沖床沖壓機構(gòu)-送料機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的設(shè)計-棒料校直機課程設(shè)計示例
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1、第五章 課程設(shè)計示例 第一節(jié)? 沖床沖壓機構(gòu)、送料機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的設(shè)計 一、?????????? 設(shè)計題目 設(shè)計沖制薄壁零件沖床的沖壓機構(gòu)、送料機構(gòu)及其傳動系統(tǒng)。沖床的工藝動作如圖5—1a)所示,上模先以比較大的速度接近坯料,然后以勻速進行拉延成型工作,此后上模繼續(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(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置,完成一個工作循環(huán)。 (a) (b) (c) 圖5—1 沖床工藝動作與上模運動、受力情況 要求設(shè)計能使上模按上述運動
2、要求加工零件的沖壓機構(gòu)和從側(cè)面將坯料推送至下模上方的送料機構(gòu),以及沖床的傳動系統(tǒng),并繪制減速器裝配圖。 二、?????????? 原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求 1.動力源是電動機,下模固定,上模作上下往復(fù)直線運動,其大致運動規(guī)律如圖b)所示,具有快速下沉、等速工作進給和快速返回的特性; 2.機構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能,特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能??;傳動角γ大于或等于許用傳動角[γ]=40o; 3.上模到達工作段之前,送料機構(gòu)已將坯料送至待加工位置(下模上方); 4.生產(chǎn)率約每分鐘70件; 5.上模的工作段長度l=30~100mm,對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角j0=(1/3~1/2)π;上模總行程長度必須大于
3、工作段長度的兩倍以上; 6.上模在一個運動循環(huán)內(nèi)的受力如圖c)所示,在工作段所受的阻力F0=5000N,在其他階段所受的阻力F1=50N; 7.行程速比系數(shù)K≥1.5; 8.送料距離H=60~250mm; 9.機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ不超過0.05。 若對機構(gòu)進行運動和動力分析,為方便起見,其所需參數(shù)值建議如下選?。? 1)設(shè)連桿機構(gòu)中各構(gòu)件均為等截面均質(zhì)桿,其質(zhì)心在桿長的中點,而曲柄的質(zhì)心則與回轉(zhuǎn)軸線重合; 2)設(shè)各構(gòu)件的質(zhì)量按每米40kg計算,繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量按每米2kg·m2計算; 3)轉(zhuǎn)動滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量忽略不計,移動滑塊的質(zhì)量設(shè)為36kg; 6)傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量
4、(以曲柄為等效構(gòu)件)設(shè)為30kg·m2; 7) 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ不超過0.05。 三、??????????? 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 沖床傳動系統(tǒng)如圖5-2所示。電動機轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動、齒輪傳動降低后驅(qū)動機器主軸運轉(zhuǎn)。原動機為三相交流異步電動機,其同步轉(zhuǎn)速選為1500r/min,可選用如下型號: 電機型號????????? 額定功率(kw)???? 額定轉(zhuǎn)速(r/min) Y100L2—4????????????? 3.0??????????????? 1420 Y112M—4????????????? 4.0??????????????? 1440 Y132S—4??????????
