机械原理专业课程设计项目说明指导书凸轮送料机构.doc

冲床冲压机构、送料机构及传动系统设计

一、设计题目
设计冲制薄壁零件冲床冲压机构、送料机构及其传动系统。冲床工艺动作如图5—1a所示，上模先以比较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，此后上模继续下行将成品推出型腔，最后迅速返回。上模退出下模后来，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完毕一种工作循环。

图1 冲床工艺动作与上模运动、受力状况

规定设计能使上模按上述运动规定加工零件冲压机构和从侧面将坯料推送至下模上方送料机构，以及冲床传动系统，并绘制减速器装配图。

二、原始数据与设计规定

1．动力源是电动机，下模固定，上模作上下往复直线运动，其大体运动规律如图b）所示，具备迅速下沉、等速工作进给和迅速返回特性；
2．机构应具备较好传力性能，特别是工作段压力角应尽量小；传动角γ不不大于或等于许用传动角[γ]=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．生产率约每分钟70件；
5．上模工作段长度L=30~100mm，相应曲柄转角j0=（1/3~1/2）π；上模总行程长度必要不不大于工作段长度两倍以上；
6．上模在一种运动循环内受力如图c）所示，在工作段所受阻力F0＝5000N，在其她阶段所受阻力F1＝50N；
7．行程速比系数K≥1.5；
8．送料距离H=60~250mm；
9．机器运转不均匀系数δ不超过0.05。
若对机构进行运动和动力分析，为以便起见，其所需参数值建议如下选用：
1）设连杆机构中各构件均为等截面均质杆，其质心在杆长中点，而曲柄质心则与回转轴线重叠；
2）设各构件质量按每米40kg计算，绕质心转动惯量按每米2kg·m2计算；
3）转动滑块质量和转动惯量忽视不计，移动滑块质量设为36kg；
4）传动装置等效转动惯量（以曲柄为等效构件）设为30kg·m2；
5 ) 机器运转不均匀系数δ不超过0.05。

三、传动系统方案设计
冲床传动系统如图5－2所示。电动机转速经带传动、齿轮传动减少后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为1500r/min，可选用如下型号：
电机型号          额定功率（kw）     额定转速（r/min）
Y100L2—4              3.0                1420
Y112M—4              4.0                1440
Y132S—4              5.5                 1440
由生产率可知主轴转速约为70r/min，若电动机暂选为Y112M—4，则传动系统总传动比约为。取带传动传动比ib=2，则齿轮减速器传动比ig=10.285，故可选用两级齿轮减速器。

图2  冲床传动系统

四、执行机构运动方案设计及讨论
该冲压机械包括两个执行机构，即冲压机构和送料机构。冲压机构积极件是曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（称工作段），并具备急回特性；机构还应有较好动力特性。要满足这些规定，用单一基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现。因而，需要将几种基本机构恰本地组合在一起来满足上述规定。送料机构规定作间歇送进，比较简朴。实现上述规定机构组合方案可以有许各种。下面简介几种较为合理方案。
1．齿轮—连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构
如图5—3所示，冲压机构采用了有两个自由度双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一种自由度。恰本地选取点C轨迹和拟定构件尺寸，可保证机构具备急回运动和工作段近于匀速特性，并使压力角尽量小。

图3 冲床机构方案之一

送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联构成，按机构运动循环图可拟定凸轮推程运动角和从动件运动规律，使其能在预定期间将工件推送至待加工位置。设计时，若使lOG

2．导杆—摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构
如图5—4所示，冲压机构是
在导杆机构基本上，串联一种摇
杆滑块机构组合而成。导杆机构
按给定行程速比系数设计，它和
摇杆滑块机构组合可达到工作段近
于匀速规定。恰当选取导路位置，
可使工作段压力角较小。
送料机构凸轮轴通过齿轮机
构与曲柄轴相连。按机构运动循环
图可拟定凸轮推程运动角和从动件
运动规律，则机构可在预定期间
将工件送至待加工位置。
图4冲床机构方案之二
3．六连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构
如图5—5所示，冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选取连杆长LEF及导路位置，按工作段近于匀速规定拟定铰链点E位置。若尺寸选取恰当，可使执行构件在工作段中运动时机构传动角γ满足规定，压力角较小。
凸轮送料机构凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图拟定凸轮转角及其从动件运动规律，则机构可在预定期间将工件送至待加工位置。设计时，使LIH组合，根据滑块D运动规定，拟定固定凸轮轮廓曲线。
料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成，若按机构运动循环图拟定曲柄摇杆机构尺寸，则机构可在预定期间将工件送至待加工位置。

图6冲床机构方案之四

选取方案时，应着重考虑下述几种方面：
1）所选方案与否能满足规定性能指标；
2）构造与否简朴、紧凑；
3）制造与否以便，成本可否减少。
通过度析论证，方案1是四个方案中最为合理方案，下面就对其进行设计。

