专用精压机运动简图的设计修改版.docx
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专用精压机运动简图的设计修改版
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）第二学年第二学期
课程名称指导教师职称
学生姓名专业班级学号
题目专用精压机运动简图的设计
成绩起止日期2011年6月27日～2011年7月1日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
若干
张
4
5
6
机械原理课程设计
设计说明书
专用精压机运动简图的设计
起止日期：
2011年6月27日至2011年7月1日
学生姓名
罗清亮
班级
机械0907
学号
09405700736
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2009年6月27日
目 录
0.课程设计任务书·······························2
1.设计题目·····································3
2.机械机构功能的简单分析·······················3
3.根据工艺动作和协调要求拟定循环图·············4
4.执行机构选形·································5
5.执行机构的选择和比较·························5
6.机构运动简图·································9
7.机构尺寸的设计计算···························9
8.机构的运动学分析（速度与加速度分析）···········12
9.精压机的三维建模····························15
10.参考资料···································16
11.设计总结···································16
湖南工业大学
课程设计任务书
2010—2011学年第2学期
机械工程学院（系、部）机械类专业机械0907班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
专用精压机运动简图的设计
完成期限：
自2011年6月27日至2011年7月1日共1周
内
容
及
任
务
原始数据及设计要求
一.
1）冲压执行构件具有快速接近工件，等速下行拉伸和快速成型返回的运动特性；
2）制成品生产率每分钟90件；
3）形程速度变化系数K≥1.3；
4）坯料最大输送距离200mm；
5）上模滑块总质量40kg，最大生产阻力5000N，且假设在拉延区内生产阻力均衡；
6）
设最大摆动构件线质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2kg·m2/m，质心简化到杆长中点，其他构件质量及转动惯量均忽略不计。
二、设计任务
1）冲压机构和送料机械运动方案的拟定；
2）完成工作循环图；
3）对各方案进行定性分析与筛选，选定设计方案；
4）冲压机构的型综合和运动设计；
5）传动系统的设计计算；
6）执行机构的运动尺寸设计；
7）绘制正式的整机机构运动简图。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6.27-6.29
构思该机械运动方案
6.29-6.30
运动分析及作图
7.1
整理说明书与答辩
主要
参考
资料
1、朱理主编，机械原理，高等教育出版社
2、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社
指导教师：
银金光2011年7月1日
1.设计题目：
专用精压机运动简图设计
1.1设计原理：
专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。
它是将薄铝板一次冲压成为深筒形。
它的工艺动作主要有：
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。
图1
1.2设计要求：
1）制成品生产率每分钟90件；
2）形程速度变化系数K≥1.3；
3）坯料最大输送距离200mm；
4）上模滑块总质量40kg，最大生产阻力5000N，且假设在拉延区内生产阻力均衡；
5）设最大摆动构件线质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2kg·m2/m，质心简化到杆长；中点，其他构件质量及转动惯量均忽略不计。
2.机械机构功能的简单分析
2.1机械机构功能的简单分析
本机构加工的主要为铝合金制件，且需要一次冲压成形。
故机构需要较大的冲压力来实现。
同时要保证精压的质量，机构需要匀速的冲压过程，因此采用具有较好传动性和较高接触强度的齿轮机构。
考虑到工作效率的要求，将凸轮送料机构改成曲柄滑块送料机构，提高了机构的使用寿命。
