机械原理专用精压机

机械原理课程设计
说明书
设计题目：专用精压机
机械制造及自动化专业＿3＿＿班
设计者：
学号：
指导老师：
年月日
目录
一、设计简介 (3)
二、机械功能简单分析 (4)
三、工艺动作分析 (5)
四、执行机构的选择与比较 (7)
五、机械系统运动方案的拟定与原理说明 (8)
六、原动件的选择 (9)
七、传动机构的选择与比较 (10)
九、运动循环图 (10)
十、执行机构的计算 (12)
参考文献 (13)
一．设计简介
A内容摘要
专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。

它是将薄壁铝板一次冲压成深桶形。

机构使用范围很广，并且能和大多数机床配套使用实现大规模生产。

本机构主要包括送料、上、下模冲压工件、下模滑块向上顶出成品、二次送料将成品推下等过程。

我们采用了连杆和齿轮来传动，使机构结构紧凑节约空间。

同时又使其具有良好传动性能，提高了生产效率。

机构既使用于小规模的生产，又能和流水线配合实现大批量生产。

B设计要求
⑴精压成形制品生产率约为每分钟70件。

⑵要求经精压成形的制品应平整，挺括，铝皮无褶皱，裂纹。

⑶机械结构简单，工作可靠、稳定，传动效率高，操作方便、安全，维修容易，造价低。

二．机械机构功能的简单分析
本机构加工的主要为铝合金制件，且需一次冲压成形。

故机构需要较大的冲压力来实现。

同时要保证其精压的质量，机构需要匀速的冲压过程，因此我们采用具有较好传动性和较高接触强度的齿轮机构。

考虑到工作效率的要求，我们将凸轮送料机构改成曲柄滑块送料机构，提高了机构使用的寿命。

为了使整个机构能够快速、紧密、平稳地运行，需要机构的各
个部分必须相互配合，并且足够稳定。

三．工艺动作的分析
㈠工艺流程
①推板送料由曲柄——滑块送
料机构的推板将待加工工件推至
预定的工作位置。

②上、下模冲压工件摆动—导杆冲压机
构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
在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。

③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。

④推板送料并将成品推至下工作台
曲柄—滑块送料机构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。

四、执行机构的选择和比较
方案一凸轮—连杆冲压机构+
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。

图1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。

方案二凸轮—连杆冲压送料机构
送料和冲压机构都是由连杆机构组成。

连杆机构可通过对杆长的计算设计，当选好适合的杆长尺寸后，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合选择，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。

方案三摆动导杆冲压机构+曲柄—滑块
送料机构
其冲压机构我们是参考《机械原理》书
中的机构，当然我们对其进行了改进，将其
凸轮机构的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。

⑴方案的确定
3个方案全部提出后，我们小组进行了讨论和对比。

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。

但是在我们查阅资料后，我们决定采用第三种方案。

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3个方案。

同时第3个方案能更好地进行后期的建模，分析等。

并且第3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。

⑵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，而我们又在第3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。

五、机械系统运动方案的拟定与原理说明
⑴机型的选择
从产品的数量上看，属于大批量生产，选择全自动机型。

从产品的工艺过程看，选择直线式工艺路线的自动机型。

根据工艺路线分析，实际实现功能需要三个工位：推板送料，摆杆—导杆冲压机构冲压，二次送料将成品推至下工作台。

⑵自动机的执行机构
A .送料机构
B.冲压机构
⑶机构的工作原理
参见机械运动示意图：摇杆—滑块送料机构JHG 用推板K 将待加工工件推到预定加工位置（D 、Q 的正下方）。

在送料机构JHG 送料后回程时，上模滑块冲压机构CBA 已经入工作阶段。

D 处滑块先快速接近工件，再以等速对其进
行冲压，同时下模滑块冲压机构
PNM 恰好达到最低极限位置顶住
工件。

当冲压完成后，上模冲压机
构CBA 滑块急回向上退回，而下
模冲压机构PNM 由最低位置急速
向上运动顶出工件。

此时送料机构
JHG 再次送料，新的待加工工件在
成品被完全顶出时到达预定位置，
将成品推到下工作台上自身到达预
定位置加工。

这样就完成了一个周
期的动作。

机构立体图示
机械运动示意图
六、原动机与原动件的选择
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，最终我们选择电动机传动。

通过对机构的分析和实际情况的综合考虑，我们对电机的各个参数做出如下计算：
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70个工件，则电机的转速可以确定为35rpm，故齿轮A 的角速度就可以算得：ω=3.6rad/s，那么由此首先可以确定A轮的转动惯量：
1/2mv12=1/2Jω2
这里V1取半个行程的速度平均值v1≈0.32m/s，冲压锤的质量m=40kg，由此可以推算出齿轮A的转动惯量为：
J=40×0.322/3.62Kg·m2≈0.32 Kg·m2
从而可以推出其他齿轮的转动惯量：
J F=J L=2.56 Kg·m2，J A=J G=J M=0.32 Kg•m2
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：
P=(1/2MV2+1/2J1ω12×3+1/2J2ω22×2+F f×d)/t
代入数据可得：P≈746w
考虑到齿轮传输中的机械损失，取功率为1kw的电机。

从而可以确定电机的型号为功率1KW，输出转速为35rpm的交流电机。

七、传动机构的选择与比较
方案一链条机构＋轮系
方案二皮带机构＋轮系
方案三纯轮系
由于考虑到机构的高传动性要求，皮带机构+轮系就难以满足要求，因为皮带轮在一段时间后较易打滑。

并且我们要保持工作台的清洁，但链条机构为了有良好的传动性能要加润滑剂会弄脏工作台，故不适合。

齿轮机构不仅具有良好的传动性能，而且其紧凑的结构能大大节约空间。

同时，主要对齿轮稍作尺寸上的改动就能大大提高其承载能力，提高使用寿命，所以纯轮系最为合适。

八、运动循环图
我们采用圆环流程图的方式来表示机构的整个工作流程。

九、执行机构的计算
（1）上模冲压机构的尺寸设计：
因上模冲压机构采用曲柄滑块的传动机构，且根据任务书的要求行程速比系数K≤1.3，取K=1.8，则
θ=180 º×（K-1）/(K+1) ≈52º
且要求上模冲压的总行程为280mm，则冲模锤的最高点到最低点的距离H为140mm，则考虑两个极限位置时可以算出：
CD=H/(2×sin26 º) ≈160;
取AB=250，则可算得：
AC=250/(sin26 º) ≈570mm;
（2）传动系统的尺寸设计：
为了方便运算以及统一性，且在保证大于冲锤的冲程范围，取三个小齿轮的分度圆直径为d=300mm，大齿轮直径为D=600mm，所有齿轮取相同模数m=10，GL水平距离取200mm。

与此同时，为了保证推送原料杆具有急回特性，且方便计算，采用曲柄滑块机构输送配料。

根据输送配料的时推杆的最大行程以及四连杆机构的行程速比系数
K=1.8，考虑两处极限位置，可以算出：
曲柄NG=78mm，连杆JN=164mm；
（3）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MN=AB=250mm，机架PM=AC=570mm；
参考文献
1.《机械原理课程设计手册》高等教育出版社
邹慧君主编
2.《机械原理教程》清华大学出版社
申永胜主编
3.《自动机械设计》中国轻工业出版社
尚久浩主编。