壓裝機的設(shè)計[含CAD高清圖紙和說明書]
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常州工學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章 引言 1.1 序言 畢業(yè)設(shè)計是完成了全部基礎(chǔ)課,技術(shù)基礎(chǔ)課,專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實現(xiàn)之后,在大學四年學習中最后一個學期進行的。這是畢業(yè)之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,通過這次畢業(yè)設(shè)計對未來從事的工作進行一次適應(yīng)性訓練,從中鍛煉分析能力,解決問題能力,為今后的工作打下基礎(chǔ)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計,得到以下的收獲與訓練: 1. 能熟悉運用理論力學,機械設(shè)計等課程的專業(yè)知識及設(shè)計計算。 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力,能運用學過的知識,完成零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計,并通過學過的軟件完成繪圖。 3. 學會使用圖表及手冊資料。熟悉查找與本課題相關(guān)的各種資料名稱,出處,能做到熟悉運用。 1.2 課題來源 本課題來源于常州紅梅電力設(shè)備廠,壓裝機可用于試制產(chǎn)品的壓裝,壓裝空間適用于各種產(chǎn)品。 應(yīng)用的設(shè)計原理:采用高質(zhì)量的交流伺服電機,減速器,PLC傳動方式,具有導向裝置。向下壓入的速度可調(diào),采用無級調(diào)速方式。本課題旨在解決儀表生產(chǎn)中的錐形薄片壓入儀表殼中的工序自動化問題,既要保證壓入的位置,同時必須保證錐形薄片在同一位置產(chǎn)生精度相同的變形。本課題要求學生自動化錐形薄片自動化壓裝系統(tǒng)設(shè)計的壓裝機設(shè)計,完成壓裝機構(gòu)的運動分析、工序設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵零部件設(shè)計。該課題與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,有較高的實用價值和借鑒價值,該課題主要培養(yǎng)學生產(chǎn)品設(shè)計的綜合能力,協(xié)同工作能力等。 壓裝機可采用手動/自動程序兩種操縱方式進行控制。 1.3設(shè)計要求 本課題旨在解決儀表生產(chǎn)中的錐形薄片壓入儀表殼中的工序自動化問題,既要保證壓入的位置,同時必須保證錐形薄片在同一位置產(chǎn)生精度相同的變形。本課題要求學生自動化錐形薄片自動化壓裝系統(tǒng)設(shè)計的壓裝機設(shè)計,完成壓裝機構(gòu)的運動分析、工序設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵零部件設(shè)計。該課題與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,有較高的實用價值和借鑒價值,該課題主要培養(yǎng)學生產(chǎn)品設(shè)計的綜合能力,協(xié)同工作能力等。 技術(shù)指標:每分鐘完成任務(wù)15只金屬儀表盤的壓裝,壓裝精度滿足生產(chǎn)要求。 第二章 壓裝機的設(shè)計 2.1 儀表殼 圖2-1錐形薄片 將錐形薄片壓入儀表殼,既要保證壓入的位置,同時必須保證錐形薄片在同一位置產(chǎn)生精度相同的變形,以完成儀表生產(chǎn)中的錐形薄片壓入儀表殼中的工序自動化問題。 2.2 裝配夾具 圖2-2裝配夾具 如圖2-2所示,裝備夾具用來固定錐形薄片,使其有準確的壓裝。 2.3 壓頭 (a) (b)壓頭 圖2-3 如圖2-3所示,錐形薄片利用裝備夾具的定位,由凸輪1將其固定(圖a),外軸采用凸輪下降,其下端的錐形面使錐形薄片壓緊于裝配夾具里,然后內(nèi)軸下降使下端的沖壓頭將錐形薄片的翼耳翻轉(zhuǎn)并固定在裝配夾具的凸緣上,壓裝完畢,內(nèi)外軸向上縮回(圖b)。 