机械原理课程设计专用精压机.docx

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机械原理课程设计专用精压机

机械原理

课程设计说明书

设计题目：

专用精压机

专业：

热能与动力工程　　

班级：

109040602　　　

姓名：

********　　　

学号：

*****　　　

指导教师：

****　　　

2011年6月30日

3.1原动机类型的选择

3

3.2主传动机构的选择

4

4．执行机构方案的设计和选择

5、机械系统运动方案的拟定与原理说明

5.1机型的选择

10

5.2自动机的执行机构

10

6、机械系统运动方案的拟定与原理说明.................13

7执行机构的尺寸设计及计

7.冲压结构的计算...........................................13

8、飞轮设计.........................................15

9、动机构的选择与比较..............................15

10、运动循环图.....................................16

11、设计心得与体会.................................17

12总体装配图.............................................19

13、参考文献........................................20

1设计任务

设计一用于薄壁铝合金制件的精压机,并完成有关尺寸的计算和机构选型等要求。

1.1设计题目

专用精压机

1.2工作原理及工艺动作过程

专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。

它是将薄壁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。

1.3原始数据及设计要求

（1）动力源是电动机，作转动；冲压执行构件为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作进给和快速返回的特性。

（2）精压成形制品生产率约每分钟70件。

（3）上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。

（4）行程速比系数K≥1.3。

（5）坯料输送的最大距离200mm。

（6）上模滑块总质量40kg,最大生产阻力为5000N，且假定在拉延区内生产阻力均衡；

（7）设最大摆动件的质量为40kg/mm，绕质心转动惯量为2kgּm2/mm，质心简化到杆长的中点。

其它构件的质量及转动惯量均忽略不计；

（8）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30kgּm2，机器运转许用不均匀系数[δ]为0.05）

（9）机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角

应尽可能小，传动角

大于或等于许用传动角

。

1.4方案设计及讨论

（1）送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、凸轮—连杆组合送料机构、槽轮机构等。

（2）冲压机构为保证等速拉延、回程快速的要求，可采用导杆加摇杆滑块的六杆机构、铰链四杆加摇杆滑块的六杆机构、齿轮—连杆冲压机构等。

（3）工件送料传输平面标高在1000mm左右。

（4）需考虑飞轮设计。

1.5设计任务

1）按工艺动作要求拟定运动循环图。

2）进行送料机构，冲压机构的选型。

3）机械运动方案的评价和选择。

4）按拟定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。

5）进行飞轮设计。

6）画出机械运动方案简图。

7）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

2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。

同时要保证其精压的质量，机构需要匀速的冲压过程，因此我们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，我们将凸轮送料机构改成曲柄滑块送料机构，提高了机构使用的寿命。

为了使整个机构能够快速、紧密、平稳地运行，需要机构的各个部分必须相互配合，并且足够稳定。

3系统传动方案设计

所选原动机及主传动机构应能使精压机机构平稳传动，

3.1原动机类型的选择

电机采用Y系列Y112M-4电机，该电机转速为1480r/min

Y系列（IP44）三相异步电动机Y系列（IP44）电机是全封闭、外扇冷三相鼠笼型一般用途的电机，具有高效、节能、起动力大、噪声低、振动小、可靠性高等特点。

安装尺寸符合IEC标准，功率与机座号的配置关系符合DIN标准。

外壳防护等极IP44。

使用场所：

不可含易燃、易爆或腐蚀性气体。

额定功率：

0.55-315KW额定电压：

380V额定频率：

50HZ机座号：

80-355

能够充分满足机构的需要

冲床传动系统如图5－2所示。

电动机转速经带传动、齿轮传动降低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

。

取带传动的传动比ib=2，则齿轮减速器的传动比ig=10.285，故可选用两级齿轮减速器。

3.2主传动机构的选择

由于凸轮连杆机构不具有高速传递性能，只适用与低速传动，所以原动机和执行机构间传动用齿轮机构传动，可使执行机构传动平稳。

4．执行机构方案的设计和选择

方案设计

送料机构方案1------凸轮机构

凸轮送料机构结构虽然简单但是在起轮廓设计和制造时有其一定的难度，所以一般我们都不采用此种送料机构，况且在送料完成时，推杆不能自动返回，需要在推杆处加一个弹簧装置，才能保证机构顺利的工作。

