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1、 自動(dòng)送料沖床 目錄 1 設(shè)計(jì)題目 2 工作原理即構(gòu)成 3機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案擬定 4機(jī)構(gòu)各部分尺寸確定 5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 6傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 一 設(shè)計(jì)題目 一 設(shè)計(jì)要求與技術(shù)條件 1）以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，下模固定，從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件）為上模，作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其大致運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖1b所示，具有快速下沉、等速工作進(jìn)給和快速返回等特性。 2）機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，工作段的傳動(dòng)角g 大于或等于許用傳動(dòng)角[g ] =40°。

2、 3）上模到達(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)率為每分鐘70件。 5）上模的工作段長(zhǎng)度l = 30~100mm，對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角j0 = (1/3 ~1/2 )p；上?？傂谐涕L(zhǎng)度必須大于工作段長(zhǎng)度的兩倍以上。 6）上模在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的受力如圖1c所示，在工作段所受的阻力F1=5000N，其它階段所受的阻力F0=50N。 7）行程速度變化系數(shù)K 31.5。 8）送料距離H = 60 ~250mm。 9）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù)d 不超過(guò)0.05。 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，為方便起見，所需參數(shù)值建議按如下方式選?。? 1）設(shè)連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件均為等截面均質(zhì)桿

3、，其質(zhì)心在桿長(zhǎng)的中點(diǎn)，而曲柄的質(zhì)心則與回轉(zhuǎn)軸線重合。 2）設(shè)各構(gòu)件質(zhì)量按40kg/m計(jì)算，繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按2kg×m2/m計(jì)算。 3）轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)，移動(dòng)滑塊的質(zhì)量設(shè)為36kg。 4）傳動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（以曲柄為等效構(gòu)件）設(shè)為30kg×m2。 二、工作原理與及結(jié)構(gòu)組成 a) j0 2p j S j0 2p j F F1 F0 b) c) H l 圖1　沖床工藝動(dòng)作與上模運(yùn)動(dòng)、受力情況 上模（沖頭） 坯料 下模 自動(dòng)送料沖床用于沖制、拉延薄壁零件。沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，其工作原理如圖1a所示，上模先以

4、較大速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工作，然后上模繼續(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)。 設(shè)計(jì)參考方案 沖壓機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件為曲柄，從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件）為滑塊（上模），行程中有等速運(yùn)動(dòng)段（工作段），并具有急回特性，機(jī)構(gòu)還應(yīng)有較好的動(dòng)力特性。要滿足這些要求，用單一的基本機(jī)構(gòu)（如偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，需要將幾個(gè)基本機(jī)構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來(lái)滿足上述要求。送料機(jī)構(gòu)要求作間歇送進(jìn)，可結(jié)合沖壓機(jī)構(gòu)一并考慮。 1單邊輥軸送料裝置 如圖 該機(jī)構(gòu)采用搖桿滑塊沖壓機(jī)構(gòu) 滾輪送料機(jī)構(gòu) 恰當(dāng)?shù)倪x擇各機(jī)構(gòu)尺

5、寸， 可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)和工作 段近似勻速的特性。 在搖桿B與齒輪R2之間添 加棘輪使B的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 變成R2的間歇單向運(yùn) 動(dòng)， 以完成送料要 求。（未畫出） : 2 齒輪－連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪－連桿送料機(jī)構(gòu) 如圖2所示，沖壓機(jī)構(gòu)采用有兩個(gè)自由度的雙曲柄七桿機(jī)構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個(gè)自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪2與曲柄DE固聯(lián)）。恰當(dāng)?shù)剡x擇C點(diǎn)軌跡和確定構(gòu)件尺寸，可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)和工作段近似勻速的特性，并使壓力角a 盡可能小。 圖2　沖床機(jī)構(gòu)方案之一 D w1 E B A 1 2 w2 H K O G C F R

6、 a 送料機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，按運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使其能在預(yù)定時(shí)間將坯料推送至待加工位置。設(shè)計(jì)時(shí)，若使lOG < lOH，可減小凸輪尺寸。 圖3 沖床機(jī)構(gòu)方案之二 C D E F O A B a G H w1 3. 導(dǎo)桿－搖桿滑塊沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪送料機(jī)構(gòu) 如圖3所示，沖壓機(jī)構(gòu)是在擺動(dòng)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。擺動(dòng)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)組合可以達(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a 較小。

