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机械设计综合课程设计--薄壁零件冲床机构设计

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机械设计综合课程设计--薄壁零件冲床机构设计机械设计课程设计计算说明书设计题目：薄壁零件冲床机构设计学院设计者：指导教师：2012年6月6日北京航空航天大学目录一、设计任务书 (1)1、设计题目：薄壁零件冲床的设计 (1)2、设计背景： (1)3、设计参数： (2)4、设计任务 (2)二、总体方案设计 (2)1、传动法案的拟定 (2)2、电动机的选择 (4)3、传动系统的运动和动力参数 (5)三、传动零件的设计 (6)1、斜齿圆柱齿轮的设计 (6)（1）高速及齿轮设计 (6)（2）低速级齿轮设计 (11)2、传送带的设计 (16)3、轴的设计 (18)(1)高速轴的设计 (18)(2)中速轴的设计 (22)(3)低速轴的设计 (26)4、轴承的设计和校核 (30)5、键连接设计 (32)四、减速器箱体及附件的设计 (33)1.减速器尺寸 (33)2.减速器的润滑 (34)3.密封件的选择 (35)五、其他 (35)六、参考资料 (36)机械设计综合课程设计是针对机械设计系列课程的要求，由原机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践性课程：是继机械原理与机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养工科学生机械工程设计能力的课程。

此次着重对薄壁零件冲床机构进行了设计，涉及到了冲床的尺寸，选材，热处理方式，工作条件，应力校核等多方面。

对前面所学的知识进行了回顾以及综合的运用，主要涉及到材料力学，机械原理，机械设计，工程材料等课程。

一、 设计任务书1、 设计题目：薄壁零件冲床的设计2、 设计背景：（1） 工作原理： 薄壁零件冲床的组成框图如图1所示。

图1 薄壁零件冲床的组成框图工作原理如图2a 所示。

在冲制薄壁零件时，上模（冲头）以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着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。

图2 薄壁零件冲制工作原理图（2） 设计条件与要求动力源为电动机，上模做上下往复直线运动，其大致运动规律如图2b 所示，要求有快速下沉、匀速工作进给和快速返回的特征。

上模工作段的长度L=40~100mm,对应曲柄转角φ=60º~90º；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速比系数K ≥1.5。

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），如图2a 所示。

送料距离L=60~250mm 。

要求机构具有良好的传力特性，特别是工作段的压力角α应尽可能小，一般取许用压力角[α]=50º。

生产率为每分钟70件。

按平均功率选用电动机。

需要5台冲床。

室内工作，载荷有轻微冲击，动力源为三相交流电动机。

使传动装置原动机薄壁零件冲制执行系统用期限为10年，每年工作250天，每天工作16小时。

每半年保养一次，每三年大修一次。

（3）生产状况：中等规模机械厂，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。

3、设计参数：冲床载荷5500N，上模工作段长度L=90，工作段对应的曲柄转交φ=85°。

4、设计任务（1）机构系统总体运动方案；画出系统运动简图，完成运动方案设计论证报告。

（2）成传动系统或执行系统的结构设计，画出传动系统或执行系统的装配图。

（3）设计主要零件，完成2张零件工作图。

（4）编写设计说明书。

二、总体方案设计1、传动法案的拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机、传动机构和执行机构三部分。

（1）原动机的选择按设计要求，动力源为三相交流电动机。

（2）传动机构的选择可选用的传动机构类型有：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。

带传动平稳性好，噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也较低，但是传动效率低，传动比不恒定，寿命短；链传动虽然传动效率高，但会引起一定的震动，且缓冲吸震能力差；蜗轮蜗杆传动对然平稳性好，但效率低，没有缓冲吸震和过载保护的能力，制造要求精度高；而齿轮传动传动效率高，使用寿命长，传动比恒定，工作平稳性好，完全符合设计要求，故选用齿轮传动。

总传动比13.857，不是很高，也无传动方向的变化，所以初步决定采用二级圆柱斜齿轮减速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的工作环境下工作。

简图如下：（3）执行机构的选择工作机应采用往复移动机构。

可选择的有：连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、螺旋机构。

本设计是要将旋转运动转换为往复运动，所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可，凸轮机构能够较容易获得理想的运动规律，而齿轮齿条机构加工复杂、成本高，所以不采用。

同时由于不考虑送料机构，同时考虑到凸轮尺寸以及运动规律实现的可行性，结合前辈的经验和自己的思考，最终决定一种方案。

简图如下：1>改进方案2> 传统方案（4） 方案评价传统方案和改进方案都满足设计要求，但是和传统方案相比，改进方案中由于利用的杠杆原理，工件端传递力矩和运动规律更简单的通过两平行杠杆传递到传动机构端，同时压力角更易计算，而且传动更平稳。

