Hefei University of Technology
《机械原理》课程设计
设 计 说 明 书
设计题目 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师
自动送料冲床
罗春 2013210816 能源与动力工程13-1班
吴天星 朱家诚
2015年 7 月 10 日
目 录
1 设计题目与要求 ............................................. 1
1.1 设计题目与功能用途简述 ...................................................................... 1 1.2 使用环境和技术要求 .............................................................................. 1 1.3 全部原始参数 .......................................................................................... 2 2 机械运动方案的拟定 ......................................... 3 2.1 机器运动方案的需求分析 ...................................................................... 3 2.2 多个运动方案比较 .................................................................................. 4 2.3 选定运动方案及说明 .............................................................................. 7 3 机构设计 ................................................... 7 3.1 机构运动循环图 ...................................................................................... 8 3.2 机构运动简图 .......................................................................................... 8 3.3 机构运动分析 ........................................................................................ 11 3.4 计算结果 ................................................................................................ 12 4 结束语 .................................................... 12 4.1 主要工作内容 ........................................................................................ 12 4.2 创新点 .................................................................................................... 13 4.3 展望与感想 ............................................................................................ 13 参考文献 ................................................... 13
1 设计题目与要求
1.1 设计题目与功能用途简述
设计题目：自动送料冲床综合设计
本机器将薄板自动送至冲压工位并冲压成型的，主要用于需要对零件进冲压或拉伸等加工的场合。
1.2 使用环境和技术要求 1.2.1使用环境
自动送料冲床主要用于现代工厂的自动化生产中，在将冲压料或者冲压件经过定向排列后，送入机床当中进行自动冲压，有利于提高生产效率，减少生产过程当中可能出现的事故。 1.2.2技术要求
1冲头应有足够的动能，使得其能克服冲压过程中的阻力完成冲压。 2送料装置应在冲头进入工作区域之前将薄板送入加工位置。 3在冲头进行加工时，送料装置应该停止送料。 4机构应有较好的传递力的性能，以及较少的能量损耗。 5为提高工作效率，应有一定行程速度变化系数。
1.3 全部原始参数
为完成机构的运动简图，经查阅资料后，设定原始参数如下。
2 机械运动方案的拟定