2.4凸輪機構(gòu)的設(shè)計 凸輪機構(gòu)因機構(gòu)中有一特征凸輪而得名。凸輪是指具有曲線輪廓或凹槽等特定形狀的構(gòu)件。凸輪通過高副接觸帶動從動件實現(xiàn)預期的運動,這樣構(gòu)成的機構(gòu)成為凸輪結(jié)構(gòu)。 凸輪機構(gòu)可分為平面凸輪機構(gòu),空間凸輪機構(gòu)等類型。凸輪機構(gòu)廣泛用于各種機構(gòu)中,特別是自動機械,自動控制裝置和裝配生產(chǎn)線 2.4.1凸輪機構(gòu)的組成 凸輪機構(gòu)一般是由凸輪,從動件和機架組成的一種高副機構(gòu)。【1-3】 2.4.2凸輪機構(gòu)的類型 凸輪機構(gòu)可根據(jù)凸輪的形狀,從動件的形狀和運動方式及凸輪與從動件維持高副的 接觸方法來分別分類?!?-3】 (1).按照凸輪的形狀分類:移動凸輪機構(gòu),盤型凸輪機構(gòu)和圓柱凸輪機構(gòu)。其中盤型凸輪機構(gòu)是凸輪機構(gòu)中最基本的結(jié)構(gòu)形式,應(yīng)用最廣。 (2). 按照從動件的形狀分類:尖端從動件凸輪機構(gòu),曲面從動件凸輪機構(gòu),滾子從動件凸輪機構(gòu)和平底從動件凸輪結(jié)構(gòu)。 (3).按照從動件的運動形式分:移動從動件和擺動從動件凸輪機構(gòu)。 (4).按照凸輪與從動件維持高副接觸的方法分:力封閉型凸輪機構(gòu)和形封閉型凸輪機構(gòu)。其中形封閉型凸輪機構(gòu)又可分為:槽型凸輪機構(gòu),等寬凸輪機構(gòu),等徑凸輪機構(gòu)和共軛凸輪機構(gòu)。【1-3】 2.4.3從動件常用運動規(guī)律特征比較及適用場合【20-23】 表2-1 從動件常用運動規(guī)律 運動規(guī)律 相應(yīng)方程 Vmax=(hw/?o)× amax=(hw2/?o2)× 沖擊 應(yīng)用場合 多項式 等速 1.00 ∞ 剛性 低速輕載荷 等加速等減速 2.00 4.00 柔性 中速輕載荷 3-4-5多項式 1.88 5.77 無 高速中載荷 三角函數(shù) 正弦加速度 2.00 6.28 無 中高速輕載荷 余弦加速度 1.57 4.93 柔性 中低速中載荷 2.4.4 運動規(guī)律的組合 從表1-1列出的基本運動規(guī)律及其方程的運動特征可以看出,由于存在沖擊或加速度的最大值amax較大,使得基本運動規(guī)律應(yīng)用于高速場合時的運動和動力性能較差。為了克服基本運動規(guī)律的缺陷,通常將不同的基本規(guī)律進行組合,以得到運動和動力性 能較佳的新的運動規(guī)律,一般也稱這種運動規(guī)律為組合式運動規(guī)律。 組合式運動規(guī)律必須遵循以下兩條原則:【2,3,9,17】 一,為避免剛性沖擊,位移曲線和速度曲線必須連續(xù);對于中、高速凸輪機構(gòu),還應(yīng)該避免柔性沖擊,也就是要求曲線也必須連續(xù)。所以,當用不同運動規(guī)律組合起來行成從動件完整的運動規(guī)律時,各段運動規(guī)律的位移、速度和加速度曲線在連接點處的值應(yīng)分別相等,這也是運動規(guī)律組合時應(yīng)滿足的邊界條件。 二,應(yīng)使用組合后的運動規(guī)律的最大速度值vmax、最大加速度值amax、最大躍度值jmax和vmax與amax的乘積mmax=vmax×amax的值盡可能小。若從動件的負載是靜態(tài)的,如彈簧力、重力和靜態(tài)力的工作阻力,則驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與速度成正比,所以,vmax較小,則靜態(tài)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也較小。另外,vmax還與機構(gòu)壓力角有關(guān),vmax較小,使得最大壓力角amax也小,這樣,可使凸輪設(shè)計得較小。amax較小,則慣性力較小。躍度反映了慣性力變化的情況,jmax較小可減少機構(gòu)的振動。mmax稱為機構(gòu)的動力特征值,當mmax較小時,由從動件的慣性引起的凸輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也較小,再設(shè)計高速凸輪機構(gòu)時考慮這一因素。 