【正文】 要受三個條件的限制，即： （ 1） 偏心輪的基圓半徑應大于偏心輪的偏心輪軸的半徑； （ 2） 保證最大壓力角 max? 不超過許用壓力角 ][? ； （ 3） 保證偏心輪實際廊線的最小曲率半徑 rr?? m inm in ??? ≥ 35mm，以避免運動失真和應力集中。n 不完全齒輪轉(zhuǎn)速為 180 /minr w? 不完全齒輪機構(gòu)傳動效率 所以，1 1 . 8 1 8 0 1 0 0 0 3 4 . 69 5 5 0 0 . 9 8wPw?? ? ?? (2).沖孔機構(gòu)所需功率： 彈簧受壓力 43 CK = ( G d ) / ( 8 ) k g f / m mmDN? ? ? 式中： G 線材的鋼性模數(shù) ：不銹鋼絲 G=7300 ； d 線徑為 2mm mD 中徑為 23mm N 總?cè)?shù) 8 CN 有效圈數(shù) N2=6 則有 4 3 4 3CK = ( G d ) / ( 8 ) = ( 7 3 0 0 2 ) / ( 8 2 3 6 ) 0 . 2 0 k g f / m mmDN? ? ? ? ? ? ? 則彈簧所受力為 1 / 0 . 1 0 2 0 . 2 0 4 5 2 / 0 . 1 0 2 1 7 6 . 5F K L N? ? ? ? ? 式中： L 模具的沖壓行程。 YVP變頻調(diào)速三相異步電動機能夠保證電機長時間低速或高速運行，是目前交流調(diào)速方案中最先進的系統(tǒng)之一。 YCT 系列電磁調(diào)速電機能在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)均勻地、連續(xù)地無級調(diào)速、并能輸出額定轉(zhuǎn)矩，電機在運行中當負載轉(zhuǎn)矩變動時可通過控制器的速度負反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)離合器的勵磁電流，使輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變。與變頻調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速、短時或斷續(xù)周期運行、頻繁起動和制動的場合。 （ 7） 本設計采用無級電機變速代替以前復雜的傳動及變速裝置，它可以任意調(diào)節(jié)沖孔速度并減少了大量的傳動和變速裝置使機構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小且傳動效率高、使用維護方便、工藝及經(jīng)濟合理， 以往采用的沖床功率較大，采用且對于生產(chǎn)中耗電量大，成本較高的問題，本機構(gòu)消耗功率 500W，大大節(jié)省能源，降低成本。 （ 4） 此機構(gòu)自身就是一部小沖床和送料機構(gòu)，解決了占用其它沖床的矛盾。從而保證不完全齒輪能夠在高速中正常運行。當電機高速旋轉(zhuǎn)不完全齒輪機構(gòu) （如 圖 23所示） 時，主動齒輪角速度增大，從 動齒輪的角速度亦增大，運轉(zhuǎn)中慣性力增大，此時容易發(fā)生齒輪間卡死。 完成全自動沖孔任務 先啟動振動料斗開關，振動料斗開始振動送料，經(jīng)過料斗斜槽后進入料嘴。 兩錐齒輪嚙合改變運動方向，錐齒輪軸旋轉(zhuǎn)。 因為此次沖的孔為小孔，軸受力不大，所以經(jīng)過比較確定方案（ a）為最終方案。利用電動機帶動主 軸及偏心輪而實現(xiàn)沖孔的總體設計方案。但是此機設計出來占用較大的空間，且要求操作嚴格及維修費用制造費用較高，不太適合小型企業(yè)的使用及制造，耗電較 ]18[大 。 