送料机构方案2------凸轮连杆组合

送料机构由凸轮和连杆机构组成，连杆机构可通过对杆长的计算设计，当选好适合的杆长尺寸后，能实现所需的行程速比以及运动要求。

通过铰链点与杆长的适合选择，能使机构具有较小的压力角和较为理想的传动角，使其达到运动功能，满足传动要求。

凸轮轮廓线可根据运动的要求用机构倒置法求出，从而使送料，冲压和上顶同时完成，并也能满足急回与匀速这一要求，在完成预定运动的同时，使整个加工效率提高。

送料机构方案3------槽轮机构。

槽轮结构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能够平稳地、间歇地进行转位，但由于颤动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不太高的运动机构，因为此机构的传递速度还是比较大的，所以此机构采用槽轮机构，不是很合适的。

送料机构方案4-------曲柄滑块机构

摇杆滑块送料机够可调节其在整个运动中的初始位置使推杆在预定时间将胚料送至待加工的位置。

运动比较平稳，如取一定的偏距，则其也具有急回的特性。

综上所述，方案一采用凸轮机构，机构虽简单，但凸轮的设计较为复杂，给机构制造也带来很大不便，推杆不能顺利返回。

而方案二采用凸轮连杆机构，其缺点与方案一大致相同，方案三槽轮机构不适用与高速运转，方案四曲柄滑块机构尺寸容易设计并且也能准确达到送料的目的。

所以采用方案四作为送料机构。

冲压机构选型

方案1导杆加摇杆滑块六杆机构

其冲压机构我们是参考《机械原理》书中的机构，当然我们对其进行了改进，将其凸轮机构的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给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回特性，摇杆滑块机构的组合可按照要求使上模在工作段接近于匀速。

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的要求。

适当选择导路位置，可使工作段压力角

较小。

方案2铰链四杆机构加摇杆滑块六杆机构

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的。

四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点的位置。

若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角γ满足要求，压力角

较小。

能够满足等速拉伸、回程快速的要求。

方案3齿轮-----连杆冲压机构

齿轮具有传动平稳，能够高速运转，由齿轮和连杆串联的机构，可以更好的按照其要求得行程速比来设计所要求的机构。

综上所述，我们在这儿选择的是方案2，能够满足冲压机构等速拉伸，回程快速的基本要求。

还有其结构比较紧凑，简单。

能够要求的性能指标，制造起来也比较方便。

所以，最后我们小组进行了讨论和对比。

各个方案都是有不同的基础机构组成而成，且各个机构均能基本完成设计要求的运动。

但是在我们查阅资料后，我们决定采用摆动导杆冲压机构+曲柄—滑块送料机构，虽然凸轮能够可以无困难地设计出其轮廓曲线，使其满足规定的运动规律，，但在制造中，难以实现轮廓线的实现，凸轮与从动件的点或线的高副接触是很易磨损的。

而设计要求中机构要每分钟生产约70件，机构的运转速度较大。

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。

因此我们选取摆动导杆冲压机构+曲柄—滑块送料机构。

由于题目中要求，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，以后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回，所以在这里，我们就不需要在设计上顶装置。

5、机械系统运动方案的拟定与原理说明

5.1机型的选择

从产品的数量上看，属于大批量生产，选择全自动机型。

从产品的工艺过程看，选择直线式工艺路线的自动机型。

根据工艺路线分析，实际实现功能需要三个工位：

推板送料，摆杆—导杆冲压机构冲压，将成品从下模推出腔体。

5.2自动机的执行机构

送料机构

冲压机构

冲压机构在完成冲压这个过程是具有急回特性，能够满足题目中的要求，等速拉延，回程快速等要求。

整个装置的结构简图如下：

整个机械结构的工作原理：

如上图的机械运动结构简图：

曲柄----滑块结构将坯料推到待加工位置。

电动机输入的动力通过大齿轮传动给上下两个小齿轮，下面的齿轮上面焊接了一个曲柄通过齿轮的转动，带动曲柄转动，从而完成送料的过程。

大齿轮带动上面的齿轮转动，小齿轮上也焊接了一个曲柄，曲柄通过滑块与摇杆相连接，摇杆带动导杆上下运动，在向下完成冲压的过

程中，几乎是接近匀速的向下的时候，冲压坯料，成型后，继续向下将成品推出下模，向上回去的时候，具有急回运动特性。

6、机械系统运动方案的拟定与原理说明

由于在设计时需要考虑到电机输出功率的传递效率问题，电机应该安装在靠近工作件的齿轮轴上，又由于大齿轮输入动力时可以传递较大的扭矩，所以电动机安在大齿轮上，然而根据要求：

