機(jī)械沖床設(shè)計含SW三維及14張CAD圖

機(jī)械沖床設(shè)計含SW三維及14張CAD圖,機(jī)械,沖床,設(shè)計,sw,三維,14,cad 摘 要 當(dāng)前，機(jī)械沖床這些年來因?yàn)闄C(jī)器結(jié)構(gòu)學(xué)科的興起不僅是因?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)的大幅度發(fā)展，還因?yàn)檫@種成型機(jī)器結(jié)構(gòu)確實(shí)可以給一些工程人員帶來極大的便利。國外對于機(jī)械沖床的研究與設(shè)計在上世紀(jì)就已經(jīng)開始，機(jī)械沖床的廣泛應(yīng)用使得科研人員能夠很方便的幫助操作者做一些繁瑣且多次重復(fù)的動作，比如對多達(dá)上萬的模具進(jìn)行沖壓，因此我國是非常有必要進(jìn)行機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的研究。本課題正式基于這樣的背景進(jìn)行機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的研究與分析。 本文主要研究的是可以對模具進(jìn)行快速沖壓成型的機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)，機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。本文首先分析了機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)常用傳動結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并由此確定了機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計方案，包括電機(jī)、減速器、皮帶結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿等。緊接著本文詳細(xì)分析了驅(qū)動結(jié)構(gòu)、皮帶結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和連桿的參數(shù)設(shè)計并進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后，本文對機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)這一課題進(jìn)行了總結(jié)。 本文所做的關(guān)于機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的理論分析與研究可以用于日后的進(jìn)一步研究，對于提高當(dāng)下我國機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的設(shè)計與制造水平有著一定的積極意義。 關(guān)鍵詞：機(jī)械沖床 電機(jī) 皮帶 齒輪 連桿 Abstract At present, the rise of mechanical punch in recent years is not only due to the great development of electronic information technology, but also because this kind of forming machine structure can really bring great convenience to some engineers. The research and design of mechanical punch has been started in the last century in foreign countries. The wide application of mechanical punch makes it very convenient for researchers to help operators to do some tedious and repeated actions, such as stamping up to tens of thousands of dies. Therefore, it is necessary to study the mechanism of mechanical punch in China. Based on this background, this paper studies and analyzes the mechanism of mechanical punch. In this paper, the main research is the mechanical punch mechanism which can be used for the rapid stamping of the die. The mechanical punch mechanism uses the motor to realize the driving structure. This paper first analyzes the advantages and disadvantages of the common transmission structure of the mechanical press mechanism, and then determines the overall design scheme of the mechanical press mechanism, including the motor, reducer, belt rod structure, gear mechanism, connecting rod, etc. Then, this paper analyzes the parameter design of driving structure, belt structure, gear mechanism and connecting rod in detail and carries out strength check. Finally, this paper summarizes the subject of small mechanism of mechanical punch. The theoretical analysis and Research on the mechanism of mechanical punch in this paper can be used for further research in the future, which has a certain positive significance for improving the design and manufacturing level of the mechanism of mechanical punch in our country. Key words: mechanical punch; motor; belt; gear; connecting rod  目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 研究課題的背景與意義 1 1.2研究課題的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3工業(yè)機(jī)械沖床研發(fā)的未來趨勢 5 第2章 總體設(shè)計方案 6 2.1驅(qū)動結(jié)構(gòu) 6 2.2帶傳動 7 2.3 齒輪結(jié)構(gòu) 8 2.4連桿機(jī)構(gòu) 9 第3章 主要零部件設(shè)計 11 3.1 電機(jī)的選擇 11 3.2 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量與尺寸計算 12 3.3 V帶傳動設(shè)計與計算 13 3.3.1 V帶的型號的確定 13 3.3.3驗(yàn)算帶的速度 14 3.3.4確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長度Ld 14 3.3.5計算小輪包角 15 3.3.6確定V帶根數(shù)Z 15 3.3.7初拉力F0的確定 15 3.3.8計算作用在軸上的壓力FQ 16 3.3.9小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 3.4齒輪傳動結(jié)構(gòu) 16 3.5飛輪滑塊尺寸確定及運(yùn)動分析 18 3.6 軸的設(shè)計計算 20 第4章 項(xiàng)目管理及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展 21 4.1 機(jī)械沖床的項(xiàng)目時間分配 21 4.2 機(jī)械沖床項(xiàng)目的成本預(yù)估 21 4.3 機(jī)械沖床項(xiàng)目的質(zhì)量規(guī)劃與監(jiān)控 21 4.4 機(jī)械沖床項(xiàng)目的風(fēng)險預(yù)測 22 4.5 機(jī)械沖床項(xiàng)目的三廢處理辦法 22 4.6 機(jī)械沖床項(xiàng)目的環(huán)境保護(hù) 22 4.7 機(jī)械沖床項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展 22 結(jié) 論 23 致 謝 24 參考文獻(xiàn) 25  V 第1章 緒論 1.1 研究課題的背景與意義 幾十年來工業(yè)沖床的相關(guān)定義經(jīng)歷了多次修改和變化，在電子信息技術(shù)和新型材料的快速發(fā)展的背景下，目前工業(yè)沖床已經(jīng)集成了多種電子技術(shù)，例如常見的位移傳感器和力傳感器，工業(yè)沖床所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來越多。