壓力進(jìn)角凸輪從動(dòng)件桿長(zhǎng)（mm）130給推程許用壓力角推程40機(jī)回程許用壓力角回程:50構(gòu)滾子半徑rr（mm）10刀具半徑rc（mm）0

12、.08max 5.767°。用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)其中的一個(gè)位置加以 驗(yàn)證。1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2）確定構(gòu)件質(zhì)心3）開始分析7.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析11）運(yùn)動(dòng)分析用老師推薦用的軟件進(jìn)行凸輪數(shù)據(jù)計(jì)算，選畫出凸輪內(nèi)包絡(luò)線，設(shè)基圓半徑=60mm，rr=10mm偏距設(shè)為0，許用壓力角 =50。，推桿行程100mm推程角=140 °， 遠(yuǎn)停角 =0。，回程角 =100。，近停角 =120 °。推程選擇正弦加速度，回程選擇余弦加速度。在凸輪理論 廓線下拉菜單下，選擇計(jì)算步長(zhǎng)為5°,則可自動(dòng)生成凸輪廓線。在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真下拉菜單下，設(shè)置圖形比例為1,位移比例為1，速度比例為0.5，加速度比例為0.3，躍度 比例為0.3，則可得到從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖。最后在凸輪廓線參數(shù)里生成凸輪的各種數(shù)據(jù)與圖形（輪廓曲線數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線等）。然后通過CAD手動(dòng)輸入已建立凸輪輪廓曲線數(shù)據(jù)，按 1:1建立凸輪輪廓曲線二維圖，打印，然后描到A3圖紙上。 7.2動(dòng)態(tài)靜力分析8.參考文獻(xiàn)心得與體會(huì)參考文獻(xiàn)文件袋封面格式