薄壁零件冲床机构设计机械设计综合课程设计

一、 设计任务书

1、 设计题目：薄壁零件冲床的设计

2、 设计背景：

（1） 工作原理： 薄壁零件冲床的组成框图如图1所示。

图1 薄壁零件冲床的组成框图

工作原理如图2a 所示。在冲制薄壁零件时，上模（冲头）以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。

图2 薄壁零件冲制工作原理图

（2） 设计条件与要求

动力源为电动机，上模做上下往复直线运动，其大致运动规律如图2b 所示，要求有快速下沉、匀速工作进给和快速返回的特征。上模工作段的长度L=40~100mm,对应曲柄转角φ=60º~90º；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速比系数K ≥1.5。

上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方），如图2a 所示。送料距离L=60~250mm 。

要求机构具有良好的传力特性，特别是工作段的压力角α应尽可能小，一般取许用压力角[α]=50º。

生产率为每分钟70件。 按平均功率选用电动机。

需要5台冲床。室内工作，载荷有轻微冲击，动力源为三相交流电动机。使用期限为10年，每年工作250天，每天工作16小时。每半年保养一次，每三年

传动装置

原动机薄壁零件冲制执行系统

大修一次。

（3）生产状况：中等规模机械厂，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。

3、设计参数：

冲床载荷5500N，上模工作段长度L=90，工作段对应的曲柄转

交φ=。

4、设计任务

（1）机构系统总体运动方案；画出系统运动简图，完成运动方案设计论证报告。

（2）成传动系统或执行系统的结构设计，画出传动系统或执行系统的装配图。

（3）设计主要零件，完成2张零件工作图。

（4）编写设计说明书。

二、总体方案设计

1、传动法案的拟定

根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机、传动机构和执行

机构三部分。

（1）原动机的选择

按设计要求，动力源为三相交流电动机。

（2）传动机构的选择

可选用的传动机构类型有：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。

带传动平稳性好，噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也较低，但

是传动效率低，传动比不恒定，寿命短；链传动虽然传动效率高，

但会引起一定的震动，且缓冲吸震能力差；蜗轮蜗杆传动对然平

稳性好，但效率低，没有缓冲吸震和过载保护的能力，制造要求

精度高；而齿轮传动传动效率高，使用寿命长，传动比恒定，工

作平稳性好，完全符合设计要求，故选用齿轮传动。

总传动比13.857，不是很高，也无传动方向的变化，所以初步决定采用二级圆柱斜齿轮减速器，以实现在满足传动比要求

的同时拥有较高的效率和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利

于在粉尘较大的工作环境下工作。

简图如下：

（3）执行机构的选择

工作机应采用往复移动机构。可选择的有：连杆机构、凸轮机构、

齿轮齿条机构、螺旋机构。本设计是要将旋转运动转换为往复运

动，所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可，凸轮机构能

够较容易获得理想的运动规律，而齿轮齿条机构加工复杂、成本

高，所以不采用。同时由于不考虑送料机构，同时考虑到凸轮尺

寸以及运动规律实现的可行性，结合前辈的经验和自己的思考，

最终决定一种方案。

简图如下：

1>改进方案

2>传统方案

（4）方案评价

传统方案和改进方案都满足设计要求，但是和传统方案相比，改进方案中由于利用的杠杆原理，工件端传递力矩和运动规律更简单的通过

两平行杠杆传递到传动机构端，同时压力角更易计算，而且传动更平稳。

综上所述，最终决定使用改进后的方案。

2、电动机的选择

（1）选择电动机类型

按工作要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。

（2）选择电动机容量

电动机所需工作效率为=

冲压载荷F=5500N，上模工作段长度L=90mm,上模工作段对应的曲

柄Φ=，n=70r/min

上模工作时间t=×=0,2024

工作机所需功率====2.46kw

传动装置的总效率=

其中：联轴器效率

闭式齿轮传动效率

滚动轴承效率（一对）

链传动效率

凸轮曲柄滑块效率

计算得

所需电动机功率==5.59kw

因载荷平稳，电动机额定功率大于即可。

根据所查数据，选电动机的额定功率为7.5kw

（3）选择电动机转速

工作转速，通常，耳机圆柱齿轮减速器减速比为8～40，则电动机转速可选范围（8～40）×

70r/min=560～2800r/min。

进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选用同步转速为1000r/min,选定电机型号为Y160M-6，额定功率,满载转速为970。

3、传动系统的运动和动力参数

（1）分配传动比

A、总传动比

B、分配传动装置各级传动比

取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比

则低速级得传动比

（2）参数的计算

A、O轴（电动机轴）

B、Ⅰ轴（高速轴）

C、Ⅱ轴（中速轴）

D、Ⅲ轴（低速轴）

轴名

功率P/kw 转矩T/转速

r/min

传动

比i

效率输入输出输入输出

电机轴 5.59 55.04 970 1 0.99