工業(yè)沖床技術(shù)的大躍進(jìn)刺激是由于汽車等傳統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，人類使用器具從手動到半智能化再到可以適合在各種復(fù)雜的環(huán)境下和滿足要求的全自動工作設(shè)備。不斷進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)促使人們不斷地對未知領(lǐng)域進(jìn)行一系列的探索和發(fā)現(xiàn)，從荒野戈壁到深不見底的江河湖泊，因此人類越來越需要一種可以幫助科研人員進(jìn)行深入研究和輔助救援的機(jī)械沖床。工業(yè)沖床指的是一種可以在大多空間內(nèi)例如繁雜的生產(chǎn)工序又或者是小型的生產(chǎn)作坊內(nèi)由人員根據(jù)要求進(jìn)行沖壓需要變形的模具。不同的國家或地區(qū)對工業(yè)使用的沖床的定義并不完全相同，比如按照中國自己的國家標(biāo)準(zhǔn)，智能工業(yè)機(jī)械沖床為用于工業(yè)制造時對模具的定型功能。大多數(shù)工業(yè)沖床相比較與傳統(tǒng)的工業(yè)輔助設(shè)備而言，它是一種全新設(shè)計概念的工業(yè)輔助用具，最主要的改變是盡可能的增加工業(yè)機(jī)械沖床內(nèi)部電板的指令功能，從而增大其對生產(chǎn)工人的幫助作用，確保機(jī)械沖床真正可以實(shí)現(xiàn)在多種環(huán)境的廠房內(nèi)正常運(yùn)作。例如國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功的開發(fā)出了一款中速沖床，對于要求較大的沖壓力和稍微復(fù)雜的模具外形可以說是非常容易的。該款中速沖床臂無論是重量還是結(jié)構(gòu)方面都得到了其他科技人員較高的評價。瑞士和日本的公司經(jīng)過多年的潛心研究和實(shí)驗(yàn)終于開發(fā)出了一款適合高速頻繁沖壓的工業(yè)沖床，該款全自動沖床已經(jīng)成功應(yīng)用于各種實(shí)際環(huán)境中，總之這款沖床的實(shí)際表現(xiàn)性能非常優(yōu)異，在市場上取得不俗的成績。緊接著，越來越多結(jié)構(gòu)形式的工業(yè)沖床也被成功的投入實(shí)際應(yīng)用中。工業(yè)沖床實(shí)際上指的是一種可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定物體外形表面的機(jī)電一體器械。工業(yè)機(jī)械沖床作為一種不同于傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的機(jī)器，目前在國內(nèi)外都得到了工程師的廣泛關(guān)注。我國目前已經(jīng)有多個與工業(yè)機(jī)械沖床相關(guān)的民間聯(lián)盟，這些聯(lián)盟可以提供一些技術(shù)上面的支持，這也預(yù)示著機(jī)械沖床在未來的前景是光明的。 本課題的目標(biāo)主要是對市場上已有的機(jī)械沖床研究后重新進(jìn)行一個結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，主要包括工業(yè)機(jī)械沖床的驅(qū)動設(shè)計和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。首先需要了解機(jī)械沖床的運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡圖，并熟悉機(jī)械沖床的研究設(shè)計流程與方法，加深對機(jī)械設(shè)計書本內(nèi)容上的理解，綜合運(yùn)用以前學(xué)習(xí)過的材料力學(xué)和理論力學(xué)完成當(dāng)代機(jī)械沖床一體結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文將會通過分析比較當(dāng)前國內(nèi)外存在的幾種皮帶傳動的機(jī)械沖床所采用的所有結(jié)構(gòu)，對機(jī)械沖床的往復(fù)移動機(jī)構(gòu)和動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型與研究分析。沖床輸出端的結(jié)構(gòu)是整個機(jī)械沖床所有結(jié)構(gòu)中最為重要的一部分，沖壓頭可以決定整個工業(yè)機(jī)械沖床在運(yùn)行過程中的性能表現(xiàn)。如何合理的設(shè)計機(jī)械沖床的結(jié)構(gòu)形狀對于提高工業(yè)機(jī)械沖床的整體性能是存在著一定的積極意義的。 1.2研究課題的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外對于工業(yè)機(jī)械沖床的研究要明顯早于國內(nèi)，例如工業(yè)強(qiáng)國美國和日本等國已經(jīng)申請了多項(xiàng)專利，并且有豐富的機(jī)械構(gòu)類型是可供選擇和使用。日本最先生產(chǎn)出機(jī)械沖床的公司是AIDA有限集團(tuán)，作為全球出口前幾名的機(jī)床生產(chǎn)制造集團(tuán)，AIDA敏銳的嗅到了中速沖床對于生產(chǎn)效率提高的應(yīng)用價值。AIDA最終在上世紀(jì)末推出了全球第一款的中速沖床，但是很遺憾的是由于一些商業(yè)上的考慮，AIDA并沒有公開出口數(shù)量。在此之后，其他的沖床生產(chǎn)制造商也開始投入資金開始進(jìn)行機(jī)械沖床的設(shè)計與生產(chǎn)制造。比較出名的為日本DOBBY公司和瑞士沖床集團(tuán)研發(fā)生產(chǎn)的機(jī)械沖床系列。一開始國外對于工業(yè)機(jī)械沖床采用的大都是電機(jī)驅(qū)動，大型的工業(yè)機(jī)械沖床常見的驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式為氣缸和液壓缸配合驅(qū)動機(jī)械沖床輸出，小型沖床較為常用形式的為一個電機(jī)帶動一個齒輪減速器傳動。此類機(jī)械沖床大部分應(yīng)用于沖壓簡單外表面的用途中，比如鞋制品或電機(jī)內(nèi)部等。 機(jī)械沖床之所以在制造車間內(nèi)流行一方面是因?yàn)樵诠I(yè)中對生產(chǎn)效率迫切提高歷程中，高效化機(jī)械具有重要的地位和意義，機(jī)械沖床中的齒輪減速器傳動結(jié)構(gòu)在古代就已經(jīng)被人類發(fā)明并應(yīng)用，另一方面是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的機(jī)械沖床在整體重量、設(shè)計和制造成本方面具有較大的優(yōu)勢。中高速機(jī)械沖床可以達(dá)到的速度大約在每秒幾百片模具，并且齒輪減速器結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)械沖床的使用時間長，所需要的維修和保養(yǎng)價格低廉，極大地適合大批量生產(chǎn)。但是齒輪減速器結(jié)構(gòu)的工業(yè)沖床在使用次數(shù)高或者載荷較大等復(fù)雜操作環(huán)境中時，容易出現(xiàn)較大的振動從而導(dǎo)致機(jī)械沖床沖壓物體精度較差等情況出現(xiàn)。與此同時，科研人員在進(jìn)行工業(yè)機(jī)械沖床的設(shè)計時還考慮過傾斜和固定臺式的工業(yè)沖床，雖然固定臺式的工業(yè)沖床在生產(chǎn)線上的沖壓速度要明顯優(yōu)于手動的沖床（如圖1-1所示）又或者是機(jī)械沖床，但是這種工業(yè)沖床需要多種技術(shù)的配合才行，比如需要電子學(xué)、傳感器的應(yīng)用和機(jī)構(gòu)學(xué)的綜合運(yùn)用，整體的設(shè)計難度比較大，目前應(yīng)用的場合正在慢慢變多。 圖1-1 手動沖床 幾年后，手動機(jī)械沖床的驅(qū)動結(jié)構(gòu)開始采用皮帶式設(shè)計。這主要是因?yàn)椴捎闷津?qū)動的機(jī)械沖床相比較于傳統(tǒng)的齒輪減速器機(jī)械沖床能夠更好地適應(yīng)多種復(fù)雜的操作狀況，除此之外皮帶結(jié)構(gòu)機(jī)械沖床的設(shè)計與制造技術(shù)都已經(jīng)相對成熟，并不會對于機(jī)械沖床造成太多的設(shè)計困難。