精壓機課程設計示例

1、第五章課程設計示例第一節(jié) 沖床沖壓機構、送料機構及傳動系統(tǒng)的設計一、設計題目設計沖制薄壁零件沖床的沖壓機構、送料機構及其傳動系統(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，送料機構從側面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。（ a）（ b）（ c）圖 51 沖床工藝動作與上模運動、受力情況要求設計能使上模按上述運動要求加工零件的沖壓機構和從側面將坯料推送至下模上方的送料機構，以及沖床的傳動系統(tǒng)，并繪制減速器裝配圖。二、原始數據與設計要求1動力源是電動機，下模固定，上模作上下往復直

2、線運動，其大致運動規(guī)律如圖b）所示，具有快速下沉、等速工作進給和快速返回的特性；2機構應具有較好的傳力性能，特別是工作段的壓力角應盡可能??；傳動角大于或等于許用傳動角 =40 o ；3上模到達工作段之前，送料機構已將坯料送至待加工位置（下模上方）；4生產率約每分鐘70 件；5上模的工作段長度 l=30100mm ，對應曲柄轉角 0=（ 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)內的受力如圖c）所示，在工作段所受的阻力F0 5000N ，在其他階段所受的阻力F150N；7行程速比系數K 1.5；8送料距離H=60250mm ；9機器運轉不均勻系數不超過 0

3、.05 。若對機構進行運動和動力分析，為方便起見，其所需參數值建議如下選?。?）設連桿機構中各構件均為等截面均質桿，其質心在桿長的中點，而曲柄的質心則與回轉軸線重合；2）設各構件的質量按每米40kg 計算，繞質心的轉動慣量按每米2kg · m2 計算；3）轉動滑塊的質量和轉動慣量忽略不計，移動滑塊的質量設為36kg ；6）傳動裝置的等效轉動慣量（以曲柄為等效構件）設為30kg· m2 ；7) 機器運轉不均勻系數 不超過 0.05。三、傳動系統(tǒng)方案設計沖床傳動系統(tǒng)如圖5 2 所示。電動機轉速經帶傳動、齒輪傳動降低后驅動機器主軸運轉。原動機為三相交流異步電動機，其同步轉速選為1

4、500r/min ，可選用如下型號：電機型號額定功率（ kw ）額定轉速（ r/min ）Y100L 2 43.01420Y112M 44.01440Y132S 45.51440由生產率可知主軸轉速約為70r/min ，若電動機暫選為Y112M 4，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i g=10.285，故可選用兩級齒輪減速器。圖 5 2沖床傳動系統(tǒng)四、執(zhí)行機構運動方案設計及討論該沖壓機械包含兩個執(zhí)行機構，即沖壓機構和送料機構。沖壓機構的主動件是曲柄，從動件（執(zhí)行構件）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；機構還應有較好的動力特性。

5、要滿足這些要求， 用單一的基本機構如偏置曲柄滑塊機構是難以實現的。 因此，需要將幾個基本機構恰當地組合在一起來滿足上述要求。送料機構要求作間歇送進， 比較簡單。 實現上述要求的機構組合方案可以有許多種。下面介紹幾個較為合理的方案。1齒輪連桿沖壓機構和凸輪連桿送料機構如圖 5 3 所示，沖壓機構采用了有兩個自由度的雙曲柄七桿機構，用齒輪副將其封閉為一個自由度。恰當地選擇點C 的軌跡和確定構件尺寸，可保證機構具有急回運動和工作段近于勻速的特性，并使壓力角送料機構是由凸輪機構和連桿機構串聯組成的，盡可能小。按機構運動循環(huán)圖可確定凸輪推程運動角和從動件的運動規(guī)律，使其能在預定時間將工件推送至待加工位置

