机械原理课程设计冲床冲压机构和送料机构设计

机械原理课程设计

指导教师：张利娟联系电话械原理与机械设计教研室一、课程设计的目的二、课程设计的方法三、课程设计题目四、课程设计内容五、课程设计的任务六、课程设计实例分析七、课程设计完成任务及要求八、成绩评定及答辩一、课程设计的目的

1.理论联系实际，提高解决实际问题的能力。通过对机械原理课程的学习，已经掌握了机械中的各种常用机构的工作原理、运动特性和受力特性等知识。但在各种机械中，为了满足机械的运动及工作要求，仅采用某一种机构是不够的。通过课程设计，就可以将各机构联系到一起，综合运用所学的知识，理论联系实际去分析解决工程中的实际问题，提高解决实际问题的能力。

2.通过课程设计，可对机械系统（包括驱动部分、传动部分、执行部分及操纵控制部分）有一个初步了解和认识，培养对机械系统运动方案设计和分析能力，培养机构创新设计的能力。

3.培养收集和查阅设计资料能力、制图能力及分析、归纳、总结的能力，使用计算机编程的能力。二、课程设计的方法课程设计的方法有图解法、解析法和实验法三种。设计过程和运动分析中主要用图解法和解析法，可采用图解法与解析法相结合使用。图解法是运用某些几何关系或已知条件，通过几何作图求得结果，所需尺寸可直接从图上量取。优点是可将分析设计结果清晰表现在图样上，直观、形象，便于检查结果是否正确。缺点是作图繁琐，精度不高，对精度要求高或复杂问题不适用。解析法以机构参数来表达各构件间的函数关系，建立机构的位置方程和求导方程，解析求解未知量，可借助计算机，用C语言、VB或Matlab进行编程计算，避免大量重复人工劳动，计算精度高，能解决复杂问题，应用逐渐广泛。

三、课程设计的题目

题目：冲床的冲压机构和送料机构设计冲压是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得的具有一定形状和尺寸冲件的加工方法。主要有弯曲、拉深、翻边等。

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冲床的冲模一般由上模和下模两部分组成。冲床的冲压机构相当于上模，用于冲制薄壁零件；通过上模和下模作用将薄壁钢板坯料拉延成型。送料机构是能保证及时的将坯料送到待冲压位置，两者动作要协调一致，完成多件连续生产。我们的目的是设计实现这个功能的冲床的冲压机构和送料机构。冲床的工作作原理如图图(a)所示，运动动规律如图图(b)所示，上模模先以较小小的速度接接近坯料，，然后以匀匀速进行拉拉延成型工工作，然后后上模继续续下行将成成品推出型型腔，最后后快速返回回。上模退退出下模后后到下一次次接触坯料料进行冲制制前，在这这个时间段段内，送料料机构从侧侧面将坯料料送至待加加工位置(下模上方)，完成一个个工作循环环。以电动机作作为动力源源，与曲柄柄连接，曲曲柄作主动动件，从动动件即执行行构件为上上模，作上上下往复直直线运动，，下模固定定在冲床座座上。上模模大致运动动规律如图图(b)所示，先是是以一定运运动规律接接近坯料，，曲柄转角角φ1；然后近似似匀速工作作，曲柄转转角φm；上模再以以一定运动动规律下行行，推出工工件，曲柄柄转角φ2；然后上模模退出下模模，曲柄转转角φ3；最后是上上模快速退退回上极限限位置，曲曲柄转角φ4。原始数据与与设计要求求：1.上模的运动动规律应满满足图(b)所示的运动动要求。2.机构应具有有良好的传传力性能，，工作段的的压力角α应尽可能的的小，结构构紧凑，制制造方便。。设计数据：参数工作段l(mm)工作段曲柄转角m冲压工作行程H(mm)行程速比系数K许用传动角

