机械原理课程设计分度冲压机（方案2）.doc

机械原理课程设计 题 目 分度冲压机（方案2）专 业 能源学院 学 号 学 生 指 导 教 师 答 辩 日 期 年 月 日1.题目要求冲头BA如下图所示分度冲压机的功能简图。原动机转速为1430rpm，冲头在位置A每分钟冲压次数15,25,35分三档可以调节，冲头行程200mm；盘形工作台上均布8个工位，工作台逆时针间歇转动，每转过一个工位，冲头冲压一次。当冲压好的工件转至位置B时，推杆把工件推出。2. 题目解答（1）工艺动作分析由设计题目和上图可见，在位置A冲压工件的冲头是执行构件1，盘形工作台是执行构件2，在位置B处把工件推出的推杆是执行构件3，这三个执行构件的运动协调关系如下图所示。 T执行构件运动情况执行构件1下降上升执行构件2转动间歇执行构件3上什下降T1分度冲压机运动循环图上图中T是是执行构件1冲头和执行构件3推杆的工作周期， T1 是执行构件2盘形工作台的工作周期。执行构件1、3是间歇往复移动，执行构件2是间歇转动。执行构件1、3的周期相等，执行构件2的周期是执行构件1、3的四分之一左右，执行构件2大多数时间是在停歇状态。（2） 运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图1所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）间歇往复运动一次，主动件转速分别为15、25、35转/分。 15、25、35rpm 图1执行机构1的运动功能由于电动机的转速为1430转/分，为了在执行机构1的主动件上分别的到15、25、35转/分的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比有3种，分别为总传动比由定传动比和变传动比两部分构成，即3种总传动比中最大，最小。由于定传动比是常数，因此，3种变传动比中最大，最小。采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于4，即 于是定传动比 其传动比的其他值为 于是，传动系统的有级变速功能单元如图2所示。 图2有级变速运动功能单元为了保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护功能还具有减速功能，如图3所示。图3 过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为减速运动功能单元如图4所示。图4 减速运动功能单元根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件1运动的运动功能系统图，如图5所示。执行构件1 1430rpm 图5 实现执行构件1运动的运动功能系统图 为了使用统一原动机驱动执行构件2，应该在图5所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件2，该运动分支功能单元如图6所示。由于执行构件2与执行构件1的运动平面相互垂直，因此，该运动功能单元如图7所示。图6运动分支功能单元图7运动功能单元由于执行构件2是间歇运动，且由图1可以看出执行构件2的间歇时间是工作周期T的3/4，即其运动时间是其工作周期T的1/4。因此，间歇运动功能单的运动系数为间歇运动功能单元如图8所示图8 间歇运动功能单元由于执行构件2的动作幅度是其传动构件的一半，因此，驱动执行构件2转速应该是的驱动机构2的主动件的的转速的二分之一左右。所以，间歇运动功能单元输出的运动应经过减速运动功能单元减速，如图9所示图9 减速运动功能单元减速运动功能单元输出的运动驱动执行机构2实现执行构件2的运动功能。由于执行构件2做间歇转动运动，因此，执行构件2的运动功能是把连续转动转换为歇转动运动。 同理，为了使原动机驱动执行构件3，需在图10中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件3，该运动分支功能单元与执行构件1的相同所示。由于执行构件3与执行构件2的运动平面相互垂直，因此，该运动功能单元如图7所示。驱动执行构件3工作的执行机构应该具有的运动功能如图5所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，和执行构件1基本相同。根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图10所示。 1430rpm 执行构件3执行构件1执行构件21 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12图10分度冲压机（方案2）的运动功能系统图（3） 系统运动方案拟定根据图10所示的运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。图10中的运动功能单元1是原动机。根据分度冲压机的工作要求，可以选择电动机作为原动机，如图12所示。图11电动机替代运动功能单元1图10中的运动功能单元2是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替，如图12所示。 图12皮带传动替代运动功能单元2图10中的运动功能单元3是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代替，如图13所示。 图13 滑移齿轮变速替代运动功能单元3图10中的运动功能单元4是减速功能，可以选择定轴齿轮传动代替，如图14所示。 图14定轴齿轮传动代替运动功能单元4图10中的运动功能单元6执行构件1的间歇直线运动，可以用倒杆滑块机构代替，如图15所示。 