哈工大机械原理课程设计-冲压机

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
机械原理课程设计说明书阿
课程名称：机械原理课程设计
设计题目：分度冲压机（方案1）
院系：机电工程学院
班级：1008302
|
设计者：王威
学号：17
指导教师：刘明
设计时间： 2.07.08
一、工艺动作分析
由设计题目可见，在位置A 冲压工件的是执行构件1，带动钢带进给的工作台是执行构件2，这两个执行构件的运动协调关系如下图所示。

@
T 2
分度冲压机运动循环图
T 1是是执行构件1的工作周期， T 2是执行构件2的工作周期，执行构件1是间歇往复移动，执行构件2是间歇转动。

执行构件2的周期是执行构件1的四分之一，执行构件2大多数时间是在停歇状态。

二、运动功能分析
驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图1所示。

运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）间歇往复运动一次，主动件转速分别为18、28、40转/分。

图1执行机构1的运动功能
由于电动机的转速为1430转/分，为了在执行机构1的主动件上分别的到18、28、40 rpm 的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比z i 有3种，分别为。

44.7918
1430
11===
n n i z
04.5128
143022===
n n i z 75.3540
143033===
n n i z
总传动比由定传动比c i 和变传动比v i 两部分构成，即：
11v c z i i i = 22v c z i i i = 33v c z i i i =
3种总传动比中1z i 最大，3z i 最小。

由于定传动比c i 是常数，因此，3种变传动比中1v i 最大，3v i 最小。

采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，设定传动比i v1=4。

·
定传动比： 86.19444
.791===
v zi c i i i
486
.1944
.7911===
c z v i i i 6.286.1904.5122===
c z v i i i 8.186
.1975.3533===
c z v i i i 于是，传动系统的有级变速功能单元如图2所示。

8.1,6.2,4=i
图2有级变速运动功能单元
为了保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。

过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具
有过载保护功能还具有减速功能，如图3所示。

、
5.2=i
图3 过载保护运动功能单元
整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为
944.75
.286
.195.2===
c i i 减速运动功能单元如图4所示。

944.7=i
图4 减速运动功能单元
根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的运动功能系统图，如图5所示。

￥
图5 实现执行构件1运动的运动功能系统图
为了使用统一原动机驱动执行构件2，应该在图5所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件2，该运动分支功能单元如图6所示。

图6运动分支功能单元
|
由于执行构件2是间歇运动，且由图1可以看出执行构件2的间歇时间是工作周期T
的3/4，即其运动时间是其工作周期T 的1/4。

因此，间歇运动功能单的运动系数为
4
1=
τ 间歇运动功能单元如图7所示
图7 间歇运动功能单元
由于执行构件2钢带的每次送料长度为300mm ，故，
恒转速转动钢带无法使进给定长度保持在300mm ，故设计成：橡胶轮压动钢带使钢带进给的方法，考虑到橡胶轮的半径，将半径定在mm mm
R 77.472300==π
，故需要将间歇转动增速，增速运动功能单元如图8所示：
4=i
~
图8 增速运动功能单元
增速运动功能单元输出的运动驱动执行机构2实现执行构件2的运动功能。

由于执行构件2做间歇转动运动，因此，执行构件2的运动功能是把连续转动转换为歇转动运动。

根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图9所示。

1430rpm 5.2=i 8.1,6.2,4=i 944.7=i
25.0=τ 4=i
"
7 8
图9冲压机的运动功能系统图
三、系统运动方案拟定
根据图9所示的运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。

图9中的运动功能单元1是原动机。

根据分度冲压机的工作要求，可以选择电动机作为原动机，如图10所示。

rpm n 1430=
~
1
图10 电动机替代运动功能单元1
图9中的运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替，如图11所示。

5.2=i
!
2
图11 皮带传动替代运动功能单元2
图9中的运动功能单元3是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代替，如图12所示。

