機械原理課程設(shè)計設(shè)計一用于薄壁鋁合金制件的精壓機

1、 機械原理課程設(shè)計說明書設(shè) 計 題 目： 專用精壓機 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： * 學 號： * 指 導 教 師： * 2011年 6月 30日目 錄1 設(shè)計任務(wù)11.1 設(shè)計題目21.2 工作原理及工藝動作過程21.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求21.4 設(shè)計任務(wù)22機械機構(gòu)功能的簡單分析33系統(tǒng)傳動方案設(shè)計33.1 原動機類型的選擇33.2 主傳動機構(gòu)的選擇44 執(zhí)行機構(gòu)方案的設(shè)計和選擇45、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明95.1機型的選擇105.2自動機的執(zhí)行機構(gòu)106、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明. 137 執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計7.沖壓結(jié)構(gòu)的計算.13 7.2傳動機構(gòu)尺寸設(shè)計138

2、、飛輪設(shè)計.159、動機構(gòu)的選擇與比較.1510、運動循環(huán)圖.1611、設(shè)計心得與體會.1712 總體裝配圖.1913、參考文獻.201 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一用于薄壁鋁合金制件的精壓機,并完成有關(guān)尺寸的計算和機構(gòu)選型等要求。1.1 設(shè)計題目 專用精壓機1.2 工作原理及工藝動作過程 專用精壓機是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成為深筒形。 它的工藝動作主要有: 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。1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求（1） 動力源是電動機，作轉(zhuǎn)動；沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模，作上下往復直移運動，其大致運動規(guī)律如圖1（b）所示，具有快速接近

3、工件、等速工作進給和快速返回的特性。（2） 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。（3） 上模移動總行程為280 mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100 mm。（4） 行程速比系數(shù)K1.3。（5） 坯料輸送的最大距離200 mm。（6） 上?；瑝K總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 N，且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡；（7） 設(shè)最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm，繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量為2 kgm2/mm，質(zhì)心簡化到桿長的中點。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量均忽略不計；（8） 傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量（以曲柄為等效構(gòu)件，其轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為30 kgm2，機器運轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)為0.05）（9） 機構(gòu)應(yīng)具有較好的傳

4、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。1.4 方案設(shè)計及討論（1） 送料機構(gòu)實現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機構(gòu)、凸輪連桿組合送料機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等。（2） 沖壓機構(gòu)為保證等速拉延、回程快速的要求，可采用導桿加搖桿滑塊的六桿機構(gòu)、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機構(gòu)、齒輪連桿沖壓機構(gòu)等。（3） 工件送料傳輸平面標高在1000mm左右。（4） 需考慮飛輪設(shè)計。1.5 設(shè)計任務(wù)1） 按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。2） 進行送料機構(gòu)，沖壓機構(gòu)的選型。3） 機械運動方案的評價和選擇。4） 按擬定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)運動參數(shù)擬定機械傳動方案。5） 進行飛輪設(shè)計。6） 畫出機械運動方案簡圖。7）

5、對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算。2 機械機構(gòu)功能的簡單分析 本機構(gòu)加工的主要為鋁合金制件，且需一次沖壓成形。故機構(gòu)需要較大的沖壓力來實現(xiàn)。同時要保證其精壓的質(zhì)量，機構(gòu)需要勻速的沖壓過程，因此我們采用具有較好傳動性和較高接觸強度的齒輪機構(gòu)?？紤]到工作效率的要求，我們將凸輪送料機構(gòu)改成曲柄滑塊送料機構(gòu)，提高了機構(gòu)使用的壽命。 為了使整個機構(gòu)能夠快速、緊密、平穩(wěn)地運行，需要機構(gòu)的各個部分必須相互配合，并且足夠穩(wěn)定。3 系統(tǒng)傳動方案設(shè)計所選原動機及主傳動機構(gòu)應(yīng)能使精壓機機構(gòu)平穩(wěn)傳動，3.1 原動機類型的選擇 電機采用Y系列Y112M-4電機，該電機轉(zhuǎn)速為1480r/minY系列（IP44）三相異

