机械原理课程设计题目：纪念章压印机及其送料机构设计指导老师：组员：2011年1月12日目录一设计任务1．设计题目，分析功能要求…………………………………….. 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. 加速度a-----Ψ简图……………………………………4.机构工作过程说明…………………………………设计任务1.设计题目，分析功能要求设计自动纪念章压印机，将具有一定厚度的板料自动送入印压位置印压成纪念章，经印压成形后脱离该位置。
机器的整个工作过程（送料，压型，脱离）均自动完成。
由此，可知该机构有两个动作要求，一是印压成型，二是自动送料。
绘制功能图如图1-1所示图1-1压印成形机的工艺动作是：如图1-2所示（1） 板料移动至冲压位置（2） 下冲头15mm,利于上冲头将板料冲程规定的直径，即先落料。
（3） 上下冲头同时加压，并保持一段时间。
（4） 上冲头退出，下冲头随后将压印好的纪念章顶出。
（5） 板料将成品推走。
（1） （2）自动纪念章压印系统 送料 输出 压印 执行构件做间歇运执行构件做间歇运执行构件做间歇运（3）（4）（5）图1-22．原始数据和设计要求1动力源是电动机，做转动：从动件（执行机构）为上下模，作上下往复直线运动，上模具有快速下沉，等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; 传动角大于或等于许用传动角3．上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工的位置（下模的上方）。
4．生产率约为每分钟30件。
5．执行构件（上模）的工作长度L=50—100mm，对应的曲柄转角=(1/3-1/2)π;上模行程的长度必须大于工作段长度的两倍以上。
7许用传动角=408送料距离H=60~250mm9建议主动件的角速度+1rad10.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。
（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不计；移动滑块的质量36kg。
（4）载荷F=5000N；按平均功率选电动机。
型号如表2-1所示：同步转速为720r/min电动机型号额定功率（KW）满载转速（r/min）Y132S-8 2.2710Y160M1-84720Y160M2-8 5.5720Y160L-87.5720( 5)曲柄转速为30 r/min，在由电动机轴至曲柄轴之间的传动装置中如图1-3，可取带的传动比=1.9图1-3（6）机器运转不均匀系数不超过0.05根据要求，所选方案如图1-4所示图1-4方案分析与选择（1）齿轮系—摩擦轮—凸轮送料机构凸轮机构结构简单，紧凑，设计方便，但由于主从动件之间为点接触，易磨损，适用于运动规律复杂，传力不大的场合。
齿轮依靠齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大、传动效率高、传动比精确、使用寿命长、工作可靠等优点；但也存在对制造和安装精度要求高以及成本较高等缺点。
摩擦传动是在摩擦力的作用下工作的，所以保持两路案件相互压紧，由压紧力在接触面间产生足够的法向力是摩擦传送的最基本条件。
它又制造简单、运行平稳、噪声很小、过载时发生打滑，故能防止机器中重要的零件损坏、能无极的改变传动比等优点；同时有效率低、当传递同样大的功率时，轮廓尺寸和作用在轴与轴承上的荷载都比齿轮传动大、不能保持准确的传动比、干摩擦时磨损快、寿命低等缺点。
所以送料机构选择齿轮系—摩擦轮—凸轮机构。
摩擦轮E与齿轮G间用皮带相连，实现长距离传递运动。
齿轮系G由电机带动，摩擦轮F起固定板料作用，凸轮H及其所连接的滑块负责将落下的板料顶起到与原板料同一高度。
按机构运动循环图确定齿轮，摩擦轮，凸轮的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至代加工位置以及把产品送离加工位置。
对于方案一齿轮—连杆冲压机构如图所示，冲压机构由曲柄滑块机构形成，由齿轮带动曲柄AB ，它和曲柄IJ 、连杆BJ 以及机架构成平行四边形机构，该机构有两个显著的特点：一是两曲柄以相同的速度同向转动；而是连杆作平动。
平行四边形机构有利于齿轮和曲柄AB 之间的平稳传动，进而是冲压过程更稳定。
曲柄滑块机构按给定的行程速度变化系数设计，适当选择导路位置，可使工作段压力角α较小。
对于方案二齿轮—皮带冲压机构如图1-4所示，冲压机构由曲柄滑块机构形成，由电机带动曲柄。
曲柄滑块机构按给定的行程速度变化系数设计，适当选择导路位置，可使工作段压力角α较小。
在ABC 曲柄摇杆机构加上二级杆组连杆和滑块，组成五杆机构。
主动曲柄AB 匀速转动，滑块D 在CD 线上做往复运动。
（2）分析结论如图1-5所示，平行四边形机构使机构间的传动更加稳定，连杆机构最适合用于冲压机构，可以传递较大的力，但一些运动无法满足，即要求在匀速冲压完工件后快速将工件推出这一运动过程不易满足，而齿轮—摩擦轮—凸轮送料机构恰能满足这个要求。