送料距离H1(mm)生产率(件/分)电机转速(r/min)数据70(1/31/2)>2l1.8540150701450四、课程设设计内容1.冲压机构设设计2.送料机构设设计3.各种方案分分析比较，，确定总体体方案冲压机构是是主机构，，主动件是是曲柄，从从动件是上上模，动作作要求是由由回转运动动变成往复复直线运动动；运动要要求是上模模要满足图图b所示的运动动规律，工工作段近似似匀速，回回程时有急急回；冲压压过程中受受到非常大大的生产阻阻力，动力力特性是传传力性能要要好，工作作段的压力力角尽可能能小。根据功能要要求和动作作分解，能能实现由转转动变成往往复直线移移动的机构构主要有平平面连杆机机构（包括括曲柄滑块块机构和移移动导杆机机构等）、、齿轮齿条条机构、凸凸轮机构、、螺旋机构构等。很明明显，连杆杆机构的杆杆件长，可可以实现大大行程；连连杆机构连连接为转动动低副，受受力好，精精度要求低低，再者连连杆机构能能实现急回回特性，因因而冲压机机构采用连连杆机构构完成冲压压动作比较较合理；同同时设计要要求对上模模的运动规规律要求比比较高，用用单一的基基本机构如如偏置曲柄柄滑块机构构是难以实实现，因此此，需要至至少两个个个基本机构构恰当地组组合在一起起来满足冲冲压要求。。1.冲压机构送料机构的的动力源是是电动机，，主动件为为回转运动动，从动执执行构件作作直线送料料运动，只只要在规定定的时间内内送料到位位就可以了了，对送料料快慢和运运动规律没没有要求，，同时送料料机构作间间歇送料，，受力较小小，动力特特性要求低低，因而送送料机构要要求较低，，运动容易易实现。执行构件能能作间歇运运动的机构构主要有凸凸轮机构、、棘轮机构构、槽轮机机构、不完完全齿轮机机构等，凸凸轮机构是是控制机构构，且受载载不大，比比较适合，，而送料机机构还要求求有一定的的送料行程程，但是单单一的凸轮轮机构会尺尺寸很大，，而连杆机机构可以实实现大行程程，且连杆杆机构具有有尺寸放大大功能，这这样凸轮机机构和连杆杆机构组合合在一起，，凸轮机构构实现动作作控制功能能，连杆机机构实现大大行程输送送功能，可可很好满足足送料要求求。需注意的是是送料机构构和冲压机机构在动作作上有协调调要求，送送料机构要要在适当的的时间内送送料到位，，不能和冲冲压动作相相冲突、碰碰撞，这需需要两机构构采用一个个电动机，，对送料动动作进行适适当控制，，与冲压机机构的运动动协调起来来。2.送料机构冲床包含两两个执行机机构，即冲冲压机构和和送料机构构，分别完完成两个功功能即冲压压零件和送送料，完成成这两个功功能要求就就要考虑采采用一定的的方法，选选择合适的的机构来实实现，这个个构思过程程就是运动动方案的设设计，体现现出可选方方案的多样样性、设计计的主动性性和创新性性。3.各种方案分分析能实现冲压压机构功能能要求的机机构方案有有齿轮-连杆冲压机机构、摆动动导杆滑块块冲压机构构（滑块和和连杆）、、六连杆冲冲压机构、、连杆-凸轮冲压机机构等。能实现送料料机构功能能要求的机机构方案有有凸轮-直动摆杆送送料机构（（直动摆杆杆形式有多多种）、凸凸轮-摆动摆杆送送料机构。。将冲压机构构和送料机机构的任意意两个机构构组合，就就可得到冲冲压机构和和送料机构构的一个运运动方案。。方案一：齿齿轮－连连杆冲压机机构和凸轮轮－连杆送送料机构冲压机构采采用有两个个自由度的的双曲柄七七杆机构，，用齿轮副副将其封闭闭为一个自自由度（齿齿轮1与曲柄AB固联，齿轮轮2与曲柄DE固联）。