哈工大機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-沖壓機(jī)

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1、 Harbin Institute of Technology 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 阿 課程名稱(chēng)： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 分度沖壓機(jī)（方案1） 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí)： 1008302 設(shè) 計(jì) 者： 王威 學(xué) 號(hào)： 1100800617 指導(dǎo)教師： 劉明 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012.07.2-2.07.08 一、工藝動(dòng)作

2、分析 由設(shè)計(jì)題目可見(jiàn)，在位置A沖壓工件的是執(zhí)行構(gòu)件1，帶動(dòng)鋼帶進(jìn)給的工作臺(tái)是執(zhí)行構(gòu)件2，這兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如下圖所示。 T1 執(zhí)行構(gòu)件 運(yùn)動(dòng)情況 執(zhí)行構(gòu)件1 下降 上升 停止 執(zhí)行構(gòu)件2 停止 進(jìn)給 T2 分度沖壓機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 T1是是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期， T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，執(zhí)行構(gòu)件1是間歇往復(fù)移動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件2是間歇

3、轉(zhuǎn)動(dòng)。執(zhí)行構(gòu)件2的周期是執(zhí)行構(gòu)件1的四分之一，執(zhí)行構(gòu)件2大多數(shù)時(shí)間是在停歇狀態(tài)。 二、運(yùn)動(dòng)功能分析 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有的運(yùn)動(dòng)功能如圖1所示。運(yùn)動(dòng)功能單元把一個(gè)連續(xù)的單向傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)件每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從動(dòng)件（執(zhí)行構(gòu)件1）間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，主動(dòng)件轉(zhuǎn)速分別為18、28、40轉(zhuǎn)/分。 圖1執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動(dòng)功能 由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1430轉(zhuǎn)/分，為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動(dòng)件上分別的到18、28、40 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)1之間的總傳動(dòng)比有3種，分別為 總傳動(dòng)比由定傳動(dòng)比和變傳動(dòng)比兩部分構(gòu)成，即： 3種總傳動(dòng)

4、比中最大，最小。由于定傳動(dòng)比是常數(shù)，因此，3種變傳動(dòng)比中最大，最小。采用滑移齒輪變速，其最大傳動(dòng)比最好不大于4，設(shè)定傳動(dòng)比iv1=4。 定傳動(dòng)比： 于是，傳動(dòng)系統(tǒng)的有級(jí)變速功能單元如圖2所示。 圖2有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)功能單元 為了保證系統(tǒng)過(guò)載時(shí)不至于損壞，在電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間加一個(gè)過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元可采用帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這樣，該運(yùn)動(dòng)功能單元不僅具有過(guò)載保護(hù)功能還具有減速功能，如圖3所示。 圖3 過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元 整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)僅靠過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元不能實(shí)現(xiàn)其全部定傳動(dòng)比，因此，在傳動(dòng)系統(tǒng)中還要另加減速運(yùn)動(dòng)功能單元，其減速比

5、為 減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖4所示。 圖4 減速運(yùn)動(dòng)功能單元 根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)功能分析，可以得到實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，如圖5所示。 執(zhí)行構(gòu)件1 1430rpm 圖5 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖 為了使用統(tǒng)一原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2，應(yīng)該在圖5所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中加一運(yùn)動(dòng)分支功能單元，其運(yùn)動(dòng)分支驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2，該運(yùn)動(dòng)分支功能單元如圖6所示。 圖6運(yùn)動(dòng)分支功能單元 由于執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運(yùn)動(dòng)，且由圖1可以看出執(zhí)行構(gòu)件2的間歇時(shí)間是工作周期T的3/

6、4，即其運(yùn)動(dòng)時(shí)間是其工作周期T的1/4。因此，間歇運(yùn)動(dòng)功能單的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為 間歇運(yùn)動(dòng)功能單元如圖7所示 圖7 間歇運(yùn)動(dòng)功能單元 由于執(zhí)行構(gòu)件2鋼帶的每次送料長(zhǎng)度為300mm，故，恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)鋼帶無(wú)法使進(jìn)給定長(zhǎng)度保持在300mm，故設(shè)計(jì)成：橡膠輪壓動(dòng)鋼帶使鋼帶進(jìn)給的方法，考慮到橡膠輪的半徑，將半徑定在，故需要將間歇轉(zhuǎn)動(dòng)增速，增速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖8所示： 圖8 增速運(yùn)動(dòng)功能單元 增速運(yùn)動(dòng)功能單元輸出的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件2的運(yùn)動(dòng)功能。由于執(zhí)行構(gòu)件2做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此，執(zhí)行構(gòu)件2的運(yùn)動(dòng)功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為歇轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)上述分析，可以畫(huà)出

7、整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，如圖9所示。 1430rpm 執(zhí)行構(gòu)件2 執(zhí)行構(gòu)件1 1 2 3 4 5 6 7

8、 8 圖9沖壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖 三、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案擬定 根據(jù)圖9所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元，便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元1是原動(dòng)機(jī)。根據(jù)分度沖壓機(jī)的工作要求，可以選擇電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，如圖10所示。 1 圖10 電動(dòng)機(jī)替代運(yùn)動(dòng)功能單元1 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元2是過(guò)載保護(hù)功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動(dòng)代替，如圖11所示。

9、 2 圖11 皮帶傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元2 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元3是有級(jí)變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動(dòng)代替，如圖12所示。 3 圖12 滑移齒輪變速替代運(yùn)動(dòng)功能單元3 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元4是減速功能，考慮到i=7.944比較大，故可以選擇二級(jí)齒輪傳動(dòng)代替，如圖13所示。 i=7.944 4

