机械原理 专用精压机课程设计

8.心得体会 …………………14
9.参考文献 …………………14
一、精压机的基本功能和相关工艺参数及主要设计要求
1.功能：
专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺机构，它将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图所示。
2.工艺动作分解如下
1）将新坯料送至待加工位置。
2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔。
3.齿轮尺寸设计
整个机构的传动系统是由5个齿轮组成的，2个大齿轮F，L的存在是帮助3个小齿轮之间的传动，并让3个主要负责机构运动特性的小齿轮的转速和转向都一致。
为了计算的方便和统一，取3个小齿轮的尺寸相同，分度圆直径为300mm；2个大齿轮的尺寸也相同，分度圆直径为600mm。取模数m=10，则得出小齿轮的齿数z=30，大齿轮的齿数z=60。
4）行程速比系数K≥1.3。
5）坯料输送最大距离200mm。
6）上模滑块总重量为40kg，最大生产阻力为5000N，且假定在拉延区内生产阻力均衡；
7）设最大摆动构件的质量为40kg/m,绕质心转动惯量为2kg.m^2/mm，质心简化到杆长的中点。其它构件的质量及转动惯量均忽略不计；
8）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30kg.m^2，机器运转不均匀系数『δ』为0.05）。
推板完成一次送料后再次送料，而此时成品已被下模顶出下一个加工工件恰好将成品推至下工作台。同时将新工件送至预定加工位置。
三、运动规律及运动协调设计
上冲头加压机构的原动件每转一周完成一个运动循环，所以拟定运动循环图时，以该原动件的转角为横坐标(0~360˚)，以各执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的开始位置，而不必准确地表示出运动规律。
由机构运动循环图可知：机构在一个运动周期内，当上模运动在它的正行程时，推杆和上顶机构都在回程中；当上模冲压完成之后，推杆开始将胚料输送至待加工位置，上顶机构也同时将成品顶出下模，实现一个工作周期。
四、执行机构选型设计和方案评价
1.方案的设计
整个机构可分为2大部分:
1)冲压机构
主要运动构件：上模
2)送料机构
目 录
1.精压机的基本功能和相关工艺参数及主要设计要求……2
2.工作原理和工艺动作分析 ………………3
3.运动规律及运动协调设计 …………………3
4. 执行机构选型设计和方案评价 …………………3
5.机械运动方案示意图绘制 …………………8
6执行机构的运动尺度及运动分析 …………………8
7.机械传动系统设计 …………………13
上、下模冲压工件
在送料机构完成送料回程时已经进入冲压工作阶段。上模滑块先快速接近工件，接近时以等速对其进行冲压，而下模在等速冲压时恰好达到极限位置，顶住工件实现精压。
上模滑块急回、下模向上顶出工件
上模滑块机构急回向上退回，下模滑块则由原本的最低极限位置向上运动，将精压好的成品向上顶出。
推板送料并将成品推至下工作台
设α为DE与竖直方向夹角，
由前图可得：2*CD*sin(θ/2)+DE*(1-cosα)=280
且因β极小
上式可变为：2*CD*sin(θ/2)=280
得CD=320mm
取曲柄AB=250mm，得知AC=513mm
2.下模顶出机构尺寸设计：
下模采用与上模相称的设计方案，K值与上移距离均与上模相同，即曲柄 ，机架 ；
2.上顶机构的设计
考虑到实际配料被冲压成形之后如果还留有切边，则成品就不能从下模的下部离开，而我又在第4方案的设计基础上增加了一个“上顶”机构。使得成品可由下模滑块将其沿机构垂直顶出，然后同时由下一个送来的配料将其横向地推出下模工作台面。
这个“上顶”机构的运动方向基本和上模相同，上模在回程时呈现出急回的特性，而“上顶”机构为了迅速的将成品顶出，下模滑块需要急速向上运动的特性。
上模滑块机构急回向上退回，下模滑块则由原本的最低极限位置向上运动，将精压好的成品向上顶出。
推板完成一次送料后再次送料，而此时成品已被下模顶出下一个加工工件恰好将成品推至下工作台。同时将新工件送至预定加工位置。
如此就完成了冲压循环。
冲压速度：
冲压位置：
冲压加速度：
送料位置：
送料速度：
送料加速度：
顶出位置：
方案三
凸轮—连杆冲压送料机构
送料和冲压机构都是由凸轮连杆机构组成。连杆机构可通过对杆长的计算设计，当选择好适当的杆长尺寸后，能实现所需的行程速比以及运动要求。通过铰链点与杆长的适当选择，能使机构具有较小的压力角和较为理想的传动角，使其达到运动功能，满足传动要求。
凸轮轮廓线可根据运动的要求用机构倒置法求出，从而使送料、冲压和上顶同时完成，并也能满足急回与匀速这一运动要求，在完成预定运动的同时，使整个加工效率提高。
方案四
摆动导杆冲压机构+曲柄-滑块送料机构
冲压机构:将其凸轮机构高副低代后得到了由摇杆和滑块组成的摆动导杆机构。
