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精冲压机构及送料机构


湖南人文科技学院

课程设计报告
课程名称:

机械原理课程设计

设计题目: 系 专 班 别: 业: 级:

精冲压机构及送料机构 机电工程系 机械设计制造及其自动化

学生姓名: 学 号:

起止日期: 指导教师: 教研室主任:

/> 指导教师评语:

指导教师签名:







成 绩 评 定





权重 0.2 0.5 0.3

成绩

1、设计过程中出勤、学习态度等方面 2、课程设计质量与答辩 3、设计报告书写及图纸规范程度 总 成 绩

教研室审核意见:

教研室主任签字:







摘 要
精冲压机构及送料机构主要由冲压部分和送料部分组成。冲压部分是由凸轮和连杆 构成,送料部分是由曲柄滑块和皮带轮构成或者有曲柄摇杆构成,再加上动力的输入电机 和齿轮机构。 本设计由四个章节组成,内容包括课程设计的目标和和设计的任务、方案的选择、 精冲压机构的设计及送料机构的设计、轮系的设计。其中后三章尤为重要,它包括我们设 计的主要理念,方案的选择主要是对死点和经济性的考虑,精冲压机构及送料机构的设计 主要考虑的是两者运动的配合,两者运动不能出现干涉,而轮系的设计主要是考虑到降速 的作用。章节最后是心得体会、参考文献、致谢的编写。 关键词:精冲压机,送料机,曲柄滑块机构,凸轮机构,齿轮系。

目录
引言...............................................................- 1 第一章 课程设计的目标与设计任务...................................- 2 1.1 设计的目标???????????????????????? - 2 1.1.1 总功能要求?????????????????????? - 2 1.1.2 工作原理??????????????????????? - 2 1.2 1.3 2.1 设计的要求???????????????????????? - 3 设计的任务 ????????????????????????- 3 功能分解????????????????????????? - 4 -

第二章 方案选择.................................................. - 4 -

2.2 方案的对比?????????????????????????- 4 2.2 .1 方案一????????????????????????- 4 2.2.2 方案二????????????????????????- 5 2.3 方案的选择?????????????????????????- 6 第三章 精冲压机构及送料机构的设计 ..............................- 7 3.1 送料机构的设计 ???????????????????????- 7 3.2 冲压机构的设计???????????????????????- 10 3.2.1 凸轮机构的设计????????????????????- 10 3.2 凸轮连杆机构的设计???????????????????- 13 3.3 凸轮-皮带轮曲柄滑块机构的组合运动图 ????????????- 14 第四章 轮系的设计 ..............................................- 17 4.1 电机的选定?????????????????????????- 17 4.2 轮系设定??????????????????????????- 17 心得体会 .........................................................- 19 参考文献 .........................................................- 20 致 谢 ...........................................................- 21 附 录............................................................





精冲压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺, 它是将薄壁铝板一次冲压 成为深筒形。 冲压机原理是通过电动机驱动, 通过齿轮系的传动, 带动主轴传动, 从而使凸轮传动。凸轮机构使上下运动,带动拉伸模具对钢板成型。送料机就是 输送材料的机器,是无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设备。传统观念, 送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料,对材料进行运动运输的机器。近 代的送料机发生了一些变化, 开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术 中, 但人们仍然将这些设备归纳在送料料机类的设备中。自动化程度高的送料设 备有:由电脑控制的动头式送料机、激光送料机、高压气压和电脑送料料机等。 另外,国外的公司生产一种投影送料机这种设备的送台上设有感应器及目察装 置,用于对材料轮廓扫描,或在材料行投影以引导送料安排。经过多个方案对比 分析,确定比较合适的方案为曲柄滑块机构和凸轮机构,对其进行了参数设计。

-1-

第一章
1.1 设计的目标
1.1.1 总功能要求

课程设计的目标与设计任务

将薄铝板送到待加工位置后,一次冲压成深筒形,并将成品推出模 腔。 1.1.2 工作原理 精压机的工作原理及工艺动作分解如图 1-1 所示。 要求从侧面将坯料 送至待加工位置,上模先以较大速度接近坯料,然后以匀速下冲,进行拉延 成形工作,以后上模继续下行 工作循环。 将成品推出型腔,最后快速返回,完成一个

