专用精压机.docx
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专用精压机
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）第二学年第二学期
课程名称机械原理课程设计指导教师银金光职称教授
学生姓名唐国康专业班级机械1103班学号
题目专用精压机运动简图的设计
成绩起止日期2013年6月20日～2013年6月2日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
若干
张
4
5
6
机械原理课程设计
设计说明书
专用精压机运动简图的设计
起止日期：
2013年6月20日至2013年6月27日
学生姓名
唐国康
班级
机械1103班
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2013年6月27
目 录
1.课程设计任务书…………………………………………2
2.工作原理和工艺动作分解………………………………3
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5
4.执行机构选型……………………………………………6
5.机械运动方案的选择和评定……………………………7
6.执行机构计算……………………………………………8
7.专用精压机传动系统设计………………………………11
7.专用精压机机构运动简图………………………………13
8.上模冲压机构速度与加速度分析（分析一个位置）…14
9,专用精压机三维立体图…………………………………17.
10.参考资料………………………………………………19
11.设计总结………………………………………………19
湖南工业大学
课程设计任务书
2010—2011学年第2学期
机械工程学院（系、部）机械类专业机械0907班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
专用精压机运动简图的设计
完成期限：
自2011年6月27日至2011年7月1日共1周
内
容
及
任
务
一、原始数据及设计要求
1）冲压执行构件上模的大致运动规律如图所示。
具有快速摇头接近工件、等速下行拉延和快速成型返回的运动特性；
2）制成品生产率每分钟70件；
3）形程速度变化系数K≥；
4）坯料最大输送距离200mm；
5）上模滑块总质量40kg，最大生产阻力5000N，且假设在拉延区内生产阻力均衡；
6）
设最大摆动构件线质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2kg·m2/m，质心简化到杆长中点，其他构件质量及转动惯量均忽略不计。
二、设计任务
1）冲压机构和送料机械运动方案的拟定；
2）完成工作循环图；
3）对各方案进行定性分析与筛选，选定设计方案；
4）冲压机构的型综合和运动设计；
5）传动系统的设计计算；
6）执行机构的运动尺寸设计；
7）绘制正式的整机机构运动简图。
8）编写设计计算说明书。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
~
构思该机械运动方案
~
运动分析及作图
整理说明书与答辩
主要
参考
资料
1、朱理主编，机械原理，高等教育出版社
2、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社
指导教师：
银金光2013年6月27日
1.工作原理和工艺动作分解
本次设计的专用精压机主要用于某薄壁铝合金制件的静压深冲。
如下图，上模先逐渐下降接近坯料，然后匀速拉延成型，随后上模继续下行将成品推出模腔，最后快速返回，上模退出下模后，送料机构从侧面将新坯料送至待加工位置，从而完成一个工作循环工程。
图一.专用精压机运动示意图
此机构中主要的工艺过程有以下几个过程：