7、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)圖可確定凸輪推程運(yùn)動(dòng)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)間將坯料送至待加工位置。 4. 六連桿沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪－連桿送料機(jī)構(gòu) 如圖4所示，沖壓機(jī)構(gòu)由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合而成。四桿機(jī)構(gòu)可按行程速度變化系數(shù)用圖解法設(shè)計(jì)，然后選擇連桿長(zhǎng)lEF及導(dǎo)路位置，按工作段近似于勻速的要求確定鉸鏈點(diǎn)E的位置。若尺寸選擇恰當(dāng)，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角a 較小。 凸輪－連桿送料機(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)圖確定凸輪推程運(yùn)動(dòng)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)間將坯料送至待加工位置。設(shè)計(jì)時(shí)，使lI

8、H < lIR，可減小凸輪尺寸。 H K F a j w3 C O I D g A R G 圖4 沖床機(jī)構(gòu)方案之三 w1 B EC M 5. 連桿－凸輪沖壓機(jī)構(gòu)和凸輪－連桿送料機(jī)構(gòu) D w1 E B A OH1 I K PO G C F L a w4212 J H1 圖5 沖床機(jī)構(gòu)方案之四 1 4 如圖5所示，沖壓機(jī)構(gòu)采用有兩個(gè)自由度的連桿－凸輪組合機(jī)構(gòu)，用齒輪副將其封閉為一個(gè)自由度（齒輪1與曲柄AB固聯(lián)，齒輪4與兩個(gè)凸輪固聯(lián)）。恰當(dāng)?shù)剡x擇C點(diǎn)軌跡和

9、確定構(gòu)件尺寸，可保證機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)和工作段近似勻速的特性，并使壓力角a 盡可能小。改變凸輪輪廓曲線，可改變C點(diǎn)軌跡，從而使執(zhí)行構(gòu)件獲得多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足不同工藝要求。 送料機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，按運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可確定凸輪推程角和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使其能在預(yù)定時(shí)間將坯料推送至待加工位置。設(shè)計(jì)時(shí)，若使lHI < lHG，可減小凸輪尺寸。 選擇方案時(shí)，應(yīng)著重考慮下述幾個(gè)方面： 1）所選方案是否能滿足要求的性能指標(biāo)； 2）結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單、緊湊； 3）制造是否方便，成本可否降低。 經(jīng)過(guò)分析論證，方案1是四個(gè)方案中最為合理的方案，下面就對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。 機(jī)構(gòu)各部分尺寸確定

10、 1.求輥軸轉(zhuǎn)角 2.搖桿擺角 3.機(jī)架中心距 4.曲柄半徑r= lO1A 5.曲柄滑塊機(jī)構(gòu):曲柄半徑r1 6.根據(jù)許用壓力角[α]調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)l1，取l1=560mm,并驗(yàn)算： 公式中R1，R2為齒輪分度圓半徑由齒輪的模數(shù)m和齒數(shù)z確定， 取m=5 。 方 案 Sn /mm n /次/分 B /mm H /mm Fb /N Fr /N /度 δ Rb /mm R2 /mm R /mm L /mm x /mm y

11、/mm 1 135 250 2 80 500 2000 25 0.04 60 120 180 1300 370 1250 得相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表中 棘輪尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 棘輪齒高 h 一般取h=0.75m 棘輪齒頂厚 a 一般取a=m 棘輪齒頂圓直徑 da da=mz 棘輪根圓直徑 df df=da-2h=da-1.5m 棘輪齒槽夾角 θ θ=60o或θ=55o(視銑刀角度而定） 棘輪齒槽圓角半徑 r 一般取r=1.5mm 棘輪厚度 b 鑄鋼b=1.5-4m

12、m;鍛鋼b=1～2mm 棘爪工作長(zhǎng)度 l l=2p=2πm 棘爪高度 h1 m≤2.5時(shí)，h1=h+(2～3)mm;m=3～5時(shí)h1=(1.2～1.7)m 棘爪尖頂圓角半徑 r1 一般取r1=2mm 棘爪底長(zhǎng)度 a1 a1=(0.8～1)m 齒輪尺寸 基本參數(shù) 名稱 符號(hào) 公式 分度圓直徑 d 齒頂高 ha 齒根高 hf 全齒高 h 齒頂圓直徑 da ? ( 齒根圓直徑 df ?) 基圓直徑 db 齒距 p 齒厚 s 槽寬 e

