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冲床冲压机构设计说明书
冲床冲压机构、送料机构及传动系统的设计
设计题目
设计冲制薄壁零件冲床的冲压机构、送料机构及其传动系统。
冲床的工艺动作如图5—
1a)所示,上模先以比较大的速度接近坯料,然后以匀速进行拉延成型工作,此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。
(a)(b)(c)
图5—1冲床工艺动作与上模运动、受力情况
要求设计能使上模按上述运动要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送至下模上方的送料机构,以及冲床的传动系统,并绘制减速器装配图。
二、原始数据与设计要求
1•动力源是电动机,下模固定,上模作上下往复直线运动,其大致运动规律如图b)
所示,具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性;
2•机构应具有较好的传力性能,特别是工作段的压力角1应尽可能小;传动角丫大于
或等于许用传动角[丫]=40°;
3•上模到达工作段之前,送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方);
4.生产率约每分钟70件;
5.上模的工作段长度l=30~100mm,对应曲柄转角&(1/3~1/2)n;上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上;
6•上模在一个运动循环内的受力如图c)所示,在工作段所受的阻力Fo=5000N,在
其他阶段所受的阻力50N;
7•行程速比系数K>1.5;
&送料距离H=60~250mm;
9.机器运转不均匀系数3不超过0.05。
若对机构进行运动和动力分析,为方便起见,其所需参数值建议如下选取:
1)设连杆机构中各构件均为等截面均质杆,其质心在杆长的中点,而曲柄的质心则与回转轴线重合;
2)设各构件的质量按每米40kg计算,绕质心的转动惯量按每米2kg•m2计算;
3)转动滑块的质量和转动惯量忽略不计,移动滑块的质量设为36kg;
6)传动装置的等效转动惯量(以曲柄为等效构件)设为30kg•m2;
7)机器运转不均匀系数S不超过0.05。
传动系统方案设计
冲床传动系统如图5—2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
3.0
1420
Y112M—
4
4.0
1440
Y132S—
4
5.5
1440
由生产率可知主轴转速约为70r/min,若电动机暂选为Y112M—4,则传动系统总传动
比约为1o取带传动的传动比ib=2,则齿轮减速器的传动比ig=10.285,故可选用两级齿轮减速器。
机带传劫
电
岗轮减速器
冲压机构
迭料机构
图5—2冲床传动系统
四、执行机构运动方案设计及讨论
该冲压机械包含两个执行机构,即冲压机构和送料机构。
冲压机构的主动件是曲柄,从
动件(执行构件)为滑块(上模),行程中有等速运动段(称工作段),并具有急回特性;机构还应有较好的动力特性。
要满足这些要求,用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现的。
因此,需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。
送料机构要求作
间歇送进,比较简单。
实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。
下面介绍几个较为合理
的方案。
1•齿轮一连杆冲压机构和凸轮一连杆送料机构
如图5—3所示,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。
恰当地选择点C的轨迹和确定构件尺寸,可保证机构具有急回运动和工作
段近于匀速的特性,并使压力角:
:
尽可能小。
送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的,按机构运动循环图可确定凸轮推程运动
角和从动件的运动规律,使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。
设计时,若使
Iog 图5—3冲床机构方案之一图5—4冲床机构方案之二 2•导杆一摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构 如图5—4所示,冲压机构是在导杆机构的基础上,串联一个摇杆滑块机构组合而成的。 导杆机构按给定的行程速比系数设计,它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。 适当选择导路位置,可使工作段压力角: 较小。 送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。 按机构运动循环图可确定凸轮推程运动 角和从动件的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。 3.六连杆冲压机构和凸轮一连杆送料机构 如图5—5所示,冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。 