6、步電動機 Y系列（IP44）電機是全封閉、外扇冷三相鼠籠型一般用途的電機，具有高效、節(jié)能、起動力大、噪聲低、振動小、可靠性高等特點。安裝尺寸符合IEC標準，功率與機座號的配置關(guān)系符合DIN標準。外殼防護等極IP44。 使用場所：不可含易燃、易爆或腐蝕性氣體。 額定功率：0.55-315KW 額定電壓：380V 額定頻率：50HZ 機座號：80-355能夠充分滿足機構(gòu)的需要沖床傳動系統(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     &

7、#160;    額定功率（kw）     額定轉(zhuǎn)速（r/min）Y100L24              3.0                1420Y112M4       

8、       4.0                1440Y132S4              5.5             

9、;    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。3.2 主傳動機構(gòu)的選擇 由于凸輪連桿機構(gòu)不具有高速傳遞性能，只適用與低速傳動，所以原動機和執(zhí)行機構(gòu)間傳動用齒輪機構(gòu)傳動，可使執(zhí)行機構(gòu)傳動平穩(wěn)。 4 執(zhí)行機構(gòu)方案的設(shè)計和選擇方案設(shè)計送料機構(gòu)方案 1 - 凸輪機構(gòu) 凸輪送料機構(gòu)結(jié)構(gòu)雖然簡單但是在起輪廓設(shè)計和制造時有其一定的難度，所以一般我們都不采用此種送料機構(gòu)，況且在送料完成時，推桿不能自動返回，需要在推桿處加一個彈簧

10、裝置，才能保證機構(gòu)順利的工作。 送料機構(gòu)方案 2 - 凸輪連桿組合送料機構(gòu)由凸輪和連桿機構(gòu)組成，連桿機構(gòu)可通過對桿長的計算設(shè)計，當選好適合的桿長尺寸后，能實現(xiàn)所需的行程速比以及運動要求。通過鉸鏈點與桿長的適合選擇，能使機構(gòu)具有較小的壓力角和較為理想的傳動角，使其達到運動功能，滿足傳動要求。 凸輪輪廓線可根據(jù)運動的要求用機構(gòu)倒置法求出，從而使送料，沖壓和上頂同時完成，并也能滿足急回與勻速這一要求，在完成預定運動的同時，使整個加工效率提高。送料機構(gòu)方案3-槽輪機構(gòu)。槽輪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能夠平穩(wěn)地、間歇地進行轉(zhuǎn)位，但由于顫動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的運動機構(gòu)，因

11、為此機構(gòu)的傳遞速度還是比較大的，所以此機構(gòu)采用槽輪機構(gòu)，不是很合適的。送料機構(gòu)方案4 -曲柄滑塊機構(gòu) 搖桿滑塊送料機夠可調(diào)節(jié)其在整個運動中的初始位置使推桿在預定時間將胚料送至待加工的位置。運動比較平穩(wěn)，如取一定的偏距，則其也具有急回的特性。綜上所述，方案一采用凸輪機構(gòu)，機構(gòu)雖簡單，但凸輪的設(shè)計較為復雜，給機構(gòu)制造也帶來很大不便，推桿不能順利返回。而方案二采用凸輪連桿機構(gòu)，其缺點與方案一大致相同，方案三槽輪機構(gòu)不適用與高速運轉(zhuǎn)，方案四曲柄滑塊機構(gòu)尺寸容易設(shè)計并且也能準確達到送料的目的。所以采用方案四作為送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu)選型方案1 導桿加搖桿滑塊六桿機構(gòu)其沖壓機構(gòu)我們是參考機械原理書中的機構(gòu)，當

