机械原理课程设计.docx
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机械原理课程设计
机械原理课程设计
题目：
冲压机构及送料机构设计１
目录
一设计任务
1.设计题目…………………………………
2.原始数据和设计要求……………………
二所选方案
1.方案分析………………………………………
2.分析结论………………………………………
三机构的设计
1.几何尺寸的确定………………………………
2.机构运动简图的绘制…………………………
3.机构的设计数据………………………………
四.从动件的运动规律及简图
1.位移s—ψ简图………………………………
2.速度v—ψ简图………………………………
3.速度a—ψ简图………………………………２
一、设计的任务
1.设计题目
设计冲制薄壁零件（如图1-1所示）的冲压机构及与相配合的送料机构。
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。
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。
图1-1
2.原始数据和设计要求
图1-2
1.动力源是电动机，作转动；从动件（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1-2所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性。
2.构应具有较好的传动性能，特别是工作段的压力角α应尽可能小；传动角γ大于或等于许用传动角[γ]
3.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.执行构件（上模）的工作长度l=50—100mm,对应曲柄转角ψ=（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。
6.行程速度变化系数K≥1.5。
7.许用传动角[γ]=40°。
8.送料距离H=60~250mm。
9.建议主动件角速度取ω=1rad/s
10.对机构进行动力分析，所需参数值建议如下选取
（1）设连杆机构中各构件均为等截面匀质杆，其质心在杆长中点，而曲柄的质心与回转轴线重合。
（2）设各构件的质量按每米40kg计算。
绕质心的转动惯量按每米2kg.m²计算。
（3）转动滑块的质量和转动惯量不计；移动滑块的质量36kg。
（4）载荷5000N；按平均功率选电动机。
型号如下：
同步转速为1500r/mim４
电动机型号额定功率（KW）满载转速（r/min）
Y90L-41.51400
Y100L1-42.21420
Y100L2-43.01420
Y112M-44.01440
（5）曲柄转速为70r/mim.在由电动机轴至曲柄轴之间的传动装置中（如图1-3）,可取带的传动比I=1.9
（6）传动装置的等效转动惯量为30kg.m²
（7）机器运转不均匀系数δ不超过0.05。
图1-3
二、所选方案
根据要求，所选方案为图2-1
图2-1
1.方案分析
⑴齿轮-连杆冲压机构
如图2-1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于匀速的要求。
适当选择导路位置，可使工作段压力角α较小。
在ABC摆动导杆机构的摆杆BC反向延长线的D点上加二级杆组连杆和滑块，组成六杆机构。
主动曲柄AB匀速转动，滑块在垂直AC的导路上往复移动，具有较大的急回特性。
（2）凸轮-连杆送料机构
凸轮机构结构简单，紧凑，设计方便，但由于主从动件之间为点接触，易磨损，适用于运动规律复杂，传力不大的场合。
所以送料机构选择凸轮机构。
送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。
按机构运动循环图确定凸轮工作角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将工作送至待加工位置。
2.分析结论
连杆机构最适合用于冲压机构，连杆机构的良好的急回特性基本上满足了冲压机构的运动特性，可以传递较大的力，但一些运动无法满足，即要求在匀速冲压完工件后快速将工件推出这一运动过程不易满足，但冲压工作段的匀速可以达到，连杆机构不适合于高速传动的机构，而且应满足杆件的最小传动角的条件。
总体来说连杆机构满６
足了冲压机构的基本运动特性。
凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连,若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置.
三.机构的设计
1.几何尺寸的确定
（1）导杆摇杆滑块机构的设计（如图3-1）
1）.已知机构的行程速比系数k=1.5,可得极位夹角θ=180°（k-1）/（k+1）=36°
2）.设AB=100mm,以A为圆心，AB长为半径作圆，根据极位夹角θ和A、C共线，即可以确定C的位置，作出两个极限位置B和Bˊ。
3）.设BD=BˊDˊ=500mm，DE=DˊEˊ=150mm，，因为压力角α≤50°，取α=30°，可得EEˊ=159.8mm
4）.BBˊ（逆时针）为下压工作段，将YYˊ的180度角按10度等分，
可得1-17小份，，以C为圆心，CD长为半径，作圆弧交BD和BˊDˊ于D、Dˊ，连接1点和C点交圆弧于1ˊ点,以1ˊ点为圆心，，DE长为半径作圆弧，交EEˊ于1ˊˊ，用同样的方法，可以在EEˊ上找到2ˊˊ，3ˊˊ………17ˊˊ。
5）.EEˊ上17小段的尺寸如图所示，可知从8ˊˊ到14ˊˊ的过程可以看作等速的过程，且δ=60°，其他部分也基本符合给定的要求。
6）.用上述方法设计的机构的尺寸如下：
７
AB=64mm,BD=365mm,DE=116mm.
