机械原理课程设计说明书.docx
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机械原理课程设计说明书
机械原理课程设计
设计计算说明书
设计题目:
多功能印花成型冲压机构
设计者：
张榜刘俊包正兵
左齐齐邹梦杰
专业班级:
2011级机械设计制造及其自动化六班
指导教师：
张荣
完成日期：
2013/5/30
目录
一课程设计任务
1、设计题目..................................................................................3
2、设计原理..................................................................................3
3、设计参数及要求......................................................................3
二功能分解
1、工艺制作过程..........................................................................4
三、传动系统方案选择和设计
1、减速装置选择..........................................................................5
2、总传动比设计..........................................................................6
四、执行系统方案选择：
1、冲压机构的方案选择..............................................................8
2、送料机构的方案选择..............................................................12
3、整个机械系统的设计..............................................................14
五、执行机构设计
1、冲压机构的设计......................................................................15
2、送料机构的设计......................................................................17
3、机构运动循环图......................................................................18
4、机械系统方案设计运动简图...................................................19
六、设计小结...................................................................19
七、参考书目...................................................................20
一课程设计任务：
1、设计题目：
多功能印花成型冲压机构
2、设计原理：
根据冲床的设计原理，我们将冲头部分换成各种形状（如心形，正多边形）就能实现固定成型，将冲头平面换成有纹刻的印花面，就可以实现印花。
这就可以用于快速制造各种形状的糕点。
3、设计参数及要求：
1）动力源是电动机；从动件（执行构件）为冲压印花部分，该机构作上下往复直线运动，实现冲压印花或成型。
其大致运动规律应具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性；
2）机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角α应尽可能小；传动角γ大于或等于许用传动角[γ]；
3）冲压机构（上模）到达工作段之前，送料机构以将代加工物品送至待加工位置（下模上方）；
4）生产率约每分钟40个；
5）执行构件（上模）的工作段长度了l=30-100mm，对应曲柄转角φ=（1/3-1/2）π；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上；
6）行程速比系数K≥1.5；
7）许用传动角[γ]=40°；
8）送料距离H=60-250mm；
二功能分解
为了实现该机构冲压成及印花形的总功能，将功能分解为两大部分：
传动部分和执行部分。
传动部分应具有以下五个功能：
上料输送功能、压制成形功能、增压功能、脱模功能、下料输送功能。
工艺动作过程
要实现上述分功能，有下列工艺动作过程：
（1）利用自动输送机构或机械手自动上料，上料到位后，输送机构迅速返回原位，停歇等待下一循环。
（2）冲头往下作直线运动，对代加工品冲压成形。
（3）冲头（上模）继续下行将成品推出型腔，进行脱模，最后快速直线返回。
（4）将成形脱模后的薄壁零件在输送带上送出。
（5）上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。
三、传动系统方案选择和设计
传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。
除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：
