機械原理課程設(shè)計--設(shè)計一用于薄壁鋁合金制件的精壓機

1、<p><b>　　機械原理</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè) 計 題 目： 專用精壓機

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 　　 </p><p>　　班 級： 　　　 </p><p>　　姓 名： ******** 　　　 </p><p>

3、;　　學(xué) 號： ***** 　　　 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： **** 　　　 </p><p>　　2011年 6月 30日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&

4、lt;b>　　1 設(shè)計任務(wù)1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計題目2</p><p>　　1.2 工作原理及工藝動作過程2</p><p>　　1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求2</p><p>　　1.4 設(shè)計任務(wù)2</p><p>　　2機械機構(gòu)功能的簡單分析3</p>

5、<p>　　3系統(tǒng)傳動方案設(shè)計3</p><p>　　3.1 原動機類型的選擇</p><p><b>　　3</b></p><p>　　3.2 主傳動機構(gòu)的選擇</p><p><b>　　4</b></p><p>　　4． 執(zhí)行機構(gòu)方案的設(shè)計和選擇&l

6、t;/p><p><b>　　4</b></p><p>　　5、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明</p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　5.1機型的選擇</b></p><p><b>　　10</b>&

7、lt;/p><p>　　5.2自動機的執(zhí)行機構(gòu)</p><p><b>　　10</b></p><p>　　6、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明................. 13</p><p>　　7 執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計</p><p>　　7.沖壓結(jié)構(gòu)

8、的計算...........................................13 </p><p>　　7.2傳動機構(gòu)尺寸設(shè)計13</p><p>　　8、飛輪設(shè)計.........................................15</p><p>　　9、動機構(gòu)的選擇與比較............................

9、..15</p><p>　　10、運動循環(huán)圖.....................................16</p><p>　　11、設(shè)計心得與體會.................................17</p><p>　　12 總體裝配圖.............................................19

10、</p><p>　　13、參考文獻(xiàn)........................................20</p><p><b>　　1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一用于薄壁鋁合金制件的精壓機,并完成有關(guān)尺寸的計算和機構(gòu)選型等要求。</p><p><b>　　1.1 設(shè)計題目

11、</b></p><p><b>　　專用精壓機</b></p><p>　　1.2 工作原理及工藝動作過程</p><p>　　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。 </p><p>　　它的工藝動作主要有: </p><p>　　1）將新

12、坯料送至待加工位置。 </p><p>　　2)下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出模腔。</p><p>　　1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求</p><p>　　動力源是電動機，作轉(zhuǎn)動；沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模，作上下往復(fù)直移運動，其大致運動規(guī)律如圖1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。</p><p>　　精壓成形制品生產(chǎn)率

13、約每分鐘70件。</p><p>　　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。</p><p>　　行程速比系數(shù)K≥1.3。</p><p>　　坯料輸送的最大距離200 mm。</p><p>　　上?；瑝K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；</p>&

14、lt;p>　　設(shè)最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm，繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量為2 kg?m2/mm，質(zhì)心簡化到桿長的中點。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量均忽略不計；</p><p>　　傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量（以曲柄為等效構(gòu)件，其轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為30 kg?m2，機器運轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)[δ]為0.05）</p><p>　　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)盡可能小，傳動角大于或等于許用傳動

15、角。</p><p>　　1.4 方案設(shè)計及討論</p><p>　　送料機構(gòu)實現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機構(gòu)、凸輪—連桿組合送料機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等。</p><p>　　沖壓機構(gòu)為保證等速拉延、回程快速的要求，可采用導(dǎo)桿加搖桿滑塊的六桿機構(gòu)、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機構(gòu)、齒輪—連桿沖壓機構(gòu)等。</p><p>　　工件送料傳輸平面標(biāo)高在1000mm

16、左右。</p><p><b>　　需考慮飛輪設(shè)計。</b></p><p><b>　　1.5 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。</p><p>　　進(jìn)行送料機構(gòu)，沖壓機構(gòu)的選型。</p><p>　　機械運動方案的評價和選擇。</

17、p><p>　　按擬定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)運動參數(shù)擬定機械傳動方案。</p><p><b>　　進(jìn)行飛輪設(shè)計。</b></p><p>　　畫出機械運動方案簡圖。</p><p>　　對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動尺寸計算。</p><p>　　2 機械機構(gòu)功能的簡單分析</p>&l

