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中文摘要與關(guān)鍵字
摘要：本文是在充分調(diào)查掌握全自動(dòng)沖孔機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外沖孔機(jī)的發(fā)展及工作環(huán)境，介紹一種全自動(dòng)沖孔機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其優(yōu)點(diǎn)。闡述了全自動(dòng)沖孔機(jī)總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其主要內(nèi)容包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖孔機(jī)的工作原理、主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品輸送定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)、沖孔模具設(shè)計(jì)和支撐件設(shè)計(jì)。對其整臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)成本及推廣效應(yīng)做了經(jīng)濟(jì)分析和可行性分析。設(shè)計(jì)中注重實(shí)際，在動(dòng)力機(jī)的選擇上采用其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，剛性大，耗電低，同時(shí)還有結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低，便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。研制出來的沖孔機(jī)操作方便，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，不僅帶來很大的社會(huì)效益，同時(shí)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵字：全自動(dòng)沖孔機(jī)；彈性阻尼裝置；不完全齒輪機(jī)構(gòu)
Abstract and keywords
Abstract: This article is grasps the full automatic punch machine principle of work in the full investigation in the foundation, the union current domestic and foreign clear full automatic punch machine development and the working conditions, introduces the main construction,working priniciple and merit of full automatic punch. Elaborated twists attracts the type full automatic punch machine system design the content, its main content including the overall construction design, twists the attracting -like principle of work, the main movement system design, product delivery positioning system design, punching molds design and strutting piece design.Have made the economic analysis and the feasibility analysis to its entire machine production cost and the promoted effect. In the design the attention reality,uses its design structure in the engine choice reasonably, rigidity big, electricity consumption low,meanwhile has the structure compact,the construction cost is low, is advantageous for merit and so on installment.Develops twists attracts the type full automatic punch machine ease of operation, the design structure is reasonable, not only brings the very big social efficiency, simultaneously has brought the very big economic efficiency.
Key words: full automatic punch machine; Easdtic damping system;Imperfect gear device
第一章 緒論
1.1 明確全自動(dòng)沖孔機(jī)的組成以及其性能
全自動(dòng)沖孔機(jī)主要設(shè)計(jì)的是主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、產(chǎn)品輸送定位系統(tǒng)、沖孔模具和支撐件等四大部分，其中主動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、聯(lián)軸器、凸輪等部分組成；產(chǎn)品輸送定位系統(tǒng)主要由振動(dòng)料斗、振動(dòng)斜槽等組成；沖孔模具按照沖孔的要求而設(shè)計(jì)；支撐件主要起固定及支撐主動(dòng)件等零件，以方便人員操作。要求設(shè)計(jì)的為保險(xiǎn)管帽上沖孔的全自動(dòng)沖孔機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，該機(jī)要求能在外徑為3.59mm，壁厚為0.2mm 的保險(xiǎn)管帽上自動(dòng)沖出直徑為0.8mm的小孔，孔對零件中心的偏差不能超過±0.01mm，且每秒沖3件。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
日新月異的高新技術(shù)，帶動(dòng)新材料、新設(shè)計(jì)、新工藝不斷推陳出新，作為現(xiàn)代化機(jī)械中的沖孔機(jī)，也以不斷創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)和全新的面貌出現(xiàn)在用戶面前。目前兩大品類（有孔、無孔）的沖孔機(jī)中，都采用了現(xiàn)代電子技術(shù)，如票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)采用的票據(jù)打孔設(shè)備是采用PLC控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行票據(jù)自動(dòng)定位，具有定位精度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)[15]。全自動(dòng)打孔沖孔機(jī)中的自動(dòng)調(diào)整、打孔、成型、燈光指示、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)排屑等，構(gòu)成了手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)化產(chǎn)品系統(tǒng)；為了服務(wù)于不同用戶的需要，小到個(gè)人用的經(jīng)濟(jì)型訂書機(jī)，大至機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位用的全自動(dòng)專業(yè)沖孔機(jī)，都配套完備；面對不同用途，金屬、鐵圈、膠圈、螺旋圈（金屬、塑料），或圓鈕、打孔、無孔熱熔等各種沖孔機(jī)應(yīng)有盡有；對不同行業(yè)、不同業(yè)務(wù)、不同場合乃至不同零件及其厚度的需要，有專門設(shè)計(jì)的輕巧型的、辦公室用的、專業(yè)用的、票據(jù)用的、工廠用的產(chǎn)品等，各種沖孔機(jī)種類齊全；對于刻意追求形象美觀、色澤鮮艷、設(shè)計(jì)獨(dú)具個(gè)性的用戶，現(xiàn)代沖孔機(jī)也一改過去的老面孔，出現(xiàn)了各種顏色、多種造型、創(chuàng)意新穎、功能“二合一”、材料多樣的裝飾型沖孔機(jī)?？傊?，適應(yīng)時(shí)代潮流，適應(yīng)市場需要，適應(yīng)用戶“上帝”的意愿，沖孔機(jī)正向著產(chǎn)品多樣化、系列化、功能化、操作簡單化、自動(dòng)化、價(jià)位多元化方向發(fā)展。