每分钟生产70个工件，则电机的转速可以确定为35rpm，曲柄为等效构件时等效转动惯量为30kg﹒m2,工作台高在1000mm左右，为了方便计算和统一，取2个大齿轮的直径为D=600mm，取小齿轮直径为d=300mm，所有齿轮均取模数m=10，小齿轮与大齿轮的传动比i=2，故最上面的小齿轮的转速为70r/min，大齿轮的转速为35r/min。

即为W小=2W大=（70*2*3.14）/60=7.3rad/s。

JA=16JF*m=40kg

当以曲柄为等效转动构件时：

Je=3JA/2+16JA/4+40（V2/W小2）/2=30

这里V是上模的平均速度，V=0.28/60=0.0046m/s

解得J小=5.45kg·m2,J大=87.27kg·m2

为了算电动机的功率，先假设能量守恒：

P=3J小W小2/2+2J大W大2/2+mV2/2+5000*0.1=2097W

考虑到齿轮传输中的机械损失，取功率为2.5kw的电机。

所以可以确定电机的型号为功率2.5kw，输出转速为35r/min的交流电动机。

7执行机构的尺寸设计及计算

7.1冲压结构的计算：

要求行程比系数为K>=1.3，这里我们取K=1.5，则有：

极为夹角=180。

*（K-1）/（k+1）=36。

要求上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。

冲压机构最高点到最低点的距离为140mm，则有：

CD=H/sin18。

=453mm

取AB=250mm,则AC=809mm

7.2传动机构尺寸设计：

取曲柄滑块送料机构的曲柄HG=100mm，接触工件的推板宽高位200mm，根据行程速比K计算得连杆JH=224mm，冲程L=324mm。

机构运动方案简图如下：

8、飞轮设计

由于机械运转过程中有周期性速度波动，所以我们必须进行飞轮设计，处于各种原因考虑，我们应该考虑到飞轮必须按照速度较高的齿轮上，比如说安装在最下面的那个齿轮上，用来机构运动引起的周期性速度波动。

由《机械原理》书可知，具体设计方案需要根据起速度不均匀系数来确定。

9、动机构的选择与比较

方案一链条机构＋轮系

方案二皮带机构＋轮系

方案三纯轮系

由于考虑到机构的高传动性要求，皮带机构+轮系就难以满足要求，因为皮带轮在一段时间后较易打滑。

并且我们要保持工作台的清洁，但链条机构为了有良好的传动性能要加润滑剂会弄脏工作台，故不适合。

齿轮机构不仅具有良好的传动性能，而且其紧凑的结构能大大节约空间。

同时，主要对齿轮稍作尺寸上的改动就能大大提高其承载能力，提高使用寿命，所以纯轮系最为合适。

但是电动机输出必须采用皮带传动。

10、运动循环图

我们采用圆环流程图的方式来表示机构的整个工作流程。

11、设计心得与体会

通过接近一周的机械原理课程设计,我有很多的感触收获.

首先,对机械原理这门课程有了更深入的了解.本小组采用了曲柄摇杆机构和齿轮传动的理论知识，采用CADZ制图工具，成员分工明确，画图，处理数据，考虑结构机构的运动分析，平时的只停留在一个初等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题,但在自己做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,是自己对自己所学的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能把所学的理论运用到实际中,这才是我们学以所获,学以致用的真正宗旨,这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力,这也更是从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作中游刃有余,才能为机械工业的发展尽绵薄之力.

其次对所学的专业课产生了很大的兴趣.在做设计的过程中,发现机械的很多东西渗透在我们生活的方方面面,小到钟表,大到航天器，都用到了机械的相关内容。

这也给自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培养。

由于这是第一次设计，难免会遇到一些问题，个人能力有限，希望老师以后多多指点。

最后对团队的合作有了更深的体会。

每个人不可能方方面面都会，这就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，这样才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作中，团队合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心血，这样才能是企业有长远的发展。

虽然这次设计已告一段落，但是我知道学海无涯、学无止境，这是一个结尾，同时也只是一个开始。

今后，我会以更饱满的热情投入到今后的学习生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。

总体装配图

参考文献

[1]孙桓，陈作模．机械原理[M]．北京：

高等教育出版社，2005

[2]侍红岩.机械原理课程设计指导书

[3]孙恒、陈作模、葛文杰机械原理西北工业大学第七版