12、然我們對其進行了改進，將其凸輪機構(gòu)的高副低代后得到了由搖桿和滑塊組成的擺動導桿機構(gòu)。 導桿機構(gòu)的尺寸確定可按給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計，上模將具有急回特性，搖桿滑塊機構(gòu)的組合可按照要求使上模在工作段接近于勻速。沖壓機構(gòu)是在導桿機構(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。方案2 鉸鏈四桿機構(gòu)加搖桿滑塊六桿機構(gòu)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，然后選擇連桿長及導路位置，按工作段近于勻速的要求確定鉸鏈點的位置。若尺寸選

13、擇適當，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運動時機構(gòu)的傳動角滿足要求，壓力角較小。能夠滿足 等速拉伸、回程快速的要求。方案3 齒輪-連桿沖壓機構(gòu)齒輪具有傳動平穩(wěn)，能夠高速運轉(zhuǎn)，由齒輪和連桿串聯(lián)的機構(gòu)，可以更好的按照其要求得行程速比來設(shè)計所要求的機構(gòu) 。綜上所述，我們在這兒選擇的是方案2，能夠滿足沖壓機構(gòu) 等速拉伸，回程快速的基本要求。還有其結(jié)構(gòu)比較緊湊，簡單。能夠要求的性能指標，制造起來也比較方便。所以， 最后我們小組進行了討論和對比。各個方案都是有不同的基礎(chǔ)機構(gòu)組成而成，且各個機構(gòu)均能基本完成設(shè)計要求的運動。但是在我們查閱資料后，我們決定采用擺動導桿沖壓機構(gòu)+曲柄滑塊送料機構(gòu) ，雖然凸輪能夠可以無困難地

14、設(shè)計出其輪廓曲線，使其滿足規(guī)定的運動規(guī)律，但在制造中，難以實現(xiàn)輪廓線的實現(xiàn)，凸輪與從動件的點或線的高副接觸是很易磨損的。而設(shè)計要求中機構(gòu)要每分鐘生產(chǎn)約70件，機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度較大。并且其上?；瑝K的總質(zhì)量為40kg，最大生產(chǎn)阻力為5000N，故需要其機構(gòu)較好的傳力性能，而凸輪機構(gòu)不適用于傳力過大的場合。因此我們選取擺動導桿沖壓機構(gòu)+曲柄滑塊送料機構(gòu)。由于題目中要求，上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進行拉延成型工作，以后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回，所以在這里，我們就不需要在設(shè)計上頂裝置。 5、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明5.1機型的選擇從產(chǎn)品的數(shù)量上看，屬于大批量生產(chǎn)，選擇

15、全自動機型。從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇直線式工藝路線的自動機型。 根據(jù)工藝路線分析，實際實現(xiàn)功能需要三個工位：推板送料，擺桿導桿沖壓機構(gòu)沖壓，將成品從下模推出腔體。5.2自動機的執(zhí)行機構(gòu)送料機構(gòu)推板第一次送料方向沖壓機構(gòu)沖壓機構(gòu)在完成沖壓這個過程是具有急回特性，能夠滿足題目中的要求，等速拉延，回程快速等要求。整個裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如下：整個機械結(jié)構(gòu)的工作原理：如上圖的機械運動結(jié)構(gòu)簡圖：曲柄-滑塊結(jié)構(gòu)將坯料推到待加工位置。電動機輸入的動力通過大齒輪傳動給上下兩個小齒輪，下面的齒輪上面焊接了一個曲柄通過齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而完成送料的過程。大齒輪帶動上面的齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪上也焊接了一個曲柄，曲柄