2.1 机器运动方案的需求分析
对于自动送料机构的运动分析如下，当冲压件被送入机构后，送料机构将冲压件送至冲压位置，冲压机构对其进行冲压加工，加工完
毕后，冲压机构回复初始位置，送料机构再次送料，开始一个新的循环。
由上可见，自动送料冲床的机械运动过程可分解为冲压机构和送料机构的两个主要的运动：冲模的往复运动。下面将对各种能实现这种功能的机构进行一一比较并选出较为合理的机构。
2.2 多个运动方案比较
（主要是机构的工作原理及特性，机械的组合方式等，并从多个角度进行对
比分析）
方案一
冲压机构由摆动曲柄导杆机构与摇杆滑块机构串联组成，而送料机构的功能主要由凸轮机构实现，凸轮机构通过齿轮与原动件联系
方案评价：
优点：1送料机构由摆动曲柄导杆机构与摇杆滑块机构组成，能保证急回特性和 运动近于均匀速度的要求，且可调整位置使得压力角较小，提高效率。 2凸轮机构可根据要求设计出要求的轮廓，能精确的实现给定的运动。
缺陷：1受凸轮本身尺寸限制，从动件位移有限，不适用于加工较长的冲压件。 2与其他方案相比，实现运动的机构较复杂，运动规律不易确定。
方案二：
冲压机构采用对心曲柄滑块机构，送料机构采用辊轴送料机构，两个机构之间的运动通过凸轮相连接。送料机构的间歇运动通过凸轮实现。
方案评价：
优点：1机构运动紧凑设计方便，凸轮能实现比较精确的运动规律。 2辊轴送料机构送料误差小，结构简单，运行较为平稳。
3冲压机构结构简单，能减小压力角，提高效率。能实现急回运动特性。 缺点：凸轮轮廓加工较为复杂，且在本机构中，凸轮要起到连接送料机构和冲压机构的作用，因此凸轮尺寸需要做的比较大。使得机构比较笨重。大大增加了设计和制造的难度。
方案三：
在方案二的基础上进行改进，将凸轮机构连接换成连杆与齿轮的组合机构连接，避免了沉重的凸轮机构，辊轴机构和滑块通过原动件上的V型块连接。
方案评价：
优点：1送料误差小，送料距离相等，运动较为平稳。 2结构紧凑，设计较为方便。
3冲压机构简单，能适当的减小压力角，提高效率，并能实现急回特性。 缺点：1存在死点位置需要额外采用飞轮克服死点位置。
2.3 选定运动方案及说明
综合以上三种方案考虑，第三种方案结构简单，缺点较少。能较
好的实现要求的功能，故选择第三种方案，下面对其进行简要的说明。
自动送料冲床由两部分组成，送料机构和冲压机构。冲压机构由
1,4,5,6,7,8组成，送料机构由1,2,9,10,3,7组成。冲压件由送料机构送
入冲压位置后，之后冲压装置将冲模送到加工位置，送料位置停止运
动，在加工完之后，冲模被送回到原来的位置，同时送料机构将新的
冲压件送入冲压位置，开始一个新的循环。
3 机构设计
3.1
机构运动循环图
3.2 机构运动简图
为了方便计算，将机构分成送料机构和冲压机构，分别对其进行计算。下面先
进行对心曲柄摇杆机构的计算。
给定的原始数据得冲头行程H=100mm
易得滑块的两个极限位置分别处于上下 顶点，
所以有2O1A=100mm 所以O1A=50mm。
由整转副存在的条件可得
O1A+e≤AB 其中e为偏心距，e=0.
所以 AB≥50mm
为方便计算，取AB=150mm
下面利用最小传动角求解曲柄滑块机构的尺寸。
由曲柄滑块机构的性质可得：当曲柄与机架共线的时候取得最小传动
角，故可得到取得两个最小传动角的位置。
在△O2D1C1中，由余弦定理可得：
O2D12+D1C12－2O2D1*D1C1cosγ1=02C12
其中O1O2= 27024602=533.38mm
O2C1=O1O2－O1C1=483.38mm
在△O2D2C2中，由于γ2为钝角，故传动角取其补角。故有
O2C22－O2D22－D2C22=2O2D2*D2C2
其中 O2C2=O2C1=O2C
O2C2=O2O1+O1D=583.38mm
又因为当γ1=γ2=γmin=45º 时机构为最佳运动结构。
结合 可得C1D1=530.5mm 或
C1D1=71.5mm（过小，不符合实际情况，故舍去）
所以得到解：C1D1=530.5mm O2D1=71.5mm
间歇机构的计算
从机构运动的平稳性考虑，选用不完全齿轮机构，下面对其尺寸进行简单的计算。
假设大齿轮对小齿轮的传动比为K，小齿轮半径为r，
由设定的原始参数可知:送料距离为120mm。 K=R 其中 R=O2C=71.5mm r
2K Sn=2πr=120mm
联合可解得K=1.87，K圆取整故K=2.
所以r=
3.3 机构运动分析
（根据设计的主要内容，进行机构运动分析，分析结果可选择：位置图、位R=35.75mm K移曲线图、速度图等主要运动曲线图表示，并对机构的运动进行分析说明。）
下面主要对滑块的速度进行分析，分别取曲柄的八个位置ψ=0º,45º 90º，135，180º，225º，270º，315º，360º做速度影像图，发现速度曲线趋近为一条余弦曲线，且最大值接近于运动副的速度，用MATLAB得其速度曲线如下。
其具体数据如下
3.4 计算结果
（对计算、分析结果进行讨论，做出概括性的结论）
在这个机构当中n=8，PL=10，PH=3.
