哈工大機械原理課程設(shè)計-沖壓機

Harbin Institute of Technology機械原理課程設(shè)計說明書阿課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 分度沖壓機（方案1） 院 系： 機電工程學(xué)院 班 級： 1008302 設(shè) 計 者： 王威 學(xué) 號： 1100800617 指導(dǎo)教師： 劉明 設(shè)計時間： 2012.07.2-2.07.08 一、工藝動作分析由設(shè)計題目可見，在位置A沖壓工件的是執(zhí)行構(gòu)件1，帶動鋼帶進給的工作臺是執(zhí)行構(gòu)件2，這兩個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如下圖所示。 T1執(zhí)行構(gòu)件運動情況執(zhí)行構(gòu)件1下降上升停止執(zhí)行構(gòu)件2停止進給 T2分度沖壓機運動循環(huán)圖T1是是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期， T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，執(zhí)行構(gòu)件1是間歇往復(fù)移動，執(zhí)行構(gòu)件2是間歇轉(zhuǎn)動。執(zhí)行構(gòu)件2的周期是執(zhí)行構(gòu)件1的四分之一，執(zhí)行構(gòu)件2大多數(shù)時間是在停歇狀態(tài)。二、運動功能分析驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該具有的運動功能如圖1所示。運動功能單元把一個連續(xù)的單向傳動轉(zhuǎn)換為間歇的往復(fù)運動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）間歇往復(fù)運動一次，主動件轉(zhuǎn)速分別為18、28、40轉(zhuǎn)/分。圖1執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能由于電動機的轉(zhuǎn)速為1430轉(zhuǎn)/分，為了在執(zhí)行機構(gòu)1的主動件上分別的到18、28、40 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu)1之間的總傳動比有3種，分別為總傳動比由定傳動比和變傳動比兩部分構(gòu)成，即：3種總傳動比中最大，最小。由于定傳動比是常數(shù)，因此，3種變傳動比中最大，最小。采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不大于4，設(shè)定傳動比iv1=4。定傳動比： 于是，傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖2所示。圖2有級變速運動功能單元為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護功能還具有減速功能，如圖3所示。圖3 過載保護運動功能單元整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護運動功能單元不能實現(xiàn)其全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，其減速比為減速運動功能單元如圖4所示。圖4 減速運動功能單元根據(jù)上述運動功能分析，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖，如圖5所示。執(zhí)行構(gòu)件11430rpm 圖5 實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖為了使用統(tǒng)一原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，應(yīng)該在圖5所示的運動功能系統(tǒng)圖中加一運動分支功能單元，其運動分支驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，該運動分支功能單元如圖6所示。圖6運動分支功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運動，且由圖1可以看出執(zhí)行構(gòu)件2的間歇時間是工作周期T的3/4，即其運動時間是其工作周期T的1/4。因此，間歇運動功能單的運動系數(shù)為間歇運動功能單元如圖7所示圖7 間歇運動功能單元由于執(zhí)行構(gòu)件2鋼帶的每次送料長度為300mm，故，恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動鋼帶無法使進給定長度保持在300mm，故設(shè)計成：橡膠輪壓動鋼帶使鋼帶進給的方法，考慮到橡膠輪的半徑，將半徑定在，故需要將間歇轉(zhuǎn)動增速，增速運動功能單元如圖8所示：圖8 增速運動功能單元增速運動功能單元輸出的運動驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)2實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件2的運動功能。由于執(zhí)行構(gòu)件2做間歇轉(zhuǎn)動運動，因此，執(zhí)行構(gòu)件2的運動功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為歇轉(zhuǎn)動運動。根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖9所示。1430rpm 執(zhí)行構(gòu)件2執(zhí)行構(gòu)件11 2 3 4 5 6 7 8圖9沖壓機的運動功能系統(tǒng)圖三、系統(tǒng)運動方案擬定根據(jù)圖9所示的運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單元，便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。圖9中的運動功能單元1是原動機。根據(jù)分度沖壓機的工作要求，可以選擇電動機作為原動機，如圖10所示。 1圖10 電動機替代運動功能單元1圖9中的運動功能單元2是過載保護功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動代替，如圖11所示。