6、。設計時，若使 l OG<l OH ，可減小凸輪尺寸。圖 53 沖床機構方案之一圖 5 4 沖床機構方案之二2導桿搖桿滑塊沖壓機構和凸輪送料機構如圖 5 4 所示，沖壓機構是在導桿機構的基礎上，串聯一個搖桿滑塊機構組合而成的。導桿機構按給定的行程速比系數設計，它和搖桿滑塊機構組合可達到工作段近于勻速的要求。適當選擇導路位置，可使工作段壓力角較小。送料機構的凸輪軸通過齒輪機構與曲柄軸相連。 按機構運動循環(huán)圖可確定凸輪推程運動角和從動件的運動規(guī)律，則機構可在預定時間將工件送至待加工位置。3六連桿沖壓機構和凸輪連桿送料機構如圖 5 5 所示，沖壓機構是由鉸鏈四桿機構和搖桿滑塊機構串聯組合而成的

7、。四桿機構可按行程速比系數用圖解法設計，然后選擇連桿長l EF 及導路位置，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，可使執(zhí)行構件在工作段中運動時機構的傳動角 滿足要求，壓力角較小。凸輪送料機構的凸輪軸通過齒輪機構與曲柄軸相連，若按機構運動循環(huán)圖確定凸輪轉角及其從動件的運動規(guī)律，則機構可在預定時間將工件送至待加工位置。設計時，使lIH <lIR ，則可減小凸輪尺寸。圖 55 沖床機構方案之三圖 5 6 沖床機構方案之四4凸輪連桿沖壓機構和齒輪連桿送料機構如圖 5 6 所示，沖壓機構是由凸輪連桿機構組合，依據滑塊D 的運動要求，確定固定凸輪的輪廓曲線。送料機構是由曲柄搖桿

8、扇形齒輪與齒條機構串聯而成，若按機構運動循環(huán)圖確定曲柄搖桿機構的尺寸，則機構可在預定時間將工件送至待加工位置。選擇方案時，應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；2）結構是否簡單、緊湊；3）制造是否方便，成本可否降低。經過分析論證，方案1 是四個方案中最為合理的方案，下面就對其進行設計。五、沖壓機構設計由方案 1 圖 5 3 可知，沖壓機構是由七桿機構和齒輪機構組合而成。由組合機構的設計可知， 為了使曲柄 AB 回轉一周， C 點完成一個循環(huán)， 兩齒輪齒數比 Z1/Z 2 應等于 1。這樣，沖壓機構設計就分解為七桿機構和齒輪機構的設計。1七桿機構的設計設計七桿機構可用解析

9、法。首先根據對執(zhí)行構件（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，并選定能實現上述要求的點 C 的軌跡，然后按導向兩桿組法設計五連桿機構 ABCDE 的尺寸。設計此七桿機構也可用實驗法，現說明如下。如圖57所示，要求AB、DE均為曲柄，兩者轉速相同，轉向相反，而且曲柄在角度的范圍內轉動時，從動件滑塊在l=60mm 范圍內等速移動，且其行程H=150mm 。圖 5 7七桿機構的設計1）任作一直線， 作為滑塊導路， 在其上取長為l 的線段，并將其等分， 得分點Fn（取 n=5 ）。2）選取 l CF 為半徑，以Fi 各點為圓心作弧得K1、K 2、 K5。F 1、F2、

10、3 ） 選 取l DE為 半 徑 ， 在 適 當 位 置 上 作 圓 ， 在 圓 上 取 圓 心 角 為的弧長，將其與l 對應等分，得分點D 1、D2、 D 5。4）選取 l DC 為半徑，以D i 為圓心作弧，與K 1、 K2、 K5 對應交于 C1、C2、 C5。5）取 lBC為半徑，以 C為圓心作弧，得 L、L、L。i1256）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 L曲線族上移動，找出對應交點B 、 B 、 B ，便得曲柄i125長 l AB 及鉸鏈中心 A 的位置。8）檢查是否存在曲柄及兩曲柄轉向是否相反。同樣，可以先選定l AB