16、通過滑塊與搖桿相連接，搖桿帶動導桿上下運動，在向下完成沖壓的過 程中，幾乎是接近勻速的向下的時候，沖壓坯料，成型后，繼續(xù)向下將成品推出下模，向上回去的時候，具有急回運動特性。6、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明由于在設(shè)計時需要考慮到電機輸出功率的傳遞效率問題，電機應(yīng)該安裝在靠近工作件的齒輪軸上，又由于大齒輪輸入動力時可以傳遞較大的扭矩，所以電動機安在大齒輪上，然而根據(jù)要求：每分鐘生產(chǎn)70個工件，則電機的轉(zhuǎn)速可以確定為35rpm，曲柄為等效構(gòu)件時等效轉(zhuǎn)動慣量為30kgm2 ,工作臺高在1000mm左右，為了方便計算和統(tǒng)一，取2個大齒輪的直徑為D=600mm，取小齒輪直徑為d=300mm，所有齒輪

17、均取模數(shù)m=10，小齒輪與大齒輪的傳動比i=2，故最上面的小齒輪的轉(zhuǎn)速為70r/min，大齒輪的轉(zhuǎn)速為35r/min。即為W小=2W大=(70*2*3.14)/60=7.3rad/s。JA=16JF*m=40kg當以曲柄為等效轉(zhuǎn)動構(gòu)件時： Je=3JA/2+16JA/4+40(V2/W小2 )/2=30 這里V是上模的平均速度，V=0.28/60=0.0046m/s 解得J小=5.45kg·m2 ,J大 =87.27kg·m2 為了算電動機的功率，先假設(shè)能量守恒：P=3J小W小2 /2+2J大W大2 /2+mV2/2+5000*0.1=2097W考慮到齒輪傳輸中的機械損失，

18、取功率為2.5kw的電機。所以可以確定電機的型號為功率2.5kw，輸出轉(zhuǎn)速為35r/min的交流電動機。7 執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計算7.1沖壓結(jié)構(gòu)的計算：要求行程比系數(shù)為K>=1.3，這里我們?nèi)=1.5，則有：極為夾角=180。*（K-1）/(k+1)=36。要求上模移動總行程為280mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100mm。沖壓機構(gòu)最高點到最低點的距離為140mm，則有： CD=H/sin18。=453mm取AB=250mm,則AC=809mm7.2傳動機構(gòu)尺寸設(shè)計： 取曲柄滑塊送料機構(gòu)的曲柄HG=100mm，接觸工件的推板寬高位200mm，根據(jù)行程速比K計算得連桿JH=224

19、mm，沖程L=324mm。機構(gòu)運動方案簡圖如下：8、飛輪設(shè)計由于機械運轉(zhuǎn)過程中有周期性速度波動，所以我們必須進行飛輪設(shè)計，處于各種原因考慮，我們應(yīng)該考慮到飛輪必須按照速度較高的齒輪上，比如說安裝在最下面的那個齒輪上，用來機構(gòu)運動引起的周期性速度波動。由機械原理書可知，具體設(shè)計方案需要根據(jù)起速度不均勻系數(shù)來確定。9、動機構(gòu)的選擇與比較方案一 鏈條機構(gòu)輪系方案二 皮帶機構(gòu)輪系方案三 純輪系 由于考慮到機構(gòu)的高傳動性要求，皮帶機構(gòu)+輪系就難以滿足要求，因為皮帶輪在一段時間后較易打滑。并且我們要保持工作臺的清潔，但鏈條機構(gòu)為了有良好的傳動性能要加潤滑劑會弄臟工作臺，故不適合。齒輪機構(gòu)不僅具有良好的傳動性能，而且其緊湊的結(jié)構(gòu)能大大節(jié)約空間。同時，主要對齒輪稍作尺寸上的改動就能大大提高其承載能力，提高使用壽命，所以純輪系最為合適。但是電動機輸出必須采用皮帶傳動。 10、運動循環(huán)圖我們采用圓環(huán)流程圖的方式來表示機構(gòu)的整個工作流程。11、設(shè)計心得與體會通過接近一周的機械原理課程設(shè)計,我有很多的感觸收獲.首先,對機械原理這門課程有了更深入的了解.本小組采用了曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪傳動的理論知識，采用CADZ制圖工具，成員分工明確，畫圖，處理數(shù)據(jù)，考慮結(jié)構(gòu)