資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。薄壁零件沖床的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)1.薄壁零件沖床的功能和設(shè)計(jì)要求1.1工作原理及工藝動(dòng)作過程在沖制薄壁零件時(shí),上模(沖頭)以較大的速度接近坯料,然后以勻速進(jìn)行拉延成形工作,接著上模繼續(xù)下行將成品推出型腔,最后快速返回。上模退出下模后,送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置,完成一個(gè)工作循環(huán)。1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求技術(shù)要求:(1)動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī),按平均功率選用電動(dòng)機(jī),空載F1=50N,生產(chǎn)率為每分鐘70件。(2)上模做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),要求快速下沉、勻速工作進(jìn)給和快速返回。上模行程長(zhǎng)度必須大于工作段長(zhǎng)度的兩倍以上,運(yùn)動(dòng)規(guī)律要滿足圖1-1的所示函數(shù)。(3)行程速比系數(shù)K≥1.5,許用壓力角[α]=50o。(4)送料距離H=150mm。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):(1)上模工作段的長(zhǎng)度約為L(zhǎng)=40mm(2)對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角φ=60-100o(3)沖壓載荷F=4300N圖1-11.3設(shè)計(jì)任務(wù)(1)擬定機(jī)構(gòu)系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案。(2)畫出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。(3)完成論證報(bào)告。2.機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖2.1.1工藝動(dòng)作分解分析工作原理可知,薄壁零件沖床要求完成的工藝動(dòng)作有以下四個(gè):(1)送料:這一動(dòng)作由送料機(jī)構(gòu)完成,要求在沖頭在下沉到胚料上面高度之前把胚料送到拉延位置。(2)壓緊:該動(dòng)作要求在胚料到達(dá)拉延位置后,沖頭開始拉延前把胚料壓緊。(3)拉延成型:該動(dòng)作發(fā)生在壓緊胚料以后。(4)成品推出下模并退模:該動(dòng)作主要由退料機(jī)構(gòu)完成,在沖頭把成品推出下模后、正準(zhǔn)備返回時(shí),退料機(jī)構(gòu)把成品抱住,阻止其跟隨沖頭一起返回。2.1.2擬定動(dòng)作循環(huán)圖該沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有四個(gè),要擬定該沖床的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主要是確定沖頭、送料、壓緊、退料四個(gè)執(zhí)行件的先后順序,以利于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。薄壁零件沖床的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu),以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn),縱坐標(biāo)為個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移起始位置。擬定的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如表1-1所示。表1-1薄壁零件沖床運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖2.2各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)2.2.1沖頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1)機(jī)構(gòu)的選型要實(shí)現(xiàn)圖1-1所示的這樣一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu),簡(jiǎn)單的四桿機(jī)構(gòu)已無能為力。在查閱相關(guān)資料后,發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的函數(shù)發(fā)生器的機(jī)構(gòu)主要有以下幾種:多桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)非圓齒輪-連桿機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),但不適用有較大沖擊載荷的場(chǎng)合,因此我們沒有選用。非圓齒輪傳動(dòng),雖有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)可靠、能精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的不等速傳動(dòng)比關(guān)系的特點(diǎn),但由于設(shè)計(jì)和制造較困難,在此也不選用。最后我們針對(duì)多桿機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)展開設(shè)計(jì)。分析沖頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知:設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要滿足工作行程的快速下沉、勻速拉延、再勻速下沉的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。在這里,我們能夠?qū)⒃撨\(yùn)動(dòng)規(guī)律看成是兩運(yùn)動(dòng)規(guī)律的合成。即在工作行程中:一機(jī)構(gòu)將勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成先快速,再低速勻速,再快速轉(zhuǎn)動(dòng)。主從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖所示:圖1-2二機(jī)構(gòu)則需在工作行程中將主動(dòng)件的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成滑塊的勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且應(yīng)具有急回特性。主從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖所示:圖1-3這樣將機(jī)構(gòu)一的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)輸入到機(jī)構(gòu)二的主動(dòng)件后,便可得到滑塊在工作行程中,快速下沉、勻速慢速拉延、再快速下沉的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2)機(jī)構(gòu)綜合在查閱資料時(shí),我們發(fā)現(xiàn)了具有上述特性的兩種機(jī)構(gòu),其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下:圖1-4機(jī)構(gòu)一圖1-5機(jī)構(gòu)二機(jī)構(gòu)一為齒輪-五桿機(jī)構(gòu),其中1為主動(dòng)件,4為從動(dòng)件。機(jī)構(gòu)二為擺動(dòng)導(dǎo)桿與正切機(jī)構(gòu)串聯(lián)的組合機(jī)構(gòu),其中1為主動(dòng)件,6為從動(dòng)件。