专用精压机运动简图的设计

湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）第二学年第二学期课程名称机械原理课程设计指导教师银金光职称教授学生姓名罗清亮专业班级机械 0907 学号 09405700736题目专用精压机运动简图的设计成绩起止日期 2011 年 6 月 27 日～ 2011 年 7 月 1 日目录清单- 1 -机械原理课程设计设计说明书专用精压机运动简图的设计起止日期： 2011 年 6 月 27 日至 2011 年 7 月 1 日学生姓名罗清亮班级机械0907学号09405700736成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2009年 6月 27 日目录0.课程设计任务书 (2)1.设计题目 (3)2.机械机构功能的简单分析 (3)3.根据工艺动作和协调要求拟定循环图 (4)4.执行机构选形 (5)5.执行机构的选择和比较 (5)6.机构运动简图 (9)7.机构尺寸的设计计算 (9)8.机构的运动学分析（速度与加速度分析） (12)9.精压机的三维建模 (15)10.参考资料 (16)11.设计总结 (16)湖南工业大学课程设计任务书2010 —2011 学年第2 学期机械工程学院（系、部）机械类专业机械0907 班级课程名称：机械原理课程设计设计题目：专用精压机运动简图的设计完成期限：自2011 年 6 月27 日至2011 年7 月 1 日共 1 周内容及任务原始数据及设计要求一.1）冲压执行构件具有快速接近工件，等速下行拉伸和快速成型返回的运动特性；2）制成品生产率每分钟90件；3）形程速度变化系数K≥1.3；4）坯料最大输送距离200mm；5）上模滑块总质量40kg，最大生产阻力5000N，且假设在拉延区内生产阻力均衡；6）设最大摆动构件线质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2kg·m2/m，质心简化到杆长中点，其他构件质量及转动惯量均忽略不计。

二、设计任务1）冲压机构和送料机械运动方案的拟定；2）完成工作循环图；3）对各方案进行定性分析与筛选，选定设计方案；4）冲压机构的型综合和运动设计；5）传动系统的设计计算；6）执行机构的运动尺寸设计；7）绘制正式的整机机构运动简图。

进度安排起止日期工作内容6.27-6.29 构思该机械运动方案6.29-6.30 运动分析及作图7.1 整理说明书与答辩主要参考资料1、朱理主编，机械原理，高等教育出版社2、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社指导教师：银金光2011 年7 月1 日1.设计题目：专用精压机运动简图设计1.1设计原理：专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。

它是将薄铝板一次冲压成为深筒形。

它的工艺动作主要有：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。

图11.2设计要求：1）制成品生产率每分钟90件；2）形程速度变化系数K≥1.3；3）坯料最大输送距离200mm；4）上模滑块总质量40kg，最大生产阻力5000N，且假设在拉延区内生产阻力均衡；5）设最大摆动构件线质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2kg·m2/m，质心简化到杆长；中点，其他构件质量及转动惯量均忽略不计。

2. 机械机构功能的简单分析2.1 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，且需要一次冲压成形。

故机构需要较大的冲压力来实现。

同时要保证精压的质量，机构需要匀速的冲压过程，因此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，将凸轮送料机构改成曲柄滑块送料机构，提高了机构的使用寿命。

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

2.2动作分解为使执行机构满足预定的功能要求，应该将机械的总功能分解成若干个分功能，每个分功能由一个执行机构去完成。

在本专用精压机构，整个机构可以分为两大执行构件：送料机构和冲压机构。

它们根据执行机构的功能要求去完成规定的动作。

具体的工艺动作分解如下：1）送料机构从侧面将坯料送至待加工位置；2）上模先以较大的速度接近坯料；3）上模以近似匀速进行拉延成形工作；4）上模继续下行将成品推出型腔；5）上模快速返回，完成一个冲压工作循环。

3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图由机构运动循环图（图2）可知：机构在一个运动周期内，当上模运动在她的正行程时，推杆和上顶机构都再回程中；当上模冲压完成之后，推杆开始将坯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。

图24.执行机构选型由上述分析可知，精压机机构有由三个分支：一为实现竖直运动的冲压机构，二为实现水平运动的送料机构；三是实现让成品脱落的上顶机构。

此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节(也可能是机构)。

冲压机构设计过程：实现竖直运动的冲压机构应有下述几种基本运动功能：1)：上模要完成每分钟90次往复移动运动，所以机构的主动构件转速应为90r／min，以电动机作为原动力，则主加压机构应有运动缩小的功能2)因上模是往复运动，故机构要有运动交替的功能3)原动机的输出运动是转动，上模是直移运动，所以机构要有运动转换的功能4)因有保压阶段，所以机构上模在下移行程末端有较长的停歇或近似停歇的功能；5)因冲头压力较大，所以希望机构有增力的功能，以增大有效作用力，减小原动机的功率。