恰恰当地选择择C点轨迹和确确定构件尺尺寸，可保保证机构具具有急回运运动和工作作段近似匀匀速的特性性，并使压压力角尽可能小。。送料机构由由凸轮机构构和连杆机机构串联组组成，按运运动循环图图可确定凸凸轮推程角角和从动件件的运动规规律，使其其能在预定定时间将坯坯料推送至待加加工位置。。设计时，，若使LOGLOH，可减小凸凸轮尺寸。。方案二：摆摆动导杆滑滑块冲压机机构和凸轮轮送料机构构冲压机构是是在摆动导导杆机构的的基础上，，串联一个个摇杆滑块块机构组合合而成。摆摆动导杆机机构按给定定的行程速速度变化系系数设计，，它和摇杆杆滑块机构构组合可以以达到工作作段近于匀匀速的要求求。适当选选择导路位位置，可使使工作段压压力角较小。送料机构的的凸轮轴通通过齿轮机构与曲柄柄轴相连。。按机构运动循环图图可确定凸凸轮推程运动角和从从动件运动动规律，则机构可在在预定时间间将坯料送至待加工工位置。方案三：六六连杆冲压压机构和凸凸轮－连杆杆送料机构构冲压机构由由铰链四杆杆机构和摇摇杆滑块机机构串联组组合而成。。四杆机构构可按行程程速度变化化系数用图图解法设计计，然后选选择连杆长长lEF及导路位置置，按工作作段近似于于匀速的要要求确定铰铰链点E的位置。若若尺寸选择择恰当，可可使执行构构件在工作作段中运动动时机构的的压力角较小。凸轮－连杆杆送料机构构的凸轮轴轴过齿轮机机构与曲柄柄轴相连，，按机构运运动循环图确确定凸轮推推程运动角角和从动件件运动规律律，则机构构可在预定定时间将坯料料送至待加加工位置。。设计时，，使LIHLIR，可减小凸凸轮尺寸。。方案四：连连杆－凸轮轮冲压机构构和凸轮－－连杆送料料机构冲压机构采采用有两个个自由度的的连杆－凸凸轮组合机机构，用齿齿轮副将其其封闭为一一个自由度度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮轮4与两个凸轮轮固联）。。恰当地选选择C点轨迹和确确定构件尺尺寸，可保保证机构具具有急回运运动和工作作段近似匀匀速的特性性,并使压力角角尽可能小。。改变凸轮轮轮廓曲线线，可改变变C点轨迹，从从而使执行行构件获得得多种运动动规律，满满足不同工工艺要求。。凸轮－连杆杆送料机构构由凸轮机机构和连杆杆机构串联联组成，按按运动循环环图可确定定凸轮推程程角和从动动件的运动动规律，使使其能在预预定时间将将坯料推送送至待加工工位置。设设计时，若若使LHILHG，可减小凸凸轮尺寸。。减速传动方方案设计就就是根据电电机转速和和执行构件件的生产率率来确定总总传动比，，然后确定定各级传动动比，并计计算各级传传动比的传传动件尺寸寸，大致确确定出各级级传动的总总体尺寸。。能实现减速速传动的传传动装置主主要有带传传动、链传传动、齿轮轮系传动、、蜗轮-蜗杆杆传传动动、、锥锥齿齿轮轮传传动动等等。。带传传动动和和链链传传动动用用于于远远距距离离传传动动，，带带传传动动能能缓缓冲冲吸吸振振和和过过载载保保护护，，常常用用于于高高速速端端，，链链传传动动有有振振动动冲冲击击，，常常用用于于低低速速端端；；齿齿轮轮系系传传动动，，传传动动比比准准确确，，传传动动精精度度高高，，应应用用广广；；蜗蜗轮轮-蜗杆杆传传动动比比大大、、可可自自锁锁，，用用于于功功率率不不大大的的换换向向传传动动，，锥锥齿齿轮轮主主要要用用于于换换向向传传动动。。根根据据冲冲压压机机构构的的运运动动要要求求，，可可以以选选择择带带传传动动和和定定轴轴轮轮系系串串联联使使用用来来实实现现减减速速传传动动。。