机械原理专用冲压机机构课程设计

机 械 原 理

设计说明书

题目：专用精压机传动方案设计学生姓班学指

导教

名 白占士 级 机械设计961 号

120696101 师

冯宪章（教授）

年6月12 日∣1 / 14

2013

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目录

一.概述………………………………………………2

二.冲压机构和送料机械运动方案的拟定……4 三.设计方案的分析与评定………………………8 四.机械传动系统的速比和变速系统……………9 五.执行机构的运动尺寸的设计…………………10 六.绘制正式的整机机构运动简图………………11 七.速度与加速度分析………………………………11 八.参考资料……………………………………………13 九.设计总结……………………………………………13

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一、概述

1.工作原理

专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图1-1所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，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 专用精压机运动示意图

2.工艺动作流程

a.将新坯料送至待加工位置；

b.下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出膜腔。 3.原始数据和设计要求

① 动力源是电动机作转动；冲压执行构件为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图1.2所示，具有快速接近工件、等速工作进给和快速返回的特性。

② 精压成形制品生产率约每分钟70件。

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③ 上模移动总行程为280 mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100 mm。

④ 行程速比系数K≥1.3，电动机规格(1440r/min 额定功率4KW )。

⑤ 坯料输送的最大距离200 mm。

⑥ 上模滑块总质量40 kg,最大生产阻力为5000 N，假定拉延区内生产阻力均衡；

⑦ 设最大摆动件的质量40kg，绕质心转动惯量为2 kg.m2，质心简化到杆长的中点。其它构件的质量忽略不计；

⑧ 传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30kg.m2，机器运转许用不均匀系数[δ]为0.05）

⑨ 机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角应尽可能小，传动角大于或等于许用传动角[]40。

图1-2

二、冲压机构和送料机械运动方案的拟定

1.方案设计

整个机构可分为3大部分:

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（1)冲压机构

主要运动构件：上模 （2)送料机构

主要运动构件：推杆 （3）上顶机构

主要运动构件：推杆 2、机构的组成

整个机构分为两大部分：冲压机构,送料机构和上顶机构。且主要的运动构件分别为上模和推杆。

传送带送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构和不完全齿条。如果考虑到成品有切边的情况，需要一个将拉延后的成品上顶的机构来配合推杆完成推成品出模腔的运动。

3、运动方案 方案一

设计方案一的冲压机构是由一个四杆机构串联一个摇杆滑块机构组合，送料机构是曲柄滑块机构。此方案自由度为一，自由度数等于原动件数，能满足传动需求。

机构的加压时间短，一级传动角最大，效率高，成本低，但工作稳定性一般，加工装配难。

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图2-1 方案一的机构运动简图

方案二

导杆-摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构

冲压机构是在倒杆机构的基础上，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，可使工作段压力角较小。

送料机构的凸轮机构通过凸轮机构与曲柄轴相连。按机构的运动简图确定凸轮工作角和从动件运动规律，则机构可在预定的时间将工件送至代加工的位置。

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图2-2 方案二的运动简图

方案三

凸轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构

冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。恰当的选择点的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特征，并使压力角尽可能小。该机构可采用实验法进行设计；当要求较高时，可采用解析法，或以实验法得到的 结果作为初始值，进行优化设计。

送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮工作角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件送至待加工位置。

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图2-3 方案三运动简图

方案四

凸轮连杆冲压送料机构

送料和冲压机构都是由连杆机构组成。连杆机构可通过对杆长的计算设计，当选好适合的尺寸后，能实现所需的形成速比以及运动要求。通过铰链点与杆长的适合选择，能使机构既有较小的压力角和较为理想的传动角，使其达到运动功能，满足传动要求。

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图2-4 方案四运动结构件简图

三、方案的分析与评定

在此前四个方案提出后，小组进行了对比，各个方案都有着不同的基础组合而成，而且都可以完成设计要求的运动。但是考虑到机构的性能、加工成本和后期建模，分析等方便，最后小组经过讨论，决定采取第四个方案。 分析：

方案一虽然能完成设计要求的运动，但是稳定性不高。方案二机构的加压时间可以加长，效率高，结构简单，装配较容易；但是一级传动角较小不利于冲压。方案三较前面两个方案都要稳定，且传动角较大；但是结构过于复杂，不利于加工，成本比较高。然而设计要求中机构要每分钟生产70件，机构的运转速度较大。并且其上模滑块的总质量为40kg，最大的生产阻力为5000N，故需要其机构具有较高的传动性能，而凸轮机构不适合于传动力过大的场合。因此我们选择第四个方案。

