自動送料沖床機構(gòu)綜合

西南交通大學(xué)自動送料沖床機構(gòu)綜合1．設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目自動送料沖床機構(gòu)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(shè)計的自動送料沖床機構(gòu)主要用于生產(chǎn)玩具車上的薄壁圓齒輪。沖床的執(zhí)行機構(gòu)主要包括沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)。工作時，要求送料機構(gòu)先將原料胚件送至沖頭處，然后送料機構(gòu)要保證原料胚件靜止不動，同時沖壓機構(gòu)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(gòu)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)。1.3設(shè)計條件與要求沖床機構(gòu)運動方案示意圖①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(fù)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。②機構(gòu)應(yīng)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 [r]=450③沖頭到達工作段之前，送料機構(gòu)已將配料送至待加工位置。④生產(chǎn)率為每分鐘 180件。⑤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。⑥沖頭的一個工作循環(huán)內(nèi)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。⑦送料距離Sn=150mm。⑧機器運轉(zhuǎn)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(shè)計任務(wù)繪制沖床機構(gòu)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；針對圖所示的沖床的執(zhí)行機構(gòu)（沖壓機構(gòu)和送料機構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運動尺寸，繪制機構(gòu)運動簡圖；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(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩；取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量；用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。圖紙上繪出最終方案的機構(gòu)運動簡圖（可以是計算機圖）并編寫說明書。設(shè)計背景沖床自動送料機實質(zhì)上是上料機械手，適用于軸承行業(yè)、小五金行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)的沖壓加工。它能自動上料和卸料，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn) .總體結(jié)構(gòu)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(diào)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(yīng)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(gòu)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(shè)計確定。2.1主要參數(shù)及性能指標(biāo)生產(chǎn)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(biāo) （mm）大齒輪軸心坐標(biāo) （mm）大齒輪軸心偏距 （mm）0送料機構(gòu)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）