同理设计送料机构也要满足类似功能。

对各种类型的机构进行专业和有多种结果，下面仅选取四种进行分析说明。

5.执行机构的选择和比较5.1冲压机构和送料机构的组合方案一凸轮—连杆冲压机构+摆杆—滑块送料机构（图3）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以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。

图3方案二摇杆—滑块冲压机构+曲柄滑块送料机构（图4）该方案自由度为一，自由度等于原动件数，能够满足传动要求。

机构的加压时间可以较长，效率高，结构简单，装配较容易，但是一级传动角较小。

图4方案三导杆—摇杆滑块冲压机构+凸轮送料机构（图5）如图所示，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似匀速的要求。

适当选择导路位置，可以使工作段压力角较小。

送料机构的凸轮通过齿轮机构与曲柄相连。

按机构运动间将工件送至待加工位置。

图5方案四摆动导杆冲压机构+曲柄—滑块送料机构（图6）如图所示，冲压机构经过改进，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照给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回的特征，摇杆滑块机构的组合可以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于上部曲柄轴相连。

可以调节其在整个运动中的初始位置使推杆在预定时间将坯料送至待加工的位置。

如取一定的偏矩，则其也具有急回的特征。

图65.2上顶机构的设计考虑到实际配料被冲压成形以后如果还留有切边，那么成品就不能从下模的下部离开，因此我们需要设计一个上顶机构（图7）。

使得成品可以由下模滑块将其延机构垂直顶出，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征，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征。

图75.3冲压机构和送料机构的评价和选定在四种方案提出后，进行对比。

各个方案都由不同的基础结构组合而成，且其基本都可以完成设计要求的运动。

但是考虑到机构的性能，加工成本和后期的建模，分析等的方便，嘴和经过和同学讨论，决定采用方案四。

分析：方案一虽然能够可以无困难的设计出其轮廓曲线，使其满足规定的运动规律，但凸轮与从动件的点或者线的高副接触是很容易磨损的。

而且设计要求中机构每分钟生产约90件，机构的运转速度很大。

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。

方案二虽然能够完成设计要求的运动，但是其稳定性不高。

方案三虽然冲压机构中的齿轮传递容易控制，使得滑块得到精确地控制。

但是齿轮凸轮机构间的配合难度较大，还有一定的冲击，平稳性不高，费用比较高。

方案四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两个工作步骤也可以较容易的配合出来，使整个机构完成一次送料冲压的周期。

因此通过分析后，决定采用第四种方案。

最终决定的专用精压机机构的运动简图（图8）图86.机构运动简图机构的工作原理：如图8所示，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。

7.机构尺寸的设计计算7.1上模冲压机构的尺寸设计因为要求K≥1.3，取K=1.8，计算得到极位夹角θ=520；另外要求上模的总行程H=280mm设α为DE与竖直方向夹角由前图可知：2*CD*sin(θ/2)+DE*(1-cosα)=280且因β极小上式可以变为：2*CD*sin(θ/2)=280得CD=320mm取曲柄AB=250mm,得知AC=513mm7.2传动系统尺寸设计整个机构的传动机构是由5个齿轮组成的，2个大齿轮F,L的存在是为了帮助三个小齿轮之间的传动，并让三个主要负责机构运动特征的小齿轮的转速和转向都一致。

为了计算的统一和方便，取3个小齿轮的尺寸相同，分度圆直径为300mm，2个大齿轮的尺寸相同，分度圆直径为600mm，取模数m=10mm,则得出小齿轮的齿数z=30，大齿轮的齿数z=60。

为了使推杆具有急回特征，使其在回程时不与坯料碰撞，取其正偏矩e=150mm。

7.3.1槽轮间隙送料机构(图9)根据公式：R=L*sin(π/z)S=L*cos(π/z)h>=2(L-R-r)b<2(L-R-r)取拨轮和槽轮的中心距L=200mm槽轮的槽数为4则得R=S=141.42mm。

图97.3.2槽轮机构的运用如图10所示，拨盘与黑色齿轮通过圆锥齿轮配合，槽轮与一齿轮相连，以驱动传送带间隙送料。

图108.机构的运动学分析（速度与加速度分析）8.1上模冲压机构的运动学分析图11上模由图示位置开始运动，在0到0.537〞内为向下冲压的正行程，在0.537〞到0.870〞为向上的回程。