带传传动动的的传传动动比比范范围围为为2-4，带带传传动动的的传传动动比比不不宜宜太太大大，，否否则则大大小小带带轮轮直直径径相相差差大大，，小小带带轮轮的的包包角角减减小小，，容容易易打打滑滑，，可可选选传传动动比比为为2。单单级级齿齿轮轮传传动动的的范范围围为为4-6，经经计计算算可可采采用用一一级级带带传传动动和和两两级级齿齿轮轮传传动动。。然然后后画画出出传传动动方方案案的的示示意意图图。。2.减速速传传动动方方案案设设计计传动动方方案案图图主要要任任务务是是根根据据已已知知条条件件，，确确定定出出机机构构的的杆杆件件具具体体尺尺寸寸和和相相互互位位置置关关系系，，使使设设计计的的机机构构满满足足各各项项设设计计要要求求。。五、、课课程程设设计计的的任任务务1.冲压压机机构构设设计计方法法有有图图解解法法和和解解析析法法，，简简单单机机构构用用图图解解法法，，复复杂杂机机构构用用解解析析法法。。思思路路是是先先由由上上模模工工作作段段行行程程确确定定出出冲冲压压工工作作行行程程，，再再由由行行程程速速比比系系数数算算出出极极位位夹夹角角，，设设定定曲曲柄柄长长度度或或机机架架长长度度，，从从两两端端进进行行推推算算确确定定出出连连杆杆机机构构的的各各构构件件的的尺尺寸寸长长度度和和相相对对位位置置。。用用解解析析法法时时，，要要建建立立杆杆件件的的位位置置方方程程，，进进行行求求解解计计算算，，这这样样结结果果准准确确。。机机构构确确定定后后要要进进行行验验证证，，满满足足工工作作段段转转角角、、工工作作段段压压力力角角，，并并使使工工作作段段近近似似匀匀速速，，如如不不满满足足，，要要重重新新确确定定尺尺寸寸和和相相对对位位置置。。2.送料料机机构构设设计计a）绘绘制制机机构构运运动动循循环环图图.冲压压机机构构和和送送料料机机构构的的动动作作要要协协调调，，不不能能出出现现冲冲突突和和干干涉涉现现象象，，送送料料机机构构要要在在上上模模退退出出下下模模后后，，到到再再次次接接近近坯坯料料冲冲制制前前的的时时间间段段内内将将坯坯料料送送到到待待冲冲压压位位置置，，并并返返回回到到原原位位置置，，准准备备下下一一次次送送料料动动作作。。因因而而在在进进行行送送料料机机构构设设计计前前，，首首先先要要拟拟定定冲冲压压机机构构和和送送料料机机构构的的动动作作协协调调循循环环图图。。机构构运运动动循循环环图图主主要要有有三三种种形形式式：：圆圆周周式式工工作作循循环环图图、、直直线线式式（（表表格格式式））、、直直角角坐坐标标式式工工作作循循环环图图。。圆周周式式：：适适用用于于主主动动件件作作圆圆周周运运动动的的曲曲柄柄，，画画圆圆环环，，根根据据曲曲柄柄转转角角对对上上模模和和送送料料机机构构的的工工作作动动作作进进行行分分段段相相协协调调。。直线线式式(表格格式式)：相当当于于把把圆圆周周式式进进行行展展开开，，画画表表格格，，根根据据曲曲柄柄转转角角，，对对上上模模和和送送料料机机构构的的工工作作动动作作进进行行分分段段相相协协调调。。直角角坐坐标标式式：：横坐坐标标为为曲曲柄柄转转角角，，纵纵坐坐标标为为执执行行构构件件的的位位移移，，通通过过两两执执行行构构件件的的位位移移关关系系显显示示来来进进行行运运动动协协调调。。直直角角坐坐标标式式不不仅仅能能表表示示两两执执行行构构件件的的动动作作顺顺序序，，且且能能表表示示出出两两构构件件的的运运动动规规律律和和及及配配合合关关系系，，是是最最为为完完善善的的一一种种。。2.