【
3
图12 滑移齿轮变速替代运动功能单元3
&
图9中的运动功能单元4是减速功能，考虑到i=比较大，故可以选择二级齿轮传动代替，如图13所示。

·
图13行星轮传动代替运动功能单元4
\
图9中的运动功能单元5，6,是运动分支功能单元和执行构件1的间歇直线
运动，可以用凸轮替代，如图14所示。

图14 凸轮机构代替运动单元5,6
图9中的运动功能单元7是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。

该运动功能单元的运动系数为25.0=τ，该槽轮机构如图15所示。

{
图15 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元7
图9中的运动功能单元8是增速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，完成执行构件2（橡胶轮）的间歇转动，如图16所示。

{
25.0=τ
6
5 7
i
4
9
图16 圆柱齿轮传动替代增速运动功能单元8
根据以上分析，按照图9各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了分度冲压机的运动方案简图（见A3图纸）。

变速机构简图如图17
%
图17变速机构简图
四、系统运动方案设计
1、执行构件1的设计
执行机构1驱动执行构件1运动，执行构件1由凸轮带动冲头做上下往复间歇直线运动。

由题目可知，冲头行程200mm ，为使冲头冲压工件时具有较大的冲量，应采用高速运动，选择正弦加速度运动规律，同时冲头上升时为了避免较大的冲量，故速度应较低，选择等速运动规律. ·
由于升程速度要比回程速度快，且无远休止角，暂设升程运动角为120o 回程运动角为150o ，则近休止角为90o 。

升程时许用压力角较小，取30o ，回程许用压力角取60o 。

故执行构件1的凸轮机构的原始参数如下:
升程200mm 升程运动角120° 升程运动规律：正弦加速度 升程许用压力角30° 回程运动角150° 回程运动规律：等速 回程许用压力角60° 近休止角90°
，
凸轮偏心距e=，基圆半径r 0=
升程采用正弦加速度规律：（πϕ3
2
0≤
≤）
002100[
1/2sin(](3sin 3)s h ϕππϕϕϕφφπ
=-=-
1
1
003002[1cos(
)](1cos3)h v ωωπ
ϕϕφφπ=
-=
-
2
2
112
00
29002sin(
)sin3h a πωωπ
ϕϕφφπ
=
=
回程采用等速运动规律：（
πϕπ2
3
32≤≤） !
0'
2()
3[1]200(1)56
s s ϕπ
ϕφφφπ
--+=-
=-
11'0
400
h
v ωωφ
π
=-
=-
0a = 近休止：（πϕπ22
3
≤≤）
S=0 V=0 a-0
故由此可确定凸轮轮廓方程：
0121.4s mm ===
凸轮轮廓方程：00()cos sin ()sin cos x s s e y s s e ϕϕ
ϕϕ=+-⎧⎨=++⎩
、
00()cos sin 100[121.4(3sin 3)]cos 70.12sin ()sin cos 100
[121.4(3sin 3)]sin 70.12cos x s s e y s s e ϕϕ
ϕϕϕϕ
πϕϕ
ϕϕϕϕπ=+-⎧⎪
⎪=+--⎪⎨
=++⎪⎪=+-+⎪⎩
(πϕ320≤≤)
00()cos sin 23[121.4200(1)]cos 70.12sin 5
6()sin cos 2
3[121.4200(1)]sin 70.12cos 56x s s e y s s e ϕϕϕπ
ϕϕπϕϕϕπϕϕπ
=+-⎧⎪⎪-⎪=+-
-⎪⎪⎪⎨
=++⎪
⎪-⎪
⎪=+-+⎪⎪⎩ （πϕπ2332≤≤）
用matlab 绘制凸轮的轮廓如图18
·
图18 凸轮的轮廓
2、槽轮机构设计
1)确定槽轮槽数
在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=4，该槽轮的各尺寸关系如图19所示？
图19 槽轮机构几何尺寸关系
2)槽轮槽间角
由图20可知槽轮的槽间角为
、
904
3603602===z β
3) 槽轮每次转位时拨盘的转角
4) 中心距
槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为
…
mm a 150=
5) 拨盘圆销回转半径
7071.045sin sin ====
βλa
r
mm a r 065.1061507071.0=⨯==λ
6) 槽轮半径
7071.01cos 2=-===
λβξa
R
mm a R 065.1061507071.0=⨯==ξ
7) 锁止弧张角
270903602360=-=-=a γ
8) 圆销半径
；
mm r r A 26.138
065.1068==≈
圆整
mm R A 18=
9) 槽轮槽深
mm r a h A 13.8018150)17071.07071.0()1(=+⨯-+=+-+>ξλ
10) 锁止弧半径
mm r r r A S 065.8818065.106=-=-<
取
mm r S 80= 4、滑移齿轮传动设计
1) %
o
o
90
21802=-=βα
2)
确定齿轮齿数
结构简图图12中齿轮5、6、7、8、9、10组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为z 5、z 6、z 7、z 8、z 9、z 10。

