【正文】 為實現(xiàn)其運動要求，對每個機構列出如下的方案表，如表 21 所示。 表 21 各部分方案選擇表 功能元 功能元分解 1 2 3 4 一級減速 帶傳動減速 蝸桿減速 齒輪減速 鏈傳動減速 二級減速 帶傳動減速 鏈傳動減速 齒輪減速 蝸桿減速 上沖頭 凸輪機構 曲柄導桿滑塊 機構 偏置曲柄滑塊 機構 六桿機構 送料機構 移動凸輪機構 蝸輪蝸桿機構 凸輪曲 柄滑塊機構 偏置曲柄滑塊 機構 下沖頭 雙導桿間歇運 動機構 移動凸輪機構 曲線槽導桿機 構 雙凸輪聯(lián)動機 構 對于減速的運動單元而言，帶傳動結構簡單、運動平穩(wěn)、噪聲小，能緩和沖擊，有過載保護作用，安裝維修要求不高，成本低，故此出可以選用帶傳動對于傳動的運動單元而言，齒輪或蝸桿傳動能滿足確定傳動比的要求。齒輪傳動的優(yōu)點是 齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確 承載能力大，效率高。 3 相對于其它傳動裝置，傳動效率高。但是齒輪傳動距離小，需要經(jīng)常潤滑，且噪聲大。蝸桿傳動的特點是： 可以得到很大傳動比，結構緊湊。 傳動平 穩(wěn)無噪聲。 有自鎖性，在一些機械中起安全保護的作用。缺點有： 嚙合時相對滑動速度較大，易磨損，易發(fā)熱，故其效率較低。 為了減少散熱與磨損，常采用貴重的抗磨材料和良好的潤滑裝置，故成本較高。 蝸桿軸向力較大。綜上所述，考慮傳動的效率及為了滿足機構長期運行與制造成本問題。由此選用齒輪傳動。對于上沖頭運動，要實現(xiàn)往復直線運動，還要考慮保壓特性，目前，常用的加壓機構有凸輪機構、曲柄滑塊機構、曲柄搖桿機構等一些組合機構。其中，凸輪機構雖然可得到理想規(guī)律，但是行程較大，使得凸輪徑向間隙大，且高副不適宜于低速、大 壓力場合。曲柄滑塊機構雖然結構緊湊，但是在行程末端停歇時間較短，不能保壓一定時間，因此選曲柄滑塊和連桿的組合機構。送料機構主要作用是將坯料送到加工位置，且能實現(xiàn)間歇要求，對承載能力要求低，故采用凸輪或凸輪串聯(lián)曲柄滑塊的組合機構。下沖頭運動需要較高的承載能力，且能實現(xiàn)往復運動和急回特性，所以下沖頭采用凸輪機構或者六桿組合機構。 經(jīng)過認真思考和討論，干粉壓片機機構系統(tǒng)的運動方案現(xiàn)可初步確定為以下兩個方案： 方案一：如圖 26 所示。 11 1－凸輪機構 2－曲柄滑塊機構 9－六桿機構 4－料斗 5－上沖頭 6－電動機 7－傳送帶 8－齒輪機構 10－下沖頭 圖 26 壓片機機構簡圖 方案二：如圖 27 所示。 1－電動機 11－輸送帶 3－圓柱齒輪 4－減速器 5－六桿傳動機構 6－料斗 7－上沖頭 8－下沖頭 12－凸輪機構 圖 27 壓片機機構簡圖 方案分析： 方案一沖頭采用六桿組合機構，運動時可能會導致傳動不精確，方案二則采用凸輪機構，可保證下沖頭精確的運動。且方案二機構較方案一合理。因此在這里采用方案二。 方案二 動作說明： 壓片機在電動 機 1 的 帶動下，通過傳送帶 2 和減速器 4 減速并將一部分動力傳遞到連桿機構 5 上，另一部分動力經(jīng)傳送帶 9 傳遞到凸輪機構 10 上，之后連桿機構 12 5 帶動上沖頭 7 做上下往復運動，凸輪機構 10 帶動料斗 6 做水平往復運動，動力由傳送帶 11 傳遞到凸輪 12 上后，經(jīng)凸輪機構 12 帶動下沖頭 8 做上下直線往復運動。制好的片劑由下沖頭 8 頂出，再經(jīng)料斗 6 推出工作面。隨即繼續(xù)循環(huán)上述過程。 第 3 章 沖壓機構與凸輪機構的設計 鉸鏈四桿機構 所有運動副均為轉動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的基本形式，其他四桿機構都可以看成 是在它的基礎上演化而來的。選定其中一個構件作為機架之後，直接與機架鏈接的構件稱為連架桿，不直接與機架連接的構件稱為連桿，能夠做整周回轉的構件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內往復擺動的構件稱為搖桿。如果以轉動副連接的兩個構件可以做整周相對轉動，則稱之為整轉副，反之稱之為擺轉副。鉸鏈四桿機構中，按照連架桿是否可以做整周轉動，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機構，雙曲柄機構和雙搖桿機構。 曲柄搖桿機構，兩連架桿中一個為曲柄一個為搖桿的鉸鏈四桿機構 。 