机械原理课程设计专用精压机修订版范本.doc

机械原理课程设计专用精压机修订版

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2020年4月19日
文档仅供参考
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机械原理课程设计
设计计算说明书

设计题目
- 学院 专业
- 级 班
学生姓名
完成日期
指导教师 （签字）

重庆大学国家工科机械基础教学基地

1. 设计任务书

1.1 设计题目
专用精压机

1.2 精压机简介
专用精压机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为深筒形。专用精压机的执行机构主要包括冲压机构和送料机构。工作时，要求上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。

1.3 设计条件与要求
1）以电动机作为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图1b所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回等特性。
2）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角g 大于或等于许用传动角[g ] =40°。
3）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）。
4）生产率为每分钟70件。
5）上模的工作段长度l = 30~100mm，对应曲柄转角j0 = (1/3 ~1/2 )p；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。
6）上模在一个运动循环内的受力如图1c所示，在工作段所受的阻力F1=5000N，其它阶段所受的阻力F0=50N。
7）行程比系数K ³1.5。
8）送料距离H = 60 ~250mm。
9）机器运转速度波动系数d 不超过0.05。

1.4 设计任务
1）完成各执行机构的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方案，确定各级传动比，画出机构运动简图；
2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；
3）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出刨刀位移线图，速度线图和加速度线图；
4）用图解法对主执行机构的一个位置进行动态静力分析；
5）用解析法对控制工作台横向进给的凸轮机构进行运动分析；
6）用图解法绘制控制工作台横向进给的凸轮机构的位移曲线及凸轮轮廓曲线；
7）根据机电液一体化策略和现代控制（包括计算机控制）理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。

2. 精压机机构功能分析

2.1精压机工作原理
精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺机构，它将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图所示，加工时，上模1现已逐渐加快的速度接近坯料3，然后以匀速进行拉延成形，随后上模继续下行将成品5推出模腔4，最后快速返回。上模退出固定不动的下模后，送料机构的推料杆2从侧面将新坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。
2.2工艺动作分解
精压机需要完成的工艺动作有以下三个动作：
（1）将新坯料送至待加工位置。
（2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔。
（3）将成品顶出上模

3. 机构方案的设计

3.1机构的选型参考
零件在冲压成形时时，一般要求执行构件先以较小的速度接近坯料，然后匀速拉延成形，最后快速返回，即执行构件在整个行程中要求有等速运动工作段，并具有急回特性。同时希望工作中过程中的压力角尽量小，以保证机构具有良好的传力特性。为实现上述复杂的运动过程，常采用基本机构组合设计。送料机构要求作间歇送进，可结合冲压机构一并考虑。
3.1.1 方案一：齿轮－连杆冲压机构和凸轮－连杆送料机构
如图所示，冲压机构采用有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮2与曲柄DE固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角尽可能小。
送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。

3.3.2方案二：导杆－摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构
如图所示，冲压机构是在摆动导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成。
送料机构的凸轮轴经过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。

3.3.3方案三：六连杆冲压机构和凸轮－连杆送料机构
如图所示，冲压机构由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。
凸轮－连杆送料机构的凸轮轴经过齿轮机构与曲柄轴相连，按机构运动循环图确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。

3.3.4方案四：连杆－凸轮冲压机构和凸轮－连杆送料机构
D
w1
E
B
A
OH1
I
K
PO
G
C
F
L
a
w4212
J
H1
图5 冲压机构方案之四
1
4
如图所示，冲压机构采用有两个自由度的连杆－凸轮组合机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮4与两个凸轮固联）。
送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。

3.2 最终方案的确定
对上述几种设计方案进行分析，方案二中摆动导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合能够达到工作段近于匀速的冲压要求；导杆的传动角较大，传动性能优良；机构的冲击小，对机构的运动实现有利；适当选择导路位置，就可使工作段压力角较小，，而且方案的实用性强；缺点是倒杆机构的横向尺寸较大。方案三，四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近似于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择恰当，可使执行构件在工作段中运动时机构的压力角较小。方案优点是四杆机构制造费用低，基本满足运动要求，结构简单较实用，缺点是横纵尺寸比较大，在要求运动形式转换方面不能准确的满足，而且思安机构和摇杆滑块组合机后运动平稳性不是很好。方案四恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角a 尽可能小；改变凸轮轮廓曲线，可改变C点轨迹，从而使执行构件获得多种运动规律，满足不同工艺要求；但凸轮轮廓曲线确定难度稍大。
几种方案都有不同的基础机构组合而成，且基本都可完成设计要求的运动。综合考虑集中设计方案的优缺点，同时考虑到后期建模、尺寸分析计算的难度以及课程设计的时间要求，经小组讨论决定采用方案二。