目前，我國沖孔機(jī)市場也在向國際市場接軌，世界知名的辦公及工廠設(shè)備廠商如法國寶、彪馬、亞大力、美連、意必高、利寶等公司產(chǎn)品相繼進(jìn)入我國市場，歐美的、日本的及我國大陸、香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)、臺(tái)灣省產(chǎn)的沖孔機(jī)，各式各樣品種不斷推陳出新并展示于中國市場，使廣大用戶大開眼界，領(lǐng)略各種新潮風(fēng)格的產(chǎn)品。
在日常生產(chǎn)和生活中，沖孔工作隨處可見，這樣的設(shè)備也形形色色，多種多樣，但集送料和沖孔功能于一身的聯(lián)合沖孔，迄今為止在相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表還不多見，現(xiàn)對常見的沖孔設(shè)備的研究現(xiàn)狀作一簡單概括：
1.2.1 票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)
圖1-1
該票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)由主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、票據(jù)輸送定位系統(tǒng)和支撐件三大部分組成。主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要完成上針模的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，票據(jù)輸送定位系統(tǒng)主要完成票據(jù)的連續(xù)自動(dòng)定位和準(zhǔn)停。如圖（1-1）所示為該設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。該設(shè)備主要由機(jī)架11，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1，同步帶機(jī)構(gòu)2，主電動(dòng)機(jī)3，滾珠絲杠螺母副4，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5，紙夾鉗6，離合器8，針模9和可編程控制器等組成。票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)，采用PLC控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行票據(jù)自動(dòng)定位，具有定位精度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。
1.2.2 軸承保持架自動(dòng)沖孔機(jī)
采用PLC 可編程控制器控制,步進(jìn)電機(jī)分度,設(shè)計(jì)出能自動(dòng)分度、自動(dòng)沖孔、送料、退料的軸承保持架自動(dòng)沖孔機(jī)（如圖1-2）。
圖1-2
解決了傳統(tǒng)的軸承保持架側(cè)孔沖孔模機(jī)械方式分度,分度精度低,積累誤差大,廢品率高,人工操作,沖裁速度慢,生產(chǎn)效率低等問題,工程應(yīng)用中效果很好。 軸承行業(yè)保持架側(cè)孔沖孔的分度方式普遍采用齒輪、棘輪等機(jī)械分度方式,其分度精度低、積累誤差大,積累誤差有時(shí)甚至達(dá)到了0.4mm ,對軸承性能的提高產(chǎn)生了很大的影響。且采用人工上料、取料,人工壓緊工件,勞動(dòng)強(qiáng)度大,安全可靠性差,模具容易損壞,沖裁速度慢。為解決上述問題,采用PLC可編程控制器控制,步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行分度,并增加自動(dòng)送料、退料機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)出了精確分度、自動(dòng)沖孔、自動(dòng)送料和退料的軸承保持架自動(dòng)沖孔機(jī)。
1.2.3 蓄電池槽沖孔機(jī)
我國生產(chǎn)的很多汽車用蓄電池外殼產(chǎn)品都要求每槽之間的隔板上加工出一連接孔，以便連接極板。由于該孔處于槽的內(nèi)部，并且受到槽寬的限制，所以需要用特殊的方法加工，為此一種以液壓傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)沖孔的液壓沖孔機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。該沖孔機(jī)為適應(yīng)多種規(guī)格的蓄電池沖孔，除液壓系統(tǒng)外，還要考慮包括上下、左右、前后方向的機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及密封等實(shí)際問題
1.2.4 激光沖孔機(jī)
激光技術(shù)是 60 年代發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械加工制造、輕工、交通、通訊、能源及軍事工業(yè)等，近年來發(fā)展尤為迅速。國際上各先進(jìn)國家都十分重視激光技術(shù)的發(fā)展，籍以促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。我國的激光技術(shù)，通過“六五”、“七五”攻關(guān)已有很大的發(fā)展，但和國際上先進(jìn)工業(yè)國家相比還有較大的差距。目前國內(nèi)激光市場約有 50％被國外激光制造商占領(lǐng)；尤其是激光沖孔類儀器設(shè)備，80％左右依靠進(jìn)口。為了盡快改變這種狀況，滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，必須牢牢抓住激光技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用和激光加工工業(yè)的建設(shè)這一中心環(huán)節(jié)，通過“八五”科技攻關(guān)提供成套激光加工設(shè)備（包括激光沖孔機(jī)一類的激光加工儀器），基本滿足國內(nèi)市場的需求。與此同時(shí)，還應(yīng)積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)已引進(jìn)的激光產(chǎn)品，研制智能化激光沖孔機(jī)（圖1-2）。
圖1-3
這種智能化激光沖孔機(jī)的主要指標(biāo)是：加工材料： 陶瓷，不銹鋼，并向其它材料擴(kuò)展；加工材料厚度：5mm;加工孔徑：Φ0.05～1mm；加工速度：50 孔/分鐘；加工最大工件：100×100mm；穩(wěn)定性、可靠性：滿足上述技術(shù)指標(biāo)情況下，連續(xù)工作 4 小時(shí)。目前，世界激光市場正在迅猛發(fā)展。據(jù)國外有關(guān)資料報(bào)道，在激光產(chǎn)品市場中，以金屬切割、焊接、表面處理、沖孔、打標(biāo)增長最快，其中，激光切割約占激光加工的 70％，激光沖孔占 15％左右。
1.3 目的意義及課題來源
隨著市場經(jīng)濟(jì)的繁榮，商業(yè)活動(dòng)的效率越來越高，機(jī)械日趨成為重要的行業(yè)，而機(jī)械行業(yè)中的零部件如保險(xiǎn)管帽孔的沖孔又變得非常重要，但由于傳統(tǒng)的保險(xiǎn)管帽孔的沖制是：由工人將工件一件一件放置在沖孔模具上，然后沖壓機(jī)動(dòng)作完成沖孔，工人再取出工件。該法結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，成本高，易發(fā)生事故[12]。正是基于上序情況，本課題根據(jù)社會(huì)的需求將設(shè)計(jì)出新型的全自動(dòng)沖孔機(jī)。此設(shè)計(jì)的目的和意義主要是解決傳統(tǒng)的的人工上料、取料問題，采用傳輸裝置全自動(dòng)送料，減少人工壓緊工件、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全可靠性差及模具容易損壞等問題，避免工傷事故；其次是在滿足沖孔精度的條件下節(jié)省原材料及成本。
第二章 全自動(dòng)沖孔機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
由于傳統(tǒng)的保險(xiǎn)管帽孔的沖制是：由工人將工件一件一件放置在沖孔模具上，然后沖壓機(jī)動(dòng)作完成沖孔，工人再取出工件。該法結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，成本高，易發(fā)生事故。本次設(shè)計(jì)的課題要求完成一臺(tái)全自動(dòng)沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)，該機(jī)要求能在外徑為3.59mm，壁厚0.2mm的保險(xiǎn)管帽（如圖2-1所示）上自動(dòng)沖出Φ0.8mm的小孔，孔對零件中心的偏差不能超過±0.01mm，且每秒沖3件。
新設(shè)計(jì)的全自動(dòng)沖孔機(jī)的生產(chǎn)效率高，使用成本低，且不受操作人員數(shù)量及年齡限制。經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)和技術(shù)測試證明它的性能指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都是先進(jìn)的。
圖2-1
2.1 經(jīng)濟(jì)分析