导杆机构的尺寸确定可按给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回的特性，摇杆滑块机构的组合可按照要求使上模在工作段接近于匀速。
送料机构：摇杆滑块送料机构通过齿轮与上部曲柄轴相连。可调节其在整个运动中的初始位置使推杆在预定时间将胚料送至待加工的位置。如取一定的偏距，则其也具有急回的特性。
方案一
冲压机构------凸轮连杆机构
送料机构------凸轮机构
方案二
凸轮—连杠冲压机构＋摆杆—滑块送料机构
冲压机构由凸轮控制其运动方式，无太大的受力，需要的传动结构简单，通过倒置法能够确定凸轮的大致轮廓。
送料机构是由摆杆滑块机构组成的，按机构运动循环图可确定摇杆工作位置和从动件的运动规律，使其能在规定时间内将工件送至待加工位置。
顶出速度：
顶出加速度：
七、机械传动系统设计
分析的对象主要为上模、推杆和上顶机构的速读，位移和加速度等。
根据要求生产率约每分钟70件，添加马达转速为420 rad/s，即0.86s/r。
原动件是机械系统中的驱动部分。工作机对起动、过载、运转平整性、调速和控制要求较高，且专用精压机要求洁净的工作平台，所以它要求不能污染成品与工作台而且便于清洗，因而液压传动不符合条件，同时气压和液压的成本都较高，最终选择电动机传动。通过对机构的分析和实际情况的综合考虑，对电机的各个参数做出如下计算：
精压机的立体图
4.运动分析
导杆机构的尺寸确定可按给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回的特性，摇杆滑块机构的组合可按照要求使上模在工作段接近于匀速。
在所选方案中，在送料机构完成送料回程时已经进入冲压工作阶段。上模滑块先快速接近工件，接近时以等速对其进行冲压，而下模在等速冲压时恰好达到极限位置，顶住工件实现精压。
九．参考文献
1.《机械原理》机械工业出版社郑甲红主编
2.《机械原理课程设计手册》高等教育出版社邹慧君主编
3.《机械原理教程》清华大学出版社申永胜主编
3）上模滑块急回、下模向上顶出工件
4）推板送料并将成品动规律如图所示。具有快速接近工件、等速下行拉延和快速成型返回的运动特性。
2）精压成形制品生产率约每分钟70件；
3）上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。
3.方案的确定
4个方案全部提出后，对四个方案进行了讨论和对比。各个方案都是有不同的基础机构组成而成，且各个机构均能基本完成设计要求的运动。在查阅资料后，决定采用第四种方案。
虽然凸轮能够可以无困难地设计出其轮廓曲线，使其满足规定的运动规律，但凸轮与从动件的点或线的高副接触是很易磨损的。而设计要求中机构要每分钟生产约70件，机构的运转速度较大。并且其上模滑块的总质量为40kg，最大生产阻力为5000N，故需要其机构较好的传力性能，而凸轮机构不适用于传力过大的场合。因此我们选取第四个方案。
并且第4方案可以满足急回运动的要求，输送配料上工作台和上模冲压这2个工作步骤也可较容易的配合出来。使整个机构完成一次送料冲压的周期。
五、机械运动方案示意图绘制
由上面可知选用第四方案，画出机械运动的示意图。
六、执行机构的运动尺度及运动分析
1.上模冲压机构的尺寸设计
因要求K>1.3，取K=1.8 ,得极位夹角θ=52°；另要求上模的总行程H=280mm
主要运动构件：推杆
且传送带送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、槽轮机构等.
如果考虑到成品有切边的情况，则需要一个将拉延后的成品上顶的机构来配合推杆完成推成品出模腔的运动。
3）顶杆机构
考虑到实际配料被冲压成形之后如果还留有切边，则成品就不能从下模的下部离开，在设计基础上增加了一个“上顶”机构。使得成品可由下模滑块将其沿机构垂直顶出，然后同时由下一个送来的配料将其横向地推出下模工作台面。
二、工作原理和工艺动作分析
1.工作原理
本机用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺，上模先已逐渐下降的速度接近胚料，然后以匀速进行拖延成型，随后上模继续下行将成品推出模腔，最最后快速返回。上模退出固定不动的下模后，送料机构从侧面将新胚料送至加工位置，从而完成一个工作循环
2.工艺动作的分析
推板送料
由推板将待加工工件推至预定的工作位置。
首先，考虑到电机输出功率的传递效率问题，电机应该安装在靠近工作件的齿轮轴上，又由于大齿轮输入动力时可以传递较大的扭矩，故选择将电机安装在与齿轮F的轴线上，且根据任务书的要求：每分钟生产 个工件，则电机的转速可以确定为 ，故齿轮A的角速度就可以算得： ，那么由此首先可以确定A轮的转动惯量：
这里V1取半个行程的速度平均值 ，冲压锤的质量 ，由此可以推算出齿轮A的转动惯量为：
从而可以推出其他齿轮的转动惯量： ，
从而由此根据能量守恒定律在冲压成形的过程中，可以估算出电机的功率：
代入数据可得：
考虑到齿轮传输中的机械损失，取功率为的电机。从而可以确定电机的型号为功率 ，输出转速为 的交流电机。