西南交通大學(xué)自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)綜合機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)學(xué)院機(jī)械工程系班級(jí)08 鐵道車(chē)輛 3 班姓名易禮東完成日期2010 年 12 月 25 日指導(dǎo)老師馮鑒老師1機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)綜合1.2 自動(dòng)送料沖床簡(jiǎn)介自動(dòng)送料沖床用于沖制、拉伸薄壁零件，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)主要用于生產(chǎn)玩具車(chē)上的薄壁圓齒輪。 沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，要求送料機(jī)構(gòu)先將原料胚件送至沖頭處， 然后送料機(jī)構(gòu)要保證原料胚件靜止不動(dòng)，同時(shí)沖壓機(jī)構(gòu)快速的沖壓原料胚件，制成要求的齒輪。最后，沖頭快速返回，執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)。送料機(jī)構(gòu)在此期間將原料胚件送至待加工位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案示意圖1.3 設(shè)計(jì)條件與要求以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，下板固定，從動(dòng)件（沖頭）作為執(zhí)行原件，做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)， 其大致運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖1 所示，具有快速下沉、 等速工作給進(jìn)和快速返回等特性。機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，工作段的傳動(dòng)角r 大于或等于許用傳動(dòng)角2機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)r=45 0沖頭到達(dá)工作段之前，送料機(jī)構(gòu)已將配料送至待加工位置。生產(chǎn)率為每分鐘180 件。沖頭的工作段長(zhǎng)度l=100mm，沖頭總行程長(zhǎng)度必須大于工作長(zhǎng)度兩倍以上。沖頭的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的受力如圖2 所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，其他階段所受的阻力為工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N。送料距離 Sn=150mm。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)不超過(guò)0.03 。沖頭所受阻力曲線圖 1圖 21.4 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 繪制沖床機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖，使送料運(yùn)動(dòng)與沖壓運(yùn)動(dòng)重疊，以縮短沖床工作周期；2. 針對(duì)圖所示的沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；3. 在沖床工作過(guò)程中，沖頭所受的阻力變化曲線如圖所示，在不考慮各處摩擦、其他構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動(dòng)力矩；4. 取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；3機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5. 用軟件（ VB、 MATLAB、ADAMS或 SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫(huà)出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。6. 圖紙上繪出最終方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （可以是計(jì)算機(jī)圖） 并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。2. 設(shè)計(jì)背景沖床自動(dòng)送料機(jī)實(shí)質(zhì)上是上料機(jī)械手，適用于軸承行業(yè)、小五金行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)的沖壓加工。它能自動(dòng)上料和卸料，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 確保人身安全。 本機(jī)節(jié)拍與沖床同步， 連續(xù)生產(chǎn) . 總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、裝拆、調(diào)整、維護(hù)、制造經(jīng)濟(jì)。在冷擠壓加工行業(yè)特別是軸承沖擠壓加工中有較大的應(yīng)用前景。自動(dòng)送料是沖壓加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最基本要求、 也是在一套模具上實(shí)現(xiàn)多工位沖壓的根本保證。 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)每次送進(jìn)帶料或條料的距離稱(chēng)為送料步距， 送料步距可根據(jù)沖壓件的形狀尺寸及沖壓工藝的需要設(shè)計(jì)確定。2.1 主要參數(shù)及性能指標(biāo)生產(chǎn)率（件 /min ）送料距離（mm）板料厚度（mm）軸心高度（mm）沖頭行程（mm）輥軸半徑（mm）大齒輪軸心坐標(biāo)（ mm）大齒輪軸心坐標(biāo)（ mm）大齒輪軸心偏距（mm）0送料機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角（ ）板料送進(jìn)阻力（ N）沖壓板料最大阻力（N）沖頭重力（N）180150210601006027046030450.0353023001504機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3. 課題分析一般來(lái)講，我們要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)，包括根據(jù)該機(jī)構(gòu)的功能要求選擇機(jī)構(gòu)的類(lèi)型，即確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的形式， 也就是通常所說(shuō)的機(jī)構(gòu)的型綜合或構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)；確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖之后， 我們需要計(jì)算它的尺寸參數(shù)，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的尺寸綜合或運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)；之后才是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、有限元與加工工藝設(shè)計(jì)等。