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1、1.設(shè)計(jì)任務(wù)
1.1設(shè)計(jì)題目
專用精壓機(jī)
1.2工作原理及工藝動(dòng)作過程
專用精壓機(jī)是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝,它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖1.1所示,上模先以比較小的速度接近坯料,然后以勻速進(jìn)行拉延成形工作,以后,上模繼續(xù)下行將成品推出型腔,最后快速返回。上模退出下模以后,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)。
圖1.1
1) 將新坯料送至待加工位置;
2) 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出膜腔。
1.3原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求
1) 動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī),作轉(zhuǎn)動(dòng);沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模,作上下往復(fù)直移運(yùn)動(dòng),其大致運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖1.2所示,具
2、有快速接近工件、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。
2) 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。
3) 上模移動(dòng)總行程為280 mm,其拉延行程置于總行程的中部,約100 mm。
4) 行程速比系數(shù)K≥1.3。
5) 坯料輸送的最大距離200 mm。
6) 上?;瑝K總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 N,且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡;
7) 設(shè)最大擺動(dòng)件的質(zhì)量為40kg/mm,繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2 kg??m2/mm,質(zhì)心簡化到桿長的中點(diǎn)。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均忽略不計(jì);
8) 傳動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(以曲柄為等效構(gòu)件,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)為30 kg??m2,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)
3、[δ]為0.05)
1.4設(shè)計(jì)任務(wù)
1)按工藝動(dòng)作要求擬定動(dòng)作循環(huán)圖。
2)進(jìn)行送料機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)構(gòu)的選型。
3)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評價(jià)和選擇。
4)按選定的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案。
5)進(jìn)行飛輪設(shè)計(jì)。
6)畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡圖。
7)對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算。
2.系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
2.1原動(dòng)機(jī)類型的選擇
本機(jī)構(gòu)加工的主要是鋁合金制件,且需要一次沖壓成型。故機(jī)構(gòu)需要較大
4、的沖壓力來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)保證其精壓的質(zhì)量,機(jī)構(gòu)需要?jiǎng)蛩俚臎_壓過程,因此我們采用具有較好的傳動(dòng)性和較高接觸強(qiáng)度的齒輪機(jī)構(gòu)??紤]到工作效率的要求,采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)送料,為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠快速、緊密、平穩(wěn)地運(yùn)行,需要機(jī)構(gòu)各個(gè)部分必須相互配合,并且足夠穩(wěn)定。
2.2主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
(1)、 推板送料 由曲柄—滑塊送料機(jī)構(gòu)的推板將待加工件推至預(yù)定的工作位置。
(2)、 上、下模沖壓工件 擺動(dòng)—導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu)在送料機(jī)構(gòu)完成送料回程時(shí)已經(jīng)進(jìn)入沖壓工作階段。上模滑塊先快速接近工件,接近時(shí)在以等速對其進(jìn)行沖壓,而下模在等速沖壓時(shí)恰好達(dá)到極限位置,頂住工件實(shí)現(xiàn)精壓。
(3)、 上?;瑝K急回、下模向上頂出工
5、件 上?;瑝K機(jī)構(gòu)急回向上退回,下?;瑝K則由原本的最低極限位置向上運(yùn)動(dòng),將精壓好的成品向上頂出。
(4)、 推板送料并將成品推至下工作臺 曲柄—滑塊送料機(jī)構(gòu)完成一次送料后再次送料,而此時(shí)成品已被下模頂出下一個(gè)加工工件恰好將成品推至下工作臺。同時(shí)將新工件送至預(yù)定加工位置。
3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較
3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的比較
1、 送料機(jī)構(gòu)的選擇
送料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪—連桿組合送料機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等。
方案一:選用凸輪機(jī)構(gòu)
方案一中,凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)接觸,線接觸,易磨損,并且凸輪機(jī)構(gòu)制作比較困難。
方案二:選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
6、
方案二中,運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸,壓力較小,承載能力較大,潤滑好,磨損小,加工制造較容易
2沖壓機(jī)構(gòu)的選擇
沖壓機(jī)構(gòu)為保證等速拉延、回程快速的要求,可采用導(dǎo)桿加搖桿滑塊的六桿機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機(jī)構(gòu)、齒輪—連桿沖壓機(jī)構(gòu)等。
方案一:選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
該方案自由度為一,自由度等于原動(dòng)件數(shù),能夠滿足傳動(dòng)要求,結(jié)構(gòu)簡單,裝配較容易,但一級傳動(dòng)角較小,機(jī)構(gòu)傳力性能差。
方案二: 四連桿機(jī)構(gòu)+搖桿滑塊機(jī)構(gòu)
該方案自由度等于原動(dòng)件數(shù),能夠滿足傳動(dòng)要求,加壓時(shí)間較短,一級傳動(dòng)角最大,效率高,成本低,工作平穩(wěn)性一般.
