图5—5冲床机构方案之三 图5—6冲床机构方案之四
4．凸轮—连杆冲压机构和齿轮—连杆送料机构
如图5—6所示，冲压机构是由凸轮—连杆机构组合，依据滑块D的运动要求，确定固定凸轮的轮廓曲线。
送料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成，若按机构运动循环图确定曲柄摇杆机构的尺寸，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。
选择方案时，应着重考虑下述几个方面：
1）所选方案是否能满足要求的性能指标；
2）结构是否简单、紧凑；
3）制造是否方便，成本可否降低。
经过分析论证，方案1是四个方案中最为合理的方案，下面就对其进行设计。
五、 冲压机构设计
由方案1图5—3可知，冲压机构是由七杆机构和齿轮机构组合而成。
由组合机构的设计可知，为了使曲柄AB回转一周，C点完成一个循环，两齿轮齿数比Z1/Z2应等于1。
这样，冲压机构设计就分解为七杆机构和齿轮机构的设计。
1．七杆机构的设计
设计七杆机构可用解析法。
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CF，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。
设计此七杆机构也可用实验法，现说明如下。
如图5—7所示，要求AB、DE均为曲柄，两者转速相同，转向相反，而且曲柄在角度的范围内转动时，从动件滑块在l=60mm范围内等速移动，且其行程H=150mm。
图5—7 七杆机构的设计
1）任作一直线，作为滑块导路，在其上取长为l的线段，并将其等分，得分点F1、F2、…、Fn（取n=5）。
2）选取lCF为半径，以Fi各点为圆心作弧得K1、K2、…、K5。
3）选取lDE为半径，在适当位置上作圆，在圆上取圆心角为的弧长，将其与l对应等分，得分点D1、D2、…、D5。
4）选取lDC为半径，以Di为圆心作弧，与K1、K2、…、K5对应交于C1、C2、…、C5。
5）取lBC为半径，以Ci为圆心作弧，得L1、L2、…、L5。
6）在透明白纸上作适量同心圆弧。
由圆心引5条射线等分（射线间夹角为）。
7）将作好图的透明纸覆在Li曲线族上移动，找出对应交点B1、B2、…、B5，便得曲柄长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，其方法与上述相同。
用上述方法设计得机构尺寸如下：
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．齿轮机构设计
此齿轮机构的中心距a=200mm，模数m=5mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z2=40，ha*=1.0。
六、七杆机构的运动和动力分析
用图解法对此机构进行运动和动力分析。
将曲柄AB的运动一周360o分为12等份，得分点B1、B2、…、B12，针对曲柄每一位置，求得C点的位置，从而得C点的轨迹，然后逐个位置分析滑块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。
图5—8是冲压机构执行构件速度与C点轨迹的对应关系图，显然，滑块在F4~F8这段近似等速，而这个速度值约为工作行程最大速度的40%。
该机构的行程速比系数为
故此机构满足运动要求。
图5－8 七杆机构的运动和动力分析
在进行机构动力分析时，先依据在工作段所受的阻力F0＝5000N，并认为在工作段内为常数，然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb，并与曲柄角速度相乘，获得工作段的功率；计入各传动的效率，求得所需电动机的功率为5.3KW，故所确定的电动机型号Y132S—4（额定功率为5.5KW）满足要求。