（2）凸轮机构的设计（如图3-2所示）
1）.确定凸轮机构的S—ψ图。
根据冲压机构的S—ψ图，确定推程运动角和回程运动角。
设凸轮的推程运动角和回程运动角都为60°验证如图3-1验证。
H1和H2都在工作段之外。
2）按许用压力角确定凸轮的中心位置和基圆半径。
因为tanα=|ds/dψ-e|/（r^2-e^2）^1/2,s=60mm，设αmax=30°
所以，ds/dψ=0.057，设e=20mm，可以得出基圆半径r等于70mm。
3）.根据凸轮的s-ψ图，作凸轮的轮廓曲线。
1.以r为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点k为切点，道路与基圆的交点便是初始点C1点，利用反转原理，整个装置以-ω转动。
2.将凸轮的位移线图s-ψ的推程运动角和回程运动角作六等分。
3.自OC0开始沿-ω的方向回程运动角60度，近休止角240度，推８
程运动角60度，在偏距圆上取回程运动角60度和推程运动角60度，将其六等分交偏距圆于一系列的点，然后做个点的切线，交基圆于C1C2……C6、B1B2……B6.
4.沿以上各点取偏移量，C1取60mm，C2取60mm，C3=48mm……C6取0，B1取60mm
，B2取60mm,B3=48mm……B6取0。
5.将C1C2……C6、B1B2……B6连成光滑的曲线，即可得到凸轮的轮廓曲线。
这里小滚子半径为10mm。
4）推杆运动规律
设推杆在推程部分和回程部分都是平均运动，则有推程部分s=60δ/δo回程部分s=60*（1-δ/δo）可以得到推杆运动规律图９
s
图3-3
（3）电动机的设计
因为机构要承受较大的载荷，所以根据我的设计需要，电动机选用额定功率为4.0kw的Y112M-4
（4）轮系的设计（如图3-3）
因为电机轴至曲柄轴之间的传动装置传动带的传动比i=1.9，
i=n1/n2=1.9∵n1=1440∴n2=758r/min
而又要保证冲压机构的工作效率是70件/分钟，
∵i=n1/n3=1
设齿轮机构的中心距a=180mm,查机械设计手册标准齿轮的参数，
∴取模数m=4mm,采用标准直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z3=20，Z2=Z2’=25，
a=m*（Z1+Z2+Z3）/2+m*Z2/2=180mm１０
2.机构运动简图的绘制
3.机构的设计数据
（1）.导杆摇杆滑块机构的尺寸数据
曲柄AB=64mm摇杆BD=365mm
DE=116mm
（2）.导杆摇杆滑块机构的设计数据要求１１
执行构件总行程L=160mm
执行构件工作段的行程l=45mm
行程速比系数k=1.5
摇杆BD摆角θ=36°（0≤θ≤36°）
工作段压力角αmax=30°（α≤30°）
（3）.凸轮的尺寸数据
αmax=30°基圆半径r=70mm
凸轮行程s=60mm凸轮偏心距e=20mm
（4）齿轮的数据
a=180齿轮
模数
齿数
1
4
20
2
4
25
2’
4
25
3
4
20
四.从动件的运动规律
根据VB程序，得到转角φ与从动件位移、速度、角速度的关系φ°
S（mm）
V（m/s）
A（m/s^2）
15
142.3
-0.110
-0.005
30
136.5
-0.166
-0.063
35
120.5
-0.274
-0.077
50
106.3
-0.351
-0.071
65
95.1
-0.409
-0.138
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