为了使整个机构能够快速，紧密，平稳的运行，需要机构的各个部分必须相互配合，并且足够稳定。
2.2动作分解
为使执行机构满足预定的功能要求，应该将机械的总功能分解成若干个分功能，每个分功能由一个执行机构去完成。
在本专用精压机构，整个机构可以分为两大执行构件：
送料机构和冲压机构。
它们根据执行机构的功能要求去完成规定的动作。
具体的工艺动作分解如下：
1）送料机构从侧面将坯料送至待加工位置；
2）上模先以较大的速度接近坯料；
3）上模以近似匀速进行拉延成形工作；
4）上模继续下行将成品推出型腔；
5）上模快速返回，完成一个冲压工作循环。
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
由机构运动循环图（图2）可知：
机构在一个运动周期内，当上模运动在她的正行程时，推杆和上顶机构都再回程中；当上模冲压完成之后，推杆开始将坯料输送至待加工位置，上顶机构也同时将成品顶出下模，实现一个工作周期。
图2
4.执行机构选型
由上述分析可知，精压机机构有由三个分支：
一为实现竖直运动的冲压机构，二为实现水平运动的送料机构；三是实现让成品脱落的上顶机构。
此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节（也可能是机构）。
冲压机构设计过程：
实现竖直运动的冲压机构应有下述几种基本运动功能：
1）：
上模要完成每分钟90次往复移动运动，所以机构的主动构件转速应为90r／min，以电动机作为原动力，则主加压机构应有运动缩小的功能
2）因上模是往复运动，故机构要有运动交替的功能
3）原动机的输出运动是转动，上模是直移运动，所以机构要有运动转换的功能
4）因有保压阶段，所以机构上模在下移行程末端有较长的停歇或近似停歇的功能；
5）因冲头压力较大，所以希望机构有增力的功能，以增大有效作用力，减小原动机的功率。
同理设计送料机构也要满足类似功能。
对各种类型的机构进行专业和有多种结果，下面仅选取四种进行分析说明。
5.执行机构的选择和比较
5.1冲压机构和送料机构的组合
方案一凸轮—连杆冲压机构+摆杆—滑块送料机构（图3）
冲压机构由凸轮控制其运动方式，无太大的受力，需要的传动结构简单，通过倒置法能够确定凸轮的大致轮廓。
送料机构是由摆杆滑块机构组成的，按机构运动循环图可以确定摇杆工作位置和从动件的运动规律，使其能在规定时间内将工件送至待加工位置。
图3
方案二摇杆—滑块冲压机构+曲柄滑块送料机构（图4）
该方案自由度为一，自由度等于原动件数，能够满足传动要求。
机构的加压时间可以较长，效率高，结构简单，装配较容易，但是一级传动角较小。
图4
方案三导杆—摇杆滑块冲压机构+凸轮送料机构（图5）
如图所示，冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。
导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近似匀速的要求。
适当选择导路位置，可以使工作段压力角较小。
送料机构的凸轮通过齿轮机构与曲柄相连。
按机构运动间将工件送至待加工位置。
图5
方案四摆动导杆冲压机构+曲柄—滑块送料机构（图6）
如图所示，冲压机构经过改进，将其凸轮机构高副低代后得到了由摇杆和滑块组成的摆动导杆机构。
导杆机构的尺寸确定可按照给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回的特征，摇杆滑块机构的组合可以按照要求使上模在工作段接近于匀速。
送料机构：
摇杆滑块送料机构通过齿轮于上部曲柄轴相连。
可以调节其在整个运动中的初始位置使推杆在预定时间将坯料送至待加工的位置。
如取一定的偏矩，则其也具有急回的特征。
图6
5.2上顶机构的设计
考虑到实际配料被冲压成形以后如果还留有切边，那么成品就不能从下模的下部离开，因此我们需要设计一个上顶机构（图7）。
使得成品可以由下模滑块将其延机构垂直顶出，然后同时由下一个送来的配料将其横向地推出下模工作台面。
这个“上顶”机构的运动方向基本和上模相同，上模在回程时呈现出急回的特征，而“上顶”机构为了迅速的将成品顶出，下模滑块需要急速向上运动的特征。
图7
5.3冲压机构和送料机构的评价和选定
在四种方案提出后，进行对比。
各个方案都由不同的基础结构组合而成，且其基本都可以完成设计要求的运动。
但是考虑到机构的性能，加工成本和后期的建模，分析等的方便，嘴和经过和同学讨论，决定采用方案四。
分析：
方案一虽然能够可以无困难的设计出其轮廓曲线，使其满足规定的运动规律，但凸轮与从动件的点或者线的高副接触是很容易磨损的。
而且设计要求中机构每分钟生产约90件，机构的运转速度很大。
并且其上模滑块的总质量为40kg，最大生产阻力为5000N，故需要其机构较好的传力性能，而凸轮机构不适用于传力过大的场合。
方案二虽然能够完成设计要求的运动，但是其稳定性不高。
方案三虽然冲压机构中的齿轮传递容易控制，使得滑块得到精确地控制。
但是齿轮凸轮机构间的配合难度较大，还有一定的冲击，平稳性不高，费用比较高。
