机械原理自动冲床说明书

西安工业大学

机械原理课程设计 设计计算说明书

设计题目 薄壁零件冲床机构设计

工业中心 学院 制造工程师 专业

09 级 096001 班

学生姓名 张湘君 完成日期 2011-07-03 指导教师 田太明

西安工业大学机电工程学院

目 录

应列出说明书中的各项标题内容及页次（小四宋体）

一、设计任务书---------------------------------------------------------- 3

1、设计题目 ----------------------------------------------- 3 2、工作原理与及结构组成 ----------------------------------- 3

3、设计要求与技术条件 ------------------------------------- 3

4、设计任务 ----------------------------------------------- 4

二、机构设计 ---------------------------------------- 4

三、创新设计方案 ------------------------------------ 7

五、总结 --------------------------------------------11

六、参考文献 ------------------------------------------------------------ 12

2

一、设计任务书

1、设计题目

薄壁零件冲床机构设计

2、工作原理与及结构组成

该冲床用于冲制、拉延薄壁零件。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构，其工作原理如图1a 所示，上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送

F F a)

b)

c)

图1 冲床工艺动作与上模运动、受力情况

至待加工位置，完成一个工作循环。

3、设计要求与技术条件

1）以电动机作为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图1b 所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回等特性。

2）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角γ 大于或等于许用传动角[γ ] =40︒。 3）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）。 4）生产率为每分钟70件。

5）上模的工作段长度l = 40~100mm ，对应曲柄转角ϕ0 = (1/3 ~1/2 )π；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。

6）上模在一个运动循环内的受力如图1c 所示，在工作段所受的阻力F 1见下表，其它阶段所受的阻力F 0=50N。

7）行程速度变化系数K ≥1.5。 8）送料距离H = 60 ~250mm 。

9）机器运转速度波动系数δ 不超过0.05。 设计参数见下表：（按学号分组：每五人一组）

3

对机构进行动力分析时，为方便起见，所需参数值建议按如下方式选取：

1）设连杆机构中各构件均为等截面均质杆，其质心在杆长的中点，而曲柄的质心则与 回转轴线重合。

2）设各构件质量按40kg/m计算，绕质心的转动惯量按2kg ⋅m 2/m计算。 3）转动滑块的质量和转动惯量忽略不计，移动滑块的质量设为36kg 。 4）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件）设为30kg ⋅m 2

二、独立设计方案 选第五组数据进行参数如下：

曲柄 AB = 30mm 连杆 BC = 102.5mm 杆 CD = 70mm

杆 AD = 70mm 杆 CD = 25mm 冲压杆 DE = 106mm 极位夹角 40度 冲压转角 90 度 冲程 L = 100mm

如图方式设计定杆长 AB BC CD AD的长度

(按照四杆机构的计算方案设计前四杆的杆长)

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如图方式设计定杆长

DE EF(图示为冲压机构在冲程两极位时的

转角和冲程L)

三、机构的运动简图

机构运动简图如图

四、机械传动系统方案设计

冲床传动系统如图5－2所示。电动机转速经带传动、

齿轮传动降低后驱动

5

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：

电机型号 额定功率（kw ） 额定转速（r/min） Y100L 2—4 3.0 1420 Y112M —4 4.0 1440 Y132S —4 5.5 1440

由生产率可知主轴转速约为70r/min，若电动机暂选为Y112M —4，则传动系统总传动比约为i 20. 57取带传动的传动比i b =2，则齿轮减速器的传动比i g =10.285，故可选用两级齿轮减速器。

转矩——转角图

6

按照机构效率为0.6。且计算如下：

根据速度曲线，得到速度平稳时的最大速度约为1000mm/s，力大小为5000N ，得到机构的最大工作功率为5kW, 除以效率得到的电机功率为5.5kW 。

在上图中，曲线是转角a ——实际转矩T 的图像；直线是转角a ——额定转矩Tr 的图像。 额定转矩： Tr = 9549 N ⋅m Tr = 450.17 N ⋅m

曲线对直线积分，得到∇W = 1040 J

根据公式 J F ≥900∇W /(π2n 2[δ]) 如果将飞轮装在曲柄上，得到J 是387.5 Kg⋅m ；飞轮的直径大约 1 m ，不符合机构的实际设计要求。 所以只能将飞轮加在电机上 ，电机转速1440 r/min 。代入公式得到 J = 0.92 Kg⋅m 。 根据G A ⋅D =4gJ F 并设 D =0.5m 得： G A =146 Kg

2

2

2

P

n

五、执行机构运动方案设计及讨论

1．齿轮—连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构

如图冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。恰当地选择点C 的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并使压力角

尽可能小。

送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。设计时，若使l OG

图1

7

2．导杆—摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构

如图5—4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比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角

较小。

送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。

图2

3．六连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构

如图5—5所示，冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长l EF 及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点E 的位置。若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角γ满足要求，压力角

较小。

凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。设计时，使l IH

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图3

六、机构运动输出曲线及分析 上模位移图

分析：机构的冲头在0.15s 进入冲程，在0.35s 冲压结束，在这段机构速度比较平稳，位移曲线近乎是直线。

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上模速度图

分析：在冲压阶段0.15s~0.35s内速度平稳，近乎保证匀速要求。

上模加速度图

分析：加速度在冲压过程中比较平稳，在急回过程中，加速度变化比较快，能

保证机构的急回特性。

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平衡力矩M b －Φ线图

固定支座反力f i －Φ线图

七、总结

通过此次课程设计，我学会了很多东西，学会了怎样将书本上的理论知识与实践有机的结合，也学会了一些学习软件Adams 的操作。

课程设计从最初的杆长设计就费了不少心力，杆长计算都采用了图解法，并结合CAD 进行了精确绘图，才将杆长定下来。在此过程中感觉收获很多。最重要的是懂得了学习创造需要严谨的态度。这作为一个启示，我相信在未来的学习工作中会给我带来很大的益处。

在计算飞轮的参数时遇到了困难，发现自己有些知识学的很肤浅。经过老师的指导，与同学的讨论，自己的独立思考，终于完成了这项任务。

这次课程设计作为一次重要的人生经历，学到的不仅仅是知识，更多的是树立自信，纠正学习态度的过程，我获益匪浅。

参考文献

1王三民主编. 机械原理与设计课程设计. 北京：机械工业出版社，2005 2 裘建新主编. 机械原理课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2005

3 牛鸣歧，王保民，王振甫. 机械原理课程设计手册. 重庆：重庆大学出版社，2001

4 张伟社主编. 机械原理教程. 西安：西北工业大学出版社，2001

5 黄茂林，秦伟主编. 机械原理. 北京：机械工业出版社，2002

6 刘昌棋等编. 凸轮机构设计. 北京：机械工业出版社，2002