1、课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 课程设计 -冲床设计 学 院： 机械工程学院 专业： 机械工程及自动化 学生姓名： 李嘉曦 学号： 2011010018 指导教师： # 2015 年 1 月 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 目录 第一章 引言 . 3 1.1 引言 . 3 1.2 本次设计的技术参数与设计内容 4 1.3 本设计的目的和意义 . 4 第二章 设计分析 . 6 2.1 工作原理 6 2.2 方案选择 6 2.3 运动分析 8 2.4 受力分析 4 . 12 第三章 设计计算 . 15 3.1 曲轴设计计算 15 3.1 .1 曲轴的机构
2、设计 15 3.1 .2 曲轴强度计算 15 3.2 连杆设计计算 17 3.1 .1 连杆的机构设计 17 3.3 电动机选择和飞轮设计 . 17 3.3 .1 电动机选择 . 17 3.4 三角带皮带传动 18 3.5 飞轮设计 . 20 第四章 设计制图 . 21 第五章 结束语 . 23 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 第一章 引言 1.1 引言 冲床就是一台冲压式压力机。在国民生产中，冲压工艺由于比传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛 1。 冲压生产主要是
3、针对板材的。通过模具，能做出落料，冲孔，成型，拉深，修整，精冲，整形，铆接及挤压件等等，广泛应用于各个领域。如我们用的开关插座，杯子，碗柜，碟子，电脑机箱，甚至导弹飞机有非常多的配件都可以用冲床通过模具生产出来。 冲床广泛应用于电子、通讯、电脑、家用电器、家具、交通工具、（汽车、摩托车、自行车）五金零部件等冲压及成型。 1高刚性、高精度机架，采用钢板 焊接，并经热处理、消除了机身锝内应力以使设备长期稳定工作不变形； 结构件负荷均匀，钢性平衡。 2稳定的高精度： 设备主要部件曲轴、齿轮、传动 轴等部位均经硬化热处理后在研磨加工都有很高的耐磨性，长期性能稳定，确保了高精度稳定的要求。 3操作性能可
4、靠、安全： 之所以操作方便、定位准确是因为采用了区别于传统的刹车器，离合器 /刹车器的组合装置具有很高的灵敏度，再加上国际高端设备通用的双联电磁控制阀以及过负荷保护装置，确保了冲床滑块高速运动及停止的精确与安全性。 4生产自动化、省力、效率高。 冲床可搭配相应的自动送料装置，具有送料出错检测、预裁、预断装置，可完全实现自动化生产，成本低，效率高。 5滑块调整机构： 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 滑快调整分为手动调整电动调整，方便可 靠、安全、快捷，精度可达 0.1mm。 6设计新颖、环保。 采用日本及台湾的先进技术以及设计理念，具有低噪音、低能耗、无污染的优点 2。 1
5、.2 本次设计的技术参数与设计内容 本设计的技术参数： 冲床频率 n=140 次 /min； 冲压滑块行程 H=55 mm 冲压板料时的阻力 Fr=40kN 许用压力角 = 25 速度不均匀系数 =0.1 板料底面至冲床工作台面距离 b1=2050mm 本设计的设计内容： 根据以上设计参数 ， 完成冲床的基本设计， 提出 种方案，并绘出机构运动简图，从中选择一种可行性方案， 按照该方案将曲柄一个运动循环分成 13个位置，即 1， 2， 3， . 12， 始（开始冲压位置），然后绘滑块及板料的位移线图和速度线图； 了解冲床的结构尺寸并绘制与冲床配套的机构装配装配图（或三维装配图），绘制零件图（或
6、三维零件图）。 1.3 本设计的目的和意义 本设计的目的： 1.进一步巩固和加深学生所学课程的理论知识 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 2.培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力，使学生对一台机器的设计有一个较完整和系统的概念。 3.使学生掌握机械运动分析、动力分析方法，进一步提高学生的计算、制图和使用技术资料的能力。 本设计的意义： 通过对冲床 的各项 参数的深入了解，并逐步完成整机设计，使得同学进一步了解机械设计的内涵和外延，对日后的毕业设计以及进入工作岗位之后的生产实践有着极强的指导意义，为从事机械设计行业打下坚实的基础。 课程设计 -冲床设计 -2011010