11、長度，確定 lDE 和鉸鏈中心 E 的位置。也可以先選定lAB 、 l DE 和 A、 E 點位置，其方法與上述相同。用上述方法設計得機構尺寸如下：lAB =lDE =100mm ， lAE =200mm ， lBC = lDC =283mm ， lCF=430mm ，A 點與導路的垂直距離為 162mm， E 點與導路的垂直距離為 223mm 。2齒輪機構設計此齒輪機構的中心距 a=200mm ，模數 m=5mm ，采用標準直齒圓柱齒輪傳動，Z1=Z 2=40 ，a*=1.0。h六、 七桿機構的運動和動力分析用圖解法對此機構進行運動和動力分析。將曲柄AB 的運動一周360o 分為 12 等份

12、，得分點 B1、B2、 B12，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，以分析是否滿足設計要求。圖 5 8 是沖壓機構執(zhí)行構件速度與C 點軌跡的對應關系圖，顯然，滑塊在F 4F 8 這段近似等速，而這個速度值約為工作行程最大速度的40%。該機構的行程速比系數為故此機構滿足運動要求。圖 5 8七桿機構的運動和動力分析在進行機構動力分析時， 先依據在工作段所受的阻力 F05000N ，并認為在工作段內為常數，然后求得加于曲柄 AB 的平衡力矩 M b，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

13、率為 5.3KW ，故所確定的電動機型號 Y132S 4（額定功率為 5.5KW ）滿足要求。（動力分析具體過程及結果略）。七、機構運動循環(huán)圖依據沖壓機構分析結果以及對送料機構的要求，可繪制機構運動循環(huán)圖（如圖59 所示）。當主動件AB由初始位置（沖頭位于上極限點）轉過角（ =90o）時 ,沖頭快速接近坯料；又當曲柄由轉到（=210o）時，沖頭近似等速向下沖壓坯料；當曲柄由轉到（ =240o ）時，沖頭繼續(xù)向下運動，將工件推出型腔；當曲柄由轉到（ =285o ）時，沖頭恰好退出下模，最后回到初始位置， 完成一個循環(huán)。 送料機構的送料動作，只能在沖頭退出下模到沖頭又一次接觸工件的范圍內進行。故送

14、料凸輪在曲柄AB 由300o 轉到390o 完成升程，而曲柄AB由390o 轉到 480o 完成回程。圖 59機構運動循環(huán)圖七、送料機構設計送料機構是由擺動從動件盤形凸輪機構與搖桿滑塊機構串聯而成，設計時，應先確定搖桿滑塊機構的尺寸，然后再設計凸輪機構。1四桿機構設計依據滑塊的行程要求以及沖壓機構的尺寸限制，選取此機構尺寸如下：LRH =100mm ， L OH=240mm ， O 點到滑塊RK 導路的垂直距離=300mm ，送料距離取為250mm 時，搖桿擺角應為45.24o。2凸輪機構設計為了縮小凸輪尺寸，擺桿的行程應小AB，故取，最大擺角為22.62o。因凸輪速度不高，故升程和回程皆選等

15、速運動規(guī)律。因凸輪與齒輪2 固聯，故其等速轉動。 用作圖法設計凸輪輪廓，取基圓半徑r0=50mm ，滾子半徑rT =15mm 。八、調速飛輪設計等 效 驅 動 力 矩Md 、 等 效 阻 力 矩M r和 等 效 轉 動 慣 量 皆 為 曲 柄 轉 角的函數，畫出三者的變化曲線，然后用圖解法求出飛輪轉動慣量JF。九、帶傳動設計采用普通 V 帶傳動。已知：動力機為 Y132S-4 異步電動機， 電動機額定功率 P=5.5KW ，滿載轉速 n1=1440rpm ,傳動比 i=2, 兩班制工作。（ 1）計算設計功率Pd由 6 中的表 6-6 查得工作情況系數KA =1.4（ 2）選擇帶型由 6 中的圖 6-10 初步選用A型帶（ 3）選取帶輪基準直徑由 6 中的表 6-7選取小帶輪基準直徑由 6 中的表 6-8 取直徑系列值取大帶輪基準直徑：（ 4）驗算帶速 V