图 1-1

-2-

1.2 设计的要求
⑴ 以转动的电机为动力,从动件(执行构件)为上模,作上、下往复直移运 动,其运动 规律如图 3.2 所示,具有快速下沉,等速工作进给和快速返 回的特性。 ⑵ 机构应具有较好的传力性能,工作段的传动角 g 应大于或等于许用传动 角[g]=40°。 ⑶ 上模到达工作段之前,送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方)。 ⑷ 生产率为每分钟 70 件。 ⑸ 执行构件的工作段长度 l=30~100mm,对应曲柄转角 φ =(1/3~ 1/2)π ;上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。 ⑹ 行程速度变化系数 K≥1.5。 ⑺ 送料距离 H=60~250mm。 ⑻电机转速为 1500r/min。

1.3 设计的任务
(1)本题设计的时间为 1 周。 (2)根据功能要求,确定工作原理和绘制系统功能图。 (3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 (4)构思系统运动方案(至少两个以上),进行方案评价,选出较优方案。 (5)用解析法对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计,或在尺寸给定的条 件下进行运动与动力分析。 (6)绘制系统机械运动方案简图。 (7)编写设计说明书,附源程序和计算结果。

-3-

第二章
2.1 功能分解

方案选择

本机器的功能是自动冲压和自动送料。它的运动功能可分解为两种工艺过程 1).冲压 上模先以较大速度接近坯料,然后以匀速下冲,进行拉延成形工作,以后 上模继续下行将成品推出型腔,最后快速返回,完成一个工作循环。 2).送料 滑块先慢速送料,再以一较大的速度急回,从而形成急回特性,与冲压机 构相配合。 注:以上两种动作同时进行,彼此的运动不发生干涉。 表2-1 为实现机构功能的机构选型表 表2-1 精冲压机构及送料机构选型

功能

执行构件

工艺动作

执行机构

冲压

上模

匀速

凸轮机构

送料

滑块

急回

曲柄滑块机构

2.2 方案的对比
2.2 .1 方案一 凸轮-皮带轮曲柄滑块组合机构方案:

-4-

图2-1凸轮-皮带轮曲柄滑块组合机构方案 如图2-1所示,凸轮-皮带轮曲柄滑块组合机构,自由度F=1,其中通过皮带 轮带动曲柄做整周的运动,从而带动滑块往复运动,达到送料的目的。由于曲柄 (构件1)为主动件,没有死点的形成,这就不需要考虑死点的干扰。 2.2.2 方案二 凸轮-曲柄导杆滑块组合机构方案:

图2-2

凸轮-曲柄导杆滑块组合机构方案

-5-

如图2-2所示为凸轮-曲柄导杆滑块组合机构,自由度F=1。由于曲柄(构件 DE)为从动件,可能会存在死点,故必须采取渡过死点的措施,这就要求添加其 他构件使其顺利去除死点的干扰,这样及带来不确定因素,又会产生经济损失。

2.3 方案的选择
根据上面所给出的两种设计方案,以及我们对方案的讨论和分析,我们从经 济和生产的角度考虑,我们选择方案一≤凸轮-皮带轮曲柄滑块组合机构≥为我 们的研究方案。

-6-

第三章
3.1 送料机构的设计

精冲压机构及送料机构的设计

方案一为皮带轮-曲柄滑块机构方案,该机构原理如图 3-1 所示:
E' E

D C

D' A

图 3-1 皮带轮-曲柄滑块机构 该方案利用皮带轮带动曲柄做圆周转动,从而使滑块 E 的轨迹满足要求,滑块 E 为从动件负责送料。而机构中曲柄作为主动件的目的是为了满足 M 点运动的 要求,此机构为一急回机构,慢进快退,自由度 F=1 满足要求。

-7-

b

E'

E

e

a
l
D C

r

D'

图 3-2 曲柄滑块机构计算图 曲柄滑块机构照给定的急回要求设计,利用解析法求解此类问题时,主要利 用机构在极位时的特性。 又求得 AB 杆的极位夹角为
a?

