沖模自動送料裝置的設計解讀

西南交通大學自動送料沖床機構綜合機械原理課程綜合設計設計計算說明書學院機械工程系班級08 鐵道車輛 3 班姓名易禮東完成日期2010 年 12 月 25 日指導老師馮鑒老師1機械原理課程綜合設計說明書1 設計任務1.1 設計題目自動送料沖床機構綜合1.2 自動送料沖床簡介自動送料沖床用于沖制、拉伸薄壁零件，本課題設計的自動送料沖床機構主要用于生產玩具車上的薄壁圓齒輪。 沖床的執(zhí)行機構主要包括沖壓機構和送料機構。工作時，要求送料機構先將原料胚件送至沖頭處， 然后送料機構要保證原料胚件靜止不動，同時沖壓機構快速的沖壓原料胚件，制成要求的齒輪。最后，沖頭快速返回，執(zhí)行下一個循環(huán)。送料機構在此期間將原料胚件送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。沖床機構運動方案示意圖1.3 設計條件與要求以電動機作為動力源，下板固定，從動件（沖頭）作為執(zhí)行原件，做上下往復直線運動， 其大致運動規(guī)律如圖1 所示，具有快速下沉、 等速工作給進和快速返回等特性。機構應具有較好的傳力性能，工作段的傳動角r 大于或等于許用傳動角2機械原理課程綜合設計說明書r=45 0沖頭到達工作段之前，送料機構已將配料送至待加工位置。生產率為每分鐘180 件。沖頭的工作段長度l=100mm，沖頭總行程長度必須大于工作長度兩倍以上。沖頭的一個工作循環(huán)內的受力如圖2 所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，其他階段所受的阻力為工作段所受阻力的五分之一。即F0=460N。送料距離 Sn=150mm。機器運轉速度不均勻系數(shù)不超過0.03 。沖頭所受阻力曲線圖 1圖 21.4 設計任務1. 繪制沖床機構的工作循環(huán)圖，使送料運動與沖壓運動重疊，以縮短沖床工作周期；2. 針對圖所示的沖床的執(zhí)行機構（沖壓機構和送料機構）方案，依據(jù)設計要求和已知參數(shù)，確定各構件的運動尺寸，繪制機構運動簡圖；3. 在沖床工作過程中，沖頭所受的阻力變化曲線如圖所示，在不考慮各處摩擦、其他構件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅動力矩；4. 取曲柄軸為等效構件，確定應加于曲柄軸上的飛輪轉動慣量；3機械原理課程綜合設計說明書5. 用軟件（ VB、 MATLAB、ADAMS或 SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。6. 圖紙上繪出最終方案的機構運動簡圖 （可以是計算機圖） 并編寫說明書。2. 設計背景沖床自動送料機實質上是上料機械手，適用于軸承行業(yè)、小五金行業(yè)、標準件行業(yè)的沖壓加工。它能自動上料和卸料，提高生產效率，保證產品質量，改善工人勞動強度， 確保人身安全。 本機節(jié)拍與沖床同步， 連續(xù)生產 . 總體結構簡單、緊湊，傳動平穩(wěn)，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、裝拆、調整、維護、制造經(jīng)濟。在冷擠壓加工行業(yè)特別是軸承沖擠壓加工中有較大的應用前景。自動送料是沖壓加工實現(xiàn)自動化的最基本要求、 也是在一套模具上實現(xiàn)多工位沖壓的根本保證。 自動送料機構每次送進帶料或條料的距離稱為送料步距， 送料步距可根據(jù)沖壓件的形狀尺寸及沖壓工藝的需要設計確定。