四杆机构可按行程速比系数用图解法设计,然后选择连杆长Ief及导路位置,按工作段近于匀速的 要求确定铰链点E的位置。 若尺寸选择适当,可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角丫满足要求,压力角]较小。 凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连,若按机构运动循环图确定凸轮转角 及其从动件的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。 设计时,使Iih 则可减小凸轮尺寸。 4.凸轮一连杆冲压机构和齿轮一连杆送料机构 如图5—6所示,冲压机构是由凸轮一连杆机构组合,依据滑块D的运动要求,确定固 定凸轮的轮廓曲线。 送料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成,若按机构运动循环图确定曲柄摇 杆机构的尺寸,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。 选择方案时,应着重考虑下述几个方面: 1)所选方案是否能满足要求的性能指标; 2)结构是否简单、紧凑; 3)制造是否方便,成本可否降低。 经过分析论证,方案1是四个方案中最为合理的方案,下面就对其进行设计。 五、冲压机构设计 由方案1图5—3可知,冲压机构是由七杆机构和齿轮机构组合而成。 由组合机构的设计可知,为了使曲柄AB回转一周,C点完成一个循环,两齿轮齿数比Z1/Z2应等于1。 这样,冲压机构设计就分解为七杆机构和齿轮机构的设计。 1•七杆机构的设计 设计七杆机构可用解析法。 首先根据对执行构件(滑块F)提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度CF,并选定能实现上述要求的点C的轨迹,然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE的尺寸。 设计此七杆机构也可用实验法,现说明如下。 如图5—7所示,要求AB、DE均为曲柄,两者转速相同,转向相反, 转动时,从动件滑块在l=60mm范围内等速移动,且其行程H=150mm。 图5—7七杆机构的设计 1)任作一直线,作为滑块导路,在其上取长为I的线段,并将其等分,得分点F1、F2、…、Fn(取n=5)o 2)选取ICF为半径,以Fi各点为圆心作弧得心、K2、…、K5。 3)选取Ide为半径,在适当位置上作圆,在圆上取圆心角为「的弧长,将其与I对应等分,得分点D"…、D5。 4)选取Idc为半径,以Di为圆心作弧,与心、心、…、K5对应交于0、C2、…、C5。 5)取Ibc为半径,以Ci为圆心作弧,得L? 、…、L5。 6)在透明白纸上作适量同心圆弧。 由圆心弓I5条射线等分「(射线间夹角为厂J)。 7)将作好图的透明纸覆在Li曲线族上移动,找出对应交点Bi、B2、…、B5,便得曲柄长Iab及铰链中心A的位置。 8)检查是否存在曲柄及两曲柄转向是否相反。 同样,可以先选定Iab长度,确定Ide和铰链中心E的位置。 也可以先选定Iab、Ide和A、E点位置,其方法与上述相同。 用上述方法设计得机构尺寸如下: lAB=lDE=100mm,lAE=200mm,Ibc=bc=283mm,lcF=430mm,A点与导路的垂直距离为162mm,E点与导路的垂直距离为223mm。 2.齿轮机构设计 此齿轮机构的中心距a=200mm,模数m=5mm,采用标准直齿圆柱齿轮传动,Zi=Z2=40, ha=1.0。 六、七杆机构的运动和动力分析 用图解法对此机构进行运动和动力分析。 将曲柄AB的运动一周360°分为12等份,得 分点B「B2、…、B12,针对曲柄每一位置,求得C点的位置,从而得C点的轨迹,然后逐个位置分析滑块F的速度和加速度,并画出速度线图,以分析是否满足设计要求。 图5—8是冲压机构执行构件速度与C点轨迹的对应关系图,显然,滑块在F4~F8这段 近似等速,而这个速度值约为工作行程最大速度的40%。 该机构的行程速比系数为 K~30°x4 故此机构满足运动要求。 图5-8七杆机构的运动和动力分析 在进行机构动力分析时,先依据在工作段所受的阻力Fo=5000N,并认为在工作段内为 常数,然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb,并与曲柄角速度相乘,获得工作段的功率; 计入各传动的效率,求得所需电动机的功率为5.3KW,故所确定的电动机型号Y132S—4(额 定功率为5.5KW)满足要求。 (动力分析具体过程及结果略)。 七、机构运动循环图 依据冲压机构分析结果以及对送料机构的要求,可绘制机构运动循环图(如图5—9所 示)。 当主动件AB由初始位置(冲头位于上极限点)转过角i'r1.(=90°)时,冲头快速接近坯料;又当曲柄由门转到(=210°)时,冲头近似等速向下冲压坯料;当曲柄由门转到 (=240°)时,冲头继续向下运动,将工件推出型腔;当曲柄由「转到(=285°)时, 冲头恰好退出下模,最后回到初始位置,完成一个循环。 送料机构的送料动作,只能在冲头 退出下模到冲头又一次接触工件的范围内进行。 故送料凸轮在曲柄AB由300°转到390°完 成升程,而曲柄AB由390°转到480°完成回程。 