由前面的分析可知
10
19
4v z i z =
= 6.27
8
2==
z z i v 8.15
6
3==
z z i v 按最小不跟切齿数取
199=z
则
7610=z
为改善传动性能应使相互啮合的齿轮齿数互为质数，故取
、
7510=z
其齿数和为
94109=+z z
可取
⎩⎨
⎧==7419
10
9z z 另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同
9487=+z z 9465=+z z
为了更接近于所要求的传动比，可取
⎩⎨
⎧==61
33
65z z —
⎩⎨
⎧==67
27
87z z
3) 计算齿轮几何尺寸
齿轮7、8的齿数，齿轮9、10的齿数和齿轮5、6的齿数和相等，即
941098765=+=+=+z z z z z z
若取齿轮模数为m=2mm ，则这两对齿轮的标准中心距相同
942
)
(2)(2)(1098765=+=+=+=
z z m z z m z z m a
这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。

5、齿轮传动设计 1）圆柱齿轮传动设计
运动功能单元4，二级减速轮：
~
由结构简图可知，齿轮11、12、13，14实现图9中的运动功能4的减速运动功能，它
所实现的传动比为。

82.2944.713
14
1112===z z z z 齿轮11,12大于最小不根切齿数： 取191311==z z
故541982..21412=⨯==z z
齿轮11,12,13,14均为标准齿轮，取模数m=2mm 。

运动功能单元9，增速齿轮：i=4
17
18
4z z = 取z 18=17，z 17=17*4=68 取171868
17
z z =⎧⎨
=⎩
^
取模数为2mm ，全部按标准齿轮传动设计。

五、机械系统运动分析
带动钢带伸出的橡胶轮半径300
47.772R mm π
=
=，为逆时针转动，通过机构运动简图的分析，发动机为顺时针转动，通过齿轮组的变速，凸轮和槽轮拨盘为逆时针转动，槽轮又通过一个增速齿轮组，实现橡胶轮的逆时针转动，周期与冲头相同。

冲头初始位置为凸轮升程起始位置，槽轮初始位置为如A3图所示位置。

1）执行构件1运动分析
冲头升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图：
升程采用正弦加速度规律：（πϕ3
2
0≤
≤） 002100[
1/2sin(](3sin 3)s h ϕππϕϕϕφφπ
=-=-
1
1
003002[1cos(
)](1cos3)h v ωωπ
ϕϕφφπ=
-=
-
2
2
112
00
29002sin(
)sin3h a πωωπ
ϕϕφφπ
=
=
回程采用等速运动规律：（
πϕπ2
3
32≤≤） 0'
2()3[1]200(1)56
s s ϕπϕφφφπ--+=-=- 11'0
400
h
v ωωφ
π
=-
=-
0a = 近休止：（πϕπ22
3
≤≤）
S=0 V=0 a-0
冲头位移线图，如图20。

图20 冲头位移线图冲头速度线图，如图21。

图21 冲头速度线图
冲头加速度线图，如图22
图22冲头加速度线图》。