13、 中心距 a 頂隙 c 基圓齒距 pb ??? 法向齒距 pn ? 注釋： 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 送料時(shí)間一般在上死點(diǎn)前后為宜,這樣可避免沖頭干涉,一般取在曲柄轉(zhuǎn)角270°～90°之間,如圖2所示。當(dāng)曲柄在270°時(shí)，搖桿應(yīng)位于下極限位置，由此可確定原動(dòng)件上兩曲柄之間的夾角α如圖2c)。當(dāng)送料距離一定時(shí),應(yīng)盡可能加長(zhǎng)送進(jìn)時(shí)間, 通常用改變偏心的圓周位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖2.機(jī)構(gòu)送料與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 a) 機(jī)構(gòu)送料周期 b) 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 c) 確定原動(dòng)件上兩曲柄之間的夾角 (四).單邊輥軸送料裝置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 1.作滑塊7的位移線圖

14、(s-φ)曲線,板料的位移曲線(s'-φ)。 將曲柄lO1A的圓周按曲柄的轉(zhuǎn)向依次分為12等分,另外補(bǔ)充沖頭開始沖壓時(shí)的一個(gè)位置,取曲柄1為原點(diǎn),這時(shí)滑塊7在最高點(diǎn)(上死點(diǎn)),板料應(yīng)進(jìn)入送進(jìn)階段,使曲柄按圖2所示轉(zhuǎn)向依次轉(zhuǎn)到各個(gè)位置,可找出滑塊7上C點(diǎn)的位置和板料移動(dòng)的距離,取長(zhǎng)度比例尺μs及時(shí)間比例尺μt=T/L=60/n1L (s/mm),分別作滑塊的位移線圖和板料的位移線圖(一個(gè)周期內(nèi))。式中L為圖上橫坐標(biāo)的長(zhǎng)度。 (六).飛輪設(shè)計(jì) 1.速度多邊形杠桿法原理（參考相關(guān)書籍） 2.用速度多邊形杠桿法求等效構(gòu)件的等效阻力矩 步驟:將所有外力Fb，F(xiàn)r，F(xiàn)er，G7按同一方向轉(zhuǎn)90°

15、,分別加到速度多邊形的相應(yīng)點(diǎn)上,其中等效阻力矩Fer加在構(gòu)件1的A'點(diǎn)上,且Fer ┴O1A',注意Fer與A'的運(yùn)動(dòng)方向相反, 然后諸力對(duì)速度多邊形的極點(diǎn)p取矩,其中Fr值在未沖壓時(shí)Fr=0, 進(jìn)入沖壓時(shí)Fr≠0, 所以在沖壓始點(diǎn)Fer也對(duì)應(yīng)雙值(對(duì)應(yīng)Fr=0與Fr≠0)。 最后求得各個(gè)位置的等效阻力矩Mer=Fer·lO1A' (在沖壓點(diǎn)有雙值) 并將結(jié)果匯總列于表3 表3 等效阻力矩Mer匯總表 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 沖壓始點(diǎn) Fr＝0 Fr≠0 Mer

16、 3.確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知:速度不均勻系數(shù)δ,飛輪安裝在曲柄軸上,等效阻力矩值見表3,且驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)。 要求:用米查爾洛夫法確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。 步驟: 1.作等效阻力矩Mer―φ線圖 根據(jù)表3中已求得的等效阻力矩, 取力矩比例尺μＭ（Ｎ·m/mm）， 曲柄的轉(zhuǎn)角比例尺μφ＝2π/L(rad/mm)，其中Ｌ為橫坐標(biāo)的長(zhǎng)度（mm）。作曲柄在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中的等效阻力矩Ｍer―φ曲線如圖5a所示。 2.用圖解積分法作等效阻力矩功Ａer —φ線圖 圖解積分法為圖解微分法的逆過(guò)程,茲不贅述。 取極距Ｋ（mm），用圖解積分法由力矩Ｍer―φ曲線求得力矩所做的功Ａer―φ曲線（圖