图5-9机构运动循环图 七、送料机构设计 送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成,设计时,应先确定摇 杆滑块机构的尺寸,然后再设计凸轮机构。 1四杆机构设计 依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制,选取此机构尺寸如下: LRH=100mm,LoH=240mm,O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm,送料距离取为250mm时,摇杆摆角应为45.24°。 2•凸轮机构设计 G=12加刑 为了缩小凸轮尺寸,摆杆的行程应小AB,故取1'',最大摆角为 22.62°。 因凸轮速度不高,故升程和回程皆选等速运动规律。 因凸轮与齿轮2固联,故其等 速转动。 用作图法设计凸轮轮廓,取基圆半径r0=50mm,滚子半径rT=15mm。 八、调速飞轮设计 等效驱动力矩Md、等效阻力矩Mr和等效转动惯量皆为曲柄转角「的函数,画出三者的变化曲线,然后用图解法求出飞轮转动惯量Jf。 九、带传动设计 采用普通V带传动。 已知: 动力机为Y132S-4异步电动机,电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n1=1440rpm,传动比i=2,两班制工作。 (1)计算设计功率Pd -^^-14x4^-56^ 由⑹中的表6-6查得工作情况系数 KA=1.4 (2)选择带型由⑹中的图6-10初步选用A型带 也,-渝(3)选取带轮基准直径由[6]中的表6-7选取小带轮基准直径 由[6]中的表6-8取直径系列值取大带轮基准直径: (4)验算带速V ^OxLOOo"60klflOO 在(5~25m/s)范围内,带速合适。 (5)确定中心a和带的基准长度 范围内初选中心距 "厂孔0加0.7(町<d0<2(^唧在 初定带长 2x500+—(125+250)+=\59656mm 2-4x500 查⑹中的表6—2选取A型带的标准基准长度 %-叫+%〉+应E乔石J口瓦三Zd*8 «,-130* 2xt6003.14k(125+250)»1SOO-314x(125+250)]1-8x(125■250)a 取Z=3根 (8)确定初拉力 单根普通V带的初拉力 5。 叭彘毗盐7心®八”® Fo=2Z^sm^=2x3x]665xSin16535=991^^ (9)计算带轮轴所受压力 (10)带传动的结构设计(略) 十、齿轮传动设计 齿轮减速器的传动比为ig=10.285,采用标准得双级圆柱齿轮减速器,其代号为 ZLY—112-10—1。 09/20 11: 46 102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及CAD设计 09/08 20: 02 3kN微型装载机设计 09/20 15: 09 45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计 08/30 15: 32 5吨卷扬机设计 10/30 17: 12 C620轴拨杆的工艺规程及钻2-①16孔的钻床夹具设计 09/21 13: 39 CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计831003 08/30 15: 37 CPU风扇后盖的注塑模具设计 09/20 16: 19 GDC956160工业对辊成型机设计 08/30 15: 45 LS型螺旋输送机的设计 10/07 23: 43 LS型螺旋输送机设计 09/20 16: 23 P-90B型耙斗式装载机设计 09/08 20: 17 PE10自行车无级变速器设计 10/07 09: 23 话机机座卜壳模具的设计与制造 09/08 20: 20 T108吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计 09/21 13: 39 X-Y型数控铳床工作台的设计 09/08 20: 25 YD5141SYZ后压缩式垃圾车的上装箱体设计 10/07 09: 20 ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计 09/21 15: 34 ZXT-06型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计 10/30 16: 04 三孔连杆零件的工艺规程及钻①35H6孔的夹具设计 08/30 17: 57 三层货运电梯曳引机及传动系统设计 10/29 14: 08 上盖的工工艺规程及钻6-①4.5孔的夹具设计 10/04 13: 45 五吨单头液压放料机的设计 10/04 13: 44 五吨单头液压放料机设计 09/09 23: 40 仪表外壳塑料模设计 09/08 20: 57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计 09/08 21: 00 传动系统测绘与分析设计 10/07 23: 46 保护罩模具结构设计 09/20 15: 30 保鲜膜机设计 10/04 14: 35 减速箱体数控加工工艺设计 10/04 13: 