2.1.1 企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析
制造成本概算表2-1所示
2.1.2 企業(yè)預(yù)算效益
按年生產(chǎn)240臺(tái)計(jì)算，年產(chǎn)值達(dá)168萬元，利潤達(dá)29.88萬元，稅金6.12萬元，而且除外購件外，一般小廠就可以生產(chǎn)，因此這種全自動(dòng)沖孔機(jī)是一種投資小，見效快的產(chǎn)品。
序號
名稱
成本（元）
備注
1
動(dòng)力
1200
550W電動(dòng)機(jī)
2
沖孔模具
2000
3
送料裝置
600
振動(dòng)料斗、料斗斜槽
4
主動(dòng)系統(tǒng)
2000
主軸、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器、齒輪、錐齒輪、凸輪、軸承等
5
工作臺(tái)
500
6
其它輔件
200
螺栓、開關(guān)等
7
銷售費(fèi)
200
三包費(fèi)
8
出廠價(jià)
8500
9
裝配工資
300
10
稅金
255
增值稅的17％
11
廠家利潤
1245
表2-1
2.2 結(jié)論
因此，該全自動(dòng)沖孔機(jī)的研究開發(fā)和推廣不但能帶來很大的社會(huì)效益，亦能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收周期短，且適合當(dāng)前的社會(huì)購買力，是一種沖小孔零件的可靠實(shí)用的好機(jī)械。
第三章 全自動(dòng)沖孔機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)說明
3.1 總體方案的確定
由于保險(xiǎn)管帽的沖的孔徑較小，要求精度高。又由于傳統(tǒng)的沖孔是工人將工件一件一件的放置在沖孔模具上，然后沖壓機(jī)動(dòng)作完成沖孔，工人再取出工件，該法結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，成本高，易發(fā)生事故。所以本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)出一臺(tái)全新的全自動(dòng)沖孔機(jī)，要求自動(dòng)送料、沖孔與一體。
近些年來，國內(nèi)一些工廠和研究單位在開發(fā)沖孔機(jī)械上做了許多工作，也取得了一定的進(jìn)展。從控制方式上來分大體可總結(jié)為PLC（可編程控制器）+伺服系統(tǒng)+步進(jìn)電機(jī)或不完全齒輪系統(tǒng)+彈性阻尼裝置+異步電動(dòng)機(jī)。
PLC（可編程控制器）+伺服系統(tǒng)+步進(jìn)電機(jī)控制具有定位精度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。此控制設(shè)計(jì)出來的全自動(dòng)沖孔機(jī)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作的功能，生產(chǎn)效率同普通人工送料機(jī)相比增加了90%，節(jié)約人力資源50%。但是此機(jī)設(shè)計(jì)出來占用較大的空間，且要求操作嚴(yán)格及維修費(fèi)用制造費(fèi)用較高，不太適合小型企業(yè)的使用及制造，耗電較大。
不完全齒輪系統(tǒng)+彈性阻尼裝置+異步電動(dòng)機(jī)控制的全自動(dòng)沖孔機(jī)具有結(jié)構(gòu)較簡單，外形美觀大方，結(jié)構(gòu)合理，占地面積少，能精確的完成自動(dòng)沖孔任務(wù)，要求人員操作的技術(shù)水平較低且操作便捷，整臺(tái)機(jī)器耗電量少，價(jià)格相對比較便宜，勞動(dòng)生產(chǎn)率相對普通的人工送料機(jī)提高2倍左右。但是此機(jī)器加工的產(chǎn)品效率較低，使用年限較短，適合小型企業(yè)制造及使用。
綜上所述，結(jié)合所需公司的特點(diǎn)和借鑒其他全自動(dòng)沖孔機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對二種沖孔機(jī)方案的反復(fù)論證，確定本沖孔機(jī)的控制采用不完全齒輪系統(tǒng)+彈性阻尼裝置控制，以三相電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，模具沖頭為工作執(zhí)行部件，振動(dòng)料斗為送料部件。利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸及凸輪而實(shí)現(xiàn)沖孔的總體設(shè)計(jì)方案。
確定傳動(dòng)方案，方案簡圖如下（圖3-1所示）：
（a）
（b）
圖3-1
比較2種傳動(dòng)方案，方案(a)采用無級變速度電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行沖孔，方案（b）采用Y型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，采用齒輪減速器減速來達(dá)到?jīng)_孔的額定轉(zhuǎn)速。
比較方案（a）跟（b），顯然方案（a）簡單方便，占地面積少，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)方便、工藝及經(jīng)濟(jì)合理，使用于軸受力較小的傳動(dòng)。方案（b）采用Ｙ型電動(dòng)機(jī)增加了電動(dòng)機(jī)的費(fèi)用，且采用齒輪減速，增加了成本以及使機(jī)構(gòu)不緊湊，不方便安裝加工，占地面積較方案（a）大，適合軸傳動(dòng)受力較大的機(jī)構(gòu)。
因?yàn)榇舜螞_的孔為小孔，軸受力不大，所以經(jīng)過比較確定方案（a）為最終方案。
其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
1．電壓： 380V
2．消耗功率（W）： 500
3．沖孔直徑： 0.8mm±0.01mm
4．可加工零件： 保險(xiǎn)管帽
5．最大加工尺寸： 4mm
6．最大沖力： 40kg
7．定位誤差： 0.01mm
8．沖孔速度： 3件/秒
9．整機(jī)質(zhì)量（kg） <200
10．加工成本（元/個(gè)） <0.1
11．操作人數(shù) 1
12．整機(jī)制造成本（元） <9000
3.2 工作原理和創(chuàng)新之處
3.2.1 工作原理
全自動(dòng)沖孔機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖（如圖3-2）
圖3-2
系統(tǒng)的工作原理簡述如下：
先啟動(dòng)振動(dòng)料斗開關(guān)，振動(dòng)料斗1開始振動(dòng)送料，經(jīng)過料斗斜槽2后進(jìn)入料嘴。料嘴與分度盤5的料槽相連，來料（保險(xiǎn)管帽）恰好每次只有一個(gè)進(jìn)入分度盤料槽。
凸輪15帶動(dòng)軸承座13，軸承14，模具7的上模部分運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖孔時(shí)，凸輪給予向前的位移，模具卸料板內(nèi)的彈簧壓縮，凸模6完成沖孔；當(dāng)卸料時(shí)，卸料板內(nèi)彈簧伸長，凸模向后運(yùn)動(dòng)，卸料板卸掉已沖好的保險(xiǎn)管帽。
完成全自動(dòng)沖孔任務(wù)
兩錐齒輪嚙合改變運(yùn)動(dòng)方向，軸17旋轉(zhuǎn)。軸17帶動(dòng)不完全主動(dòng)齒輪3，不完全從動(dòng)齒輪4和固定在不完全從動(dòng)齒輪4上的分度盤5作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主軸旋轉(zhuǎn)一周，不完全從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)1/4周，這樣可以把振動(dòng)料斗出來的有序料一個(gè)一個(gè)地送到凹模上。主軸旋轉(zhuǎn)一周沖一個(gè)保險(xiǎn)管帽，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖孔。
啟動(dòng)調(diào)節(jié)沖孔開關(guān)，電機(jī)10開始轉(zhuǎn)動(dòng)。通過聯(lián)軸器11，主軸12帶動(dòng)凸輪15和錐齒輪16旋轉(zhuǎn)。
3.2.2 創(chuàng)新之處
（1）采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)（如圖3-2所示）作為間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)一周時(shí)，從動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)四分之一周，從動(dòng)齒輪每轉(zhuǎn)停歇四次。當(dāng)從動(dòng)齒輪停歇時(shí)，主動(dòng)齒輪上的鎖止弧與從動(dòng)齒輪上的鎖止弧互相配合鎖住，以保證從動(dòng)齒輪停歇在鎖定位置。當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)（如圖3-2所示）不完全齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)，主動(dòng)齒輪角速度增大，從動(dòng)齒輪的角速度亦增大，運(yùn)轉(zhuǎn)中慣性力增大，此時(shí)容易發(fā)生齒輪間卡死。為此我們在系統(tǒng)中增加了彈性阻尼系統(tǒng)（如圖3-3所示）。
