機械原理課程設(shè)計說明書(凸輪送料機構(gòu))

1、沖床沖壓機構(gòu)、送料機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的設(shè)計一、設(shè)計題目設(shè)計沖制薄壁零件沖床的沖壓機構(gòu)、送料機構(gòu)及其傳動系統(tǒng)。沖床的工藝動作如圖51a所示，上模先以比較大的速度接近坯料，然后以勻速進行拉延成型工作，此后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料機構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。圖1 沖床工藝動作與上模運動、受力情況要求設(shè)計能使上模按上述運動要求加工零件的沖壓機構(gòu)和從側(cè)面將坯料推送至下模上方的送料機構(gòu)，以及沖床的傳動系統(tǒng)，并繪制減速器裝配圖。二、 原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求 1動力源是電動機，下模固定，上模作上下往復(fù)直線運動，其大致運動規(guī)律如圖b）所示，具有快速下沉、等速

2、工作進給和快速返回的特性； 2機構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能小；傳動角大于或等于許用傳動角=40； 3上模到達(dá)工作段之前，送料機構(gòu)已將坯料送至待加工位置（下模上方）； 4生產(chǎn)率約每分鐘70件； 5上模的工作段長度L=30100mm，對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角j0=（1/31/2）；上?？傂谐涕L度必須大于工作段長度的兩倍以上； 6上模在一個運動循環(huán)內(nèi)的受力如圖c）所示，在工作段所受的阻力F05000N，在其他階段所受的阻力F150N； 7行程速比系數(shù)K1.5； 8送料距離H=60250mm； 9機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)不超過0.05。 若對機構(gòu)進行運動和動力分析，為方便起見，其所需參數(shù)值建議

3、如下選取： 1）設(shè)連桿機構(gòu)中各構(gòu)件均為等截面均質(zhì)桿，其質(zhì)心在桿長的中點，而曲柄的質(zhì)心則與回轉(zhuǎn)軸線重合； 2）設(shè)各構(gòu)件的質(zhì)量按每米40kg計算，繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量按每米2kgm2計算； 3）轉(zhuǎn)動滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量忽略不計，移動滑塊的質(zhì)量設(shè)為36kg； 4）傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量（以曲柄為等效構(gòu)件）設(shè)為30kgm2； 5 ) 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)不超過0.05。三、傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 沖床傳動系統(tǒng)如圖52所示。電動機轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動、齒輪傳動降低后驅(qū)動機器主軸運轉(zhuǎn)。原動機為三相交流異步電動機，其同步轉(zhuǎn)速選為1500r/min，可選用如下型號：電機型號 額定功率（kw） 額定轉(zhuǎn)速（r/min）Y100L24

4、 3.0 1420Y112M4 4.0 1440Y132S4 5.5 1440 由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為70r/min，若電動機暫選為Y112M4，則傳動系統(tǒng)總傳動比約為。取帶傳動的傳動比ib=2，則齒輪減速器的傳動比ig=10.285，故可選用兩級齒輪減速器。圖2 沖床傳動系統(tǒng)四、執(zhí)行機構(gòu)運動方案設(shè)計及討論 該沖壓機械包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu)的主動件是曲柄，從動件（執(zhí)行構(gòu)件）為滑塊（上模），行程中有等速運動段（稱工作段），并具有急回特性；機構(gòu)還應(yīng)有較好的動力特性。要滿足這些要求，用單一的基本機構(gòu)如偏置曲柄滑塊機構(gòu)是難以實現(xiàn)的。因此，需要將幾個基本機構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來

5、滿足上述要求。送料機構(gòu)要求作間歇送進，比較簡單。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組合方案可以有許多種。下面介紹幾個較為合理的方案。1齒輪連桿沖壓機構(gòu)和凸輪連桿送料機構(gòu) 如圖53所示，沖壓機構(gòu)采用了有兩個自由度的雙曲柄七桿機構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個自由度。恰當(dāng)?shù)剡x擇點C的軌跡和確定構(gòu)件尺寸，可保證機構(gòu)具有急回運動和工作段近于勻速的特性，并使壓力角盡可能小。圖3 沖床機構(gòu)方案之一 送料機構(gòu)是由凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成的，按機構(gòu)運動循環(huán)圖可確定凸輪推程運動角和從動件的運動規(guī)律，使其能在預(yù)定時間將工件推送至待加工位置。設(shè)計時，若使lOGlOH ，可減小凸輪尺寸。 2導(dǎo)桿搖桿滑塊沖壓機構(gòu)和凸輪送料機構(gòu)如圖54所示