5、??? 5.5???????????????? 1440 由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為70r/min,若電動機暫選為Y112M—4,則傳動系統(tǒng)總傳動比約為。取帶傳動的傳動比ib=2,則齒輪減速器的傳動比ig=10.285,故可選用兩級齒輪減速器。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5—2? 沖床傳動系統(tǒng) 四、?????????? 執(zhí)行機構(gòu)運動方案設(shè)計及討論 該沖壓機械包含兩個執(zhí)行機構(gòu),即沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu)的主動件是曲柄,從動件(執(zhí)行構(gòu)件)為滑塊(上模),行程中有等速運動段(稱工作段),并具有急回特性;機構(gòu)還應(yīng)有較好的動力特性。要滿足這些要
6、求,用單一的基本機構(gòu)如偏置曲柄滑塊機構(gòu)是難以實現(xiàn)的。因此,需要將幾個基本機構(gòu)恰當?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。送料機構(gòu)要求作間歇送進,比較簡單。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組合方案可以有許多種。下面介紹幾個較為合理的方案。 1.齒輪—連桿沖壓機構(gòu)和凸輪—連桿送料機構(gòu) 如圖5—3所示,沖壓機構(gòu)采用了有兩個自由度的雙曲柄七桿機構(gòu),用齒輪副將其封閉為一個自由度。恰當?shù)剡x擇點C的軌跡和確定構(gòu)件尺寸,可保證機構(gòu)具有急回運動和工作段近于勻速的特性,并使壓力角盡可能小。 送料機構(gòu)是由凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成的,按機構(gòu)運動循環(huán)圖可確定凸輪推程運動角和從動件的運動規(guī)律,使其能在預(yù)定時間將工件推送至待加工位置。設(shè)計時
7、,若使lOG 8、和凸輪—連桿送料機構(gòu)
如圖5—5所示,沖壓機構(gòu)是由鉸鏈四桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組合而成的。四桿機構(gòu)可按行程速比系數(shù)用圖解法設(shè)計,然后選擇連桿長lEF及導(dǎo)路位置,按工作段近于勻速的要求確定鉸鏈點E的位置。若尺寸選擇適當,可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運動時機構(gòu)的傳動角γ滿足要求,壓力角較小。
凸輪送料機構(gòu)的凸輪軸通過齒輪機構(gòu)與曲柄軸相連,若按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定凸輪轉(zhuǎn)角及其從動件的運動規(guī)律,則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。設(shè)計時,使lIH 9、案之四
?4.凸輪—連桿沖壓機構(gòu)和齒輪—連桿送料機構(gòu)
如圖5—6所示,沖壓機構(gòu)是由凸輪—連桿機構(gòu)組合,依據(jù)滑塊D的運動要求,確定固定凸輪的輪廓曲線。
送料機構(gòu)是由曲柄搖桿扇形齒輪與齒條機構(gòu)串聯(lián)而成,若按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定曲柄搖桿機構(gòu)的尺寸,則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。
選擇方案時,應(yīng)著重考慮下述幾個方面:
1)所選方案是否能滿足要求的性能指標;
2)結(jié)構(gòu)是否簡單、緊湊;
3)制造是否方便,成本可否降低。
經(jīng)過分析論證,方案1是四個方案中最為合理的方案,下面就對其進行設(shè)計。
五、?????????? 沖壓機構(gòu)設(shè)計
由方案1圖5—3可知,沖壓機構(gòu)是由七桿機構(gòu)和齒輪機 10、構(gòu)組合而成。由組合機構(gòu)的設(shè)計可知,為了使曲柄AB回轉(zhuǎn)一周,C點完成一個循環(huán),兩齒輪齒數(shù)比Z1/Z2應(yīng)等于1。這樣,沖壓機構(gòu)設(shè)計就分解為七桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的設(shè)計。
1.七桿機構(gòu)的設(shè)計
