自动送料机构机械课程设计报告.doc
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机械原理课程综合设计说明书
目录
1．设计任务 3
1.1设计题目 3
1.2自动送料冲床简介 3
1.3设计条件与要求 4
1.4设计任务 5
1.5主要参数及性能指标 6
2.机构运动简图 7
3.课题分析 7
4.工作原理 8
5.理论计算 8
5.1曲柄滑块设计 8
5.2曲柄摇杆机构的设计 10
5.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合 13
5.4间歇机构设计 13
5.5齿轮传动机构 14
6.图解法分析 15
6.1曲柄摇杆机构运动分析 15
6.2曲柄滑块机构运动分析 18
6.3发动机的选择 19
6.4飞轮的选择 21
7.三维建模及模拟运动仿真 21
7.1建模 21
7.2运动分析 21
7.3三维图片 23
8.感想 24
9.参考文献 24
1．设计任务
1.1设计题目
自动送料冲床机构综合
1.2自动送料冲床简介
冲床机构运动方案示意图
自动送料冲床用于冲制、拉伸薄壁零件，本课题设计的自动送料冲床机构主要用于生产玩具车上的薄壁圆齿轮。
冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构。
工作时，要求送料机构先将原料胚件送至冲头处，然后送料机构要保证原料胚件静止不动，同时冲压机构快速的冲压原料胚件，制成要求的齿轮。
最后，冲头快速返回，执行下一个循环。
送料机构在此期间将原料胚件送至待加工位置，完成一个工作循环。
1.3设计条件与要求
①以电动机作为动力源，下板固定，从动件（冲头）作为执行原件，做上下往复直线运动，其大致运动规律如图1所示，具有快速下沉、等速工作给进和快速返回等特性。
②机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角r大于或等于许用传动角[r]=450
③冲头到达工作段之前，送料机构已将配料送至待加工位置。
④生产率为每分钟180件。
⑤冲头的工作段长度l=100mm，冲头总行程长度必须大于工作长度两倍以上。
⑥冲头的一个工作循环内的受力如图2所示，在工作段所受的阻力F1=2300N，其他阶段所受的阻力为工作段所受阻力的五分之一。
即F0=460N。
⑦送料距离Sn=150mm。
冲头所受阻力曲线
⑧机器运转速度不均匀系数不超过0.03。
图1
图2
1.4设计任务
①绘制冲床机构的工作循环图，使送料运动与冲压运动重叠，以缩短冲床工作周期；
②针对图所示的冲床的执行机构（冲压机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；
③假设曲柄等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；
④在冲床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；
⑤确定电动机的功率与转速；
⑤曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；
1.5主要参数及性能指标
生产率（件/min）
180
送料距离（mm）
150
板料厚度（mm）
2
轴心高度（mm）
240
冲头行程（mm）
100
辊轴半径（mm）
60
大齿轮轴心坐标（mm）
270
大齿轮轴心坐标（mm）
460
大齿轮轴心偏距（mm）
30
送料机构最小传动角（0）
45
速度不均匀系数
0.03
板料送进阻力（N）
530
冲压板料最大阻力（N）
2300
冲头重力（N）
150
2.机构运动简图
3.课题分析
一般来讲，我们要设计一个机构，包括根据该机构的功能要求选择机构的类型，即确定机构运动简图的形式，也就是通常所说的机构的型综合或构型综合设计；确定机构运动简图之后，我们需要计算它的尺寸参数，称为机构的尺寸综合或运动设计；之后才是机构的结构强度、有限元与加工工艺设计等。
由于本课题已经给出了自动送料冲床机构的运动形式，不必再确定运动简图。
所以，只需要考虑运动设计。
也就是说，题目中的综合指的是尺寸综合。
4.工作原理
送料过程：
电动机通过V带传动和单级齿轮传动带动曲柄转动，将一定量的薄钢板送入冲床工作台面位置
冲制过程：
飞轮飞轮驱动曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，带动摇杆摆动，摇杆与棘轮共轴，从而将摇杆的连续往复摆动转换成棘轮的单向间歇运动，棘轮与辊轴中心轴线重合，最后依靠辊轴的压紧将一定量的板料送到工作位置。
5.理论计算
5.1曲柄滑块设计
已知条件
冲压行程H=100mmB1+B=22mm
N=180转/分，则每转需要时间T=0.33s设飞轮的角速度为ω，则速度为
V=O1A×ω
T1=，T2=，
T1=0.198s，T2=0.132s
根据冲头行程H=100mm01A+AC-AC-O1A=100mm
得O1A=50mm
AC=125mm