F=3n－2PL－PH=1即自由度数目和原动件数目相等，故机构具有确定的运动。 经过上述计算可得以上机构能实现给定的运动规律，实现了送料机构的间歇运动和冲压机构的王府运动，实现了预期的设计目的。
4 结束语
4.1 主要工作内容
本次设计确定了机构的运动以实现给定的功能，首先确定了三种 能实现指定功能的三种机构，然后比较其优缺点，并根据实际情况选定了曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构以及不完全齿轮机构来实现给定的功能，而后根据实际运动设计了运动循环图，再根据给定的原始数据计算出机构的尺寸。而后根据尺寸绘制了运动简图并对其进行了验算。
4.2 创新点
诚实的说，本次课程设计创新创新点不多，由于并没有太多的实践经验，所以较多得参考了网上的方案，不过在借鉴网上方案的同时，加入了一些自己的思考。本课程设计的最大的创新点在于将实现间歇运动的棘轮机构换成了不完全齿轮机构，相对于棘轮机构，不完全齿轮机构运动更加平稳，且适合于低速运动场合。
4.3 展望与感想
自动送料冲床机构是一个应用比较广泛的机构，发展已经比较完善了。这次并没有太大的创新，较多的借鉴了网上的文库资料，不过总的来说提高还是有的，在这次设计当中，我自己使用了数据，并自己参与了计算，在参考的过程当中，发现了网上方案的错误之处，于是便自己想出了解决的办法。还是比较锻炼人的。在整个设计过程中，自己学着使用AutoCAD2008和Matlab的使用，最终较灵活的掌握了使用方法，在解决问题的过程当中学着自己查阅资料处理问题。的确受益匪浅。
参考文献
[1] 东南大学机械学科组 《机械原理》南京： 东南大学，1996.
[2]邹旻 《AutoCAD2008机械设计》 ：机械工业出版社，2009.
[3]百度文库 《自动送料冲床机构综合设计》 成都：西南交通大学，2011.
Hefei University of Technology
《机械原理》课程设计
设 计 说 明 书
设计题目 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师
自动送料冲床
罗春 2013210816 能源与动力工程13-1班
吴天星 朱家诚
2015年 7 月 10 日
目 录
1 设计题目与要求 ............................................. 1
1.1 设计题目与功能用途简述 ...................................................................... 1 1.2 使用环境和技术要求 .............................................................................. 1 1.3 全部原始参数 .......................................................................................... 2 2 机械运动方案的拟定 ......................................... 3 2.1 机器运动方案的需求分析 ...................................................................... 3 2.2 多个运动方案比较 .................................................................................. 4 2.3 选定运动方案及说明 .............................................................................. 7 3 机构设计 ................................................... 7 3.1 机构运动循环图 ...................................................................................... 8 3.2 机构运动简图 .......................................................................................... 8 3.3 机构运动分析 ........................................................................................ 11 3.4 计算结果 ................................................................................................ 