自动送料冲床机构综合

冲头所受阻力曲线
图1
图2 1.4 设计任务 1. 绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短冲床 工作周期； 2. 针对图所示的冲床的执行机构（冲压机构和送料机构）方案，依据设计 要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图； 3. 在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处 摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩； 4. 取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；
6.2 曲柄摇杆机构的设计 可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。
已知最小传动角为450 ，则由此知 LO1O2 = 确定各杆长度 当 a 和 d 杆共线的位置有最小传动角 γ存在分别为γ1 ，γ2 当γ1 = γ2 = γmin 时为最佳传动机构 ，可根据余弦公式
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2702 + 4602 = 533.38mm
5.机构选择
方案一：小齿轮与辊轴的压紧 考虑到小齿轮与工件直接接触不仅起不到压紧的作用还会损伤工件，所以该 方案不合适。 方案二：辊轴与辊轴的压紧 调整适当的间隙便于进料，可以保证工件稳定运动且工件表面无划痕。 比较两个方案后决定采用方案二 。
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辊轴的直径为 60mm，上下辊旋转一周的送料长度为 L，则： L = π × D = 3.14 × 60 = 188.5mm > 150������������ 所以符合要求。 5.1 间歇机构设计 当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应该设计间歇机 构。这里选择了棘轮机构。 棘轮与摇杆有共同的中心轴线，摇杆上安装了棘爪。 设棘轮的棘齿数 Z=11，冲床往复一次的送料长度为 L1,棘轮每转一齿，摇杆 转角为 α ，则 α= 取棘轮的模数 m=6，则外径 D = 6 × 11 = 66mm 360 = 320 48‘’ 38‘ 11
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大齿轮的速度曲线
大齿轮的加速度曲线
由于大齿轮同时也在转动，所以同样测出了其角速度和角加速度曲线。
大齿轮的角速度曲线
大齿轮的角加速度曲线
8.实物照片
根据要求，本设计在机械实验室里面，搭建了按比例缩小的模型。通过实验，搭 建的模型基本符合设计要求。实验室搭建的实物模型如下
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5. 用软件（VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运 动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 6. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图 （可以是计算机图） 并编写说明书。
2.设计背景
冲床自动送料机实质上是上料机械手，适用于轴承行业、小五金行业、标准 件行业的冲压加工。它能自动上料和卸料，提高生产效率，保证产品质量，改善 工人劳动强度， 确保人身安全。 本机节拍与冲床同步， 连续生产.总体结构简单、 紧凑，传动平稳，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、装拆、调整、维 护、制造经济。在冷挤压加工行业特别是轴承冲挤压加工中有较大的应用前景。 自动送料是冲压加工实现自动化的最基本要求、也是在一套模具上实现多工 位冲压的根本保证。 自动送料机构每次送进带料或条料的距离称为送料步距，送 料步距可根据冲压件的形状尺寸及冲压工艺的需要设计确定。 2.1 主要参数及性能指标 生产率 （件/min） 送料距离 板料厚度 轴心高度 冲头行程 辊轴半径 （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） 180 150 2 1060 100 60 270 460 30 45 0.03 （N） （N） 530 2300 150
7.三维建模以及模拟运动仿真
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根据上面的计算数据，通过三维软件 CATIA 建模，wenku.baidu.com约束其零件之间的装配 关系，完了本设计的仿真。
建立的三维模型
通过 CATIA 中的数字分析模块，分别测量出了冲头的运动过程中的速度曲线 和加速度曲线。
冲头的速度曲线
冲头的加速度曲线
由于大齿轮做来回的回转往复运动，同样的也测量了其在 3 秒时间内的速度 和加速度曲线。
因为 c＜b，所以取c = 144.27mm 6.3 棘轮与曲柄摇杆机构的整合
因为舍弃了齿轮啮合传动，所以可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆，棘爪安 装在摇杆上。
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6.4 发动机的选择 本设计中已经采用了λ = 0.01的设计，所以可得到速度 v = 0.05ωR sin ∅ + 可得瞬时功率 N = p × 0.05ωR sin ∅ + 0.05 sin 2ϕ (mm/s) 2 0.05 sin 2ϕ (mm/s) 2
6.理论计算
6.1 曲柄滑块设计
已知条件 冲压行程 H = 100mm B1 + B = 22mm
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N=180 转/分，则每转需要时间 T = 0.33S 设飞轮的角速度为ω， 则速度为 V = O1 A × ω T1 = 100 + 20 100 − 20 T1 120 3 , T2 = , = = V V T2 80 2 T1 = 0.198S , 根据冲头行程 H = 100mm 得 O1 A = 50mm AC = 500mm C 到冲头为 245mm 冲头高 20mm 滑块共高 510mm O1 A + AC − AC − O1 A = 100mm T2 = 0.132S
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电机型号 Y100L2—4 Y112M—4 Y132S—4
额定功率（kw） 3.0 4.0 5.5
额定转速（r/min） 1420 1440 1440
图3 由生产率可知主轴转速约为 180r/min，且题目要求使用单级齿轮传动，电动 机暂选为 Y112M—4，则传动系统总的传动比传动比约为 i总 =8。带传动的传动比 ib = 2，则齿轮减速器ig = 4。 6.5 飞轮的选择 采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力 Fr = 2300N 最大盈亏功 A = 1 7 π 2300 − 460 × × × 100 = 126449.1N ∙ mm 2 8 2 δ = 0.03 飞轮安装在主动轴上 ωm = 10.742rad/s 算得 JM = 36527.8(kJ. mm2 ) 飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质， 飞轮半径为 100mm， 求得厚度 1.6mm。
