9、案之四
?4．凸輪—連桿沖壓機(jī)構(gòu)和齒輪—連桿送料機(jī)構(gòu)
如圖5—6所示，沖壓機(jī)構(gòu)是由凸輪—連桿機(jī)構(gòu)組合，依據(jù)滑塊D的運(yùn)動要求，確定固定凸輪的輪廓曲線。
送料機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿扇形齒輪與齒條機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，若按機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸，則機(jī)構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置。
選擇方案時，應(yīng)著重考慮下述幾個方面：
1）所選方案是否能滿足要求的性能指標(biāo)；
2）結(jié)構(gòu)是否簡單、緊湊；
3）制造是否方便，成本可否降低。
經(jīng)過分析論證，方案1是四個方案中最為合理的方案，下面就對其進(jìn)行設(shè)計。
五、?????????? 沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計
由方案1圖5—3可知，沖壓機(jī)構(gòu)是由七桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)
10、構(gòu)組合而成。由組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計可知，為了使曲柄AB回轉(zhuǎn)一周，C點(diǎn)完成一個循環(huán)，兩齒輪齒數(shù)比Z1/Z2應(yīng)等于1。這樣，沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計就分解為七桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
1．七桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計
設(shè)計七桿機(jī)構(gòu)可用解析法。首先根據(jù)對執(zhí)行構(gòu)件（滑塊F）提出的運(yùn)動特性和動力特性要求選定與滑塊相連的連桿長度CF，并選定能實現(xiàn)上述要求的點(diǎn)C的軌跡，然后按導(dǎo)向兩桿組法設(shè)計五連桿機(jī)構(gòu)ABCDE的尺寸。
設(shè)計此七桿機(jī)構(gòu)也可用實驗法，現(xiàn)說明如下。
如圖5—7所示，要求AB、DE均為曲柄，兩者轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，而且曲柄在角度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時，從動件滑塊在l=60mm范圍內(nèi)等速移動，且其行程H=150mm。
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11、
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圖5—7? 七桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計
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1）任作一直線，作為滑塊導(dǎo)路，在其上取長為l的線段，并將其等分，得分點(diǎn)F1、F2、…、Fn（取n=5）。
2）選取lCF為半徑，以Fi各點(diǎn)為圓心作弧得K1、K2、…、K5。
3）選取lDE為半徑，在適當(dāng)位置上作圓，在圓上取圓心角為的弧長，將其與l對應(yīng)等分，得分點(diǎn)D1、D2、…、D5。
4）選取lDC為半徑，以Di為圓心作弧，與K1、K2、…、K5對應(yīng)交于C1、C2、…、C5。
5）取lBC為半徑，以Ci為圓心作弧，得L1、L2、…、L5。
6）在透明白紙上作適量同心圓弧。由圓心引5條射線等分（射線間夾角為）。
7）將作好圖的透明紙覆在Li
12、曲線族上移動，找出對應(yīng)交點(diǎn)B1、B2、…、B5，便得曲柄長lAB及鉸鏈中心A的位置。
8）檢查是否存在曲柄及兩曲柄轉(zhuǎn)向是否相反。同樣，可以先選定lAB長度，確定lDE和鉸鏈中心E的位置。也可以先選定lAB、lDE和A、E點(diǎn)位置，其方法與上述相同。
用上述方法設(shè)計得機(jī)構(gòu)尺寸如下：
lAB=lDE=100mm， lAE=200mm， lBC= lDC=283mm， lCF=430mm，A點(diǎn)與導(dǎo)路的垂直距離為162mm，E點(diǎn)與導(dǎo)路的垂直距離為223mm。
2．齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計
此齒輪機(jī)構(gòu)的中心距a=200mm，模數(shù)m=5mm，采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，Z1=Z2=40，ha*=1.0。
六、
13、 七桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力分析
用圖解法對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析。將曲柄AB的運(yùn)動一周360o分為12等份，得分點(diǎn)B1、B2、…、B12，針對曲柄每一位置，求得C點(diǎn)的位置，從而得C點(diǎn)的軌跡，然后逐個位置分析滑塊F的速度和加速度，并畫出速度線圖，以分析是否滿足設(shè)計要求。