近些年來，國內(nèi)一些工廠和研究單位在開發(fā)沖孔機械上做了許多工作，也取得了一定的進展。 圖 11 保險管帽 全自動沖孔機的設計研究 3 針對設計的要求，決定 該沖孔機的設計思路為：采用振動料斗自動送料的機構(gòu)，從料斗出來的加工零件進入分度盤，而分度盤由不完全齒輪帶動，分度盤的的旋轉(zhuǎn)使加工零件準確的進入凹模部位等待加工；送料的同時由電動機帶動偏心輪軸旋轉(zhuǎn)，偏心輪帶動滾動軸承及上模座運動，而上模座的運動使使凸模的沖頭完成沖孔任務，偏心輪軸的另外一端裝錐齒輪，錐齒輪之間的傳動帶動不完全齒輪軸運動，不完全齒輪帶動分度盤運動，如此循環(huán)。所以，機器的基本組成要素是機械零件。正是基于上序情況，本課題根據(jù)社會的需求將設計出新型的全自動沖孔機。 在日常生產(chǎn)和生活中，沖孔工作隨處可見，這樣的設備也多種多樣，但集送料和沖孔功能于一身的聯(lián)合沖孔，迄 今為止在相關文獻發(fā)表還不多見。目前兩大品類（有孔、無孔）的沖孔機中，都采用了現(xiàn)代電子技術，如 票據(jù)自動沖孔機 采用的票據(jù)打孔設備 是采用 PLC 控制伺服系統(tǒng)進行票據(jù)自動定位，具有定位精度高、生產(chǎn)效率高的特點 [15]。 全自動打孔沖孔機中的自動調(diào)整、打孔、成型、燈光指示、自動報警、自動排屑等，構(gòu)成了手動、半自動、自動化產(chǎn)品系統(tǒng)；為了服務于不同用戶的需要， 小到個人用的經(jīng)濟型訂書機，大至機關、企事業(yè)單位用的全自動專業(yè)沖孔機，都配套完備；面對不同用途，金屬、鐵圈、膠圈、螺旋圈（金屬、塑料），或圓鈕、打孔、無孔熱熔等各種沖孔機應有盡有；對不同行業(yè)、不同業(yè)務、不同場合乃至不同零件及其厚度的需要，有專門設計的輕巧型的、辦公室用的、專業(yè)用的、票據(jù)用的、工廠用的產(chǎn)品等，各種沖孔機種類齊全；對于刻意追求形象美觀、色澤鮮艷、設計獨具個性的用戶，現(xiàn)代沖孔機也一改過去的老面孔，出現(xiàn)了各種顏色、多種造型、創(chuàng)意新穎、功能“二合一”、材料多樣的裝飾型沖孔機?；诖朔N情況，我這次設計的全自動沖孔機將送料和沖孔功能集于一身，很好的解決了以前的人工送料問題，使結(jié)構(gòu)流程得到很好的簡化及縮短，提高了生產(chǎn)效率及工作環(huán)境的安全性能，力求做到環(huán)保及節(jié)省資源的效果，使得沖孔的效率大大的提高。此設計的目的和意義主要是解決傳統(tǒng)的的 人工上料、取料 問題，采用傳輸裝置全自動送料，減少 人工壓緊工件 、 勞動強度大 、 安全可靠性差 及 模具容易損壞 等問題，避免工傷事故；其次是在滿足沖孔精度的條件下節(jié)省原材料及成本。 本次設計的主要工作是在認真分析目前已經(jīng)得到廣泛運用的幾種沖孔機的優(yōu)缺點之后，結(jié)合我國目前的保險管帽孔的生產(chǎn)狀況，設計出了一臺比較先進的全自動沖孔機。 根據(jù)設計思路，本次設計主要要完成的工作為： 系統(tǒng)總體方案的設計； 電動機的選擇； 偏心輪機構(gòu)的設計； 不完全齒輪機構(gòu)的設計 ； 錐齒輪的設計； 軸與零部件的設計； 模具的設計； 全自動沖孔機的設計研究 4 第二章 系統(tǒng)總體方案的設計 總體方案的確定 由于保險管帽的沖的孔徑較小，要求精度高。從控制方式上來分大體可總結(jié)為 PLC（可編程 控制器） +伺服系統(tǒng) +步進電機或不完全齒輪系統(tǒng) +彈性阻尼裝置 +異步電動機。 