使用皮帶傳動設(shè)計的智能化工業(yè)沖床有以下幾個好處。第一，皮帶傳動的設(shè)計與地面的傳輸距離相比較于傳統(tǒng)的齒輪減速器要大的多，在相同的載重量的情況下，皮帶傳動的設(shè)計在比較長的生產(chǎn)線上比如大批量零件的生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)械沖床相對齒輪減速器的所占空間要小，從而帶來的好處就是機(jī)械沖床進(jìn)行沖壓模具時具有相對較小的滾動摩擦力，機(jī)械沖床可以快速對物體表面成型，以便在更短的時間內(nèi)完成作業(yè)任務(wù)。第二，采用皮帶傳動設(shè)計的機(jī)械沖床可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)齒輪減速器機(jī)械沖床不能實(shí)現(xiàn)的功能，即實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械沖床空間變大。這是因?yàn)閮蓷l皮帶的安裝位置如果有差別，比如兩條皮帶相互垂直的擺放就可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)任意移動，所以皮帶設(shè)計的智能化工業(yè)沖床所達(dá)到的移動范圍要大得多。第三，工業(yè)機(jī)械沖床的載重量在額定范圍內(nèi)沖壓，傳動結(jié)構(gòu)就很難出現(xiàn)打滑的可能性，因?yàn)槠еg是通過帶輪與帶一起傳動的，在傳送性能方面有較高的可靠性。第四，工業(yè)沖床對于仿生手臂抓取物體的能力具有很高的要求，如果采用傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，則容易受到環(huán)境和噪音的干擾，在復(fù)雜環(huán)境會較大的概率出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。除此之外，工業(yè)沖床可以實(shí)現(xiàn)雙手直接敲打的大部分功能。工業(yè)沖床盡管相比較傳統(tǒng)的手工敲打有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是其還是存在著一些難以消除的缺點(diǎn)的，例如機(jī)械沖床工作臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時如果轉(zhuǎn)彎半徑過大，就會產(chǎn)生較大的偏心力，如果機(jī)械沖床不能滿足這么大的摩擦力則會出現(xiàn)沖壓失敗的現(xiàn)象，還容易對物體表面造成較大的破壞。高效化機(jī)械沖床的設(shè)計重點(diǎn)需要放在傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計和電子控制技術(shù)兩個方面，并且需要用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論研究的正確與否。同時機(jī)械沖床不能采用過于簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，否則將會限制工業(yè)機(jī)械沖床的多功能實(shí)現(xiàn)情況。機(jī)械沖床的理論研究爆發(fā)于上世紀(jì)七八十年代，英國工業(yè)沖床在上世紀(jì)大約九十年成功的開發(fā)出了中速工業(yè)沖床，提高了工人在車間中沖壓模具的速度。除了上述介紹的全球知名的工業(yè)機(jī)械沖床外，加拿大的AZMUT和法國的Helios集團(tuán)出口的工業(yè)沖床在整個工業(yè)機(jī)械沖床市場上都有著不低的占有率。進(jìn)入21世紀(jì)后，國外對于中高速工業(yè)沖床的重點(diǎn)主要集中在工業(yè)機(jī)械沖床的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、作業(yè)穩(wěn)定性能和操控指令這三個方面。上述的理論研究如果取得較大的進(jìn)步就可以促進(jìn)中高速工業(yè)沖床的又一波發(fā)展，對于整個工業(yè)機(jī)械沖床的發(fā)展有著重要的意義。 國內(nèi)對于智能化工業(yè)沖床的研究與國外相比，存在著起步較晚和研發(fā)實(shí)力較弱的不爭事實(shí)。我國對于智能化探索工業(yè)沖床的研究主要來源于國內(nèi)科研高校，比如北京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)和北京林業(yè)大學(xué)以及沈陽自動研究所。目前，國內(nèi)研制的大多數(shù)機(jī)械沖床主要分為低速的工業(yè)機(jī)械沖床、中速的工業(yè)機(jī)械沖床和高速的工業(yè)機(jī)械沖床等。北京多家制造集團(tuán)成功研究出了具有多維度移動及多功能的中速機(jī)械沖床（如圖1-2所示），該工業(yè)機(jī)械沖床可以對高精度復(fù)雜外形成型操作，對于那些普通機(jī)械沖床不容易沖壓的特殊物體，此類型的機(jī)械沖床可以根據(jù)使用人員預(yù)先輸入進(jìn)去的程序首先進(jìn)行轉(zhuǎn)變沖壓工作臺等功能。此外，國家大型項(xiàng)目中也包括了這種更高精度的高速機(jī)械沖床的研制。目前，關(guān)于國內(nèi)中型機(jī)械沖床的使用反饋要明顯好與國內(nèi)其他同類型的機(jī)械沖床。手動或者低速機(jī)械沖床具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，不需要復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)配合使用，對于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜外形要求很難實(shí)現(xiàn)，并且對于目前工業(yè)上要求越來越高的工業(yè)機(jī)械沖床，采用適合低速的傳動結(jié)構(gòu)那些設(shè)計已經(jīng)不再適合了，因此國內(nèi)一家工業(yè)沖床公司歷時數(shù)年終于成功的開發(fā)出一款高速機(jī)械沖床，這種工業(yè)機(jī)械沖床是為了能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境下去沖壓物品以及其他操作，整機(jī)質(zhì)量小于600kg,沖擊壓力可以達(dá)到幾千牛。目前國內(nèi)上海大學(xué)也在緊鑼密鼓的進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和研制，其研制的工業(yè)產(chǎn)品可以歸為中速工業(yè)機(jī)械沖床的范圍，雖然他們的實(shí)際表現(xiàn)比較讓人滿意，但是隨著實(shí)際使用需求的變化，國內(nèi)又繼續(xù)研發(fā)出了速度更高的中速機(jī)械沖床，由于擴(kuò)大了工作臺，所以這種工業(yè)機(jī)械沖床的適用范圍進(jìn)一步增大，但是內(nèi)部的機(jī)電結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，研發(fā)成本和時間是其他低速機(jī)械沖床的數(shù)倍以上。當(dāng)前，國產(chǎn)的機(jī)械沖床可以產(chǎn)生3000N左右的沖壓力，機(jī)械沖床模具速度可以保持在每分100片。對于那些物體外形復(fù)雜的金屬沖壓過程也很容易，此外電力系統(tǒng)逐漸開始采用可編程電機(jī)驅(qū)動。上海交通大學(xué)目前正在研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)每分鐘可達(dá)500片模具的高速機(jī)械沖床，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為采用固定安裝液壓裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械沖床的沖壓功能，并考慮使用最新研發(fā)出來的動平衡技術(shù)保證工業(yè)機(jī)械沖床在作業(yè)過程中的穩(wěn)定性。機(jī)械沖床的穩(wěn)定性也是很重要的一個設(shè)計參數(shù)，當(dāng)工業(yè)機(jī)械沖床在任意作業(yè)環(huán)境中時，無論是運(yùn)動還是靜止?fàn)顟B(tài)下，都需要保持整個輸出運(yùn)動平衡能力，不會出現(xiàn)突然加速和沖壓力不夠等現(xiàn)象。目前機(jī)械沖床中的遇到緊急情況的時候，可以在緊急剎車與旋轉(zhuǎn)時仍然保持平衡。當(dāng)前主流的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是將工業(yè)機(jī)械沖床的重心盡可能的降低，并且在滿足設(shè)計要求的情況下增大皮帶之間的距離。 