通過調(diào)節(jié)彈簧彈力大小來克服齒輪的慣性力。如需在高速下運(yùn)行，齒輪的慣性力較大，則彈簧的彈力應(yīng)加大，反之，則彈力應(yīng)減小。從而保證不完全齒輪能夠在高速中正常運(yùn)行。
圖3-3 圖3-4
（2） 此機(jī)構(gòu)利用沖孔模具的導(dǎo)向作用，省去了沖床的滑塊機(jī)構(gòu)；因沖裁力較小，省去了沖床的飛輪機(jī)構(gòu)，因而整個(gè)機(jī)構(gòu)得到簡化，加工方便。
（3）模具通常垂直安裝在沖床上完成沖壓任務(wù)。而本機(jī)構(gòu)利用現(xiàn)有模架，并且考慮到從振動(dòng)料斗出來的保險(xiǎn)管帽是水平的，應(yīng)而將沖孔模具水平放置即水平方向完成沖孔任務(wù)。
（4） 此機(jī)構(gòu)自身就是一部小沖床和送料機(jī)構(gòu)，解決了占用其它沖床的矛盾。
（5） 以往的生產(chǎn)采用手工送料，經(jīng)常送不到位，還會(huì)出現(xiàn)壓手的公傷事故。本機(jī)構(gòu)解決了壓手問題，提高送料精度。
（6） 以往采用的沖床功率較大，生產(chǎn)中耗電量大，成本較高。本機(jī)構(gòu)消耗功率550W，大大節(jié)省能源，降低成本。
（7）本發(fā)明采用無級變速，可以任意調(diào)節(jié)沖孔速度。
3.3 各主要工作部件設(shè)計(jì)說明
3.3.1 動(dòng)力選擇
本課題研制開發(fā)的全自動(dòng)沖孔機(jī)主要用于沖小型零件，故選擇的動(dòng)力不能太大，立足于小型，具有一定實(shí)用和推廣價(jià)值。
當(dāng)沒有特殊要求時(shí)均應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用得最多。Y系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)為我國推廣采用的新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，適合于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體的場合，以及要求具有較好啟動(dòng)性的機(jī)械。在經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機(jī)），要求電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小和過載能力大，則應(yīng)選用起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī)YZ型（籠型）或YZR型（繞線型）。
由于我設(shè)計(jì)的全自動(dòng)沖孔機(jī)要求沖孔速度為180個(gè)/分鐘，即主軸旋轉(zhuǎn)速度為180r/min。所以采用YCT 系列電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。YCT 系列電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是一種交流恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)，是通過可控硅進(jìn)行控制而達(dá)到均勻無級調(diào)速。
YCT 系列電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)（如圖3-4）是由三相異步電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)差離合器，測速發(fā)電機(jī)，電氣控制裝置組成的，廣泛適用于恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級調(diào)速的各種機(jī)器設(shè)備上， 例如：紡織、電影制片、化工、印染、化學(xué)纖維、冶金、造紙、水泥、橡膠、電線、制糖、塑料、發(fā)民廠等。更適用于變轉(zhuǎn)矩的離心式水泵和風(fēng)機(jī)負(fù)載上，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來代替閥門的開閉以控制流量或壓力，從而達(dá)到節(jié)能的目的。這種電機(jī)具有以下特點(diǎn)。
1、交流無級調(diào)速、具有速度負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，速度變化率低于3%。
2、結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價(jià)格低廉。
3、無失控區(qū)，調(diào)速圍廣，最大可達(dá)10：1。
4、控制功率小，便于自控、群控、遙控。
5、起動(dòng)性能好，起動(dòng)力矩大，起動(dòng)平滑。
圖3-5
由于沖孔機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)未定，可按下式粗略估算主電機(jī)功率。
（式）
為機(jī)床總的機(jī)械效率，主運(yùn)動(dòng)為軸帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)的沖孔，＝0.94～0.97，機(jī)構(gòu)較簡單和主軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)取大值。根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)選擇＝0.97。
=
根據(jù)上述計(jì)算選擇初選電機(jī)。
查YCT 系列電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)表，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要所以選用YCT112-4A型號，其具體參數(shù)如下：
性能參數(shù)
型號
拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（KW）
額定轉(zhuǎn)矩
調(diào)速范圍（r/min）
轉(zhuǎn)矩變化率（%）
YCT112-4A
0.55
3.6
1250-125
2.5
外形及安裝尺寸
機(jī)座號
安裝尺寸(mm)
外形尺寸(mm)
A
A/2
WB
WC
D
E
F
G
H
K
AB
AD
HD
L
HA
AC
YCT112-4A
190
95
210
40
19
40
6
15.5
112
12
240
150
280
520
16
260
3.3.2 整體布局與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[1] 整體布局 本課題的全自動(dòng)沖孔機(jī)屬于廠房作業(yè)機(jī)器，所以需要安裝在空曠地面，考慮到周圍的環(huán)境因素，將沖孔機(jī)的整體結(jié)構(gòu)簡圖（如圖3-1）所示。全自動(dòng)沖孔機(jī)的整體布局是由主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、產(chǎn)品輸送定位系統(tǒng)、沖孔模具和支撐件等四大部分，其中主動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、聯(lián)軸器、凸輪等部分組成；產(chǎn)品輸送定位系統(tǒng)主要由振動(dòng)料斗、振動(dòng)斜槽等組成；沖孔模具按照沖孔的要求而設(shè)計(jì)；支撐件主要起固定及支撐主動(dòng)件等零件，以方便人員操作。此種設(shè)計(jì)合理的安排了機(jī)器的空間位置，方便搬遷及維修。將電動(dòng)機(jī)與送料裝備相隔，有利于防止加工零件掉落進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以免發(fā)生事故。
[2] 傳動(dòng)系統(tǒng)（在本次設(shè)計(jì)中又叫主動(dòng)系統(tǒng)） 此次傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，凸輪安裝在主軸上，主軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)凸輪，凸輪使模具上模部分運(yùn)動(dòng)，完成沖孔任務(wù)。同時(shí)主軸帶動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)，而錐齒輪使副軸帶動(dòng)不完全齒輪與分度盤運(yùn)動(dòng)完成振動(dòng)料斗出來的有序料一個(gè)一個(gè)地送到凹模上。
3.3.3 沖孔模具的選擇
1.各種結(jié)構(gòu)的沖孔模一般都是由工作零件（包括凸模、凹模）、定位零件（包括擋料銷、導(dǎo)尺等）、卸料零件（如卸料板）、導(dǎo)向零件（如導(dǎo)柱、導(dǎo)套）和安裝固定零件（包括上下模座、墊板、凸凹模固定板、螺釘和定位銷）等5種基本零件組成。