17、5b）。 由于 Ｍ＝dＡ/ dφ＝μＡdy/μφdx＝ [μＡ/(μφＫ)]·（Ｋtgα）＝μＭ·Ｋtgα 其中 μＭ＝μＡ/（μφＫ） 故?。羍r―φ曲線縱坐標(biāo)比例尺μＡ＝ＫμφμＭ（Ｊ／mm）。 （*求Ａer的理論依據(jù)如下： 3.作驅(qū)動(dòng)力矩功Ａd―φ線圖和驅(qū)動(dòng)力矩Ｍd―φ線圖。 由于在一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，驅(qū)動(dòng)力矩所做的功等于阻力矩所做的功，又知驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，所以連接Ａer ―φ曲線的始、末兩點(diǎn)的直線0e，即為Ａd―φ線圖，由Ａd―φ線圖可反求出驅(qū)動(dòng)力矩Ｍd的大小，如圖5a所示。 4.作動(dòng)能增量△Ｅ―φ線圖 取比例尺 μＥ＝μＡ＝Ｋμφμ

18、Ｍ（Ｊ／mm），動(dòng)能變化△Ｅ＝Ａd－Ａer， 其值可直接由圖5b上Ａd（φ）與Ａer（φ）曲線對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)線段相減得到，由此可作出動(dòng)能變化曲線（見圖5c）。 5.作等效構(gòu)件的動(dòng)能ＥＲ―φ線圖 等效構(gòu)件所具有的動(dòng)能，等于機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件動(dòng)能之和，即 ＥＲ＝1/2（∑mivi2＋∑Ｊiωi2） 本例 用上式計(jì)算出各個(gè)位置等效構(gòu)件（即構(gòu)件１）的動(dòng)能，并列于表４，然后可畫出動(dòng)能ＥＲ―φ線圖（圖5d）。 6.作動(dòng)能變化△Ｅ與等效構(gòu)件動(dòng)能ＥＲ差值（△Ｅ－ＥＲ）―φ線圖 取比例尺μＥ＝μＡ＝μ△Ｅ＝μＥＲ＝μ（△Ｅ－ＥＲ）（Ｊ/mm），既然比例尺都相同，在求作（△

19、Ｅ－ＥＲ）―φ線圖時(shí)，△Ｅ－ＥＲ的值可直接由圖5c與圖5d上的對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)線段相減得到（見圖5e）。 7.計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ＪＦ 在圖5e中，a和b兩點(diǎn)為等效構(gòu)件轉(zhuǎn)速最大和最小位置，即ωmax和ωmin位置，對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為（△Ｅ－ＥＲ）max和（△Ｅ－ＥＲ）min。在 （△Ｅ－ＥＲ）―φ曲線上量取縱坐標(biāo)最高和最低點(diǎn)之間的距離gf，并記?。牛健鳎牛牛?，則 所以 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的單位為kg·m２。 表4 等效構(gòu)件動(dòng)能ER匯總表 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ER

20、 圖5 飛輪設(shè)計(jì)過(guò)程圖 ?? 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 沖床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖5－2所示。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)降低后驅(qū)動(dòng)機(jī)器主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。原動(dòng)機(jī)為三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速選為1500r/min，可選用如下型號(hào)： 電機(jī)型號(hào)????????? 額定功率（kw）???? 額定轉(zhuǎn)速（r/min） Y100L2—4????????????? 3.0??????????????? 1420 Y112M—4????????????? 4.0???????????????

21、 1440 Y132S—4????????????? 5.5???????????????? 1440 由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為70r/min，若電動(dòng)機(jī)暫選為Y112M—4，則傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比約為。取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比ib=2，則齒輪減速器的傳動(dòng)比ig=10.285，故可選用兩級(jí)齒輪減速器。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 參考資料 1 孟憲源，姜琪. 機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 2 黃茂林，秦偉. 機(jī)械原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 3 申永勝主編. 機(jī)械原理教程. 北京：清華大學(xué)出版社，1999 4王三民主編. 機(jī)械原理與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 5 裘建新主編. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 北京：高等教育出版社，2005 6 牛鳴歧，王保民，王振甫. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 重慶：重慶大學(xué)出版社，2001 7 席偉光，楊光，李波. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2003 7 周有強(qiáng)主編. 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001