综上所述，最终决定使用改进后的方案。

2、 电动机的选择（1） 选择电动机类型按工作要求，选用Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V 。

（2） 选择电动机容量电动机所需工作效率为P n =Pw η 冲压载荷F=5500N ，上模工作段长度L=90mm,上模工作段对应的曲柄Φ=85°，n=70r/min上模工作时间t=85°360°×60n =0,2024工作机所需功率P w =Fl t =Fl φω=2πnFl 60φ=2.46kw传动装置的总效率η=η1η22η33η4η5其中：联轴器效率η1=0.99闭式齿轮传动效率η2=0.97滚动轴承效率η3=0.99（一对）链传动效率η4=0.97凸轮曲柄滑块效率η5=0.5计算得η=0.44所需电动机功率P n=P wη=5.59kw因载荷平稳，电动机额定功率P en大于P n即可。

根据所查数据，选电动机的额定功率为7.5kw（3）选择电动机转速工作转速n w=70r/min，通常，耳机圆柱齿轮减速器减速比为8～40，则电动机转速可选范围n n=i a n w=（8～40）×70r/min=560～2800r/min。

进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选用同步转速为1000r/min,选定电机型号为Y160M-6，额定功率P en=7.5kw,满载转速为n m=970。

3、传动系统的运动和动力参数（1）分配传动比A、总传动比i a=n mn w =97070=13.857B、分配传动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比i12=√1.4i=√1.4×13.857=4.405则低速级得传动比i23=i ai12=13.8574.405=3.146（2）参数的计算A、O轴（电动机轴）P O=P d=5.59kwn O=n m=970r/minT O=9550P On O =9550×5.59970=55.04N·mB、Ⅰ轴（高速轴）PⅠ输入=P Oη1=5.59×0.99kw=5.53kwPⅠ输出=PⅠ输入η3η1=5.48kwnⅠ=n O=970r/minTⅠ输入=9550PⅠ输入nⅠ=54.49N·mTⅠ输出=9550PⅠ输出nⅠ=53.95N·mC、Ⅱ轴（中速轴）PⅡ输入=PⅠ输出η2=5.36kwPⅡ输出=PⅡ输入η3=5.31kwn Ⅱ=nⅠi12=220.20r/minTⅡ输入=9550PⅡ输入nⅡ=232.62N·mTⅡ输出=9550PⅡ输出nⅡ=230.29N·mD、Ⅲ轴（低速轴）PⅢ输入=PⅡ输出η3η2=5.10kwPⅢ输出=PⅢ输入η3=5.05kwn Ⅲ=nⅡi23=70r/minTⅢ输入=9550PⅢ输入nⅢ=695.92N·mTⅢ输出=9550PⅢ输出nⅢ=688.96N·m轴名功率P/kw 转矩T/ N·m转速r/min传动比i效率η输入输出输入输出电机轴 5.59 55.04 9701 0.99Ⅰ轴 5.53 5.48 54.49 53.95 9704.4050 .96Ⅱ轴 5.36 5.31 232.62 230.29 220.23.146 0.96Ⅲ轴 5.10 5.05 695.92 688.96 70三、传动零件的设计1、斜齿圆柱齿轮的设计（1）高速及齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.选择材料和精度等级考虑到主动轮轮速不是很高，故采用斜齿，小齿轮用40Cr，调制处理，硬度241～286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度为229～286HB平均取240HB。

8级精度。

2．初步计算小齿轮直径d1因为采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径，d1≥A d√KT1ΨdσHP2·u+1u3，初取β=13°，Ad=756，动载荷系数K=1.4，转矩T1=9550P1n1=54.49N·m，齿宽系数Ψd=1查表基础疲劳强度σHlim1=710Mpa，σHlim2=580Mpa则σHP1=0.9σHlim1=639MPaσHP2=0.9σHlim2=522MPa初步计算许用接触应力σHP=522MPa,估算d1≥756×√1.4×54.491×5222×4.4+14.43=52.98初取d1=53mmK=1.4T1=54.49N·mσHlim1=710MpaσHlim2=580MpaσHP1=639MPaσHP2=522MPad1=53mm3.确定基本参数校核圆周速度v和精度等级圆周速度v=πd1n160×1000=π×53×97060×1000=2.69m/s，精度等级取8级精度合理确定齿数z1=26，z2=z1×i=4.405×26=114.53,取z2=115（互质）确定模数m t=d1z1=5326=2.038mm，查表取m n=2mm确定螺旋角β=arccos m nm t=arccos22.038=11.08°（与估计值接近）小齿轮直径d1=m t z1=2.038×26=52.988mm大齿轮直径d2=m t z2=234.37mm初步齿宽b=d1ψd=1×53=53mm校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。

z1=26z2=115β=11.08°d1=52.988mmd2=234.37mmb=53mm4.校核齿面接触疲劳强度由11tH H E A V H HpF uZ Z Z Z K K Kd b uεββ+σ=≤σ校核齿面解除疲劳强度。

