自动送料冲床机构综合与传动系统设计课程设计

机械原理课程设计
题目自动送料冲床机构的设计
学院
机电学院
专业年级
09 机械工程及自动化
学号姓名
0961010815 刘健
指导教师
张洪双
二○一一年六月
机械原理课程设计任务书
一、设计题目：自动送料冲床机构综合与传动系统设计
二、工作原理及工艺动作过程：
图1为某冲床机构运动方案示意图。

该冲床用于在板料上冲制电动玩具中需要的薄齿轮。

【电动机通过V带传动和齿轮传动（图中未画出）带动大齿轮转动，（另加解释）】通过连杆/A C带动滑块上下往复运动，实现冲制工艺。

四O AB O和齿轮机构实现自动送料。

杆机构2
12
图1冲床机构运动方案示意图
三、原始数据及设计要求：
依据冲床工矿条件的限制，预先确定了有关几何尺寸和力学参数，如表1所示。

表1冲床机构设计数据
设计要求：设计的冲床机构机构紧凑，机械效率高。

四、设计方案提示：
连杆机构可采用双摇杆机构，也可采用曲柄摇杆机构
五、设计的主要任务
图 2 冲头所受阻力曲线
（l）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1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）假设曲柄等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线。

（4）在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图2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。

（5）确定电动机的功率与转速。

（6）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。

（7）确定传动系统方案，设计传动系统中各零部件的结构尺寸。

（8）绘制冲床传动系统的装配图与齿轮、轴等的零件图。

（9）编写课程设计说明书。

目录
一、摘要…………………………………………………
二、自动送料机构的总体设计…………………………
1、冲压机构方案初步设计……………………………
2、2、送料机构方案初步设计…………………………
3、3、整体机构运动方案的改进设计……………………
三、各构件的运动尺寸的设计与计算…………………
四、工作循环图与齿轮的计算…………………………
五、滑块C的运动变化规律及曲线……………………
六、电动机的功率、转速和驱动力矩及飞轮转动惯量的
计算…………………………………………………
七、设计的总结和心得…………………………………
八、参考文献……………………………………………
九、附录…………………………………………………
一、摘要
冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也称为板料成形。

冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，
又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。

冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点，在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。

制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被各种复合材料或高分子材料替代。

在模具设计与制造中，开发并应用CAD/CAM系统，发展高、新制造技术和模具、装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。

推广应用数控冲压等设备，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。

某些传统的冲压加工方法将被液压成形、旋压成形、爆炸成形等新颖的技术所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济
冲模的核心部分是工作零件，即凸模和凹模。

其形状和尺寸是由冲压工序的性质决定的。

冲裁冲孔落料模的凸、凹模之间间隙很校，并做成锋利的刃口，以便形成强大的剪切力进行剪切，使坯件与板料分离
在现代化的机加工过程中，消耗于送料的时间损失是组成零件单件加工时间的一部分，它属于辅助时间。

要想提高生产率，减少生产中的辅助时间将是非常重要的一个环节。

而要想减少辅助时间，就必须提高生产的自动化程度。

自动送料机构就是为实现生产中送料工序自动化而设计的一种专用机构。

自动送料机构可将冲压料或冲压件经过定向机构，实现定向排列，然后顺序地送到机床或工作地点。

这在自动化成批大量的生产中显然是实用的，不但可把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之有效的方法。

目前，国内拥有大量的冲压机床，如果能把它们改造成半自动或自动机床，将会充分发挥机床的潜在力量，这是一个具有重大意义的事情，而在机床上安装自动送料机构，这将大大提高冲压的生产效率，实现冲压的完全自动化。

二、自动送料机构的总体设计
1、冲压机构方案初步设计
本设计采用一个曲柄滑块机构进行冲压机构，其简易结构如
图1-1 所示：
图1-1
电动机通过V带传动和齿轮传动（图中未画出）带动/
O A转
1
动，通过连杆/A C带动滑块上下往复运动，实现冲制工艺。

2 、送料机构方案初步设计
自动送料装置按送进材料的形式分为送料装置与上件装置两类。

本设计属于送料装置。

常见送料机构形式有以下五种：
①钩式送料机构;
②凸轮钳式送料机构;
③杠杆送料机构;
④夹持送料机构；
⑤辊轴送料机构。

由于本设计所用的毛坯件厚度比较薄，不在前三种送料方案所适用的材料厚度范围内，第四种和第五种方案适用。

将第四种与第五种方案进行比较，发现前者需要采用斜楔带动加料爪和滑板运动，在送料过程中振动会比较大，从而影响到送料精度；而后者是使用辊轴送料，过程更为平稳，因而，送料精度也较有保障。

综合考虑各种因素以后，决定采用双辊送料机构，如下图1-2：
3、
整
体
机构运动方案的改进设计
考虑到实际的工作情况及技术要求，我们对机构作了进一步改进，其运动简图如1-3所示：
如果采用惯性轮做原动件，齿轮必须作为“摇杆”，通过辊轮进行间歇送料传动，这样就增加了设计难度，而且不易控制于计算。