設(shè)計七桿機構(gòu)可用解析法。首先根據(jù)對執(zhí)行構(gòu)件(滑塊F)提出的運動特性和動力特性要求選定與滑塊相連的連桿長度CF,并選定能實現(xiàn)上述要求的點C的軌跡,然后按導(dǎo)向兩桿組法設(shè)計五連桿機構(gòu)ABCDE的尺寸。
設(shè)計此七桿機構(gòu)也可用實驗法,現(xiàn)說明如下。
如圖5—7所示,要求AB、DE均為曲柄,兩者轉(zhuǎn)速相同,轉(zhuǎn)向相反,而且曲柄在角度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時,從動件滑塊在l=60mm范圍內(nèi)等速移動,且其行程H=150mm。
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11、
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圖5—7? 七桿機構(gòu)的設(shè)計
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1)任作一直線,作為滑塊導(dǎo)路,在其上取長為l的線段,并將其等分,得分點F1、F2、…、Fn(取n=5)。
2)選取lCF為半徑,以Fi各點為圓心作弧得K1、K2、…、K5。
3)選取lDE為半徑,在適當位置上作圓,在圓上取圓心角為的弧長,將其與l對應(yīng)等分,得分點D1、D2、…、D5。
4)選取lDC為半徑,以Di為圓心作弧,與K1、K2、…、K5對應(yīng)交于C1、C2、…、C5。
5)取lBC為半徑,以Ci為圓心作弧,得L1、L2、…、L5。
6)在透明白紙上作適量同心圓弧。由圓心引5條射線等分(射線間夾角為)。
7)將作好圖的透明紙覆在Li 12、曲線族上移動,找出對應(yīng)交點B1、B2、…、B5,便得曲柄長lAB及鉸鏈中心A的位置。
8)檢查是否存在曲柄及兩曲柄轉(zhuǎn)向是否相反。同樣,可以先選定lAB長度,確定lDE和鉸鏈中心E的位置。也可以先選定lAB、lDE和A、E點位置,其方法與上述相同。
用上述方法設(shè)計得機構(gòu)尺寸如下:
lAB=lDE=100mm, lAE=200mm, lBC= lDC=283mm, lCF=430mm,A點與導(dǎo)路的垂直距離為162mm,E點與導(dǎo)路的垂直距離為223mm。
2.齒輪機構(gòu)設(shè)計
此齒輪機構(gòu)的中心距a=200mm,模數(shù)m=5mm,采用標準直齒圓柱齒輪傳動,Z1=Z2=40,ha*=1.0。
六、 13、 七桿機構(gòu)的運動和動力分析
用圖解法對此機構(gòu)進行運動和動力分析。將曲柄AB的運動一周360o分為12等份,得分點B1、B2、…、B12,針對曲柄每一位置,求得C點的位置,從而得C點的軌跡,然后逐個位置分析滑塊F的速度和加速度,并畫出速度線圖,以分析是否滿足設(shè)計要求。
圖5—8是沖壓機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件速度與C點軌跡的對應(yīng)關(guān)系圖,顯然,滑塊在F4~F8這段近似等速,而這個速度值約為工作行程最大速度的40%。該機構(gòu)的行程速比系數(shù)為
故此機構(gòu)滿足運動要求。
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圖5-8? 七桿機構(gòu)的運動和動力分析
在進行機構(gòu)動力分析時,先依據(jù)在工作段所受的阻力F0=5000N,并認為在工作段內(nèi) 14、為常數(shù),然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb,并與曲柄角速度相乘,獲得工作段的功率;計入各傳動的效率,求得所需電動機的功率為5.3KW,故所確定的電動機型號Y132S—4(額定功率為5.5KW)滿足要求。(動力分析具體過程及結(jié)果略)。
七、???????????? 機構(gòu)運動循環(huán)圖
依據(jù)沖壓機構(gòu)分析結(jié)果以及對送料機構(gòu)的要求,可繪制機構(gòu)運動循環(huán)圖(如圖5—9所示)。當主動件AB由初始位置(沖頭位于上極限點)轉(zhuǎn)過角(=90o)時,沖頭快速接近坯料;又當曲柄由轉(zhuǎn)到(=210o)時,沖頭近似等速向下沖壓坯料;當曲柄由轉(zhuǎn)到(=240o)時,沖頭繼續(xù)向下運動,將工件推出型腔;當曲柄由轉(zhuǎn)到(=285o)時, 15、沖頭恰好退出下模,最后回到初始位置,完成一個循環(huán)。送料機構(gòu)的送料動作,只能在沖頭退出下模到?jīng)_頭又一次接觸工件的范圍內(nèi)進行。故送料凸輪在曲柄AB由300o轉(zhuǎn)到390o完成升程,而曲柄AB由390o轉(zhuǎn)到480o完成回程。
