【正文】 為實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)要求，對(duì)每個(gè)機(jī)構(gòu)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(jí)減速 帶傳動(dòng)減速 蝸桿減速 齒輪減速 鏈傳動(dòng)減速 二級(jí)減速 帶傳動(dòng)減速 鏈傳動(dòng)減速 齒輪減速 蝸桿減速 上沖頭 凸輪機(jī)構(gòu) 曲柄導(dǎo)桿滑塊 機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊 機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu) 送料機(jī)構(gòu) 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 凸輪曲 柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊 機(jī)構(gòu) 下沖頭 雙導(dǎo)桿間歇運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu) 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 曲線槽導(dǎo)桿機(jī) 構(gòu) 雙凸輪聯(lián)動(dòng)機(jī) 構(gòu) 對(duì)于減速的運(yùn)動(dòng)單元而言，帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，能緩和沖擊，有過(guò)載保護(hù)作用，安裝維修要求不高，成本低，故此出可以選用帶傳動(dòng)對(duì)于傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單元而言，齒輪或蝸桿傳動(dòng)能滿足確定傳動(dòng)比的要求。齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是 齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確 承載能力大，效率高。 3 相對(duì)于其它傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)效率高。但是齒輪傳動(dòng)距離小，需要經(jīng)常潤(rùn)滑，且噪聲大。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是： 可以得到很大傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊。 傳動(dòng)平 穩(wěn)無(wú)噪聲。 有自鎖性，在一些機(jī)械中起安全保護(hù)的作用。缺點(diǎn)有： 嚙合時(shí)相對(duì)滑動(dòng)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(rùn)滑裝置，故成本較高。 蝸桿軸向力較大。綜上所述，考慮傳動(dòng)的效率及為了滿足機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期運(yùn)行與制造成本問(wèn)題。由此選用齒輪傳動(dòng)。對(duì)于上沖頭運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，還要考慮保壓特性，目前，常用的加壓機(jī)構(gòu)有凸輪機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)等一些組合機(jī)構(gòu)。其中，凸輪機(jī)構(gòu)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(chǎng)合。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但是在行程末端停歇時(shí)間較短，不能保壓一定時(shí)間，因此選曲柄滑塊和連桿的組合機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)主要作用是將坯料送到加工位置，且能實(shí)現(xiàn)間歇要求，對(duì)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(jī)構(gòu)。下沖頭運(yùn)動(dòng)需要較高的承載能力，且能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和急回特性，所以下沖頭采用凸輪機(jī)構(gòu)或者六桿組合機(jī)構(gòu)。 經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考和討論，干粉壓片機(jī)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案現(xiàn)可初步確定為以下兩個(gè)方案： 方案一：如圖 26 所示。 11 1－凸輪機(jī)構(gòu) 2－曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 9－六桿機(jī)構(gòu) 4－料斗 5－上沖頭 6－電動(dòng)機(jī) 7－傳送帶 8－齒輪機(jī)構(gòu) 10－下沖頭 圖 26 壓片機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 方案二：如圖 27 所示。 1－電動(dòng)機(jī) 11－輸送帶 3－圓柱齒輪 4－減速器 5－六桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 6－料斗 7－上沖頭 8－下沖頭 12－凸輪機(jī)構(gòu) 圖 27 壓片機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 方案分析： 方案一沖頭采用六桿組合機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)不精確，方案二則采用凸輪機(jī)構(gòu)，可保證下沖頭精確的運(yùn)動(dòng)。且方案二機(jī)構(gòu)較方案一合理。因此在這里采用方案二。 方案二 動(dòng)作說(shuō)明： 壓片機(jī)在電動(dòng) 機(jī) 1 的 帶動(dòng)下，通過(guò)傳送帶 2 和減速器 4 減速并將一部分動(dòng)力傳遞到連桿機(jī)構(gòu) 5 上，另一部分動(dòng)力經(jīng)傳送帶 9 傳遞到凸輪機(jī)構(gòu) 10 上，之后連桿機(jī)構(gòu) 12 5 帶動(dòng)上沖頭 7 做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu) 10 帶動(dòng)料斗 6 做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力由傳送帶 11 傳遞到凸輪 12 上后，經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu) 12 帶動(dòng)下沖頭 8 做上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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(guò)程。 第 3 章 沖壓機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，其他四桿機(jī)構(gòu)都可以看成 是在它的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的。選定其中一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架之後，直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機(jī)架連接的構(gòu)件稱為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件稱為搖桿。