機械原理課程設計-- 沖壓機機構(gòu)運動設計

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 機械原理課程設計 </p><p>　　設計題目： 沖壓機機構(gòu)運動設計 </p><p>　　院 系： 機電學院 </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　設 計 者： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間： </p>

3、<p><b>　　一、工藝動作分析</b></p><p>　　由設計題目可見，在位置A沖壓工件的是執(zhí)行構(gòu)件1，帶動鋼帶進給的工作臺是執(zhí)行構(gòu)件2，這兩個執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系如下圖所示。</p><p><b>　　T1</b></p><p><b>　　T2</b></p&g

4、t;<p>　　分度沖壓機運動循環(huán)圖</p><p>　　T1是是執(zhí)行構(gòu)件1的工作周期， T2是執(zhí)行構(gòu)件2的工作周期，執(zhí)行構(gòu)件1是間歇往復移動，執(zhí)行構(gòu)件2是間歇轉(zhuǎn)動。執(zhí)行構(gòu)件2的周期是執(zhí)行構(gòu)件1的四分之一，執(zhí)行構(gòu)件2大多數(shù)時間是在停歇狀態(tài)。</p><p><b>　　二、運動功能分析</b></p><p>　　驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1工

5、作的執(zhí)行機構(gòu)應該具有的運動功能如圖1所示。運動功能單元把一個連續(xù)的單向傳動轉(zhuǎn)換為間歇的往復運動，主動件每轉(zhuǎn)動一周，從動件（執(zhí)行構(gòu)件1）間歇往復運動一次，主動件轉(zhuǎn)速分別為15、25、40轉(zhuǎn)/分。</p><p>　　圖1執(zhí)行機構(gòu)1的運動功能</p><p>　　由于電動機的轉(zhuǎn)速為1430轉(zhuǎn)/分，為了在執(zhí)行機構(gòu)1的主動件上分別的到15、25、40 rpm的轉(zhuǎn)速，則由電動機到執(zhí)行機構(gòu)1之間的總傳

6、動比有3種，分別為</p><p>　　總傳動比由定傳動比和變傳動比兩部分構(gòu)成，即：</p><p>　　3種總傳動比中最大，最小。由于定傳動比是常數(shù)，因此，3種變傳動比中最大，最小。采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不大于4，設定傳動比iv1=4。</p><p><b>　　定傳動比： </b></p><p>

7、;　　于是，傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖2所示。</p><p>　　圖2有級變速運動功能單元</p><p>　　為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現(xiàn)，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護功能還具有減速功能，如圖3所示。</p><p>　　圖3 過載保護運動功能單元</p>

8、<p>　　整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護運動功能單元不能實現(xiàn)其全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，其減速比為</p><p>　　減速運動功能單元如圖4所示。</p><p>　　圖4 減速運動功能單元</p><p>　　根據(jù)上述運動功能分析，可以得到實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖，如圖5所示。</p><p&g

9、t;　　1430rpm </p><p>　　圖5 實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運動的運動功能系統(tǒng)圖</p><p>　　為了使用統(tǒng)一原動機驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，應該在圖5所示的運動功能系統(tǒng)圖中加一運動分支功能單元，其運動分支驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件2，該運動分支功能單元如圖6所示。</p><p>　　圖6運動分支功能單元</p&g

10、t;<p>　　由于執(zhí)行構(gòu)件2是間歇運動，且由圖1可以看出執(zhí)行構(gòu)件2的間歇時間是工作周期T的3/4，即其運動時間是其工作周期T的1/4。因此，間歇運動功能單的運動系數(shù)為</p><p>　　間歇運動功能單元如圖7所示</p><p>　　圖7 間歇運動功能單元</p><p>　　由于執(zhí)行構(gòu)件2鋼帶的每次送料長度為300mm，故，恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動鋼帶無法使

11、進給定長度保持在300mm，故設計成：橡膠輪壓動鋼帶使鋼帶進給的方法，考慮到橡膠輪的半徑，將半徑定在，故需要將間歇轉(zhuǎn)動增速，增速運動功能單元如圖8所示：</p><p>　　圖8 增速運動功能單元</p><p>　　增速運動功能單元輸出的運動驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)2實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件2的運動功能。由于執(zhí)行構(gòu)件2做間歇轉(zhuǎn)動運動，因此，執(zhí)行構(gòu)件2的運動功能是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為歇轉(zhuǎn)動運動。</p>

12、<p>　　根據(jù)上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖9所示。</p><p>　　1430rpm </p><p>　　1 2 3 4</p><p>　　5