实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。
传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。
当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。
1、减速装置选择：
常用传动机构
主要优缺点
带传动
结构简单，传动平稳、噪声小，能缓冲吸振，过载时带会在带轮上打滑，对其他零件起过载保护作用，适用于中心距较大的传动
传动效率低（约为0.90～0.94），带的使用寿命短，不宜在高温、易燃以及有油和水的场合使用。
链传动
能保证较精确的传动比，可以在两轴中心距较远的情况下传递动力，只能用于平行轴间传动
链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。
渐开线齿轮传动
传递的功率和速度范围很大，
传动属于啮合传动，齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、可靠。
传动效率高，使用寿命长。
种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。
制造和安装的精度要求较高。
摩擦轮传动
工作平稳，结构紧简单，有过载打滑作用，适用于冲压机械，但不能严格保证定比传动
蜗杆传动
单级传动就能获得很大的传动比，结构紧凑，传动平稳，无噪声，但传动效率低。
根据上表，我们决定采用二级减速装置，一级减速装置为带轮装置，二级减速装置为渐开线齿轮传动
2、总传动比设计
根据功率要求和设计要求我们所选的电机为Y系类三相异步电动机，转速为960r/min
其具体参数如下：
取d1=200mm则d2*200=400mm
i总=n（电机）/n（执行主轴）=960/40=24
机械传动系统第一级采用带传动速度比为2，第二级采用直齿圆柱齿轮传动传动比为12（拆分为3*4）
定中心距a0.7（d1+d2）即560mm齿轮传动计算
由上面得知第二级采用直齿圆柱齿轮传动传动比为3第三级采用直齿圆柱齿轮传动传动比为4
取z1=22则z2=3*22=66
按钢制标准齿轮计算模数取m=5则
d1=z1*m=110mmd2=z2*m=330mmd3=z3*m=440mm
其他尺寸计算（h*=1c*=0.25）
D1:
基圆直径：
m1z1cosα=103.4mm
齿顶高：
h*m=5mm
齿根高：
m（h+c）=6.25mm
齿高：
m（h+2c）=7.5
齿距：
πm=15.7mm
齿槽宽：
（πm）/2=7.85
D2:
基圆直径：
m2z2cosα=310.1mm
齿顶高：
h*m=5mm
齿根高：
m（h+c）=6.25mm
齿高：
m（h+2c）=7.5
齿距：
πm=15.7mm
齿槽宽：
（πm）/2=7.85
D3:
基圆直径：
m3z3cosα=413.5mm
齿顶高：
h*m=5mm
齿根高：
m（h+c）=6.25mm
齿高：
m（h+2c）=7.5
齿距：
πm=15.7mm
四、执行系统方案选择：
1、冲压机构的方案选择
冲压机构的主要运动要求：
主动件作回转运动，从动件（执行构件，上模）作直线往复运动，行程中有等速运动段（称工作段），并具有急回特性，机构有较好的动力特性。
根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）及约束条件，可以构思出如下能满足从动件（执行构件，上模）作直线往复运动的一系列运动方案。
表2冲压机构部分运动方案定性分析
方
案
号
主要性能特征
功能
功能质量
经济适用性
运动变换
增力
加压时间①
一级传动角②
二级传动角
工作平稳性
磨损与变形
效率
复杂性
加工装配难度
成本
运动尺寸
1
满足
无
较短
较小
---
一般
一般
高
简单
易
低
最小
2
满足
无
长
小
---
有冲击
剧烈
较高
简单
较难
一般
较小
3
满足
强
较长
小
较大
一般
一般
高
较简单
易
低
最大
4
满足
较强
较短
最大
较大
一般
一般
高
较简单
较难
低
较大
5
满足
较强
较长
较大
大
一般
一般
高
较简单
易
低
较大
6
满足
弱
长
较大
较大
一般
剧烈
较高
复杂
较难
较高
较大
注：
①加压时间是指在相同施压距离内，下压模移动所用的时间，越长则越有利。
②一级传动角指四杆机构的传动角；二级传动角指六杆机构中后一级四杆机构的传动角。
③评价项目应因机构功能不同而有所不同。
对以上方案初步分析如表2。
从表中的分析结果不难看出，方案1，2的性能明显较差；方方案3,4,5,6有较好综合性能，且各有特点，但方案5与方案4基本相似，且方案5更加合适，故将方案3,5,6作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。
2、送料机构的方案选择
表3送料机构部分运动方案定性分析
方案号
功能
经济适用性
运动变换
间歇送进
工作平稳性
磨损与变形
效率
复杂性
加工装配难度
成本
运动尺寸
1
满足
有
平稳
一般
较高
简单
较难
较高
较大
2
满足
有
平稳
强
较高
最简单
较难
较高
较小
对以上方案初步分析如表3。
从表中的分析结果不难看出，方案1,2都满足要求，但方案1可为最优方案。
3、整个机械系统的设计
综合表2和表3，我们选用了以下方案为最佳方案
冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。
恰当地选择点C的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并可使机构工作段压力角尽可能小。