总体来说此机构可以达到在预定的时间将工件送到加工位置而在加工完成后快速将产品送离加工位置的要求（3）方案选择我们选择方案一，因为方案一的四杆机构机构传动过程比皮带的传动性能差点，工作效率没那么高，但是四杆机构是平行四边形的设计保证了冲压与电机运转的同步进行，我们可以按照需要设计增加档位来调节电动机转速来改变打印速度，而皮带传动的如果要改变档位则数据计算比较复杂；而且连杆机构比皮带的简单，所需材料少，经济效益高，虽然方案一相对于方案二的一些优点差些，从经济方面和简单方面选择，但是我们还是选择方案二。
三 机构的设计几何尺寸的确定曲柄滑块机构的设计曲柄逆时针旋转，如图3-1所示，∠CAB=3π，100AB =mm,由余弦定理得，3π222290COS AC AC BC⨯⨯-+= ① ∠B A C ''=0时，为保证上模行程的长度大于工作段长度的两倍以上，取70'=C C mm ，则有：7090=-+AC BC ② 由①、②式解得=BC 197.75mm图3-1凸轮的设计根据冲压机构的s-δ图以及纪念章半径，确定凸轮的推程角为2π，远休角为2π，回程角为3π，近休角为32π，推程s=15mm 。
基圆半径取r=30mm 。
为保证推杆运动的平稳性和工作精度。
凸轮的推程和回程均可采用五次多项式运动规律。
推程计算：00190=δ )90,0(01∈δ/15/1041301311δδδh h s -=401δ50151/6δδh + （3-1）回程计算：50351403413033103003/90/225/1501560δδδδδδδ-+-==h s （3-2）)60,0(03∈δ根据凸轮的s-δ图，作凸轮轮廓曲线 如图3-2所示 1） 以凸轮基圆半径r=30mm 作圆。
2） 将凸轮的位移线图s-δ 推程运动角∠AOB 十等分，回程运动角∠COD 六等分,由式（3-1）（3-2）分别算得如下表所示 /mm O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 30.172 31.139 33.129 5.919 9.011 41.814 43.821 44.817 OC O9 O10 O11 O12 O13 OD OB45 44.47 41.866 37.527 33.177 30.546 30 45电动机设计机构功率估算：假设上模载荷F=5000N ，杆长L=0.1m ，则力矩M=F*L,由机构效率为n=30r/min ，上模功率P 1=M*2πn/60=1.57kw.假设摩擦轮摩擦力为F2=2000N ，又已知板料移动速度V=0.06m/s,则kw V FP 12.022=⨯=，带传动效率为0.94，故摩擦轮所需功率kw 0.127/0.94P P2==摩.假设下模所需功率kw P8.03=机构所需总功率kw 2.562P P P P 321=++=总，由此可知，通过二级减速器所得出的电机的输出功率kw 779.2/2P P==η总机，故电动机的功率选择为4kw 的Y160M1-8型。
轮系的设计：如图3-1所示图3-1根据设计要求，设定二级减速器输出转速为60r/min,而有表2-1得知，电机转速为720r/min,由此得传动比i=720/60=12，又由图3-1知，zz z z i '2132⨯⨯=，查机械设计手册，取模数m=4，可得各齿轮齿数如下：1521==z z 45'2=z 603=z执行机构尺寸设计 如图3-2所示各个构件尺寸如下：主动轮G 齿数为20.，从动轮M 齿数为40，，飞轮直径为240mm,两皮带轮Y 、X 直径分别为60mm 、120mm ，不完全摩擦轮大径为40mm,小径为36mm.从动件的运动规律及简图 曲柄-滑块运动规律在图3-1中，令l AB 1==100mm ，l BC 2=，s AC =。
如图4-1所示，建立一直角坐标系，则机构ABC 的封闭位置方程式为：l l =+21 即 s e l e l ii=+θθ2121 （4-1）根据欧拉公式θθθsin cos i e i +=将式（4-1）的实部与虚部分离得⎪⎩⎪⎨⎧=+=+0sin sin cos cos 22112211θθθθl l l l s解得 ：ll 2112sin arcsinθθ= θθ2211cos cos l l s +=对式（4-1）对时间t 求一阶导和二阶导，整理后可得点C 的速度v c 、加速度a c 分别为：θθθ22111cos )sin(-=l w v c θθθ222221121cos )cos(l w l w a c ---=由冲压机构的工作效率是30r/min,可得s rad w /14.31=，代入数据，每100取一个数据，机构运转一周，s 、v c 、a c 、θ1变化如表4-1θ/°s （mm/°） v （mm/°） a （mm/t ²）297.5 0 -1485.18 10 295.218 27.217 -1475.938 20 