工学20110412补做学生机械原理课程设计任务书.doc

机械原理课程设计任务书

专业班级： 机自 学生姓名： 学号：
一、设计题目
自动送料冲床

二、工作原理与及结构组成
a)
j0
2p
j
S
j0
2p
j
F
F1
F0
b)
c)
H
l
图1　冲床工艺动作与上模运动、受力情况
上模（冲头）
坯料
下模
自动送料冲床用于冲制、拉延薄壁零件。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构，其工作原理如图1a所示，上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。
三、设计要求与技术条件
1）以电动机作为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图1b所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回等特性。
2）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角g 大于或等于许用传动角[g ] =40°。
3）上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方）。
4）生产率为每分钟70件。
5）上模的工作段长度l = 30~100mm，对应曲柄转角j0 = (1/3 ~1/2 )p；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。
6）上模在一个运动循环内的受力如图1c所示，在工作段所受的阻力F1=5000N，其它阶段所受的阻力F0=50N。
7）行程速度变化系数K ³1.5。
8）送料距离H = 60 ~250mm。
9）机器运转速度波动系数d 不超过0.05。
对机构进行动力分析时，为方便起见，所需参数值建议按如下方式选取：
1）设连杆机构中各构件均为等截面均质杆，其质心在杆长的中点，而曲柄的质心则与回转轴线重合。
2）设各构件质量按40kg/m计算，绕质心的转动惯量按2kg×m2/m计算。
3）转动滑块的质量和转动惯量忽略不计，移动滑块的质量设为36kg。
4）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件）设为30kg×m2。
四、设计参考方案
冲压机构的原动件为曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（工作段），并具有急回特性，机构还应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的基本机构（如偏置式曲柄滑块机构）是难以实现的。因此，需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。送料机构要求作间歇送进，可结合冲压机构一并考虑。
1. 齿轮－连杆冲压机构和凸轮－连杆送料机构
如图2所示，冲压机构采用有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮2与曲柄DE固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角a 尽可能小。
图2　冲床机构方案之一
D
w1
E
B
A
1
2
w2
H
K
O
G
C
F
R
a

送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使lOG < lOH，可减小凸轮尺寸。
图3 冲床机构方案之二
C
D
E
F
O
A
B
a
G
H

w1
2. 导杆－摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构
如图3所示，冲压机构是在摆动导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成。摆动导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可以达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角a 较小。
送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。

3. 六连杆冲压机构和凸轮－连杆送料机构
如图4所示，冲压机构由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成。四杆机构可按行程速度变化系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近似于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择恰当，可使执行构件在工作段中运动时机构的压力角a 较小。
凸轮－连杆送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，按机构运动循环图确定凸轮推程运动角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。设计时，使lIH < lIR，可减小凸轮尺寸。
H
K
F
a
j
w3
C
O
I
D
g
A
R
G
图4 冲床机构方案之三
w1
B
EC
M

4. 连杆－凸轮冲压机构和凸轮－连杆送料机构
D
w1
E
B
A
OH1
I
K
PO
G
C
F
L
a
w4212
J
H1
图5 冲床机构方案之四
1
4
如图5所示，冲压机构采用有两个自由度的连杆－凸轮组合机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮1与曲柄AB固联，齿轮4与两个凸轮固联）。恰当地选择C点轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性，并使压力角a 尽可能小。改变凸轮轮廓曲线，可改变C点轨迹，从而使执行构件获得多种运动规律，满足不同工艺要求。
送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成，按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推送至待加工位置。设计时，若使lHI < lHG，可减小凸轮尺寸。

五、设计任务
1）完成各执行机构的型式设计，拟定机械传动系统方案；
2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；
3）确定各执行机构的运动学参数，绘制机构运动简图。对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据相关设计计算结果画出上模位移线图，速度线图和加速度线图；
4）对主执行机构用图解法进行运动及动态静力分析（工作段的一至二个工作位置）；
5）确定电动机的功率和转速，进行传动系统中齿轮传动设计（确定各轮齿数和模数）和皮带传动设计；（选）
6）对指定传动部件进行强度、结构设计，画出装配图及部分零件图；（选）
7）根据机电液一体化策略和现代控制（包括计算机控制）理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。（选）

六、要求提交的课程设计材料
1）设计计算说明书一份（约20页16K）；
2）1号图一张（冲压及送料机构的运动分析和动态静力分析图，画一至二个工作点）；
3）2号图一张（例：齿轮机构啮合图）；
4）2号图一张（例：送料凸轮机构设计图，含工作循环图）。
注：建议方案二
七、相关参考资料
资料一：传动系统参考方案

冲压机构
送料机构
齿轮减速器
主轴
电动机
带传动

完成期限： 2周 指导教师：
八、主要参考书（呈贡校图书馆借阅）
1、 机械原理课程设计 高等教育出版社 A.C.科梁亚可 等
2、 机械原理（第七版）高等教育出版社 西北工业大学 孙桓等
3、凸轮机构设计与应用创新 石永刚 著 机械工业出版社 2007年
二〇二四年四月二十四日