（一）推板送料。
图二所示，即用曲柄滑块机构的推板将坏料推送至待加工位置。
图二
（二）上、下模对坏料进行静压深冲。
图三所示，即摆动导杆冲压机构对位于待加工位置的坏料进行冲压加工，由于下模固定不动，上模先以逐渐下降的速度接近坏料，然后以匀速对坏料进行静压深冲。
图三
（三）上模退出固定不动的下模。
即对已经加工好的坏料，上模继续下行将成品推出模腔，推至下工作台，然后快速返回。
（四）将新坏料推至待加工位置并将成品运出。
图四所示，即带成品推至下工作台，上模快速返回以后，曲柄滑块机构将新坏料推至待加工位置，将加工好的产品运送出下工作台，从而完成一个工作循环。
图四
2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。
专用精压机工作过程中，上模先接近坏料，然后再匀速对坏料进行冲压，并且将成品推出模腔，推至下工作台，随后上模快速退出固定不动的下模，进而推半载齿轮的带动下将新的坏料推送到待加工位置。
从而完成的一个工作循环过程。
。
专用精压机运动循环过程采用圆环流程图的方式来表示机构的整个工作流程。
如图五所示：
图五，专用精压机运动循环图
3.执行机构选型
由上述分析可知，专用精压机主要有两个分支：
上、下模冲压和推板送料。
上、下模冲压：
在此工作过程中，上模先以逐渐下降的速度接近坏料，然后再以匀速进行冲压，并将成品推出模腔，最后快速推出固定不动的下模。
在此运动过程中，主要有加速接近坏料，匀速冲压和快速返回三个阶段。
由于下模固定不动，在设计中只显示上膜结构。
方案一：
如右图所示，上、下模冲压机构由摇杆和滑块组成的摆动导杆机构。
此机构的自由度为一，等于原动件个数，机构运动状态确定。
能够满足生产需要，机构可以长时间工作，稳定性好。
生产效率高。
一级传动角较大，成本比较低并且加工装配比较容易，通过导杆尺寸的设定可以保证上模能够在冲压过程中保持匀速，并且在冲压完成以后能够快速退出模腔。
在机构中比较理想。
方案二：
如右图所示，上、下模冲压机构由曲柄滑块机构机构构成，此机构自由度等于原动机，运动具有确定性，机构简单并且比较容易装配，成本低，但是传动角比较小，生产效率比较低。
方案三：
如右图所示，上、下模冲压机构有凸轮机构组成，可以根据上模的运动规律设计凸轮的轮廓，能够准确的满足运动要求。
但是由于在生产过程中为了能够使上模完成一个行程，设计出来的凸轮机构尺寸比较大，占用空间比较大并且需要的材料比较多，在生产过程中由于生产销路比较高，凸轮工作转速比较大，轮廓比较容易磨损。
机构设计不太理想。
推板送料：
在此过程中，推板机构的运动主要是在上摸快速返回后推板将新的坏料推至待加工位置，然后返回等待下次上模快速返回后再次运送新的坏料至待加工位置。
方案一：
如右图所示，此机构有齿轮和滑块构成，通过齿轮的转动带动推板的前后运动，通过计算来确定推板的行程。
此机构自由度为一并且等于原动件个数，运动具有确定性，并且装备简单，成本低，比较理想。
方案二：
如右图所示，此机构有凸轮和滑块构成，凸轮采用内轮廓，能够保证机构运动的稳定性，并且云的具有确定性，但是由于推板的行程比较大，生产效率比较高，使满足生产需要的凸轮的尺寸比较大，转速较高。
凸轮轮廓容易磨损，浪费材料并且使机器的体积较大，不太理想
4.机械运动方案的选择和评定
综合以上各个方案的分析，并且对各个方案进行比较。
虽然各个机构都能按照机构的运动规律设计适当的尺寸来完成机构的生产要求。
但通过查阅各种参考资料，对于上、下模冲压机构由于机器生产率比较高，在工作生产中机器的运动速度比较大，如果选用方案二，由于传动角比较小，不能满足较高的生产效率，若采用方案三，虽然凸轮机构能够满足较高的生产效率，但是工作生产中凸轮的转速比较大，凸轮轮廓所受压力比较大，导致凸轮轮廓比较容易磨损。
方案一不但能够满足较高的生产效率，还能够通过计算设计适当的尺寸以保证机构能够按要求工作。
因此对于上、下模冲压机构选方案一。
