精压机

设计题目：专用精压机一、 专用精压机设计要求1、工作原理及工艺动作过程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为深筒形。

它的工艺动作主要：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模腔。

2、原始数据及设计要求：1）冲压执行构件具有快速接近工件、等速下行拉延和快速返回的运动特性；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 ；4）行程速比系数13.k ≥；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 ，绕质心转动惯量为22kg m ⋅，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302kg m ⋅，机器运转不均匀系数δ为0.05）。

二、 机械系统运动方案的拟定与比较1、传动机构的选择与比较1）在原动机和工作机之间必须加入传动装置，通过它来传递动力或改变运动形式、参数，这是因为：a. 工作机所要求的速度通常和原动机的额定速度不一致，需要减速或增速（大多数情况下要减速）；b. 工作机根据生产要求进行速度调节，而原动机通常只以一种恒定的额定转速运转，如果通过改变原动机的速度来满足工作机变速要求，往往经济成本较高。

而有些则不能才通过其本身变速来满足工作机的生产要求；c. 原动机的运动形式比较单一，而工作机的运动形式由生产的工艺要求而定，它们是多种多样的；d. 在单机集中驱动时，需要以原动机带来若干组不同速度大小，不同形式的工作机(或执行机构)；e. 为了安全或维修方便，或机器的外轮廓尺寸受到安装空间，运输条件的限制等其他原因必须把原动机和工作机分成两部分，而它们中间则用传动装置来连接。

2）传动的分类：a. 按工作原理分有摩擦传动、机械传动、流体传动、电力传动、磁力传动；b. 按传动比情况分有定比传动、变传动比传动（有级变速、无极变速、按周期性规律变化）。

c. 按传动输出速度变化分有恒定和可调。

3）选择传动机的主要依据指标：效率高、经济成本低、外廓尺寸小、重量轻、运动性能良好便于加工制造及维修，既能满足生产条件有安全可靠。

4）传动类型选择的原则：a. 对于大功率传动，应优先选择高效率的传动，以节约能源；b. 传动装置应尽可能采用标准化、系列化产品便于互换从而降低初始和维修费用；c. 工作机与原动件同步工作时不宜采用摩擦传动，宜采用无摩擦传动。

当载荷变化频繁，而且可能出现过载时，不宜采用啮合传动而采用摩擦传动、流体传动，它们在传动装置中配备过载保护；d. 为降低初始费用，在满足使用要求前提下，尽可能的选用结构装置简单的装置，即简化和缩短传动链同时应注意传动装置中传动比的分配。

5）各类传动机构的特性和应用a. 摩擦轮传动优点：运动平稳，噪声小，结构简单，可在运转中平稳地调整传动比实现无极变速，具有过载保护作用。

缺点：轴和轴承上所受的作用力很大，有滑动，工件表面磨损快，传动比不能严格保证。

性能及应用：通常v<15~25m s，主要应用与：摩擦压力机、摩擦绞车、机械无级变速器以及各种仪器。

b. 带传动优点：中心距变化范围大：结构简单，传动平稳能缓冲，可起安全装置作用（指摩擦型带传动），成本低，安装要求不高。

缺点：外廓尺寸大，轴和轴承上的受力大，摩擦型带传动由于静电作用不宜用于易燃、易爆场合，而且传动比不能严格保证寿命短。

性能及应用：带轮直径大，带的寿命较长，主要用于金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械等。

c. 链传动优点：中心距变化范围大，平均传动比较准确、恒定，对恶劣环境适应能力较强；工作可靠与摩擦型传动相比较作用在轴和轴承上的力较小。

缺点：瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳（齿形连较好）在震动冲击负荷下寿命大为缩短，链因磨损伸长后易引起共振，需增设张紧和减震装置。

性能及应用：寿命与制造质量有关，主要用于农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械。

d. 齿轮传动优点：外廓尺寸小，效率高，传动比恒定准确，寿命长，使用的功率和速度范围广，采用行星传动时可获得很大的传动比。

缺点：要求制造安装精度高，高速传动精度时则有噪音，无过载保护作用。

性能及应用：寿命取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合和抗磨损能力；主要用于金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等。

e. 蜗杆传动优点：外廓尺寸小，结构紧凑，传动比大而准确。

传动平稳无噪声，可作成自锁传动。

缺点：效率低，中速及高速传动需用价格昂贵的材料（如青铜），制造精度要求高，刀具费用高。

性能及应用：制造精确，润滑良好，寿命较长，低速传动磨损明显，主要用于金属切削机床（特别是分度机构）、冶金和矿山机械、焊接转台等。

f. 螺旋传动优点：可将旋转运动变成直线运动，并能以较小的转矩得到很大的轴向力，结构简单，传动平稳，无噪声，滑动螺旋可制成自锁机构。

缺点：工作速度一般都很低。

性能及应用：滑动螺旋磨损较快，滚动螺旋和静压螺旋寿命都很长。

2、执行机构的选择与比较机械运动示意图（机械运动方案）的设计，其主要内容是机械系统中各个执行机构的选型；1）转动机构转动机构可分为匀速转动机构和非匀速转动机构；匀速转动机构是指主动件匀速转动，从动件也匀速转动。