（动力分析具体过程及结果略）。
七、 机构运动循环图
依据冲压机构分析结果以及对送料机构的要求，可绘制机构运动循环图（如图5—9所示）。
当主动件AB由初始位置（冲头位于上极限点）转过角（=90o）时,冲头快速接近坯料；又当曲柄由转到（=210o）时，冲头近似等速向下冲压坯料；当曲柄由转到（=240o）时，冲头继续向下运动，将工件推出型腔；当曲柄由转到（=285o）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300o转到390o完成升程，而曲柄AB由390o转到480o完成回程。
图5－9 机构运动循环图
七、送料机构设计
送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成，设计时，应先确定摇杆滑块机构的尺寸，然后再设计凸轮机构。
1．四杆机构设计
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=240mm，O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm，送料距离取为250mm时，摇杆摆角应为45.24o。
2．凸轮机构设计
为了缩小凸轮尺寸，摆杆的行程应小AB，故取，最大摆角为22.62o。
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=50mm，滚子半径rT=15mm。
八、调速飞轮设计
等效驱动力矩Md、等效阻力矩Mr和等效转动惯量皆为曲柄转角的函数，画出三者的变化曲线，然后用图解法求出飞轮转动惯量JF。
九、带传动设计
采用普通V带传动。
已知：
动力机为Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5.5KW，满载转速n1=1440rpm ,传动比i=2,两班制工作。
（1）计算设计功率Pd
由[6]中的表6-6查得工作情况系数KA=1.4
（2）选择带型由[6]中的图6-10初步选用A型带
（3）选取带轮基准直径由[6]中的表6-7选取小带轮基准直径
由[6]中的表6-8取直径系列值取大带轮基准直径：
（4）验算带速V
在（5~25m/s）范围内，带速合适。
（5）确定中心a和带的基准长度
在 范围内初选中心距
初定带长
查[6]中的表6－2选取A型带的标准基准长度
求实际中心距
取中心距为500mm。
（6）验算小带轮包角
包角合适
（7）确定带的根数Z
查表得
取Z=3根
（8）确定初拉力
单根普通V带的初拉力
（9）计算带轮轴所受压力
（10）带传动的结构设计（略）
十、齿轮传动设计
齿轮减速器的传动比为ig=10.285，采用标准得双级圆柱齿轮减速器，其代号为
ZLY－112－10－1。
第二节 棒料校直机执行机构与传动系统设计
一、设计题目
棒料校直是机械零件加工前的一道准备工序。
若棒料弯曲，就要用大棒料才能加工出一个小零件，如图5－10所示，材料利用率不高，经济性差。
故在加工零件前需将棒料校直。
现要求设计一短棒料校直机。
确定机构运动方案并进行执行机构与传动系统的设计。
图5－10 待校直的弯曲棒料
二、设计数据与要求
需校直的棒料材料为45钢，棒料校直机其他原始设计数据如表5－1所示。
表5－1 棒料校直机原始设计数据
参数
分组直径d2
（mm）长度L
（mm）校直前最大曲率半径ρ
（mm）最大校直力
（KN）棒料在校直时转数
（转）生产率
（根/分）
1151005001.05150
2181004001.24120
3221003001.43100
4251002001.5280
注：
室内工作，希望冲击振动小；原动机为三相交流电动机，使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时，每半年作一次保养，大修期为3年。
三、工作原理的确定
1）用平面压板搓滚棒料校直（图5-11）。