20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计 09/08 21: 33 分离爪工艺规程和工艺装备设计 10/30 15: 26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻①12孔的夹具设计 10/29 14: 03 前盖板零件的工艺规程及钻8-M16深29孔的工装夹具设计 10/07 08: 44 加油机油枪手柄护套模具设计 09/20 15: 17 加热缸体注塑模设计 10/07 09: 17 动模底板零件的工艺规程及钻①52孔的工装夹具设计 10/08 20: 23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计 09/21 15: 19 升板机前后辅机的设计 09/09 22: 17 升降式止回阀的设计 09/22 18: 52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计 09/09 16: 41 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计 08/30 15: 59 半自动锁盖机的设计(包装机机械设计) 08/30 15: 57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计 10/29 13: 31 半轴零件钻6-①14孔的工装夹具设计图纸 09/26 13: 53 单吊杆式镀板系统设计 08/30 16: 20 单级齿轮减速器模型优化设计 08/30 16: 24 单绳缠绕式提升机的设计 09/09 23: 08 卧式加工中心自动换刀机械手设计 09/08 22: 10 厚板扎机轴承系统设计 09/18 20: 56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔①20的专用夹具设计 08/30 19: 32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计 09/09 22: 33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计 09/09 22: 32 双辊驱动五辊冷轧机设计 09/08 20: 36 变位器工装设计--0.1t普通座式焊接变位机 09/28 16: 50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计 09/08 22: 41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计 09/08 22: 42 可移动的墙设计及三维建模 10/04 13: 25 右出线轴钻2-①8夹具设计 10/04 13: 23 右出线轴钻6-①6夹具设计 09/08 22: 36 咖啡杯盖注塑模具设计 10/07 08: 33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计 09/09 16: 15 啤酒贴标机的设计(总体和后标部分的设计) 10/29 13: 58 喷油泵体零件的工艺规程及钻①14通孔的工装夹具设计 08/30 19: 39 四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计 09/21 13: 39 四方罩模具设计 08/30 19: 42 四组调料盒注塑模具设计 10/07 23: 55 固定座的注塑模具设计 09/09 23: 52 圆柱坐标型工业机器人设计 09/09 23: 48 圆珠笔管注塑模工艺及模具设计 10/13 16: 36 圆盘剪切机设计 09/21 13: 25 基于PLC变频调速技术的供暖锅炉控制系统设计 09/08 22: 20 基于pro-E的减速器箱体造型和数控加工自动编程设计 08/30 18: 00 基于PROE的果蔬篮注塑模具设计 08/30 19: 37 基于UG的TGSS-50型水平刮板输送机---机头段设计 09/21 15: 16 塑料油壶盖模具设计 09/09 22: 41 塑料胶卷盒注射模设计 10/07 09: 25 多功能推车梯子的设计 09/08 21: 25 多功能齿轮实验台的设计 08/30 16: 32 多层板连续排版方法及基于PLC控制系统设计 08/30 16: 30 多层板连续排版方法毕业设计 08/30 16: 42 多用角架搁板的注塑模具设计及其仿真加工设计 08/30 16: 39 多绳摩擦式提升机的设计 09/08 21: 05 大型矿用自卸车静液压传动系统设计 09/20 16: 27 大型耙斗装岩机设计 09/08 21: 01 大批生产的汽车变速器左侧盖加工工艺及指定工序夹具设计 10/30 15: 42 套筒的机械加工工艺规程及攻6-M8-6H深10的夹具设计 10/30 15: 38 套筒的机械加工工艺规程及钻040H7孔的夹具设计 10/29 14: 13 套筒零件的工艺规程及钻3-①10孔的工装夹具设计
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