方案四可以满足急回运动的要求，输送配料上工作台和上模冲压这两个工作步骤也可以较容易的配合出来，使整个机构完成一次送料冲压的周期。
因此通过分析后，决定采用第四种方案。
最终决定的专用精压机机构的运动简图（图8）
图8
6.机构运动简图
机构的工作原理：
如图8所示，摇杆—滑块送料机构JHG用推板K将待加工工件推到预定加工位置（D、Q的正下方）。
在送料机构JHG送料后回程时，上模滑块冲压机构CBA已经入工作阶段。
D处滑块先快速接近工件，再以等速对其进行冲压，同时下模滑块冲压机构PNM恰好达到最低极限位置顶住工件。
当冲压完成后，上模冲压机构CBA滑块急回向上退回，而下模冲压机构PNM由最低位置急速向上运动顶出工件。
此时送料机构JHG再次送料，新的待加工工件在成品被完全顶出时到达预定位置，将成品推到下工作台上自身到达预定位置加工。
这样就完成了一个周期的动作。
7.机构尺寸的设计计算
7.1上模冲压机构的尺寸设计
因为要求K≥1.3，取K=1.8，计算得到极位夹角θ=520；
另外要求上模的总行程H=280mm
设α为DE与竖直方向夹角
由前图可知：
2*CD*sin（θ/2）+DE*（1-cosα）=280
且因β极小
上式可以变为：
2*CD*sin（θ/2）=280
得CD=320mm
取曲柄AB=250mm,得知AC=513mm
7.2传动系统尺寸设计
整个机构的传动机构是由5个齿轮组成的，2个大齿轮F,L的存在是为了帮助三个小齿轮之间的传动，并让三个主要负责机构运动特征的小齿轮的转速和转向都一致。
为了计算的统一和方便，取3个小齿轮的尺寸相同，分度圆直径为300mm，2个大齿轮的尺寸相同，分度圆直径为600mm，取模数m=10mm,则得出小齿轮的齿数z=30，大齿轮的齿数z=60。
为了使推杆具有急回特征，使其在回程时不与坯料碰撞，取其正偏矩e=150mm。
7.3.1槽轮间隙送料机构（图9）
根据公式：
R=L*sin（π/z）
S=L*cos（π/z）
h>=2（L-R-r）
b<2（L-R-r）
取拨轮和槽轮的中心距L=200mm
槽轮的槽数为4
则得R=S=141.42mm。
图9
7.3.2槽轮机构的运用
如图10所示，拨盘与黑色齿轮通过圆锥齿轮配合，槽轮与一齿轮相连，以驱动传送带间隙送料。
图10
8.机构的运动学分析（速度与加速度分析）
8.1上模冲压机构的运动学分析
图11
上模由图示位置开始运动，在0到0.537〞内为向下冲压的正行程，在0.537〞到0.870〞为向上的回程。
在正行程内，上模将快速接近工件，等速拉延完成冲压工作。
在回程内，因其所用时间明显比正行程少，所以上模具有急回的特征，等待推杆将坯料送至待加工位置。
因上模和推杆的转速相同，即其运动周期相同，这样就可使两者的运动相配合，不断的完成加工过程。
图12
正行程时，从0到0.152〞内，上模速度由慢到快，实现快速接近工件；之后到0.522〞为止其速度接近等速，同时完成其等速冲压过程。
在回程时，上模的速度远大于正行程的速度，实现快速返回，完成一个循环周期。
图13
在上模加速曲线中，上模快速回程的过程中，会出现极大的加速度，其引起的惯性力也很大，对与上模相连的机构造成很大的负荷，极易造成机械疲劳，增大危险系数。
所以在实际生产中应用改善机构的材料等方法避免危险的发生。
8.2推杆的运动学分析
图14
推杆的位移曲线中，如图所示，在0.261″时推杆已将坯料送至了待加工位置，此时上模正好已在正行程中并接近了下模，即将开始冲压。
再经过约0.4″推杆到了初始位置，开始推送下一个送来的胚料
图15
在速度曲线中，由上图可知，推杆在回程中的速度也远大于正行程时的速度，说明推杆机构的偏距e使其也具有了急回的特性。
推杆的急回不仅有利于效率的提高，更可防止推杆在回程时与下一个送来的胚料发生碰撞。
图16
由于推杆在回程中速度较大，所以其加速度也大，造成机构惯性力加大，需与上模机构一起采取相应的措施来避免惯性力对机构寿命的影响。
8.3上顶机构的运动学分析
图17
由上顶机构与上模的位移比较图可知，其运动位移基本与上模相同，这个特性使其在上模冲压完后回程时，上顶机构开始将成品顶出下模，与推杆的运动相配合可使成品在被顶出下模的同时借由下一个胚料的推力将自身推出下模的工作台，正式完成一次产品的生产。
9.精压机的三维建模
根据上述设计做出三维模型
10.参考资料
3、朱理主编，机械原理，高等教育出版社
4、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社
11.设计总结
一周的课程设计结束了，在银金光老师的指导下，在同学们的帮助下，我完成了此次的机械原理课程设计。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导和同学的帮助下，终于得到解决。
在今后社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
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