圖1-2 中速機(jī)械沖床 1.3工業(yè)機(jī)械沖床研發(fā)的未來趨勢 最近幾年來，國外的科研人員為了提高工業(yè)機(jī)械沖床的可操作性，開始預(yù)研制采用了伺服控制系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)械沖床的控制系統(tǒng)一般有以下幾種方式，伺服控制和反饋控制以及自適應(yīng)控制等。若從控制算法來分，則有兩種類型，即串行和并行兩種方式。串行處理為每個CPU只是針對具體的問題運(yùn)行預(yù)先設(shè)定好的程序，當(dāng)遇到多任務(wù)情況時，就會出現(xiàn)計算速度變慢甚至宕機(jī)的危險，同時還有實(shí)時性差的缺點(diǎn)。并行處理控制方式是為了解決串行控制計算速度慢而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械沖床上的控制技術(shù)，其基本操作為改變串行控制的算法，使算法與并行處理結(jié)構(gòu)適配?？煽刂苹瘷C(jī)械沖床以前較常用的通信方式為無線傳輸。工業(yè)機(jī)械沖床通過圖像識別和攝像模塊實(shí)時將圖片信息壓縮后通過無線通信傳遞給工業(yè)機(jī)械沖床的操作平臺上。國內(nèi)公司和大學(xué)合作預(yù)研發(fā)了伺服控制的工業(yè)機(jī)械沖床，該款工業(yè)機(jī)械沖床綜合了皮帶傳動及其他設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械沖床的輸出端可以做周期性運(yùn)動。該工業(yè)機(jī)械沖床既可以擁有媲美國外主流工業(yè)機(jī)械沖床的運(yùn)動速度，同時又具備了沖壓復(fù)雜外形表面的制造能力。通過對工業(yè)機(jī)械沖床輸入一定的指令，工業(yè)機(jī)械沖床可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜動作，例如突然停止和控制沖擊變慢等。同濟(jì)大學(xué)在前年提出了高速化機(jī)械沖床的設(shè)計理念，這一想法實(shí)際上是來源于高精密表面沖壓的需求。航空工業(yè)制造中采用高速和伺服化設(shè)計的機(jī)械沖床具有復(fù)雜的電氣控制和機(jī)械機(jī)構(gòu)，采用Labview算法增加了工業(yè)機(jī)械沖床對于外界環(huán)境的自適應(yīng)能力。（如圖1-3所示） 圖1-3 伺服機(jī)械沖床 第2章 總體設(shè)計方案 本課題機(jī)械沖床的工作要求與一般的工程機(jī)械沖床有著一些相似之處，即整個機(jī)械沖床同樣是由如驅(qū)動結(jié)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、位移傳輸結(jié)構(gòu)和沖壓機(jī)構(gòu)等組成。驅(qū)動結(jié)構(gòu)是任何機(jī)械結(jié)構(gòu)都需要考慮的部分，作為一種作業(yè)在生產(chǎn)線上的機(jī)器結(jié)構(gòu)而言，電機(jī)驅(qū)動是不可替代的選擇方案，不僅是因?yàn)殡姍C(jī)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其價格便宜并且可供選擇的型號有很多種，以上介紹的優(yōu)勢對于本課題設(shè)計的小型機(jī)械沖床來說選擇電機(jī)作為驅(qū)動是非常合理的。機(jī)械沖床中較為核心部分的傳動動結(jié)構(gòu)可以采用普通機(jī)械沖床使用的帶傳動、鏈輪傳動和齒輪減速器傳動。上述的三種機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)在應(yīng)用范圍上都比較廣泛，本次畢業(yè)課題設(shè)計的機(jī)械沖床如何選取傳動結(jié)構(gòu)需要從傳動精確度、使用強(qiáng)度、使用成本和使用過程中維修難易程度這些方面進(jìn)行綜合考慮?？紤]到機(jī)械沖床的往復(fù)運(yùn)動次數(shù)較多，并且需要一定的運(yùn)動精確度保證機(jī)械沖床能夠較好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械沖床位移到預(yù)定的位置，鏈傳動還要受到重力的干擾進(jìn)一步降低了其可以允許的傳輸速度。因此，傳動結(jié)構(gòu)還有齒輪減速器和帶傳動兩種共同配合使用，本次設(shè)計的機(jī)械沖床的沖壓距離在豎直方向上屬于近距離，通過選擇齒輪減速器機(jī)構(gòu)需要好多級的齒輪減速器機(jī)構(gòu)又或者增加齒輪減速器的空間尺寸兩方面實(shí)現(xiàn)傳動。連桿機(jī)構(gòu)和飛輪的連接實(shí)現(xiàn)沖床輸出端的往復(fù)沖壓，本文沖床實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。 圖2-1 沖床原理圖 2.1驅(qū)動結(jié)構(gòu) 機(jī)械沖床中采用電機(jī)主要是對飛輪進(jìn)行驅(qū)動，因?yàn)楸敬握n題設(shè)計的沖床是需要實(shí)現(xiàn)豎直方向上的位移，所以整個機(jī)構(gòu)需要固定安置一個電機(jī)。考慮到整體結(jié)構(gòu)的安裝容易程度，電機(jī)安裝的位置選擇在外殼的端部（如圖2-2所示），電機(jī)通常用內(nèi)六角的螺紋孔與外殼進(jìn)行固定，因?yàn)榇蠖鄶?shù)電機(jī)的功率和扭矩以及轉(zhuǎn)速這三個方面的輸出參數(shù)并不是與課題設(shè)計所需要的一致，所以在電機(jī)的輸出軸上電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)的配合方式一般為平鍵固連在一起或者使用摩擦力進(jìn)行鎖緊電機(jī)軸。對于減速機(jī)構(gòu)設(shè)計方案，主要從減速比和傳動效率上面進(jìn)行考慮，要求傳動效率不能太低是要保證電機(jī)的輸出功率盡可能的輸送到傳動結(jié)構(gòu)上。 圖2-2 電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu) 2.2帶傳動 本課題設(shè)計的機(jī)械沖床中的傳動機(jī)構(gòu)確定選擇普遍的同步帶傳動結(jié)構(gòu)形式，同步齒形帶不同于傳統(tǒng)以摩擦為依靠的三角帶，其至今發(fā)展歷史時間大約有四五十年，對于同步帶的應(yīng)用場合目前以計算儀表等最多。本課題設(shè)計的機(jī)械沖床用同步帶進(jìn)行輸送，因?yàn)槠鋸V義上屬于嚙合傳動形式并且安裝凸輪與槽口緊貼在一起，實(shí)現(xiàn)了主從帶輪與帶輪運(yùn)動過程無相對滑動，當(dāng)然了同步帶并不能完全實(shí)現(xiàn)零誤差傳輸，這主要是復(fù)合材料所制造出來的皮帶有較大的彈性，采用彈性模量較大的皮帶是因?yàn)閷⑵Ш蛶л啺惭b在一起時需要給予一定張緊力從而保證帶與帶輪的緊密貼合。當(dāng)機(jī)械沖床使同步帶運(yùn)行時，同步帶需要承受來自導(dǎo)軌和電機(jī)的拉壓力，由于皮帶和帶輪的材料使用的不同，這就使二者之間的彈性模量在數(shù)值上有著較大的差別，有接觸理論可以推出帶載運(yùn)動時皮帶和帶輪接觸存在一定的滑動現(xiàn)象，機(jī)械沖床中的電機(jī)輸出力矩越大就會增大皮帶和帶輪之間的摩擦滑動，皮帶和主從帶輪之間的傳動精確度將會受到很大的影響。對于本課題設(shè)計的機(jī)械沖床，為了減少同步帶由于彈性變形造成的傳輸誤差，對于導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的重量應(yīng)該有所限制，同時需要對帶輪和電機(jī)的安裝配合提高精準(zhǔn)度，減少由于配合誤差造成皮帶和帶輪接觸面情況不理想。本次設(shè)計的機(jī)械沖床中的三維位移距離比較大，并且需要將機(jī)械沖床精準(zhǔn)輸送，考慮到帶傳動比較適合于較遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，帶傳動需要進(jìn)行張緊裝置以保證運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)諸如皮帶打滑的不良現(xiàn)象，使用帶傳動的同時還需要注意到它的缺點(diǎn)，即皮帶容易出現(xiàn)打滑和斷裂造成機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)失效，所以設(shè)計帶傳動的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)時一定要考慮到過載的問題。帶傳動通常是由皮帶和兩個傳動輪組成，兩個傳動輪一個作為主動輪，另外一個就是從動輪，至于如何選擇哪個輪作為主動輪必須是根據(jù)傳動比來進(jìn)行的。帶傳動是依靠主動輪和從動輪與機(jī)架固定安裝的，因此兩個輪子都是需要進(jìn)行安裝滾動軸承以較少與支撐架的摩擦力，這是因?yàn)闈L動軸承內(nèi)外圈分離有效程度上保證了帶傳動的功率損耗可以降至最低。