機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算方案一的尺寸確定機(jī)構(gòu)一、機(jī)構(gòu)二的運(yùn)動(dòng)分析圖1-6以定圓中心O1、動(dòng)圓中心A0和B0點(diǎn)三點(diǎn)共線時(shí)的位置為機(jī)構(gòu)的初始位置,并以該直線為xiK'=xy設(shè)桿4的轉(zhuǎn)角為φtanφ用MATLAB分析,不同的K’值對(duì)應(yīng)的φ4圖1-7由圖1-7能夠看出K’值越小,勻速段越短,勻速速率越大。對(duì)機(jī)構(gòu)一的尺寸綜合,很大程度上就是要選取合適的K’值。除另外,還需考慮與機(jī)構(gòu)二配合后,對(duì)急回特性的影響,即需找到機(jī)構(gòu)二的極位夾角。由圖1-7可知,桿4轉(zhuǎn)速的變化周期為180°,及桿一旋轉(zhuǎn)一周時(shí),桿4會(huì)交替出現(xiàn)慢勻速旋轉(zhuǎn)、高速旋轉(zhuǎn)的情況兩次。圖1-8中桿4轉(zhuǎn)過的陰影部分為慢速勻速轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)應(yīng)于桿1轉(zhuǎn)過的白色部分。圖1-9中陰影部分為工作行程,桿1對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)一中的桿4。如果取圖1-8中的工作行程對(duì)應(yīng)圖1-9的陰影部分,則機(jī)構(gòu)二的桿1在工作行程中先高速、再低速勻速、最后再高速旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)構(gòu)二在工作行程的近似勻速特性,滑塊會(huì)產(chǎn)生快速下沉、勻速慢速拉延、再快速下沉的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。圖1-8機(jī)構(gòu)一轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖圖1-9機(jī)構(gòu)二示意圖下面討論如何讓組合的機(jī)構(gòu)有急回特性:按題目要求,行程速比系數(shù)K≥1.5則:極位夾角θ=180°θ≥36°機(jī)構(gòu)一的桿1轉(zhuǎn)過180°+θ2角度時(shí),桿4轉(zhuǎn)過的角度對(duì)應(yīng)于機(jī)構(gòu)二中桿又:許用壓力角α因此:機(jī)構(gòu)二的極位夾角θ'≤180°-2×40°=100°因此桿4轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)小于140°,大于90°(大于90°一定能夠滿足)。即機(jī)構(gòu)一的桿1轉(zhuǎn)過180°+θ2角度時(shí),桿4(機(jī)構(gòu)二桿1)轉(zhuǎn)過的角度β,且β應(yīng)滿足由方程:φ可可計(jì)算得:表1-2K’值0.40.50.60.7桿4轉(zhuǎn)角β(°)142.8°135.7°127.6°118.5°由表可看出0.5≤K'≤0.7都可滿足上述要求。最后一個(gè)需滿足的條件便是:組合的機(jī)構(gòu)具有的勻速行程長(zhǎng)度是否在50mm左右。該長(zhǎng)度主要取決于圖1-8中桿4在x軸處的陰影部分的轉(zhuǎn)角的大小,該轉(zhuǎn)角α必須大于180°+θ’5由α=-1表1-3K’值0.50.60.7α0.95770.74260.5364α(°)54.942.530.7180°+θ'52.4051.0447.40由上表可知K'=0.5可滿足要求綜上所述,滿足要求的參數(shù)為:K'=0.5θ‘=91.4°根據(jù)該參數(shù)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下:圖1-10機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖利用Adams仿真所測(cè)得的速度和位移圖如下:圖1-112.2.2送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖能夠看出送料機(jī)構(gòu)的送料時(shí)間較短,不適合用單一的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。也不適合用單一的凸輪機(jī)構(gòu),因?yàn)樗土暇嚯x較大。這里考慮用凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)。圖1-12送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)尺寸:(1)凸輪尺寸擺桿的擺角設(shè)為60°,擺桿長(zhǎng)設(shè)為41mm,滾子直徑16mm。對(duì)擺桿的轉(zhuǎn)角規(guī)律無特別要求,只要滿足擺桿推程凸輪轉(zhuǎn)角為44°即可。綜合過程:為了運(yùn)動(dòng)的平滑性并考慮到制造的難易,該凸輪的推程和回程,我們選擇余弦加速度運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))規(guī)律。其s-δ(t)圖大致如下(δ為凸輪轉(zhuǎn)角):圖1-13推程:s=回程:s=因此可知:該凸輪推程的坐標(biāo)方程為:x同理,該凸輪推程的坐標(biāo)方程為:x2.2.3壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)壓緊裝置只做上下運(yùn)動(dòng),且運(yùn)動(dòng)距離較短,所受載荷不大,故采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)桿的行程定為5mm。2.2.4退料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本方案采用抱緊式退料,在沖頭下行到最低點(diǎn)時(shí),用機(jī)構(gòu)將拉延成型的產(chǎn)品外表面抱死,則沖頭(上模)返回時(shí)便能從成型金屬內(nèi)腔內(nèi)脫離。待抱死機(jī)構(gòu)解除抱死后,成品由重力作用下落,與下模分離。2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.3.1初選原動(dòng)機(jī)由于交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、容易維護(hù),且交流電源易于獲得。故此處選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī),額定轉(zhuǎn)速nH2.3.2計(jì)算總傳動(dòng)比根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和沖床的生產(chǎn)能力,可知機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為:i2.3.3擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)采用帶傳動(dòng),其速比為2.5;第二級(jí)采用直齒圓柱齒輪系傳動(dòng),其速比為8。(1)帶傳動(dòng)計(jì)算帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為2.5。確定帶輪節(jié)圓直徑d1和dd確定中心距α0.7即367.5mm≤這里取α(2)齒輪傳動(dòng)計(jì)算齒輪模數(shù)選m=5dddd圖1-20傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖3.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析3.1薄壁零件沖床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)總圖3.2運(yùn)動(dòng)分析3.2.2沖頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析(1)運(yùn)動(dòng)分析V-t圖S-t圖加速度a圖3.3動(dòng)力學(xué)分析沖頭所受載荷圖主軸鉸鏈支座反力及平衡力矩圖參考文獻(xiàn)[1]王淑仁主編.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,.[2]呂厚庸,沈愛紅.組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,.[3]徐瑞,黃兆東,閻鳳玉.MATLAB科學(xué)計(jì)算與工程分析[M].北京:科學(xué)出版社,.[4]馮鑒