机械原理课程设计分度冲压机说明书

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程设计说明书（论文）课程名称： 机械原理 设计题目： 分度冲压机（方案 2）院 系： 机电学院 班 级： XXXX 设 计 者： XXXXXX 学 号： XXXXXXX 指导教师： 设计时间： 2012 年 7 月 哈尔滨工业大学 目录目录目录目录.1一一、课题概述.2二、工艺运动分析.3三、运动功能分析及运动功能系统图.4四、系统运动方案拟定.8五、系统运动方案设计.121、执行构件 1 的设计 .121.1 滚子凸轮的设计.122、执行构件 2 的设计.132.1 槽轮的设计.133、执行构件 3 的设计.143.1 减速装置.153.2 槽轮设计.153.3 凸轮设计.154、滑移齿轮传动设计.175、齿轮传动设计.186、带传动设计.18六、机械系统运动分析 .18七、运动方案执行构件运动时序分析.24二、二、 工艺运动分析工艺运动分析由设计题目可见，在位置 A 冲压工件的是执行构件 1，盘形工作台是执行构件 2，在位置 B 处把工件推出的是执行构件 3，这三个执行构件的运动协调关系如下图所示。 执行构件运动情况运动情况运动情况运动情况运动情况运动情况运动情况运动情况执行构件1下降上升下降上升下降上升下降上升下降上升下降上升下降上升下降上升执行构件2停止转动停止转动停止转动停止转动停止转动停止转动停止转动停止转动执行构件3停止停止停止停止停止停止停止停止上升下降T 分度冲压机运动循环图是是执行构件 1 的工作周期，T 是执行构件 2 的工作周期，T 是执行构件3 的动作周期。执行构件 1、3 是间歇往复移动，执行构件 2 是间歇转动。执行构件 1、3 的周期相等，执行构件 2 的周期是执行构件 1、3 的四分之一左右，执行构件 3 大多数时间是在停歇状态。三、运动功能分析及运动功能系统图三、运动功能分析及运动功能系统图根据前面的分析可知，驱动执行构件 1 工作的执行机构应该具有的运动功能如图 1 所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件 1）间歇往复运动一次，主动件转速分别为15、25、35 转/分。图 1 执行机构 1 的运动功能由于电动机的转速为 1430 转/分，为了在执行机构 1 的主动件上分别的到15、25、35 转/分的转速，则由电动机到执行机构 1 之间的总传动比有 3 种，zi分别为33.95151430011nniz2 .57251430022nniz9.40351430033nniz总传动比由定传动比和变传动比两部分构成，即civi11vcziii22vcziii33vcziii3 种总传动比中最大，最小。由于定传动比是常数，因此，3 种变传动比1zi3zici中最大，最小。采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不大于 5，设最大传1vi3vi动比=41vi 833.23433.9511vzciii41vi 4.2833.232.5722czviii 714.1833.239.4033czviii于是，传动系统的有级变速功能单元如图 2 所示。714.1 ,4.2,4i图 2 有级变速运动功能单元为了保证系统过载时不至于损坏，在电动机和传动系统之间加一个过载保护环节。过载保护运动功能单元可采用带传动实现，这样，该运动功能单元不仅具有过载保护功能还具有减速功能，如图 3 所示。5 . 2i图 3 过载保护运动功能单元整个传动系统仅靠过载保护运动功能单元不能实现其全部定传动比，因此，在传动系统中还要另加减速运动功能单元，其减速比为85 . 2cii减速运动功能单元如图 4 所示。8i图 4 减速运动功能单元因为结构制约，这里引入相同齿数的齿轮使传动比为 1，传递运动。因结构功能简单，后不再举例描述。如图 5图 5 传递运动功能单元根据上述运动功能分析，可以得到实现执行构件 1 运动的运动功能系统图，如图6 所示。