? ? K ? 1?
K ?1

? 36?

(3-1)

如图 3-2 所示, 取 a ? 45? , 滑块的行程为 H ? 150mm , 设曲柄 r ? 1 3 H ? 50mm , 偏距为 e,连杆长度为 l。 由铰链四杆机构的杆长条件知:

C D? E ? ? D E? C ?
l 其 C ? ? E? ? e , 故 r ?e ?

(3-2) (3-3)

因为 CD 为最短杆,所以 CD 为曲柄; 由余弦定理得:
H 2 ? ? l ? r ? ? ? l ? r ? ? 2 ? l+r ?? l ? r ? cos 45?
2 2

(3-4)

解得:l=152.7mm
-8-

计算偏距 e:

? l ? r?
?l ? r ?

2

?? H ? ?a
2

?2 e

(3-5) (3-6)

2

? a 2 ? e2

解得:a=26.8mm

e=99.1mm

因为 99.1mm ? 50mm 152.7mm 所以式(3-3)恒成立。 由机构应具有较好的传力性能,工作段的传动角 g 应大于或等于许用传动角 [g]=40° ,且由图像分析,工作段传动角最小为 E 点:
g ? a ? 90?

(3-7)

E 点的压力角:
H l? r ? sin 4 ?5 s ai n

(3-8)

解得 a ? 28.94? 由(3-7) (3-8)综合得 g ? 61.06? 所以传动角也符合要求。 综上所述曲柄滑块机构的设计数据如下: 行程 H=150mm 极位夹角 a ? 45? 曲柄 r=50mm 连杆 l=152.7mm 偏距 e=99.1mm 推程角: 225? 回程角: 135?

? g ? ? 40?

-9-

m

C

n

A

图 3-2 皮带轮机构计算图 皮带轮半径:r=25mm 长度方向中心距:m=120mm

高度方向中心距:n=72.58mm

3.2 冲压机构的设计
3.2.1 凸轮机构的设计 (1)凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动,但也有往 复摆动或移动的。 推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从 动件,故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所 组成的高副机构。 (2)凸轮的轮廓确定 凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作 速度来确定的,初步定基圆半径 rb ? 50mm ,凸轮厚 25mm ,滚子半径 rr ? 8mm 。
- 10 -

1 摆动滚子推杆盘形凸轮轮廓设计的数学模型 如图1所示为摆动滚子从动件盘形凸轮机构.已知基圆半径 r0 、摆杆长度 l , 中心距 a 和从动件的运动规律? ? ? (? ) ,选取oxy坐标系 ,如图3-3所示。

2 求凸轮理论轮廓曲线 根据精冲压机构的运动要求,需要中速轻载,则确定推杆的运动规律推程 为等速和回程为正弦加速度运动规律,则可得: 凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为:

x ? ? r0 ? s ? sin ? ,
a)推程阶段 ? 01 ?
s1 ?
v?
2? 3

y ? ? r0 ? s ? cos ?

(3-9)

h?1

? 01
h?

=

75? 1

?

? 1 ? ?0,

? 2? ? ? 3 ? ?

(3-10)

? 01

= 175 mm s

(3-11) (3-12)

a?0

b)远休阶段 ? 02 ? 0

s2 ? 100
c)回程阶段

(3-13)

? 03 ?

?
3

? sin(2? 3 ) ? 03 ? s3 ? h[1 ? ( 3 ) ? ] ? 03 2? 3? sin(6? 3 ) ] = 50 ? [1 ? 3 ? ? 3 ? ?0, ? / 3? ? 2? 2?? 3 v ? hw[cos( ? 03 ) ? 1] ? 350 ? [cos(6? 3 ) ? 1]
a? ?2? hw2 sin( 2?? 3

(3-14)

(3-15)

? 032

? 03 )

(3-16)

d)近休阶段

? 04 ? ?
- 11 -

s4 ? 0

? 4 ? ?0, ? ?