如果以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件可以做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱之為整轉(zhuǎn)副，反之稱之為擺轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，兩連架桿中一個(gè)為曲柄一個(gè)為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 。 雙曲柄機(jī)構(gòu)，具有兩個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn) 是當(dāng)主動(dòng)曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄一般做不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果兩對(duì)邊構(gòu)件長(zhǎng)度相等且平行，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是主動(dòng)曲柄和從動(dòng)曲柄均以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，而連桿做平動(dòng)。 雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)是兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可以通過(guò)以下方法演化成衍生平面四桿機(jī)構(gòu) ： 轉(zhuǎn)動(dòng)副演化成移動(dòng)副。如引進(jìn)滑塊等構(gòu)件。以這種方式構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)等 選取不同構(gòu)件作為機(jī)架。以這種方式構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)有轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、 正切機(jī)構(gòu)等 變換構(gòu)件的形態(tài)。 桿長(zhǎng)之和條件：平面四桿機(jī)構(gòu)的最短桿和最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或者等于 其余兩桿長(zhǎng)度之和。 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副能夠成為整轉(zhuǎn)副，則它所連接的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)為最短桿，并且四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度關(guān)系滿足桿長(zhǎng)之和條件。 在有整裝副存在的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。此時(shí)，如果取最短桿為機(jī)架，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取最短桿的任何一個(gè)相連構(gòu)件為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿對(duì)面構(gòu)件為機(jī)架，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。 如果四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)之和條件，則不論選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架 ，所得到機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿位于兩個(gè)極限位置時(shí)，曲柄兩個(gè)對(duì)應(yīng)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(lái)衡量急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)同樣具有急回特性。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無(wú)急回特 13 性。 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于壓片機(jī)的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)，它是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。先設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 根據(jù)壓片機(jī) 上沖頭的工作特點(diǎn)，在上沖頭向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候?yàn)楣ぷ餍纬?，反之為回程?？煽紤]設(shè)計(jì)急回特性。取急回系數(shù) ? ，而根據(jù)壓片機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，取沖頭行程為 120mmH ? 。由于上沖頭為加壓設(shè)備，需保證良好的傳動(dòng)，所以可設(shè)最小傳動(dòng)角為 60176。曲柄滑塊的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 31。 圖 31 曲柄滑塊結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)圖 去曲柄長(zhǎng)度為 a ， 連桿長(zhǎng)度為 b ， 偏心距為 e 。 應(yīng)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(shí)，由上述方程組可解出 a 、 b 、 e 。 另一方面，由于在實(shí)際的生產(chǎn)中，要求沖頭在極限位置停歇一段時(shí)間，保證加壓動(dòng)作的正常運(yùn)行。這個(gè)時(shí)候，要求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這種金絲停歇運(yùn)動(dòng)。 在圖所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，滑塊的兩個(gè)極限位置為 1C 、 2C 。 1C 為前極限位置， 2C 為后極限位置。可以看出，滑塊在后直線位置附近的運(yùn)動(dòng)要比在前極限位置附近更加緩慢，當(dāng)曲柄與連桿長(zhǎng)度比較大時(shí)，近似停歇時(shí)間可以更長(zhǎng)?？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(zhuǎn)角。 綜合以上幾點(diǎn)，取最優(yōu)解，得 7 3, 2 3 7 , 8 0a b e? ? ? 推動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中曲柄運(yùn)動(dòng)的，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)，運(yùn)行的平穩(wěn)性等等，決定采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖 32。 構(gòu)件呈平行四邊形的平面連桿機(jī)構(gòu) 。 它是一種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) ﹐根據(jù)曲柄存在條件屬 于 雙曲柄機(jī)構(gòu)。 圖 32 平行四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架以及附屬裝置組成的一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件，通常作連續(xù)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)或移動(dòng)。