本課題設(shè)計的機(jī)械沖床選擇深溝球軸承，即機(jī)械原理書上介紹過的7系列軸承，該系列的球類軸承不需要安裝后單獨(dú)對其進(jìn)行軸向游隙的調(diào)整，并且可以受到的軸向載荷也不大。帶傳動中的主動輪與減速機(jī)器的輸出軸配合在一起，二者之間的配合方式為常用的鍵連接。機(jī)械沖床中的傳動結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示。 圖2-3 帶傳動示意圖 2.3 齒輪結(jié)構(gòu) 對于外嚙合傳動齒輪減速器結(jié)構(gòu)而言，首先要根據(jù)沖床中滾刀的尺寸要求和傳動要求選擇傳動比和模數(shù)以及齒數(shù)等重要參數(shù)本次課題的齒輪減速器機(jī)構(gòu)只需要普通的8級精度就可以在傳動精確度和中心距誤差等方面滿足課題傳動要求。對于提高齒輪減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的兩種強(qiáng)度，我們可以從齒輪減速器的材料選用和變位兩種情況進(jìn)行考慮。當(dāng)下齒輪減速器的材料一般使用調(diào)質(zhì)鋼或者進(jìn)行滲碳處理以加強(qiáng)表面硬度。除此之外，對于那些設(shè)計要求高或者在高溫工作下的齒輪減速器最好還是再考慮膠合強(qiáng)度。本課題為了進(jìn)一步增強(qiáng)齒輪減速器的運(yùn)行過程中的強(qiáng)度，最終決定采用變位齒輪，一方面變位齒輪輸出可以允許齒輪的齒數(shù)可以選的比正常齒數(shù)17少，保證了齒輪傳動的傳動比滿足仿真機(jī)器的要求。另一方面的原因是這樣可以通過對小齒輪減速器采取正變位的方式改善小齒輪減速器的強(qiáng)度從而可以彌補(bǔ)因?yàn)樾↓X輪傳動時的循環(huán)次數(shù)較多的缺點(diǎn)。（如圖2-4所示） 圖2-4 齒輪結(jié)構(gòu) 2.4連桿機(jī)構(gòu) 本次課題設(shè)計的沖壓車床采用帶有滑塊的連桿機(jī)構(gòu)，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的沖擊力在目前是遠(yuǎn)大于凸輪結(jié)構(gòu)的，凸輪當(dāng)前主要使用材料只能承受較小的壓力，所以本課題決定采用雙滑塊機(jī)構(gòu)。通過飛輪的轉(zhuǎn)動帶動第一個滑塊的直線輸出，滑塊采用圓球連接，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)傳動機(jī)構(gòu)中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無法用低副實(shí)現(xiàn)。與此滑塊連接的是第二個滑塊機(jī)構(gòu)，二者實(shí)現(xiàn)位移的原理是相同的。第二個滑塊與沖床壓頭相固連，因此沖床輸出端隨著滑塊的往復(fù)運(yùn)動進(jìn)行連續(xù)沖壓操作臺上的金屬。（如圖2-5所示） 圖2-5 連桿機(jī)構(gòu) 綜合考慮，本次畢業(yè)設(shè)計的機(jī)械沖床的傳動結(jié)構(gòu)選擇帶傳動運(yùn)輸以及齒輪減速驅(qū)動。機(jī)械沖床需要可以實(shí)現(xiàn)在豎直方向自由往復(fù)運(yùn)動進(jìn)行沖壓成型，目前市場上可以實(shí)現(xiàn)來回沖壓金屬的機(jī)構(gòu)有較多選擇，比如常見的凸輪機(jī)構(gòu)，沖床機(jī)構(gòu)常用在制造手表和試驗(yàn)裝置等領(lǐng)域上，可以滿足不同尺寸和負(fù)載的工作要求，機(jī)械沖床的沖壓功能是最為重要的部分，本次課題設(shè)計的機(jī)械沖床需要實(shí)現(xiàn)沖床快速成型功能，對于有的物體外形比較奇特或者沒有較好的沖壓平面，這時就需要將機(jī)械沖床的工作臺進(jìn)行一定角度的位移，從而順利沖壓物體。機(jī)械沖床的驅(qū)動系統(tǒng)目前有兩個使用效果比較好的選擇，第一種是核心元件為液壓系統(tǒng)，依靠將液體的勢能提供驅(qū)動，這種系統(tǒng)主要用在大型沖壓車間中。第二種是以電動機(jī)為執(zhí)行元件，通過編程控制正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)器可靠運(yùn)動。本文課題設(shè)計的沖床機(jī)構(gòu)三維機(jī)構(gòu)(如圖2-6所示)。 圖2-6 機(jī)械沖床三維結(jié)構(gòu) 第3章 主要零部件設(shè)計 3.1 電機(jī)的選擇 電機(jī)對于任何一個機(jī)構(gòu)而言，它都是相當(dāng)于整個機(jī)構(gòu)的心臟。電機(jī)如果不能源源不斷的給機(jī)構(gòu)提供動力，那么整個機(jī)構(gòu)就無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計時的初衷。因此，正確的選擇電機(jī)對于本課題是有著非常重要的意義的，當(dāng)今電機(jī)市場生產(chǎn)出售各種各樣的電機(jī)，如果隨意的進(jìn)行采購可能會出現(xiàn)一些意想不到的后果，因此在選擇的時候除了查看電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速這兩個重要的因素外，還有就是一定要注意查詢電機(jī)的使用環(huán)境、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時長等次要因素。電機(jī)對于功率的選擇原則一般是額定功率要求大于機(jī)構(gòu)所需要的功率。電機(jī)的選擇步驟一般(如圖3-1所示)。 圖3-1 電機(jī)選擇步驟 工作要求和條件:公稱壓力Pg=40KN，發(fā)生公稱壓力時滑塊離F死點(diǎn)距離Sp=3mm，滑塊行程h=400mm。行程次數(shù)n=200次/分，沖裁板厚δ=2mm，板料寬度β=300mm，載荷有沖擊，小批量生產(chǎn)，兩班8年，斷續(xù)周期性工作，F(xiàn)c=40%. 則電動機(jī)功率為： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） 其中：P——電動機(jī)平均功率（千瓦） k一般為1.2~1.6 t—— 工作周期時間（秒） A ——工作循環(huán)所需的總能量（焦） ——工件變形功（屬有效能量） ——拉延墊工作功，即進(jìn)行拉延工藝時壓邊所需的功（屬有效能量） n ——沖床滑塊行程次數(shù) ——沖床行程利用系數(shù) (1) 由于行程次數(shù)n=200次/分，為中等，K取1.6 (2) 工件變形功，因A2很小，故忽略不計 (3) 固沖床行程利用系數(shù)Cn=1 (4) 實(shí)際工作周期 (5)傳動為二級，η=0.4 則 選用Y80M-4 型全封閉籠型三相異步電動機(jī)。 3.2 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量與尺寸計算 在沖壓工件時，主要靠飛輪釋放能量，若忽略電動機(jī)在此時所輸出的能量，即得 （3.5） （3.6） （3.7） （3.8） 則A0=A1+A2+A3+A4=71800J （3.9） （3.10） 由所選電機(jī)型可得 =0.027 查得=0.02 則使 k=1.2 查得 選用鑄鋼材料，飛輪外徑，取為720mm。 以上所得轉(zhuǎn)動慣量實(shí)際不僅包括飛輪本身的慣量，還包括其他傳動零件的轉(zhuǎn)動慣量。在沖床中，飛輪轉(zhuǎn)動慣量與飛輪本身的轉(zhuǎn)動慣量有以下關(guān)系： 3.3 V帶傳動設(shè)計與計算 皮帶傳動的主要組成零部件為皮帶、主動皮帶輪和從動皮帶輪三個部分組成。皮帶的結(jié)構(gòu)形式到目前為止已經(jīng)有許多種，帶傳動正式應(yīng)用于傳動結(jié)構(gòu)的最初幾十年，皮帶的橫截面結(jié)構(gòu)形式一般以三角形為主，根據(jù)不同的使用要求和傳動場景，三角形皮帶也可以分為大致如下四種：第一種為常用于環(huán)境較惡劣如農(nóng)田上的拖拉機(jī)等的標(biāo)準(zhǔn)型三角帶，其主要特征為最大寬度與高度比值為1.65，該種結(jié)構(gòu)的材料主要由百分之六十左右的纖維組成，具有非常好的橫向延生與耐拉性能，對于農(nóng)用拖拉機(jī)工作載荷不穩(wěn)定、變化大的特點(diǎn)，該種三角皮帶允許最大值為45HZ的振動頻率以及皮帶轉(zhuǎn)速可以達(dá)到32m/s，同時需要注意的是標(biāo)準(zhǔn)型三角帶的傳動效率是很低的。上世紀(jì)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使得工程人員急需重新設(shè)計出一種可以適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的皮帶結(jié)構(gòu)，工程師對標(biāo)準(zhǔn)型三角皮帶進(jìn)行了一定程度的改變，即將皮帶橫截面的最大寬度與高度的比值取小變成1.23，并且將這種皮帶形式稱之為窄型三角皮帶，其所使用的的材料和標(biāo)準(zhǔn)型三角帶基本一致，但是在運(yùn)輸速度和傳動功率以及振動幅度等方面有著較為大的改變，上述優(yōu)點(diǎn)除了是一方面因?yàn)槠ё冋酝猓硪环矫嬗捎谄溥€將標(biāo)準(zhǔn)三角皮帶中的一些傳動部分去掉了。