2.4.5 從動件運動規(guī)律的選擇【3,9,17】 從動件運動的選擇除了要滿足機械的具體工作要求外,還應(yīng)使凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性,以及應(yīng)使所設(shè)計的凸輪廓線便于加工等。而這些往往又是互相制約的,因此,在選擇或設(shè)計從動件的運動規(guī)律時,必須根據(jù)使用場合、工作條件等分清主次綜合考慮,確定選擇或設(shè)計的運動規(guī)律的主要依據(jù)。 (1) 當機械的工作過程要求從動件實現(xiàn)一定的工作行程,而對運動規(guī)律無特殊要求時,應(yīng)選擇使凸輪機構(gòu)具有較好的動力特性和便于加工的運動規(guī)律。對于低速輕載的凸輪機構(gòu),因為這時動力特性不是主要的,可主要從凸輪廓線便于加工考慮,選擇圓弧、直線等便于加工的曲線作為凸輪廓線。而對于速度較高的凸輪機構(gòu),應(yīng)主要考慮其動力特性,避免產(chǎn)生較大的沖擊。 (2) 當機械的工作過程對從動件的運動規(guī)律有特殊要求時,而凸輪的轉(zhuǎn)速又高時,應(yīng)從滿足工作需出發(fā)來選擇從動件的運動規(guī)律,其次考慮其動力特性和便于加工。 (3) 當機械的工作過程對從動件的運動規(guī)律有特殊要求,而凸輪的轉(zhuǎn)速又較高時,應(yīng)兼顧兩者來設(shè)計從動件的運動規(guī)律。通??蛇x用組合運動規(guī)律來滿足這種要求。 (4) 在選擇或設(shè)計從動件運動規(guī)律時,除了要考慮其沖擊特性外,還應(yīng)考慮其具有的最大速度vmax、最大加速度amax、最大躍度jmax和mmax較小。這些因素會影響到機械系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性,因此總希望其越小越好,特別是對于高速凸輪加工,這一點尤其重要。 2.4.6凸輪廓線的設(shè)計【5-21】 此壓裝機在凸輪軸上裝有三個盤型凸輪。設(shè)從動件的運動規(guī)律為等速。 第一個凸輪用于將裝配夾具夾緊,已知凸輪軸心與從動件轉(zhuǎn)軸之間的中心距a=16cm,凸輪基圓半徑rb=4cm,從動件長度l=16cm,擺角Φ=400.。 第二個凸輪用于壓緊錐形薄片,將其固定,已知凸輪軸心與從動件轉(zhuǎn)軸之間的中心 距a=16cm,凸輪基圓半徑rb=7cm,從動件長度l=16cm,擺角Φ=200。 第三個凸輪用于將薄片的翼耳壓翻轉(zhuǎn),已知凸輪軸心與從動件轉(zhuǎn)軸之間的中心距a=16cm,凸輪基圓半徑rb=6cm,從動件長度l=14cm,擺角Φ=200。 利用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪輪廓?!?-5】 設(shè)凸輪的輪廓曲線已按預定的從動件運動規(guī)律設(shè)計。當凸輪以角速度w1繞軸O轉(zhuǎn)動時,從動件的尖頂沿凸輪輪廓曲線相對其導路按預定的運動規(guī)律移動?,F(xiàn)設(shè)想給整個凸 輪機構(gòu)加上一個公共角速度-w1,此時凸輪將不動。根據(jù)相對運動原理,凸輪和從動件之間的相對運動并未改變。這樣從動件一方面隨導路以角速度-w1繞軸O轉(zhuǎn)動,另一方面又在導路中按預定的規(guī)律作往復移動。由于從動件尖頂始終與凸輪輪廓相接觸,顯然,從動件在這種復合運動中,其尖頂?shù)倪\動軌跡即是凸輪輪廓曲線。這種以凸輪作動參考系,按相對運動原理設(shè)計凸輪輪廓曲線的方法稱為反轉(zhuǎn)法(如圖1-4)。 圖2-4反轉(zhuǎn)法原理 凸輪輪廓曲線設(shè)計步驟: 1) 選取適當?shù)牡谋壤?,作出從動件的位移線圖,并將推程和回程區(qū)間位移曲線的橫坐標各分成若干等份,將設(shè)凸輪一得偏角為零,則凸輪二的偏角相對凸輪一為400,凸輪三相對凸輪一為900。如圖2-5所示。 圖2-5從動件運動位移線圖 該機構(gòu)要求凸輪的動作為:第一個凸輪先運動夾緊裝配夾具,然后第二個凸輪將其固定,最后第三個凸輪將錐形薄片的翼耳壓翻過來。返回時,第二個凸輪先縮回,然后 是第三個凸輪,最后是第一個凸輪。 圖2-5中縱坐標代表從動件的擺角ψ,因此縱坐標的比例尺是1mm代表多少度。 2) 以D0為圓心、以rb為半徑作為基圓,并根據(jù)已知的中心距a,確定從動件轉(zhuǎn)軸A的位置A0。然后以A0為圓心,以從動件桿長l為半徑作圓弧,交基圓于C0。A0C0即代表從動件的初始位置,C0即為從動件滾子圓心的初始位置。 