(3-17)

3

用等分作图法作图 把推程 120°等分 12 份,同理在回程部分一样分成 6 份角度均为 10 ?

的小扇形区域,然后画圆分别与各等分线相交,标记出交点。以下表 3-1 各 10 等分点的数据,图 3-3 为 表 3-1
角度(δ ) s 0° 0 0 +∞ 0 0 0 10° 4.17 175 0 48.56 -175 -13331 20° 8.33 175 0 40.22 -525 -13331

凸轮机构 10°等分点数据表
30° 12.5 175 0 25 -700 0 40° 16.67 175 0 9.77 -525 -13331 50° 20.83 175 0 1.44 -175 -13331 60° 25 175 0 0 0 0 70° 29.17 175 0 80° 33.33 175 0 90° 37.5 175 0 100° 41.67 175 0 110° 45.83 175 0 120° 50 175 -∞

推程

v a s

回程

v a

y

程 推
12 0°

R50

o A

x

60°

回程

图 3-3 凸轮形成图
- 12 -

3.2 凸轮连杆机构的设计
H I J

G

K

O

图 3-4 凸轮连杆机构计算图 凸轮连杆机构利用杠杆原理。 凸轮推杆的行程:h=50mm 上模的行程:s=100mm; 如图所示:JK=120mm HJ=111.15mm HI=37.05mm IJ=74.1mm OH=326.84mm

- 13 -

3.3 凸轮-皮带轮曲柄滑块机构的组合运动图
H I J

G

K

E'

E

D C

D' A

图 3-5 凸轮-皮带轮曲柄滑块机构组合运动图 下图两个依次为连杆滑块转到凸轮最远距离位置时的图(图3-6)所示, 连杆 滑块转到凸轮最近距离近休位置时的图(图3-7)所示。

- 14 -

H'

I

J' K

G

E'

D C

D' A

图 3-6

最远距离运动状态

- 15 -

H I J

G

K

E

D C

A

图 3-7

近休止运动状态

- 16 -

第四章
4.1 电机的选定

轮系的设计

根据电机的转速与凸轮的转速比,电机输出皮带轮 d=50mm 电动机与凸轮的转速比 i ?
1500 ? 21.43 70

图 4-1 中轮系接电机输入端,为接 1500r/min 电机的一端,中间通过皮 带轮,选定电机皮带轮的大小为 d=50mm,接电机端皮带轮大小为 d1 ? 71.5 , 中间传动比 i ? 1.43 , 在轮系输出端, 即为电机通过轮系减速的输出到凸轮端, 此时输出端轮 d2 ? 50 ,转速为 70r/min,达到凸轮的转速,然后通过皮带轮 等速传动到凸轮上。

4.2 轮系设定
初步设定齿轮 Z1 ? 24 , Z2 ? 72 , Z2 ' ? 24 , Z3 ? 120 ,并取模数 m=2, 轮系外部电机输入端 d1 ? 71.5 ,轮系输出端 d2 ? 50
i13 ? Z 2 Z3 72 120 ? ? ? ? 15 Z1 Z 2 ' 24 24
d1 71.5 ? ? 1.43 d 50

(4-1) (4-2) (4-3) (4-4)

