高速平动冲压装置的设计方法及装置设计(编辑修改稿)

高速平动冲压装置的设计方法及装置设计(编辑修改稿)内容摘要：

阵如下： 表 21 传动方案形态学矩阵 传动方案形态学矩阵功能因素 功能载体（形态） 1 2 3 4 5 6 A 上下运动 曲柄滑块机构 汽缸 液压缸 凸轮机构 链传动 齿轮机构 B 左右运动 曲柄滑块机构 汽缸 液压缸 凸轮机构 链传动 齿轮机构 C 同步冲压 齿轮系 组合凸轮机构 取三种功能的各一种解法组合可得 N=662=72 共 72 种方案。 根据本身的使用情况还有设计的方便实用，并且排除那 些带有冲击与急回特性的方案，故从 72 种方案中选用共轭直动从动件凸轮机构和齿轮机构，即 A4+B4+C1,因为要同步冲压所以选择齿轮机构，用 4个齿轮成正方形互相啮合来达到同步以及传动的作用。 图 方案运动原理图 方案运动原理： 如图 1 所示：包括第一齿轮 上模 第一凸轮 第二凸轮 第三凸轮 第四凸轮 第二齿轮 下模 第三齿轮 第五凸轮 第六凸轮 1第七凸轮 1第八凸轮 1第四齿轮 1凸模 15及凹模 16 等。 本发明是一种平动式同步高速薄板冲压 装置 ，包括上模 2 及下模 8，上模 2 的本体及下模 8 的本体是相同的矩形框架。 上模 2 的矩形框架的底部设置有凸模 15，下模 8的矩形 7 框架的顶部设置有凹模 16。 上模 2及下模 8的传动系统由四个相同的齿轮和八个相同的凸轮构成。 四个相同的齿轮分别是第一齿轮 第二齿轮 第三齿轮 9 及第四齿轮 14，四个齿轮中至少有一个是主动齿轮。 八个相同的凸轮分别是第一凸轮 第二凸轮 第三凸轮 第四凸轮 第五凸轮 第六凸轮 1第七凸轮 12 及第八凸轮 13。 四个齿轮排成二行二列 矩形阵列，两两啮合，每个齿轮的传动轴上装配有两个凸轮，该两个凸轮的长轴方向正交布置。 上模 2 的矩形框架套装在处在上面一行的四个凸轮外，即套装在第一凸轮 第二凸轮 第三凸轮 5 及第四凸轮 6外。 下模 8的矩形框架套装在处在下面一行的四个凸轮外，即套装在第五凸轮 第六凸轮 1第七凸轮 12 及第八凸轮 13 外。 所有八个凸轮均是等宽凸轮。 如图 1所示，驱动第一齿轮 1顺时方向转动，第二齿轮 7 逆时方向转动，利用等宽凸轮第二凸轮 第三凸轮 5 的轮廓曲线控制上模 2 的内侧上下面上下运动，并在冲压工件时作等速运动，用第一凸 轮 第四凸轮 6 的轮廓曲线控制上模 2内侧的左右面横向运动，与工件的输送速度一致。 同理，第四齿轮 14 逆时方向转动，第三齿轮 9 顺时方向转动，利用等宽凸轮第六凸轮 1第八凸轮 13 的轮廓曲线控制下模 8 的内侧上下面上下运动，并在冲压工件时作等速运动（与上模 2相对应），用第五凸轮 第七凸轮 12 的轮廓曲线控制下模 8的内侧左右面横向运动，与工件的输送速度一致（与上模 2 相对应）。 在本发明的工作过程中，第二凸轮 第三凸轮 第六凸轮 11 及第八凸轮 13 控制上模 2与下模 8作冲压运动并实现等速，第一凸轮 第四凸轮 第五 凸轮 10 及第七凸轮 12 控制上模 2 与下模 8 作相同的横向运动并实现同步工件的输送速度（在冲压工件时间段）。 上模 2 在第二凸轮 第三凸轮 第一凸轮 第四凸轮 6 的控制下只能在平面中作平动，同理下模 8 也只能在平面中作平动，从而实现了平动同步高速冲压。 功率计算及 电动机的选择 电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y 系列三相异步电动机。 确定电动机的功率： (1)确定冲压力大小 根据冲压力公式 P = kltT 其中 k 表示系数，通常取值为 ； l 表示冲压形状的周长； t 表示冲压的厚度； T 表示材料的抗剪强度 . l=2 错误 !未找到引用源。 b+4(ab) 根据给定的数据可知 a= b=； 所以 l=2 +4（ ） =。 因为冲孔的材料为 45号钢 所以经过查找得到 ς b=600MPa ς s=355MPa 8 所以抗剪强度为 178MPa=178N/mm2 最后得到 P= 1 178=≈ (2)电机所需的工作功率： 根据给定的数据，我们假设在冲压的瞬间，转过角度为 30176。 ，向下的距离为 2mm； 通过计算得到 r=15mm V= 前面得到冲压力 P= 所以功率 W=PV= = m/s 总 =( 齿轮 )8次方 = 总 =总= =1399Nm/s≈ 1400Nm/s 确定电动机转速： 轴的工作转速： Nw=60 1000V/π D=1282r/min 因为要去稍微大点的转速的电动机，所以取转速为 1400r/min。 综合考虑电动机和传动装置 尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比 ,故选择电动机型号 Y90L4。 确定电动机型号 根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 Y100l24. 其主要性能：额定功率： ，满载转速 1400r/min，额定转矩。 9 3 技术计算与设计 传动齿轮的计算 与 设计 根据之前计算出来的数据得到： wP 电 转速为 1400r/min 额定转矩为 ； 因为齿轮的传递效率是 ，所以 wP 2 齿 传动比 1 zznni 齿。 底下的计算参考《机械设计》 211 页 – 213页 P1 = 1500 w ，小齿轮转速 n1 = 1400 r/min ,齿数比为。  选定齿轮类型，精度等级，材料及齿轮。 1） 根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动； 2） 机构为一般机 器，速度不高，故选用 7级精度（ GB 100988） 3） 材料选择 .