3) 以D0為圓心,以a為半徑作轉(zhuǎn)軸圓,并自A0點開始沿著-ω方向?qū)⒃搱A分成如圖1-5中橫坐標對應(yīng)的區(qū)間和等份,得點A1,A2,...。他們代表反轉(zhuǎn)過程中從動件轉(zhuǎn)軸A依次占據(jù)的位置。 4) 以上述各點為圓心,以從動件桿長l為半徑,分別作圓弧,交基圓于C1,C2,...各點,得線段A1C1,A2C2...;以A1C1,A2C2,...為一邊,分別作∠C1A1B1,∠C2A2B2,...使他們分別等于圖1-5中對應(yīng)的角位移,得線段A1B1,A2B2,...。這些線段即代表反轉(zhuǎn)過程中從動件所依次占據(jù)的位置。B1,B2,...即為反轉(zhuǎn)過程中從動件滾子圓心的運動軌跡。 5) 將點B0,B1,B2,...連成光滑的曲線,即得凸輪的理論輪廓線?!?-5,11-23】 圖2-6凸輪一輪廓曲線 圖2-7凸輪二輪廓曲線 圖2-6為第一個凸輪的輪廓曲線,圖2-7為第二個凸輪的輪廓曲線,圖2-8為第三個凸輪的輪廓曲線 圖2-8凸輪三輪廓曲線 2.4.7凸輪輪廓的加工方法【15-16】 (一)銑、銼削加工 用于低速、輕載場合的凸輪 (二)數(shù)控加工 用于高速、重載的場合,加工精度高。 2.4.8凸輪機構(gòu)的壓力角 壓力角 :凸輪機構(gòu)從動件速度方向與該點受力方向的夾角。 對直動從動件凸輪機構(gòu)[a]=30~38° 擺動從動件凸輪機構(gòu)[a]=40~50°工作行程 [a]=70~80° 回程 2.5軸的設(shè)計 圖2-9軸 根據(jù)軸徑選鍵,Φ20選的平鍵b×h為8×7(圖2-9),配合為Φ20H7/k6,Φ25H7/k6(如圖2-10)【1-3,11-18】 圖2-10軸 圖2-10為凸輪軸,圖2-11和2-12分別為控制壓和夾緊凸輪的軸。 圖2-11軸 圖2-12軸 第三章 減速箱的設(shè)計 3.1 減速箱的示意圖 圖3-1減速箱示意圖 3.2各主要部件的選擇 表3-1 分析對象 過程分析 結(jié)論 動力源 一般選用交流電動機 三相交流電動機 帶 V帶允許的傳動比大,結(jié)構(gòu)緊湊 V帶 齒輪 直齒傳動平穩(wěn) 高速級、低速級都可用直齒 軸承 此減速器軸承承受軸向載荷很小 球軸承 聯(lián)軸器 有吸振和緩沖能力,耐久性好 彈性柱銷聯(lián)軸器 3.3電動機的選擇 壓裝機每分鐘壓15個,即減速箱輸出為15r/min, 查表知V帶傳動常用傳動比范圍 為2~4,單級圓柱齒輪的傳動比范圍為3~6,則電動機的轉(zhuǎn)速的可選范圍為: 因此,可選同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機,型號為Y112M-4。【26-28】 3.4 分配傳動比 表3-2 傳動比分配 分析對象 過程分析 結(jié)論 分配傳動比 傳動系統(tǒng)的總傳動比i=nm/nw(式3-2)其中i是傳動系統(tǒng)的總傳動比,多級串聯(lián)傳動系統(tǒng)的總傳動等于各級傳動比的連乘積;nm是電動機的滿載轉(zhuǎn)速,r/min;nw 為工作機輸入軸的轉(zhuǎn)速,r/min。 計算如下? nm=1440r/min nw =15r/min i=nm/nw=1440/15=96 V帶,初取 則減速器傳動比為:i減=i/i帶(式3-3) =96/4=24 按展開式布置,考慮沒有潤滑條件,為使兩級齒輪直徑相近, 取高速級 ,則低速級i2=i減/i1=6 3.5 V帶傳動的設(shè)計【9,17】 已知電動機的功率P=3.8kw,轉(zhuǎn)速N=1500r/min。 1、由于載荷平穩(wěn),選用普通V帶。 2、確定計算功率,取工況系數(shù)KA =1 Pca=KAP=1*4=4(式3-4) 3、 選擇帶型 根據(jù)Pca 與N=1500r/min,由《機械設(shè)計手冊》確定選用A型 4、 確定帶輪基準直徑并驗算帶速 初取主動輪的基準直徑 dd1=90 mm V=πdd1n1/(601000)(式3-5) = =6.7824m/s<25 m/s 于是從動輪基準直徑dd2= dd1i01=904=360mm 5、確定普通V帶的基準長度和傳動中心距Ld 根據(jù)0.7(dd1+ dd2)壓縮包目錄 | 預覽區(qū) |
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