凸模又稱沖頭，是沖模的關(guān)鍵零件之一。凸模本身按部件工作不同又可分為工作部分（即刃口）和固定部分。生產(chǎn)實(shí)踐證明：由于凸、凹模之間存在著間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，沖孔件的小端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸。
所以本次全自動(dòng)沖孔機(jī)的模具要求如下：
由于保險(xiǎn)管帽零件孔屬于一般的沖孔，0.8mm±0.01mm的孔由沖孔獲得。
①計(jì)算沖孔凸模的刃口尺寸以及凹模
由表得：=0.002mm，=0.001mm，則=0.001mm
由表查得：凸模公差：=-0.0220mm,凹模公差：=+0.020mm
校核滿足+〈的條件
所以得到： =（0.8＋0.75×0.020=mm,=mm
②沖裁力的計(jì)算
沖裁力的大小主要與材料的性質(zhì)、厚度和零件的展開長度有關(guān)。用平刃口沖裁模沖裁時(shí)，其沖裁力可按下式進(jìn)行計(jì)算：
其中——沖裁力；
K——系數(shù)，一般取1.3；
t——材料厚度（mm）;
——材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）。
③卸料力
④頂件力
所以總沖壓力為：
2.模具機(jī)構(gòu)的一些參數(shù)
①上模座：L×B×H為63×50×20mm
②下模座：L×B×H為63×50×25mm
③導(dǎo)套：60×18mm
④導(dǎo)柱：d=16，L=100mm
⑤導(dǎo)柱上的彈簧d=1.6，D=22mm，t=10mm，H=72mm，有效圈7，總?cè)?.5
⑥模具長度H=110mm
⑦凹模長度為12mm，凸模長度為50mm。
本次設(shè)計(jì)沖模采用彈性卸料裝置時(shí)，所得制作平整，故適用又薄料及精度和平整度要求較高制作的沖模選用。
3.3.4 送料機(jī)構(gòu)
送料機(jī)構(gòu)由料斗固定在圓盤上，以及料斗斜槽、料嘴組成。圓盤由振動(dòng)機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，保險(xiǎn)冒在料斗中隨振動(dòng)料斗跳動(dòng)進(jìn)入料斗斜槽，經(jīng)過料斗斜槽進(jìn)入料嘴，而料嘴跟分度盤的料槽相連，這樣便可以準(zhǔn)確的送料到位，進(jìn)行沖孔任務(wù)。
3.4 主軸的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
3.4.1 主軸設(shè)計(jì)
1. 軸傳遞扭矩 T（Nmm）
式中 p—電動(dòng)機(jī)功率 P=0.55KW
n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n=180r/min
帶入公式有
2.初步確定軸的最小直徑
安裝連軸器處的直徑為軸的最小直徑。根據(jù)表15—3有，軸的材料選擇為45鋼時(shí)A=103～126
考慮到軸端裝聯(lián)軸器需開鍵槽，故軸徑需要加大5%～7%，所以選取=19mm
3.選擇聯(lián)軸器
根據(jù)前面最小端直徑的確定可以選擇合適的聯(lián)軸器。聯(lián)軸器是一種常用的軸系部件，其功能是聯(lián)接兩軸，傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所聯(lián)接的兩軸不能分離，只有當(dāng)機(jī)器停車并將聯(lián)軸器拆開后，兩軸才能分離。
在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件，如承載能力、轉(zhuǎn)速、兩軸相對位移、緩沖吸振以及裝拆、維修更換易損元件等綜合分析來確定。具體選擇時(shí)可考慮以下因素：
i．原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的機(jī)械特性 原動(dòng)機(jī)的類型不同，其輸出功率和轉(zhuǎn)速，有的是平穩(wěn)恒定的，有的是波動(dòng)不均勻的，而各種工作機(jī)的載荷性質(zhì)差異更大，有的甚至是強(qiáng)烈沖擊或振動(dòng)，這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇，是選型的主要依據(jù)之一。對于載荷為平穩(wěn)的，可選用剛性聯(lián)軸器，否則宜選用撓性聯(lián)軸器。
ii．聯(lián)軸器連接的軸系及其運(yùn)轉(zhuǎn)情況 對于連接軸系的質(zhì)量大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，而又經(jīng)常啟動(dòng)、變速或反轉(zhuǎn)的，應(yīng)考慮選用能承受較大瞬時(shí)過載，并能緩沖吸振的聯(lián)軸器。
iii．工作機(jī)的轉(zhuǎn)速高低 對于需高速運(yùn)轉(zhuǎn)的兩軸連接，應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性，以削除離心力產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，避免相關(guān)元件因磨損和發(fā)熱而降低傳動(dòng)質(zhì)量和使用壽命。
iv．聯(lián)軸器的對中和對保持程度 保持良好的對中是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，可防止產(chǎn)生過大附加載荷及其他不良工況。選擇的聯(lián)軸器不但要補(bǔ)償安裝時(shí)難免存在的一定相對偏差，還應(yīng)預(yù)計(jì)到能補(bǔ)償兩軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的相對位移。
v．聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性 聯(lián)軸器的外形尺寸，安裝、拆卸所需的空間大小和難易程度以及對維護(hù)的要求等都應(yīng)與連接裝置的具體配置和要求相適應(yīng)。
vi．聯(lián)軸器的可靠性、使用壽命和工作環(huán)境 對于要求運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，不允許運(yùn)轉(zhuǎn)工作臨時(shí)中斷的傳動(dòng)，最好選用不需潤滑、無非金屬彈性元件的聯(lián)軸器。高溫和含有腐蝕性介質(zhì)的場所應(yīng)避免使用橡膠彈性元件的聯(lián)軸器。有灰塵、潮濕的環(huán)境應(yīng)使用有罩殼的聯(lián)軸器。
vii．聯(lián)軸器的制造、安裝和維護(hù)的成本。
根據(jù)軸最小端裝的為連軸器，所以聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為，查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.3，則：
=1.3×29180=37934N·mm
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-1985，選用HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為160000N·mm。半聯(lián)軸器的d=19mm；半聯(lián)軸器長度L=42mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=30mm。
該聯(lián)軸器標(biāo)記為：
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 擬訂軸上的零件裝配方案，軸上的凸輪從左側(cè)裝入，而軸承采用SN205型剖分式滾動(dòng)軸承座支撐固定，聯(lián)軸器跟錐齒輪都采用鍵聯(lián)接。
（2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段左端需制出一軸肩，故取=30mm，右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=36mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=30mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故此段的長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取=28mm。
（3）初選選擇滾動(dòng)軸承。
因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用7205C型滾動(dòng)軸承，其尺寸為25×52×15（內(nèi)徑×外徑×寬度）,所以安裝軸承段的直徑，右端軸承與凸輪之間采用套筒定位。取凸輪距箱體軸承座的距離為8mm。裝右端軸承段的長度=51mm。
（4）右端軸承右側(cè)的軸段長度=40mm，左端軸承所在軸段的長度為=51mm，軸承右端段的長度為=40mm。
（5）凸輪尺寸設(shè)計(jì)
凸輪所在軸段的直徑=33mm，采用滾子從動(dòng)盤形凸輪機(jī)構(gòu)，直接用滾動(dòng)軸承作為滾子。
凸輪采用鑄鐵凸輪=36mm
=39mm
