专用精压机的送料机构、冲压机构

机械设计基础课程设计 设 计 题 目：

专用精压机的送料机构、冲压机构

专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 00000000

姓 名： ######

学 号： 0000000000

指 导 教 师： ######

2013年 11月 14日北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 目 录

一、机械原理课程设计任务书 1 二、系统传动方案设计 2 三、执行机构运动方案的比较与选择 5 四、工作循环图 7 五、机械系统传动方案 8 六、选择电动机 8 七、机构的尺寸设计 9 八、机构运动仿真及运动学分析 12 九、设计心得与体会 15 参考文献 15 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 一、专用精压机的运动方案设计

1、工作原理及工艺动作过程： 专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺，它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图1（a）所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，以后，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。它的主要工艺动作有： （1） 将新坯料送至待加工位置； （2） 下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出膜腔。

(a) （b） 图（1） 加工工件及上模运动规律

2、技术参数和设计要求：

（1）动力源是电动机，作转动；冲压执行构件为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作进给和快速返回的特性； （2）精压成型制品生产率约每分钟70件； （3）上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm； （4）行程速比系数K≥1.3，坯料输送最大距离200mm； （5）上模块总质量为40Kg，最大生产阻力为5000N，且假定在拉延区内生产阻力均衡； （6）设最大摆动构件的质量为40Kg/mm，绕质心转动惯量为2 kg•m2/mm，质心简化到杆的中点。其它构件的质量和转动惯量均忽略不计； （7）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30kg•m2，机器运转不均匀系数[δ]为0.05）； （8）机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角应尽可能小，传动角大于或等于许用传动角40][。

3、工作原理和工艺动作分解：

根据上述分析，专用精压机要求完成的工艺动作有以下三个动作： （1）将新坯料送至待加工位置； （2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔； （3）将成品顶出上模。

二、系统传动方案设计： 整个机构可分为3大部分： 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 （1）送料机构 主要运动构件：推杆 （2）冲压机构 主要运动构件：上模 （3）上顶机构 主要运动构件：推杆 冲压机构： 冲压机构由凸轮控制其运动方式，无太大的受力，需要的传动结构简单，通过倒置法能够确定凸轮的大致轮廓。 送料机构： 送料机构是由摆杆滑块机构组成的，按机构运动循环图可确定摇杆工作位置和从动件的运动规律，在此过程中，推板机构的运动主要是在上摸快速返回后推板将新的坏料推至待加工位置，然后返回等待下次上模快速返回后再次运送新的坏料至待加工位置。

图（2） 方案一 设计方案一的冲压机构是由一个四连杆机构串联一个摇杆滑块机构组合而成，送料机构是曲柄滑块机构。此方案自由度为一，自由度数等于原动件数，能够满足传动要求。 机构的加压时间较短，一级传动角最大，效率高,成本低，但工作平稳性一般，加工装配较难。

图（3） 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 方案二 设计方案二的冲压送料机构都是由曲柄滑块机构实现。该方案自由度为一，自由度数等于原动件数，能够满足传动要求。 机构的加压时间可以较长，效率高，结构简单，装配较容易，较为理想。

图（4） 方案三 该方案的冲压机构采用了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，使自由度为一，自由度数等于原动件数，能够满足传动要求。 送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的。

图（5） 方案四 设计方案四是一个六连杆机构，自由度为一，自由度数等于原动件数，能够满足传动要求。 机构的加压时间长,一级传动角最大，效率高，成本低，加工装配容易，比较理想。 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 图（6） 方案五 设计方案五是一个凸轮机构附带一个曲柄滑块机构，自由度为一，可以准确的满足运动要求，并且满足杆件受力的要求（首大作用力的元件设计为凸轮，基本不受力的杆件设计为连杆，简单合理），最后这样的设计计算十分简单，也就容易对运动过程进行准确分析。 但方案五需要设计的凸轮尺寸太大，浪费材料。

