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1、機械工程學院課程設計說明書
1.設計任務
1.1設計題目
專用精壓機
1.2工作原理及工藝動作過程
專用精壓機是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝,它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖1.1所示,上模先以比較小的速度接近坯料,然后以勻速進行拉延成形工作,以后,上模繼續(xù)下行將成品推出型腔,最后快速返回。上模退出下模以后,送料機構從側面將坯料送至待加工位置,完成一個工作循環(huán)。
圖1.1
1) 將新坯料送至待加工位置;
2) 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出膜腔。
1.3原始數(shù)據(jù)和設計要求
1) 動力源是電動機,作轉動;沖壓執(zhí)行構件為上模,作上下往復直移運動,其
2、大致運動規(guī)律如圖1.2所示,具有快速接近工件、等速工作進給和快速返回的特性。
2) 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。
3) 上模移動總行程為280 mm,其拉延行程置于總行程的中部,約100 mm。
4) 行程速比系數(shù)K≥1.3。
5) 坯料輸送的最大距離200 mm。
6) 上模滑塊總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 N,且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡;
7) 設最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm,繞質(zhì)心轉動慣量為2 kg??m2/mm,質(zhì)心簡化到桿長的中點。其它構件的質(zhì)量及轉動慣量均忽略不計;
8) 傳動裝置的等效轉動慣量(以曲柄為等效構件,其轉動慣量設為30 kg?
3、?m2,機器運轉許用不均勻系數(shù)[δ]為0.05)
1.4設計任務
1)按工藝動作要求擬定動作循環(huán)圖。
2)進行送料機構、沖壓機構的選型。
3)機械運動方案的評價和選擇。
4)按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數(shù)擬定機械傳動方案。
5)進行飛輪設計。
6)畫出機械運動方案簡圖。
7)對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算。
2.系統(tǒng)傳動方案設計
2.1原動機類型的選擇
本機構加工的主要是鋁合金制件,且需
4、要一次沖壓成型。故機構需要較大的沖壓力來實現(xiàn)。同時保證其精壓的質(zhì)量,機構需要勻速的沖壓過程,因此我們采用具有較好的傳動性和較高接觸強度的齒輪機構??紤]到工作效率的要求,采用曲柄滑塊機構送料,為了使整個機構能夠快速、緊密、平穩(wěn)地運行,需要機構各個部分必須相互配合,并且足夠穩(wěn)定。
2.2主傳動機構的選擇
(1)、 推板送料 由曲柄—滑塊送料機構的推板將待加工件推至預定的工作位置。
(2)、 上、下模沖壓工件 擺動—導桿沖壓機構在送料機構完成送料回程時已經(jīng)進入沖壓工作階段。上模滑塊先快速接近工件,接近時在以等速對其進行沖壓,而下模在等速沖壓時恰好達到極限位置,頂住工件實現(xiàn)精壓。
(3)、
5、 上模滑塊急回、下模向上頂出工件 上模滑塊機構急回向上退回,下模滑塊則由原本的最低極限位置向上運動,將精壓好的成品向上頂出。
(4)、 推板送料并將成品推至下工作臺 曲柄—滑塊送料機構完成一次送料后再次送料,而此時成品已被下模頂出下一個加工工件恰好將成品推至下工作臺。同時將新工件送至預定加工位置。
3 執(zhí)行機構的選擇與比較
3.1執(zhí)行機構方案的比較
1、 送料機構的選擇
送料機構實現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機構、凸輪—連桿組合送料機構、槽輪機構等。
方案一:選用凸輪機構
方案一中,凸輪機構的缺點是凸輪廓線與推桿之間為點接觸,線接觸,易磨損,并且凸輪機構制作比較困難。
6、
方案二:選擇曲柄滑塊機構
方案二中,運動副元素為面接觸,壓力較小,承載能力較大,潤滑好,磨損小,加工制造較容易
2沖壓機構的選擇
沖壓機構為保證等速拉延、回程快速的要求,可采用導桿加搖桿滑塊的六桿機構、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機構、齒輪—連桿沖壓機構等。
方案一:選用曲柄滑塊機構
該方案自由度為一,自由度等于原動件數(shù),能夠滿足傳動要求,結構簡單,裝配較容易,但一級傳動角較小,機構傳力性能差。
方案二: 四連桿機構+搖桿滑塊機構
該方案自由度等于原動件數(shù),能夠滿足傳動要求,加壓時間較短,一級傳動角最大,效率高,成本低,工作平穩(wěn)性一般.