1430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i图 6 实现执行构件 1 运动的运动功能系统图为了使用统一原动机驱动执行构件 2，应该在图 6 所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件 2，该运动分支功能单元如图7 所示。由于执行构件 2 与执行构件 1 的运动平面相互垂直，因此，该运动功能单元如图 8 所示。图 7 运动分支功能单元图 8 运动功能单元由于执行构件 2 是间歇运动，且由图 1 可以看出执行构件 2 的间歇时间是工作周期 T 的 3/4，即其运动时间是其工作周期 T 的 1/4。因此，间歇运动功能单的运动系数为 41间歇运动功能单元如图 9 所示25. 0图 9 间歇运动功能单元在这里，设计执行构件 2 间歇运动单元用 4 齿槽轮机构替代，而执行构件 2转动 8 次即循环一周，故执行构件 2 的动作幅度是其传动构件的一半，因此，驱执行构件 1动执行构件 2 转速应该是的驱动机构 2 的主动件的的转速的二分之一左右。所以，间歇运动功能单元输出的运动应经过减速运动功能单元减速，如图 10 所示2i图 10 减速运动功能单元减速运动功能单元输出的运动驱动执行机构 2 实现执行构件 2 的运动功能。由于执行构件 2 做间歇转动运动，因此，执行构件 2 的运动功能是把连续转动转换为间歇转动运动。组合后的运动功能系统图，如图 11 所示。1430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i 25. 02i图 11 实现执行构件 1，2 运动的运动功能系统图同理，为了使用统一原动机驱动执行构件 3，应该在图 11 所示的运动功能系统图中加一运动分支功能单元，其运动分支驱动执行构件 3，该运动分支功能单元如图 7 所示。由于执行构件 3 与执行构件 1 的运动平面平行，因此，该运动功能单元如图下图所示。驱动执行构件 3 工作的执行机构应该具有的运动功能如图 1 所示。运动功能单元把一个连续的单向传动转换为间歇的往复运动，和执行构件 1 基本相同。根据上述分析，可以画出整个系统的运动功能系统图，如图 12 所示。执行构件 1执行构件 21430rpm 5 . 2i714.1 ,4.2,4i8i1 2 3 4 5 6 7 25. 0 8 92i10 Z 11 12 13图 12 分度冲压机（方案 2）的运动功能系统图四、系统运动方案拟定四、系统运动方案拟定根据图 12 所示的运动功能系统图，选择适当的机构替代运动功能系统图中的各个运动功能单元，便可拟定出机械系统运动方案。图 12 中的运动功能单元 1 是原动机。根据分度冲压机的工作要求，可以选择电动机作为原动机，如图 13 所示。执行构件 3执行构件 1执行构件 2图 13 电动机替代运动功能单元 1图 12 中的运动功能单元 2 是过载保护功能单元兼具减速功能，可以选择带传动代替，如图 14 所示。5 . 2i图 14 皮带传动替代运动功能单元 2图 12 中的运动功能单元 3 是有级变速功能，可以选择滑移齿轮变速传动代替，如图 15 所示。 714.1 ,4.2,4i图 15 滑移齿轮变速替代运动功能单元 3图 12 中的运动功能单元 4 是减速功能，可以选择定轴齿轮传动代替，如图 16 所示。 8i图 16 定轴齿轮传动代替运动功能单元 4图 12 中的运动功能单元 5，6,7 是运动分支功能单元和执行构件 1 的间歇直线运动，可以用圆锥齿轮、圆柱齿轮传动的主动轮与凸轮替代，如图 17 所示。图 17 2 运动功能单元的主动件固联替代运动功能单元 5，6，7图 12 中运动功能单元 9 是把连续转动转换为间歇转动的运动功能单元，可以用槽轮机构替代。该运动功能单元的运动系数为，该槽轮机构如图 1825. 0所示。