采用如图所示的改进机构，仍以大齿轮为原动件，通过带动小齿轮及固连在小齿轮上的“带缺口辊轮”，仍能达到间歇送料冲压的目的，减小了设计难度。

三、各构件的运动尺寸计算
由上图中的几何关系，可分别列出下列式子：
12θθθ-= （1）
由余弦定理：
4213242)(L R L L -++2
2113cos )(R R L =+θ （2） 4213242)(L R L L --+2
2213cos
)(R R L =⨯-θ （3）
由正弦定理：
'12
1
4'1sin sin θθϑ⇒=R L （4）
'22
2
13'2sin sin θθϑ⇒=-R R L （5）
)arcsin(
4
'1L x --=θπβ （6）
)
()(2)('
2222222β+-+-=-++-θθCOS S R L L R S R L （7）
联立1、2、3、4、5、6、7得：
mm
L mm L mm L mm L mm
R mm R 16010053358036015054321======
验证压力角α：
12.402)(arccos 322
142322=--+=L R R L L R ‘
γ
07.902)(arccos 3221
42322'
'=+-+-=L R R L L R πγ
[]
αγγπ
α<==
48.88)min(-2
'''max ，
四：工作循环图与齿轮的计算
已知：【n:生产率Sn:送料距离T: 大齿轮转动周期
部分齿轮每一周传动k次（即板料冲压k次）
则大齿轮对小齿轮的传动比为k】
设小齿轮半径为r
已知sn=150mm, n=180件/min,得
=150/k
r/
R
k
1
又sn=2πr/2k
解得：k=1.77
K圆整为2，r=75,则部分齿轮的设计如下图：
32缺齿所占的角度θ=(180-180×2sn/2πr)/2= 7.
T=2×60/n=0.667
五：滑快C的运动变化规律及曲线下图是用vb模拟仿真得出的数据和曲线：
六：电动机的功率、转速、飞轮转动惯量和驱动
力矩
【以下公式中各字母的物理意义如下：
n :生产率 Sn :送料距离 T : 一个周期 Pr:等效阻力功率 Pd:等效输入功率
Fb:冲压板料最大阻力
1ϖ:大齿轮的角速度 2ϖ:小齿轮的角速度
1R :大齿轮的半径 r :小齿轮的半径】
电动机功率,飞轮转动惯量，驱动力矩，转速计算：
根据滑块的位移曲线，近似认为下降过程所用时间(1/2)T,上升过程所用时间（1/2）T:
已知： T=0.667 s ，H=100 , Fr=2300N, Fb=530N
带入数据参量：
曲柄 mm R 1501= ，摇杆 2R =360mm ， 支座 4L =533mm(x=270mm,y=460mm)
得： T
21π
=
ω =9.42 rad/s 122ωω= =18.84 rad/s
小齿轮r V 速度=r 2ω=1413 mm/s
忽略重力所做的功，冲头上下匀速运动：
Pr
a d
前(3/4)H: 1
r P =V Fb T H Fr ⨯+⨯⨯4
32435=886.8 W 后（1/4）H: 2r P =
V Fb T H
F r ⨯+⨯⨯
4
124=1438.5 W 上升过程：
3r P =V Fb T H Fr ⨯+⨯25=886.8 W
且在一个周期内有 Pd=Pr=
T
T P T P T P r r r 2883321⨯+⨯+⨯
=955.8 W
根据上式可以画出如上图的能量图，各阴影面积f 分别代表的为能量之差
1f =15 J
2f =-35 J
3f =20 J
根据上式可画出下图，计算最大盈亏功
[]W =15 J
则飞轮转动惯量：
a b
]
[]
[9002
2δπ‘n W J F ==0.8628 2m kg ⋅
Pd M =⨯1ω 则 1
ωPd
M =
=101.5m N ⋅
输入功率：Pd P = 大齿轮转速：π
ω1
'30=
n =90r/min
根据文献【4】可选择查得：
电机型号Y132M1-6,额定功率4KW ，转速960r/min 减速箱总传动比为:k=960/90=10.67
七：设计总结与心得
作为一名机械工程及其自动化专业大二的学生，第一次做课程设计，我觉得这次的课程设计是十分有意义。

在已度过的将近两年的大学生活里我们大多数接触的是专业基
础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用
到实践中去？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。

在本次课程设计的过程中，我感触最深的是查阅了很多次设计书和指导书。

为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。

艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

记得我曾经设计了一个很“艺术化”的减速器箱盖吊钩，然后找老师询问，结果马上被老师否定了，因为这样的设计，理论上可用，实际上加工困难，增加产品成本。

所以我们工程师搞设计不要认为自己是艺术家，除非是外形包装设计。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。

八、参考文献
【1】《机械原理课程设计手册-邹慧君》
【2】《机械原理教程-申永胜》
【3】《机械原理辅导与习题》
【4】《机械设计第八版-濮良贵》
【5】《solidworks2009从入门到提高》
【6】《机械设计课程设计指导书》
【7】《平面连杆机构设计-张世民》
【8】《计算机CAD/CAM辅助设计》
【9】《vb入门与提高》
【10】《VB在平面四连杆机构运动分析中的应用》
【11】《工程图学-鲁屏宇》
撰写设计说明书：（课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。

主要内容包括：(1)课程设计题目简介; (2) 功能分解；(3) 原始数据及计算；(4)机械传动系统的设计计算（简述方案设计思路及讨论、改进）; (5) 执行机构的选型及评价以及设计步骤或分析计算过程;
(6) 机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动分析等
(7) 对所设计的结果分析讨论; (8) 感想与建议。

说明书用16K纸张书写，并按以下顺序装订成册：封面（按指定的统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。

）
完成日期：2011 年6月25日指导教师张洪双。