C到冲头为45mm冲头高20mm滑块共高80mm
5.2曲柄摇杆机构的设计
可采用最小传动角设计曲柄摇杆机构。
已知最小传动角为，则由此知
确定各杆长度
当a和d杆共线的位置有最小传动角
γ存在分别为Y1,Y2
当Y1=Y2=Ymin时为最佳传动机构，可根据余弦公式
解得
b=
式中
且Y1=Y2=Ymin=解得：
e=
f=0
曲柄长度应非负，则
所以mm（其他值不符合要求舍去！
）
可取a=100mm
解得c=523.14mmb=144.19mm
或者c=144.27mmb=522.85mm
因为c＜b，所以取c=144.27mmb=522.85mm
行程比系数K=1.1336
所以曲柄摇杆机构的极位夹角为
工作摆角为
5.3棘轮与曲柄摇杆机构的整合
可以直接设计为与棘轮共轴的摇杆，棘爪安装在摇杆上。
5.4间歇机构设计
当板料送到滑块底部时要被冲制，存在冲压加工时间，所以应该设计间歇机构。
这里选择了辊轴
5.5齿轮传动机构
设辊轴的角速度为，大齿轮为，小齿轮的分度圆半径为r2；齿顶圆半径为R2；
传动比;由已知参数知小齿轮的齿顶圆半径为60mm;
欲使送料机构达到每次送料150mm的要求：
分析时由于在曲柄摇杆中求得行程比K=1，以起始时刻t=0时计算并且摆杆的位置位于刚开始逆时针摆动的位置上，则第一次送料是在0.144s到0.336s阶段完成。
则有
即
设定m1=m2=m=5,（m1，m2分别为大齿轮、小齿轮的模量）
；得到z2=22；
对大齿轮的进行分析：
由于两齿轮中心距a=。
可得大齿轮r2=127.48mm
模数m
压力角α
齿距ρ
分度圆直径d
齿顶高ha
齿根高hf
齿顶圆直径da
齿根圆直径df
大齿轮
5
20.
5π
215
5
6.25
225
204.5
小齿轮
5
20.
5π
110
5
6.25
120
107.5
两齿轮的传动比,小齿轮齿数定为22，大齿轮齿数=22*1.96=51.04，取整为51
6.图解法分析
6.1曲柄摇杆机构运动分析
速度分析：
已知
有,现取构件AB为动参考系可写出下列矢量方程式：
大小：
？
已知？
方向：
式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。
做法：
任取一点p为速度多边形的极点，取矢量pb1垂直于O1A代表VA,速度比例尺，单位为（m/s）/mm。
过b1做b1b2垂直于AB代表vBA,。
由图可知,解得=2.747m/s，9.955m/s。
加速度分析：
已知,,.
取构件AB为动参考系，可得出下列矢量方程式：
大小：
∨？
∨∨？
方向：
∨∨∨∨∨
式中只包含两个未知数，故可用速度多边形求解。
做法：
任取一点p为速度多边形的极点，取矢量平行于代表,加速度比例尺，单位为（m/）/mm。
过b1做b1b2平行于AB代表,,然后再过p点做p平行于，分别过、做垂线相交于，如图所示：
可得，.
6.2曲柄滑块机构运动分析
如图所示状态
取为坐标原点，OC方向为x轴正方向，在任意瞬时t，机构的位置如图，可以假设C点的失径为r=C=A’+C
C点的坐标为其失径在坐标轴上的投影
利用三角关系，立即得到
x=r
因为，所以
所以
于是滑块的速度
v=
进而，可以得到滑块的加速度
a=
6.3发动机的选择
本设计中已经采用了的设计，所以可得到速度
可得瞬时功率
按照一个工作循环中的平均能量选择电机功率
K安全系数=1.2，算的Nd=3.45kw
冲床传动系统如图3所示
电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。
原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为1500r/min，可选用如下型号：
电机型号
额定功率（kw）
额定转速（r/min）
Y100L2—4
3.0
1420
Y112M—4
4.0
1440
Y132S—4
5.5
1440
图3
由生产率可知主轴转速约为180r/min，且题目要求使用单级齿轮传动，电动机暂选为Y112M—4，则传动系统总的传动比传动比约为。
带传动的传动比，则齿轮减速器。
6.4飞轮的选择
采用近似法算飞轮，根据设计条件所给出的最大阻力
Fr=2300N
最大盈亏功
A=
飞轮安装在主动轴上
算得M=36527.8（）
飞轮选盘形飞轮选用铸铁为飞轮材质，飞轮半径为100mm，求得厚度1.6mm。
7.三维建模及模拟运动仿真
7.1建模
7.2运动分析
冲头位置分析图：
冲头速度分析图：
冲头加速度分析图：
7.3三维图片
正面：
背面：
8.感想
通过这次机械原理课程设计使我对制图三维软件proe、cad有了更熟悉的操作，也对机械零件装配，机械运动有了更深刻的认识。
在以后的实际操作中，合理运用制图软件将会使我们更加方便，所以，制图软件也将要更多的使用，才能更加熟悉机械行业。
9.参考文献
【1】《机械原理-郑甲红》
【2】《机械设计课程设计指导书》
【3】《平面连杆机构设计-张世民》
【4】《计算机CAD/CAM辅助设计》
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