6、，沖壓機構(gòu)是在導(dǎo)桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個搖桿滑塊機構(gòu)組合而成的。導(dǎo)桿機構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計，它和搖桿滑塊機構(gòu)組合可達(dá)到工作段近于勻速的要求。適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角較小。送料機構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機構(gòu)與曲柄軸相連。按機構(gòu)運動循環(huán)圖可確定凸輪推程運動角和從動件的運動規(guī)律，則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。 圖4沖床機構(gòu)方案之二3六連桿沖壓機構(gòu)和凸輪連桿送料機構(gòu) 如圖55所示，沖壓機構(gòu)是由鉸鏈四桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組合而成的。四桿機構(gòu)可按行程速比系數(shù)用圖解法設(shè)計，然后選擇連桿長LEF及導(dǎo)路位置，按工作段近于勻速的要求確定鉸鏈點E的位置。若尺寸選擇適當(dāng)，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中

7、運動時機構(gòu)的傳動角滿足要求，壓力角較小。 凸輪送料機構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機構(gòu)與曲柄軸相連，若按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定凸輪轉(zhuǎn)角及其從動件的運動規(guī)律，則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。設(shè)計時，使LIHLIR，則可減小凸輪尺寸。圖5沖床機構(gòu)方案之三4凸輪連桿沖壓機構(gòu)和齒輪連桿送料機構(gòu) 如圖56所示，沖壓機構(gòu)是由凸輪連桿機構(gòu)組合，依據(jù)滑塊D的運動要求，確定固定凸輪的輪廓曲線。 料機構(gòu)是由曲柄搖桿扇形齒輪與齒條機構(gòu)串聯(lián)而成，若按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定曲柄搖桿機構(gòu)的尺寸，則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。圖6沖床機構(gòu)方案之四選擇方案時，應(yīng)著重考慮下述幾個方面： 1）所選方案是否能滿足要求的性能指標(biāo)； 2

8、）結(jié)構(gòu)是否簡單、緊湊；3）制造是否方便，成本可否降低。經(jīng)過分析論證，方案1是四個方案中最為合理的方案，下面就對其進行設(shè)計。五、沖壓機構(gòu)設(shè)計 由方案1圖53可知，沖壓機構(gòu)是由七桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)組合而成。由組合機構(gòu)的設(shè)計可知，為了使曲柄AB回轉(zhuǎn)一周，C點完成一個循環(huán)，兩齒輪齒數(shù)比Z1/Z2應(yīng)等于1。這樣，沖壓機構(gòu)設(shè)計就分解為七桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的設(shè)計。1七桿機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計七桿機構(gòu)可用解析法。首先根據(jù)對執(zhí)行構(gòu)件（滑塊F）提出的運動特性和動力特性要求選定與滑塊相連的連桿長度CF，并選定能實現(xiàn)上述要求的點C的軌跡，然后按導(dǎo)向兩桿組法設(shè)計五連桿機構(gòu)ABCDE的尺寸。 設(shè)計此七桿機構(gòu)也可用實驗法，現(xiàn)說明如下

9、。 如圖57所示，要求AB、DE均為曲柄，兩者轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，而且曲柄在角度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時，從動件滑塊在L=50mm范圍內(nèi)等速移動，且其行程H=90mm。圖7 七桿機構(gòu)的設(shè)計 1）任作一直線，作為滑塊導(dǎo)路，在其上取長為L的線段，并將其等分，得分點F1、F2、Fn（取n=5）。 2）選取LCF為半徑，以Fi各點為圓心作弧得K1、K2、K5。 3）選取LDE為半徑，在適當(dāng)位置上作圓，在圓上取圓心角為的弧長，將其與L對應(yīng)等分，得分點D1、D2、D5。 4）選取LDC為半徑，以Di為圓心作弧，與K1、K2、K5對應(yīng)交于C1、C2、C5。 5）取LBC為半徑，以Ci為圓心作弧，得L1、L2、L5。