第三種則是為了進(jìn)一步適用汽車變速器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)開發(fā)出來的粗邊三角皮帶結(jié)構(gòu)，其主要的改變是對傳統(tǒng)的皮帶材料進(jìn)行了一些新的工藝，使得粗邊三角皮帶的柔度得到了大大的提高，同時加大了皮帶在大載荷下的耐磨能力直接提高了其使用壽命。最近幾年工程師對于三角形皮帶的研究中心主要放在了高強(qiáng)度和小延伸率的kjelar型號上面，在不久的將來或許可以應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中。上述的不同結(jié)構(gòu)形式的三角形皮帶主要是依靠帶與帶輪之間的摩擦從而實(shí)現(xiàn)傳輸，由于摩擦的穩(wěn)定性不太高所以出現(xiàn)皮帶打滑的概率較大，因此本課題考慮使用依靠嚙合的多槽帶，其特征為每一個槽都可以單獨(dú)進(jìn)行功率的傳遞。 3.3.1 V帶的型號的確定 V帶型號根據(jù)設(shè)計功率Pd 和小帶輪轉(zhuǎn)速n1確定，查教材圖5-7可選取A型帶。 3.3.2帶輪的基準(zhǔn)直徑的確定 查教材表5.7 普通V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑，知A型帶=75mm,選取小帶輪基準(zhǔn)直徑：=80mm； 因此，大帶輪基準(zhǔn)直徑： 查表選取大帶輪基準(zhǔn)直徑為160mm。 其傳動比誤差 故可用。 3.3.3驗(yàn)算帶的速度 由帶的速度公式： （3.11） 式中 ——電動機(jī)轉(zhuǎn)速； ——小帶輪基準(zhǔn)直徑。 即符合要求。 3.3.4確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長度 根據(jù)初步確定中心距 考慮到結(jié)構(gòu)，選取中心距=400mm。 初算帶的基準(zhǔn)長度： （3.12） 式中 ——帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度； ——帶的初算基準(zhǔn)長度； ——初選中心距。 帶入數(shù)據(jù)計算得 查教材表5.2普通帶基準(zhǔn)長度及長度系數(shù)，確定帶的基準(zhǔn)長度=1050mm。 計算實(shí)際中心距，由 （3.13） 故，實(shí)際中心距為465.4mm。 3.3.5計算小輪包角 小帶輪包角： （3.14） 3.3.6確定V帶根數(shù)Z 根據(jù)確定帶的根數(shù)。 式中 ——包角修正系數(shù)，考慮包角對傳動能力的影響，由教材表5.4查取； ——帶長修正系數(shù)，考慮帶長不為特定帶長時對使用壽命的影響，由教材表5.5查??； ——V帶基本額定功率。 由教材表5.2查取單根V帶所能傳遞的功率為=1.37kW； 由式 計算功率增量。 其中 Kb——彎曲影響系數(shù)； ——傳動比系數(shù)； ——小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min。 查表得 查表得 =1.0202； 故得 查教材表5.4得=0.98； 查教材表5.5得=0.99。 所以 （3.15） 所以，選取V帶根數(shù)z=3。 3.3.7初拉力F0的確定 單根普通V帶初拉力計算公式： （3.16） 式中 Pd ——設(shè)計功率； v——V帶速度； z——帶的根數(shù)； ——包角修正系數(shù)； m——普通V帶每米長度質(zhì)量。 查教材表5.1得 m=0.1kg/m。 所以 3.3.8計算作用在軸上的壓力FQ 壓力 等于松邊和緊邊拉力的向量和，如果不考慮帶兩邊的拉力差，可以近似的按帶兩邊所受初拉力的合力來計算： （3.17） 式中 ——初拉力； ——帶的根數(shù)； ——小輪包角。 所以 3.3.9小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）帶輪材料選擇 帶輪的材料主要采用鑄鐵，轉(zhuǎn)速較高時采用鑄鋼；小功率時可用鑄鋁或塑料。常用材料的牌號為HTl50或HT200。本設(shè)計中轉(zhuǎn)速要求不高，故材料選用鑄鐵，牌號為 HT200。 （2）帶輪結(jié)構(gòu)形式 本方案中帶輪為中小尺寸（dd1≤125mm），選用腹板輪。 （3）帶輪結(jié)構(gòu)尺寸(部分) 確定帶輪的其它部分尺寸由經(jīng)驗(yàn)公式計算。 dk=（1.8－2)×dd1=114mm-160mm，取dk=140mm。 3.4齒輪傳動結(jié)構(gòu) 1.當(dāng)前市場上比較知名沖床中所采用的齒輪傳動結(jié)構(gòu)的形式很多種，本次課題設(shè)計選擇外嚙合傳動形式，如圖3-2所示。齒輪的輪齒為常見的漸開線齒輪，漸開線齒輪除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計上已經(jīng)比較簡單，還有就是在加工制造方面也相較其他類型的齒輪要簡單。雖然斜齒輪相比直齒輪有許許多多的優(yōu)點(diǎn)，比如傳動比較平穩(wěn)以致于運(yùn)行時發(fā)出的噪聲相對比較小，但是值得注意的是本次畢業(yè)設(shè)計對于傳動的平穩(wěn)性方向上要求并不是太高，所以綜合考慮選用漸開線直齒輪傳動形式。對于外嚙合傳動齒輪結(jié)構(gòu)而言，首先要根據(jù)沖床的尺寸要求和傳動要求選擇傳動比和模數(shù)以及齒數(shù)等重要參數(shù)。 圖3-2 外嚙合傳動結(jié)構(gòu)示意 2.因?yàn)闆_床的工作環(huán)境相比較穩(wěn)定，并且本次課題預(yù)設(shè)的電機(jī)的運(yùn)行速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于/s的，根據(jù)我國2008年機(jī)械工程協(xié)會頒布的有關(guān)齒輪設(shè)計精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參照，本次課題的齒輪機(jī)構(gòu)只需要普通的8級精確度就可以在傳動精確度和中心距誤差等方面滿足課題傳動要求。 3.齒輪的強(qiáng)度主要考慮因素目前有兩種，分別是接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。其中，接觸強(qiáng)度主要衡量的是齒輪在多次運(yùn)轉(zhuǎn)后，齒輪表面出現(xiàn)裂痕或者凹坑等不良情況。彎曲強(qiáng)度一般出現(xiàn)在載荷過大的開式齒輪結(jié)構(gòu)。齒輪彎曲強(qiáng)度的計算是為了避免輪齒發(fā)生折斷因此產(chǎn)生不必要的生產(chǎn)事故。對于提高齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的兩種強(qiáng)度，我們可以從齒輪的材料選用和變位兩種情況進(jìn)行考慮。當(dāng)下齒輪的材料一般使用調(diào)質(zhì)鋼或者進(jìn)行滲碳處理以加強(qiáng)表面硬度。除此之外，對于那些設(shè)計要求高或者在高溫工作下的齒輪最好還是再考慮膠合強(qiáng)度。 因?yàn)樾↓X輪的循環(huán)次數(shù)要大于大齒輪以及同樣扭矩下大齒輪的圓周力要小很多，所以本文只要確定小齒輪傳動強(qiáng)度滿足條件即可。本課題的齒輪傳動機(jī)構(gòu)在運(yùn)動循環(huán)次數(shù)上并不是太多，即彎曲強(qiáng)度在本文中相比較于表面強(qiáng)度以及膠合強(qiáng)度來說首先保證的重要參數(shù)。齒輪彎曲強(qiáng)度公式（3.1）為GBT3480-1997提供的，本次沖床預(yù)設(shè)的兩個小齒輪中心距為400mm，傳動比初定在1.1和1.2之間，大齒輪和小齒輪的齒數(shù)分別初選為24和60。 （3.18） 查詢手冊得彎曲疲勞壽命系數(shù) 為2,由下式得到齒輪的彎曲極限。 （3.19） （3.20） 根據(jù)式（3.4）至式（3.6）本次的齒輪結(jié)構(gòu)只需對小齒輪進(jìn)行計算分析。 YF1 =3.22 YF2 =2.35 （3.21） Ys1=1.47 Ys2=1.68 （3.22） YF1Ys1＞YF2Ys2 （3.23） 由簡便的齒輪計算強(qiáng)度公式得 （3.24） 由上式取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)10,則齒輪齒寬b=d1×Φd=147.5,圓整后取:b=150mm。標(biāo)準(zhǔn)中心距為:a =d1/2+d2/2=420mm。 齒輪重合度為： （3.25） 重合度為1.23滿足正常工作的條件。 