取推程運(yùn)動(dòng)角=
遠(yuǎn)休止角=
回程運(yùn)動(dòng)角=
近休止角=
行程為10mm，凸齒輪寬度為b=40mm=。
（6）設(shè)計(jì)軸端的錐齒輪
由于工作要求的不用，錐齒輪傳動(dòng)可設(shè)計(jì)或不同的型式。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要選擇軸交角為的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)。
由于此軸的速度不高，故選用7級精度。
材料選用45鋼，硬度為240HBS。
按齒面強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
初選錐齒輪的模數(shù)m=3，齒數(shù)為Z=21。由于本設(shè)計(jì)為等速傳動(dòng)，所以，
，
=3×21=63mm，
=d(1-0.5)=63×(1-0.5×0.33)=52.6mm，
，
齒頂圓直徑:，齒根圓直徑:
齒頂高: ，齒根高：
分度圓齒厚：S=4.7mm，
齒頂角：，齒根角：
錐齒輪寬度：b=22mm。
由于錐齒輪所在軸段也為最小直徑，而且錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
檢驗(yàn)所選參數(shù)都符合要求。
所以錐齒輪所在軸短的長度：
（7） 軸上零件的周向固定，均采用平鍵聯(lián)接，同時(shí)為了保證軸的配合有良好對中性，采用H7/K6，滾動(dòng)軸承與軸采用H7/K6。
（8）定出軸肩處的圓角半徑R=1，軸端倒角取2。
5.鍵聯(lián)接的選擇
本次設(shè)計(jì)的鍵全為普通平減A型，所有軸段鍵型號預(yù)選如下：
聯(lián)軸器鍵19選6×6×22（b×h×l）
凸輪鍵33選10×8×40（b×h×l）
錐齒輪鍵19選6×6×20（b×h×l）
6.選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理
由表14—1查得，
，。
7.畫軸的結(jié)構(gòu)簡圖 如圖3-5所示
圖3-6 主軸尺寸圖
3.4.2 主軸的校核
由于工作時(shí)受到不大的彎矩，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。因此在校核軸強(qiáng)度的時(shí)候只考慮校核扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，只按照軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度。
軸的扭矩強(qiáng)度條件為 （Mpa）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa；
T——軸所受的扭矩，單位為Nmm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；
N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
p——軸的傳遞功率，單位為kw；
d——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa
這里考慮到軸直接用聯(lián)軸器跟電動(dòng)機(jī)相連故可以直接看作傳動(dòng)效率為1，故p=550w，n=180r/min，d取軸的最細(xì)處的直徑d=19mm，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表15—3中選取，=25～45Mpa。將各個(gè)參數(shù)數(shù)值帶入公式有
滿足軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求，所以強(qiáng)度合格。
3.4.3 軸承的校核
（計(jì)算過程中使用的資料為《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版）
1.根據(jù)工作條件決定選用角接觸球軸承。標(biāo)號左端軸承為1，右端軸承為2，根據(jù)受力計(jì)算得軸承徑向載荷左端軸承=678.9N，右端軸承=311.3N，軸承轉(zhuǎn)速 n=180r/min
對于70000C型軸承，軸承判生軸向力，其中取e=0.4
=271.56N
=124.52N
軸承采用背對背安裝，所以
由于=0.4＜e，=1.32＞e
裝軸承處的軸直徑可在30mm左右內(nèi)選擇（預(yù)），運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有輕微沖擊。預(yù)期計(jì)算壽命為4500小時(shí)。
根據(jù)表13—5，70000C軸承的e值為0.56。
2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)式（13—8a）
按照表13—6，=1.2～1.8，取=1.8
按照表13—5，X=1，Y=0，則
3.根據(jù)式（13—6），選擇受力最大的軸承求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
4.按照軸承樣式或者設(shè)計(jì)手冊選擇c=16500N的7205C軸承，這個(gè)軸承的基本額定靜載荷=10500N，驗(yàn)算如下：
驗(yàn)算7206C軸承的壽命，根據(jù)式（13—5）
所以軸承選用合格。
3.4.4 鍵的校核
我們選用的主軸鍵為A型平頭普通鍵，由于其主要失效形式是工作面被壓潰，因此這里只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，先校核聯(lián)軸器鍵。
普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：
式中 ：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=p/w
K—鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 k=0.5h故此處h為鍵的高度，h=6 mm
L—鍵的工作高度 l =22 mm
D—軸的直徑 mm d =19 mm
—鍵，軸套筒三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力 M
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版查表 6-1許用擠壓應(yīng)力 =100—120 M取其平均值=110Mpa
經(jīng)過計(jì)算
<110 M
因此，鍵的強(qiáng)度合格。
其他的鍵按此方法校核都強(qiáng)度合格。
3.5 副軸的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1 副軸設(shè)計(jì)
1. 副軸即安裝錐齒輪跟不完全齒輪的軸
根據(jù)主軸最左端安裝的錐齒輪可知道，此軸最左端的軸的直徑為
，
2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 擬訂軸上的零件裝配方案，軸上的不完全齒輪從右端裝入，而軸承采用SN205型剖分式滾動(dòng)軸承座支撐固定，不完全齒輪跟錐齒輪都采用鍵聯(lián)接。
（2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。
為了滿足錐齒輪的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，故取=25mm。（3）初選選擇滾動(dòng)軸承。
因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用7205C型滾動(dòng)軸承，其尺寸為25×52×15（內(nèi)徑×外徑×寬度）,所以安裝軸承段的直徑，裝右端軸承段的長度=51mm。
右端軸承與齒輪之間采用套筒定位。取齒輪距箱體軸承座的距離為8mm?？紤]到軸承座的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距內(nèi)壁一段距離s，取s=4mm，，所以安裝右端軸承段的軸長度為=mm。取=51mm。左軸承右端的軸長度為30mm,直徑為30mm。
（4） 軸上零件的周向固定，均采用平鍵聯(lián)接，同時(shí)為了保證軸的配合有良好對中性，采用H7/K6，滾動(dòng)軸承與軸采用H7/K6。
（5）定出軸肩處的圓角半徑R=1，軸端倒角取2。
3.5.2 不完全齒輪設(shè)計(jì)
1.不完全齒輪介紹
不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演化而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它與普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)不同之處是輪齒不布滿整個(gè)圓周，主動(dòng)輪的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)輪的間歇運(yùn)動(dòng)。
圖3-7