從動(dòng)件在凸輪輪廓的控制下，按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。 [1] 凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。凸輪通常作等速運(yùn)動(dòng)，但也有作往復(fù)擺動(dòng)或移動(dòng)。被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件稱為推桿 (以為在凸輪機(jī)構(gòu)中推桿多是從動(dòng)件，故又稱其為從動(dòng)件 )。凸輪機(jī)構(gòu)就是由凸輪、推桿和機(jī)架三個(gè)主要構(gòu)件所組成的 高副機(jī)構(gòu)。 凸輪機(jī)構(gòu)的最大的優(yōu)點(diǎn)是：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。 凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是凸輪輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損，所以凸輪機(jī)構(gòu)多用傳力不大的場(chǎng)合?，F(xiàn)代機(jī)械日益向高速發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度也愈來(lái)愈高。因此，高速凸輪的設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)問(wèn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及一些新型的凸輪機(jī)構(gòu)。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造已獲得普遍地應(yīng)用，從而提高了設(shè)計(jì)和加工的速度及質(zhì)量，這也為凸輪 機(jī)構(gòu)的更廣泛應(yīng)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(gè)具有變化向徑盤形構(gòu)件，當(dāng)他繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直與凸輪軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 (2) 移動(dòng)凸輪 當(dāng)盤狀凸輪的徑向尺寸為無(wú)窮大時(shí)，則凸輪相當(dāng)于作直線移動(dòng)，稱作移動(dòng)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(kāi)出曲線凹槽。當(dāng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使從動(dòng)件在與圓柱凸輪軸線平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 按從動(dòng)件的形狀分類 (1) 尖頂從動(dòng)件 這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尖頂易于磨損 (接觸應(yīng)力很高 )，故只適用于傳力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)中。 (2) 滾子從動(dòng)件 由于滾子與凸輪間為滾動(dòng)摩擦，所以不易磨損，可以實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)力的傳遞，應(yīng)用最為廣泛。 (3) 平底從動(dòng)件 這種從動(dòng)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(diǎn)是：不能與具有內(nèi)凹輪廓的凸輪配對(duì)使用；而且，也不能與移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪配對(duì)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(shè)計(jì) 設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度，使其繞凸輪軸心 O 轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，我們知道凸輪與推桿間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并不發(fā)生改變，但此時(shí)凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿則一方面和機(jī)架一起以角速度繞凸輪軸心 O 轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)?？梢?jiàn)，推桿在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂?shù)能壽E就是凸輪廓線。利用這種方法進(jìn)行凸輪設(shè)計(jì)的稱為反轉(zhuǎn)法。 利用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線 16 先作相應(yīng)于推程的一段凸輪廓線。為此，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將凸輪機(jī)構(gòu)按進(jìn)行反轉(zhuǎn)，此時(shí)凸輪靜止 不動(dòng)，而推桿繞凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。按順時(shí)針?lè)较蛳攘砍鐾瞥踢\(yùn)動(dòng)角，再按一定的分度值 (凸輪精度要求高時(shí)，分度值取小些，反之可以取小些 )將此運(yùn)動(dòng)角分成若干等份并依據(jù)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律算出各分點(diǎn)時(shí)推桿的位移值 S。 1. 下沖頭輔助進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (1) 選取適當(dāng)?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(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如表 31所示。 表 31 下沖頭輔助凸輪推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 序 號(hào) 凸輪運(yùn)動(dòng) ? 角 推桿運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)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(yīng)于推程的一段凸輪廓線 為此，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將凸輪機(jī)構(gòu)按進(jìn)行反轉(zhuǎn)，此時(shí)凸輪靜止不動(dòng)，而推桿繞凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。按順時(shí)針?lè)较蛳攘砍鐾瞥踢\(yùn)動(dòng)角，再按一定的分度值 (凸輪精度要求高時(shí)，分度值取小些，反之可以取小些 )將此運(yùn)動(dòng)角分成若干等份并依據(jù)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律算出各分點(diǎn)時(shí)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(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (1) 選取適當(dāng)?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(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如表 32 所示。 表 32 下沖頭進(jìn)給凸輪推