10、6）在透明白紙上作適量同心圓弧。由圓心引5條射線等分（射線間夾角為）。 7）將作好圖的透明紙覆在Li曲線族上移動，找出對應(yīng)交點B1、B2、B5，便得曲柄長LAB及鉸鏈中心A的位置。 8）檢查是否存在曲柄及兩曲柄轉(zhuǎn)向是否相反。同樣，可以先選定lAB長度，確定lDE和鉸鏈中心E的位置。也可以先選定LAB、LDE和A、E點位置，其方法與上述相同。用上述方法設(shè)計得機構(gòu)尺寸如下：LAB=60mm， LDE=57mm， LAE=120mm， LBC=240mm， LDC=220mm， LCF=200mm，A點與導(dǎo)路的垂直距離為320mm，E點與導(dǎo)路的垂直距離為200mm。2齒輪機構(gòu)設(shè)計 此齒輪機構(gòu)的中心距

11、a=120mm，模數(shù)m=5mm，采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，Z1=Z2=24，ha*=1.0。計算可得： 六、七桿機構(gòu)的運動和動力分析 用圖解法對此機構(gòu)進行運動和動力分析。將曲柄AB的運動一周360分為18等份，得分點B1、B2、B18，針對曲柄每一位置，求得C點的位置，從而得C點的軌跡，然后逐個位置分析滑塊F的速度和加速度，并畫出速度線圖，以分析是否滿足設(shè)計要求。圖58是沖壓機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件速度與C點軌跡的對應(yīng)關(guān)系圖，顯然，滑塊在F4F8這段近似等速，而這個速度值約為工作行程最大速度的40%。該機構(gòu)的行程速比系數(shù)為故此機構(gòu)滿足運動要求。 在進行機構(gòu)動力分析時，先依據(jù)在工作段所受的阻力F05000N

12、，并認(rèn)為在工作段內(nèi)為常數(shù)，然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb，并與曲柄角速度相乘，獲得工作段的功率；計入各傳動的效率，求得所需電動機的功率為5.3KW，故所確定的電動機型號Y132S4（額定功率為5.5KW）滿足要求。七、機構(gòu)運動循環(huán)圖 依據(jù)沖壓機構(gòu)分析結(jié)果以及對送料機構(gòu)的要求，可繪制機構(gòu)運動循環(huán)圖 (圖59)。當(dāng)主動件AB由初始位置（沖頭位于上極限點）轉(zhuǎn)過角ja（=120）時,沖頭快速接近坯料；又當(dāng)曲柄由轉(zhuǎn)到j(luò)b（=200）時，沖頭近似等速向下沖壓坯料；當(dāng)曲柄由jb轉(zhuǎn)到j(luò)c（=240）時，沖頭繼續(xù)向下運動，將工件推出型腔；當(dāng)曲柄由jc轉(zhuǎn)到j(luò)d（=300）時，沖頭恰好退出下模，最后回到初始位置，完成一個循環(huán)。送料機構(gòu)的送料動作，只能在沖頭退出下模到?jīng)_頭又一次接觸工件的范圍內(nèi)進行。故送料凸輪在曲柄AB由320轉(zhuǎn)到400完成升程，而曲柄AB由400轉(zhuǎn)到480完成回程。八、送料機構(gòu)設(shè)計 送料機構(gòu)是由擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成，設(shè)計時，應(yīng)先確定搖桿滑塊機構(gòu)的尺寸，然后再設(shè)計凸輪機構(gòu)。1四桿機構(gòu)設(shè)計 依據(jù)滑塊的行程要求以及沖壓機構(gòu)的尺寸限制，選取此機構(gòu)尺寸如下：LRH=60mm，LOH=140mm，O點到滑塊RK導(dǎo)路的垂直距離=167mm，送料距離取為90mm時，搖桿擺角應(yīng)為35。2凸輪機構(gòu)設(shè)計 為了縮小凸輪尺寸，擺桿的行程應(yīng)小AB