机械原理课程设计——精压机

设计题目：专用精压机班级：机械045组员：黄悦李羿刘再盈指导老师：高志民2007.11、工作原理及工艺动作过程专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺。它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。它的工艺动作主要：1）将新坯料送至待加工位置；2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔。2、原始数据及设计要求：1）冲压执行构件具有快速接近工件、等速下行拉延和快速返回的运动特性。2）精压成形制品生产率约每分钟70件；3）上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。4）行程速比系数K≥1.3。5）坯料输送最大距离200mm。6）上模滑块总重量为40kg，最大生产阻力为5000N，且假定在拉延区内生产阻力均衡；7）设最大摆动构件的质量为40kg/m,绕质心转动惯量为2kg.m^2/mm，质心简化到杆长的中点。其它构件的质量及转动惯量均忽略不计；8）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30kg.m^2，机器运转不均匀系数『δ』为0.05）。3、设计任务1）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行比较分析后，选择其中认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性。2）传动系统的设计，齿轮机构、凸轮机构、连杆机构的设计，包括尺寸设计。3）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真。4）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速读和加速度线图。5）画出最终方案的机构运动简图。6）撰写设计说明书。4、方案的设计整个机构可分为2大部分:1)冲压机构主要运动构件：上模2)送料机构主要运动构件：推杆且传送带送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、槽轮机构等.如果考虑到成品有切边的情况，则需要一个将拉延后的成品上顶的机构来配合推杆完成推成品出模腔的运动。4.1方案1凸轮—连杠冲压机构＋摆杆—滑块送料机构冲压机构由凸轮控制其运动方式，无太大的受力，需要的传动结构简单，通过倒置法能够确定凸轮的大致轮廓。送料机构是由摆杆滑块机构组成的，按机构运动循环图可确定摇杆工作位置和从动件的运动规律，使其能在规定时间内将工件送至待加工位置。凸轮—连杠冲压机构+摇杆—滑块送料机构4.2方案2凸轮—连杆冲压送料机构送料和冲压机构都是由凸轮连杆机构组成。连杆机构可通过对杆长的计算设计，当选择好适当的杆长尺寸后，能实现所需的行程速比以及运动要求。通过铰链点与杆长的适当选择，能使机构具有较小的压力角和较为理想的传动角，使其达到运动功能，满足传动要求。凸轮轮廓线可根据运动的要求用机构倒置法求出，从而使送料、冲压和上顶同时完成，并也能满足急回与匀速这一运动要求，在完成预定运动的同时，使整个加工效率提高。凸轮—连杆冲压送料机构4.3方案3:摆动导杆冲压机构+曲柄-滑块送料机构冲压机构:参考《机械原理》（P38）中的机构,并且经过改进，将其凸轮机构高副低代后得到了由摇杆和滑块组成的摆动导杆机构。导杆机构的尺寸确定可按给定的行程速度变化系数K设计，上模将具有急回的特性，摇杆滑块机构的组合可按照要求使上模在工作段接近于匀速。送料机构：摇杆滑块送料机构通过齿轮与上部曲柄轴相连。可调节其在整个运动中的初始位置使推杆在预定时间将胚料送至待加工的位置。如取一定的偏距，则其也具有急回的特性。摆动-导杆冲压机构+摇杆-滑块送料机构5、确定设计方案在3个方案全部提出后，小组进行了对比。各个方案都由不同的基础机构组合而成，且基本都可完成设计要求的运动。但是考虑到后期的建模，分析等的方便，最后小组经过讨论，决定采取第3个方案。第3方案可满足急回运动的要求，输送配料上工作台和上模冲压这2个工作步骤也可较容易的配合出来。使整个机构完成一次送料冲压的周期。