由于本課題已經(jīng)給出了自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，不必再確定運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。所以，只需要考慮運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，題目中的綜合指的是尺寸綜合。4. 工作原理送料過(guò)程：電動(dòng)機(jī)通過(guò)V 帶傳動(dòng)和單級(jí)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，將一定量的薄鋼板送入沖床工作臺(tái)面位置沖制過(guò)程：飛輪飛輪驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄為主動(dòng)件，帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)，搖桿與棘輪共軸， 從而將搖桿的連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成棘輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)，棘輪與輥軸中心軸線重合， 最后依靠輥軸的壓緊將一定量的板料送到工作位置。5. 機(jī)構(gòu)選擇方案一：小齒輪與輥軸的壓緊考慮到小齒輪與工件直接接觸不僅起不到壓緊的作用還會(huì)損傷工件，所以該方案不合適。方案二：輥軸與輥軸的壓緊調(diào)整適當(dāng)?shù)拈g隙便于進(jìn)料，可以保證工件穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)且工件表面無(wú)劃痕。比較兩個(gè)方案后決定采用方案二。5機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)輥軸的直徑為 60mm，上下輥旋轉(zhuǎn)一周的送料長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則：所以符合要求。5.1 間歇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)板料送到滑塊底部時(shí)要被沖制，存在沖壓加工時(shí)間，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)間歇機(jī)構(gòu)。這里選擇了棘輪機(jī)構(gòu)。棘輪與搖桿有共同的中心軸線，搖桿上安裝了棘爪。設(shè)棘輪的棘齒數(shù) Z=11，沖床往復(fù)一次的送料長(zhǎng)度為 L1, 棘輪每轉(zhuǎn)一齒，搖桿轉(zhuǎn)角為 ，則取棘輪的模數(shù) m=6，則外徑5.2 運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)方案一：如圖所示本機(jī)構(gòu)用了連桿和橢圓形的凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪連桿沖壓機(jī)構(gòu)和橢圓形的凸輪連桿送料機(jī)構(gòu)。 正如圖所示一樣但在設(shè)計(jì)橢圓形的凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)不好計(jì)算和加工，這大大的增加了加工的難度和設(shè)計(jì)。6機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)方案二：題目給出的方案根據(jù)壓緊機(jī)構(gòu)選擇的結(jié)果，采用雙輥壓緊機(jī)構(gòu)，則不采用齒輪嚙合。所以要在該方案的基礎(chǔ)上改進(jìn)。此方案的優(yōu)點(diǎn)：送料誤差較小，且每次送料距離相同，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，載荷平穩(wěn)缺點(diǎn)：體積較大，有死點(diǎn)存在，但在主動(dòng)輪采用飛輪可避免死點(diǎn)，且不符合設(shè)計(jì)要求中的最小傳動(dòng)角要求。方案三：在方案二的基礎(chǔ)上改進(jìn)。沖制機(jī)構(gòu)方案不變，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄為主動(dòng)件，帶動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿與棘輪共軸， 從而將搖桿的連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成棘輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)，采用雙輥軸壓緊送料機(jī)構(gòu)。此方案的優(yōu)點(diǎn) : 棘輪機(jī)構(gòu)可把搖桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改成單一方向運(yùn)動(dòng)，曲柄搖桿的急回特性不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)體積較小缺點(diǎn) : 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算復(fù)雜，有一定的誤差，但可以通過(guò)增加棘輪的齒數(shù)來(lái)減小誤差，噪聲較大。綜合上述三種方案，選擇第三種方案。6. 理論計(jì)算6.1 曲柄滑塊設(shè)計(jì)已知條件沖壓行程7機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)N=180轉(zhuǎn) / 分，則每轉(zhuǎn)需要時(shí)間設(shè)飛輪的角速度為， 則速度為根據(jù)沖頭行程得C 到?jīng)_頭為 245mm沖頭高 20mm 滑塊共高 510mm6.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可采用最小傳動(dòng)角設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知最小傳動(dòng)角為，則由此知8機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)確定各桿長(zhǎng)度當(dāng) a 和 d 桿共線的位置有最小傳動(dòng)角存在分別為，當(dāng) 時(shí)為最佳傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ，可根據(jù)余弦公式解得式中且解得：曲柄長(zhǎng)度應(yīng)非負(fù)，則9機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)所以( 其他值不符合要求舍去！)