机械原理课程设计分度冲压机说明书

1、 harbin institute of technology 课程设计说明书（论文）课程设计说明书（论文） 课程名称： 机械原理 设计题目： 分度冲压机（方案 2） 院 系： 机电学院 班 级： xxxx 设 计 者： xxxxxx 学 号： xxxxxxx 指导教师： 设计时间： 2012 年 7 月 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 1 - 目录目录 目录目录.1 一一、课题概述.2 二、工艺运动分析.3 三、运动功能分析及运动功能系统图.4 四、系统运动方案拟定.8 五、系统运动方案设计.12 1、执行构件 1 的设计 .12 1.1 滚子凸轮的设计.12 2、执行构

2、件 2 的设计.13 2.1 槽轮的设计.13 3、执行构件 3 的设计.14 3.1 减速装置.15 3.2 槽轮设计.15 3.3 凸轮设计.15 4、滑移齿轮传动设计.17 5、齿轮传动设计.18 6、带传动设计.18 六、机械系统运动分析 .18 七、运动方案执行构件运动时序分析.24 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 2 - 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 3 - 二、二、 工艺运动分析工艺运动分析 由设计题目可见，在位置 a 冲压工件的是执行构件 1，盘形工作台是执行构 件 2，在位置 b 处把工件推出的是执行构件 3，这三个执行构件的运动协调关系 如下图所示。 执 行 构

3、件 运动情 况 运动情 况 运动情 况 运动情 况 运动情 况 运动情 况 运动情 况 运动情 况 执 行 构 件 1 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 下 降 上 升 执 行 构 件 2 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 停 止 转 动 执 行 构 件 3 停止停止停止停止停止停止停止 停 止 上 升 下 降 t 分度冲压机运动循环图 是是执行构件 1 的工作周期，t 是执行构件 2 的工作周期，t 是执行构件 3 的动作周期。执行构件

4、1、3 是间歇往复移动，执行构件 2 是间歇转动。执行构 件 1、3 的周期相等，执行构件 2 的周期是执行构件 1、3 的四分之一左右，执行 构件 3 大多数时间是在停歇状态。 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 4 - 三、运动功能分析及运动功能系统图三、运动功能分析及运动功能系统图 根据前面的分析可知，驱动执行构件 1 工作的执行机构应该具有的运动功能 如图 1 所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，主动 件每转动一周，从动件（执行构件 1）间歇往复运动一次，主动件转速分别为 15、25、35 转/分。 图 1 执行机构 1 的运动功能 由于电动机的转速为 1430

5、 转/分，为了在执行机构 1 的主动件上分别的到 15、25、35 转/分的转速，则由电动机到执行机构 1 之间的总传动比有 3 种， z i 分别为 33.95 15 1430 01 1 n n iz 2 . 57 25 1430 02 2 n n iz 9.40 35 1430 03 3 n n iz 总传动比由定传动比和变传动比两部分构成，即 c i v i 11vcz iii 22vcz iii 33vcz iii 3 种总传动比中最大，最小。由于定传动比是常数，因此，3 种变传动比 1z i 3z i c i 中最大，最小。采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于 5，设最大传 1v

6、 i 3v i 动比=4 1v i 833.23 4 33.95 1 1 v z c i i i 4 1 v i 4.2 833.23 2.57 2 2 c z v i i i 714.1 833.23 9.40 3 3 c z v i i i 于是，传动系统的有级变速功能单元如图 2 所示。 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 5 - 714.1 ,4.2,4i 图 2 有级变速运动功能单元 为了保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护 环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具 有过载保护功能还具有减速功能，如图 3 所示。 5 . 2i

7、图 3 过载保护运动功能单元 整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此， 在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为 8 5 . 2 c i i 减速运动功能单元如图 4 所示。 8i 图 4 减速运动功能单元 因为结构制约，这里引入相同齿数的齿轮使传动比为 1，传递运动。因结构功能 简单，后不再举例描述。如图 5 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 6 - 图 5 传递运动功能单元 根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件 1 运动的运动功能系统图，如图 6 所示。 1430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i 图 6 实现执行构件 1 运动的运

8、动功能系统图 为了使用统一原动机驱动执行构件 2，应该在图 6 所示的运动功能系统图中 加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件 2，该运动分支功能单元如图 7 所示。由于执行构件 2 与执行构件 1 的运动平面相互垂直，因此，该运动功能 单元如图 8 所示。 图 7 运动分支功能单元 图 8 运动功能单元 由于执行构件 2 是间歇运动，且由图 1 可以看出执行构件 2 的间歇时间是工 作周期 t 的 3/4，即其运动时间是其工作周期 t 的 1/4。因此，间歇运动功能单 的运动系数为 4 1 间歇运动功能单元如图 9 所示 25 . 0 图 9 间歇运动功能单元 在这里，设计执行构件 2