根据从动件的运动情况可分为定传动比匀速转动机构和变传动比匀速转动机构。

非匀速转动机构是指主动件匀速转动，而从动件非匀速转动的机构。

这两类机构广泛用于各类机器和仪器、仪表中。

2）往复机运动构往复机运动构分为往复移动和往复摆动两种形式，用于机械中变换运动形式或传递运动，或作为执行机构完成生产工艺所要求的动作，同时满足速度、加速度等方面的要求。

能够实现往复移动的机构有：连杆机构，移动从动件凸轮机构，楔块机构，齿轮齿条机构，螺旋机构以及各种组合机构。

能够实现往复摆动的机构有：连杆机构，摆动从动件凸轮机构，齿条齿轮机构以及各种组合机构。

3）间歇运动机构间歇运动机构是指主动件做连续运动时，从动件产生周期性的运动和停歇的机构。

这些机构广泛应用于各行业的机械、尤其是自动机上。

常用于实现机床或各种自动机械送进、分度、转位、工件传递等运动，并能完成夹持、装配、包装等功能。

4）差动机构差动机构一般是指具有两个（或两个以上）自由度的机构，它需要给定两个或两个以上输入运动，才能有确定运动输出。

差动机构应用于各类机械、仪表中，作为微机构、增力机构、误差补偿机构等；或实现运动的合成、分解；实现力的均衡；实现差速、变速及实现任意轨迹等目的。

5）实现预期轨迹机构实现预期轨迹机构主要是利用机构中的某些构件或构件上的某些特殊点来实现直线轨迹或圆弧、方形、数学曲线等特殊曲线轨迹，以实现工艺要求、绘制曲线、加工非圆工件。

6）急回机构急回机构是指为了提高生产率、保证产品质量而使机械的工作行程能匀速慢进、空回行程能快速退回的机构，因此在切削机械等工作机中应用比较广泛。

7）行程可调机构行程可调机构是指采用不同的调节方式，改变从动件的行程和运动规律，以满足不同工作要求的机构。

常见的调节方式有：螺旋调节、偏心调节、齿轮调节、滑块调节等等。

3、选择执行机构的原则与方法1）依照生产工艺要求，选择恰当的机构a. 按执行构件运动形式选用相应的机构形式；b. 在机构运动误差不超过允许范围下，采用近似的实现运动规律机构；c. 机构的执行构件在工作循环中的速度、加速度的变化应符合要求。

2）结构简单、尺寸适度，在整体布置上占的空间小，达到布局紧凑a. 在满足要求的前提下机构的结构力求简单、可靠；b. 由主动件（输入）到从动件（执行构件）之间的链要尽可能短，它包括构件和运动副都要少。

3）制造加工容易a. 在采用低副的机构中，转动副制造简单、易保证运动副元素的配合精度，移动副元素制造较困难，不易保证配合精度；b. 采用带高副的机构，可以减少运动副数和构件数，但高副元素形状一般较为复杂，制造较困难。

4）考虑动力源的形式a. 有气、液源时常用气动、液压机构，简化机构结构、便于调节速度；b. 采用电动机后，执行机构又要考虑原动件为连续转动，有时很方便。

5）动力特性好a. 考虑机构的平衡，使动载荷最小；b. 执行构件的速度、加速度变化应符合要求；c. 采用最大传动角和最小增力系统的机构以减少厡动轴上的力矩。

6）具有较高的生产效率和机械效率a. 机构的传动链尽量少；b. 尽量少采用移动副；c. 合适的机构型式，可提高生产效率；d. 机构的动力特性好；e. 机构的传力性能好，有利于机械性能提高。

三、方案设计及讨论1、方案拟定方案一（见图1）：导杆——摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。

导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。

适当选择导路位置，可使工作段压力角较小。

送料机构的凸轮机构通过齿轮机构与曲柄轴相连。

按机构的运动循环图确定凸轮工作角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工的位置。

图1 方案一方案二（见图2）：凸轮——连杆冲压机构和凸轮——连杆送料机构冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。

恰当的选择点C的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特征，并使压力角尽可能小。

该机构可采用实验法进行设计；当要求较高时，可采用解析法，或以实验法得到的结果作为初始值，进行优化设计。

送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮工作角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件送至待加工位置。

方案三（见图3）：连杠冲压机构和凸轮——连杠送料机构冲压机构是由铰链四连杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。

四杆机构可按行程速度变化系数用图解法设计，然后选择连杆长及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点的位置。

若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角满足要求，压力角较小。

凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。

图2 方案二图3 方案三2、确定设计方案采取的是第一方案。

原因如下：1）比其他两个方案更符合方案选择应考虑的几个方面，特别是第一方案的机构设计中结构相对其它方案非常简单，在制造中可以大大减少工序，并且可以降低成本。

2）齿轮传动具有外廓尺寸小，效率高，传动比恒定准确，寿命长，使用的功率和速度范围广。

3、机构运动循环图图4 机构运动循环图由机构运动循环图得知：在上模运动到最高位置时，坯料被输送至待加工位置；上模在进行冲模时，推杆处于静止状态。