冲模自动送料装置设计

1、机械原理课程综合设计说明书西南交通大学 自动送料冲床机构综合机械原理课程综合设计设计计算说明书学院 机械工程系 班级 08铁道车辆3班 姓名 易礼东 完成日期 2010年12月25日 指导老师 冯鉴老师 1设计任务1.1设计题目自动送料冲床机构综合1.2自动送料冲床简介冲床机构运动方案示意图自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构。工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处，然后送料机构要保证原料胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。最后，冲头快速返回，执行下一个循环。送料

2、机构在此期间将原料胚件送至待加工位置，完成一个工作循环。1.3设计条件与要求以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下往复直线运动，其大致运动规律如图1所示，具有快速下沉、等速工作给进和快速返回等特性。机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角r大于或等于许用传动角r=450冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。生产率为每分钟180件。冲头的工作段长度l=100mm，冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。冲头的一个工作循环内的受力如图2所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N。送料距离Sn=15

3、0mm 。冲头所受阻力曲线机器运转速度不均匀系数不超过0.03。图1图21.4设计任务1.   绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短冲床工作周期；2.   针对图所示的冲床的执行机构（冲压机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；3.   在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4.   取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量

4、；5.   用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6.  图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。2.设计背景冲床自动送料机实质上是上料机械手，适用于轴承行业、小五金行业、标准件行业的冲压加工。它能自动上料和卸料，提高生产效率，保证产品质量，改善工人劳动强度，确保人身安全。本机节拍与冲床同步，连续生产.总体结构简单、紧凑，传动平稳，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、装拆、调整、维护、制造经济。在冷挤压加工行业特别是轴承冲挤压加工中

5、有较大的应用前景。自动送料是冲压加工实现自动化的最基本要求、也是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证。自动送料机构每次送进带料或条料的距离称为送料步距，送料步距可根据冲压件的形状尺寸及冲压工艺的需要设计确定。2.1主要参数及性能指标生产率（件/min）180送料距离（mm）150板料厚度（mm）2轴心高度（mm）1060冲头行程（mm）100辊轴半径（mm）60大齿轮轴心坐标（mm）270大齿轮轴心坐标（mm）460大齿轮轴心偏距（mm）30送料机构最小传动角（0）45速度不均匀系数0.03板料送进阻力（N）530冲压板料最大阻力（N）2300冲头重力（N）1503.课题分析一般来讲，我们要设

6、计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类型，即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简图。所以，只需要考虑运动设计。也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。4.工作原理送料过程：电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的薄钢板送入冲床工作台面位置冲制过程：飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆摆动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆

7、动转换成棘轮的单向间歇运动，棘轮与辊轴中心轴线重合，最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工作位置。5.机构选择方案一：小齿轮与辊轴的压紧 考虑到小齿轮与工件直接接触不仅起不到压紧的作用还会损伤工件，所以该方案不合适。 方案二：辊轴与辊轴的压紧 调整适当的间隙便于进料，可以保证工件稳定运动且工件表面无划痕。 比较两个方案后决定采用方案二 。辊轴的直径为60mm，上下辊旋转一周的送料长度为L，则：L=×D=3.14×60=188.5mm>150mm所以符合要求。 5.1间歇机构设计当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应该设计间歇机构。这里选择了棘轮机构。

8、棘轮与摇杆有共同的中心轴线，摇杆上安装了棘爪。 设棘轮的棘齿数Z=11，冲床往复一次的送料长度为L1,棘轮每转一齿，摇杆转角为 ，则取棘轮的模数m=6，则外径D=6×11=66mm5.2运动方案设计方案一：如图所示本机构用了连杆和椭圆形的凸轮机构，齿轮连杆冲压机构和椭圆形的凸轮连杆送料机构。正如图所示一样但在设计椭圆形的凸轮机构时不好计算和加工，这大大的增加了加工的难度和设计。方案二：题目给出的方案 根据压紧机构选择的结果，采用双辊压紧机构，则不采用齿轮啮合。所以要在该方案的基础上改进。此方案的优点：送料误差较小，且每次送料距离相同，结构简单，载荷平稳 缺点：体积较大，有死点存在，但