冲床机构运动方案示意图
1.3 设计条件与要求 ①以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下 往复直线运动，其大致运动规律如图 1 所示，具有快速下沉、等速工作给进和快 速返回等特性。 ②机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角 r 大于或等于许用传动角
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大齿轮轴心坐标 大齿轮轴心坐标
大齿轮轴心偏距 （mm） 送料机构最小传动角 速度不均匀系数 板料送进阻力 （0）
冲压板料最大阻力 冲头重力 （N）
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3.课题分析
一般来讲，我们要设计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类 型， 即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设 计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合 或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。 由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简图。 所以，只需要考虑运动设计。也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。
4.工作原理
送料过程：电动机通过 V 带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的 薄钢板送入冲床工作台面位置 冲制过程：飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带 动摇杆摆动， 摇杆与棘轮共轴， 从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间 歇运动， 棘轮与辊轴中心轴线重合，最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工 作位置。
5.2 运动方案设计 方案一： 如图所示本机构用了连杆和椭圆形的凸轮机构，齿轮—连杆冲压机构和 椭圆形的凸轮—连杆送料机构。 正如图所示一样但在设计椭圆形的凸轮机构时不 好计算和加工，这大大的增加了加工的难度和设计。
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方案二：题目给出的方案 根据压紧机构选择的结果，采用双辊压紧机构，则不采用齿轮啮合。所以要 在该方案的基础上改进。 此方案的优点：送料误差较小，且每次送料距离相同，结构简单，载荷平稳 缺点：体积较大，有死点存在，但在主动轮采用飞轮可避免死点，且不符合 设计要求中的最小传动角要求。 方案三：在方案二的基础上改进。 冲制机构方案不变，采用曲柄滑块机构。曲摇杆机构中曲柄为主动件，带动 摇杆转动， 摇杆与棘轮共轴， 从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇 运动，采用双辊轴压紧送料机构。 此方案的优点:棘轮机构可把摇杆的往复运动改成单一方向运动，曲柄摇杆 的急回特性不影响机构运动，机构体积较小 缺点:结构复杂，计算复杂，有一定的误差，但可以通过增加棘轮的齿数来 减小误差，噪声较大。 综合上述三种方案，选择第三种方案。
[r]=450 ③冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。 ④生产率为每分钟 180 件。 ⑤冲头的工作段长度 l=100mm， 冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。 ⑥冲头的一个工作循环内的受力如图 2 所示， 在工作段所受的阻力 F1=2300N， 其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即 F0=460N。 ⑦送料距离 Sn=150mm 。 ⑧机器运转速度不均匀系数不超过 0.03。
西南交通大学
自动送料冲床机构综合
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1．设计任务
1.1 设计题目 自动送料冲床机构综合 1.2 自动送料冲床简介 自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主 要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。 冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机 构。工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处，然后送料机构要保证原料 胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。最后，冲 头快速返回，执行下一个循环。送料机构在此期间将原料胚件送至待加工位置， 完成一个工作循环。
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c2 + b2 − a − b 2 2bc 2 a + d − c2 − b2 cos γ2 = 2bc cos γ1 = 解得
+
2adf + c=
a2 e
+ ed
2 −
(2adf + a2 e + ed2 )2 − 16a2 d2 2e
b= 式中
2ad ce
e = cos γ1 + cos γ2 f = cos γ1 − cos γ2 且γ1 = γ2 = γmin = 450 解得： e= 2 f=0 曲柄长度应非负，则 (2adf + ea2 + ed2 )2 − 16a2 d2 ≥ 0 所以a ≤ 220.933mm (其他值不符合要求舍去！) 可取 解得 c = 523.14mm 或者 c = 144.27mm b = 144.19mm b = 522.85mm b = 522.85mm a = 100mm
9.模型运动图和实物介绍图
根据设计要求，根据本次实验做的 CATIA 模拟运动动画和实物模型介绍的视 屏，随本说明书一并上交。
10.设计感想(总结)
11.参考文献：
[1].谢进.反平行铰链四杆机构的连杆曲线方程.西南交通大学学报.第 18 卷 4 期. [2].张新华.冲床自动送料机的原理与设计.锻压技术.1993 年. [4] 谢泗淮主编.机械原理.北京:中国铁道出版社.2001. [5] 曹惟庆著.平面连杆机构分析与综合.北京科学出版社.1989. [6] 作品设计说明书格式.百度文库 http://wenku.baidu.com/view/f4bcd58a6529647d272852b2.html
按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率Nd k π Nd = Nd∅R 2π 0 K 安全系数 =1.2 ，算的 Nd = 3.45kw
冲床传动系统如图 3 所示 电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交 流异步电动机，其同步转速选为 1500r/min，可选用如下型号：