冲压机构及送料机构设计.docx
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冲压机构及送料机构设计
机械原理课程设计
(论文)
题目:
冲压机构及送料机构设计
机械工程学院机械工程及自动化专业
学号:
0340973
学生姓名:
吕子甲
指导教师:
陈伟明(职称:
教授)
2008年07月
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………………………………
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。
上模先以比较小的速度接近坯料,然后以匀速进行拉延成型工作。
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
2.原始数据和设计要求
图1-2
1.动力源是电动机,作转动;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、等速工作进给和快速返回的特性。
2.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]
3.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=50—100mm,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。
6.行程速度变化系数K≥1.5。
7.许用传动角[γ]=40°。
8.送料距离H=60~250mm。
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。
型号如下:
同步转速为1500r/mim
电动机型号额定功率(KW)满载转速(r/min)
Y90L-41.51400
Y100L1-42.21420
Y100L2-43.01420
Y112M-44.01440
(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
二、所选方案
根据要求,所选方案为图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。
(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.
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BˊDˊ于D、Dˊ,连接1点和C点交圆弧于1ˊ点,以1ˊ点为圆心,,DE长为半径作圆弧,交EEˊ于1ˊˊ,用同样的方法,可以在EEˊ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。
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。
图3-2
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
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3-3)
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=1440∴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
图3-4
2.机构运动简图的绘制
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=365mm
DE=116mm
(2).导杆摇杆滑块机构的设计数据要求
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
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°
S(mm)
V(m/s)
A(m/s^2)
15
142.3
-0.110
-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:
(2).速度—ψ图
(3).加速度—ψ图
另附上机构位移,速度及加速度图象计算机程序
设AB杆长为L1,AC杆长为L2,CD杆长为L3,DE杆长为L4
水平总长度为h,ω1为主动件的角速度。
DimL1AsInteger,L2AsInteger,L3AsInteger,L4AsInteger,eAsInteger,ω1AsSingle
DimsEAsInteger,vEAsInteger,aEAsInteger
DimβAsSingle,φAsInteger,φ1AsSingle,αmaxAsInteger,θAsSingle
DimKAsSingle,LAsInteger,tAsDouble,mAsDouble,qAsDouble
Randomize
Open"E:
\s.txt"ForOutputAs#1
Open"E:
\v.txt"ForOutputAs#2
Open"E:
\a.txt"ForOutputAs#3
ω1=7.33
L=200
K=Int(Rnd*(20-15+1)+15)/10
αmax=Int(Rnd*(15-10+1)+10)
L3=Int(Rnd*(125-100+1)+100)
θ=180*(K-1)/(K+1)
q=(θ/360)*3.14
L1=L3*Sin(q)
L2=L/(2*Sin(q))
e=Int(Rnd*(280-240+1)+230)
L4=(L2+L3-e)/Sin((αmax*3.14)/180)
Scale(-400,-1800)-(2000,1500)
Line(-400,0)-(2000,0)
Line(0,-1800)-(0,1500)
Forφ=153To513Step15
φ1=φ*3.14/180
β=Atn(L1*Cos(φ1)/(L3-L1*Sin(φ1)))
t=Sqr((L1*Cos(φ1))^2+(L3-L1*Sin(φ1))^2)
m=(L1*Cos(φ1))/(L3-L1*Sin(φ1))
β1=(L1^2-L1*L3*Sin(φ1))/((1+m^2)*(L3-L1*Sin(φ1))^2)
sE=-L2*Sin(β)-Sqr(L4^2-(L2*Cos(β)+L3-e)^2)
vE=ω1*L1*L2*Sin(φ1-β)*Cos(β)/t
aE=-ω1*L1*L2*β1*Cos(φ1-2*β)/t
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