9、在主动轮采用飞轮可避免死点，且不符合设计要求中的最小传动角要求。 方案三：在方案二的基础上改进。冲制机构方案不变，采用曲柄滑块机构。曲摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆转动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动，采用双辊轴压紧送料机构。此方案的优点:棘轮机构可把摇杆的往复运动改成单一方向运动，曲柄摇杆的急回特性不影响机构运动，机构体积较小 缺点:结构复杂，计算复杂，有一定的误差，但可以通过增加棘轮的齿数来减小误差，噪声较大。 综合上述三种方案，选择第三种方案。6.理论计算6.1曲柄滑块设计已知条件冲压行程 H=100mm B1+B=22mmN=180转/分，则每转需要

10、时间 T=0.33S设飞轮的角速度为， 则速度为 V=O1A×T1=100+20V , T2=100-20V , T1T2=12080=32根据冲头行程得O1A=50mmAC=500mmC到冲头为245mm 冲头高20mm 滑块共高510mm 6.2曲柄摇杆机构的设计可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。已知最小传动角为450，则由此知确定各杆长度 当a和d杆共线的位置有最小传动角 存在分别为1 ，2 当1 = 2=min时为最佳传动机构 ，可根据余弦公式 cos1=c2+b2-a-b22bccos2=a+d2-c2-b22bc 解得c=2adf+a2e+ed2-+(2adf+a2e+e

11、d2)2-16a2d22eb=2adce式中 且1 = 2=min=450解得：f=0曲柄长度应非负，则所以 (其他值不符合要求舍去！)可取 a=100mm解得c=523.14mm b=144.19mm或者 c=144.27mm b=522.85mm因为cb，所以取c=144.27mm b=522.85mm6.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合因为舍弃了齿轮啮合传动，所以可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆，棘爪安装在摇杆上。 6.4发动机的选择本设计中已经采用了=0.01的设计，所以可得到速度可得瞬时功率按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率NdK安全系数=1.2 ，算的Nd=3.45kw冲床传动系统如

12、图3所示电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。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）Y100L243.01420Y112M44.01440Y132S45.51440图3由生产率可知主轴转速约为180r/min，且题目要求使用单级齿轮传动，电动机暂选为Y112M4，则传动系统总的传动比传动比约为 =8。带传动的传动比ib=2，则齿轮减速器ig=4。6.5飞轮的选择采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力Fr=2300N最大盈亏功A=122300-460×78×2×

13、;100=126449.1Nmm=0.03飞轮安装在主动轴上m=10.742rad/s算得JM=36527.8(kJ.mm2)飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质，飞轮半径为100mm，求得厚度1.6mm。7.三维建模以及模拟运动仿真根据上面的计算数据，通过三维软件CATIA建模，并约束其零件之间的装配关系，完了本设计的仿真。建立的三维模型通过CATIA中的数字分析模块，分别测量出了冲头的运动过程中的速度曲线和加速度曲线。 冲头的速度曲线 冲头的加速度曲线由于大齿轮做来回的回转往复运动，同样的也测量了其在3秒时间内的速度和加速度曲线。大齿轮的速度曲线 大齿轮的加速度曲线由于大齿轮同时也在转动，所以

14、同样测出了其角速度和角加速度曲线。大齿轮的角速度曲线 大齿轮的角加速度曲线8.实物照片根据要求，本设计在机械实验室里面，搭建了按比例缩小的模型。通过实验，搭建的模型基本符合设计要求。实验室搭建的实物模型如下9.模型运动图和实物介绍图根据设计要求，根据本次实验做的CATIA模拟运动动画和实物模型介绍的视屏，随本说明书一并上交。10.设计感想(总结)在这次机械原理的课程设计中，总的来说是收获了不少。刚开始拿到这个题目的时候，觉得比较简单，不过做起来还是遇到了很多的小麻烦。毕竟很多现实的因素是在设计的时候考虑不完全的。做这个设计中，最大的收获就是顺带着把三维软件和仿真学了下。刚开始了解的不多，大部分时间都是用来学习新的东西，所以最后做出来的东西可能不是太理想。不过毕竟是自己做的，数据一个一个计算的，图是一笔一笔画出来的，在这过程中还是收获了很多。另外，在本学期也参加了第二届全国工程训练大赛，做这个设计的时间不是很多。本来用“无碳小车”的设计可以当做机械原理的课