机械原理课程设计薄壁零件冲床设计.docx

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机械原理课程设计薄壁零件冲床设计

机械原理

课程设计

院系:

机电工程学院班级：

机自本三

姓名：

万森

学号：

10050203039

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

１

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。

上模先以比较快的速度接近坯料，然后以接近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（下模上面），完成一个工作循环。

设计能使上模按照上述要求加工零件的冲压机构和从侧面送料的送料机构。

图1-1

２

2．原始数据

图1-2

1.采用一台1450r/min的三相异步电动机驱动，下模固定，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、匀速工作进给和快速返回的特性。

2.机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]=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.执行构件（上模）的工作长度l=40—110mm,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，行程速度变化系数K≥1.5。

7.送料距离H=60-250mm。

8.速度不均匀系数，波动3%-5%

３

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。

（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

４

3.设计要求

1.绘制工作循环图

2.确定各构件的相对长度

3.拟定具体方案

4.说明：

仅作运动分析不作动力分析

工作循环图

５

二、所选方案

根据要求，所选方案如图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。

６

（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.

７

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BˊD

ˊ于D、Dˊ，连接1点和C点交圆弧于1ˊ点,以1ˊ点为圆心，，

８

DE长为半径作圆弧，交EEˊ于1ˊˊ，用同样的方法，可以在EE

ˊ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：

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。

９

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

１０

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3-4）

１１

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=1440r/min∴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=180mm

2.机构运动简图的绘制

图3-4

B

A

C

D

O

E

FH

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=365mmDE=116mm

（2）.导杆摇杆滑块机构的设计数据要求

１２

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

１３

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°

15

S（mm）

142.3

V（m/s）

-0.110

A（m/s^2）

-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

80

84.2

-0.437

-0.043

95

74.6

-0.451

-0.028

105

65.1

-0.479

-0.012

120

54.8

-0.498

0.003

135

43.9

-0.490

0.018

150

34.2

-0.472

0.033

165

27.1

-0.436

0.049

180

18.2

-0.388

0.063

195

9.2

-0.323

0.074

210

2.5

-0.235

0.075

225

7.5

-0.112

0.098

240

16.5

0.205

0.112

255

24.6

0.522

0.244

270

35.4

0.711

0.509

285

52.6

1.201

0.556

300

70.5

1.362

0.257

315

95.3

1.045

-0.135

330

112.8

0.584

-0.338

345

130.5

0.228

-0.652

360

150.0

-0.007

-0.495

（1）位移s—ψ图

由图3-1，从Bˊ没取10°转一周，截取各段的位移得到下图：

１４

（2）.速度—ψ图

１５

（3）加速度图

１６