i电-轮系 =

i轮系-凸轮 =

d凸轮 50 ? ?1 d2 50

i ? i13 ? i电?轮系 ? i轮系?凸轮 =21.43

- 17 -

Z3=120

Z2'=24

d1=177.2mm

Z2=72 d2=25mm

Z1=24 轮系输出 到凸轮的 皮带轮上

此处为轮系接电机端,

模数m=2

图 4-1

轮系图

- 18 -

心得体会
经过五天的奋战, 我们小组的机械原理课程设计总算告一段落。 在这五天内, 我们小组共同努力,集思广益,虽然时间很短,但在这段时间内我个人学到了不 少东西, 也第一次把课上学的理论知识运用到了实际应用中。刚开始接到老师布 置的课题, 以及听了老师对于这次课设的要求,觉得这次课程设计也许是一个不 可能完成的任务。 老师要求我们以定两个以上设计机构方案,并从中选出最佳的 设计方案加以设计, 开始我们组员基本没有一点头绪。 所以我们就只能求助图书 馆了,我们去图书馆借了两本厚厚的机械设计手册,经过翻阅与自己理解, 总算确定了我们的方案,当方案确定以后,心里油然而生一种愉悦的感觉。这个 过程让我了解到了学会运用知识是多么的重要。 其实这次课程设计的每个步骤都 能我们学到很多东西, 领悟很多道理,能发现自己光是能解决课本上的死题目是 远远不够的。 就拿确定机构形式后的计算来说,就需要我们对机械结构分析方面 的识的融会贯通,知道要在什么时候用什么知识点来解决问题。而且,有些计算 光靠一个人是不够的, 需要全组成员的一起计算并且验证等等,是一个工作量浩 大的工程。这是课程设计中的另一体会,五个人的团结协作肯定比五个人 各 干 各的来的效率高,而且质量好。在团结协作的同时,我也从其他小组成员 身上学到了很多东西,比如他们的一丝不苟,他们的不怕辛苦,他们的做工细腻 等等,这都是对于我以后的学习工作很重要的。在合作的时候,难免成员之间会 出现意见分歧,当遇到这种情况时,就需要我们静下心来好好分析,最终确定 一个最合适的方案,不能因为自己的一己之见而使整个小组的设计做出问题。 课程设计之前,我以为一切都是那么的理所当然,生活中看见的基本机构也 不屑一顾,现在经过课程设计之后才知道,不管多么简单的东西都是要经过工 程师们的精心计算的, 这让我感到以后的学习道路还很漫长, 要学的东西还是非 常多的。在设计结束后,再回过头来看,发现一开始感到的困难现在想想也没有 当初那么的恐怖。正所谓万事开头难,只要一开始抱着克服重重困难的决心, 一切都会迎刃而解的。本人的心得小结就差不多这么多了,从今以后,要多思考多学 习,争取以后做一个卓越的工程师。

- 19 -

参考文献
[1] 孙桓,陈作模,葛文杰 . 机械原理[M].7 版 .北京:高等教育出版社,2006 [2] 封立耀 .机械设计基础实例教程[M].1 版.北京:航空航天大学出版社,2007.8 [3] 邢琳 . 机械设计基础课程设计[M].5 版. 机械工业出版社,2007.7 [4] 李艾民,李爱红,李爱军 . 机械制图 AutoCAD2010[M].5 版. 北京:邮电大学出版社 [5] 赵又红,谭援强 . 机械基础实验教程[M].2 版 . 湘潭:湘潭大学出版社

- 20 -





能够顺利的按时完成这次的课程设计, 除了衷心感谢*老师和*张老师对如何 完成这次课程设计的指导和对我们的严格要求, 还要非常感谢小组成员大家一起 努力, 辛苦奋斗了五天的时间完成精压冲压机构及送料机构设计, “万事开头难” , 对于初次接触这样课题的我们,刚开始真的是手足无措,没有一点点的头绪,在 经过张老师的细致指导后,才逐渐的明确了我们需要完成的目标和执行的步骤。 然后才慢慢的完成这次的课程设计。 虽然过程是艰辛的, 但是大家的目标是一致的,最后终于按时完成了这次的 课程设计。感谢各位组员的相互合作,辛苦的搜集资料,还有耐心的完成一大堆 繁琐的计算以及认真的完成画图。

后文: 因为 word 文档涉及到格式要求,请大家不要直接复制下载,同时也珍重作者劳动成果 Word 中所用的 CAD 图已发到网盘,请大家点击下面链接下载 链接:http://pan.baidu.com/s/1bnpfY1L 密码:539s
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