13、 6 </p><p>　　7 8</p><p>　　圖9沖壓機的運動功能系統(tǒng)圖</p><p>　　三、系統(tǒng)運動方案擬定</p><p>　　根據(jù)圖9所示的運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當?shù)臋C構(gòu)替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單

14、元，便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。</p><p>　　圖9中的運動功能單元1是原動機。根據(jù)分度沖壓機的工作要求，可以選擇電動機作為原動機，如圖10所示。 </p><p><b>　　1</b></p><p>　　圖10 電動機替代運動功能單元1</p><p>　　圖9中的運動功能單元2是過

15、載保護功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動代替，如圖11所示。</p><p><b>　　2</b></p><p>　　圖11 皮帶傳動替代運動功能單元2</p><p>　　圖9中的運動功能單元3是有級變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動代替，如圖12所示。</p><p><b>　　3</b>

16、;</p><p>　　圖12 滑移齒輪變速替代運動功能單元3</p><p>　　圖9中的運動功能單元4是減速功能，考慮到i=9.53比較大，故可以選擇行星輪或二級齒輪傳動代替，如圖13所示。</p><p>　　圖13行星輪傳動代替運動功能單元4</p><p>　　圖9中的運動功能單元5，6,是運動分支功能單元和執(zhí)行構(gòu)件1的間歇直線運動

17、，可以用凸輪替代，如圖14所示。</p><p>　　圖14 凸輪機構(gòu)代替運動單元5,6</p><p>　　圖9中的運動功能單元7是把連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元，可以用槽輪機構(gòu)替代。該運動功能單元的運動系數(shù)為，該槽輪機構(gòu)如圖15所示。</p><p>　　圖15 槽輪機構(gòu)替代連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動的運動功能單元7</p><p>

18、　　圖9中的運動功能單元8是增速運動功能單元，可以用圓柱齒輪傳動替代，完成執(zhí)行構(gòu)件2（橡膠輪）的間歇轉(zhuǎn)動，如圖16所示。</p><p>　　圖16 圓柱齒輪傳動替代增速運動功能單元8</p><p>　　根據(jù)以上分析，按照圖9各個運動功能單元連接的順序把各個運動功能單元的替代機構(gòu)以此鏈接便形成了分度沖壓機的運動方案簡圖（見A3圖紙）。</p><p>　　變速機構(gòu)

19、簡圖如圖17</p><p><b>　　圖17變速機構(gòu)簡圖</b></p><p>　　四、系統(tǒng)運動方案設計</p><p>　　1、執(zhí)行構(gòu)件1的設計</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)1驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件1運動，執(zhí)行構(gòu)件1由凸輪帶動沖頭做上下往復間歇直線運動。由題目可知，沖頭行程200mm，為使沖頭沖壓工件時具有較大的沖量，應采

20、用高速運動，選擇正弦加速度運動規(guī)律，同時沖頭上升時為了避免較大的沖量，故速度應較低，選擇等速運動規(guī)律</p><p>　　由于升程速度要比回程速度快，且無遠休止角，暫設升程運動角為120o回程運動角為150o，則近休止角為90o。升程時許用壓力角較小，取30o，回程許用壓力角取60o。</p><p>　　故執(zhí)行構(gòu)件1的凸輪機構(gòu)的原始參數(shù)如下:</p><p>&l

21、t;b>　　升程200mm</b></p><p><b>　　升程運動角120°</b></p><p>　　升程運動規(guī)律：正弦加速度</p><p>　　升程許用壓力角30°</p><p><b>　　回程運動角150°</b></p>

22、;<p>　　回程運動規(guī)律：等速 </p><p>　　回程許用壓力角60°</p><p><b>　　近休止角90°</b></p><p><b>　　凸輪曲線如圖18：</b></p><p><b>　　圖18 凸輪曲線</b><

23、;/p><p>　　凸輪偏心距e=70.12mm，基圓半徑r0=140.2mm</p><p>　　升程采用正弦加速度規(guī)律：（）</p><p>　　回程采用等速運動規(guī)律：（）</p><p><b>　　近休止：（）</b></p><p><b>　　S=0</b></

24、p><p><b>　　V=0</b></p><p><b>　　a-0</b></p><p>　　故由此可確定凸輪輪廓方程：</p><p><b>　　凸輪輪廓方程：</b></p><p><b>　　()</b></p

25、><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　用matlab繪制凸輪的輪廓如圖19</p><p><b>　　圖19 凸輪的輪廓</b></p><p><b>　　2、槽輪機構(gòu)設計</b></p><p><b>　　確定槽輪槽數(shù)&l

