冲床的设计。
第一部分。一。设计题目。
薄壁零件冲床机构设计。
二．工作原理及结构组成。
该冲床用于冲制。拉延薄壁零件。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构，其工作原理如图1a所示，上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，此后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。
上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。
abc图1 冲床工艺动件与上模运动。受力情况。
要求设计能使上模按上述运动，要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送之下模上方的送料机构，以及冲床的传动系统。
三．设计要求与技术条件。
1）以电动机为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，做上下往复直线运动，其大致运动规律如图b所示，具有快速下沉，等速工作进给和快速返回等特性。
2）机构应具有良好的传力性能，工作断的传动角r大于或等于许用传动角[r]=40度。
3）上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方）。
4）生产率为每分钟70件。
5）上模的工作长度l=40~60mm, 对应曲柄转角 0=（1/3~1/2）π；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上；
6．上模在一个运动循环内的受力如图c）所示，在工作段所受的阻力f0＝5000n，在其他阶段所受的阻力f1＝50n；
7．行程速比系数k≥1.5；
8．送料距离h=60~250mm；
9．机器运转不均匀系数δ不超过0.05。
若对机构进行运动和动力分析，为方便起见，其所需参数值建议如下选取：
1） 设连杆机构中各构件均为等截面均质杆，其质心在杆长的中点，而曲柄的质心则与回转轴线重合；
2）设各构件的质量按每米40kg计算，绕质心的转动惯量按每米2kg·m2计算；
3）转动滑块的质量和转动惯量忽略不计，移动滑块的质量设为36kg；
6）传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件）设为30kg·m2；
7) 机器运转不均匀系数δ不超过0.05。
对机构进行动力分析时，参数值课在如下选取：
1） 设连杆机构各构件均为等截面匀质杆，其质心在杆的中点，而曲柄的质心则与回转轴线重合。
2） 各构件质量按40kg/m计算，绕质心的转动惯量按计算。
3） 转动滑块的质量和转动惯量忽略不计，移动滑块的质量为36kg。
4） 传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件）设为。
四．传动方案的设计。
冲床传动系统如图所示。电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为1500r/min，可选用如下型号：
电机型号额定功率（kw） 额定转速（r/min）
y100l2—4 3.0 1420
y112m—4 4.0 1440
y132s—4 5.5 1440
由生产率可知主轴转速约为70r/min，若电动机暂选为y112m—4，则传动系统总传动比约为。取带传动的传动比ib=2，则齿轮减速器的传动比ig=10.285，故可选用两级齿轮减速器。
第二部分。一． 执行机构运动方案设计及讨论。
该冲压机械包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构。冲压机构的主动件是曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（称工作段），并具有急回特性；机构还应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现的。
因此，需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。送料机构要求作间歇送进，比较简单。实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。
下面介绍几个较为合理的方案。
1．齿轮—连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构。
如图5—3所示，冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。恰当地选择点c的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并使压力角尽可能小。
送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将工件推送至待加工位置。设计时，若使log
图5—3 冲床机构方案之一图5—4冲床机构方案之二。
2．导杆—摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构。
如图5—4所示，冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角较小。
送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。
3．六连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构。
如图5—5所示，冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。四杆机构可按行程速比系数用**法设计，然后选择连杆长lef及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点e的位置。若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角γ满足要求，压力角较小。
凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。设计时，使lih
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。
在选择方案时，我主要从以下几个方面考虑：
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。
综上考虑我认为方案2是最为合理的方案，下面就其设计及其计算进行分析。
第三部分。冲压机构的设计。
由方案2可知，冲压机构是由六杆机构和齿轮机构组和而成。
一。六杆机构的设计。
计算的方法：
上模在工作段（也即冲头的的位移是85mm）对应曲柄的转角是80度，可以计算出cd=135mm，ac=210mm，曲柄长度ab=135mm。此时冲头的位移大致为l=85mm。
用上述方法计算出的各段长度有一定误差，但是基本能满足冲床的工作要求。
1. 齿轮的设计。
齿轮的中心距为160mm，模数m=5mm，采用标准直齿远齿轮传动，z1=28，z2=34.
2. 六杆机构的动力分析。
机构在进行受力分析时，先依据在工作段所受的阻力f0=6000n，并且认为工作段的内力为常数，可以求得曲柄ab的平衡力矩mb=170，曲柄的角速度v=30，所以可获得工作段的功率，计入个传动的效率，可得电动机的功率约为5.3kw。故确定的电动机的型号为y132s—4（额定功率为5.
5kw）满足要求。
冲头的受力图。
3. 机构的循环图。
依据冲压机构分析结果以及对送料机构的要求，可知道：主动件ab由初始位置（冲头位于上极限点）转过180度时，冲头快速接近坯料；又当曲柄转过100度时，冲头近似等速向下冲压坯料，并继续向下运动将坯料冲出型腔；当曲柄再转过80度时，冲头退出下模，回到初始位置，完成一个循环。送料机构的动作，只能在冲头退出下模后到冲头下一次接触工件的范围内进行。
冲头位移-速度图像。
送料机构位移图像。
二．送料机构的设计。
送料机构主要是由凸轮和推杆组成。要设计凸轮，可依据曲柄转过的角度来设计。当曲柄转过180度时，此时已将坯料送至待加工的位置，这时是冲头的冲压过程；当曲柄转过100度时，应是凸轮的近休阶段；当曲柄转过80度时，这时时凸轮的近休阶段，推杆基本停止不动（即推杆没有位移）；可根据此条件来设计凸轮。
可确定出凸轮的基圆半径为r=40mm。推程大致为l=65mm。头轮的运动速度不是太高，故推程和回程均可选用等速运动规律。因为凸轮和齿轮1固连在一起，所以为等速运动。
第四部分。心得体会：两周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。
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