7、018-李嘉曦 第 二 章 设计分析 2.1 工作原理 机械式冲床的工作原理： 冲床的设计原理是将圆周运动转换为直线运动，由主 电动机 出力，带动飞轮，经 离合器 带动齿轮、 曲轴 （ 或偏心齿轮）、连杆等运转，来达成 滑块 的直线运动，从主电动机到连杆的运动为圆周运动 3。 连杆和滑块之间需有圆周运动和直线运动的转接点，其设计上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型（圆柱型） ，经由这个机构将圆周运动转换成滑块的直线运动。冲床对材料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与 精度 ，因此必须配合一组模具（分上模与下模），将材料置于其间，由 机器 施加压力，使其变形，加工时施加于材料之力所造
8、成之反作用力，由冲床 机械本体 所吸收 ，常见结构如图所示 2-1。 图 2-1 冲床结构图 2.2 方案选择 对于本次课程设计，这里提出两种形式的工作机构，如图 2-2、图 2-3。 对比两种方案，方案 1 结构比较简单但是精度较低，方案 2 运动性能好，结构更加课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 紧凑，此次设计采用方案 2 展开设计。 图 2-2 冲床工作机构方案 1 图 2-3 冲床工作机构方案 2 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 2.3 运动分析 冲床的工作机构运动描述： O 点为曲轴的旋转中心， A 点为连杆曲柄的连接点， B 点为连杆与滑块的
9、连接点， OA为曲柄半径， AB 为连杆长度 。 OA 以角速度绕 O 点作旋转 （如图 2-x） 。 在设计曲柄滑块结构时，需要滑块唯一和曲轴转角之间的关系，并 验算 工作速度是否合适，从而分析惯性力对整台机床的影响。 根据图 2-x 以及已知参数，可知曲轴偏心距 R=27.5mm； 设定如下参数： L-连杆长度； R-曲柄半径； H 滑块行程； SB-滑块位移（由滑块的下死点算起）； 图 2-4 滑块运动分析图 -曲柄转角（由曲柄轴最低位置沿曲柄旋转的想反方向算起） 综合以上参数，结合途中几何关系可以得出滑块的位移计算公式如下： SB = R,(1cos)+ 4(1 cos2)- （ 2-
10、1） 将式（ 2-1）对时间 t 积分，可求得滑块的速度： VB = R（ sin + 2sin2） （ 2-2） 注：式中引入 = RL-连杆系数； 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 -曲柄的角速度（ = 2n60 ）； VB-滑块速度（方向向下）； 将（ 2-2）对时间 t 求导，得出滑块加速度 a （向下为正） = R2（ cos+ sin2） （ 2-3） 式中，当曲柄转角 = 时，则有以下结论： 1 ：在滑块从上止点到下止点运动时，位移逐渐减小；反之，逐渐增加 ； 2 ：滑块从下止点到上止点运动，滑块的加速度由反向最大变为正向最大 ； 3 ：滑块速度和加速度的方向
11、，向下为正 ； 4 ：曲柄转角逆时针转动为正方向 。 假定连杆长度 L=220mm，则 = 125由以上关系式用 EXCEL 编程可得下表： 表 2-1 冲床设计分析 运动分析数据 角度 位移 (mm) 速度 (mm/s) 加速度 (mm/s2) 180 54.99997 0.641786 5904.797 150 51.72909 201.9463 5109.788 120 42.51535 349.1931 2946.971 90 29.19685 402.9665 -4.70215 60 15.02563 348.8724 -2955.12 30 4.109945 201.3907 -5
12、114.49 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 0 0 0 -5904.8 -30 4.109945 -201.391 -5114.49 -60 15.02563 -348.872 -2955.12 -90 29.19685 -402.967 -4.70215 -120 42.51535 -349.193 2946.971 -150 51.72909 -201.946 5109.788 -180 54.99997 -0.64179 5904.797 根据以上计算结果，分别绘制各个位置与位移、速度和加速度的关系曲线如下： 图 2-5 位移 分析 曲线 010203040506