此方法的优点是简单易行，缺点是因材料的回弹，材料校得不很直。
2）用槽压板搓滚棒料校直。
考虑到“纠枉必须过正”，故将静搓板作成带槽的形状，动、静搓板的横截面作成图5-12所示形状。
用这种方法既可能将弯的棒料校直，但也可能将直的棒料弄弯了，不很理想。
3）用压杆校直。
设计一个类似于图5-13所示的机械装置，通过一电动机，一方面让棒料回转，另一方面通过凸轮使压杆的压下量逐渐减小，以达到校直的目的。
其优点是可将棒料校得很直；缺点是生产率低，装卸棒料需停车。
4）用斜槽压板搓滚校直。
静搓板的纵截面形状如图5-14所示，其槽深是由深变浅而最后消失。
其工作原理与上一方案使压下量逐渐减小是相同的，故也能将棒料校得很直。
其缺点是动搓板作往复运动，有空程，生产效率不够高。
虽可利用如图所示的偏置曲柄滑块机构的急回作用，来减少空程损失，但因动搓板质量大，又作往复运动，其所产生的惯性力不易平衡，限制了机器运转速度的提高，故生产率仍不理想。
5）行星式搓滚校直。
如图5-15所示，其动搓板变成了滚子1，作连续回转运动，静搓板变成弧形构件3，其上开的槽也是由深变浅而最后消失。
这种方案不仅能将棒料校得很直，而且自动化程度和生产率高，所以最后确定采用此工作原理。
图5-11平面压板搓滚棒料校直 图5-12槽压板搓滚棒料校直
图5-13 压杆校直
图5-14 斜槽压板搓滚校直 图5-15 行星式搓滚校直
四、执行机构运动方案的拟定
行星式棒料校直机有两个执行构件，即动搓板滚子和送料滑块。
动搓板滚子的运动为单方向等速连续转动，可将其直接装在机器主轴上。
送料滑块的运动为往复移动。
图5－16给出了两种送料机构方案，其中图a）为曲柄摇杆机构与齿轮、齿条机构组合，图b）为摆动推杆盘形凸轮机构与导杆滑块机构的组合，曲柄（或凸轮）每转一周送出一根棒料。
由于凸轮机构能使送料机构的动作和搓板滚子的运动能更好的协调，故图b）的执行机构运动方案优于图a），下面设计计算针对图b）方案进行。
a） b）
图5-16 行星式棒料校直机执行机构运动方案
五、传动系统运动方案的拟定
初步拟定的传动方案如图5-17所示。
驱使动搓板滚子1转动的为主传动链，为提高其传动效率，主传动链应尽可能简短，而且还要求冲击振动小，故图中采用了一级带传动和一级齿轮传动。
传动链的第一级采用带传动有下列优点：
电动机的布置较自由，电动机的安装精度要求较低，带传动有缓冲减振和过载保安作用。
图5-17 行星式棒料校直机传动方案
六、执行机构设计
由于动搓板滚子1直接装在机器主轴上，只有执行构件，没有执行机构，故只需对送料机构进行设计。
对于图5－16b）所示得运动方案，送料机构的设计，实际上就是摆动推杆盘状凸轮机构的设计。
凸轮轴的转动是由滚子轴（传动主轴）的转动经过齿轮机构传动减速而得到的。
下面来讨论滚子轴与凸轮轴间的传动比应如何确定。
应注意在校直棒料时，不允许两根棒料同时进入校直区，否则将因两根棒料的相互干扰，可能一根棒料也未被校直。
所以一定要待前一根棒料退出落下后，后一根棒料才能进入校直区。
设滚子1的直径，棒料的直径为，校直区的工作角为，从棒料进入到退出工作区，滚子1的转角为。
因在棒料校直时的运动状态跟行星轮系传动一样，弧形搓板相当于固定的内齿轮，其内经为，角相当于行星架的转角，根据周转轮系的计算式，即可求得滚子1的相应转角，即
故
设已确定为了校直棒料，棒料需在校直区转过的转数为，校直区的工作角为，则滚子1的直径，可由下式确定：
为了保证不出现两根棒料同时在校直区的现象，应在滚子1转过角度时，送料凸轮4才转一转，由此可定出齿轮的传动比为
图中采用了一级齿轮减速（轮为过轮，用它主要是为了协调中心距）。
若一级齿轮减速不能满足要求时，可考虑用二级或三级齿轮减速。
1=2600,从而求得齿轮的传动比为ig＝0.722。
故取Zc＝26，Za＝36。
对于第一组数据，并设校直区的工作角为＝1200，则由上面公式可求得滚子1的直径＝240mm，滚子1的转角为＝2550，故取