2圖11 皮帶傳動替代運動功能單元2圖9中的運動功能單元3是有級變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動代替，如圖12所示。 3圖12 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖9中的運動功能單元4是減速功能，考慮到i=7.944比較大，故可以選擇二級齒輪傳動代替，如圖13所示。i=7.9444 圖13行星輪傳動代替運動功能單元4圖9中的運動功能單元5，6,是運動分支功能單元和執(zhí)行構(gòu)件1的間歇直線運動，可以用凸輪替代，如圖14所示。56圖14 凸輪機構(gòu)代替運動單元5,6圖9中的運動功能單元7是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元，可以用槽輪機構(gòu)替代。該運動功能單元的運動系數(shù)為，該槽輪機構(gòu)如圖15所示。7圖15 槽輪機構(gòu)替代連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元7圖9中的運動功能單元8是增速運動功能單元，可以用圓柱齒輪傳動替代，完成執(zhí)行構(gòu)件2（橡膠輪）的間歇轉(zhuǎn)動，如圖16所示。圖16 圓柱齒輪傳動替代增速運動功能單元8根據(jù)以上分析，按照圖9各個運動功能單元連接的順序把各個運動功能單元的替代機構(gòu)以此鏈接便形成了分度沖壓機的運動方案簡圖（見A3圖紙）。變速機構(gòu)簡圖如圖17圖17變速機構(gòu)簡圖四、系統(tǒng)運動方案設(shè)計1、執(zhí)行構(gòu)件1的設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)1驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1運動，執(zhí)行構(gòu)件1由凸輪帶動沖頭做上下往復(fù)間歇直線運動。由題目可知，沖頭行程200mm，為使沖頭沖壓工件時具有較大的沖量，應(yīng)采用高速運動，選擇正弦加速度運動規(guī)律，同時沖頭上升時為了避免較大的沖量，故速度應(yīng)較低，選擇等速運動規(guī)律.由于升程速度要比回程速度快，且無遠休止角，暫設(shè)升程運動角為120o回程運動角為150o，則近休止角為90o。升程時許用壓力角較小，取30o，回程許用壓力角取60o。故執(zhí)行構(gòu)件1的凸輪機構(gòu)的原始參數(shù)如下:升程200mm升程運動角120升程運動規(guī)律：正弦加速度升程許用壓力角30回程運動角150回程運動規(guī)律：等速回程許用壓力角60近休止角90凸輪偏心距e=70.12mm，基圓半徑r0=140.2mm升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運動規(guī)律：（） 近休止：（）S=0V=0a-0故由此可確定凸輪輪廓方程：凸輪輪廓方程： () （）用matlab繪制凸輪的輪廓如圖18 圖18 凸輪的輪廓2、槽輪機構(gòu)設(shè)計1) 確定槽輪槽數(shù)在撥盤圓銷數(shù)k=1時，槽輪槽數(shù)z=4，該槽輪的各尺寸關(guān)系如圖19所示圖19 槽輪機構(gòu)幾何尺寸關(guān)系2) 槽輪槽間角 由圖20可知槽輪的槽間角為3) 槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角4) 中心距槽輪機構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不明確的情況下暫定為 5) 撥盤圓銷回轉(zhuǎn)半徑6) 槽輪半徑7) 鎖止弧張角8) 圓銷半徑圓整9) 槽輪槽深10) 鎖止弧半徑取 4、滑移齒輪傳動設(shè)計1) 確定齒輪齒數(shù)結(jié)構(gòu)簡圖圖12中齒輪5、6、7、8、9、10組成了滑移齒輪有級變速運動功能單元，其齒數(shù)分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知按最小不跟切齒數(shù)取則為改善傳動性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，故取其齒數(shù)和為可取另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大致相同為了更接近于所要求的傳動比，可取2) 計算齒輪幾何尺寸齒輪7、8的齒數(shù)，齒輪9、10的齒數(shù)和齒輪5、6的齒數(shù)和相等，即 若取齒輪模數(shù)為m=2mm，則這兩對齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距相同這三對齒輪互為標(biāo)準(zhǔn)傳動，其幾何尺寸可按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算。5、齒輪傳動設(shè)計1）圓柱齒輪傳動設(shè)計 運動功能單元4，二級減速輪：由結(jié)構(gòu)簡圖可知，齒輪11、12、13，14實現(xiàn)圖9中的運動功能4的減速運動功能，它所實現(xiàn)的傳動比為7.944。齒輪11,12大于最小不根切齒數(shù)：取故齒輪11,12,13,14均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取模數(shù)m=2mm。 運動功能單元9，增速齒輪：i=4 取z18=17，z17=17*4=68取 取模數(shù)為2mm，全部按標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動設(shè)計。五、機械系統(tǒng)運動分析帶動鋼帶伸出的橡膠輪半徑，為逆時針轉(zhuǎn)動，通過機構(gòu)運動簡圖的分析，發(fā)動機為順時針轉(zhuǎn)動，通過齒輪組的變速，凸輪和槽輪撥盤為逆時針轉(zhuǎn)動，槽輪又通過一個增速齒輪組，實現(xiàn)橡膠輪的逆時針轉(zhuǎn)動，周期與沖頭相同。沖頭初始位置為凸輪升程起始位置，槽輪初始位置為如A3圖所示位置。1）執(zhí)行構(gòu)件1運動分析沖頭升程、回程運動方程及推桿位移、速度、加速度線圖：升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運動規(guī)律：（） 近休止：（）S=0V=0a-0沖頭位移線圖，如圖20。圖20 沖頭位移線圖沖頭速度線圖，如圖21。圖21 沖頭速度線圖沖頭加速度線圖，如圖22圖22沖頭加速度線圖