3.5飛輪滑塊尺寸確定及運(yùn)動分析 曲柄R =200mm 設(shè)傳入角γ=70° 連桿尺寸為L,則 （3.26） 取L=2200mm 圖3-3 滑塊運(yùn)動分析圖 曲柄轉(zhuǎn)角從下死點(diǎn)算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正，滑塊位移S從下死點(diǎn)算起向上方向?yàn)檎瑝K速度V及滑塊加速度，其方向向下為正， 則有： （3.27） （3.28） （3.29） 曲柄轉(zhuǎn)角可表示如下： （3.30） 式中：S——滑塊位移（m） V——滑塊速度（m/s） ——滑塊加速度（m/s） ——曲柄角速度（rad/s） λ——連桿系數(shù)， R——曲柄半徑（m） L——連桿長度（m） 則得出如圖3-4滑塊的行程,速度和加速度曲線圖 圖3-4 滑塊的行程,速度和加速度曲線圖 3.6 軸的設(shè)計計算 本課題設(shè)計的沖床中會大量用到軸類零部件，比如對帶輪軸承起到支撐作用的懸臂圓柱截面梁，這樣的軸因?yàn)榛貍鞒惺芤欢ù笮〉膹澗?，并且為固定狀態(tài)，稱之為心軸。碼垛機(jī)械手臂中承受扭矩的軸比如電機(jī)輸出軸和減速器的輸出軸，此類軸只是將電機(jī)的扭矩傳遞給減速機(jī)器的輸出軸。軸類零件在碼垛機(jī)械手臂中的作用還是比較大的，因此不同的場合對于軸類零件的要求并不相同。不銹鋼材料一直是軸類零件的首要選擇，一方面是因?yàn)樵摲N材料現(xiàn)在在成本上已經(jīng)相比較其他的材料很便宜，還有一個原因則是其自身的強(qiáng)度和剛度比較大，可以有效地在多種場合中使用。本課題在沖床中將軸類部件的材料選定為45鋼。軸類零件在設(shè)計之初需要考慮在最大載荷下時的最小半徑，只有這樣才可以保證軸不會發(fā)生破壞。在確定好整個機(jī)器中使用的軸類零件的直徑后，設(shè)計人員需要繪制出軸的彎矩和剪力曲線，確保其在一定的安全系數(shù)范圍內(nèi)。為了便于安裝軸上的零件，通常的做法則是對軸進(jìn)行倒角以及去毛刺等工藝手段。起軸向定位的軸肩則需要注意過渡圓角半徑值，以免其過大造成零件無法被有效定位。 （1）軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理至H235。 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的最小尺寸的確定 8 根據(jù)機(jī)械設(shè)計表15-3，取A0=112，于是得 （3.31） 由于要銑一個鍵槽，所以 dmin=15×｛1+（3%-5%）｝ （3.32） 算出dmin=15.45-15.75mm ，取dmin=16mm。 第4章 項(xiàng)目管理及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展 4.1 機(jī)械沖床的項(xiàng)目時間分配 合理的安排項(xiàng)目時間是項(xiàng)目管理中一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)要按時完成計劃，對資源進(jìn)行合理配置，提高工作效率，調(diào)動人員積極性，保障項(xiàng)目按時高效完成。深入了解項(xiàng)目，摸清項(xiàng)目中各環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，將項(xiàng)目有效拆分成各個小任務(wù)，對各個小任務(wù)進(jìn)行合理工期的預(yù)估，按實(shí)際情況制定項(xiàng)目的完整實(shí)施進(jìn)度計劃。 前期預(yù)估完成后，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)定量型的基礎(chǔ)工期,進(jìn)行模擬估計，定量計算整體工期，進(jìn)行整體評估，并對前期估算進(jìn)行調(diào)整。最終確定開工時間和結(jié)工時間，并結(jié)合資源因素，人工因素等對各小任務(wù)的工期進(jìn)行安排。同時要根據(jù)整個項(xiàng)目的工期按比例保留時間，留有一定的時間以應(yīng)對項(xiàng)目風(fēng)險，并隨項(xiàng)目進(jìn)展，風(fēng)險降低，可適當(dāng)減少預(yù)留時間。 項(xiàng)目開始后，要實(shí)時監(jiān)督進(jìn)度的執(zhí)行情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和糾正偏差和錯誤，降低損失。在監(jiān)督過程中，任-一小任務(wù)的完成，都對其與預(yù)測情況進(jìn)行分析，考慮變差因素產(chǎn)生的原因，同時預(yù)測變差因素的變更對項(xiàng)目其他部分是否產(chǎn)生影響，若產(chǎn)生影響，對其進(jìn)行及時的干預(yù)。 4.2 機(jī)械沖床項(xiàng)目的成本預(yù)估 材料能否充分利用是直接影響產(chǎn)品成本的主要因素之一， 提高材料利用率的方法:保證工件達(dá)到符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選用性價比更高的原材料，并.嚴(yán)格把控，縮減生產(chǎn)過程中不必要的損失，從而節(jié)省材料，以提高材料利用率。平行度，垂直度，總間隙，這是設(shè)計中需要參考的重要參數(shù)，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，壽命和材料損耗，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和需要合理的選用。精度好的沖床不僅能出產(chǎn)好的產(chǎn)品，而且對模具的損傷更小，節(jié)約了模具維修時間更節(jié)約了維修用度。 成本預(yù)估計算，需要前期對材料工廠進(jìn)行考核、適用，選擇性價比高的材料。并預(yù)測人工費(fèi)、損耗費(fèi)，廢料處理費(fèi)用等。在項(xiàng)目實(shí)施后，對于完成的小任務(wù)所花成本與成本預(yù)估，進(jìn)行分析，針對誤差對未完成的小項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。 4.3 機(jī)械沖床項(xiàng)目的質(zhì)量規(guī)劃與監(jiān)控 質(zhì)量可以說是一個項(xiàng)目中最重要的。因此對于質(zhì)量的規(guī)劃實(shí)在整個項(xiàng)目的重心。材料，技術(shù)，工藝，管理制度，操作方法，施工時間等都影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。需保證材料設(shè)備按質(zhì)、按量的供應(yīng)以及按需使用，不偷工減料。實(shí)行獎懲制度，調(diào)動人員的積極性。對于即將出廠的產(chǎn)品進(jìn)行抽查，避免出廠低質(zhì)量產(chǎn)品降低企業(yè)信用。制作過程中，更應(yīng)嚴(yán)格把控，消除制約因素，將產(chǎn)品質(zhì)量控制在一定范圍內(nèi)波動， 保證每道工序都按要求完成。 4.4 機(jī)械沖床項(xiàng)目的風(fēng)險預(yù)測 風(fēng)險總是存在的，項(xiàng)目開始之前，便要對該項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險評估，這是必要環(huán)節(jié)，對材料市場，產(chǎn)品市場，都要進(jìn)行調(diào)研和風(fēng)險評估，避免市場大幅度波動造成項(xiàng)目損失。辨別項(xiàng)目運(yùn)行風(fēng)險，將風(fēng)險進(jìn)行實(shí)際假設(shè)，預(yù)估是否有承擔(dān)風(fēng)險的能力，分析形勢，對項(xiàng)目的風(fēng)險進(jìn)行控制，制定及時有效的措施，將風(fēng)險控制在一定范圍內(nèi)，以避免承擔(dān)過重的損失,造成不必要的損失。 4.5 機(jī)械沖床項(xiàng)目的三廢處理辦法 工業(yè)三廢是指廢水，廢氣，廢渣。其中含有多種有毒，有害物質(zhì)，所以為了環(huán)境不被破環(huán)，需要對此進(jìn)行合理有效的處理。這三廢主要產(chǎn)生來源: 一、化學(xué)反應(yīng)不完全或者有副反應(yīng)，針對這一來源，要創(chuàng)造能讓化學(xué)反應(yīng)完全發(fā)生的條件，對于創(chuàng)造的條件難以實(shí)現(xiàn)以及副產(chǎn)物，進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)，使其產(chǎn)物為水，二氧化碳，以及其他無毒無污染的產(chǎn)物。二、物理分離中產(chǎn)生的，對于這種也可以再用化學(xué)方法進(jìn)行處理。三、通過非正常時期的短期排放產(chǎn)生的，主要是進(jìn)行及時的收集，后續(xù)再進(jìn)行處理，避免泄露造成污染。從工藝上來考慮，大力采用無污染或者少污染的新工藝、新技術(shù)、采用新材料，機(jī)械生產(chǎn)不可避免會有廢料的產(chǎn)生，所以在選材時不僅要選擇性價比高的材料，還要考察是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)，是否屬于綠色材料。從根源上減少三廢的產(chǎn)生。