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1、 機械原理課程設(shè)計 題目 自動送料沖床機構(gòu)的設(shè)計 學(xué) 院 專業(yè)年級 學(xué)號姓名 指導(dǎo)教師  機電學(xué)院 9 機械工程及自動化

2、 0961010815 劉健 張洪雙 二○一一 年 六 月 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 一、設(shè)計題目：自動送料沖床機構(gòu)綜合與傳動系統(tǒng)設(shè)計 二、工作原理及工藝動作過程： 圖 1 為某沖床機構(gòu)運動方案示意圖。該沖床用于在板料上沖制電動玩具中需要的薄齒 輪?！倦妱訖C通過 V 帶傳動和齒輪傳動（圖中未畫出）帶動大齒 輪轉(zhuǎn)動，（另加解釋）】通過連桿 A / C 帶動滑塊上下往復(fù)運動，實現(xiàn)沖制工藝。四桿機構(gòu) O1AB 2O2

3、 和齒輪機構(gòu)實現(xiàn)自動送料。 圖 1 沖床機構(gòu)運動方案示意圖 三、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求： 依據(jù)沖床工礦條件的限制，預(yù)先確定了有關(guān)幾何尺寸和力學(xué)參數(shù)，如表 1 所示。 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 表 1 沖床機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)

4、 設(shè)計要求：設(shè)計的沖床機構(gòu)機構(gòu)緊湊，機械效率高。 四、設(shè)計方案提示： 連桿機構(gòu)可采用雙搖桿機構(gòu)，也可采用曲柄搖桿機構(gòu) 五、設(shè)計的主要任務(wù) 圖 2 沖頭所受阻力曲線 （ l ）繪制沖床機構(gòu)的工作循環(huán)圖，使送料運動與沖壓運動重疊，以縮短沖 2011 年

5、6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 床工作周期。 （2）針對圖 1 所示的沖床的執(zhí)行機構(gòu)（沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運動尺寸，繪制機構(gòu)運動簡圖。 （3）假設(shè)曲柄等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊 C 的位移和速度的變化規(guī)律曲線。 （4）在沖床工作過程中，沖頭所受的阻力變化曲線如圖 2 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)動力矩。 （5）確定電動機的功率與轉(zhuǎn)速。 （6）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)動慣量。 （7）確定傳動系統(tǒng)方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)中各零部件的結(jié)構(gòu)尺

6、寸。 （8）繪制沖床傳動系統(tǒng)的裝配圖與齒輪、軸等的零件圖。 （9）編寫課程設(shè)計說明書。 目 錄 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 一、摘要 ??????????????????? 二、自 送料機構(gòu)的 體 ????????

7、?? 1、沖 機構(gòu)方案初步 ??????????? 2、 2、送料機構(gòu)方案初步 ?????????? 3、 3、整體機構(gòu)運 方案的改 ????????三、 各構(gòu)件的運 尺寸的 與 算 ??????? 四、 工作循 與 的 算 ?????????? 五、 滑 C 的運 化 律及曲 ???????? 六、 機的功率、 速和 力矩及 量的 算 ??????????????????? 七、 的 和心得 ????????????? 八、參考文獻 ????????????????

8、? 九、附 ??????????????????? 一、摘要 沖壓是金屬塑性成形加工的基本方法之一， 它主要用于加工板料零件， 所以 也稱為板料成形。 沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件， 又能夠制造諸如汽車大 梁、壓力容器封頭一類的大型零件； 既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件， 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 又能夠制造精密（公差在微米級）和復(fù)雜形狀的零件。沖壓具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率

9、高、操作簡單、便于實現(xiàn)機械化與自動化等一系列優(yōu)點，在汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航空航天、兵器等生產(chǎn)和發(fā)展具有十分重要的意義。 制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被各種復(fù)合材料或高分子材料替代。在模具設(shè)計與制造中，開發(fā)并應(yīng)用 CAD/CAM 系統(tǒng)，發(fā)展高、新制造技術(shù)和 模具、裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。 推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓等設(shè)備，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產(chǎn)。 某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被液壓成形、 旋壓成形、爆炸成形等新穎的技術(shù)所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟 沖模的核心部分是工作零件， 即凸模和凹模。 其形狀和尺寸是由

10、沖壓工序的性質(zhì)決定的。沖裁沖孔落料模的凸、凹模之間間隙很校，并做成鋒利的刃口，以便形成強大的剪切力進行剪切，使坯件與板料分離 在現(xiàn)代化的機加工過程中， 消耗于送料的時間損失是組成零件單件加工時間的一部分，它屬于輔助時間。要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時間將是非常 重要的一個環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時間， 就必須提高生產(chǎn)的自動化程度。 自動送料機構(gòu)就是為實現(xiàn)生產(chǎn)中送料工序自動化而設(shè)計的一種專用機構(gòu)。 自動送料機構(gòu)可將沖壓料或沖壓件經(jīng)過定向機構(gòu)， 實現(xiàn)定向排列， 然后順序地送到機床或工作地點。 這在自動化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實用的， 不但可把操作人員從重復(fù)而繁重的勞動中解脫出來，