圖5—8是沖壓機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件速度與C點(diǎn)軌跡的對應(yīng)關(guān)系圖，顯然，滑塊在F4~F8這段近似等速，而這個速度值約為工作行程最大速度的40%。該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)為
故此機(jī)構(gòu)滿足運(yùn)動要求。
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圖5－8? 七桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力分析
在進(jìn)行機(jī)構(gòu)動力分析時，先依據(jù)在工作段所受的阻力F0＝5000N，并認(rèn)為在工作段內(nèi)
14、為常數(shù)，然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb，并與曲柄角速度相乘，獲得工作段的功率；計入各傳動的效率，求得所需電動機(jī)的功率為5.3KW，故所確定的電動機(jī)型號Y132S—4（額定功率為5.5KW）滿足要求。（動力分析具體過程及結(jié)果略）。
七、???????????? 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖
依據(jù)沖壓機(jī)構(gòu)分析結(jié)果以及對送料機(jī)構(gòu)的要求，可繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖（如圖5—9所示）。當(dāng)主動件AB由初始位置（沖頭位于上極限點(diǎn)）轉(zhuǎn)過角（=90o）時,沖頭快速接近坯料；又當(dāng)曲柄由轉(zhuǎn)到（=210o）時，沖頭近似等速向下沖壓坯料；當(dāng)曲柄由轉(zhuǎn)到（=240o）時，沖頭繼續(xù)向下運(yùn)動，將工件推出型腔；當(dāng)曲柄由轉(zhuǎn)到（=285o）時，
15、沖頭恰好退出下模，最后回到初始位置，完成一個循環(huán)。送料機(jī)構(gòu)的送料動作，只能在沖頭退出下模到?jīng)_頭又一次接觸工件的范圍內(nèi)進(jìn)行。故送料凸輪在曲柄AB由300o轉(zhuǎn)到390o完成升程，而曲柄AB由390o轉(zhuǎn)到480o完成回程。
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圖5－9? 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖
七、送料機(jī)構(gòu)設(shè)計
送料機(jī)構(gòu)是由擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，設(shè)計時，應(yīng)先確定搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸，然后再設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)。
1．四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計
依據(jù)滑塊的行程要求以及沖壓機(jī)構(gòu)的尺寸限制，選取此機(jī)構(gòu)尺寸如下：
LRH=100mm，LOH=240mm，
16、O點(diǎn)到滑塊RK導(dǎo)路的垂直距離=300mm，送料距離取為250mm時，搖桿擺角應(yīng)為45.24o。
2．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計
為了縮小凸輪尺寸，擺桿的行程應(yīng)小AB，故取，最大擺角為22.62o。因凸輪速度不高，故升程和回程皆選等速運(yùn)動規(guī)律。因凸輪與齒輪2固聯(lián)，故其等速轉(zhuǎn)動。用作圖法設(shè)計凸輪輪廓，取基圓半徑r0=50mm，滾子半徑rT=15mm。
八、調(diào)速飛輪設(shè)計
等效驅(qū)動力矩Md、等效阻力矩Mr和等效轉(zhuǎn)動慣量皆為曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)，畫出三者的變化曲線，然后用圖解法求出飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。
九、帶傳動設(shè)計
采用普通V帶傳動。已知：動力機(jī)為Y132S-4異步電動機(jī)，電動機(jī)額定功率P=5.5KW ，滿載轉(zhuǎn)
17、速n1=1440rpm? ,傳動比i=2, 兩班制工作。
（1）計算設(shè)計功率Pd
由[6]中的表6-6查得工作情況系數(shù)KA =1.4
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（2）選擇帶型 由[6]中的圖6-10初步選用A型帶
（3）選取帶輪基準(zhǔn)直徑 由[6]中的表6-7選取小帶輪基準(zhǔn)直徑 ????????????????????
由[6]中的表6-8取直徑系列值取大帶輪基準(zhǔn)直徑： ?????????????????????
（4）驗算帶速V
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在(5~25m/s) 范圍內(nèi)，帶速合適。
（5）確定中心a和帶的基準(zhǔn)長度
?? 在?????????????????????