五、冲压机构设计
由方案1图5—3可知，冲压机构是由七杆机构和齿轮机构组合而成。由组合机构设计可知，为了使曲柄AB回转一周，C点完毕一种循环，两齿轮齿数比Z1/Z2应等于1。这样，冲压机构设计就分解为七杆机构和齿轮机构设计。
1．七杆机构设计
设计七杆机构可用解析法。一方面依照对执行构件（滑块F）提出运动特性和动力特性规定选定与滑块相连连杆长度CF，并选定能实现上述规定点C轨迹，然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE尺寸。
设计此七杆机构也可用实验法，现阐明如下。
如图5—7所示，规定AB、DE均为曲柄，两者转速相似，转向相反，并且曲柄在角度范畴内转动时，从动件滑块在L=50mm范畴内等速移动，且其行程H=90mm。

图7  七杆机构设计

1）任作始终线，作为滑块导路，在其上取长为L线段，并将其等分，得分点F1、F2、…、Fn（取n=5）。
2）选用LCF为半径，以Fi各点为圆心作弧得K1、K2、…、K5。
3）选用LDE为半径，在恰当位置上作圆，在圆上取圆心角为弧长，将其与L相应等分，得分点D1、D2、…、D5。
4）选用LDC为半径，以Di为圆心作弧，与K1、K2、…、K5相应交于C1、C2、…、C5。
5）取LBC为半径，以Ci为圆心作弧，得L1、L2、…、L5。
6）在透明白纸上作适量同心圆弧。由圆心引5条射线等分（射线间夹角为）
7）将作好图透明纸覆在Li曲线族上移动，找出相应交点B1、B2、…、B5，便得曲柄长LAB及铰链中心A位置。
8）检查与否存在曲柄及两曲柄转向与否相反。同样，可以先选定lAB长度，拟定lDE和铰链中心E位置。也可以先选定LAB、LDE和A、E点位置，其办法与上述相似。
用上述办法设计得机构尺寸如下：
LAB=60mm， LDE=57mm， LAE=120mm， LBC=240mm， LDC=220mm， LCF=200mm，A点与导路垂直距离为320mm，E点与导路垂直距离为200mm。
2．齿轮机构设计
此齿轮机构中心距a=120mm，模数m=5mm，采用原则直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z2=24，ha*=1.0。
计算可得：

六、七杆机构运动和动力分析
用图解法对此机构进行运动和动力分析。将曲柄AB运动一周360°分为18等份，得分点B1、B2、…、B18，针对曲柄每一位置，求得C点位置，从而得C点轨迹，然后逐个位置分析滑块F速度和加速度，并画出速度线图，以分析与否满足设计规定。
图5—8是冲压机构执行构件速度与C点轨迹相应关系图，显然，滑块在F4~F8这段近似等速，而这个速度值约为工作行程最大速度40%。该机构行程速比系数为

故此机构满足运动规定。

在进行机构动力分析时，先根据在工作段所受阻力F0＝5000N，并以为在工作段内为常数，然后求得加于曲柄AB平衡力矩Mb，并与曲柄角速度相乘，获得工作段功率；计入各传动效率，求得所需电动机功率为5.3KW，故所拟定电动机型号Y132S—4（额定功率为5.5KW）满足规定。
七、机构运动循环图
根据冲压机构分析成果以及对送料机构规定，可绘制机构运动循环图 (图5—9)。当积极件AB由初始位置（冲头位于上极限点）转过角ja（=120°）时,冲头迅速接近坯料；又当曲柄由转到jb（=200°）时，冲头近似等速向下冲压坯料；当曲柄由jb转到jc（=240°）时，冲头继续向下运动，将工件推出型腔；当曲柄由jc转到jd（=300°）时，冲头正好退出下模，最后回到初始位置，完毕一种循环。送料机构送料动作，只能在冲头退出下模到冲头又一次接触工件范畴内进行。故送料凸轮在曲柄AB由320°转到400°完毕升程，而曲柄AB由400°转到480°完毕回程。

八、送料机构设计
送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成，设计时，应先拟定摇杆滑块机构尺寸，然后再设计凸轮机构。

1．四杆机构设计
根据滑块行程规定以及冲压机构尺寸限制，选用此机构尺寸如下：
LRH=60mm，LOH=140mm，O点到滑块RK导路垂直距离=167mm，送料距离取为90mm时，摇杆摆角应为35°。

2．凸轮机构设计
为了缩小凸轮尺寸，摆杆行程应小AB，故取，最大摆角为35°。因凸轮速度不高，故升程和回程皆选等速运动规律。因凸轮与齿轮2固联，故其等速转动。用作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径r0=51mm，滚子半径rT=6mm。

九、速度、加速度分析
用图解法对此机构进行运动和动力分析。将曲柄AB运动一周360°分为18等分，得等分点B1、B2、…B18，针对曲柄每一位置，求得C点位置，从而得C点轨迹，然后逐个分析滑块F速度和加速度。

（计算成果）
（计算内容）