方案三:四桿機(jī)構(gòu)+曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
方案
7、一、二、三都能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng),綜合考慮機(jī)構(gòu)的力學(xué)性能和制作成本,選用方案三。
2、 頂桿機(jī)構(gòu)的選擇—凸輪機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)頂桿機(jī)構(gòu)的目的為了使成品推出型腔,選用下圖的凸輪機(jī)構(gòu),能夠滿足條件。
3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的確定
在所有方案全部提出后,小組進(jìn)行了對比。各個(gè)方案都由不同的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)組合而成,且基本都可完成設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng)。但是考慮到后期的建模,分析等的方便,最后小組經(jīng)過討論,決定送料機(jī)構(gòu)選擇方案一,沖壓機(jī)構(gòu)選擇方案三,頂桿機(jī)構(gòu)選擇凸輪機(jī)構(gòu)。
4.系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案的比較分析確定
4
1
電動(dòng)機(jī)
5
主滑塊
2
飛輪
6
凸模
3
帶輪傳動(dòng)
7
凹模
4
8、齒輪
8
坯料
5.擬定工作循環(huán)圖
從循環(huán)圖看出,推桿和上模正行程同時(shí)開始,但推桿送料時(shí)間短,在開始沖壓前送料已經(jīng)完畢,同時(shí)在上?;爻桃恍《螘r(shí)間后頂桿開始頂出成型品,在下一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期開始時(shí)頂桿完成正行程。
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算
1、 沖壓機(jī)構(gòu)
1> 傳動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算
按照設(shè)計(jì)要求,擺桿質(zhì)量為40kg/m,繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2kg m2 ,所以根據(jù)計(jì)算式
1/12 40 c3 = 2
C ≈ 0.843 m
取K=1.4 ,設(shè)計(jì)擺桿擺腳為ψ = 60。 ,由課本P120圖8-20 查得此
9、時(shí)最小傳動(dòng)角最大取值maxγmin ≈ 33。 ,β≈46。。 參考課本p136式8-25則
θ=180。(k – 1)/(k+1)=30。
a/d=sin30。sin(15。+46。)/cos(30。-15。) = 0.4527
b/d= sin30。sin(15。+46。)/sin(30。-15。) =0.9366
c/d = 1
可得:
a = 0.382m b = 0.790m c = d = 0.843m
2> 沖模連桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算
在剛結(jié)束沖壓時(shí)(圖中粗實(shí)線所示),OA與水平夾角為30。 ,并且
10、沖塊和連桿在一條直線上。 回程結(jié)束時(shí)(圖中虛線所示)OA極限位置在OA‘處,AB處于A’B‘處。由幾何關(guān)系可知:
AB = 140 + OAsin30。
AB2= OA2+ OA2cos30。2
解得
OA = 170.135mm
AB = 225.067mm
3> 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析
設(shè)計(jì)要求精壓機(jī)生產(chǎn)效率為70件/min ,則曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T=0.857s ,曲柄平均角速度 ω=7.33 rad/s 。
沖塊正行程時(shí)間:
t =T(180 +θ)/360。= 0.5s
回程時(shí)間:
t = T – t = 0.357s
2、 送料機(jī)構(gòu)
1> 送料機(jī)構(gòu)
11、尺寸
由設(shè)計(jì)要求坯料輸送距離需達(dá)到200mm,所以
2a = 200mm
a = 100mm
b桿長選取為200mm
2> 運(yùn)動(dòng)分析
為保證送料和沖模運(yùn)動(dòng)一致,其周期也應(yīng)為
T = 0.857s
3、 頂桿機(jī)構(gòu)
頂桿機(jī)構(gòu)采用凸輪傳動(dòng),凸輪推程角為80。,推程時(shí)間為
t = 80。/360。= 0.19s
回程角設(shè)計(jì)為60。,時(shí)間約為0.143s ,使其能快速回程,避免和沖塊,送料機(jī)構(gòu)碰撞。
工作廓線的設(shè)計(jì)
由課本P163式9-17得
X,= x-rrcosθ y, = y-rrsinθ
其中:
sinθ=(dx/dδ)√(dx/dδ)2
12、+(dy/dδ)2
cosθ=-(dy/dδ)√(dx/dδ)2+(dy/dδ)2
推程段 δ1=[0,80.]
dx/dδ=(ds/ dδ)sinδ1 +(r0+s)cosδ1
={(2h/π)[1-cos4δ1]}sinδ1+(r0+s)cosδ1
dy/dδ=(ds/ dδ)cosδ1-(r0+s)sinδ1
={(2h/π)[1-cos4δ1]} cosδ1+(r0+s) sinδ1
遠(yuǎn)休止 δ2=[0,10.]
dx/dδ=(r0+s)cos(π/2+δ2)
dy/dδ=-(r0+s)sin(π/2+δ2)
回程階段δ3=[0,60.]
dx/dδ=(ds/ dδ)sin(δ3+π)+(r0+s)cos(δ3+π)
=(810hδ32/π3-4860 hδ33/π4+7290 hδ34/π5)sin(δ+ π)+ (r0+s) cos(δ3+π)
dy/dδ=(810hδ32/π3-4860 hδ33/π4+7290 hδ34/π5)cos(δ3+ π- (r0+s)cos(δ3+π)
近休止 δ4=[0,210.]
dx/dδ=(r0+s)cos(4π/3+δ4)
dy/dδ=-(r0+s)sin(4π/3+δ4)
通過計(jì)算得出凸輪工作廓線各點(diǎn)坐標(biāo)得出凸輪廓線。