18、t;p>　　本機構(gòu)加工的主要為鋁合金制件，且需一次沖壓成形。故機構(gòu)需要較大的沖壓力來實現(xiàn)。同時要保證其精壓的質(zhì)量，機構(gòu)需要勻速的沖壓過程，因此我們采用具有較好傳動性和較高接觸強度的齒輪機構(gòu)?？紤]到工作效率的要求，我們將凸輪送料機構(gòu)改成曲柄滑塊送料機構(gòu)，提高了機構(gòu)使用的壽命。</p><p>　　為了使整個機構(gòu)能夠快速、緊密、平穩(wěn)地運行，需要機構(gòu)的各個部分必須相互配合，并且足夠穩(wěn)定。</p>&

19、lt;p>　　3 系統(tǒng)傳動方案設(shè)計</p><p>　　所選原動機及主傳動機構(gòu)應(yīng)能使精壓機機構(gòu)平穩(wěn)傳動，</p><p>　　3.1 原動機類型的選擇</p><p>　　電機采用Y系列Y112M-4電機，該電機轉(zhuǎn)速為1480r/min</p><p>　　Y系列（IP44）三相異步電動機 Y系列（IP44）電機是全封閉、外扇冷三相鼠籠

20、型一般用途的電機，具有高效、節(jié)能、起動力大、噪聲低、振動小、可靠性高等特點。安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，功率與機座號的配置關(guān)系符合DIN標(biāo)準(zhǔn)。外殼防護(hù)等極IP44。 使用場所：不可含易燃、易爆或腐蝕性氣體。 額定功率：0.55-315KW 額定電壓：380V 額定頻率：50HZ 機座號：80-355</p><p>　　能夠充分滿足機構(gòu)的需要</p><p>　　沖床傳動系統(tǒng)如圖5－2所示。電

21、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：</p><p>　　電機型號          額定功率（kw）     額定轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　Y100L2—

22、4              3.0                1420</p><p>　　Y112M—4  

23、            4.0                1440</p><p>　　Y132S—4    &

24、#160;         5.5                 1440</p><p>　　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

25、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。</p><p>　　3.2 主傳動機構(gòu)的選擇</p><p>　　由于凸輪連桿機構(gòu)不具有高速傳遞性能，只適用與低速傳動，所以原動機和執(zhí)行機構(gòu)間傳動用齒輪機構(gòu)傳動，可使執(zhí)行機構(gòu)傳動平穩(wěn)。</p><p>　　4． 執(zhí)行機構(gòu)方案的設(shè)計和選擇</p>

26、<p><b>　　方案設(shè)計</b></p><p>　　送料機構(gòu)方案 1 ------ 凸輪機構(gòu) </p><p>　　凸輪送料機構(gòu)結(jié)構(gòu)雖然簡單但是在起輪廓設(shè)計和制造時有其一定的難度，所以一般我們都不采用此種送料機構(gòu)，況且在送料完成時，推桿不能自動返回，需要在推桿處加一個彈簧裝置，才能保證機構(gòu)順利的工作。 </p><p>　　送

27、料機構(gòu)方案 2 ------ 凸輪連桿組合</p><p>　　送料機構(gòu)由凸輪和連桿機構(gòu)組成，連桿機構(gòu)可通過對桿長的計算設(shè)計，當(dāng)選好適合的桿長尺寸后，能實現(xiàn)所需的行程速比以及運動要求。通過鉸鏈點與桿長的適合選擇，能使機構(gòu)具有較小的壓力角和較為理想的傳動角，使其達(dá)到運動功能，滿足傳動要求。</p><p>　　凸輪輪廓線可根據(jù)運動的要求用機構(gòu)倒置法求出，從而使送料，沖壓和上頂同時完成，并也能

28、滿足急回與勻速這一要求，在完成預(yù)定運動的同時，使整個加工效率提高。</p><p>　　送料機構(gòu)方案3------槽輪機構(gòu)。</p><p>　　槽輪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能夠平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，但由于顫動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的運動機構(gòu)，因為此機構(gòu)的傳遞速度還是比較大的，所以此機構(gòu)采用槽輪機構(gòu)，不是很合適的。</p><p>

