#沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械和汽車工程學(xué)院班級(jí)：機(jī)制091姓名：陳沛學(xué)號(hào)：109011023日期：2011.12.20機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)任務(wù)書一、目的1、鞏固已學(xué)理論知識(shí)；2、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或改進(jìn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；3、提高同學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力。二、要求1、任選或自命題一題，完成其機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型加以實(shí)現(xiàn)，至少三種方案，優(yōu)選一種方案分析；2、完成設(shè)計(jì)說明書一份（詳細(xì)設(shè)計(jì)，選擇比較）。三、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間為一周。時(shí)間安排如下：1、選題或自命題，明確任務(wù)；2、查資料，擬定方案（周三前完成）；3、向指導(dǎo)教師和同學(xué)匯報(bào)設(shè)計(jì)結(jié)果和心得。四、設(shè)計(jì)題

2、目：沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.機(jī)構(gòu)工作原理自動(dòng)送料沖床用于沖制、拉延薄壁零件。沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，其工作原理如圖（a）所示，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)。圖一：a）沖床工作工藝圖a（1/3-1/2）（J）nsro）c）上模受力情況要求設(shè)計(jì)能使上模按上述運(yùn)動(dòng)要求加工零件的沖壓機(jī)構(gòu)和從側(cè)面將坯料推送至到下模上方的送料機(jī)構(gòu)。2,原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)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)規(guī)律如

3、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)角不大于或等于許用傳動(dòng)角4=40口。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）上模的工作段長度l=30M00mm,對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角%=（1/3-1/2）江；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(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F0=50N。7）行程速度變化系數(shù)K>1,5o8）送料距離H=60-250mm。9）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù)6不超過0.05。五,執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

4、及討論參考方案:沖壓機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件為曲柄，從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件）為滑塊（上模），行程中有等速運(yùn)動(dòng)段（工作段），并具有急回特性，機(jī)構(gòu)還應(yīng)有較好的動(dòng)力特性。要滿足這些要求，用單一的基本機(jī)構(gòu)（如偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，需要將幾個(gè)基本機(jī)構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。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。1 .齒輪一連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪-連桿送料機(jī)構(gòu)如圖2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和曲柄AB固聯(lián)，齒輪2和曲柄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u盡可能小。送料

5、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。設(shè)計(jì)時(shí)，若使iQGClOH,可減小凸輪尺寸。圖3沖床機(jī)構(gòu)方案之2 .導(dǎo)桿-搖桿滑塊沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪送料機(jī)構(gòu)求。適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角a較如圖3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。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)，它和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合可以達(dá)到工作段近于勻速的要小。送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機(jī)構(gòu)和曲柄軸相連。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。3 .六連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪-

6、連桿送料機(jī)構(gòu)如圖4所示，沖壓機(jī)構(gòu)由錢鏈四桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合而成。四桿機(jī)構(gòu)可按行程速度變化系數(shù)用圖解法設(shè)計(jì)，然后選擇連桿長Ief及導(dǎo)路位置，按工作段近似于勻速的要求確定校鏈點(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a較小。凸輪一連桿送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機(jī)構(gòu)和曲柄軸相連，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。設(shè)計(jì)時(shí)，使l|H：llR,可減小凸輪尺寸。CERGHH4 .連桿一凸輪沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪一連桿3機(jī)構(gòu)如圖5所示，沖壓機(jī)構(gòu)采用連桿一凸輪組合機(jī)構(gòu)B用工坦則聯(lián)，齒輪4_r_MjQ_y_._'p_3“J

7、!ktI*/xiJj-、.4a自由度（齒輪1和傕凸輪固聯(lián)）。恰當(dāng)?shù)剡x擇.A可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)性，并使壓力角«底可能小卻改變修輪輪廓叩線,可改變c點(diǎn)軌跡，從而使執(zhí)行構(gòu)件燈g多一一；1種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足不同工藝要求。圖5沖求機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)*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)間將坯料推送至待卻工泥置。設(shè)計(jì)時(shí)，若使Ihi<Ihg,可減小凸輪尺寸。4沖床機(jī)構(gòu)方案之圖5沖床機(jī)構(gòu)方案之四六.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案選擇分析1.方案設(shè)計(jì)的有關(guān)問題如上述，從以上分析進(jìn)行方案的優(yōu)化選擇、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量滿足如下條件：(1)設(shè)計(jì)的方案是否盡量滿足要求的性能指