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机械原理课程设计冲床

机械原理课程设计冲床

机械原理课程设计冲床一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握冲床的工作原理及其在机械加工中的应用；2. 学生能够描述并分析冲床的主要结构组成部分及其功能；3. 学生能够运用力学知识，解释冲床在工作过程中的能量转换和力的传递。

技能目标：1. 学生能够运用CAD软件设计简单的冲床模型，提升空间想象和设计能力；2. 学生通过小组合作，能够完成对冲床模型的制作和调试，提高动手实践和问题解决能力；3. 学生能够运用测量工具和仪器，对冲床的运行参数进行测试和分析，培养实验操作和数据分析能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过冲床设计实践活动，培养对机械工程的兴趣，增强学习机械原理的积极性和主动性；2. 学生在小组合作中，学会相互尊重、沟通协作，培养团队合作精神和责任感；3. 学生能够意识到机械设计在国民经济和社会发展中的重要性，增强社会责任感和创新意识。

课程性质：本课程为实践性较强的机械原理课程设计，通过冲床设计实例，使学生将理论知识与实际应用相结合。

学生特点：高二年级学生，已具备一定的机械基础知识，具有较强的求知欲和动手能力。

教学要求：注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力，培养学生解决问题的综合素质。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- 冲床概述：定义、分类及应用场景（对应教材第二章第一节水压机的相关内容）；- 冲床工作原理：力的传递、能量转换过程（对应教材第二章第二节冲床的工作原理）；- 冲床主要结构：曲柄滑块机构、离合器、制动器、传动系统等（对应教材第二章第三节冲床的结构）。

2. 实践操作：- CAD软件应用：利用CAD软件绘制冲床零部件及装配图（对应教材第三章CAD/CAM技术）；- 模型制作：小组合作完成冲床模型的制作与调试（对应教材第四章机械加工实践）；- 性能测试：对冲床模型进行性能测试，包括速度、力量等参数的测量（对应教材第五章机械性能测试）。