9、 间歇运动单元用 4 齿槽轮机构替代，而执行构件 2 转动 8 次即循环一周，故执行构件 2 的动作幅度是其传动构件的一半，因此，驱 执行构件 1 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 7 - 动执行构件 2 转速应该是的驱动机构 2 的主动件的的转速的二分之一左右。所以， 间歇运动功能单元输出的运动应经过减速运动功能单元减速，如图 10 所示 2i 图 10 减速运动功能单元 减速运动功能单元输出的运动驱动执行机构 2 实现执行构件 2 的运动功能。 由于执行构件 2 做间歇转动运动，因此，执行构件 2 的运动功能是把连续转动转 换为间歇转动运动。 组合后的运动功能系统图，如图 11 所示。

10、1430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i 25 . 0 2i 图 11 实现执行构件 1，2 运动的运动功能系统图 同理，为了使用统一原动机驱动执行构件 3，应该在图 11 所示的运动功能系 统图中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件 3，该运动分支功能单 元如图 7 所示。由于执行构件 3 与执行构件 1 的运动平面平行，因此，该运动功 能单元如图下图所示。 驱动执行构件 3 工作的执行机构应该具有的运动功能如图 1 所示。运动功能 单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，和执行构件 1 基本相同。 根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图 12

11、所示。 执行构件 1 执行构件 2 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 8 - 1430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i 1 2 3 4 5 6 7 25 . 0 8 9 2i 10 z 11 12 13 图 12 分度冲压机（方案 2）的运动功能系统图 四、系统运动方案拟定四、系统运动方案拟定 根据图 12 所示的运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图中 的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。 图 12 中的运动功能单元 1 是原动机。根据分度冲压机的工作要求，可以选 择电动机作为原动机，如图 13 所示。 执行构件 3 执行构件 1 执行构件 2 哈尔

12、滨工业大学机械原理课程设计 - 9 - 图 13 电动机替代运动功能单元 1 图 12 中的运动功能单元 2 是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带 传动代替，如图 14 所示。 5 . 2i 图 14 皮带传动替代运动功能单元 2 图 12 中的运动功能单元 3 是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代 替，如图 15 所示。 714.1 ,4.2,4i 图 15 滑移齿轮变速替代运动功能单元 3 图 12 中的运动功能单元 4 是减速功能，可以选择定轴齿轮传动代替，如图 16 所 示。 8i 图 16 定轴齿轮传动代替运动功能单元 4 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 10 - 图

13、 12 中的运动功能单元 5，6,7 是运动分支功能单元和执行构件 1 的间歇直 线运动，可以用圆锥齿轮、圆柱齿轮传动的主动轮与凸轮替代，如图 17 所示。 图 17 2 运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元 5，6，7 图 12 中运动功能单元 9 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可 以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为，该槽轮机构如图 1825 . 0 所示。 图 18 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元 9 图 12 中的运动功能单元 10 是减速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代， 完成执行构件 2（转盘）的间歇转动，如图 19 所示。 图 19

14、圆柱齿轮传动替代减速运动功能单元 10 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 11 - 图 12 中的运动功能单元 11，12,13 是运动分支功能单元和执行构件 3 的间 歇直线运动，可以用圆柱变速齿轮传动的主动轮与槽轮和凸轮替代，变速齿轮与 图 15 相同。 其他结构如图 20 所示。 25 . 0 图 20 运动功能单元 3 的主动件固联替代运动功能单元 11，12，13 根据以上分析，按照图 12 各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单 元的替代机构以此链接便形成了分度冲压机的运动方案简图（见 a3 图纸） 。 变速机构简图如图 21 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 12 - 图

15、 21 变速机构简图 五、系统运动方案设计五、系统运动方案设计 1、执行构件、执行构件 1 的设计的设计 1.1 滚子凸轮的设计滚子凸轮的设计 执行机构 1 驱动执行构件 1 运动，执行构件 1 由凸轮带动冲头做上下往复间 歇直线运动。由题目可知，冲头行程 200mm，为使冲头冲压工件时具有较大的动 能，选择等速运动规律，同时冲头上升时为了避免较大的冲击，选择正弦加速度 运动规律，执行构件 1 的凸轮机构的原始参数如下。 升程 200mm 升程运动角 160 升程运动规律：等速 升程许用压力角 40 回程运动角 110 回程运动规律：正弦加速度 回程许用压力角 50 远休止角 90 凸轮曲线如

16、图 22：s d ds 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 13 - 图 22 凸轮曲线s d ds 由上图确定偏距 e=30mm 基圆半径 ro=123.7mm 凸轮的轮廓如图 23 图 23 凸轮的轮廓 2、 执行构件执行构件 2 的设计的设计 2.1 槽轮的设计槽轮的设计 1) 确定槽轮槽数 在拨盘圆销数 k=1 时，槽轮槽数 z=4，该槽轮的各尺寸关系如图 24 所示 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 14 - 图 24 槽轮机构几何尺寸关系 2) 槽轮槽间角 由图 24 可知槽轮的槽间角为 90 4 360360 2 z 3) 槽轮每次转位时拨盘的转角 9021802 4) 中心距