图 18 槽轮机构替代连续转动转换为间歇转动的运动功能单元 9图 12 中的运动功能单元 10 是减速运动功能单元，可以用圆柱齿轮传动替代，完成执行构件 2（转盘）的间歇转动，如图 19 所示。图 19 圆柱齿轮传动替代减速运动功能单元 10图 12 中的运动功能单元 11，12,13 是运动分支功能单元和执行构件 3 的间歇直线运动，可以用圆柱变速齿轮传动的主动轮与槽轮和凸轮替代，变速齿轮与图 15 相同。 其他结构如图 20 所示。 25. 0图 20 运动功能单元 3 的主动件固联替代运动功能单元 11，12，13根据以上分析，按照图 12 各个运动功能单元连接的顺序把各个运动功能单元的替代机构以此链接便形成了分度冲压机的运动方案简图（见 A3 图纸） 。变速机构简图如图 21图 21 变速机构简图 五、系统运动方案设计五、系统运动方案设计1、执行构件、执行构件 1 的设计的设计1.1 滚子凸轮的设计滚子凸轮的设计执行机构 1 驱动执行构件 1 运动，执行构件 1 由凸轮带动冲头做上下往复间歇直线运动。由题目可知，冲头行程 200mm，为使冲头冲压工件时具有较大的动能，选择等速运动规律，同时冲头上升时为了避免较大的冲击，选择正弦加速度运动规律，执行构件 1 的凸轮机构的原始参数如下。升程 200mm升程运动角 160升程运动规律：等速升程许用压力角 40回程运动角 110回程运动规律：正弦加速度回程许用压力角 50远休止角 90凸轮曲线如图 22：sdds图 22 凸轮曲线sdds由上图确定偏距 e=30mm 基圆半径 ro=123.7mm凸轮的轮廓如图 23图 23 凸轮的轮廓2、 执行构件执行构件 2 的设计的设计2.1 槽轮的设计槽轮的设计1) 确定槽轮槽数在拨盘圆销数 k=1 时，槽轮槽数 z=4，该槽轮的各尺寸关系如图 24 所示图 24 槽轮机构几何尺寸关系2) 槽轮槽间角 由图 24 可知槽轮的槽间角为9043603602z3) 槽轮每次转位时拨盘的转角90218024) 中心距槽轮机构的中心距应该根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 mma755) 拨盘圆销相对回转半径7071. 045sinsinarmmar03.53757071.06) 槽轮半径7071. 01cos2aRmmaR03.53757071.07) 锁止弧张角270903602360a8) 圆销半径mmrrA63.6803.538圆整mmRA99) 槽轮槽深mmrahA40975)17071.07071.0()1(10) 锁止弧半径mmrrrAS03.44903.53取 mmrS403、执行构件、执行构件 3 的设计的设计执行机构 3 驱动执行构件 3 运动，执行构件 3 由凸轮带动推杆做上下往复间歇直线运动。但鉴于间歇运动中的动作周期与工作周期之比所占比例过小，1/16，应用单个槽轮无法实现，而直接应用凸轮结构经过计算凸轮结构过于庞大，不符合实际。故这里对于执行构件 3 的设计为先用 4 槽槽轮将间歇运动变为 1/4，再应用凸轮结构达到想要的运动轨迹。3.13.1 减速装置：减速装置：图 12 中的运动功能单元 11 是总运动和执行构件 3 的减速装置，可以用多重圆柱齿轮做到，如图 16 所示3.23.2 槽轮设计槽轮设计在拨盘圆销数 k=1 时，槽轮槽数 z=4，该槽轮的各尺寸关系如图 24 所示参数同上图 24 槽轮机构几何尺寸关系3 33 3 凸轮设计：凸轮设计：推程大小应根据具体结构确定，在结构尚不明确的情况下暂定为 50mm，执行构件1 的凸轮机构的原始参数如下。 