并且第四个方案可以满足急回运动的要求，输送配料上工作台和上模冲压这两个工作步骤也可以比较容易的配合出来。使整个机构完成一次送料

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冲压的周期。

四、机械传动系统的速比和变速机构

1、传动系统总的传动比

由于电动机的规格为转速1440r/min 额定功率4kw，精压机每分钟要生产70件产品,有生产率可知主轴转速约为70r/min。由计算得传动系统总的的传动比约为：

iz=1440/70=20.57

设一级传动比i1=2，二级传动比i2=10.285。

一级传动为带传动比即电动机与中间齿轮之间的传动比，二级传动为中间齿轮与冲压机构中的传动齿轮之间的传动比,总传动比为i=20.57，故选用二级齿轮传动。 2、冲压机构的传动比

由于电动机的规格为1440r/min，由计算得机构需要的周期T=2/3s，角速度W1=3π；而电动机的W2=24π。冲压机构总的的传动比： iA=W2/W1=8

设一级传动比i1=4，二级传动比i2=2。

一级传动为电动机与中间齿轮之间的传动比，二级传动为中间齿轮与冲压机构中的传动齿轮之间的传动比。

3、送料机构的传动比

因为送料机构应与冲压机构保持一致的运动周期，故其传动比应与冲压机构的总传动比一样大：

iB=W2/W1=8

那么我们也可以选用相同的一二级传动比：i1=4，i3=2。 一级传动为电动机与中间齿轮之间的传动比，而二级传动为中间齿轮与送料机构的传动齿轮之间的传动比。

五、执行机构的运动尺寸的计算

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图5-1 设计尺寸草图

1、上模冲压机构的尺寸设计：

因上摸冲压机构采用曲柄滑块的传动机构，且根据任务书的要求形成速比必须大于等于1.3。取k=1.3，有公式180o(K1)(K1)计算得极位夹角θ=52度。

又要求上模冲压的总行程为280mm，则冲模锤的最高点到最低点的距离H为140mm，考虑到两个极限位置时可以算出：

CD=H/(2×sin26)=160mm；

取AB=250mm，则可算得：AC=250/(sin26)=570mm。 2、传动系统的尺寸设计：

i=Z2/Z1=D2/D1=8.1,

设一级传动比为i1=4，二级传动比i2=2； 则中间齿轮的角速度为6π，

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取模数m=2;z1=50,z2=100;

计算得出d1=100mm，d2=200mm；

送料机构的传动齿轮的参数全和冲压机构的传动齿轮一样。

故有d3=d1=100mm,z3=z1=50；

行程速比为k=1.3, 极位夹角θ=52度；而送料的最大距离也为200mm,由此可以计算出HG=175mm,GF=75mm,H与G的垂直距离为72mm。

六.绘制正式的整机机构运动简图

根据设计尺寸要求，画出最终结构运动结构图

图6-1整机机构运动简图

七.速度与加速度分析

根据要求我们下面对机构在某一瞬间进行速度与加速度的分析：

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图7-1冲压机构运动瞬间

图7-2 送料机构运动瞬间

如图7-1中的冲压机构是在上模的最高位置。位移最大，速度为0，有一定的加速度。

而图7-2所示，此时送料机构应达到最大位移处，以等待上模的加工。滑块的有向右的速度，由于机构是匀速运动，加速度为0.

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八.参考资料

［1］ ［2］

朱理．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009

九.设计总结

经过二个星期的努力，在老师的带领下，我终于将机械原理课程设计做完了.在这次作业过程中我遇到了许多困难多次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。不过呢，重要的是通过这次课程设计我有很多感触和收获。

首先，我对机械原理这门课程有了更加深入的了解。平时只是处于一个初等的感性认识水平阶段，没有真正的理解透彻所学的具体原理及应用问题，但是做设计的过程中老在问为什么，如何解决，通过这样的想法，是自己对所学的理论有了深入的理解。在此设计过程中，如何能把所学的理论应用于实际中，这才是我们的目的。这也是我们从毕业后所必需具备的能力，为以后学习工作积累宝贵的经验。

此外，对制图有了更进一步的掌握;Auto CAD、proe、Word这些仅仅是工具软件熟练掌握也是必需的.对我来说收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中我发现像我们这些学生最最缺少的是经验没有感性的认识，空有理论知识有些东西很可能与实际脱节.总体来说我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来从中暴露出自身的不足以待改进.有时候一个人的力量是有限的合众人智慧我相信我们的作品会更完美!

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