考虑到配料被冲压成形之后如果还留有切边，则成品就不能从下模的下部离开，而在第3方案的设计基础上，成品只可由一机构垂直将其顶出上模，然后同时由下一个送来的配料将其横向地推出下模工作台面。这样就在第3方案的基础上增加了一个”上顶“机构，此机构的运动方向基本和上模相同，上模在回程时呈现出急回的特性，而”上顶”机构为了能迅速的将在下模中的成品顶出，其需要急速向上运动的特性。最终决定的专用精压机机构的运动简图JUMP5.1机构运动循环图由机构运动循环图可知：机构在一个运动周期内，当上模运动在它的正行程时，推杆和上顶机构都在回程中；当上模冲压完成之后，推杆开始将胚料输送至待加工位置，上顶机构也同时将成品顶出下模，实现一个工作周期。5.2.1上模冲压机构尺寸设计5.2.2传动系统尺寸设计5.2.3槽轮间隙送料机构5.2机构尺寸的设计计算5.3机构运动仿真和运动学分析在用SOLIDWORKS完成主要运动机构的建模后,使用COSMOSMOTION对其进行运动学分析。分析的对象主要为上模、推杆和上顶机构的速读，位移和加速度等。根据要求生产率约每分钟70件，添加马达转速为420rad/s，即0.86s/r。5.3.1机构运动模拟视频5.3.2上模冲压机构运动学分析5.3.3推杆送料机构运动学分析5.3.4上顶机构的运动学分析5.2.1上模冲压机构的尺寸设计因要求K1.3，取K=1.8,得极位夹角θ=52°；另要求上模的总行程H=280mm设α为DE与竖直方向夹角由前图可得：2*CD*sin(θ/2)+DE*(1-cosα)=280且因β极小上式可变为：2*CD*sin(θ/2)=280得CD=320mm取曲柄AB=250mm，得知AC=513mmBACKJUMPBACK5.2.2传动系统尺寸设计整个机构的传动系统是由5个齿轮组成的，2个大齿轮F，L的存在是为了帮助3个小齿轮之间的传动，并让3个主要负责机构运动特性的小齿轮的转速和转向都一致。为了计算的方便和统一，取3个小齿轮的尺寸相同，分度圆直径为300mm；2个大齿轮的尺寸也相同，分度圆直径为600mm。取模数m=10，则得出小齿轮的齿数z=30，大齿轮的齿数z=60。为了使推杆有急回特性，使其在回程时不与前进得胚料有碰撞,取其正偏距e=150mm。BACK5.2.3槽轮间隙送料机构根据公式：R=L*sin(π/z)S=L*cos(π/z)h=2(L-R-r)b2(L-R-r)取拨轮和槽轮的中心矩L＝200mm，槽轮的槽数为4，则得R＝S＝141.42mm。NEXT槽轮机构的运用拨盘与黑色齿轮通过圆锥齿轮相配合，槽轮与一齿轮相连，以驱动传送带间隙送料BACK上模由图示位置开始运动，在0至0.587″内为向下冲压的正行程；在0.587″至0.870″为向上的回程。在正行程内，上模将快速接近工件，等速拉延完成冲模工作。在回程内，因其所用时间明显比正行程时少，所以上模具有急回的特性，等待推杆将坯料送至待加工位置。因上模和推杆的传动齿轮的转速相同，即其运动周期相同，这样就可使两者的运动相配合，不断的完成加工的过程。NEXT5.3.2上模冲压机构的运动学分析正行程时，从0到0.152″内，上模速度由慢到快，实现快速接近工件；之后到0.522″为止其速度接近于等速，同时完成其等速冲压过程。在回程内，上模的速度远大于正行程时的速度，实现快速返回，完成一个行程周期。NEXT在上模加速度曲线中，上模快速回程的过程中，会出现极大的加速度，将引起的惯性力也很大，对与上模相连的机构造成很大的负荷，极易造成机械疲劳，增大危险系数。所以在实际生产中应用改善机构的材料等方法避免危险的发生。BACK5.3.3推杆运动学分析推杆的位移曲线中，如图所示，在0.261″时推杆已将坯料送至了待加工位置，此时上模正好已在正行程中并接近了下模，即将开始冲压。再经过约0.4″推杆到了初始位置，开始推送下一个送来的胚料。NEXT在速度曲线中，由上图可知，推杆在回程中的速度也远大于正行程时的速度，说明推杆机构的偏距e使其也具有了急回的特性。推杆的急回不仅有利于效率的提高，更可防止推杆在回程时与下一个送来的胚料发生碰撞。NEXT由于推杆在回程中速度较大，所以其加速度也大，造成机构惯性力加大，需与上模机构一起采取相应的措施来避免惯性力对机构寿命的影响。BACK5.3.4上顶机构的运动学分析由上顶机构与上模的位移比较图可知，其运动位移基本与上模相同，这个特性使其在上模冲压完后回程时，上顶机构开始将成品顶出下模，与推杆的运动相配合可使成品在被顶出下模的同时借由下一个胚料的推力将自身推出下模的工作台，正式完成一次产品的生产。THANKYOU2007.1