13、01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13位移（mm）运动循环位置点位 位移曲线 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 图 2-6 速度 分析 曲线 图 2-7 加速度 分析 曲线 -500-400-300-200-10001002003004005001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13速度（mm/s）运动循环位置点位 速度 曲线 -8000-6000-4000-2000020004000600080001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13加速度（mm/s2）运动循环位置点位 加速度 曲线 课程设计 -冲床设计 -
14、2011010018-李嘉曦 2.4 受力分析 4 冲床主要结构件工作期间受力状态如图（ 2-x）所示： 以节点 B 考虑对象，有： FAB=F/cos Q=F tan 一般情况下，当 0.95，则 FAB 近似为 F， Q 近似为Fsin，其中 FAB 为连杆作用力； Q为导轨作用力； F 为工件变形力； 为连杆长度系数；为曲柄转角。 由受力示意图，曲柄受连杆作用力 FAB ，齿轮驱动力 Fn 和机床支承力R1、 R2 作用，其受转矩 ML 为： ML= FAB OD 图 2-8 滑块受力分析图 由于 OD=Rsin （ +） = R（ sincos+cossin） = R（ sin+ 2s
15、in2） 可得 ML = FR（ sin+ 2sin2） （ 2-4） 在临界角点，式 （ 2-4） 可写成 如下形式： MgL = R(sin + 2sin2) = R(sin,-+ 2sin2,-) 由于冲压板料时的阻力 Fr=40kN，这里安全系数取 1.5，则有设计压力为 60KN，那么设计压力通常为标称压力 Fg 的 0.75 倍，则有： 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 标称压力 = 8 KN = 8 ； 标称行程 =2.88mm 将已知数据带人，则有： MgL = 1 34 61N m 令： mL = R（ sin + 2sin2） 则式 2-4 可写成： M
16、L = FmL 通常情况下可以认为 ML是个恒定值，以标称压力点 MgL作为计算依据则有 ： F = MgLR （ sin+ 2sin2）1（ ） 则有 F = Fg 110 确定皮带的根数 Z = 012N-皮带传动所需要的传递的功率 N0-一根三角皮带所能传递的功率 查表得： 0.66 C1-包角影响系数 查表得： 0.8 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 C2-工作情况系数 取 0.8 则有： Z=1.77 跟，取 Z=2 跟， 根据以上计算，最终选用 A 型 L=1825mm 三角皮带 2 跟。 3.5 飞轮设计 飞轮的转动惯量 J = 02式中： A0 -工作行程
17、所消耗的能量 A0=A1+ A2+ A3+ A4=33.61 kgm -飞轮 平均角速度 = 30=14.65 rad/s -飞轮转速不均匀系数，设计已知参数， 0.1 综合以上数据 ， J=1.56Kgms2 当 小皮带轮 D1=100mm，飞轮 D2=i D1=6.5x100=650mm， 皮带选用 2 跟，所以飞轮宽度为 B=36 mm。 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 第 四 章 设计制图 设计图纸如下： 图 4-1 飞轮零件图 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 图 4-2 曲轴零件图 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 第
18、五 章 结束语 通过本次课程设计 我 .进一步巩固和加深所学课程的理论知识 ，对我 所学 的理论知识 和 解决实际问题的能力 有所提高 ， 对 机器 设计有一个较完整和系统的概念，同时也进一步掌握了 运动分析、动力分析 的 方法 ，提高计算、制图和使用技术资料的能力。 课程设计 -冲床设计 -2011010018-李嘉曦 参考文献 1.张建民 . 机电一体化系统设计 M.北京 :高等教育出版社 ,2007. 2.赵燕 ,周新建 . 可编程控制器原理与应用 M.北京 :北京大学出版社 ,2010. 3.邓星钟 . 机电传动控制 M.武汉 :华中科技大学出版社 ,2003. 4.徐仁贵 . 微型计算机接口技术及应用 M.北京 :机械工业出版社 ,1999. 5. 应锦春 . 现代设计方法 M.北京 :机械工业出版社 ,2000.