雙曲柄機構，具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。其特點 是當主動曲柄連續(xù)等速轉動時，從動曲柄一般做不等速轉動。在雙曲柄機構中，如果兩對邊構件長度相等且平行，則成為平行四邊形機構。這種機構的傳動特點是主動曲柄和從動曲柄均以相同的角速度轉動，而連桿做平動。 雙搖桿機構。雙搖桿機構是兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構。 鉸鏈四桿機構可以通過以下方法演化成衍生平面四桿機構 ： 轉動副演化成移動副。如引進滑塊等構件。以這種方式構成的平面四桿機構有曲柄滑塊機構、正弦機構等 選取不同構件作為機架。以這種方式構成的平面四桿機構有轉動導桿機構、擺動導桿機構、移動導桿機構、曲柄搖塊機構、 正切機構等 變換構件的形態(tài)。 桿長之和條件：平面四桿機構的最短桿和最長桿的長度之和小于或者等于 其余兩桿長度之和。 在鉸鏈四桿機構中，如果某個轉動副能夠成為整轉副，則它所連接的兩個構件中，必有一個為最短桿，并且四個構件的長度關系滿足桿長之和條件。 在有整裝副存在的鉸鏈四桿機構中，最短桿兩端的轉動副均為整轉副。此時，如果取最短桿為機架，則得到雙曲柄機構；若取最短桿的任何一個相連構件為機架，則得到曲柄搖桿機構；如果取最短桿對面構件為機架，則得到雙搖桿機構。 如果四桿機構不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個構件為機架 ，所得到機構均為雙搖桿機構。 在曲柄搖桿機構中，當搖桿位于兩個極限位置時，曲柄兩個對應位置夾的銳角被稱為極位夾角。用表示通常用行程速度變化系數(shù) K 來衡量急回運動的相對程度。偏置曲柄滑塊機構和擺動導桿機構同樣具有急回特性。對心曲柄滑塊機構無急回特 13 性。 連桿機構的設計 由于壓片機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構作為主體機構，它是由曲柄連桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。先設計曲柄滑塊機構。 根據(jù)壓片機 上沖頭的工作特點，在上沖頭向下運動的時候為工作形成，反之為回程。可考慮設計急回特性。取急回系數(shù) ? ，而根據(jù)壓片機的整體結構，取沖頭行程為 120mmH ? 。由于上沖頭為加壓設備，需保證良好的傳動，所以可設最小傳動角為 60176。曲柄滑塊的基本結構見圖 31。 圖 31 曲柄滑塊結 構簡圖 去曲柄長度為 a ， 連桿長度為 b ， 偏心距為 e 。 應用余弦定理可得 b ea??mincos? （ 31） ))((2)()(c os 22 abab Habab ?? ?????? （ 32） 若 H、 ? （或 K）、 ? (即 ba )及 min? 已知時，由上述方程組可解出 a 、 b 、 e 。 另一方面，由于在實際的生產(chǎn)中，要求沖頭在極限位置停歇一段時間，保證加壓動作的正常運行。這個時候，要求曲柄滑塊機構實現(xiàn)這種金絲停歇運動。 在圖所示的偏置曲柄滑塊機構中，滑塊的兩個極限位置為 1C 、 2C 。 1C 為前極限位置， 2C 為后極限位置?？梢钥闯?，滑塊在后直線位置附近的運動要比在前極限位置附近更加緩慢，當曲柄與連桿長度比較大時，近似停歇時間可以更長?？傻? ?sin??ab e （ 33） 14 ? ? ?????? ????????? ???? ???????? s i ns i n2c os211c os 22 kkaabs （ 34） 式中 — aek? 如果沖程為 H，則取 HHs ??? ，可以求出在后極限位置附近近似停歇的曲柄轉角。 綜合以上幾點，取最優(yōu)解，得 7 3, 2 3 7 , 8 0a b e? ? ? 推動曲柄滑塊機構中曲柄運動的，根據(jù)整體結構，運行的平穩(wěn)性等等，決定采用平行四邊形機構，如圖 32。 構件呈平行四邊形的平面連桿機構 。 它是一種鉸鏈四桿機構 ﹐根據(jù)曲柄存在條件屬 于 雙曲柄機構。 圖 32 平行四邊形機構簡圖 凸輪機構的應用 凸輪機構是由凸輪、從動件、機架以及附屬裝置組成的一種高副機構。其中凸輪是一個具有曲線輪廓的構件，通常作連續(xù)的等速轉動、擺動或移動。從動件在凸輪輪廓的控制下，按預定的運動規(guī)律作往復移動或擺動。 [1] 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件。凸輪通常作等速運動，但也有作往復擺動或移動。被凸輪直接推動的構件稱為推桿 (以為在凸輪機構中推桿多是從動件，故又稱其為從動件 )。凸輪機構就是由凸輪、推桿和機架三個主要構件所組成的 高副機構。 凸輪機構的最大的優(yōu)點是：只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊。 凸輪機構的缺點是凸輪輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損，所以凸輪機構多用傳力不大的場合。現(xiàn)代機械日益向高速發(fā)展，凸輪機構的運動速度也愈來愈高。因此，高速凸輪的設計及其動力學問題的研究已引起普遍重視，提出了許多適于在高速條件下采用的推桿運動規(guī)律，以及一些新型的凸輪機構。另一方面，隨著計算機的發(fā)展，凸輪機構的計算機輔助設計和制造已獲得普遍地應用，從而提高了設計和加工的速度及質量，這也為凸輪 機構的更廣泛應用創(chuàng)造了條件。 15 凸輪分類 按凸輪的形狀分類 (1) 盤形凸輪 如上圖所示，這種凸輪是一個具有變化向徑盤形構件，當他繞固定軸轉動時，可推動從動件在垂直與凸輪軸的平面內運動。 (2) 移動凸輪 當盤狀凸輪的徑向尺寸為無窮大時，則凸輪相當于作直線移動，稱作移動凸輪。 (3) 圓柱凸輪 這種凸輪是在圓柱端面上作出曲線輪廓或在圓柱面上開出曲線凹槽。當其轉動時，可使從動件在與圓柱凸輪軸線平行的平面內運動。 按從動件的形狀分類 (1) 尖頂從動件 這種從動件結構簡單，但尖頂易于磨損 (接觸應力很高 )，故只適用于傳力不大的低速凸輪機構中。 (2) 滾子從動件 由于滾子與凸輪間為滾動摩擦，所以不易磨損，可以實現(xiàn)較大動力的傳遞，應用最為廣泛。 (3) 平底從動件 這種從動件與凸輪間的作用力方向不變，受力平穩(wěn)。而且在高速情況下，凸輪與平底間易形成油膜而減小摩擦與磨損。其缺點是：不能與具有內凹輪廓的凸輪配對使用；而且，也不能與移動凸輪和圓柱凸輪配對使用。 此外，封閉按維持高副接觸劃分： 1)力封閉→彈簧力、重力 ； 2)幾 何封閉：等徑凸輪；等寬凸輪。 凸輪輪廓曲線設計 設想給整個凸輪機構加上一個公共角速度，使其繞凸輪軸心 O 轉動。根據(jù)相對運動原理，我們知道凸輪與推桿間的相對運動關系并不發(fā)生改變，但此時凸輪將靜止不動，而推桿則一方面和機架一起以角速度繞凸輪軸心 O 轉動，同時又在其導軌內按預期的運動規(guī)律運動?？梢姡茥U在復合運動中，其尖頂?shù)能壽E就是凸輪廓線。利用這種方法進行凸輪設計的稱為反轉法。 利用作圖法設計凸輪廓線 16 先作相應于推程的一段凸輪廓線。為此，根據(jù)反轉法原理，將凸輪機構按進行反轉，此時凸輪靜止 不動，而推桿繞凸輪順時針轉動。按順時針方向先量出推程運動角，再按一定的分度值 (凸輪精度要求高時，分度值取小些，反之可以取小些 )將此運動角分成若干等份并依據(jù)推桿的運動規(guī)律算出各分點時推桿的位移值 S。 1. 下沖頭輔助進給機構對心直動滾子推桿盤形凸輪機構設計 (1) 選取適當?shù)谋壤?，取為半徑作圓 選取凸輪的基圓半徑0 15mmR ?,偏心距 0mme? ，凸 輪以等角速度 ? 沿逆時針方向回轉，推桿的運動規(guī)律如表 31所示。 表 31 下沖頭輔助凸輪推桿的運動規(guī)律 序 號 凸輪運動 ? 角 推桿運動規(guī)律 1 0 度 80 度 推桿近休 2 80 度 90 度 上升 3mm 3 90 度 220 度 推桿遠休 續(xù)表 31 4 220 度 230 度 下降 3mm 5 230 度 360 度 推桿近休 (2) 先作相應于推程的一段凸輪廓線 為此，根據(jù)反轉法原理，將凸輪機構按進行反轉，此時凸輪靜止不動，而推桿繞凸輪順時針轉動。按順時針方向先量出推程運動角，再按一定的分度值 (凸輪精度要求高時，分度值取小些，反之可以取小些 )將此運動角分成若干等份并依據(jù)推桿的運動規(guī)律算出各分點時推桿的位移值 S。 (3) 繪制輪廓圖 17 圖 35 下沖頭輔助凸輪的輪廓線圖 2． 下沖頭進給機構對心直動滾子推桿盤形凸輪機構設計 (1) 選取適當?shù)谋壤撸榘霃阶鲌A 選取凸輪的基圓半徑 0 15mmR ? ,偏心距 0mme? ，凸輪以等角速度 ? 沿逆時針方向回轉，推桿的運動規(guī)律如表 32 所示。 表 32 下沖頭進給凸輪推