对于推板机构，由于生产效率为每分钟80件，再生残过程中推板往复运动的周期比较小，要求推板的速度比较大，虽然方案二凸轮机构比较容易满足推板的运动规律，并且适合高速转动，但是在运动过程中凸轮表面所受压力可能导致凸轮表面磨损，不能长时间工作。
方案一不仅能够较好的是推板按预定的运动规律运动并且能够满足较高的生产效率，成本低装配简单，所以在推板机构中选用方案一。
5.执行机构的计算
（一）上模冲压机构尺寸计算：
由于上模冲压机构（如右图）为曲柄滑块机构。
根据机构的运动特征，图六为机构在两个极限位置的几何关系，根据设计要求可知行程速比系数k=，则杆件的极位夹角为
θ1=180°×（k-1）/（k+1）=36°
由于上模总行程2H=280㎜,则上模最高位置与最低位置的距离H为140㎜，通过运算可知：
CD=H/（2×sin18°）≈227㎜;
取AB=200㎜，则可求得：
AC=200/（sin18°）≈647㎜；
图六
（二）推料机构的尺寸设计：
通过方案分析评定选择的推料机构为曲柄滑块机构，如右图所示，根据设计要求可知行程速比系数k=,则曲柄杆件的极位夹角为：
θ2=180°×（k-1）/（k+1）=36°。
令偏距e=100mm。
由图七所示两个极限位置通过测量可得:
EF+FG=;FG-EF=，
求的：
EF≈82mm,FG≈202mm。
图七
（三）齿轮尺寸的设计：
通过对上模冲压机构和推模机构尺寸设计，我们可以知道：
AB=200㎜,EF=82㎜.则可以确定上下两个分别带动推模运动和上模冲压运动的齿轮的齿根圆直径满足：
164㎜＜df＜400㎜。
为了使机构运动平稳并且有较好的耐压能力，尽量使这两个齿轮大于164㎜。
现在令这两个齿轮分度圆直径为：
d=250㎜.大齿轮直径为：
D=500㎜.所有齿轮都为标准齿轮，具有相同的模数：
m=10。
h*a=1，c*=,压力角α=20°。
小齿轮尺寸计算：
齿数：
z=d/m=250/10=25
齿顶高：
ha=h*am=1×10=10㎜
齿根高：
hf=（h*a+c*）m=（1+×10=㎜
齿全高：
h=hf+ha=10+=㎜
齿顶圆直径：
da=d+2ha=250+2×10=270㎜
齿根圆直径：
df=d-2hf=250-2×=225㎜
基圆直径：
db=dcosα=250×cos20°=235㎜
齿距：
p=mπ=10×=㎜
齿厚：
s=p/2=2=㎜
齿槽宽：
e=p/2=2=㎜
大齿轮尺寸计算：
齿数：
Z=d/m=500/10=50
齿顶高：
ha=h*am=1×10=10㎜
齿根高：
hf=（h*a+c*）m=（1+×10=㎜
齿全高：
h=hf+ha=10+=㎜
齿顶圆直径：
Da=d+2ha=500+2×10=520㎜
齿根圆直径：
Df=d-2hf=500-2×=475㎜
基圆直径：
Db=dcosα=500×cos20°=470㎜
齿距：
p=mπ=10×=㎜
齿厚：
s=p/2=2=㎜
齿槽宽：
e=p/2=2=㎜
标准中心距：
a=（d+D）/2=（250+500）/2=375㎜
6专用精压机传动系统设计
原动件是机械系统中的驱动部分。
工作机对起动、过载、运转平整性、调速和控制要求较高，且专用精压机要求洁净的工作平台，所以它要求不能污染成品与工作台而且便于清洗，因而液压传动不符合条件，同时气压和液压的成本都较高，最终我们选择电动机传动。
通过对机构的分析和实际情况的综合考虑，我们对电机的各个参数做出如下计算：
对于电动机的选择，根据机构的生产率和齿轮的传动特征可知，电动机应该安装在靠近比较大的齿轮才能更好的带动机构的运转，所以电动机以大齿轮相连接，选定大齿轮为原动件。
如上图图所示，根据设计要求可知，专用精压机的生产率为80件/min。
则齿轮1转速为：
n=40rpm。
齿轮1的角速度为：
ω1=s。
齿轮2角速度为：
ω2=s。
可求齿轮2的转动惯量为：
1/2mv12=1/2J2ω22
这里V1取半个行程的速度平均值：
v1≈rω2=125××10-3m/s=s，冲压锤的质量m=40kg，由此可以推算出齿轮A的转动惯量为：