26、t;/b></p><p>　　在撥盤圓銷數(shù)k=1時，槽輪槽數(shù)z=4，該槽輪的各尺寸關(guān)系如圖20所示</p><p>　　圖20 槽輪機構(gòu)幾何尺寸關(guān)系</p><p><b>　　槽輪槽間角</b></p><p>　　由圖20可知槽輪的槽間角為</p><p>　　槽輪每次轉(zhuǎn)位時撥盤的轉(zhuǎn)角

27、</p><p><b>　　中心距</b></p><p>　　槽輪機構(gòu)的中心距應該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)尚不明確的情況下暫定為</p><p><b>　　撥盤圓銷回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p><b>　　槽輪相對半徑</b></p><p>

28、<b>　　鎖止弧張角</b></p><p><b>　　圓銷半徑</b></p><p><b>　　圓整</b></p><p><b>　　槽輪槽深</b></p><p><b>　　鎖止弧半徑</b></p>

29、<p><b>　　取</b></p><p>　　4、滑移齒輪傳動設計</p><p><b>　　確定齒輪齒數(shù)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)簡圖圖12中齒輪5、6、7、8、9、10組成了滑移齒輪有級變速運動功能單元，其齒數(shù)分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知</p>

30、<p><b>　　按最小不跟切齒數(shù)取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　為改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，故取</p><p><b>　　其齒數(shù)和為</b></p><p><b>　　可取</b&g

31、t;</p><p>　　另外兩對嚙合齒輪的齒數(shù)和應該大致相同</p><p>　　為了更接近傳動比iv2可取</p><p>　　為了更接近于所要求的傳動比，可取</p><p><b>　　計算齒輪幾何尺寸</b></p><p>　　齒輪7、8的齒數(shù)，齒輪9、10的齒數(shù)和齒輪5、6的齒數(shù)和相

32、等，即 </p><p>　　若取齒輪模數(shù)為m=2mm，則這兩對齒輪的標準中心距相同</p><p>　　故9,10的齒數(shù)和要比7,8和5,6的齒數(shù)和大</p><p>　　故齒輪9,10要采用負變位才能使9,10的中心距與5,6或7,8標準中心距相同，</p><p>　　這三對齒輪互為標準傳動，齒輪5,6和齒輪7,8幾何尺寸可按標準齒輪計

33、算，齒輪9,10采用負變位齒輪計算：</p><p>　　變位系數(shù)x1，x2：</p><p>　　知道標準齒輪5,6,7,8的模數(shù)和齒數(shù)，表位齒輪9,10的模數(shù)，齒數(shù)，變位系數(shù)，可求得所需齒輪的參數(shù)。</p><p><b>　　5、齒輪傳動設計</b></p><p>　　1）圓柱齒輪傳動設計</p>

34、<p>　　運動功能單元4，二級減速輪：</p><p>　　由結(jié)構(gòu)簡圖可知，齒輪11、12、13，14實現(xiàn)圖9中的運動功能4的減速運動功能，它所實現(xiàn)的傳動比為9.53。</p><p>　　齒輪11,12大于最小不根切齒數(shù)：</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　故&l

35、t;/b></p><p>　　為了使11，12,13,14的傳動比更接近9.53，取:</p><p>　　齒輪11,12,13,14均為標準齒輪，取模數(shù)m=2mm。 </p><p>　　運動功能單元9，增速齒輪：i=4</p><p>　　取z18=17，z17=17*4=68</p><p>　　取

36、 </p><p>　　取模數(shù)為2mm，全部按標準齒輪傳動設計。</p><p>　　五、機械系統(tǒng)運動分析</p><p>　　帶動鋼帶伸出的橡膠輪半徑，為逆時針轉(zhuǎn)動，通過機構(gòu)運動簡圖的分析，發(fā)動機為順時針轉(zhuǎn)動，通過齒輪組的變速，凸輪和槽輪撥盤為逆時針轉(zhuǎn)動，槽輪又通過一個增速齒輪組，實現(xiàn)橡膠輪的逆時針轉(zhuǎn)動，周期與沖頭相同。</p>

37、<p>　　沖頭初始位置為凸輪升程起始位置，槽輪初始位置為如A3圖所示位置。</p><p>　　1）執(zhí)行構(gòu)件1運動分析</p><p>　　沖頭升程、回程運動方程及推桿位移、速度、加速度線圖：</p><p>　　升程采用正弦加速度規(guī)律：（）</p><p>　　回程采用等速運動規(guī)律：（）</p><p&g

38、t;<b>　　近休止：（）</b></p><p><b>　　S=0</b></p><p><b>　　V=0</b></p><p><b>　　a-0</b></p><p>　　沖頭位移線圖，如圖21。</p><p>