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⑦送料距离Sn=150mm。
⑧机器运转速度不均匀系数不超过。
图1
图2
设计任务
1.绘制冲床机构的工作循环图,使送料运动与冲压运动重叠,以缩短冲床工作周期;
2.针对图所示的冲床的执行机构(冲压机构和送料机构)方案,依据设计要求和已知参数,确定各构件的运动尺寸,绘制机构运动简图;
3.在冲床工作过程中,冲头所受的阻力变化曲线如图所示,在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下,分析曲柄所需的驱动力矩;
4.取曲柄轴为等效构件,确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量;
5.用软件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可)对执行机构进行运动仿真,并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
6.图纸上绘出最终方案的机构运动简图(可以是计算机图)并编写说明书。
2.设计背景
冲床自动送料机实质上是上料机械手,适用于轴承行业、小五金行业、标准件行业的冲压加工。
它能自动上料和卸料,提高生产效率,保证产品质量,改善工人劳动强度,确保人身安全。
本机节拍与冲床同步,连续生产.总体结构简单、紧凑,传动平稳,性能可靠,使用安全,操作方便,便于加工、装拆、调整、维护、制造经济。
在冷挤压加工行业特别是轴承冲挤压加工中有较大的应用前景。
自动送料是冲压加工实现自动化的最基本要求、也是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证。
自动送料机构每次送进带料或条料的距离称为送料步距,送料步距可根据冲压件的形状尺寸及冲压工艺的需要设计确定。
主要参数及性能指标
生产率
(件/min)
180
送料距离
(mm)
150
板料厚度
2
轴心高度
1060
冲头行程
100
辊轴半径
60
大齿轮轴心坐标
270
460
大齿轮轴心偏距
30
送料机构最小传动角
(0)
45
速度不均匀系数
板料送进阻力
(N)
530
冲压板料最大阻力
2300
冲头重力
3.课题分析
一般来讲,我们要设计一个机构,包括根据该机构的功能要求选择机构的类型,即确定机构运动简图的形式,也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设计;
确定机构运动简图之后,我们需要计算它的尺寸参数,称为机构的尺寸综合或运动设计;
之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。
由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式,不必再确定运动简图。
所以,只需要考虑运动设计。
也就是说,题目中的综合指的是尺寸综合。
4.工作原理
送料过程:
电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动,将一定量的薄钢板送入冲床工作台面位置
冲制过程:
飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构中曲柄为主动件,带动摇杆摆动,摇杆与棘轮共轴,从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动,棘轮与辊轴中心轴线重合,最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工作位置。
5.机构选择
方案一:
小齿轮与辊轴的压紧
考虑到小齿轮与工件直接接触不仅起不到压紧的作用还会损伤工件,所以该方案不合适。
方案二:
辊轴与辊轴的压紧
调整适当的间隙便于进料,可以保证工件稳定运动且工件表面无划痕。
比较两个方案后决定采用方案二。
辊轴的直径为60mm,上下辊旋转一周的送料长度为L,则:
所以符合要求。
间歇机构设计
当板料送到滑块底部时要被冲制,存在冲压加工时间,所以应该设计间歇机构。
这里选择了棘轮机构。
棘轮与摇杆有共同的中心轴线,摇杆上安装了棘爪。
设棘轮的棘齿数Z=11,冲床往复一次的送料长度为L1,棘轮每转一齿,摇杆转角为α,则
取棘轮的模数m=6,则外径
运动方案设计