8、標(biāo)和技術(shù)條件；(2)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否盡量簡單、緊湊，設(shè)計(jì)是否方便；(3)機(jī)構(gòu)在實(shí)際的制造過程中是否方便，成本可否降低。分析上面的方案，主要是有：平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿-搖桿機(jī)構(gòu)等等。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。其優(yōu)點(diǎn)主要是：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減?。恢圃旆奖?，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需要利用彈簧等封閉來保持接觸的。但它也有一些缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜的

9、時(shí)候，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副就往往較多，這樣使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增大，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。低副機(jī)構(gòu)一般只能近似地實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度和加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化，尤其當(dāng)原動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)而從動(dòng)件作間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，則以采用凸輪最為簡便。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到任意位置的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。綜上所述，我們決定選擇方案二。即沖壓機(jī)構(gòu)采

10、用導(dǎo)桿-搖桿滑塊機(jī)構(gòu)；送料機(jī)構(gòu)采用凸輪送料機(jī)構(gòu)。沖壓機(jī)構(gòu)只需滿足壓力角和急回特性的要求即可，考慮到工作段的受力較大，故排除凸輪和齒輪的沖壓機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件直接用于送料，設(shè)計(jì)和安裝都很方便，制造比較簡單，成本較低，為最優(yōu)方案。1機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖2.機(jī)構(gòu)桿組分析如下圖所示，按照平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析可知該機(jī)構(gòu)可拆分為5個(gè)n級(jí)組，分別為2-3,4-5,7-8,9-10,11-12組。故該機(jī)構(gòu)是由原動(dòng)件1、機(jī)架6及5個(gè)H級(jí)組組成，是H級(jí)機(jī)構(gòu)。沖壓機(jī)構(gòu)：n=5Pl=7Ph=0，其自由度：F=3n-2PL=3X5-2X7=1送料機(jī)構(gòu)：n=4Pl=4Ph=3（其中滾子屬于局部自由度），其自由度F=3n-2P

11、L-PH=3X4-2乂4-3=1由于兩機(jī)構(gòu)主動(dòng)機(jī)固連（曲柄和齒輪同軸），因此只需一個(gè)動(dòng)力作用即可驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)，使其具有確定的運(yùn)動(dòng)。這說明，該機(jī)構(gòu)自由度符合設(shè)計(jì)要求。3.機(jī)構(gòu)主要部分運(yùn)動(dòng)描述主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：主動(dòng)件柄AB通過滑塊B和導(dǎo)桿DC連接，在導(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)組成。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：由一個(gè)惰輪和齒輪嚙合，將力和速度傳到凸輪機(jī)構(gòu)上，齒輪的傳動(dòng)具有傳動(dòng)比穩(wěn)定和傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪輪廓嚴(yán)格按運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)，所以可以高速起動(dòng)，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，由于凸輪是高副機(jī)構(gòu)，在高副接觸處難以保證良好的潤滑而容易磨損，因此傳遞動(dòng)力不能太大。動(dòng)力部分：通過機(jī)構(gòu)尺寸、工作要求等因素的確定，選擇適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)

12、機(jī)作為動(dòng)力來源。輔助部分：送料桿F在沖頭到達(dá)工作點(diǎn)之前將料送到位，它的運(yùn)動(dòng)靠和凸輪的高副作用完成。七.機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇和計(jì)算1、沖壓機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定取定各個(gè)可變參數(shù)如下：上模工作段長度L=60mm對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角。=80°,行程速度變化系數(shù)K=1.57,送料距離H=100mm曲柄AB=80mm連桿DE為上?？傂谐藾D1的1.5倍。則得到?jīng)_壓機(jī)構(gòu)的參數(shù)如下：極位夾角0=180(K-1)/(K+1)=40°,如圖，/BCAWB1CA=0/2=30°,則由幾何關(guān)系A(chǔ)C=AB/sin30°=80/sin30°=160mm,因?yàn)閷?yīng)曲柄轉(zhuǎn)角。=80°，