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圖5-9? 機構(gòu)運動循環(huán)圖
七、送料機構(gòu)設(shè)計
送料機構(gòu)是由擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成,設(shè)計時,應(yīng)先確定搖桿滑塊機構(gòu)的尺寸,然后再設(shè)計凸輪機構(gòu)。
1.四桿機構(gòu)設(shè)計
依據(jù)滑塊的行程要求以及沖壓機構(gòu)的尺寸限制,選取此機構(gòu)尺寸如下:
LRH=100mm,LOH=240mm, 16、O點到滑塊RK導(dǎo)路的垂直距離=300mm,送料距離取為250mm時,搖桿擺角應(yīng)為45.24o。
2.凸輪機構(gòu)設(shè)計
為了縮小凸輪尺寸,擺桿的行程應(yīng)小AB,故取,最大擺角為22.62o。因凸輪速度不高,故升程和回程皆選等速運動規(guī)律。因凸輪與齒輪2固聯(lián),故其等速轉(zhuǎn)動。用作圖法設(shè)計凸輪輪廓,取基圓半徑r0=50mm,滾子半徑rT=15mm。
八、調(diào)速飛輪設(shè)計
等效驅(qū)動力矩Md、等效阻力矩Mr和等效轉(zhuǎn)動慣量皆為曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù),畫出三者的變化曲線,然后用圖解法求出飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。
九、帶傳動設(shè)計
采用普通V帶傳動。已知:動力機為Y132S-4異步電動機,電動機額定功率P=5.5KW ,滿載轉(zhuǎn) 17、速n1=1440rpm? ,傳動比i=2, 兩班制工作。
(1)計算設(shè)計功率Pd
由[6]中的表6-6查得工作情況系數(shù)KA =1.4
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(2)選擇帶型 由[6]中的圖6-10初步選用A型帶
(3)選取帶輪基準直徑 由[6]中的表6-7選取小帶輪基準直徑 ????????????????????
由[6]中的表6-8取直徑系列值取大帶輪基準直徑: ?????????????????????
(4)驗算帶速V
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在(5~25m/s) 范圍內(nèi),帶速合適。
(5)確定中心a和帶的基準長度
?? 在????????????????????? 18、??????????? 范圍內(nèi)初選中心距
初定帶長
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查[6]中的表6-2 選取A型帶的標準基準長度
求實際中心距
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取中心距為500mm。
(6)驗算小帶輪包角
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包角合適
(7)確定帶的根數(shù)Z
查表得
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取Z=3根
(8)確定初拉力
單根普通V帶的初拉力
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(9)計算帶輪軸所受壓力
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(10)帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計(略)
十、齒輪傳動設(shè)計
齒輪減速器的傳 19、動比為ig=10.285,采用標準得雙級圓柱齒輪減速器,其代號為
ZLY-112-10-1。
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第二節(jié)? 棒料校直機執(zhí)行機構(gòu)與傳動系統(tǒng)設(shè)計
一、設(shè)計題目
棒料校直是機械零件加工前的一道準備工序。若棒料彎曲,就要用大棒料才能加工出一個小零件,如圖5-10所示,材料利用率不高,經(jīng)濟性差。故在加工零件前需將棒料校直?,F(xiàn)要求設(shè)計一短棒料校直機。確定機構(gòu)運動方案并進行執(zhí)行機構(gòu)與傳動系統(tǒng)的設(shè)計。