升程 100mm升程运动角 50升程运动规律：等速升程许用压力角 40回程运动角 40回程运动规律：正弦加速度回程许用压力角 60近休止角 270凸轮曲线如图 25：sdds图 25 凸轮曲线sdds由上图确定偏距 e=30mm 基圆半径 ro=85.44mm凸轮的轮廓如图 26图 26 凸轮的轮廓4、滑移齿轮传动设计、滑移齿轮传动设计1) 确定齿轮齿数结构简图中齿轮 5、6、7、8、9、10 组成了滑移齿轮有级变速运动功能单元，其齿数分别为 z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知41vi 4.222czviii 714.133czviii经过计算配合，确定如下齿轮齿数：可取561465zz另外两对啮合齿轮的齿数和应该大致相同502087zz4525109zz2) 计算齿轮几何尺寸齿轮 7、8 的齿数，齿轮 9、10 的齿数和齿轮 5、6 的齿数和相等，即 701098765zzzzzz 若取齿轮模数为 m=2mm，则这两对齿轮的标准中心距相同702)(2)(2)(1098765zzmzzmzzma这里取 a=a 这里对于齿对 5、6 采用高度变位的方法=0.176故这里取=0.2mm这三对齿轮互为标准传动，其几何尺寸可按标准齿轮计算。 （齿轮计算参数见附表）5 5、齿轮传动设计、齿轮传动设计1）圆柱齿轮传动设计 由结构简图可知，齿轮 11、12、13、14、15、16 实现图 11 中的运动功能4 的减速运动功能，它所实现的传动比为 8。齿轮 11、12、13、14、15、16 构成定轴轮系，因此，传动比平均分配： 2321dddiii同时在驱动执行构件 3 是也需要一对传动比为 2 的定轴轮系，齿轮 31、32。 齿轮 33，34，35，36；而对于执行构件 2 运动中也有用于减速的传动比为 2 的齿对 26、27，为避免根切，齿数应大于等于 17取 182635333117151311zzzzzzzz 所以： 3618227363432161412zzzzzzz在传递运动中，齿轮 21,20,17，29,30 之为传递运动，传动比为 1，这里取 z=44;这里模数统一取 m=2mm，按标准齿轮计算。 （齿轮计算参数见附表）2） 圆锥齿轮传动设计由结构简图可知，锥齿轮 18、19 只为改变其转动方向，他所实现的传动比为 1 锥齿轮的齿数取 19z锥齿轮的几何尺寸，取 m=3mm，按标准直齿锥齿轮传动计算。 （锥齿轮计算参数见附表）6 6、带传动设计、带传动设计由于工作环境与工作条件尚不明确带传动，根据传动比，暂定带轮的直径5 . 2i为mmdmmd1002401六、机械系统运动分析六、机械系统运动分析1）执行构件 1 运动分析冲头升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图： 89*200)(1s)980( )98(1136sin(*2118*119*81*200)(2s)4398( 0)(3s)247( )9/(8002)(1v)980( )18/)/(1198(*cos(2-(1*)18/-200/(11)(2v)4398( 0)(3v)247( 0)(1a)980( )18/)/(1198(*sin(2*2)18/200/(11*-2)(2a)4398( 0)(3a)247(冲头位移线图，如图 27。图 27 冲头位移线图冲头速度线图，如图 28。图 28 冲头速度线图冲头加速度线图，如图 29 图 29 冲头加速度线图2）执行构件 3 运动分析推杆升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图： 518*100)(1s)1850( )185(9sin(*2118*418*51*200)(2s)41185( 0)(3s)241( )18/(5002)(1v)1850( )18/)/(4185(*cos(2-(1*)18/-200/(4)(2v)41185( 0)(3v)241( 0)(1a)1850()18/)/(4185(*sin(2*2)18/200/(4*-2)(2a)41185( 0)(3a)241(推杆位移线图，如图 30图 30 推杆位移线图推杆速度线图，如图 31图 31 推杆速度线图推杆加速度线图，如图 32、图 32 推杆加速度线图七运动方案执行构件运动时序分析七运动方案执行构件运动时序分析构件运动情况23进退进退进退进退222527383923进退进退进退进退2225273839