送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。
五、执行机构设计
执行机构分别为：
齿轮—连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构
冲压机构的设计:
七杆机构的设计、运动分析；齿轮机构的设计；
送料机构的设计:
四杆机构的设计；凸轮机构的设计
1、冲压机构的设计
①七杆机构的设计
设计七杆机构可用解析法、实验法。
解析法：
首先根据对执行构件（滑块F）提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度LCF，并选定能实现上述要求的点C的轨迹，然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE的尺寸。
实验法：
首先根据对执行构件（滑块F）提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度LCF，并选定能实现上述要求的点C的轨迹，然后按实验法初步设计五连杆机构ABCDE。
见下图，要求均为曲柄，两者转速相同，转向相反。
设计步骤如下：
1）任作一水平线，在其上取线段l=60mm，并等份其长，得分点F1、F2、F3、F4、F5。
2）以lCF为半径，以Fi各点为圆心作弧得K1、K2、K3、K4、K5。
3）任取lDE为半径，在适当的位置上作圆，在圆上取圆心角为φ的弧长，将其与l对应等分，得分点D1、D2、D3、D4、D5。
4）任取lDC为半径，以Di为圆心作弧，与弧K1、K2、K3、K4、K5对应交于C1、C2、C3、C4、C5。
5）取lBC为半径，以Ci为圆心作弧，得弧L1、L2、L3、L4、L5。
6）在透明纸上作适量同心圆弧。
在圆上取圆心角φ，将其与l对应等分，并由圆心引相应条射线。
7）将作好图的透明纸覆在Li曲线簇上移动，使得该射线族与Li曲线簇对应的交点B1、B2、B3、B4、B5正好位于同一圆周上，便得曲柄长度lAB及铰链中心A的位置。
8）检查是否存在曲柄及两曲柄转向是否相反。
同样，可以先选定lAB长度，确定lDE和铰链中心E的位置。
也可以先选定lAB、lDE和A、E点位置，确定导路位置与方向，其方法与上述类同。
由以上设计过程得五杆机构基本尺寸如下：
lAB=lDE=100mm，
lAE=200mm，
lBC=lDC=283mm，
lCF=430mm，
A点与导路的垂直距离为162mm，
E点与导路的垂直距离为223mm。
② 七杆机构的运动分析
分析滑块F的速度和加速度，并画出速度线图，以分析是否满足设计要求。
③ 齿轮机构设计
齿轮机构的中心距a=200mm，模数m=10mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z2=20，ha*=1.0。
2、送料机构的设计
①四杆机构的设计
依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选取此机构尺寸如下：
LRH=100mm，LOH=300mm，LRK=150mm，LOG=60mm，O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm，滑块行程为150mm时，摇杆摆角应为45.24°。
②凸轮机构的设计
为了缩小凸轮尺寸，摆杆的行程应小AB，故取最大摆角为ψmax=25°。
凸轮的推程运动角φ=130°，无远休止角φs=0°，回程运动角φ′=110°，近休止角φs′=120°，因凸轮速度不高，故升程和回程皆选等速运动规律。
因凸轮与齿轮2固联，故其等速转动。
用作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径r0=100mm，滚子半径rT=20mm。
3
、机构运动循环图
主动件AB由初始位置（冲头位于上极限点）转过90°时,冲头快速接近坯料；
曲柄转到210°时，冲头近似等速向下冲压坯料；
曲柄转到240°时，冲头继续向下运动，将工件推出型腔；
曲柄转到285°时，冲头恰好退出下模，最后回到初始位置，完成一个循环。
送料机构的送料动作，只能在冲头退出下模到冲头又一次接触工件的范围内进行。
故送料凸轮在曲柄AB由300°转到390°完成升程，而曲柄AB由390°转到480°完成回程。
4、机械系统方案设计运动示意图
六、设计小结
这次课设计程我们主要侧重于多杆机构、齿轮、凸轮等常用机构。
但由于时间问题。
对于间歇机构我们没有涉及。
课程设计期间，小组成员分工明确，在规定时间内完成了设计任务。
这次机械原理课程设计历时一个星期，时间上虽有些紧张，做设计的时候考虑的也并不周全，但我们利用这段时间巩固了所学的知识，把所学理论运用到实际设计当中，也充分的锻炼自己的创新能力。
在实际的设计过程中，我们也遇到了许多的困难，不过经过我们大家的团结努力，一点点克服了困难，最终设计出了自己的方案。
通过这次机械原理课程设计，掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展，对以后的学习也奠定了一定的基础，使我们学得更加轻松，更加高效。
七、参考书目
1、孙恒、陈作模、葛文杰主编《机械原理》第七版，高等教育出版社。
2、邹慧君、张青主编《机械原理课程设计手册》第二版，高等教育出版社；
3、濮良贵、纪名刚：
《机械设计》，高等教育出版社
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