機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-沖壓機(jī)構(gòu)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)項(xiàng)目：沖壓機(jī)構(gòu)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 校 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化_班 級(jí) _姓 名 _學(xué) 號(hào) _指導(dǎo)老師 _ _ 2016年1月4日背景機(jī)械生產(chǎn)與我們生活息息相關(guān)，國(guó)內(nèi)各大企業(yè)紛紛面臨客戶需求多元化及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)化地嚴(yán)重挑戰(zhàn)，因此提高機(jī)械生產(chǎn)效率是國(guó)內(nèi)企業(yè)的首要任務(wù)。目前我國(guó)的汽車制造業(yè)飛速的發(fā)展，面對(duì)這一情況，我國(guó)的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，有中型機(jī)械壓力機(jī)及其覆蓋件生產(chǎn)線，無(wú)模多點(diǎn)成形壓力機(jī)，數(shù)控板沖,剪，拆床機(jī)及柔性加工生產(chǎn)線，無(wú)模多點(diǎn)成形壓力機(jī)，高速壓力機(jī)等。國(guó)外沖壓機(jī)床開(kāi)始采用伺服電機(jī)+數(shù)控的方式進(jìn)行控制。在現(xiàn)有的伺服壓力機(jī)產(chǎn)品方面，有小松公司設(shè)計(jì)制

2、造的HIF系列復(fù)合型壓力機(jī)，會(huì)田公司的NSI-D系列數(shù)控伺服壓力機(jī)，山田公司的Svo-5型于Mag-24型伺服壓力機(jī)，綱野公司的ServoLink型伺服壓力機(jī)，以以及金豐公司的CMI型伺服壓力機(jī)。其中H1F45系列AC伺服壓力機(jī)是小松公司順應(yīng)市場(chǎng)變化開(kāi)發(fā)的一種新型沖壓設(shè)備，其最大的特點(diǎn)是取消了飛輪、離合器和制動(dòng)器，而由AC伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曲柄或螺桿帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并采用高性能CNC系統(tǒng)，滑塊的動(dòng)作靈活，可在運(yùn)行的過(guò)程中隨時(shí)加減速或停止，且精度很高。中國(guó)沖壓機(jī)床行業(yè)經(jīng)過(guò)技術(shù)引進(jìn)、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運(yùn)作，快速地提升了我國(guó)沖壓設(shè)備整體水平。近年設(shè)計(jì)制造的許多產(chǎn)品，其技術(shù)性能指標(biāo)已經(jīng)接近

3、或達(dá)到世界先進(jìn)水平，在宜人性方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但由于大家都在進(jìn)步，所以國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外名牌產(chǎn)品的差距并無(wú)明顯縮短。因此，我國(guó)沖壓設(shè)備行業(yè)和企業(yè)需以戰(zhàn)略的思路和有效的措施應(yīng)對(duì)當(dāng)前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.設(shè)計(jì)題目2.原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求二 所選方案1.方案分析2.分析結(jié)論三 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.幾何尺寸的確定 2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制3.機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)四. 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及簡(jiǎn)圖 1.位移s簡(jiǎn)圖2.速度v簡(jiǎn)圖3.速度a簡(jiǎn)圖五.心得體會(huì)及自我評(píng)價(jià)一、設(shè)計(jì)的任務(wù)1.設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)沖制薄壁零件（如圖1-1所示）的沖壓機(jī)構(gòu)及與相配合的送料機(jī)構(gòu)。上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工

4、作。以后上模繼續(xù)下行，將成品推出型腔。最后快速返回。上模退出下模以后，送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。圖1-12.原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求圖1-21.動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，作轉(zhuǎn)動(dòng)；從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件）為上模，作上下往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)，其大致運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖1-2所示，具有快速下沉、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。2.構(gòu)應(yīng)具有較好的傳動(dòng)性能，特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能?。粋鲃?dòng)角大于或等于許用傳動(dòng)角3.模到達(dá)工作段之前，送料機(jī)構(gòu)已將坯料送至待加工位置（下模上方）。4.生產(chǎn)率約每分鐘70件。5.執(zhí)行構(gòu)件（上模）的工作長(zhǎng)度l=50100mm,對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角=（1/31/2）；上模行程長(zhǎng)度必須大于工作段長(zhǎng)度

