自动送料冲床机构综合2

自动送料冲床机构综合

机械原理课程综合设计

设计计算说明书

学院 机械工程系 班级 08铁道车辆3班 姓名 易礼东 完成日期 2010年12月25日 指导老师 冯鉴老师

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1．设计任务

1.1设计题目

自动送料冲床机构综合 1.2自动送料冲床简介

自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主

要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构。工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处，然后送料机构要保证原料胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。最后，冲头快速返回，执行下一个循环。送料机构在此期间将原料胚件送至待加工位置，完成一个工作循环。

冲床机构运动方案示意图

1.3设计条件与要求

①以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下

往复直线运动，其大致运动规律如图1所示，具有快速下沉、等速工作给进和快速返回等特性。

②机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角r大于或等于许用传动角

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[r]=450

③冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。 ④生产率为每分钟180件。

⑤冲头的工作段长度l=100mm，冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。 ⑥冲头的一个工作循环内的受力如图2所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，

其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N。

⑦送料距离Sn=150mm 。

⑧机器运转速度不均匀系数不超过0.03。

冲头所受阻力曲线

图1

图2

1.4设计任务

1. 绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短冲床工作周期；

2. 针对图所示的冲床的执行机构（冲压机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；

3. 在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；

4. 取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；

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5. 用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

6. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。

2.设计背景

冲床自动送料机实质上是上料机械手，适用于轴承行业、小五金行业、标准件行业的冲压加工。它能自动上料和卸料，提高生产效率，保证产品质量，改善工人劳动强度，确保人身安全。本机节拍与冲床同步，连续生产.总体结构简单、紧凑，传动平稳，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、装拆、调整、维护、制造经济。在冷挤压加工行业特别是轴承冲挤压加工中有较大的应用前景。

自动送料是冲压加工实现自动化的最基本要求、也是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证。自动送料机构每次送进带料或条料的距离称为送料步距，送料步距可根据冲压件的形状尺寸及冲压工艺的需要设计确定。 2.1主要参数及性能指标

生产率（件/min） 送料距离板料厚度轴心高度冲头行程辊轴半径（mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） 180 150 2 1060 100 60 270 460 30 45 0.03 530 2300 150 4

大齿轮轴心坐标大齿轮轴心坐标大齿轮轴心偏距（mm） 送料机构最小传动角速度不均匀系数 板料送进阻力（N） （N） （0） 冲压板料最大阻力冲头重力（N） 机械原理课程综合设计说明书

3.课题分析

一般来讲，我们要设计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类型，即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。

由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简图。所以，只需要考虑运动设计。也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。

4.工作原理

送料过程：电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的薄钢板送入冲床工作台面位置

冲制过程：飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆摆动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动，棘轮与辊轴中心轴线重合，最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工作位置。

5.机构选择

方案一：小齿轮与辊轴的压紧

考虑到小齿轮与工件直接接触不仅起不到压紧的作用还会损伤工件，所以该方案不合适。

方案二：辊轴与辊轴的压紧

调整适当的间隙便于进料，可以保证工件稳定运动且工件表面无划痕。 比较两个方案后决定采用方案二 。

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辊轴的直径为60mm，上下辊旋转一周的送料长度为L，则：

L=π×D=3.14×60=188.5mm>150𝑚𝑚

所以符合要求。 5.1间歇机构设计

当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应该设计间歇机构。这里选择了棘轮机构。

棘轮与摇杆有共同的中心轴线，摇杆上安装了棘爪。

设棘轮的棘齿数Z=11，冲床往复一次的送料长度为L1,棘轮每转一齿，摇杆转角为α ，则

α=

360

=32048‘’38‘ 11取棘轮的模数m=6，则外径

D=6×11=66mm

5.2运动方案设计

方案一：如图所示本机构用了连杆和椭圆形的凸轮机构，齿轮—连杆冲压机构和椭圆形的凸轮—连杆送料机构。正如图所示一样但在设计椭圆形的凸轮机构时不好计算和加工，这大大的增加了加工的难度和设计。

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方案二：题目给出的方案

根据压紧机构选择的结果，采用双辊压紧机构，则不采用齿轮啮合。所以要在该方案的基础上改进。

此方案的优点：送料误差较小，且每次送料距离相同，结构简单，载荷平稳 缺点：体积较大，有死点存在，但在主动轮采用飞轮可避免死点，且不符合设计要求中的最小传动角要求。 方案三：在方案二的基础上改进。

冲制机构方案不变，采用曲柄滑块机构。曲摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆转动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动，采用双辊轴压紧送料机构。