方案三:四桿機構
7、+曲柄滑塊機構
方案一、二、三都能實現(xiàn)急回運動,綜合考慮機構的力學性能和制作成本,選用方案三。
2、 頂桿機構的選擇—凸輪機構
設計頂桿機構的目的為了使成品推出型腔,選用下圖的凸輪機構,能夠滿足條件。
3.2執(zhí)行機構方案的確定
在所有方案全部提出后,小組進行了對比。各個方案都由不同的基礎機構組合而成,且基本都可完成設計要求的運動。但是考慮到后期的建模,分析等的方便,最后小組經(jīng)過討論,決定送料機構選擇方案一,沖壓機構選擇方案三,頂桿機構選擇凸輪機構。
4.系統(tǒng)總體運動方案的比較分析確定
4
1
電動機
5
主滑塊
2
飛輪
6
凸模
3
帶
8、輪傳動
7
凹模
4
齒輪
8
坯料
5.擬定工作循環(huán)圖
從循環(huán)圖看出,推桿和上模正行程同時開始,但推桿送料時間短,在開始沖壓前送料已經(jīng)完畢,同時在上?;爻桃恍《螘r間后頂桿開始頂出成型品,在下一個運動周期開始時頂桿完成正行程。
機構運動尺寸計算
1、 沖壓機構
1> 傳動四桿機構的尺寸計算
按照設計要求,擺桿質(zhì)量為40kg/m,繞質(zhì)心轉動轉動慣量為2kg m2 ,所以根據(jù)計算式
1/12 40 c3 = 2
C ≈ 0.843 m
取K=1.4 ,設計擺桿擺腳為ψ = 60。 ,由
9、課本P120圖8-20 查得此時最小傳動角最大取值maxγmin ≈ 33。 ,β≈46。。 參考課本p136式8-25則
θ=180。(k – 1)/(k+1)=30。
a/d=sin30。sin(15。+46。)/cos(30。-15。) = 0.4527
b/d= sin30。sin(15。+46。)/sin(30。-15。) =0.9366
c/d = 1
可得:
a = 0.382m b = 0.790m c = d = 0.843m
2> 沖模連桿滑塊機構尺寸計算
在剛結束沖壓時(圖中粗實線所示),
10、OA與水平夾角為30。 ,并且沖塊和連桿在一條直線上。 回程結束時(圖中虛線所示)OA極限位置在OA‘處,AB處于A’B‘處。由幾何關系可知:
AB = 140 + OAsin30。
AB2= OA2+ OA2cos30。2
解得
OA = 170.135mm
AB = 225.067mm
3> 傳動機構運動分析
設計要求精壓機生產(chǎn)效率為70件/min ,則曲柄轉動周期為T=0.857s ,曲柄平均角速度 ω=7.33 rad/s 。
沖塊正行程時間:
t =T(180 +θ)/360。= 0.5s
回程時間:
t = T – t = 0.357s
2、 送料機構
11、
1> 送料機構尺寸
由設計要求坯料輸送距離需達到200mm,所以
2a = 200mm
a = 100mm
b桿長選取為200mm
2> 運動分析
為保證送料和沖模運動一致,其周期也應為
T = 0.857s
3、 頂桿機構
頂桿機構采用凸輪傳動,凸輪推程角為80。,推程時間為
t = 80。/360。= 0.19s
回程角設計為60。,時間約為0.143s ,使其能快速回程,避免和沖塊,送料機構碰撞。
工作廓線的設計
由課本P163式9-17得
X,= x-rrcosθ y, = y-rrsinθ
其中:
sinθ=(
12、dx/dδ)√(dx/dδ)2+(dy/dδ)2
cosθ=-(dy/dδ)√(dx/dδ)2+(dy/dδ)2
推程段 δ1=[0,80.]
dx/dδ=(ds/ dδ)sinδ1 +(r0+s)cosδ1
={(2h/π)[1-cos4δ1]}sinδ1+(r0+s)cosδ1
dy/dδ=(ds/ dδ)cosδ1-(r0+s)sinδ1
={(2h/π)[1-cos4δ1]} cosδ1+(r0+s) sinδ1
遠休止 δ2=[0,10.]
dx/dδ=(r0+s)cos(π/2+δ2)
dy/dδ=-(r0+s)sin(π/2+δ2)
回程階段δ3=[0,60.]
dx/dδ=(ds/ dδ)sin(δ3+π)+(r0+s)cos(δ3+π)
=(810hδ32/π3-4860 hδ33/π4+7290 hδ34/π5)sin(δ+ π)+ (r0+s) cos(δ3+π)
dy/dδ=(810hδ32/π3-4860 hδ33/π4+7290 hδ34/π5)cos(δ3+ π- (r0+s)cos(δ3+π)
近休止 δ4=[0,210.]
dx/dδ=(r0+s)cos(4π/3+δ4)
dy/dδ=-(r0+s)sin(4π/3+δ4)
通過計算得出凸輪工作廓線各點坐標得出凸輪廓線。
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