送料料机机构构设设计计b）送送料料机机构构的的连连杆杆机机构构设设计计任务务是是确确定定出出送送料料连连杆杆机机构构的的各各构构件件尺尺寸寸和和相相对对位位置置，，思思路路是是由由送送料料距距离离确确定定出出各各构构件件尺尺寸寸，，推推出出和和凸凸轮轮相相连连接接的的直直动动从从动动件件的的直直线线位位移移或或摆摆动动从从动动件件的的转转角角，，且且使使连连杆杆机机构构具具有有尺尺寸寸放放大大功功能能，，以以减减小小凸凸轮轮尺尺寸寸。。c）送料料机机构构的的凸轮轮设设计计①从从动动件件运运动动规规律律选选择择：：避免刚性冲冲击和柔性性冲击，选选择直动从从动件或摆摆动从动件件的运动规规律，匀速速运动、等等加速等减减速运动、、余弦加速速度、正弦弦加速度，，或几种相相结合使用用。送料过过程中，凸凸轮受载较较小，冲击击不大。在在推程送料料时，摆动动从动件的的运动规律律可采用余余弦加速度度运动规律律，回程时时，从动件件采用等加加速等减速速运动规律律。2.送料机构设设计②基圆半径确确定从提高凸轮轮机构机械械效率考虑虑，应取尽尽可能小的的压力角，，且小于许许用压力角角值，推程程时从动件件的压力角角许用值为为[α]＝40º，推程为[α]＝70º，但减小压压力角会使使基圆半径径增大，导导致整个机机构尺寸增增大。为了了使机构既既有较好的的传力特性性，又有较较紧凑的机机构尺寸，，设计时应应两者兼顾顾考虑。原理课程中中讲了四种种确定基圆圆半径的方方法，可使使用其中的的两种可使使用其中的的两种。①①初选r0验算方法：：初选r0，计算出各各点的，使max≤[]；②根据[]计算设计法法2.送料机构设设计③滚子半径确确定：滚子半径选选择要适当当，以免凸凸轮理论廓廓线（外凸凸）求出后后，实际廓廓线出现自自交现象而而导致运动动失真。经经验公式：：④绘制凸轮轮理论廓线线和实际廓廓线：确定凸轮的的工作转角角，推程角角、休止角角、回程角角，分别用用图解法和和解析法设设计凸轮理理论廓线和和实际廓线线。最后，作出出凸轮实际际廓线后，，要演算临临界压力角角，使推程程max≤[]＝40º。3.机构运动分分析对机构进行行运动分析析，求出机机构各构件件的位移、、速度、加加速度，绘绘出位移、、速度和加加速线图，，验证机构构运动满足足设计要求求；（对机机构进行动动力分析，，据各构件件的质量及及转动惯量量确定机构构的惯性力力、惯性力力偶矩、各各位置的运运动副反力力及应加于于原动件上上的平衡力力矩（加飞飞轮），绘绘制平衡力力矩及运动动副反力的的变化线图图，以便清清楚地了解解在一个运运动循环中中，平衡力力矩及运动动副反力的的变化情况况。）对上模的一一个运动循循环作速度度分析，即即将曲柄转转角分12等份，取上上模对应的的12位置，进行行速度分析析和一个位位置的加速速度分析，，画出速度度多边形和和加速度多多边形并绘绘出上模的的位移线图图和速度线线图。六、课程设设计实例分分析（一）、确定传动方方案（二）、冲压机构设设计分析（三）、送料机构设设计分析（四）、送料机构中中凸轮机构构的设计（五）、冲压机构中中上模的速速度分析速度矢量图图或速度曲曲线图七、设计工工作量1.A1图一张：内容包括：：①冲压送料料机构简图图；②传动方案案图；③运动协调调图；④冲头（上上模）12个位置的速速度多边形形图和和1个位置的加加速度多边边形图；⑤冲头（上上模）的位位移线图和和速度线图图。2.A2图纸一张：：①凸轮理论论廓线和实实际廓线（（图解法））；②送料机构（（凸轮机构构从动件））运动规律律（位移曲线、、速度曲线线、加速度度曲线图））。3.设计说明书1份