此方案的优点:棘轮机构可把摇杆的往复运动改成单一方向运动，曲柄摇杆的急回特性不影响机构运动，机构体积较小

缺点:结构复杂，计算复杂，有一定的误差，但可以通过增加棘轮的齿数来减小误差，噪声较大。

综合上述三种方案，选择第三种方案。

6.理论计算

6.1曲柄滑块设计

已知条件

冲压行程 H=100mm B1+B=22mm

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N=180转/分，则每转需要时间

T=0.33S

设飞轮的角速度为ω， 则速度为

V=O1A×ω

T1=

100+20100−20T11203

, T2= , == VVT2802

T1=0.198S ,

根据冲头行程

H=100mm (O1A+AC)−(AC−O1A)=100mm

得

O1A=50mm AC=500mm

C到冲头为245mm 冲头高20mm 滑块共高510mm 6.2曲柄摇杆机构的设计

可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。

T2=0.132S

已知最小传动角为450，则由此知

LO1O2=√2702+4602=533.38mm

确定各杆长度

当a和d杆共线的位置有最小传动角 γ存在分别为γ1 ，γ2

当γ1 = γ2=γmin时为最佳传动机构 ，可根据余弦公式

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c2+b2−(a−b)2

cosγ1=

2bc

(a+d)2−c2−b2

cosγ2=

2bc

解得

+

2222222

√2adf+ae+ed−√(2adf+ae+ed)−16ad

c=

2e

2adb=

ce

式中

e=cosγ1+cosγ2 f=cosγ1−cosγ2

且γ1 = γ2=γmin=450解得：

e=√2 f=0

曲柄长度应非负，则

(2adf+ea2+ed2)2−16a2d2≥0

所以a≤220.933mm (其他值不符合要求舍去！) 可取 a=100mm 解得

c=523.14mm b=144.19mm 或者 c=144.27mm b=522.85mm

因为c＜b，所以取c=144.27mm b=522.85mm 6.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合

因为舍弃了齿轮啮合传动，所以可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆，棘爪安装在摇杆上。

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6.4发动机的选择

本设计中已经采用了λ=0.01的设计，所以可得到速度

v=0.05ωR[sin∅+

可得瞬时功率

0.05

N=p×0.05ωR[sin∅+sin2ϕ](mm/s)

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按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率Nd

kπ

Nd=∫Nd∅R

2π0

K安全系数=1.2 ，算的

Nd=3.45kw

0.05

sin2ϕ](mm/s) 2

冲床传动系统如图3所示

电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为1500r/min，可选用如下型号：

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电机型号 Y100L2—4 Y112M—4 Y132S—4 额定功率（kw） 3.0 4.0 5.5 额定转速（r/min） 1420 1440 1440

图3

由生产率可知主轴转速约为180r/min，且题目要求使用单级齿轮传动，电动机暂选为Y112M—4，则传动系统总的传动比传动比约为 i总=8。带传动的传动比ib=2，则齿轮减速器ig=4。 6.5飞轮的选择

采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力

Fr=2300N

最大盈亏功

17π

[A]=(2300−460)×××100=1249.1N∙mm

282[δ]=0.03

飞轮安装在主动轴上

ωm=10.742rad/s

算得

JM=36527.8(kJ.mm2)

飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质，飞轮半径为100mm，求得厚度1.6mm。

7.三维建模以及模拟运动仿真

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根据上面的计算数据，通过三维软件CATIA建模，并约束其零件之间的装配关系，完了本设计的仿真。

建立的三维模型

通过CATIA中的数字分析模块，分别测量出了冲头的运动过程中的速度曲线和加速度曲线。

冲头的速度曲线 冲头的加速度曲线

由于大齿轮做来回的回转往复运动，同样的也测量了其在3秒时间内的速度和加速度曲线。

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大齿轮的速度曲线 大齿轮的加速度曲线

由于大齿轮同时也在转动，所以同样测出了其角速度和角加速度曲线。

大齿轮的角速度曲线 大齿轮的角加速度曲线

8.实物照片

根据要求，本设计在机械实验室里面，搭建了按比例缩小的模型。通过实验，搭建的模型基本符合设计要求。实验室搭建的实物模型如下

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9.模型运动图和实物介绍图

根据设计要求，根据本次实验做的CATIA模拟运动动画和实物模型介绍的视屏，随本说明书一并上交。

10.设计感想(总结)

在这次机械原理的课程设计中，总的来说是收获了不少。刚开始拿到这个题目的时候，觉得比较简单，不过做起来还是遇到了很多的小麻烦。毕竟很多现实的因素是在设计的时候考虑不完全的。

做这个设计中，最大的收获就是顺带着把三维软件和仿真学了下。刚开始了解的不多，大部分时间都是用来学习新的东西，所以最后做出来的东西可能不是太理想。不过毕竟是自己做的，数据一个一个计算的，图是一笔一笔画出来的，在这过程中还是收获了很多。

另外，在本学期也参加了第二届全国工程训练大赛，做这个设计的时间不是很多。本来用“无碳小车”的设计可以当做机械原理的课程设计，不过这个课题还是做了。多做做对自己的能力提升也有好处。

11.参考文献：

[1].谢进.反平行铰链四杆机构的连杆曲线方程.西南交通大学学报.第18卷4期. [2].张新华.冲床自动送料机的原理与设计.锻压技术.1993年. [3].冯鉴 何俊.机械原理.西南交通大学出版社.2008年. [4] 谢泗淮主编.机械原理.北京:中国铁道出版社.2001.

[5] 曹惟庆著.平面连杆机构分析与综合.北京科学出版社.19. [6] 作品设计说明书格式.

http://wenku.baidu.com/view/f4bcd58a65297d272852b2.html

附：CATIA中的三维图

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