11、 而且對保證安全生產(chǎn)也是一種行之有效的方法。目前， 國內(nèi)擁有大量的沖壓機床， 如果能把它們改造成半自動或自動機床，將會充分發(fā)揮機床的潛在力量， 這是一個具有重大意義的事情， 而在機床上安裝自動送料機構(gòu)，這將大大提高沖壓的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)沖壓的完全自動化。 二、自動送料機構(gòu)的總體設(shè)計 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 1、沖壓機構(gòu)方案初步設(shè)計 本設(shè)計采用一個曲柄滑塊機構(gòu)進行沖壓機構(gòu)， 其簡易結(jié)構(gòu)如 圖 1-1 所示：

12、 圖 1-1 電動機通過 V 帶傳動和齒輪傳動（圖中未畫出）帶動 O1A / 轉(zhuǎn) 動，通過連桿 A / C 帶動滑塊上下往復(fù)運動，實現(xiàn)沖制工藝。 2 、 送料機構(gòu)方案初步設(shè)計 自動送料裝置按送進材料的形式分為送料裝置與上件裝置兩類。 本設(shè)計屬于 送料裝置。常見送料機構(gòu)形式有以下五種： ① 鉤式送料機構(gòu) ; ② 凸輪鉗式送料機構(gòu)

13、; 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 ③ 杠桿送料機構(gòu) ; ④ 夾持送料機構(gòu)； ⑤ 輥軸送料機構(gòu)。 由于本設(shè)計所用的毛坯件厚度比較薄， 不在前三種送料方案所適用的材料厚 度范圍內(nèi)，第四種和第五種方案適用。 將第四種與第五種方案進行比較， 發(fā)現(xiàn)前 者需要采用斜楔帶動加料爪和滑板運動， 在送料過程中振動會比較大， 從而影響 到送料精度；而后者是使用輥軸送料，過程更為平穩(wěn)，因而，送料精度也較有保 障。綜合考慮各種因素以后，決定采用雙輥送料機構(gòu)，如下圖 1-2：

14、 3、 整 體 機構(gòu)運動方案的改進設(shè)計 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 考慮到實際的工作情況及技術(shù)要求，我們對機構(gòu)作了進一步改進，其運動簡圖如 1-3 所示：

15、 如果采用慣性輪做原動件，齒輪必須作為“搖桿” ，通過輥輪進行間歇送料傳動， 這樣就增加了設(shè)計難度， 而且不易控制于計算。 采用如圖所示的改進機構(gòu)， 仍以大齒輪為原動件， 通過帶動小齒輪及固連在小齒輪上的“帶缺口輥輪”，仍能達到間歇送料沖壓的目的，減小了設(shè)計難度。 三、各構(gòu)件的運動尺寸計算 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 由上圖中的幾何關(guān)系，可分別列出下列式子

16、 ： 2 1 由余弦定理： L24 ( L3 R1 ) 2 2L4 (L3 R1 ) cos 1 R22 L24 ( L3 R1 ) 2 2L4 (L3 R1 ) cos 2 R22 由正弦定理： sin 1 sin 1 L4 R2

17、 1 sin 2 sin 2 L3 R1 R2 2  （ 1） （2） （3） （4） （5） 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計

18、 指導(dǎo)老師：張洪雙 β π arcsin( x （6） 1 ) L4 ( L R2 S) 2 2 2 S)COS( β) （7） R2 L 2(L R2 2 聯(lián)立 1、2、3、4、5、6、7 得： R1 150m m R2 360 m m L3 580m m L4 533m m L5 100m m L 160mm 驗證壓力角 α ： ‘ arccos

19、 R22 L23 (L4 R1 ) 2 40.12 2 R2 L3 arccos R22 L23 ( L4 R1 ) 2 90.07 2R2 L3 - min( ) 48.88 max ， 2 四：工作循環(huán)圖與齒輪的計算 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙

20、 已知：【 n :生產(chǎn)率 Sn:送料距離 T: 大齒輪轉(zhuǎn)動周期 部分齒輪每一周傳動 k 次（即板料沖壓 k 次） 則大齒輪對小齒輪的傳動比為 k】 設(shè)小齒輪半徑為 r 已知 sn=150mm, n=180件 /min,得 r R1 / k =150/k 又 sn=2πr/2k 解得： k=1.77 K 圓整為 2， r=75,則部分齒輪的設(shè)計如下圖： 缺齒所占的角度 θ =(180-1

21、802sn/2π r)/2= 32.7 T=2 60/n=0.667 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 五：滑快 C 的運動

22、變化規(guī)律及曲線 下圖是用 vb 模擬仿真得出的數(shù)據(jù)和曲線： 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 六：電動機的功率、轉(zhuǎn)速、飛輪轉(zhuǎn)動慣量和驅(qū)動 力矩