29、　　送料機構(gòu)方案4 -------曲柄滑塊機構(gòu) </p><p>　　搖桿滑塊送料機夠可調(diào)節(jié)其在整個運動中的初始位置使推桿在預(yù)定時間將胚料送至待加工的位置。運動比較平穩(wěn)，如取一定的偏距，則其也具有急回的特性。</p><p>　　綜上所述，方案一采用凸輪機構(gòu)，機構(gòu)雖簡單，但凸輪的設(shè)計較為復(fù)雜，給機構(gòu)制造也帶來很大不便，推桿不能順利返回。而方案二采用凸輪連桿機構(gòu)，其缺點與方案

30、一大致相同，方案三槽輪機構(gòu)不適用與高速運轉(zhuǎn)，方案四曲柄滑塊機構(gòu)尺寸容易設(shè)計并且也能準(zhǔn)確達(dá)到送料的目的。所以采用方案四作為送料機構(gòu)。</p><p><b>　　沖壓機構(gòu)選型</b></p><p>　　方案1 導(dǎo)桿加搖桿滑塊六桿機構(gòu)</p><p>　　其沖壓機構(gòu)我們是參考《機械原理》書中的機構(gòu)，當(dāng)然我們對其進(jìn)行了改進(jìn)，將其凸輪機構(gòu)的高副低

31、代后得到了由搖桿和滑塊組成的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)的尺寸確定可按給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計，上模將具有急回特性，搖桿滑塊機構(gòu)的組合可按照要求使上模在工作段接近于勻速。</p><p>　　沖壓機構(gòu)是在導(dǎo)桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個搖桿滑塊機構(gòu)組合而成的。導(dǎo)桿機構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計，它和搖桿滑塊機構(gòu)組合可達(dá)到工作段近于勻速的要求。適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角較

32、小。</p><p>　　方案2 鉸鏈四桿機構(gòu)加搖桿滑塊六桿機構(gòu)</p><p>　　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，然后選擇連桿長及導(dǎo)路位置，按工作段近于勻速的要求確定鉸鏈點的位置。若尺寸選擇適當(dāng)，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。能夠滿足 等速拉伸、回程快速的要求。</p>&l

33、t;p>　　方案3 齒輪-----連桿沖壓機構(gòu)</p><p>　　齒輪具有傳動平穩(wěn)，能夠高速運轉(zhuǎn)，由齒輪和連桿串聯(lián)的機構(gòu)，可以更好的按照其要求得行程速比來設(shè)計所要求的機構(gòu) 。</p><p>　　綜上所述，我們在這兒選擇的是方案2，能夠滿足沖壓機構(gòu) 等速拉伸，回程快速的基本要求。還有其結(jié)構(gòu)比較緊湊，簡單。能夠要求的性能指標(biāo)，制造起來也比較方便。</p><p&

34、gt;　　所以， 最后我們小組進(jìn)行了討論和對比。各個方案都是有不同的基礎(chǔ)機構(gòu)組成而成，且各個機構(gòu)均能基本完成設(shè)計要求的運動。但是在我們查閱資料后，我們決定采用擺動導(dǎo)桿沖壓機構(gòu)+曲柄—滑塊送料機構(gòu) ，雖然凸輪能夠可以無困難地設(shè)計出其輪廓曲線，使其滿足規(guī)定的運動規(guī)律，，但在制造中，難以實現(xiàn)輪廓線的實現(xiàn)，凸輪與從動件的點或線的高副接觸是很易磨損的。而設(shè)計要求中機構(gòu)要每分鐘生產(chǎn)約70件，機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度較大。并且其上模滑塊的總質(zhì)量為40kg，最大

35、生產(chǎn)阻力為5000N，故需要其機構(gòu)較好的傳力性能，而凸輪機構(gòu)不適用于傳力過大的場合。因此我們選取擺動導(dǎo)桿沖壓機構(gòu)+曲柄—滑塊送料機構(gòu)。</p><p>　　由于題目中要求，上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工作，以后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回，所以在這里，我們就不需要在設(shè)計上頂裝置。</p><p>　　5、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明</p>