對于不可避免產(chǎn)生的三廢，要采用最新工藝，對三廢進(jìn)行處理，符合國家標(biāo)準(zhǔn)后再排放。 4.6 機(jī)械沖床項(xiàng)目的環(huán)境保護(hù) 當(dāng)今社會，任何項(xiàng)目都需要考慮環(huán)境保護(hù)，環(huán)境一 - 旦被破壞，將很難重新恢復(fù)。但工業(yè)中的大量廢物都是有毒有污染的，所以這更需要重視廢物的處理，同時要加大環(huán)保力度和宣傳力度，采用環(huán)保技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的低污染低排放，突破環(huán)境治理的技術(shù)瓶頸。這樣不僅保護(hù)了環(huán)境也同時提高了企業(yè)的形象。不僅僅是廢物會造成污染，噪音污染同樣需要治理。有研究表明，長期.的生活噪音除了對聽力造成損害，對人的生理和心理都會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，損害人的生活質(zhì)量和身體健康。因?yàn)樵胍粑廴镜奶厥庑?，所以?dāng)前的解決方案只能是將工廠遷離至郊區(qū)人煙稀少的地方，避免對周圍住戶造成傷害，同時工廠的員工在工作時也要帶_上防噪音耳罩，保護(hù)自身安全。而要根本解決這一噪音污染，還要從噪音產(chǎn)生的根本去解決，這就需要相應(yīng)的技術(shù)支持，在生產(chǎn)過程中便減少噪音的產(chǎn)生。 4.7 機(jī)械沖床項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展 在生產(chǎn)中促成廢料的集中收集，以便后續(xù)的處理和利用，同時也避免了污染環(huán)境。產(chǎn)生的三廢是污染，但是我們可以變廢為寶，通過有效的化學(xué)反應(yīng)等方式，將無用有毒的廢料，轉(zhuǎn)化為新的資源。最有效的可持續(xù)發(fā)展方式還是提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)資源的百分百利用，既環(huán)保又實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。 結(jié) 論 我的課題主要是圍繞工業(yè)制造中常用的機(jī)械沖床進(jìn)行設(shè)計的，本文主要做了以下的工作內(nèi)容。對于機(jī)械沖床而言，本文主要研究的是可以對模具進(jìn)行快速沖壓成型的機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)，機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。本文首先分析了機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)常用傳動結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并由此確定了機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計方案，包括電機(jī)、減速器、皮帶桿結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿等。緊接著本文詳細(xì)分析了驅(qū)動結(jié)構(gòu)、皮帶結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和連桿的參數(shù)設(shè)計并進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后，本文對機(jī)械沖床機(jī)構(gòu)小這一課題進(jìn)行了總結(jié)。 致 謝 本課題的研究內(nèi)容到此就算是正式的結(jié)束了，回想這幾個月來發(fā)生的一點(diǎn)一滴，我是深有感觸，覺得自己有很多話要說出來。當(dāng)我選中這個畢設(shè)課題時，我感覺很高興，一方面，本畢業(yè)設(shè)計高度符合我的專業(yè)，我需要在本次畢業(yè)設(shè)計中用到我曾經(jīng)在大一到大四所學(xué)過的理論知識，比如說機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計以及理論力學(xué)；另一方面是因?yàn)槲以诖髮W(xué)讀書的時候就對機(jī)械沖床產(chǎn)生了相當(dāng)濃的喜愛，這次能夠設(shè)計自己感興趣的事情我感覺自己真的是運(yùn)氣超好。我的導(dǎo)師在我進(jìn)行課題設(shè)計的過程中，給我提供了非常多的幫助。當(dāng)我在沖床的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中出現(xiàn)難以解決的問題時候，我的導(dǎo)師非常耐心的對我進(jìn)行指導(dǎo)，使我重新燃起了設(shè)計的信心，老師那無私奉獻(xiàn)的精神和時時刻刻以學(xué)生為中心的教師職業(yè)道德深深的打動了我，我從我的指導(dǎo)教師的身上學(xué)到了認(rèn)真負(fù)責(zé)和對待困難積極樂觀的精神，在此，我要向我的指導(dǎo)教師表示深深的謝意。在以后的日子里，無論是繼續(xù)求學(xué)還是直接投入到工作崗位中，我都會我的導(dǎo)師為榜樣。 其次，在我進(jìn)行本次機(jī)械沖床的過程中，我多次去網(wǎng)上進(jìn)行資料上的收集，網(wǎng)上那豐富的資源使得我能夠很輕松的查詢到自己想要找的相關(guān)知識。這幾個月來也多次進(jìn)入學(xué)校的網(wǎng)上圖書館，我已經(jīng)把圖書館中的校訓(xùn)深深的鐫刻在自己的腦子中。感謝學(xué)校為我們提供豐富的教育資源，真的很慶幸自己大學(xué)四年來沒有浪費(fèi)寶貴的大學(xué)求學(xué)時光。 最后，我要感謝我的同學(xué)們在我做畢業(yè)設(shè)計過程中幫助過我的人，我畢業(yè)課題的成功完成是離不開你們對我的無私關(guān)懷和幫助的，希望學(xué)校發(fā)展的越來越好，老師多出科研成果。謝謝! 本次畢業(yè)設(shè)計使我對于有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)的書本知識有了更加深刻的理解，總的來說，本次畢業(yè)課題是一次鍛煉的過程，它將我本科所學(xué)到的所有知識進(jìn)行了匯總和應(yīng)用，使我鞏固了相關(guān)設(shè)計知識，相信對我以后的學(xué)習(xí)生活會有深遠(yuǎn)的影響。 參考文獻(xiàn) [1] 于惠力，向敬忠，張春宜.機(jī)械設(shè)計.第1版.科學(xué)出版社,2007.8 [2] 張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.第2版.高等教育出版社,2001.8 [3] 張耀宸.機(jī)械加工工藝設(shè)計實(shí)用手冊.第1版.航天工業(yè)出版社,1993.12 [4] 徐嘉元.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ).第1版.機(jī)械工業(yè)出版社,1990.6 [5] 張峰、古樂主編.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京高等教育出版社,2010 [6] 蒲良貴.機(jī)械零件.高等教育出版社.1982年12月第四版 [7] 吳宗譯.機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊 第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008 [8] 翁海珊.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程實(shí)踐教學(xué)選題匯編.北京: 高等教育出版社,2008 [9] 王連明，宋寶玉.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計.第4版.哈爾濱工出版社,2010.1 [10] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊單行本.機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2 [11] Pro／Engineer Wildfire 3.0 結(jié)構(gòu)、熱、運(yùn)動分析基礎(chǔ)與典型范例. 北京:電子工業(yè)出版社,2008.3 [12] 謝世坤,黃菊花.參數(shù)化網(wǎng)格劃分方法研究及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.313-316 [13] Frank Yeaple.Fluid Power design Handbook.Marcel ekker.Inc.1990,54-58 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