2.1 主要參數(shù)及性能指標生產率（件 /min ）送料距離（mm）板料厚度（mm）軸心高度（mm）沖頭行程（mm）輥軸半徑（mm）大齒輪軸心坐標（ mm）大齒輪軸心坐標（ mm）大齒輪軸心偏距（mm）0送料機構最小傳動角（ ）板料送進阻力（ N）沖壓板料最大阻力（N）沖頭重力（N）180150210601006027046030450.0353023001504機械原理課程綜合設計說明書3. 課題分析一般來講，我們要設計一個機構，包括根據(jù)該機構的功能要求選擇機構的類型，即確定機構運動簡圖的形式， 也就是通常所說的機構的型綜合或構型綜合設計；確定機構運動簡圖之后， 我們需要計算它的尺寸參數(shù)，稱為機構的尺寸綜合或運動設計；之后才是機構的結構強度、有限元與加工工藝設計等。由于本課題已經(jīng)給出了自動送料沖床機構的運動形式，不必再確定運動簡圖。所以，只需要考慮運動設計。也就是說，題目中的綜合指的是尺寸綜合。4. 工作原理送料過程：電動機通過V 帶傳動和單級齒輪傳動帶動曲柄轉動，將一定量的薄鋼板送入沖床工作臺面位置沖制過程：飛輪飛輪驅動曲柄搖桿機構，曲柄搖桿機構中曲柄為主動件，帶動搖桿擺動，搖桿與棘輪共軸， 從而將搖桿的連續(xù)往復擺動轉換成棘輪的單向間歇運動，棘輪與輥軸中心軸線重合， 最后依靠輥軸的壓緊將一定量的板料送到工作位置。5. 機構選擇方案一：小齒輪與輥軸的壓緊考慮到小齒輪與工件直接接觸不僅起不到壓緊的作用還會損傷工件，所以該方案不合適。方案二：輥軸與輥軸的壓緊調整適當?shù)拈g隙便于進料，可以保證工件穩(wěn)定運動且工件表面無劃痕。比較兩個方案后決定采用方案二。5機械原理課程綜合設計說明書輥軸的直徑為 60mm，上下輥旋轉一周的送料長度為L，則：所以符合要求。5.1 間歇機構設計當板料送到滑塊底部時要被沖制，存在沖壓加工時間，所以應該設計間歇機構。這里選擇了棘輪機構。棘輪與搖桿有共同的中心軸線，搖桿上安裝了棘爪。設棘輪的棘齒數(shù) Z=11，沖床往復一次的送料長度為 L1, 棘輪每轉一齒，搖桿轉角為 ，則取棘輪的模數(shù) m=6，則外徑5.2 運動方案設計方案一：如圖所示本機構用了連桿和橢圓形的凸輪機構，齒輪連桿沖壓機構和橢圓形的凸輪連桿送料機構。 正如圖所示一樣但在設計橢圓形的凸輪機構時不好計算和加工，這大大的增加了加工的難度和設計。6機械原理課程綜合設計說明書方案二：題目給出的方案根據(jù)壓緊機構選擇的結果，采用雙輥壓緊機構，則不采用齒輪嚙合。所以要在該方案的基礎上改進。此方案的優(yōu)點：送料誤差較小，且每次送料距離相同，結構簡單，載荷平穩(wěn)缺點：體積較大，有死點存在，但在主動輪采用飛輪可避免死點，且不符合設計要求中的最小傳動角要求。方案三：在方案二的基礎上改進。沖制機構方案不變，采用曲柄滑塊機構。曲搖桿機構中曲柄為主動件，帶動搖桿轉動，搖桿與棘輪共軸， 從而將搖桿的連續(xù)往復擺動轉換成棘輪的單向間歇運動，采用雙輥軸壓緊送料機構。此方案的優(yōu)點 : 棘輪機構可把搖桿的往復運動改成單一方向運動，曲柄搖桿的急回特性不影響機構運動，機構體積較小缺點 : 結構復雜，計算復雜，有一定的誤差，但可以通過增加棘輪的齒數(shù)來減小誤差，噪聲較大。綜合上述三種方案，選擇第三種方案。6. 理論計算6.1 曲柄滑塊設計已知條件沖壓行程7機械原理課程綜合設計說明書N=180轉 / 分，則每轉需要時間設飛輪的角速度為， 則速度為根據(jù)沖頭行程得C 到?jīng)_頭為 245mm沖頭高 20mm 滑塊共高 510mm6.2 曲柄搖桿機構的設計可采用最小傳動角設計曲柄搖桿機構。已知最小傳動角為，則由此知8機械原理課程綜合設計說明書確定各桿長度當 a 和 d 桿共線的位置有最小傳動角存在分別為，當 時為最佳傳動機構 ，可根據(jù)余弦公式解得式中且解得：曲柄長度應非負，則9機械原理課程綜合設計說明書所以( 其他值不符合要求舍去！)