36、;<p><b>　　5.1機型的選擇</b></p><p>　　從產(chǎn)品的數(shù)量上看，屬于大批量生產(chǎn)，選擇全自動機型。</p><p>　　從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇直線式工藝路線的自動機型。</p><p>　　根據(jù)工藝路線分析，實際實現(xiàn)功能需要三個工位：推板送料，擺桿—導(dǎo)桿沖壓機構(gòu)沖壓，將成品從下模推出腔體。</p>

37、<p>　　5.2自動機的執(zhí)行機構(gòu)</p><p><b>　　送料機構(gòu)</b></p><p><b>　　沖壓機構(gòu)</b></p><p>　　沖壓機構(gòu)在完成沖壓這個過程是具有急回特性，能夠滿足題目中的要求，等速拉延，回程快速等要求。</p><p>　　整個裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如下：&

38、lt;/p><p>　　整個機械結(jié)構(gòu)的工作原理：</p><p>　　如上圖的機械運動結(jié)構(gòu)簡圖：曲柄----滑塊結(jié)構(gòu)將坯料推到待加工位置。電動機輸入的動力通過大齒輪傳動給上下兩個小齒輪，下面的齒輪上面焊接了一個曲柄通過齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而完成送料的過程。大齒輪帶動上面的齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪上也焊接了一個曲柄，曲柄通過滑塊與搖桿相連接，搖桿帶動導(dǎo)桿上下運動，在向下完成沖壓的過 <

39、;/p><p>　　程中，幾乎是接近勻速的向下的時候，沖壓坯料，成型后，繼續(xù)向下將成品推出下模，向上回去的時候，具有急回運動特性。</p><p>　　6、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與原理說明</p><p>　　由于在設(shè)計時需要考慮到電機輸出功率的傳遞效率問題，電機應(yīng)該安裝在靠近工作件的齒輪軸上，又由于大齒輪輸入動力時可以傳遞較大的扭矩，所以電動機安在大齒輪上，然而根據(jù)要

40、求：每分鐘生產(chǎn)70個工件，則電機的轉(zhuǎn)速可以確定為35rpm，曲柄為等效構(gòu)件時等效轉(zhuǎn)動慣量為30kg﹒m2 ,工作臺高在1000mm左右，為了方便計算和統(tǒng)一，取2個大齒輪的直徑為D=600mm，取小齒輪直徑為d=300mm，所有齒輪均取模數(shù)m=10，小齒輪與大齒輪的傳動比i=2，故最上面的小齒輪的轉(zhuǎn)速為70r/min，大齒輪的轉(zhuǎn)速為35r/min。即為W小=2W大=(70*2*3.14)/60=7.3rad/s。</p>&

41、lt;p>　　JA=16JF*m=40kg</p><p>　　當(dāng)以曲柄為等效轉(zhuǎn)動構(gòu)件時：</p><p>　　Je=3JA/2+16JA/4+40(V2/W小2 )/2=30</p><p>　　這里V是上模的平均速度，V=0.28/60=0.0046m/s</p><p>　　解得J小=5.45kg·m2 ,J大 =87.

42、27kg·m2 </p><p>　　為了算電動機的功率，先假設(shè)能量守恒：</p><p>　　P=3J小W小2 /2+2J大W大2 /2+mV2/2+5000*0.1=2097W</p><p>　　考慮到齒輪傳輸中的機械損失，取功率為2.5kw的電機。所以可以確定電機的型號為功率2.5kw，輸出轉(zhuǎn)速為35r/min的交流電動機。</p>

43、<p>　　7 執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計算</p><p>　　7.1沖壓結(jié)構(gòu)的計算：</p><p>　　要求行程比系數(shù)為K>=1.3，這里我們?nèi)=1.5，則有：</p><p>　　極為夾角=180。*（K-1）/(k+1)=36。</p><p>　　要求上模移動總行程為280mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100

44、mm。</p><p>　　沖壓機構(gòu)最高點到最低點的距離為140mm，則有：</p><p>　　CD=H/sin18。=453mm</p><p>　　取AB=250mm,則AC=809mm</p><p>　　7.2傳動機構(gòu)尺寸設(shè)計：</p><p>　　取曲柄滑塊送料機構(gòu)的曲柄HG=100mm，接觸工件的推板寬高