圖3-6所示為一不完全齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)一周時(shí)，從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)1/4 周，從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)停歇4次。當(dāng)從動(dòng)輪停歇時(shí),1上的鎖止弧與2 上的鎖止弧互相配合鎖住，以保證從動(dòng)輪停歇在鎖定位置。不完全齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，與其它間隙機(jī)構(gòu)相比，其動(dòng)停時(shí)間比不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，其缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在每次運(yùn)動(dòng)始末，速度均有突變,沖擊較大，故一般用于低速、輕載的場合。
2.不完全齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)
在全自動(dòng)打孔機(jī)中，我采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分度動(dòng)作，當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周時(shí)，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)1/ 4周。然而在最初的安裝、調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，沖孔機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí),主動(dòng)齒輪角速度增大，此時(shí)很容易發(fā)生齒輪間卡死。從不完全從動(dòng)齒輪的角速度變化曲線(圖3-7所示)可看出為中間嚙合區(qū)，在此區(qū)的嚙合情況與普通漸開線(完全) 齒輪傳動(dòng)相同，為定角速比傳動(dòng)。A為開始嚙合區(qū), B 為最后嚙合區(qū)，在這兩區(qū)角速度皆有突變。在嚙合終止區(qū)，角速度從正常速度突變?yōu)? ,有慣性力矩產(chǎn)生。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí),從動(dòng)齒輪角速度增大,在嚙合終止區(qū)角加速度亦增加,慣性力矩隨之增大，從而易產(chǎn)生齒輪間卡死。
圖3-8
我的解決辦法是:在系統(tǒng)中增加彈性阻尼系統(tǒng)。彈性阻尼系統(tǒng)圖如圖3-8所示。不完全從動(dòng)齒輪與分度盤組合體受力分析如下。
組合體受到慣性力矩和摩擦力矩的聯(lián)合作用,受力圖如圖3-9所示,則組合體的轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程為：
式中: F 為摩擦力; FN 為彈簧力; R 為阻尼力到組合體中心的距離。
圖3-9
(1) 組合體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
從動(dòng)齒輪在完成一次嚙合時(shí),速度從正常轉(zhuǎn)速180r/ min 變化到0，速度有突變，因而產(chǎn)生慣性力矩,其力矩大小為
式中: J 為轉(zhuǎn)慣量；ω為角速度。
組合體可分成3個(gè)簡單幾何形狀的物體(圖3-10所示) ,它們對水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別用J1，J2，J3表示，則組合體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
J =J1+J2-J3
以分別表示各部分物體的質(zhì)量、半徑和厚度，則上式中
代入數(shù)據(jù): =0.0619mm，= 0.039，=0.01mm， =0.1004mm，=0.008mm ,=0.012mm，ρ=7800kg/m3 ,計(jì)算后得：
圖3-10
(2) 平均角加速度的計(jì)算
當(dāng)主動(dòng)齒輪的最后一個(gè)齒與從動(dòng)齒輪的末齒嚙合時(shí)，由于無后續(xù)齒，故從動(dòng)齒輪的角速度從正常角速度ω=πn/30變化為0。
在設(shè)計(jì)中，齒輪的分度圓直徑為78mm ,模數(shù)為1.5 ,故正常齒數(shù)為52。齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒所需時(shí)間為
則平均角加速度為：
(3) 慣性力矩
(4) 阻尼系統(tǒng)中彈簧彈力的計(jì)算
由轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程得
其中：摩擦系數(shù)f =0.25；R =0.05m。故
=72N
（5）不完全齒輪的寬度
（6）主動(dòng)輪在相鄰二鎖止弧之間的齒數(shù)=11，從動(dòng)輪在相鄰二鎖止弧之間的齒數(shù)=13，K=3，N=1。
圖3-11
3.5.3 鍵聯(lián)接的選擇
1.本次設(shè)計(jì)的鍵全為普通平減A型，所有軸段鍵型號預(yù)選如下：
不完全齒輪鍵33選10×8×56（b×h×l）
錐齒輪鍵19選6×6×20（b×h×l）
2.選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理
由表14—1查得，
，。
3.畫軸的結(jié)構(gòu)簡圖 如圖3-12所示
圖3-12
3.5.3 副軸的校核
由于工作時(shí)受到不大的彎矩，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。因此在校核軸強(qiáng)度的時(shí)候只考慮校核扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，只按照軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度。
軸的扭矩強(qiáng)度條件為 （Mpa）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa；
T——軸所受的扭矩，單位為Nmm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；
N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
p——軸的傳遞功率，單位為kw；
d——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa
這里考慮到副與主軸用等比相連故可以直接看作傳動(dòng)效率為1，故p=550w，n=180r/min，d取軸的最細(xì)處的直徑d=19mm，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表15—3中選取，=25～45Mpa。將各個(gè)參數(shù)數(shù)值帶入公式有
滿足軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求，所以強(qiáng)度合格。
3.5.3 軸承的校核
（計(jì)算過程中使用的資料為《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版）
1.根據(jù)工作條件決定選用角接觸球軸承。標(biāo)號左端軸承為1，右端軸承為2，根據(jù)受力計(jì)算得軸承徑向載荷左端軸承=352.75N，右端軸承=210.3N，軸承轉(zhuǎn)速 n=180r/min
對于70000C型軸承，軸承判生軸向力，其中取e=0.4
=141.1N
=84.12N
軸承采用背對背安裝，所以
由于=0.4＜e，=1.75＞e
裝軸承處的軸直徑可在30mm左右內(nèi)選擇（預(yù)），運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有輕微沖擊。預(yù)期計(jì)算壽命為4500小時(shí)。
根據(jù)表13—5，70000C軸承的e值為0.56。
2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)式（13—8a）
按照表13—6，=1.2～1.8，取=1.8
按照表13—5，X=1，Y=0，則
3.根據(jù)式（13—6），選擇受力最大的軸承求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
4.按照軸承樣式或者設(shè)計(jì)手冊選擇c=16500N的7205C軸承，這個(gè)軸承的基本額定靜載荷=10500N，驗(yàn)算如下：
驗(yàn)算7206C軸承的壽命，根據(jù)式（13—5）
所以軸承選用合格。
3.5.4 鍵的校核
我們選用的主軸鍵為A型平頭普通鍵，由于其主要失效形式是工作面被壓潰，因此這里只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，先校核錐齒輪鍵。
普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：
式中 ：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=p/w
K—鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 k=0.5h故此處h為鍵的高度，h=6 mm