可取解得或者因為 c b，所以取6.3 棘輪與曲柄搖桿機構的整合因為舍棄了齒輪嚙合傳動，所以可以直接設計為與棘輪共軸的搖桿，棘爪安裝在搖桿上。6.4 發(fā)動機的選擇本設計中已經(jīng)采用了的設計，所以可得到速度可得瞬時功率10機械原理課程綜合設計說明書按照一個工作循環(huán)中的平均能量選擇電機功率=1.2 ，算的沖床傳動系統(tǒng)如圖3 所示電動機轉速經(jīng)帶傳動、齒輪傳動降低后驅動機器主軸運轉。原動機為三相交流異步電動機，其同步轉速選為 1500r/min ，可選用如下型號：電機型號額定功率（ kw）額定轉速（ r/min ）Y100L2 43.01420Y112M44.01440Y132S45.5144011機械原理課程綜合設計說明書圖 3由生產率可知主軸轉速約為180r/min ，且題目要求使用單級齒輪傳動，電動機暫選為 Y112M 4，則傳動系統(tǒng)總的傳動比傳動比約為=8。帶傳動的傳動比，則齒輪減速器。6.5 飛輪的選擇采用近似法算飛輪，根據(jù)設計條件所給出的最大阻力最大盈虧功飛輪安裝在主動軸上算得12機械原理課程綜合設計說明書飛輪選盤形飛輪選用鑄鐵為飛輪材質，飛輪半徑為100mm，求得厚度 1.6mm。7. 三維建模以及模擬運動仿真根據(jù)上面的計算數(shù)據(jù)，通過三維軟件 CATIA建模，并約束其零件之間的裝配關系，完了本設計的仿真。建立的三維模型通過 CATIA中的數(shù)字分析模塊， 分別測量出了沖頭的運動過程中的速度曲線和加速度曲線。13機械原理課程綜合設計說明書沖頭的速度曲線沖頭的加速度曲線由于大齒輪做來回的回轉往復運動，同樣的也測量了其在3 秒時間內的速度和加速度曲線。大齒輪的速度曲線大齒輪的加速度曲線由于大齒輪同時也在轉動，所以同樣測出了其角速度和角加速度曲線。大齒輪的角速度曲線大齒輪的角加速度曲線8. 實物照片根據(jù)要求，本設計在機械實驗室里面，搭建了按比例縮小的模型。通過實驗，搭建的模型基本符合設計要求。實驗室搭建的實物模型如下14機械原理課程綜合設計說明書9. 模型運動圖和實物介紹圖根據(jù)設計要求， 根據(jù)本次實驗做的CATIA模擬運動動畫和實物模型介紹的視屏，隨本說明書一并上交。10. 設計感想 ( 總結 )在這次機械原理的課程設計中，總的來說是收獲了不少。剛開始拿到這個題目的時候，覺得比較簡單， 不過做起來還是遇到了很多的小麻煩。畢竟很多現(xiàn)實的因素是在設計的時候考慮不完全的。做這個設計中，最大的收獲就是順帶著把三維軟件和仿真學了下。剛開始了解的不多，大部分時間都是用來學習新的東西， 所以最后做出來的東西可能不是太理想。不過畢竟是自己做的，數(shù)據(jù)一個一個計算的，圖是一筆一筆畫出來的，在這過程中還是收獲了很多。另外，在本學期也參加了第二屆全國工程訓練大賽，做這個設計的時間不是很多。本來用“無碳小車”的設計可以當做機械原理的課程設計，不過這個課題還是做了。多做做對自己的能力提升也有好處。11. 參考文獻：1.謝進 . 反平行鉸鏈四桿機構的連桿曲線方程. 西南交通大學學報. 第 18 卷 4 期 .2. 張新華 . 沖床自動送料機的原理與設計 . 鍛壓技術 .1993 年 .3. 馮鑒 何俊 . 機械原理 . 西南交通大學出版社 .2008 年 .4 謝泗淮主編 . 機械原理 . 北京 : 中國鐵道出版社 .2001.5 曹惟慶著 . 平面連桿機構分析與綜合 . 北京科學出版社 .1989.6 作品設計說明書格式 . 百度文庫 http:/wenku.baidu.com/view/f4bcd58a6529647d272852b2.html15機械原理課程綜合設計說明書附： CATIA中的三維圖16