13、貝U/B3AA1=ZB2AA1=40,連接B3B2,則弧B3B2即為沖壓工作段曲柄AB的B點(diǎn)的軌跡，連接B3GB2C并延長。又沖壓滑塊的工作段時(shí)D點(diǎn)在D2D3間，則D2C1=D3C1=60/2mm=30mm,AA1=AB3*cos40°=80*cos40°=61.28mm,B3A1=AB3*sin40=51.42mm,所以CA1=CA+AA1=160+61.28=221.28mm,又D1D2由三角形相似(CB3A仍CD3C1得,CC1=CA1*D3C1/B3A1=221.28*30/51.42mm=129.40mm,以CD3的長為半徑畫弧，交BGB1C的延長線為D1、D,和

14、AC延長線的交點(diǎn)即為導(dǎo)路通過的位置。又幾何關(guān)系可求得CD=132.54mm,貝UDD1=2*CD*sin20=132.54mm,DE=1.5DD1=1.5*132.54mm=198.80mm.再以D為圓心，以DE長為半徑畫弧交導(dǎo)路于E點(diǎn)，便得滑塊位置。2.凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可知，當(dāng)上模到達(dá)工作段E2E3之前，送料機(jī)構(gòu)必須把坯料送至待加工的位置，即在搖桿到達(dá)B2點(diǎn)之前，凸輪已經(jīng)將料送至下模上方。為方便計(jì)算，凸輪從動(dòng)件選擇等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪送料推程角應(yīng)大于/B1AB2(=80°),故取=100°,則凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：推程：s=70/(100*兀/180

15、76;)*4=40.14()(0<()<100°),回程：s=140-40.14（）（100°（）200°）。沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)該為1取”=30°,a'=70。，取陰影區(qū)域內(nèi)點(diǎn)都能使aWa,a'Wa',為計(jì)算方便，取Q（15.24,60）,故取凸輪的基圓半徑ro=60mm,偏距e=15mm.3、齒輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定1.所選主要參數(shù)由上述計(jì)算得凸輪H點(diǎn)到最遠(yuǎn)點(diǎn)間距離為60+70mm=130mm,滾子的半徑r=20mm,又曲柄長為80mm,考慮到機(jī)構(gòu)的緊湊性和搖桿的運(yùn)動(dòng)，取AH=210mm。設(shè)至上而下的主動(dòng)輪惰輪從

16、動(dòng)輪分別為1、2、3,其模數(shù)、齒數(shù)分別記為m1、m2、m3,Z1、Z2、Z3、，則有齒輪嚙合關(guān)系知m1=m2=m3,Z1=Z3AH=D=m（Z1+Z2）=210mm為方面計(jì)算，我們?nèi)∧?shù)M=3,得到Z1+Z2=70.考慮到傳動(dòng)力的平穩(wěn)，我們?nèi)1=20,Z2=50.得到D1=60mmD2=150mm。其余尺寸均按漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒輪選擇。經(jīng)過計(jì)算得到兩個(gè)齒輪嚙合的基本參數(shù)。4、其它輔助機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明1、為了滿足送料的要求（即凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的位移最大點(diǎn)對應(yīng)上模工作段的起點(diǎn)），根據(jù)物料的尺寸大小，應(yīng)該把送料的直桿彎折一定程度。在設(shè)計(jì)中，我們?nèi)〉弥禐長=26mm.2、在送料機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件必須

17、加上一定強(qiáng)度的彈簧，使推桿能作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另外，在本設(shè)計(jì)中，選定彈簧原長在250mm以上，而且能被壓縮到50mm以下，這是由推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程決定的，在凸輪機(jī)構(gòu)和主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間用輪系達(dá)到對應(yīng)的比例傳動(dòng)八.動(dòng)力參數(shù)計(jì)算位置11:匯Ma=0PpX0.08=2758.5X0.07513Pp=2590.6N位置20:匯Ma=0PpX0.08=1321.5X0.06993Pp=1155.2N故取Pp=2590.6N平均功率：PpXIabXw1=2590.6X0.08X7.33=1.5191kw選取電動(dòng)機(jī)Y90S-2（額定功率1.5kw,滿載轉(zhuǎn)速2980r/min）結(jié)果和心得:本次課程設(shè)計(jì)是一次綜合性設(shè)計(jì)，它不僅測試了所學(xué)的知識(shí)是否扎實(shí)，而且還為接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)做好了鋪墊。通過這次課程設(shè)計(jì)，我所學(xué)的知識(shí)得到了鞏固，充分