送料滑块应将棒料推送到A点，设推送距离对应的圆心角为300，则可求得滑块行程约为120mm，若取摆杆长lCF＝400mm，则其摆角为17.25o。
确定推杆运动规律，设计凸轮轮廓曲线（略）。
七、传动系统设计
原动机选为Y100L2-4异步电动机，电动机额定功率P=3KW，满载转速n=1420rpm，则传动系统的总传动比为i＝n/n1，其中n1为滚子1的转速。
对于第一组数据，n1＝2600×150/3600=108.3，总传动比为i＝13.11，若取带传动的传动比为ib＝3.0,则齿轮减速器的传动比为ig＝13.11/3.0=4.3，故采用单级斜齿圆柱齿轮减速器。
带传动和单级斜齿圆柱齿轮减速器的设计（略）。
情感语录
1.爱情合适就好，不要委屈将就，只要随意，彼此之间不要太大压力
2.时间会把最正确的人带到你身边，在此之前，你要做的，是好好的照顾自己
3.女人的眼泪是最无用的液体，但你让女人流泪说明你很无用
4.总有一天，你会遇上那个人，陪你看日出，直到你的人生落幕
5.最美的感动是我以为人去楼空的时候你依然在
6.我莫名其妙的地笑了，原来只因为想到了你
7.会离开的都是废品，能抢走的都是垃圾
8.其实你不知道，如果可以，我愿意把整颗心都刻满你的名字
9.女人谁不愿意青春永驻，但我愿意用来换一个疼我的你
10.我们和好吧，我想和你拌嘴吵架，想闹小脾气，想为了你哭鼻子，我想你了
11.如此情深，却难以启齿。
其实你若真爱一个人，内心酸涩，反而会说不出话来
12.生命中有一些人与我们擦肩了，却来不及遇见；遇见了，却来不及相识；相识了，却来不及熟悉，却还要是再见
13.对自己好点，因为一辈子不长；对身边的人好点，因为下辈子不一定能遇见
14.世上总有一颗心在期待、呼唤着另一颗心
15.离开之后，我想你不要忘记一件事：
不要忘记想念我。
想念我的时候，不要忘记我也在想念你
16.有一种缘分叫钟情，有一种感觉叫曾经拥有，有一种结局叫命中注定，有一种心痛叫绵绵无期
17.冷战也好，委屈也罢，不管什么时候，只要你一句软话，一个微笑或者一个拥抱，我都能笑着原谅
18.不要等到秋天，才说春风曾经吹过;不要等到分别，才说彼此曾经爱过
19.从没想过，自己可以爱的这么卑微，卑微的只因为你的一句话就欣喜不已
20.当我为你掉眼泪时，你有没有心疼过
情感语录
1.爱情合适就好，不要委屈将就，只要随意，彼此之间不要太大压力
2.时间会把最正确的人带到你身边，在此之前，你要做的，是好好的照顾自己
3.女人的眼泪是最无用的液体，但你让女人流泪说明你很无用
4.总有一天，你会遇上那个人，陪你看日出，直到你的人生落幕
5.最美的感动是我以为人去楼空的时候你依然在
6.我莫名其妙的地笑了，原来只因为想到了你
7.会离开的都是废品，能抢走的都是垃圾
8.其实你不知道，如果可以，我愿意把整颗心都刻满你的名字
9.女人谁不愿意青春永驻，但我愿意用来换一个疼我的你
10.我们和好吧，我想和你拌嘴吵架，想闹小脾气，想为了你哭鼻子，我想你了
11.如此情深，却难以启齿。
其实你若真爱一个人，内心酸涩，反而会说不出话来
12.生命中有一些人与我们擦肩了，却来不及遇见；遇见了，却来不及相识；相识了，却来不及熟悉，却还要是再见
13.对自己好点，因为一辈子不长；对身边的人好点，因为下辈子不一定能遇见
14.世上总有一颗心在期待、呼唤着另一颗心
15.离开之后，我想你不要忘记一件事：
不要忘记想念我。
想念我的时候，不要忘记我也在想念你
16.有一种缘分叫钟情，有一种感觉叫曾经拥有，有一种结局叫命中注定，有一种心痛叫绵绵无期
17.冷战也好，委屈也罢，不管什么时候，只要你一句软话，一个微笑或者一个拥抱，我都能笑着原谅
18.不要等到秋天，才说春风曾经吹过;不要等到分别，才说彼此曾经爱过
19.从没想过，自己可以爱的这么卑微，卑微的只因为你的一句话就欣喜不已
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