J2=40×·m2≈·m2
从而可以推出其他齿轮的转动惯量：
J1=8J2=·m2
J2=J3=·m2
从而由此根据能量守恒定律在冲压成形的过程中，可以估算出电机的功率：
P=（1/2J1ω12+1/2J2ω22+1/2J3ω22+1/2mv12+80Fd/60）/t
代入数据可得：
P≈795w
由于在机构运动过程中存在摩擦，一部分功率损耗，应取功率大于795w的电动机，取功率为1kw的电动机。
根据各个齿轮的传动关系可以求出齿轮的传动比：
i12=i13=Z/z=50/25=2
则该专用精压机选择齿轮1为原动件，选用输出转速为40rpm，功率为1kw的交流电动机。
8.专用精压机机构运动简图
通过对上模冲压机构和推板送料机构的设计和方案选择，从根本上确定了专用精压机的大致结构，根据设计要求，通过计算确定了各杆件的长度，和齿轮的大小。
从而确定了专用精压机的结构，绘制出专用精压机的运动见图，如图八所示：
图八，专用精压机机构运动示意图
9.上模冲压机构速度与加速度分析
图九
图九中所示D1和D2两个位置为上模冲压的两个极限位置。
极位夹角为：
θ=36°。
总行程:
D1D2=140㎜。
曲柄AB转速为：
n=80r/min，
则AB杆角速度为：
ωb1=s。
AB=AB1=AB2=200mm
CD1=CD2=AB/2/sin（θ/2）=
Vb1=ωb1·AB.=s
AC=AB/sin（θ/2）=㎜。
B1C=B2C=AB/tan（θ/2）=615㎜。
对机构进行速度分析：
取适当的速度比例尺μv，速度多边形如下图所示：
VB3为个构件3上与点B2重合点B3的速度。
根据重合点的运动合成原理，选构件2为动参考系，点B3为动点，可列出速度矢量方程为
VB3=VB2+VB3B2
大小w1lAB
方向⊥BC⊥AB∥BC
式中只有两个未知量，可用图解法求解
由图可求得VB3=μvpb3
VB3B2=μvb2b3
则构件3的角速度为
ω3=VB3/lBC（逆时针）
同理可求得VD4=VD3+VD4D3
大小√
方向竖直√∥CD
2，求aB3及α3
由运动合成定理可知，动点B3的绝对加速度与其动系重合点B2的绝对加速度之间的关系为
aB3=anB3+atB3=aB2+akB3B2+arnB3B2+artB3B2
大小ω32lBCω2lAB2ω3VB3B20
方向B-C⊥BCB-A⊥BC⊥BC∥BC
式中的构件2与构件3无相对转动，所以arnB3B2=0，另外由于构件2作平面运动，故相对加速度包含科氏加速度akB3B2，其方向可由右手定则确定。
选定适当的加速度比例尺μa，作图如下
由图可求得
aB3=μap’b3’
α3=atB3/lBC=μan3b3’/lBC
9,专用精压机三维立体图
根据设计要求和专用精压机各部分的运动规律分析，从而设计出了专用精压机的结构。
绘制出了专用精压机的总体结构图，如图十所示：
图十专用精压机的总体结构图
专用精压机的三维图如图十一所示：
图十一专用精压机的装配图
专用精压机的爆炸图如图十二所示：
图十二专用精压机爆炸图
10参考资料
朱理主编，机械原理，高等教育出版社
郑文纬主编.机械原理，高等教育出版社
孙桓主编.机械原理，高等教育出版社
戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社
罗洪田主编.机械原理课程设计指导书，高等教育出版社
11.设计总结
一周的课程设计结束了，在银金光老师的指导下，在同学们的帮助下，我完成了此次的机械原理课程设计。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导和同学的帮助下，终于得到解决。
在今后社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
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