17、 槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 mma75 5) 拨盘圆销相对回转半径 7071 . 0 45sinsin a r mmar03.53757071.0 6) 槽轮半径 7071 . 0 1cos 2 a r mmar03.53757071.0 7) 锁止弧张角 270903602360a 8) 圆销半径 mm r ra63.6 8 03.53 8 圆整 mmra9 9) 槽轮槽深 mmrah a 40975)17071.07071.0()1( 10) 锁止弧半径 mmrrr as 03.44903.53 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 15 - 取 m

18、mrs40 3、执行构件、执行构件 3 的设计的设计 执行机构 3 驱动执行构件 3 运动，执行构件 3 由凸轮带动推杆做上下往复间歇直 线运动。但鉴于间歇运动中的动作周期与工作周期之比所占比例过小，1/16，应 用单个槽轮无法实现，而直接应用凸轮结构经过计算凸轮结构过于庞大，不符合 实际。故这里对于执行构件 3 的设计为先用 4 槽槽轮将间歇运动变为 1/4，再应 用凸轮结构达到想要的运动轨迹。 3.13.1 减速装置：减速装置： 图 12 中的运动功能单元 11 是总运动和执行构件 3 的减速装置，可以用多重圆柱 齿轮做到，如图 16 所示 3.23.2 槽轮设计槽轮设计 在拨盘圆销数 k

19、=1 时，槽轮槽数 z=4，该槽轮的各尺寸关系如图 24 所示 参数同上 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 16 - 图 24 槽轮机构几何尺寸关系 3 33 3 凸轮设计：凸轮设计： 推程大小应根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 50mm，执行构件 1 的凸轮机构的原始参数如下。 升程 100mm 升程运动角 50 升程运动规律：等速 升程许用压力角 40 回程运动角 40 回程运动规律：正弦加速度 回程许用压力角 60 近休止角 270 凸轮曲线如图 25：s d ds 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 17 - 图 25 凸轮曲线s d ds 由上图确定偏距 e=30mm

20、 基圆半径 ro=85.44mm 凸轮的轮廓如图 26 图 26 凸轮的轮廓 4、滑移齿轮传动设计、滑移齿轮传动设计 1) 确定齿轮齿数 结构简图中齿轮 5、6、7、8、9、10 组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其 齿数分别为 z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知 4 1 v i 4.2 2 2 c z v i i i 714.1 3 3 c z v i i i 经过计算配合，确定如下齿轮齿数： 可取 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 18 - 56 14 6 5 z z 另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同 50 20 8 7 z z 45 25 10 9 z z 2

21、) 计算齿轮几何尺寸 齿轮 7、8 的齿数，齿轮 9、10 的齿数和齿轮 5、6 的齿数和相等，即 70 1098765 zzzzzz 若取齿轮模数为 m=2mm，则这两对齿轮的标准中心距相同 70 2 )( 2 )( 2 )( 1098765 zzmzzmzzm a 这里取 a=a 这里对于齿对 5、6 采用高度变位的方法= =0.176 故这里取=0.2mm 这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。 （齿轮计算参数见附 表） 5 5、齿轮传动设计、齿轮传动设计 1）圆柱齿轮传动设计 由结构简图可知，齿轮 11、12、13、14、15、16 实现图 11 中的运动功能 4 的减速

22、运动功能，它所实现的传动比为 8。齿轮 11、12、13、14、15、16 构成 定轴轮系，因此，传动比平均分配： 2 321 ddd iii 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 19 - 同时在驱动执行构件 3 是也需要一对传动比为 2 的定轴轮系，齿轮 31、32。 齿轮 33，34，35，36；而对于执行构件 2 运动中也有用于减速的传动比为 2 的齿 对 26、27，为避免根切，齿数应大于等于 17 取 18 2635333117151311 zzzzzzzz 所以： 36182 27363432161412 zzzzzzz 在传递运动中，齿轮 21,20,17，29,30 之为传递运

23、动，传动比为 1，这里取 z=44; 这里模数统一取 m=2mm，按标准齿轮计算。 （齿轮计算参数见附表） 2） 圆锥齿轮传动设计 由结构简图可知，锥齿轮 18、19 只为改变其转动方向，他所实现的传动比为 1 锥齿轮的齿数取 19z 锥齿轮的几何尺寸，取 m=3mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。 （锥齿轮计算参数见 附表） 6 6、带传动设计、带传动设计 由于工作环境与工作条件尚不明确带传动，根据传动比，暂定带轮的直径5 . 2i 为 mmd mmd 1002 40 1 六、机械系统运动分析六、机械系统运动分析 1）执行构件 1 运动分析 冲头升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图： 8 9 * 200 )( 1 s) 9 8 0( 哈尔滨工业大学机械原理课程设计 - 20 - ) 9 8 ( 11 36 sin(* 2 1 18 *11 9 *8 1*200)( 2 s) 4 3 9 8 ( 0)( 3 s)2 4 7 ( )9/(8002)( 1 v) 9 8 0( )18/)/(11 9 8 (*cos(2-(1*)18/-200/(11)( 2 v ) 4 3 9 8 ( 0)( 3 v