5、的兩倍以上。6.行程速度變化系數(shù)K1.5。7.許用傳動(dòng)角=40。8.送料距離H=60250mm。9.建議主動(dòng)件角速度取=1rad/s10.對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，所需參數(shù)值建議如下選?。?）設(shè)連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件均為等截面勻質(zhì)桿，其質(zhì)心在桿長(zhǎng)中點(diǎn)，而曲柄的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合。（2）設(shè)各構(gòu)件的質(zhì)量按每米40kg計(jì)算。繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按每米2kg.m計(jì)算。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)；移動(dòng)滑塊的質(zhì)量36kg。（4）載荷5000N；按平均功率選電動(dòng)機(jī)。型號(hào)如下：同步轉(zhuǎn)速為1500r/mim電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率（KW） 滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y90L-4 1.5 1400Y100L1-4 2.2 142

6、0Y100L2-4 3.0 1420Y112M-4 4.0 1440 （5）曲柄轉(zhuǎn)速為70 r/mim.在由電動(dòng)機(jī)軸至曲柄軸之間的傳動(dòng)裝置中（如圖1-3）,可取帶的傳動(dòng)比I=1.9（6）傳動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為30kg.m（7）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)不超過(guò)0.05。 圖1-3二、所選方案根據(jù)要求，所選方案為圖2-1圖2-11.方案分析 齒輪-連桿沖壓機(jī)構(gòu) 如圖2-1所示，沖壓機(jī)構(gòu)是在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合而成的。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)，它和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合可達(dá)到工作段近于勻速的要求。適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角較小。 在ABC擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的擺桿BC反向延長(zhǎng)線

7、的D點(diǎn)上加二級(jí)桿組連桿和滑塊，組成六桿機(jī)構(gòu)。主動(dòng)曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊在垂直AC的導(dǎo)路上往復(fù)移動(dòng)，具有較大的急回特性。（2）凸輪-連桿送料機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，設(shè)計(jì)方便，但由于主從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸，易磨損，適用于運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，傳力不大的場(chǎng)合。所以送料機(jī)構(gòu)選擇凸輪機(jī)構(gòu)。 送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)與曲柄軸相連。按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定凸輪工作角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時(shí)間將工作送至待加工位置。 2.分析結(jié)論連桿機(jī)構(gòu)最適合用于沖壓機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的良好的急回特性基本上滿足了沖壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，可以傳遞較大的力，但一些運(yùn)動(dòng)無(wú)法滿足，即要求在勻速?zèng)_壓完工件后快速將工件推出這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程不易滿

8、足，但沖壓工作段的勻速可以達(dá)到，連桿機(jī)構(gòu)不適合于高速傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)，而且應(yīng)滿足桿件的最小傳動(dòng)角的條件。總體來(lái)說(shuō)連桿機(jī)構(gòu)滿足了沖壓機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)特性。凸輪送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)與曲柄軸相連,若按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定凸輪轉(zhuǎn)角及其從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,則機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時(shí)間將工件送至待加工位置.三.機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.幾何尺寸的確定 （1）導(dǎo)桿搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （如圖3-1）1）.已知機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)k =1.5, 可得極位夾角=180(k-1)/(k+1)=362）.設(shè)AB=100mm,以A為圓心，AB長(zhǎng)為半徑作圓，根據(jù)極位夾角和A、C 共線，即可以確定C的位置，作出兩個(gè)極限位置B和B。3）.設(shè)BD=BD=

9、500mm，DE=DE=150mm，因?yàn)閴毫?0，取=30，可得EE=159.8mm4）.BB（逆時(shí)針）為下壓工作段，將YY的180度角按10度等分，可得1-17小份，以C為圓心，CD長(zhǎng)為半徑，作圓弧交BD和BD于D、D，連接1點(diǎn)和C點(diǎn)交圓弧于1點(diǎn),以1點(diǎn)為圓心，DE長(zhǎng)為半徑作圓弧，交EE于1，用同樣的方法，可以在EE上找到2 ，317。5）.EE上17小段的尺寸如圖所示，可知從8到14的過(guò)程可以看作等速的過(guò)程，且=60，其他部分也基本符合給定的要求。6）.用上述方法設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的尺寸如下：AB=64mm,BD=365mm,DE=116mm. （2）凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （如圖3-2所示）1).確定