圖5-10?? 待校直的彎曲棒料
二、設(shè)計數(shù)據(jù)與要求
需校直的棒料材料為45鋼,棒 20、料校直機其他原始設(shè)計數(shù)據(jù)如表5-1所示。
表5-1?? 棒料校直機原始設(shè)計數(shù)據(jù)
參數(shù)
分組
直徑d2
(mm)
長度L
(mm)
校直前最大曲率半徑ρ
(mm)
最大校直力
(KN)
棒料在校直時轉(zhuǎn)數(shù)
(轉(zhuǎn))
生產(chǎn)率
(根/分)
1
15
100
500
1.0
5
150
2
18
100
400
1.2
4
120
3
22
100
300
1.4
3
100
4
25
100
200
1.5
2
80
注:室內(nèi)工作,希望沖擊振動?。辉瓌訖C為三相交流電動機,使用期限為10年,每年工作300天,每天工 21、作16小時,每半年作一次保養(yǎng),大修期為3年。
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三、工作原理的確定
1) 用平面壓板搓滾棒料校直(圖5-11)。此方法的優(yōu)點是簡單易行,缺點是因材料的回彈,材料校得不很直。
2) 用槽壓板搓滾棒料校直。考慮到“糾枉必須過正”,故將靜搓板作成帶槽的形狀,動、靜搓板的橫截面作成圖5-12所示形狀。用這種方法既可能將彎的棒料校直,但也可能將直的棒料弄彎了,不很理想。
3) 用壓桿校直。設(shè)計一個類似于圖5-13所示的機械裝置,通過一電動機,一方面讓棒料回轉(zhuǎn),另一方面通過凸輪使壓桿的壓下量逐漸減小,以達到校直的目的。其優(yōu)點是可將棒料校得很直;缺點是生產(chǎn)率低,裝卸棒料需停車。
4) 用斜槽壓 22、板搓滾校直。靜搓板的縱截面形狀如圖5-14所示,其槽深是由深變淺而最后消失。其工作原理與上一方案使壓下量逐漸減小是相同的,故也能將棒料校得很直。其缺點是動搓板作往復(fù)運動,有空程,生產(chǎn)效率不夠高。雖可利用如圖所示的偏置曲柄滑塊機構(gòu)的急回作用,來減少空程損失,但因動搓板質(zhì)量大,又作往復(fù)運動,其所產(chǎn)生的慣性力不易平衡,限制了機器運轉(zhuǎn)速度的提高,故生產(chǎn)率仍不理想。
5) 行星式搓滾校直。如圖5-15所示,其動搓板變成了滾子1,作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動,靜搓板變成弧形構(gòu)件3,其上開的槽也是由深變淺而最后消失。這種方案不僅能將棒料校得很直,而且自動化程度和生產(chǎn)率高,所以最后確定采用此工作原理。
23、
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圖5-11平面壓板搓滾棒料校直????????????? 圖5-12 槽壓板搓滾棒料校直
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圖5-13??? 壓桿校直
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圖5-14?? 斜槽壓板搓滾校直???????????????????? 圖5-15?? 行星式搓滾校直
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四、執(zhí)行機構(gòu)運動方案的擬定
行星式棒料校直機有兩個 24、執(zhí)行構(gòu)件,即動搓板滾子和送料滑塊。動搓板滾子的運動為單方向等速連續(xù)轉(zhuǎn)動,可將其直接裝在機器主軸上。送料滑塊的運動為往復(fù)移動。圖5-16給出了兩種送料機構(gòu)方案,其中圖a)為曲柄搖桿機構(gòu)與齒輪、齒條機構(gòu)組合,圖b)為擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)與導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)的組合,曲柄(或凸輪)每轉(zhuǎn)一周送出一根棒料。由于凸輪機構(gòu)能使送料機構(gòu)的動作和搓板滾子的運動能更好的協(xié)調(diào),故圖b)的執(zhí)行機構(gòu)運動方案優(yōu)于圖a),下面設(shè)計計算針對圖b)方案進行。
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????????????????? a)?????????????????????? 25、??????????? b)
圖5-16?? 行星式棒料校直機執(zhí)行機構(gòu)運動方案