不完全齒輪系統(tǒng) +彈性阻尼裝置 +異步電動機控制的全自動沖孔機具有結(jié)構(gòu)較簡單，外形美觀大方， 結(jié)構(gòu)合理，占地面積少，能精確的完成自動沖孔任務，要求人員操作的技術水平較低且操作便捷，整臺機器耗電量少，價格相對比較便宜，勞動生產(chǎn)率相對普通的人工送料機提高 2 倍左右。 確定傳動方案，方案簡圖如下（圖 21 所示）： 全自動沖孔機的設計研究 5 （ a） （ b） 圖 21 方案簡圖 比較 2 種傳動方案，方案 (a)采用無級變速電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)進行沖孔，方案（ b）采用 Y型電動機帶動，采用齒輪減速器減速來達到?jīng)_孔的額定轉(zhuǎn)速。 全自動沖孔機的設計研究 6 工作原理和創(chuàng)新之處 工作原理 全自動沖孔機的機械結(jié)構(gòu)簡圖（如圖 22） 圖 22 機械結(jié)構(gòu)簡圖 輪 9電機固定板 l0.電機 輪 l 全自動沖孔機的設計研究 7 全自動沖孔機的系統(tǒng)的工作原理簡述如下： 啟動調(diào)節(jié)沖孔開關，電機開始轉(zhuǎn)動。軸帶動不完全主動齒輪，不完全從動齒輪和固定在不完全從動齒輪上的分度盤作旋轉(zhuǎn)運動。料嘴與分度盤的料槽相連，來料（保險管帽）恰好每次只有一個進入分度盤料槽。為此我們在系統(tǒng)中增加了彈性阻尼系統(tǒng)（如圖 24所示）。 圖 23 不完全齒輪機構(gòu) （ 2） 此機構(gòu)利用沖孔模具的導向作用，省去了沖床的滑塊機構(gòu)；因沖裁力較小，省去了沖床的飛輪機構(gòu)，因而整個機構(gòu)得到簡化，加工方便。 （ 5）通過采用不完全齒輪和分度盤及彈性阻尼裝置在同一變速電機的驅(qū)動下 全自動沖孔機的設計研究 9 與沖孔實現(xiàn)時間上的精準配合使該沖孔機實現(xiàn)了真正的全自動沖孔，不再是 以往生產(chǎn)的半自動手工送料，安全省力且提高了送料精度。 全自動沖孔機的設計研究 10 第三章 電動機的選擇 電動機的類型 經(jīng)查閱相關資料，得到無極變速電動機的類型主要有冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動機、電磁調(diào)速三相異步電動機、變頻調(diào)速三相異步電動機等。電機基本技術條件符合 IEC60034－ 1 和 GB755 國際和國家標準的規(guī)定，安裝尺寸符合 IEC72 國際標準 YCT 電磁調(diào)速三相異步電動機 YCT電磁調(diào)速電動機是機械工業(yè)部組織設計的 Y系列異步電動機的主要派生系列。本系列電機有全國統(tǒng)一的技術條件，并且外形安裝尺寸， 全自動沖孔機的設計研究 11 拖動電機及其它易損件全國生產(chǎn)廠均勻統(tǒng)一，可以互換。廣泛應用于數(shù)控機床的主軸傳動、紡織、化工、冶金、塑膠、輕工、造紙等行業(yè)的恒轉(zhuǎn)矩、恒功率調(diào)速以及風機水泵等場合的節(jié)能調(diào)速。 沖孔機構(gòu)所需的功率為： 12 ()ZwwwF F F vFvP ?????? 卸 式中： ZF 總沖裁力為 1F 克服彈簧的作用力 F卸 卸料力，初步估算為 26N 全自動沖孔機的設計研究 13 則有： 32 13 3. 97 17 6. 5 26 10 45 2 ?? ? ? ? ???（ ） 除此之外，還有導套與導柱的摩擦力 ,再加上傳動件的功率損失，須選用500w 以上的電動機，其選擇方案由如下幾種： (1).YTSZ 冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動機 型號 標稱功 率 Kw 額定電 流 A 額定轉(zhuǎn) 矩 Nm? 