4. 传动系统方案设计

4.1 原动机的选用

4.2 传动系统方案设计

5. 工作循环图

5.1 执行机构的型式和行程
1．冲压机构 其功能是先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后继续将成品退出型腔，最后快速返回，其行程是：快速下沉-冲压-低速下沉-回程
2．送料机构 其功能是将坯料快速送到加工位置，其行程是：工作行程-回程-停歇。
5.2 运动循环图设计
1、 确定运动循环周期 设计任务书给定的理论生产率为每分钟70个，则生产该产品的机械工作的循环周期为T=60s/70=0.0.857s。
2、 初步确定各执行机构在一个运动循环中各个形成阶段所需的时间和分配转角。
冲压机运动时间：

角度分配：

5.3 根据以上数据绘制运动循环图

确定各执行机构间额协调配合关系
设 计 计 算 与 说 明
主 要 结 果
6. 机构参数设计
6.1 冲压机构设计
冲压机构设计与分析
输入设计参数
行程速比系数 K=2
插 刀 行 程 H=150mm
曲柄长度 LAB=80mm
连杆长度 LDE =100mm
导路距离 Le =300mm
曲柄角速度 ω =7.33rad/s
曲柄角加速度ε=0rad/s2

（1）.计算基本参数
1、计算极位夹角 ，曲柄角速度，曲柄角加速度

2、求导杆长度，连杆长度，中心距
根据插床机构结构示意图，由几何条件可得

3、求弓形高，导路距离

最大压力角 αmax=5.767°

6.2 送料机构设计
凸轮设计，图解法位移曲线。凸轮轮廓

7. 机构运动和动态静力学分析

7.1 运动分析
7.1.1 主执行机构运动分析
对主执行机构用解析法进行运动分析，由分析结果绘制上模运动线图。如下图：

其中最大压力角。用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证。
1） 机构运动简图
2） 确定构件质心
3） 开始分析

7.1.2 凸轮机构的运动分析1
1）运动分析
用老师推荐用的软件进行凸轮数据计算，选画出凸轮内包络线，设基圆半径 =60mm，=10mm，偏距设为0，许用压力角=50°，推杆行程100mm，推程角 =140°，远停角 =0°，回程角 =100°，近停角 =120°。推程选择正弦加速度，回程选择余弦加速度。在凸轮理论廓线下拉菜单下，选择计算步长为5°，则可自动生成凸轮廓线。在运动学仿真下拉菜单下，设置图形比例为1，位移比例为1，速度比例为0.5，加速度比例为0.3，跃度比例为0.3，则可得到从动件运动规律曲线图。
最后在凸轮廓线参数里生成凸轮的各种数据与图形（轮廓曲线数据，运动规律曲线等）。
进给机构
凸轮从动件杆长(mm)
130
推程许用压力角[a]推程
40°
回程许用压力角[a]回程
50°
滚子半径rr(mm)
10
刀具半径rc(mm)
0.08

然后经过CAD手动输入已建立凸轮轮廓曲线数据，按1:1建立凸轮轮廓曲线二维图，打印，然后描到A3图纸上。

7.2 动态静力分析

8. 参考文献

θ=60.000°

LCD=150.000mm

LAC=160.000mm

b =20.096mm

Le=299.952mm

αmax=5.767°

心得与体会

参考文献

文件袋封面格式

题目：专用精压机
课程设计名称： 机械原理课程设计 年、学期：20 ~20 第 学期
学生所在学院： 机械工程学院 专业、年级、班：
指导教师姓名： 学生姓名：
设计时间： 学生成绩：
建档时间：

课程设计提交材料（袋装内容）
l 设计计算说明书一份（含解析法计算结果与相应线图）；
l 1号图一张（主执行机构运动简图及运动分析和动态静力分析图）；
l 3号图一张（凸轮机构运动简图和运动循环图）；
l 3号图一张（机械系统传动方案设计图）。