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五、傳動系統(tǒng)運動方案的擬定
初步擬定的傳動方案如圖5-17所示。驅(qū)使動搓板滾子1轉(zhuǎn)動的為主傳動鏈,為提高其傳動效率,主傳動鏈應(yīng)盡可能簡短,而且還要求沖擊振動小,故圖中采用了一級帶傳動和一級齒輪傳動。傳動鏈的第一級采用帶傳動有下列優(yōu)點:電動機的布置較自由,電動機的安裝精度要求較低,帶傳動有緩沖減振和過載保安作用。
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圖5-17?? 行星式棒料校直機傳動方案
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六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計
由于動搓板滾子1直 26、接裝在機器主軸上,只有執(zhí)行構(gòu)件,沒有執(zhí)行機構(gòu),故只需對送料機構(gòu)進行設(shè)計。對于圖5-16b)所示得運動方案,送料機構(gòu)的設(shè)計,實際上就是擺動推桿盤狀凸輪機構(gòu)的設(shè)計。
凸輪軸的轉(zhuǎn)動是由滾子軸(傳動主軸)的轉(zhuǎn)動經(jīng)過齒輪機構(gòu)傳動減速而得到的。下面來討論滾子軸與凸輪軸間的傳動比應(yīng)如何確定。
應(yīng)注意在校直棒料時,不允許兩根棒料同時進入校直區(qū),否則將因兩根棒料的相互干擾,可能一根棒料也未被校直。所以一定要待前一根棒料退出落下后,后一根棒料才能進入校直區(qū)。
設(shè)滾子1的直徑,棒料的直徑為,校直區(qū)的工作角為,從棒料進入到退出工作區(qū),滾子1的轉(zhuǎn)角為。因在棒料校直時的運動狀態(tài)跟行星輪系傳動一樣,弧形搓板相當于固定 27、的內(nèi)齒輪,其內(nèi)經(jīng)為,角相當于行星架的轉(zhuǎn)角,根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系的計算式,即可求得滾子1的相應(yīng)轉(zhuǎn)角,即
??????????????????
故???????????????????????
設(shè)已確定為了校直棒料,棒料需在校直區(qū)轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)為,校直區(qū)的工作角為,則滾子1的直徑,可由下式確定:
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為了保證不出現(xiàn)兩根棒料同時在校直區(qū)的現(xiàn)象,應(yīng)在滾子1轉(zhuǎn)過角度時,送料凸輪4才轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),由此可定出齒輪的傳動比為
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圖中采用了一級齒輪減速(輪為過輪,用它主要是為了協(xié)調(diào)中心距)。若一級齒輪減速不能滿足要求時,可考慮用二級或 28、三級齒輪減速。
對于第一組數(shù)據(jù),并設(shè)校直區(qū)的工作角為=1200,則由上面公式可求得滾子1的直徑=240mm,滾子1的轉(zhuǎn)角為=2550,故取j1=2600,從而求得齒輪的傳動比為ig=0.722。故取Zc=26,Za=36。
送料滑塊應(yīng)將棒料推送到A點,設(shè)推送距離對應(yīng)的圓心角為300,則可求得滑塊行程約為120mm,若取擺桿長lCF=400mm,則其擺角為17.25o。
確定推桿運動規(guī)律,設(shè)計凸輪輪廓曲線(略)。
七、傳動系統(tǒng)設(shè)計
原動機選為Y100L2-4異步電動機,電動機額定功率P=3KW ,滿載轉(zhuǎn)速n=1420rpm,則傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n1,其中n1為滾子1的轉(zhuǎn)速。對于第一組數(shù)據(jù),n1=2600×150/3600 =108.3,總傳動比為i=13.11,若取帶傳動的傳動比為ib=3.0,則齒輪減速器的傳動比為ig=13.11/3.0=4.3,故采用單級斜齒圓柱齒輪減速器。
帶傳動和單級斜齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(略)。
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