288.494 55.483 -1447.256 30 277.688 85.789 -1396.497 40 263.384 118.971 -1320.145 50 246.363 155.505 -1215.318 60 227.559 195.206 -1081.956 70 207.985 236.82 -924.821 80 188.637 277.703 -753.595 90 170.392 313.852 -579.702 100 153.909 340.492 -411.302 110 139.584 353.134 -250.673 120 127.566 348.617 -96.473 130 117.817 325.686 51.558 140 110.19 284.979 189.684 150 104.5 228.645 310.497 160 100.572 159.877 405.142 170 98.268 82.516 465.676 180 97.5 0.757 486.738 190 98.24 -81.042 466.429 200 100.515 -158.532 406.581 210104.413 -227.484 312.492220110.069-284.077192.083230117.659-325.09554.2240127.367-348.362-93.697250139.343-353.212-247.79260153.626-340.863-408.286270170.072-314.442-576.547280188.29-278.423-750.395290207.624-237.587-921.771300227.204-195.958-1079.263310246.031-156.207-1213.121320263.093-119.61-1318.484330277.455-86.371-1395.338340288.331-56.018-1446.533350295.134-27.723-1475.593360297.499-0.496-1485.177作图s-θ图V-θ图a-θ图凸轮运动规律 凸轮推程多项式：00190=δ )90,0(01∈δ/15/1041301311δδδh h s -=401δ50151/6δδh + 501140131301211/45/900/450δδδδδδ+-=v 501314012130111/1800/2700/900δδδδδδ+-=a回程多项式：50351403413033103003/90/225/1501560δδδδδδδ-+-==h s （3-2）)60,0(/1800/2700/900/450/900/4500350333403233033503434033330323∈-+-=-+-=δδδδδδδδδδδδδa v凸轮旋转一周，凸轮位移s 、速度v 、加速度a 随角度δ变化如表4-2 表4-2δ/° s/mm v(mm/s) a(mm/s ²)0 0 0 0 10 0.172 0.002783 0.028006 20 1.139 0.008531 0.035068 30 3.129 0.014118 0.027149 40 5.919 0.017456 0.010216 50 9.011 0.014226 -0.00977 60 11.814 0.008671 -0.02684 70 13.827 0.002896 -0.03503 80 14.817 0.000002 -0.02838 90 15 0 -0.00092 100 15 0 0 110 15 0 0 120 15 0 0 130 15 0 0 140 15 0 0 150 15 0 0 160 15 0 0 170 15 0 0 180 15 0 0 190 14.47 -0.008273 -0.07612 200 11.866 -0.021204 -0.06111 210 7.527 -0.02688 -0.00039 220 3.177 -0.021326 0.060581 230 0.546 -0.008426 0.076379 240 0 -0.000002 0.001564 250 0 0 0 260 0 0 0 270 0 0 0 280 0 0 0 290 0 0 0 300 0 0 0 310 0 0 0 320 0 0 0330000340000350000360000作图S-δ图v-δ图a-δ图机构工作过程说明如下图所示图中，齿轮G 为主动轮，顺时针旋转；在齿轮G 由图示时刻转动一周过程中，机构的工作情况如下：此时刻，∠CAB=3π，凸轮H 刚刚进入近休阶段，凸轮近休角为2π/3，在凸轮G 转过近休角过程中，上模D 向下运动，与下模配合完成压印过程；此后凸轮G 进入推程阶段，将压印成型的纪念章向上推，推程角为π/2,推程结束后，进入远休阶段，同时不完全摩擦轮E 与板料接触，将板料向前推进30mm ，等待下一次冲压。