12 4 结束语 .................................................... 12 4.1 主要工作内容 ........................................................................................ 12 4.2 创新点 .................................................................................................... 13 4.3 展望与感想 ............................................................................................ 13 参考文献 ................................................... 13
1 设计题目与要求
1.1 设计题目与功能用途简述
设计题目：自动送料冲床综合设计
本机器将薄板自动送至冲压工位并冲压成型的，主要用于需要对零件进冲压或拉伸等加工的场合。
1.2 使用环境和技术要求 1.2.1使用环境
自动送料冲床主要用于现代工厂的自动化生产中，在将冲压料或者冲压件经过定向排列后，送入机床当中进行自动冲压，有利于提高生产效率，减少生产过程当中可能出现的事故。 1.2.2技术要求
1冲头应有足够的动能，使得其能克服冲压过程中的阻力完成冲压。 2送料装置应在冲头进入工作区域之前将薄板送入加工位置。 3在冲头进行加工时，送料装置应该停止送料。 4机构应有较好的传递力的性能，以及较少的能量损耗。 5为提高工作效率，应有一定行程速度变化系数。
1.3 全部原始参数
为完成机构的运动简图，经查阅资料后，设定原始参数如下。
2 机械运动方案的拟定
2.1 机器运动方案的需求分析
对于自动送料机构的运动分析如下，当冲压件被送入机构后，送料机构将冲压件送至冲压位置，冲压机构对其进行冲压加工，加工完
毕后，冲压机构回复初始位置，送料机构再次送料，开始一个新的循环。
由上可见，自动送料冲床的机械运动过程可分解为冲压机构和送料机构的两个主要的运动：冲模的往复运动。下面将对各种能实现这种功能的机构进行一一比较并选出较为合理的机构。
2.2 多个运动方案比较
（主要是机构的工作原理及特性，机械的组合方式等，并从多个角度进行对
比分析）
方案一
冲压机构由摆动曲柄导杆机构与摇杆滑块机构串联组成，而送料机构的功能主要由凸轮机构实现，凸轮机构通过齿轮与原动件联系
方案评价：
优点：1送料机构由摆动曲柄导杆机构与摇杆滑块机构组成，能保证急回特性和 运动近于均匀速度的要求，且可调整位置使得压力角较小，提高效率。 2凸轮机构可根据要求设计出要求的轮廓，能精确的实现给定的运动。
缺陷：1受凸轮本身尺寸限制，从动件位移有限，不适用于加工较长的冲压件。 2与其他方案相比，实现运动的机构较复杂，运动规律不易确定。
方案二：
冲压机构采用对心曲柄滑块机构，送料机构采用辊轴送料机构，两个机构之间的运动通过凸轮相连接。送料机构的间歇运动通过凸轮实现。
方案评价：
优点：1机构运动紧凑设计方便，凸轮能实现比较精确的运动规律。 2辊轴送料机构送料误差小，结构简单，运行较为平稳。
3冲压机构结构简单，能减小压力角，提高效率。能实现急回运动特性。 缺点：凸轮轮廓加工较为复杂，且在本机构中，凸轮要起到连接送料机构和冲压机构的作用，因此凸轮尺寸需要做的比较大。使得机构比较笨重。大大增加了设计和制造的难度。
方案三：
在方案二的基础上进行改进，将凸轮机构连接换成连杆与齿轮的组合机构连接，避免了沉重的凸轮机构，辊轴机构和滑块通过原动件上的V型块连接。
方案评价：
优点：1送料误差小，送料距离相等，运动较为平稳。 2结构紧凑，设计较为方便。
3冲压机构简单，能适当的减小压力角，提高效率，并能实现急回特性。 缺点：1存在死点位置需要额外采用飞轮克服死点位置。
2.3 选定运动方案及说明
综合以上三种方案考虑，第三种方案结构简单，缺点较少。能较
好的实现要求的功能，故选择第三种方案，下面对其进行简要的说明。
自动送料冲床由两部分组成，送料机构和冲压机构。冲压机构由
1,4,5,6,7,8组成，送料机构由1,2,9,10,3,7组成。冲压件由送料机构送
入冲压位置后，之后冲压装置将冲模送到加工位置，送料位置停止运
动，在加工完之后，冲模被送回到原来的位置，同时送料机构将新的
冲压件送入冲压位置，开始一个新的循环。
3 机构设计
3.1
机构运动循环图
3.2 机构运动简图
为了方便计算，将机构分成送料机构和冲压机构，分别对其进行计算。下面先
进行对心曲柄摇杆机构的计算。
给定的原始数据得冲头行程H=100mm
易得滑块的两个极限位置分别处于上下 顶点，
所以有2O1A=100mm 所以O1A=50mm。
由整转副存在的条件可得
O1A+e≤AB 其中e为偏心距，e=0.