180150210601006027046030450.035302300150課題分析一般來講，我們要設(shè)計一個機構(gòu)，包括根據(jù)該機構(gòu)的功能要求選擇機構(gòu)的類型，即確定機構(gòu)運動簡圖的形式，也就是通常所說的機構(gòu)的型綜合或構(gòu)型綜合設(shè)計；確定機構(gòu)運動簡圖之后，我們需要計算它的尺寸參數(shù)，稱為機構(gòu)的尺寸綜合或運動設(shè)計；之后才是機構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度、有限元與加工工藝設(shè)計等。由于本課題已經(jīng)給出了自動送料沖床機構(gòu)的運動形式，不必再確定運動簡圖。所以，只需要考慮運動設(shè)計。也就是說，題目中的綜合指的是尺寸綜合。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(zhuǎn)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(qū)動曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)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(fù)擺動轉(zhuǎn)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。機構(gòu)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(diào)整適當(dāng)?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。輥軸的直徑為60mm，上下輥旋轉(zhuǎn)一周的送料長度為 L，則：L=π×D=3.14×60=188.5mm>150????所以符合要求。5.1間歇機構(gòu)設(shè)計當(dāng)板料送到滑塊底部時要被沖制，存在沖壓加工時間，所以應(yīng)該設(shè)計間歇機構(gòu)。這里選擇了棘輪機構(gòu)。棘輪與搖桿有共同的中心軸線，搖桿上安裝了棘爪。設(shè)棘輪的棘齒數(shù)Z=11，沖床往復(fù)一次的送料長度為 L1,棘輪每轉(zhuǎn)一齒，搖桿轉(zhuǎn)角為α，則=360=32048‘’38‘11取棘輪的模數(shù)m=6，則外徑D=6×11=66mm5.2運動方案設(shè)計方案一：如圖所示本機構(gòu)用了連桿和橢圓形的凸輪機構(gòu)，齒輪—連桿沖壓機構(gòu)和橢圓形的凸輪—連桿送料機構(gòu)。正如圖所示一樣但在設(shè)計橢圓形的凸輪機構(gòu)時不好計算和加工，這大大的增加了加工的難度和設(shè)計。方案二：題目給出的方案根據(jù)壓緊機構(gòu)選擇的結(jié)果，采用雙輥壓緊機構(gòu)，則不采用齒輪嚙合。所以要在該方案的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)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(shè)計要求中的最小傳動角要求。方案三：在方案二的基礎(chǔ)上改進。沖制機構(gòu)方案不變，采用曲柄滑塊機構(gòu)。曲搖桿機構(gòu)中曲柄為主動件，帶動搖桿轉(zhuǎn)動，搖桿與棘輪共軸，從而將搖桿的連續(xù)往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換成棘輪的單向間歇運動，采用雙輥軸壓緊送料機構(gòu)。此方案的優(yōu)點:棘輪機構(gòu)可把搖桿的往復(fù)運動改成單一方向運動， 曲柄搖桿的急回特性不影響機構(gòu)運動，機構(gòu)體積較小缺點:結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算復(fù)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。理論計算6.1曲柄滑塊設(shè)計已知條件沖壓行程H=100mmB1+B=22mmN=180轉(zhuǎn)/分，則每轉(zhuǎn)需要時間T=0.33S設(shè)飛輪的角速度為ω，則速度為V=O1A×ωT1=100+20100-20T1120=3V,T2=V,=802T2T1=0.198S,2=0.132ST根據(jù)沖頭行程H=100mm (O1A+AC)-(AC-O1A)=100mm得O1A=50mmAC=500mmC到?jīng)_頭為245mm沖頭高20mm滑塊共高510mm6.2曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計可采用最小傳動角設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)。已知最小傳動角為450，則由此知LO1O2=√2702+4602=533.38mm確定各桿長度當(dāng)a和d桿共線的位置有最小傳動角γ存在分別為γ1，γ2當(dāng)γ1=γ2=γmin時為最佳傳動機構(gòu)，可根據(jù)余弦公式c2+b2-(a-b)2cosγ1=2bc2(a+d)2-c2-cosγ2=b2bc解得+√2adf+a2e+ed2√(2adf+a2e+ed2)2-c=-2e2adb=ce式中e=cosγ1+cosγ2f=cosγ1-cosγ2且γ1=γ2=γmin=450解得：e=√2f=0曲柄長度應(yīng)非負(fù)，則22222(2adf+ea+ed)-16ad≥0所以a≤220.933mm(其他值不符合要求舍去！ )可取a=100mm解得

2 216adc=523.14mm b=144.19mm或者c=144.27mm b=522.85mm因為c＜b，所以取c=144.27mm b=522.85mm6.3棘輪與曲柄搖桿機構(gòu)的整合因為舍棄了齒輪嚙合傳動，所以可以直接設(shè)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(shè)計中已經(jīng)采用了λ =0.01的設(shè)計，所以可得到速度0.05v=0.05ωR[sin+ sin2](mm/s)2可得瞬時功率0.05N=p×0.05ωR[sin+ sin2](mm/s)2按照一個工作循環(huán)中的平均能量選擇電機功率N dπkNd= 2π∫0NdRK安全系數(shù)=1.2，算的Nd=3.45kw沖床傳動系統(tǒng)如圖 3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—43.014203Y112M—44.01440由生產(chǎn)率Y132S—45.51440可知主軸轉(zhuǎn)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i總=8。帶傳動的傳動比ib=2，則齒輪減速器ig=4。6.5飛輪的選擇采用近似法算飛輪，根據(jù)設(shè)計條件所給出的最大阻力Fr=2300N最大盈虧功[]1(2300-460)7π282[δ]=0.03飛輪安裝在主動軸上ωm=10.742rad/s算得JM=36527.8(kJ.mm2)飛輪選盤形飛輪選用鑄鐵為飛輪材質(zhì)，飛輪半徑為 100mm，求得厚度1.6mm。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(guān)系，完了本設(shè)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。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(zhuǎn)往復(fù)運動，同樣的也測量了其在3秒時間內(nèi)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(zhuǎn)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實物照片根據(jù)要求，本設(shè)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(shè)計要求。實驗室搭建的實物模型如下模型運動圖和實物介紹圖根據(jù)設(shè)計要求，根據(jù)本次實驗做的 CATIA模擬運動動