如图所示本机构用了连杆和椭圆形的凸轮机构,齿轮—连杆冲压机构和椭圆形的凸轮—连杆送料机构。
正如图所示一样但在设计椭圆形的凸轮机构时不好计算和加工,这大大的增加了加工的难度和设计。
题目给出的方案
根据压紧机构选择的结果,采用双辊压紧机构,则不采用齿轮啮合。
所以要在该方案的基础上改进。
此方案的优点:
送料误差较小,且每次送料距离相同,结构简单,载荷平稳
缺点:
体积较大,有死点存在,但在主动轮采用飞轮可避免死点,且不符合设计要求中的最小传动角要求。
方案三:
在方案二的基础上改进。
冲制机构方案不变,采用曲柄滑块机构。
曲摇杆机构中曲柄为主动件,带动摇杆转动,摇杆与棘轮共轴,从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动,采用双辊轴压紧送料机构。
此方案的优点:
棘轮机构可把摇杆的往复运动改成单一方向运动,曲柄摇杆的急回特性不影响机构运动,机构体积较小
缺点:
结构复杂,计算复杂,有一定的误差,但可以通过增加棘轮的齿数来减小误差,噪声较大。
综合上述三种方案,选择第三种方案。
6.理论计算
曲柄滑块设计
已知条件
冲压行程
N=180转/分,则每转需要时间
设飞轮的角速度为
,则速度为
根据冲头行程
得
C到冲头为245mm冲头高20mm滑块共高510mm
曲柄摇杆机构的设计
可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。
已知最小传动角为
,则由此知
确定各杆长度
当a和d杆共线的位置有最小传动角
γ存在分别为
,
当
时为最佳传动机构,可根据余弦公式
解得
式中
且
解得:
曲柄长度应非负,则
所以
(其他值不符合要求舍去!
)
可取
解得
或者
因为c<b,所以取
棘轮与曲柄摇杆机构的整合
因为舍弃了齿轮啮合传动,所以可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆,棘爪安装在摇杆上。
发动机的选择
本设计中已经采用了
的设计,所以可得到速度
可得瞬时功率
按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率
=,算的
冲床传动系统如图3所示
电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。
原动机为三相交流异步电动机,其同步转速选为1500r/min,可选用如下型号:
电机型号
额定功率(kw)
额定转速(r/min)
Y100L2—4
1420
Y112M—4
1440
Y132S—4
图3
由生产率可知主轴转速约为180r/min,且题目要求使用单级齿轮传动,电动机暂选为Y112M—4,则传动系统总的传动比传动比约为
=8。
带传动的传动比
,则齿轮减速器
。
飞轮的选择
采用近似法算飞轮,根据设计条件所给出的最大阻力
最大盈亏功
飞轮安装在主动轴上
算得
飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质,飞轮半径为100mm,求得厚度。
7.三维建模以及模拟运动仿真
根据上面的计算数据,通过三维软件CATIA建模,并约束其零件之间的装配关系,完了本设计的仿真。
建立的三维模型
通过CATIA中的数字分析模块,分别测量出了冲头的运动过程中的速度曲线和加速度曲线。
冲头的速度曲线冲头的加速度曲线
由于大齿轮做来回的回转往复运动,同样的也测量了其在3秒时间内的速度和加速度曲线。
大齿轮的速度曲线大齿轮的加速度曲线
由于大齿轮同时也在转动,所以同样测出了其角速度和角加速度曲线。
大齿轮的角速度曲线大齿轮的角加速度曲线
8.实物照片
根据要求,本设计在机械实验室里面,搭建了按比例缩小的模型。
通过实验,搭建的模型基本符合设计要求。
实验室搭建的实物模型如下
9.模型运动图和实物介绍图
根据设计要求,根据本次实验做的CATIA模拟运动动画和实物模型介绍的视屏,随本说明书一并上交。
10.设计感想(总结)
11.参考文献:
[1].谢进.反平行铰链四杆机构的连杆曲线方程.西南交通大学学报.第18卷4期.
[2].张新华.冲床自动送料机的原理与设计.锻压技术.1993年.
[4]谢泗淮主编.机械原理.北京:
中国铁道出版社.2001.
[5]曹惟庆着.平面连杆机构分析与综合.北京科学出版社.1989.
[6]作品设计说明书格式.XX文库附:
CATIA中的三维图
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