諸 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 矩額 定 轉(zhuǎn) 矩 轉(zhuǎn)動慣量2Kgm? 重量 Kg 安裝長度 mm YTSZ90S4 17 500 (2).YCT 電磁調(diào)速三相異步電動機 型號 拖動功 率 Kw 調(diào)速范圍r/min 額定轉(zhuǎn) 矩 Nm? 轉(zhuǎn)速變 化率 電源（三相交流） 重量 Kg 安裝長度 mm YCT1124B 1250125 50Hz 、 380V 53 520 (3).YVP 變頻調(diào)速三相異步電 動機 型號 標稱功 率 Kw 額定電 流 A 額定轉(zhuǎn) 矩 Nm? 諸 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 矩額 定 轉(zhuǎn) 矩 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 2Kgm? 重量 Kg 安裝長度mm YVP90S6 22 400 綜合考慮以上三種特點和應用范圍，結(jié)合設計要求，使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本較低，選擇第三種方案，即型號為 YVP90S6 變頻調(diào)速三相異步電動機。 根據(jù)上述情況，初選偏心輪的基圓半徑為： br = 其他尺寸的確定 因為此次的沖孔的零件高度為 ，所以設計偏心輪的行程為 10mm，所以偏心輪直徑為 74mm，偏心輪寬度為 b=18mm，滾子直徑為 15mm，其他齒輪根據(jù)設計的偏心輪軸及運動規(guī)律確定。當從動輪停歇時 ,1上的鎖止弧與 2 上的鎖止弧互相配合鎖住 ， 以保證從動輪停歇在鎖定位置。假定主動輪的實際齒數(shù) 1 11Z? ，中心距 78A mm? ，模數(shù) ? ，壓力 全自動沖孔機的設計研究 17 角 20?? 176。12( ) / 2A m Z Z?? 可求得 39。39。 39。11 3 6 0 3 6 0Z Z? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? (12).從動輪上鎖止凹圓弧半徑 sR 按表 1512 計算得 mmR? 圓心在主動輪軸心上。1 1 1( 2 ) / 2 1 . 5 ( 5 2 2 0 . 4 1 ) / 2 3 9 . 6 1 5asR m Z f? ? ? ? ? ? ? 全自動沖孔機的設計研究 18 1 2 ?? (13).主動輪首齒工作時重疊系數(shù)按表 1512 計算得 ?? ，合格 不完全齒輪阻尼器設計 在全自動打孔機中 ， 我采用不完全齒輪機構(gòu)實現(xiàn)分度動作 ， 當主動輪轉(zhuǎn)一周時 ， 從動輪轉(zhuǎn) 1/ 4周。在嚙合終止區(qū) ， 角速度從正常速度突變?yōu)?0 ,有慣性力矩產(chǎn)生。不完全從動齒輪與分度盤組合體受力分析如下： 圖 42 角速度變化曲線 全自動沖孔機的設計研究 19 圖 43 組合體受到慣性力矩和摩擦力 矩的聯(lián)合作用 ,受力圖如圖 44所示 ,則組合體的轉(zhuǎn)動微分方程為： RfFFRddJ Ntw 2?? 式中 : F —— 摩擦力 。 組合體可分成 3個簡單幾何形狀的物體 (圖 45所示 ) ,它們對水平軸的轉(zhuǎn)動慣量分別用 J1， J2， J3表示 ， 則組合體的轉(zhuǎn)動慣量 J =J1+J2J3 以 )3,2,1(, ?IhrM I