10、 圖13行星輪傳動(dòng)代替運(yùn)動(dòng)功能單元4 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元5，6,是運(yùn)動(dòng)分支功能單元和執(zhí)行構(gòu)件1的間歇直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可以用凸輪替代，如圖14所示。 5 6 圖14 凸輪機(jī)構(gòu)代替運(yùn)動(dòng)單元5,6 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元7是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元，可以用槽輪機(jī)構(gòu)替代。該運(yùn)動(dòng)功能單元的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為，該槽輪機(jī)構(gòu)如圖15所示。 7 圖15 槽輪機(jī)構(gòu)替代連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元7 圖9中的運(yùn)動(dòng)功能單元8是增速運(yùn)動(dòng)功能單元，可以用圓柱齒輪傳動(dòng)替代，完成執(zhí)行構(gòu)件2（橡膠輪）的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖16所示。

11、 圖16 圓柱齒輪傳動(dòng)替代增速運(yùn)動(dòng)功能單元8 根據(jù)以上分析，按照?qǐng)D9各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元連接的順序把各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元的替代機(jī)構(gòu)以此鏈接便形成了分度沖壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖（見(jiàn)A3圖紙）。 變速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖17 圖17變速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 四、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 1、執(zhí)行構(gòu)件1的設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件1由凸輪帶動(dòng)沖頭做上下往復(fù)間歇直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。由題目可知，沖頭行程200mm，為使沖頭沖壓工件時(shí)具有較大的沖量，應(yīng)采用高速運(yùn)動(dòng)，選擇正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)沖頭上升時(shí)為了避免較大的沖量，故速度應(yīng)較低，選擇等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律. 由于升程速度要比回程速度快，且無(wú)

12、遠(yuǎn)休止角，暫設(shè)升程運(yùn)動(dòng)角為120o回程運(yùn)動(dòng)角為150o，則近休止角為90o。升程時(shí)許用壓力角較小，取30o，回程許用壓力角取60o。 故執(zhí)行構(gòu)件1的凸輪機(jī)構(gòu)的原始參數(shù)如下: 升程200mm 升程運(yùn)動(dòng)角120 升程運(yùn)動(dòng)規(guī)律：正弦加速度 升程許用壓力角30 回程運(yùn)動(dòng)角150 回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速 回程許用壓力角60 近休止角90 凸輪偏心距e=70.12mm，基圓半徑r0=140.2mm 升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：（） 近休止：（） S=0 V=0 a-0 故由此可確定

13、凸輪輪廓方程： 凸輪輪廓方程： () （） 用matlab繪制凸輪的輪廓如圖18 圖18 凸輪的輪廓 2、槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 確定槽輪槽數(shù) 在撥盤(pán)圓銷(xiāo)數(shù)k=1時(shí)，槽輪槽數(shù)z=4，該槽輪的各尺寸關(guān)系如圖19所示 圖19 槽輪機(jī)構(gòu)幾何尺寸關(guān)系 2) 槽輪槽間角 由圖20可知槽輪的槽間角為 3) 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)撥盤(pán)的轉(zhuǎn)角 4) 中心距 槽輪機(jī)構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不明確的情況下暫定為

14、 5) 撥盤(pán)圓銷(xiāo)回轉(zhuǎn)半徑 6) 槽輪半徑 7) 鎖止弧張角 8) 圓銷(xiāo)半徑 圓整 9) 槽輪槽深 10) 鎖止弧半徑 取 4、滑移齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1) 確定齒輪齒數(shù) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖12中齒輪5、6、7、8、9、10組成了滑移齒輪有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)功能單元，其齒數(shù)分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知 按最小不跟切齒數(shù)取 則 為改善傳動(dòng)性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，故取 其齒數(shù)

15、和為 可取 另外兩對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大致相同 為了更接近于所要求的傳動(dòng)比，可取 2) 計(jì)算齒輪幾何尺寸 齒輪7、8的齒數(shù)，齒輪9、10的齒數(shù)和齒輪5、6的齒數(shù)和相等，即 若取齒輪模數(shù)為m=2mm，則這兩對(duì)齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距相同 這三對(duì)齒輪互為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其幾何尺寸可按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。 5、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1）圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)功能單元4，二級(jí)減速輪： 由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，齒輪11、12、13，14實(shí)現(xiàn)圖9中的運(yùn)動(dòng)功能4的減速運(yùn)動(dòng)功能，它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為7.944。 齒輪11,12大于最小不根切齒數(shù)： 取 故 齒

16、輪11,12,13,14均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取模數(shù)m=2mm。 運(yùn)動(dòng)功能單元9，增速齒輪：i=4 取z18=17，z17=17*4=68 取 取模數(shù)為2mm，全部按標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。 五、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析 帶動(dòng)鋼帶伸出的橡膠輪半徑，為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的分析，發(fā)動(dòng)機(jī)為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪組的變速，凸輪和槽輪撥盤(pán)為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪又通過(guò)一個(gè)增速齒輪組，實(shí)現(xiàn)橡膠輪的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，周期與沖頭相同。 沖頭初始位置為凸輪升程起始位置，槽輪初始位置為如A3圖所示位置。 1）執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)分析 沖頭升程、回程運(yùn)動(dòng)方程及推桿位移、速度、加速度線(xiàn)圖： 升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：（） 近休止：（） S=0 V=0 a-0 沖頭位移線(xiàn)圖，如圖20。 圖20 沖頭位移線(xiàn)圖 沖頭速度線(xiàn)圖，如圖21。 圖21 沖頭速度線(xiàn)圖 沖頭加速度線(xiàn)圖，如圖22 圖22沖頭加速度線(xiàn)圖