可取解得或者因?yàn)?c b，所以取6.3 棘輪與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的整合因?yàn)樯釛壛她X輪嚙合傳動(dòng)，所以可以直接設(shè)計(jì)為與棘輪共軸的搖桿，棘爪安裝在搖桿上。6.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中已經(jīng)采用了的設(shè)計(jì)，所以可得到速度可得瞬時(shí)功率10機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按照一個(gè)工作循環(huán)中的平均能量選擇電機(jī)功率=1.2 ，算的沖床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3 所示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)降低后驅(qū)動(dòng)機(jī)器主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。原動(dòng)機(jī)為三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速選為 1500r/min ，可選用如下型號(hào)：電機(jī)型號(hào)額定功率（ kw）額定轉(zhuǎn)速（ r/min ）Y100L2 43.01420Y112M44.01440Y132S45.5144011機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖 3由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為180r/min ，且題目要求使用單級(jí)齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)暫選為 Y112M 4，則傳動(dòng)系統(tǒng)總的傳動(dòng)比傳動(dòng)比約為=8。帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則齒輪減速器。6.5 飛輪的選擇采用近似法算飛輪，根據(jù)設(shè)計(jì)條件所給出的最大阻力最大盈虧功飛輪安裝在主動(dòng)軸上算得12機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)飛輪選盤(pán)形飛輪選用鑄鐵為飛輪材質(zhì)，飛輪半徑為100mm，求得厚度 1.6mm。7. 三維建模以及模擬運(yùn)動(dòng)仿真根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，通過(guò)三維軟件 CATIA建模，并約束其零件之間的裝配關(guān)系，完了本設(shè)計(jì)的仿真。建立的三維模型通過(guò) CATIA中的數(shù)字分析模塊， 分別測(cè)量出了沖頭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度曲線和加速度曲線。13機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)沖頭的速度曲線沖頭的加速度曲線由于大齒輪做來(lái)回的回轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同樣的也測(cè)量了其在3 秒時(shí)間內(nèi)的速度和加速度曲線。大齒輪的速度曲線大齒輪的加速度曲線由于大齒輪同時(shí)也在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以同樣測(cè)出了其角速度和角加速度曲線。大齒輪的角速度曲線大齒輪的角加速度曲線8. 實(shí)物照片根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)在機(jī)械實(shí)驗(yàn)室里面，搭建了按比例縮小的模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，搭建的模型基本符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)室搭建的實(shí)物模型如下14機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9. 模型運(yùn)動(dòng)圖和實(shí)物介紹圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)做的CATIA模擬運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)和實(shí)物模型介紹的視屏，隨本說(shuō)明書(shū)一并上交。10. 設(shè)計(jì)感想 ( 總結(jié) )在這次機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)中，總的來(lái)說(shuō)是收獲了不少。剛開(kāi)始拿到這個(gè)題目的時(shí)候，覺(jué)得比較簡(jiǎn)單， 不過(guò)做起來(lái)還是遇到了很多的小麻煩。畢竟很多現(xiàn)實(shí)的因素是在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮不完全的。做這個(gè)設(shè)計(jì)中，最大的收獲就是順帶著把三維軟件和仿真學(xué)了下。剛開(kāi)始了解的不多，大部分時(shí)間都是用來(lái)學(xué)習(xí)新的東西， 所以最后做出來(lái)的東西可能不是太理想。不過(guò)畢竟是自己做的，數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)計(jì)算的，圖是一筆一筆畫(huà)出來(lái)的，在這過(guò)程中還是收獲了很多。另外，在本學(xué)期也參加了第二屆全國(guó)工程訓(xùn)練大賽，做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)間不是很多。本來(lái)用“無(wú)碳小車(chē)”的設(shè)計(jì)可以當(dāng)做機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)，不過(guò)這個(gè)課題還是做了。多做做對(duì)自己的能力提升也有好處。11. 參考文獻(xiàn)：1.謝進(jìn) . 反平行鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線方程. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 第 18 卷 4 期 .2. 張新華 . 沖床自動(dòng)送料機(jī)的原理與設(shè)計(jì) . 鍛壓技術(shù) .1993 年 .3. 馮鑒 何俊 . 機(jī)械原理 . 西南交通大學(xué)出版社 .2008 年 .4 謝泗淮主編 . 機(jī)械原理 . 北京 : 中國(guó)鐵道出版社 .2001.5 曹惟慶著 . 平面連桿機(jī)構(gòu)分析與綜合 . 北京科學(xué)出版社 .1989.6 作品設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)格式 . 百度文庫(kù) http:/wenku.baidu.com/view/f4bcd58a6529647d272852b2.html15機(jī)械原理課程綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)附： CATIA中的三維圖16