23、 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 【以下公式中各字母的物理意義如下： n :生產(chǎn)率 Sn:送料距離 T : 一個周期 Pr: 等效阻力功率 Pd:等效輸入功率 Fb:沖壓板料最大阻力 1:大齒輪的角速度 2 :小齒輪的角速度 R1 :大齒輪的半徑 r :小齒輪的半徑】 電動機功率 ,飛輪轉(zhuǎn)動慣量，驅(qū)動力矩，轉(zhuǎn)速計算： 根據(jù)滑塊的位移曲線，近似認(rèn)為下降過程所用時間 (1/2)T,上升過程所用時間（ 1/2）T: 已知： T=0.667 s，H=100 , Fr=2300N, Fb=530N

24、 帶入數(shù)據(jù)參量： 曲柄 R1 150mm ，搖桿 R2 =360mm ， 支座 L4 =533mm(x=270mm,y=460mm) π 得： 2 =9.42 rad/s 1 T 22 1 =18.84 rad/s 小齒輪 Vr 速度 = 2 r =1413 mm/s 忽略重力所做的功，沖頭上下勻速運動： Pr a Pd  f2 f3 b c d

25、f1 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 Fr 3H 前 (3/4)H: P r1 = 5 4 Fb V =886.8 W T 3 2 4 Fr H 后（ 1/4）H: Pr2 = 4 Fb V =1438.5 W T 1 2 4 上升過程： Fr

26、 H Pr3 = 5 Fb V =886.8 W T 2 Pr1 3T Pr 2 T Pr 3 T Pd=Pr= 8 8 2 =955.8 W 且在一個周期內(nèi)有 T 根據(jù)上式可以畫出如上圖的能量圖， 各陰影面積 f 分別代表的為能量之差 f 1=15 J f 2 =-35 J f 3 =20 J 根據(jù)上式可畫出下圖，計算最大盈虧功 W =15 J

27、 b c d a 則飛輪轉(zhuǎn)動慣量： 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 JF 9 0 [0W ] kg m 2 ‘2 2 =0.8628 n π [ ] M  1  Pd  則 M  Pd  =101.5  N m 1 輸入功率：  P 

28、 Pd 大齒輪轉(zhuǎn)速： n 30 1 =90r/min 根據(jù)文獻【 4】可選擇查得： 電機型號 Y132M1-6, 額定功率 4KW ，轉(zhuǎn)速 960r/min 減速箱總傳動比為 :k=960/90=10.67 七：設(shè)計總結(jié)與心得 作為一名機械工程及其自動化專業(yè)大二的學(xué)生， 第一次做課程設(shè) 計，我覺得這次的課程設(shè)計是十

29、分有意義。 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 在已度過的將近兩年的大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基 礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面， 如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。 在本次課程設(shè)計的過程中， 我感觸最深的是查閱了很多次設(shè)計書 和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次 翻閱機械設(shè)計書是十分必要的， 同時也是必不可少的。 我們做的是課 程設(shè)計，而不是藝術(shù)

30、家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，盡情在幻想的 世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依 .有理可尋，不切實 際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想， 永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。 記得我曾經(jīng)設(shè)計了 一個很 “藝術(shù)化 ”的減速器箱蓋吊鉤，然后找老師詢問，結(jié)果馬上被老 師否定了，因為這樣的設(shè)計，理論上可用，實際上加工困難，增加產(chǎn) 品成本。所以我們工程師搞設(shè)計不要認(rèn)為自己是藝術(shù)家， 除非是外形 包裝設(shè)計。另外，課堂上也有部分知識不太清楚，于是我又不得不邊 學(xué)邊用，時刻鞏固所學(xué)知識，這也是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。

31、 八、參考文獻 【 1】《機械原理課程設(shè)計手冊 -鄒慧君》 【 2】《機械原理教程 -申永勝》 【 3】《機械原理輔導(dǎo)與習(xí)題》 2011 年 6 月 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師：張洪雙 【 4】《機械設(shè)計第八版 -濮良貴》 【 5】《solidworks2009從入門到提高》 【 6】《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》 【 7】《平面連桿機構(gòu)設(shè)計 -張世民》 【 8】《計算機 CAD/CAM 輔助設(shè)計》 【 9】《vb 入門與提高》 【 10】《VB 在平面四連桿機構(gòu)運動分析中的應(yīng)用》

32、 【 11】《工程圖學(xué) -魯屏宇》 撰寫設(shè)計說明書：（課程設(shè)計說明書是技術(shù)說明書的一種，是對課程設(shè)計 的總結(jié)。主要內(nèi)容包括： (1)課程設(shè)計題目簡介 ; (2) 功能分解； (3) 原始數(shù)據(jù)及計算； (4)機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算（簡述方案設(shè)計思路及討論、改進） ; (5) 執(zhí)行機構(gòu)的選型及評價以及設(shè)計步驟或分析計算過程 ; (6) 機械運動方案簡圖的繪制、機械運動系統(tǒng)尺度計算、機構(gòu)運動分析等 (7) 對所設(shè)計的結(jié)果分析討論 ; (8) 感想與建議。說明書用 16K 紙張書寫，并按以下順序裝訂成冊：封面（按指定的統(tǒng)一格式） 、課程設(shè)計任務(wù)書、摘要、目錄、正文、參考文獻。 ） 完成日期 ： 2011 年 6 月 25 日 指導(dǎo)教師 張洪雙