L—鍵的工作高度 l =22 mm
D—軸的直徑 mm d =19 mm
—鍵，軸套筒三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力 M
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版查表 6-1許用擠壓應(yīng)力 =100—120 M取其平均值=110Mpa
經(jīng)過計(jì)算
<110 M
因此，鍵的強(qiáng)度合格。
其他的鍵按此方法校核都強(qiáng)度合格。
第四章 機(jī)器的使用和維護(hù)
4.1 安裝
（1）將沖孔機(jī)固定在工作臺(tái)上，工作臺(tái)要穩(wěn)定的固定在工作地面上，固定時(shí)必須牢固，保證可靠工作。
（2）安裝時(shí)，必須使沖孔機(jī)主軸和電動(dòng)機(jī)輸出軸同一直線上，高度調(diào)整適宜。
4.2 使用注意事項(xiàng)
（1）使用新機(jī)器前，必須認(rèn)真檢查固定在工作臺(tái)上的模具及其凸輪齒輪是否緊固，傳動(dòng)是否合適，電源接線是否良好并在無負(fù)荷條件下磨合2分鐘左右。
（2）檢查模具是否良好，凹模的孔徑是否合適，有無損壞之處，用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，檢查主軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，有無卡碰和摩擦聲。
（3）工作過程前應(yīng)檢查保險(xiǎn)管帽是否工藝合格，以免沖孔后，產(chǎn)生廢品。嚴(yán)禁用手送料到分度盤，以防發(fā)生人身事故。
（4）工作前要空轉(zhuǎn)半分鐘，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速且轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后才可工作，檢查轉(zhuǎn)子方向是否正確，聲音是否正常，若無異常響聲時(shí)，方可投料，開車時(shí)，不得打開殼體。
（5）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，操作人員不得離開機(jī)組，也不要在運(yùn)轉(zhuǎn)中拆機(jī)觀察加工零件的工作情況，維修工具不得放在機(jī)器上或料堆上，工作時(shí)必須把袖口扎緊，站在機(jī)器的側(cè)面，面部避開入料口。
（6）當(dāng)沖孔時(shí)，應(yīng)將模具及振動(dòng)料斗清洗干凈。
（7）經(jīng)常檢查軸承溫度。正常工作時(shí)，溫度不要超過25度。
（8）沖孔模具是沖孔機(jī)主要易磨損件，應(yīng)經(jīng)常檢查其磨損情況。當(dāng)模具磨損過大時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換新模具應(yīng)保證加工零件的精度。
（9）因?yàn)榇伺_(tái)機(jī)器可以產(chǎn)生無級變速，所以當(dāng)機(jī)器要速度時(shí)候，應(yīng)調(diào)節(jié)不完全齒輪的彈性阻尼系統(tǒng)的彈簧彈力以保證不完全齒輪間的卡死。
4.3 保養(yǎng)與維護(hù)
（1）每班工作結(jié)束時(shí)，必須清除殘留在機(jī)器上的灰塵和雜物，特別是軸承座周圍和機(jī)體內(nèi)部的殘余碎屑，以防止機(jī)器生銹。
（2）檢查潤滑情況，在經(jīng)常作業(yè)情況下，每半個(gè)月加一次潤滑油。
（3）存放時(shí)放在干燥處，以免機(jī)器生銹。
（4）修理后的沖孔機(jī)應(yīng)做靜平衡實(shí)驗(yàn)，經(jīng)檢查后方可開車。
4.4 故障排除
1. 軸承升溫過快
軸承是沖孔機(jī)上較為重要的配件，其性能直接影響到到設(shè)備的正常運(yùn)行及生產(chǎn)效率。設(shè)備運(yùn)行過程中，使用者要特別注意軸承的升溫和軸承部位的噪聲，出現(xiàn)異常要及早處理。
（1） 軸承如果發(fā)生損壞，這時(shí)應(yīng)該及時(shí)的進(jìn)行更換，可以解決故障。
（2） 如果主軸彎曲，容易發(fā)生軸承升溫過快的現(xiàn)象，其解決的辦法是調(diào)整主軸受力，如果彎曲嚴(yán)重，則應(yīng)該及時(shí)更換新軸。
（3） 當(dāng)出現(xiàn)潤滑情況不良時(shí)，軸承的溫度會(huì)快速升高，能夠造成軸承壽命的減少，如果出現(xiàn)這種情況的時(shí)候，應(yīng)該及時(shí)的加注潤滑油，保證其潤滑質(zhì)量。
（4） 軸承蓋如果擰的過緊，會(huì)造成軸承的受力過大，轉(zhuǎn)動(dòng)不是十分流暢，就會(huì)造成軸承升溫過快，解決的辦法是在軸承蓋螺栓處加上低墊，進(jìn)行調(diào)整，可以解決故障。
2. 沖孔機(jī)工作過程中的振動(dòng)、噪聲
沖孔機(jī)在工作過程當(dāng)中常常出現(xiàn)的毛病就是振動(dòng)和噪聲，解決方法如下：
（1） 如果是機(jī)座安裝的不牢固，其解決的辦法是緊固連接螺釘。
（2） 電機(jī)輸出軸和沖孔機(jī)主軸不在同一條直線上，解決的方法是調(diào)節(jié)電機(jī)或者是沖孔機(jī)軸的方向，使兩者在同一個(gè)直線上工作。
3. 沖孔機(jī)保險(xiǎn)管帽送料不到位
產(chǎn)生的原因主要有保險(xiǎn)管帽不合格，或送料嘴跟分度盤斜槽之間不準(zhǔn)確，或模具不夠精確，其解決的方法應(yīng)該送料前及時(shí)的檢查，開機(jī)前檢查配合是否準(zhǔn)確，模具的凹凸模及分度盤的準(zhǔn)確。
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)
本次設(shè)計(jì)，是大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課程以及全部專業(yè)課程和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的綜合。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉。它在我們四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中占有很重要的地位。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我對自己未來將從事的工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力,為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設(shè)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)查閱了有關(guān)手冊、教材，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對各個(gè)重要步驟進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和說明,必要處都有校核。裝配圖和零件圖按照國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和模具設(shè)計(jì)的習(xí)慣畫法繪制,通過這次設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步熟悉了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)文件和設(shè)計(jì)說明書的編寫，分析問題、解決問題的能力得到了提高，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決一些實(shí)際生產(chǎn)問題。圓滿地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)中我最大的感受是：理論與實(shí)踐必須相結(jié)合，只有將正確的理論應(yīng)用于實(shí)踐中，才能真正發(fā)揮理論的價(jià)值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內(nèi)涵，而要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合必須有一定的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在這方面，我很欠缺，還在待于在日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作中來彌補(bǔ)和提高。此外，設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)繁重的工作，必須具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和頑強(qiáng)的決心和毅力。
由于能力所限,經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教。
參考文獻(xiàn)
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