18、??????????? 范圍內(nèi)初選中心距
初定帶長
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查[6]中的表6－2 選取A型帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度
求實際中心距
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取中心距為500mm。
（6）驗算小帶輪包角
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包角合適
（7）確定帶的根數(shù)Z
查表得
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取Z=3根
（8）確定初拉力
單根普通V帶的初拉力
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（9）計算帶輪軸所受壓力
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（10）帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計（略）
十、齒輪傳動設(shè)計
齒輪減速器的傳
19、動比為ig=10.285，采用標(biāo)準(zhǔn)得雙級圓柱齒輪減速器，其代號為
ZLY－112－10－1。
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第二節(jié)? 棒料校直機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動系統(tǒng)設(shè)計
一、設(shè)計題目
棒料校直是機(jī)械零件加工前的一道準(zhǔn)備工序。若棒料彎曲，就要用大棒料才能加工出一個小零件，如圖5－10所示，材料利用率不高，經(jīng)濟(jì)性差。故在加工零件前需將棒料校直。現(xiàn)要求設(shè)計一短棒料校直機(jī)。確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案并進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動系統(tǒng)的設(shè)計。
圖5－10?? 待校直的彎曲棒料
二、設(shè)計數(shù)據(jù)與要求
需校直的棒料材料為45鋼，棒
20、料校直機(jī)其他原始設(shè)計數(shù)據(jù)如表5－1所示。
表5－1?? 棒料校直機(jī)原始設(shè)計數(shù)據(jù)
參數(shù)
分組
直徑d2
(mm)
長度L
(mm)
校直前最大曲率半徑ρ
(mm)
最大校直力
(KN)
棒料在校直時轉(zhuǎn)數(shù)
(轉(zhuǎn))
生產(chǎn)率
(根/分)
1
15
100
500
1.0
5
150
2
18
100
400
1.2
4
120
3
22
100
300
1.4
3
100
4
25
100
200
1.5
2
80
注：室內(nèi)工作，希望沖擊振動小；原動機(jī)為三相交流電動機(jī)，使用期限為10年，每年工作300天，每天工
21、作16小時，每半年作一次保養(yǎng)，大修期為3年。
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三、工作原理的確定
1) 用平面壓板搓滾棒料校直(圖5-11)。此方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，缺點(diǎn)是因材料的回彈，材料校得不很直。
2) 用槽壓板搓滾棒料校直?？紤]到“糾枉必須過正”，故將靜搓板作成帶槽的形狀，動、靜搓板的橫截面作成圖5-12所示形狀。用這種方法既可能將彎的棒料校直，但也可能將直的棒料弄彎了，不很理想。
3) 用壓桿校直。設(shè)計一個類似于圖5-13所示的機(jī)械裝置，通過一電動機(jī)，一方面讓棒料回轉(zhuǎn)，另一方面通過凸輪使壓桿的壓下量逐漸減小，以達(dá)到校直的目的。其優(yōu)點(diǎn)是可將棒料校得很直；缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，裝卸棒料需停車。
4) 用斜槽壓
22、板搓滾校直。靜搓板的縱截面形狀如圖5-14所示，其槽深是由深變淺而最后消失。其工作原理與上一方案使壓下量逐漸減小是相同的，故也能將棒料校得很直。其缺點(diǎn)是動搓板作往復(fù)運(yùn)動，有空程，生產(chǎn)效率不夠高。雖可利用如圖所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回作用，來減少空程損失，但因動搓板質(zhì)量大，又作往復(fù)運(yùn)動，其所產(chǎn)生的慣性力不易平衡，限制了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高，故生產(chǎn)率仍不理想。
5) 行星式搓滾校直。如圖5-15所示，其動搓板變成了滾子1，作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，靜搓板變成弧形構(gòu)件3，其上開的槽也是由深變淺而最后消失。這種方案不僅能將棒料校得很直，而且自動化程度和生產(chǎn)率高，所以最后確定采用此工作原理。
23、
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圖5-11平面壓板搓滾棒料校直????????????? 圖5-12 槽壓板搓滾棒料校直
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圖5-13??? 壓桿校直
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圖5-14?? 斜槽壓板搓滾校直???????????????????? 圖5-15?? 行星式搓滾校直
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四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的擬定
行星式棒料校直機(jī)有兩個
24、執(zhí)行構(gòu)件，即動搓板滾子和送料滑塊。動搓板滾子的運(yùn)動為單方向等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，可將其直接裝在機(jī)器主軸上。送料滑塊的運(yùn)動為往復(fù)移動。圖5－16給出了兩種送料機(jī)構(gòu)方案，其中圖a）為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與齒輪、齒條機(jī)構(gòu)組合，圖b）為擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)與導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合，曲柄（或凸輪）每轉(zhuǎn)一周送出一根棒料。由于凸輪機(jī)構(gòu)能使送料機(jī)構(gòu)的動作和搓板滾子的運(yùn)動能更好的協(xié)調(diào)，故圖b）的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案優(yōu)于圖a），下面設(shè)計計算針對圖b）方案進(jìn)行。
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????????????????? a)??????????????????????