由表 101 选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS,大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。 4） 选小齿轮齿数 241z ，大齿轮齿数 272 0 9 z  按齿面接触强度设计， 由设计计算公式（ 109a）进行计算 即 dlt≥    duZukT E 211  1）确定公式内的各计算数值。 1） 试选载荷系数 Kt= 2） 计算小齿轮传递的转矩 mmNn PT  41 151 3)由表 107选取齿宽系数 φ d=1 4）由表 106查得材料的弹性影响系数 EZ = 21MPa 5）由图 106d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极 限ς Hlim1=600MPa； 大齿轮的接触疲劳强度极限ς Hlim2=550MPa 6)由式 1013机选应力循环次数 911 104 0 0 08211 4 0 06060  j L hnN 92 N 错误 !未找到引用源。 7)由图 1019取接触疲劳寿命系数 KHN1=。 KHN2= 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 由式（ 1012）得 MPasK NHH 5 4 0][ lim1 1  10 M P asK NHH 2 2][ lim2 2   2） 计算 1）计算小齿轮分度圆直径 td1 ,带入 [σH]中较小的值 td1 ≥    duZukT E 211  = 2）计算圆周速度 v smsmndv lt /5 4    3）计算齿宽 b b= d ltd =1= 4）计算齿宽和齿高之比 错误 !未找到引用源。 模数 mt 错误 !未找到引用源。 = 齿高 h= mt =1 .448mm= b/h=≈ 5）计算载荷系数 根据 v=,7级精度，由图 108查得动载系数 Kv= 直齿轮 KHα=KFα=1 由表 102 查得使用系数 KA=1。 有表 104 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时， KHβ=. 由 b/h= KHβ= 查图 1013 得 KFβ= 故载荷系数 5 6 5 2   HHVA KKKKK 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（ 1010a）得 mmkkdd tt )( 3111  7）计算模数 mmndm  3）按齿根弯曲强度设计 由式（ 105）得弯曲强度的设计公式为 m ≥   311212 FaaYSYFdZKT 1） 确定公式内的各计算数值 . 2） 由图 1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 5001 .大齿轮的弯曲强度极限 MPaFE 3802  ； 11 3） 由图 1018 取弯曲疲劳寿命系数 FNK FNK ； 4） 计算弯曲疲 劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=， 由式（ 1012） 得 M P aSK FEFNF 0 3][ 111   M P aSK FEFNF ][ 222   5）计算载荷系数 K.   HHVA KKKKK 6)查取齿型系数 由表 1015 查得 saY saY 7)计算大小齿轮的 YFaYSa/[σF]并加以比较， 013 ][ 1 11 F SaFa YY ][ 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大 4） 设计计算 mmYYdKTm F SaFaz 2)][2( 3121 1   对比计算结果 mmm  mmd  算出小齿轮齿数 1511  mdz 大齿轮齿数 z 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿跟弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避 免浪费。 5）几何尺寸计算 1， 计算分度圆直径 mmmzd  mmmzd  2， 计算中心距 mmdda 402 )( 21  3， 计算齿轮宽数 mmdb td   12 取 mmB 382  mmB 401  最后经验算检查，合适。 轴的计算与设计 从动轴设计 选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为 45号钢，调质处理 .查 [2]表 131① 可知： MPab 650 MPas 360 查 [2]表 136 可知： [σb+1]bb=215Mpa [σ0]bb=102Mpa,[σ1]bb=60Mpa 按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接， 从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： d≥C 查表 135可得， 45钢取 C=118 则 d≥118()1/3mm= 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取 d=35mm ① 以下凡是出现见表或见图均是参考濮良贵主 编的第八版《机械设计》教材。 齿轮上作用力的计算。