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1、西南交通大学西南交通大学自动送料冲床机构综合1. 设计任务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3设计条件与要求 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
2、，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。 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门二45 冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。 生产率为每分钟180件。 冲头的工作段长度1=100mm,冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。 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FF2300N, 其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即F。二460N。 送料距离S=150mm。 机器运转速度不均匀系数不超过0. 03oEr冲压H?42 J1 r7冲头上趁w冲头所受阻力曲銭图1图2仁4设计任务1. 绘制冲床机构
3、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；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
4、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尬(件/min)1
5、80送料距离凡(mm)150板料厚度鸟(mm)2轴心高度琳(mm)1060冲头行程日(mm)100车昆轴半径爲(mm)60大齿轮轴心坐标x (mm)270大齿轮轴心坐标丿(mm)460大齿轮轴心偏距& (mm)30送料机构最小传动角厂()45速度不均匀系数$0. 03板料送进阻力巧(N)530冲压板料最大阻力马(N)2300冲头重力厲(N)1503. 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
6、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，棘轮与規轴中心轴线重合，最后依靠银轴的压紧将一定量的板料送到工 作位置。D-x带传动齿轮减速器冲压机构送料机构5. 机构选择方案一：小齿轮与辗轴的压紧考虑到小齿轮与工件直接接触
7、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：辗轴与辗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。棍轴的直径为60mm,上下辗旋转一周的送料长度为L,贝I：L = n X D = 3.14 X 60 = 188.5 mm 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二11,冲床往复一次的送料长度为L1,棘轮每转一齿，摇杆薯=324838取棘轮的模数沪6,则外径D = 6 X
8、 11 = 66mm5. 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，齿轮一连杆冲压机构和 椭圆形的凸轮一连杆送料机构。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。方案二：题目给出的方案根据压紧机构选择的结果，采用双银压紧机构，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
9、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，采用双辗轴压紧送料机构。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 = lOOnim B】+ B = 22 mmN二180转/分，则每转需要时间T = 0.3 3 S设飞轮的角速度为3 ,则速度为V = OA X co_ 100 + 20_ 100- 20 Tt _ 120 _ 3
10、，丁2=, =8o=2打=0.198S , T2 = 0.132S根据冲头行程H = 100mm(0 A + AC) -(AC - A) = 100mm得0 A = 50mmAC = 500mmC到冲头为245mn冲头高20mm 滑块共高510mm6. 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。已知最小传动角为45,则由此知LOio2 = V 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Y存在分别为Yi , 丫2当J = Y2= Y讪.时为最佳传动机构，可根据余弦公式c2 + b2 - (a - b)22bc解得COSY1=阪 (a +
11、d)2 c2 b2 cos y 2 =2adf + a2e + ed2 J(2adf + a2e + ed2)2 16a2d22e2adb =ce式中e = cos Y 1 + cos Y 2f = cos Y 1 cos Y 2且Yi = Y2 = Y min =45 解得：e=V2f = 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 cb,所以取c = 144.27
12、mm b = 522.85mm6. 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。6.4发动机的选择本设计中已经采用了入=0.01的设计，所以可得到速度Y 005v = 0.05u)R sin04- sin2(|) (mm/s)可得瞬时功率N = p X 0.05 3r以 5 宀 sin0 + sin2(|)(mm/s)按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率N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：电机型号额定功率(kw)额
13、定转速(r/min)Y100L243.01420Y112M44.01440Y132S45.51440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总二8。带传动的传动比ib = 2,则齿轮减速器ig = 4o6.5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1 7 IA = (2300 460) X X X 100 = 126449.1N mm2 8 25 = 0.03飞轮安装在主动轴上3m = 10.742rad/s算得JM = 36527.8(kJ. mm2)飞
14、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。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9. 模型运动图和实物介绍根据设计要求，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）11.参考文献：1 .谢进反平行较链四杆机构的连杆曲线方程.西南交通人学学报第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.4谢泗淮主编.机械原理.北京：中