45、位200mm，根據(jù)行程速比K計算得連桿JH=224mm，沖程L=324mm。</p><p>　　機構(gòu)運動方案簡圖如下：</p><p><b>　　8、飛輪設(shè)計</b></p><p>　　由于機械運轉(zhuǎn)過程中有周期性速度波動，所以我們必須進(jìn)行飛輪設(shè)計，處于各種原因考慮，我們應(yīng)該考慮到飛輪必須按照速度較高的齒輪上，比如說安裝在最下面的那個齒輪上

46、，用來機構(gòu)運動引起的周期性速度波動。由《機械原理》書可知，具體設(shè)計方案需要根據(jù)起速度不均勻系數(shù)來確定。</p><p>　　9、動機構(gòu)的選擇與比較</p><p>　　方案一 鏈條機構(gòu)＋輪系</p><p>　　方案二 皮帶機構(gòu)＋輪系</p><p><b>　　方案三 純輪系</b></p><

47、;p>　　由于考慮到機構(gòu)的高傳動性要求，皮帶機構(gòu)+輪系就難以滿足要求，因為皮帶輪在一段時間后較易打滑。并且我們要保持工作臺的清潔，但鏈條機構(gòu)為了有良好的傳動性能要加潤滑劑會弄臟工作臺，故不適合。齒輪機構(gòu)不僅具有良好的傳動性能，而且其緊湊的結(jié)構(gòu)能大大節(jié)約空間。同時，主要對齒輪稍作尺寸上的改動就能大大提高其承載能力，提高使用壽命，所以純輪系最為合適。但是電動機輸出必須采用皮帶傳動。 </p><p><b

48、>　　10、運動循環(huán)圖</b></p><p>　　我們采用圓環(huán)流程圖的方式來表示機構(gòu)的整個工作流程。</p><p>　　11、設(shè)計心得與體會</p><p>　　通過接近一周的機械原理課程設(shè)計,我有很多的感觸收獲.</p><p>　　首先,對機械原理這門課程有了更深入的了解.本小組采用了曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪傳動的理論知識

49、，采用CADZ制圖工具，成員分工明確，畫圖，處理數(shù)據(jù)，考慮結(jié)構(gòu)機構(gòu)的運動分析，平時的只停留在一個初等的感性認(rèn)識水平,沒有真正的理解透所學(xué)的具體原理的應(yīng)用問題,但在自己做設(shè)計過程中老在問為什么,如何解決,通過這樣的想法,是自己對自己所學(xué)的理論有了深入的理解.在設(shè)計過程中,如何才能把所學(xué)的理論運用到實際中,這才是我們學(xué)以所獲,學(xué)以致用的真正宗旨,這也是當(dāng)我們從這個專業(yè)畢業(yè)后所必需具有的能力,這也更是從學(xué)到時間的過程,才能為自己在以后的工作

50、中游刃有余,才能為機械工業(yè)的發(fā)展盡綿薄之力.</p><p>　　其次對所學(xué)的專業(yè)課產(chǎn)生了很大的興趣.在做設(shè)計的過程中,發(fā)現(xiàn)機械的很多東西滲透在我們生活的方方面面,小到鐘表,大到航天器，都用到了機械的相關(guān)內(nèi)容。這也給自己很大的學(xué)習(xí)范圍和任務(wù)，更給了自己很大的發(fā)展空間和興趣的培養(yǎng)。</p><p>　　由于這是第一次設(shè)計，難免會遇到一些問題，個人能力有限，希望老師以后多多指點。</p&

51、gt;<p>　　最后對團(tuán)隊的合作有了更深的體會。每個人不可能方方面面都會，這就需要團(tuán)隊組員各自發(fā)揮自己的優(yōu)點，說出各自的想法，取長補短，這樣才能從別人身上學(xué)到自己所缺的能力和品質(zhì)，在現(xiàn)代的企業(yè)合作中，團(tuán)隊合作精神是很重要的，各個產(chǎn)品的開發(fā)都需要很多人傾注心血，這樣才能是企業(yè)有長遠(yuǎn)的發(fā)展。</p><p>　　雖然這次設(shè)計已告一段落，但是我知道學(xué)海無涯、學(xué)無止境，這是一個結(jié)尾，同時也只是一個開始。今

52、后，我會以更飽滿的熱情投入到今后的學(xué)習(xí)生活中，做一個不斷探索，勇于創(chuàng)新的大學(xué)生。</p><p><b>　　總體裝配圖</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　孫桓，陳作模．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 侍紅巖.機械