薄壁零件冲压机结构设计

薄壁零件冲压机结构设计

薄壁零件冲压机结构设计薄壁零件冲压机是一种专门用于加工薄壁零件的机器，其结构设计对于机器的性能和加工效率有着至关重要的影响。

本文将从机器的结构设计方面进行探讨，以期为读者提供一些有益的参考。

一、机器的整体结构设计薄壁零件冲压机的整体结构设计应该考虑到机器的稳定性和刚性，以确保机器在高速运转时不会出现晃动或变形等问题。

同时，机器的结构设计还应该考虑到机器的易于维护性和操作性，以方便用户进行维护和操作。

在机器的整体结构设计中，应该注意以下几点：1. 机器的底座应该采用厚实的钢板焊接而成，以确保机器的稳定性和刚性。

2. 机器的上下模板应该采用高强度的合金钢材料制造，以确保机器在高速运转时不会出现变形或破裂等问题。

3. 机器的传动系统应该采用高精度的齿轮传动或同步带传动，以确保机器的运转精度和稳定性。

4. 机器的液压系统应该采用高品质的液压元件和管路，以确保机器的液压系统的可靠性和稳定性。

二、机器的模具结构设计薄壁零件冲压机的模具结构设计是机器性能和加工效率的关键因素之一。

模具的结构设计应该考虑到以下几点：1. 模具的材料应该采用高强度的合金钢材料，以确保模具的耐磨性和耐用性。

2. 模具的结构应该简单、紧凑，以确保模具的加工精度和稳定性。

3. 模具的设计应该考虑到零件的加工工艺和加工要求，以确保零件的加工质量和精度。

4. 模具的调整和更换应该方便快捷，以提高机器的生产效率和经济效益。

三、机器的控制系统设计薄壁零件冲压机的控制系统设计是机器性能和加工效率的另一个关键因素。

控制系统的设计应该考虑到以下几点：1. 控制系统应该采用高性能的PLC控制器和触摸屏人机界面，以确保机器的控制精度和稳定性。

2. 控制系统应该具有多种自动化控制功能，如自动送料、自动定位、自动计数等，以提高机器的生产效率和经济效益。

3. 控制系统应该具有完善的故障诊断和报警功能，以方便用户进行故障排除和维护。

4. 控制系统应该具有良好的可扩展性和兼容性，以方便用户进行升级和改造。

机械原理课程设计-薄壁零件冲床设计

机械原理课程设计-薄壁零件冲床设计

机械原理课程设计院系:机电工程学院班级：机自本三**：**学号：***********目录一设计任务1. 设计题目2. 原始数据和设计要求二所选方案1 . 方案分析2 . 分析结论三机构的设计1 . 几何尺寸的确定2 . 机构运动简图的绘制3 . 机构的设计数据四. 从动件的运动规律及简图1 . 位移 s —ψ 简图2 . 速度 v —ψ 简图3 . 速度 a —ψ 简图１一、设计的任务1. 设计题目设计冲制薄壁零件（如图1 - 1 所示）的冲压机构及与相配合的送料机构。

上模先以比较快的速度接近坯料，然后以接近匀速进行拉延成型工作。

然后上模继续下行，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（下模上面），完成一个工作循环。

设计能使上模按照上述要求加工零件的冲压机构和从侧面送料的送料机构。

图 1 -1２2．原始数据图 1 -21 . 采用一台1 4 5 0 r / mi n 的三相异步电动机驱动，下模固定，从动件（执行构件）为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图 1 -2 所示，具有快速下沉、匀速工作进给和快速返回的特性。

2 . 机构应具有较好的传动性能，特别是工作段的压力角α 应尽可能小；传动角γ 大于或等于许用传动角 [ γ ] =4 0 °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 . 生产率约每分钟 7 0 件。

5 . 执行构件（上模）的工作长度 l =4 0 — 1 1 0 mm, 对应曲柄转角ψ = （ 1 / 3 — 1 / 2 ）π；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速度变化系数K≥ 1 . 5 。

7 . 送料距离 H=6 0 - 2 5 0 mm。

8 . 速度不均匀系数，波动 3 %- 5 %３9 . 建议主动件角速度取ω =1 r a d/ s1 0 . 对机构进行动力分析，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匀质杆，其质心在杆长中点，而曲柄的质心与回转轴线重合。

机械原理课程设计(冲床设计)

机械原理课程设计(冲床设计)


（冲头预设位移－时间曲线）
二、 功能分解与工艺动作分解
（一）、功能分解： 为了实现冲床冲压成型的总功能，将功能分解为上料输
送功能，压制成型功能，增压功能，脱模功能，下料输送功能。 （二）、工艺动作过程：有以下工艺动作过程：
①利用成形板料自动输送机构或机械手自动上料，上料 到位后，输送机构迅速返回原位，停歇等待下一循环。
二、齿轮传动比的设定，由于方案1）中不需要过于复杂的速度转 换，所以将齿轮啮合机构中两齿轮的传动比定做1，即用两个 相同的齿轮，这样还可以保证良好的零件互换性。
三、对于C点的确定我们采取了计算与Solidworks－ CosmosMotion仿真相结合的方法，最后精确的计算出C点 的准确位置，从而保证了机构具有匀速和急回的特性。
产品介绍
1、冲压机构：
AVI演示
COSMOSMotion仿真结果
2、步进输料机构：
3、主体设备：
外壳
整体效果
什么叫工作，工作就是斗 争。哪些地方有困难、有问题， 需要我们去解决。我们是为着 解决困难去工作、去争斗的。 越是困难的地方越是要去，这 才是好同志！
———《毛泽东语录》
鸣谢：
3）凸轮－连杆冲压机构
冲压机构是由凸轮－ 连杆机构组合而成的， 依据滑块的运动要求， 可确定固定凸轮的轮 廓曲线。送料机构是 由曲柄摇杆与齿条机 构串连而成的，根据 机构运动循环图可确 定曲柄摇杆机构的尺 寸，机构可在预设时 间将工件送至待加工 位置。
希望提出指导与建议
1）齿轮－凸轮－连杆冲压机构 2）导杆－摇杆－滑块冲压机构 3）凸轮－连杆冲压机构
方案评价：
以上三个方案都满足设计的性能指标，从结 构的角度，方案1）的结构最为简单，最为 紧凑，同时可以调整冲头的冲程，可以满足 比较大的冲程范围的设计要求。方案2)、3） 相对来说结构较为复杂，不便于减少制造难 度和降低成本。综上所述，方案1）是三个 方案中最为合理的，所以选择方案1)作为最 终的设计方案。