图（7） 三、执行机构运动方案的比较与选择： 在5个方案全部提出后，将它们进行对比。各个方案都由不同的基础机构组合而成，且基本都可完成设计要求的运动。但是考虑到机构的性能、加工成本等的方便，决定采取第二个方案。 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 分析： 方案一虽能完成设计要求的运动，但稳定性不足；方案三比较方案一的稳定性、传动角等要好，但结构过于复杂，不利于加工，成本比较高；方案四可满足急回运动的要求，输送配料上工作台和上模冲压这2 个工作步骤也可较容易的配合出来。使整个机构完成一次送料冲压的周期，但我认为方案四中凸轮机构想要带动推板水平往复运动，需要类似弹簧的器件才能实现，但弹簧在高强度、高频率的作用下容易失去弹性，所为我认为方案二更为合适。 而我最终确定方案二的机构设计中结构在满足其性能的同时相对其它方案又比较简单，在制造中可以大大减少工序，并且可以降低成本，较容易实现。该机构的加压时间长，传动角较大，因此可获得良好的传动效果，且机构的装配简单，成本低廉，容易投入到实际生产中去。 有的同学考虑到，配料被冲压成形之后如果还留有切边，则成品就不易从下模的下部离开，所以在方案的设计基础上，成品只可由一机构垂直将其顶出上模，然后同时由下一个送来的配料将其横向地推出下模工作台面。因此他们决定在方案四的基础上增加了一个“上顶”机构，所以他们最终决定的专用精压机的运动简图：

图（8） 我觉得这个想法很好，但我觉得这个做法略有一些多此一举，如若前一个成品由于切边原因没能从下模落下，也不将影响整个机构运动，何况在下一个成品制成之后，后者将轻松地将有切边的成品有效顶出，依此类推讲不存在从下模的下部离开的问题，且在尺寸设计方面存在难度，因此我最终选定方案如下图： 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 图（9） 四、工作循环图：

图（10） 专用精压机运动循环图 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 五、机械系统传动方案：

图（11） 六、选择电动机 原动机选用常用的三相交流异步电动机，其同步转速选为1500 r/min，其满载转速查表[Y系列三相异步电动机]为1440 r/min；

根据要求精压机的生产率约每分钟70件，可知曲柄主轴转速约为70r/min； 计算出该机械运动的循环周期T=60/70≈0.86s； 传动系统总传动比 i= 1440/70=20.6； 选用的电动机型号为： 电机型号 额定功率（kW） 额定转速（r/min） Y112M—4 4.0 1440

七、机构的尺寸设计： 根据机构的运动特征，下图为机构在两个极限位置的几何关系，根据设计要求可知行程速比系数k=1.5，则杆件的极位夹角为：

θ1=180°×（k-1）/(k+1)=36° 由于上模总行程2H=280mm,则上模最高位置与最低位置的距离H为140mm，通过运算可知： CD=H/(2×sin18°) ≈227mm 取AB=200 mm，则可求得： AC=200/(sin18°)≈647mm B1C=200/(tan18°)≈616mm 北京理工大学课程设计专用纸 №

北京理工大学 图（12） 推料机构为曲柄滑块机构，如下图所示，根据设计要求可知行程速比系数k=1.5,则曲柄杆件的极位夹角为：

θ2=180°×（k-1）/(k+1)=36° 令偏距e=100mm，即EG纵向距离为100mm，坯料输送最大距离200mm，即G1G2=200mm。做EH垂直于G1G2，设∠HEG2=γ,HG=x,易知 tanγ=x/100,tan(γ+36°)=(x+200)/100=tanγ+2,

即 化简得二次方程0.7265（tanγ）2+1.453tanγ-1.2735=0 tanγ=0.6592 ， tanγ=-2.6592（舍）

γ=33.4° tan（γ+36°）=2.6592=HG1/HE=(x+200)/100 解得x=65.92mm EG1= EF+FG=284.10mm ……① EG2= FG-EF=119.77mm ……②

设EF=a,FG=b,由①、②解得, a=EF≈82mm，b=FG≈202mm