25、??????????? b)
圖5-16?? 行星式棒料校直機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案
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五、傳動系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定
初步擬定的傳動方案如圖5-17所示。驅(qū)使動搓板滾子1轉(zhuǎn)動的為主傳動鏈，為提高其傳動效率，主傳動鏈應(yīng)盡可能簡短，而且還要求沖擊振動小，故圖中采用了一級帶傳動和一級齒輪傳動。傳動鏈的第一級采用帶傳動有下列優(yōu)點(diǎn)：電動機(jī)的布置較自由，電動機(jī)的安裝精度要求較低，帶傳動有緩沖減振和過載保安作用。
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圖5-17?? 行星式棒料校直機(jī)傳動方案
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六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計
由于動搓板滾子1直
26、接裝在機(jī)器主軸上，只有執(zhí)行構(gòu)件，沒有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故只需對送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。對于圖5－16b）所示得運(yùn)動方案，送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計，實際上就是擺動推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
凸輪軸的轉(zhuǎn)動是由滾子軸（傳動主軸）的轉(zhuǎn)動經(jīng)過齒輪機(jī)構(gòu)傳動減速而得到的。下面來討論滾子軸與凸輪軸間的傳動比應(yīng)如何確定。
應(yīng)注意在校直棒料時，不允許兩根棒料同時進(jìn)入校直區(qū)，否則將因兩根棒料的相互干擾，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，后一根棒料才能進(jìn)入校直區(qū)。
設(shè)滾子1的直徑，棒料的直徑為，校直區(qū)的工作角為，從棒料進(jìn)入到退出工作區(qū)，滾子1的轉(zhuǎn)角為。因在棒料校直時的運(yùn)動狀態(tài)跟行星輪系傳動一樣，弧形搓板相當(dāng)于固定
27、的內(nèi)齒輪，其內(nèi)經(jīng)為，角相當(dāng)于行星架的轉(zhuǎn)角，根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系的計算式，即可求得滾子1的相應(yīng)轉(zhuǎn)角，即
??????????????????
故???????????????????????
設(shè)已確定為了校直棒料，棒料需在校直區(qū)轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)為，校直區(qū)的工作角為，則滾子1的直徑，可由下式確定：
???????????????????
為了保證不出現(xiàn)兩根棒料同時在校直區(qū)的現(xiàn)象，應(yīng)在滾子1轉(zhuǎn)過角度時，送料凸輪4才轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由此可定出齒輪的傳動比為
???????????????????
圖中采用了一級齒輪減速(輪為過輪，用它主要是為了協(xié)調(diào)中心距)。若一級齒輪減速不能滿足要求時，可考慮用二級或
28、三級齒輪減速。
對于第一組數(shù)據(jù)，并設(shè)校直區(qū)的工作角為＝1200，則由上面公式可求得滾子1的直徑＝240mm，滾子1的轉(zhuǎn)角為＝2550，故取j1=2600,從而求得齒輪的傳動比為ig＝0.722。故取Zc＝26，Za＝36。
送料滑塊應(yīng)將棒料推送到A點(diǎn)，設(shè)推送距離對應(yīng)的圓心角為300，則可求得滑塊行程約為120mm，若取擺桿長lCF＝400mm，則其擺角為17.25o。
確定推桿運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計凸輪輪廓曲線（略）。
七、傳動系統(tǒng)設(shè)計
原動機(jī)選為Y100L2-4異步電動機(jī)，電動機(jī)額定功率P=3KW ，滿載轉(zhuǎn)速n=1420rpm，則傳動系統(tǒng)的總傳動比為i＝n/n1，其中n1為滾子1的轉(zhuǎn)速。對于第一組數(shù)據(jù)，n1＝2600×150/3600 =108.3，總傳動比為i＝13.11，若取帶傳動的傳動比為ib＝3.0,則齒輪減速器的傳動比為ig＝13.11/3.0=4.3，故采用單級斜齒圓柱齒輪減速器。
帶傳動和單級斜齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計（略）。
沖床沖壓機(jī)構(gòu)-送料機(jī)構(gòu)及傳動系統(tǒng)的設(shè)計-棒料校直機(jī)課程設(shè)計示例