10、凸輪機(jī)構(gòu)的S圖。 根據(jù)沖壓機(jī)構(gòu)的S圖，確定推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角。設(shè)凸輪的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角都為60驗(yàn)證如圖3-1驗(yàn)證。H1和H2都在工作段之外。2）按許用壓力角確定凸輪的中心位置和基圓半徑。 因?yàn)閠an=|ds/d- e|/(r2-e2)1/2,s=60mm，設(shè)max=30所以，ds/d=0.057，設(shè)e=20mm，可以得出基圓半徑r等于70mm。3）.根據(jù)凸輪的s-圖，作凸輪的輪廓曲線。 1.以r為半徑作基圓，以e為半徑作偏距圓，點(diǎn)k為切點(diǎn)，道路與基圓的交點(diǎn)便是初始點(diǎn)C1點(diǎn)，利用反轉(zhuǎn)原理，整個(gè)裝置以-轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.將凸輪的位移線圖s-的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角作六等分。自O(shè)C0開(kāi)始沿-的方

11、向回程運(yùn)動(dòng)角60度，近休止角240度，推程運(yùn)動(dòng)角60度，在偏距圓上取回程運(yùn)動(dòng)角60度和推程運(yùn)動(dòng)角60度，將其六等分交偏距圓于一系列的點(diǎn)，然后做個(gè)點(diǎn)的切線，交基圓于C1C2C6、B1B2B6.4.沿以上各點(diǎn)取偏移量，C1取60mm，C2取60mm，C3=48mmC6取0，B1取60 mm，B2取60 mm,B3=48mmB6取0。5.將C1C2C6、B1B2B6連成光滑的曲線，即可得到凸輪的輪廓曲線。這里小滾子半徑為10mm。圖3-2 4）推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)推桿在推程部分和回程部分都是平均運(yùn)動(dòng)，則有推程部分s=60/o 回程部分s=60*(1-/o) 可以得到推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖圖3-3（3）電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)

12、 因?yàn)闄C(jī)構(gòu)要承受較大的載荷，所以根據(jù)我的設(shè)計(jì)需要，電動(dòng)機(jī)選用額定功率為4.0kw的Y112M-4（4）輪系的設(shè)計(jì)（如圖3-3）因?yàn)殡姍C(jī)軸至曲柄軸之間的傳動(dòng)裝置傳動(dòng)帶的傳動(dòng)比i=1.9，i=n1/n2=1.9 n1=1440 n2=758r/min而又要保證沖壓機(jī)構(gòu)的工作效率是70件/分鐘，i=n1/n3=1設(shè)齒輪機(jī)構(gòu)的中心距a=180mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的參數(shù)，取模數(shù)m=4mm,采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，Z1=Z3=20，Z2=Z2=25，a=m*(Z1+Z2+Z3)/2+m*Z2/2=180mm 圖3-3（3）電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 因?yàn)闄C(jī)構(gòu)要承受較大的載荷，所以根據(jù)我的設(shè)計(jì)需要，電動(dòng)機(jī)選用額

13、定功率為4.0kw的Y112M-4（4）輪系的設(shè)計(jì)（如圖3-3）因?yàn)殡姍C(jī)軸至曲柄軸之間的傳動(dòng)裝置傳動(dòng)帶的傳動(dòng)比i=1.9，i=n1/n2=1.9 n1=1440 n2=758r/min而又要保證沖壓機(jī)構(gòu)的工作效率是70件/分鐘，i=n1/n3=1設(shè)齒輪機(jī)構(gòu)的中心距a=180mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的參數(shù)，取模數(shù)m=4mm,采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，Z1=Z3=20，Z2=Z2=25，a=m*(Z1+Z2+Z3)/2+m*Z2/2=180mm 圖3-42.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制3.機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(1). 導(dǎo)桿搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)曲柄AB=64mm 搖桿BD=365mmDE=116mm (2).