图15 倒杆滑块机构替代运动功能单元6图16 圆锥齿轮传动替代运动功能单元7图17 2运动功能单元的主动件固连替代运动功能单元5图10中运动功能单元9是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构。该运动功能单元的运动系数为，该槽轮机构如图18所示。图18 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元9图10中的运动功能单元10是增速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，完成执行构件2（转盘）的间歇转动，如图19所示。图19 圆柱齿轮传动替代减速运动功能单元10 图10中运动功能单元12使得推杆作上下间歇直线运动，可用凸轮机构实现。如图20。 图20 凸轮机构代替运动功能单元12根据以上分析，按照图10各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了分度冲压机的运动方案简图。图形绘于A3图纸上。（4） 系统运动方案设计1）执行机构1的设计执行机构1驱动执行机构1运动。由题目可知，滑枕的行程为 h=200mm设在倒杆滑块机构中，行程速比系数为 K=1.4则，该机构的极位夹角为 倒杆的摆角为 由此可得倒杆的长度为 l=再采用课本上的作图法，可确定滑枕的导路距最下面的支架的距离为 与冲头相连的连杆长度l1可以按照许用压力角在考虑结构的基础上确定。执行机构在工作过程中，其最大压力角为 若要求 则 考虑到结构问题，可以选l1=70130mm，取l1=90mm机构中曲柄的回转中心点应选在中线上，且其到最下面支架的距离可选为 AD=170mm据此，可得曲柄的长度为2) 槽轮机构设计1) 确定槽轮槽数在拨盘圆销数k=1时，槽轮槽数z=4，该槽轮的各尺寸关系如图21所示图21 槽轮机构几何尺寸关系2) 槽轮槽间角 由图21可知槽轮的槽间角为3) 槽轮每次转位时拨盘的转角4) 中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 5) 拨盘圆销回转半径6) 槽轮半径7) 锁止弧张角8) 圆销半径圆整9) 槽轮槽深10) 锁止弧半径取 3） 执行机构3设计执行机构3驱动执行构件3运动，执行构件3由凸轮带动推杆做上下往复间歇直线运动。推程大小应根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为200mm，执行构件1的凸轮机构的原始参数如下。升程130mm升程运动角150°升程运动规律：正弦加速度升程许用压力角30°回程运动角100°回程运动规律：余弦加速度回程许用压力角60°远休止角 30o近休止角80°凸轮曲线如图22： 图22 凸轮曲线由上图，通过作图法可确定确定偏距e=33.78mm 基圆半径ro=116.7835mm凸轮的轮廓如图23图23 凸轮的轮廓4）、滑移齿轮传动设计1) 确定齿轮齿数结构简图中齿轮5、6、7、8、9、10组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知按最小不跟切齿数取则其齿数和为另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同2) 计算齿轮几何尺寸齿轮7、8的齿数，齿轮9、10的齿数和齿轮5、6的齿数和相等。若取齿轮模数为m=2mm，则这两对齿轮的标准中心距相同这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。5）、齿轮传动设计1）圆柱齿轮传动设计 由结构简图可知，齿轮11、12、13、14实现图10中的运动功能4的减速运动功能，它所实现的传动比为9.532。齿轮11、12、13、14是二级齿轮传动，因此，传动比平均分配： 同时在驱动执行构件2时也需要一对传动比为2的定轴齿轮，齿轮17、18。 齿轮11，13避免根切，齿数应大于等于17取 则： 取模数m=2mm，按标准齿轮计算。2） 圆锥齿轮传动设计由结构简图可知，锥齿轮19、20、21、22实现图11中的运动功能7、11，改变其转动方向，他所实现的传动比为1两锥齿轮的轴间角为 锥齿轮的分度圆锥角为 锥齿轮的最小不根切当量齿数为 锥齿轮1齿数按最小不根切齿数确定，即锥齿轮的齿数取 锥齿轮的几何尺寸，取m=3mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。（锥齿轮计算参数见附表）6）、带传动设计由于工作环境与工作条件尚不明确带传动，根据传动比，暂定带轮的直径为7） 运动方案执行构件运动时序分析1） 曲柄的初始位置（顺时针）由于该曲柄机构的极位夹角为，因此，倒杆应处于左极限位置，曲柄与水平轴夹角成2） 盘形工作台的初始位置只需工作台上有一个工件在冲头正下方即可3） 推杆的初始位置（凸轮逆时针）推杆初始位置应在凸轮最低点，即为让其开始运动时，凸轮进入推程运动阶段8） 机械系统运动分析执行构件1的运动分析 由转速及传动比可计算出转动杆的角速度，并由杆组的长度等一系列条件可计算出推杆的运动周期T1执行构件2的运动分析 槽轮作匀速转动，其转动周期为1/4T1,间歇周期为3/4T1,角速度等于转杆角速度执行构件3的运动分析对于凸轮的升程的运动方程如下所示：对于凸轮的回程运动方程如下所示：推杆位移线图（横坐标凸轮转过角度，单位：°；纵坐标推杆位移，单位：mm）推杆速度线图（横坐标图轮转过角度，单位°；纵坐标为推杆速度，单位mm/s)推杆加速度线图（横坐标为凸轮转过角度，单位：°；纵坐标为推杆加速度，单位：mm/s2）