所以 AB≥50mm
为方便计算，取AB=150mm
下面利用最小传动角求解曲柄滑块机构的尺寸。
由曲柄滑块机构的性质可得：当曲柄与机架共线的时候取得最小传动
角，故可得到取得两个最小传动角的位置。
在△O2D1C1中，由余弦定理可得：
O2D12+D1C12－2O2D1*D1C1cosγ1=02C12
其中O1O2= 27024602=533.38mm
O2C1=O1O2－O1C1=483.38mm
在△O2D2C2中，由于γ2为钝角，故传动角取其补角。故有
O2C22－O2D22－D2C22=2O2D2*D2C2
其中 O2C2=O2C1=O2C
O2C2=O2O1+O1D=583.38mm
又因为当γ1=γ2=γmin=45º 时机构为最佳运动结构。
结合 可得C1D1=530.5mm 或
C1D1=71.5mm（过小，不符合实际情况，故舍去）
所以得到解：C1D1=530.5mm O2D1=71.5mm
间歇机构的计算
从机构运动的平稳性考虑，选用不完全齿轮机构，下面对其尺寸进行简单的计算。
假设大齿轮对小齿轮的传动比为K，小齿轮半径为r，
由设定的原始参数可知:送料距离为120mm。 K=R 其中 R=O2C=71.5mm r
2K Sn=2πr=120mm
联合可解得K=1.87，K圆取整故K=2.
所以r=
3.3 机构运动分析
（根据设计的主要内容，进行机构运动分析，分析结果可选择：位置图、位R=35.75mm K移曲线图、速度图等主要运动曲线图表示，并对机构的运动进行分析说明。）
下面主要对滑块的速度进行分析，分别取曲柄的八个位置ψ=0º,45º 90º，135，180º，225º，270º，315º，360º做速度影像图，发现速度曲线趋近为一条余弦曲线，且最大值接近于运动副的速度，用MATLAB得其速度曲线如下。
其具体数据如下
3.4 计算结果
（对计算、分析结果进行讨论，做出概括性的结论）
在这个机构当中n=8，PL=10，PH=3.
F=3n－2PL－PH=1即自由度数目和原动件数目相等，故机构具有确定的运动。 经过上述计算可得以上机构能实现给定的运动规律，实现了送料机构的间歇运动和冲压机构的王府运动，实现了预期的设计目的。
4 结束语
4.1 主要工作内容
本次设计确定了机构的运动以实现给定的功能，首先确定了三种 能实现指定功能的三种机构，然后比较其优缺点，并根据实际情况选定了曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构以及不完全齿轮机构来实现给定的功能，而后根据实际运动设计了运动循环图，再根据给定的原始数据计算出机构的尺寸。而后根据尺寸绘制了运动简图并对其进行了验算。
4.2 创新点
诚实的说，本次课程设计创新创新点不多，由于并没有太多的实践经验，所以较多得参考了网上的方案，不过在借鉴网上方案的同时，加入了一些自己的思考。本课程设计的最大的创新点在于将实现间歇运动的棘轮机构换成了不完全齿轮机构，相对于棘轮机构，不完全齿轮机构运动更加平稳，且适合于低速运动场合。
4.3 展望与感想
自动送料冲床机构是一个应用比较广泛的机构，发展已经比较完善了。这次并没有太大的创新，较多的借鉴了网上的文库资料，不过总的来说提高还是有的，在这次设计当中，我自己使用了数据，并自己参与了计算，在参考的过程当中，发现了网上方案的错误之处，于是便自己想出了解决的办法。还是比较锻炼人的。在整个设计过程中，自己学着使用AutoCAD2008和Matlab的使用，最终较灵活的掌握了使用方法，在解决问题的过程当中学着自己查阅资料处理问题。的确受益匪浅。
参考文献
[1] 东南大学机械学科组 《机械原理》南京： 东南大学，1996.
[2]邹旻 《AutoCAD2008机械设计》 ：机械工业出版社，2009.
[3]百度文库 《自动送料冲床机构综合设计》 成都：西南交通大学，2011.