14、 導(dǎo)桿搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求執(zhí)行構(gòu)件總行程L=160mm執(zhí)行構(gòu)件工作段的行程l=45mm行程速比系數(shù)k=1.5搖桿BD擺角=36 （036）工作段壓力角max=30 （30）(3).凸輪的尺寸數(shù)據(jù)max=30 基圓半徑r=70mm凸輪行程s=60mm 凸輪偏心距e=20mm（4）齒輪的數(shù)據(jù) a=180 齒 輪模 數(shù)齒 數(shù) 1 4 202 42524253420四. 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)VB程序，得到轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件位移、速度、角速度的關(guān)系 S（mm）V(m/s)A(m/s2)15142.3-0.110-0.00530136.5-0.166-0.06335120.5-0.274-0.077501

15、06.3-0.351-0.0716595.1-0.409-0.1388084.2-0.437-0.0439574.6-0.451-0.02810565.1-0.479-0.01212054.8-0.4980.00313543.9-0.4900.01815034.2-0.4720.03316527.1-0.4360.04918018.2-0.3880.0631959.2-0.3230.0742102.5-0.2350.0752257.5-0.1120.09824016.50.2050.11225524.60.5220.24427035.40.7110.50928552.61.2010.55630

16、070.51.3620.25731595.31.045-0.135330112.80.584-0.338345130.50.228-0.652360150.0-0.007-0.495(1)位移s圖由圖3-1，從B沒(méi)取10轉(zhuǎn)一周，截取各段的位移得到下圖： (2).速度圖 (3).加速度圖 另附上機(jī)構(gòu)位移，速度及加速度圖象計(jì)算機(jī)程序 設(shè)AB 桿長(zhǎng)為L(zhǎng)1，AC 桿長(zhǎng)為L(zhǎng)2，CD 桿長(zhǎng)為L(zhǎng)3，DE桿長(zhǎng)為L(zhǎng)4 水平總長(zhǎng)度為h, 1為主動(dòng)件的角速度。Dim L1 As Integer, L2 As Integer, L3 As Integer, L4 As Integer, e As Integer, 1

17、 As SingleDim sE As Integer, vE As Integer, aE As IntegerDim As Single, As Integer, 1 As Single, max As Integer, As SingleDim K As Single, L As Integer, t As Double, m As Double, q As Double Randomize Open E:s.txt For Output As #1 Open E:v.txt For Output As #2 Open E:a.txt For Output As #3 1 = 7.33

18、L = 200 K = Int(Rnd * (20 - 15 + 1) + 15) / 10 max = Int(Rnd * (15 - 10 + 1) + 10) L3 = Int(Rnd * (125 - 100 + 1) + 100) = 180 * (K - 1) / (K + 1) q = ( / 360) * 3.14 L1 = L3 * Sin(q) L2 = L / (2 * Sin(q) e = Int(Rnd * (280 - 240 + 1) + 230) L4 = (L2 + L3 - e) / Sin(max * 3.14) / 180) Scale (-400, -

19、1800)-(2000, 1500) Line (-400, 0)-(2000, 0) Line (0, -1800)-(0, 1500) For = 153 To 513 Step 15 1 = * 3.14 / 180 = Atn(L1 * Cos(1) / (L3 - L1 * Sin(1) t = Sqr(L1 * Cos(1) 2 + (L3 - L1 * Sin(1) 2) m = (L1 * Cos(1) / (L3 - L1 * Sin(1) 1 = (L1 2 - L1 * L3 * Sin(1) / (1 + m 2) * (L3 - L1 * Sin(1) 2) sE =

20、 -L2 * Sin() - Sqr(L4 2 - (L2 * Cos() + L3 - e) 2) vE = 1 * L1 * L2 * Sin(1 - ) * Cos() / t aE = -1 * L1 * L2 * 1 * Cos(1 - 2 * ) / t PSet ( - 153, sE), RGB(255, 0, 0) PSet ( - 153, vE), RGB(120, 0, 56) PSet ( - 153, aE), RGB(0, 0, 250) Print #1, Str() & , & Str( - 153) & , & Str(sE) Print #2, Str() & , & Str( - 153) & , & Str(v