【正文】 131?? 則平均角加速度為 ： 20_ /2 9 3 9/)( sra dta ???? ?? （ 3） 慣性力矩 mNaJM ????? （ 4） 阻尼系統(tǒng)中彈簧彈力的計(jì)算 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 21 由轉(zhuǎn)動微分方程得 )2/( fRJF aN ? 其中 ： 摩擦系數(shù) f =； R =。 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 III 分別表示各部分物體的質(zhì)量、半徑和厚度 ， 則上式中 2/2/ 1412121 hrrMJ ???? 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 20 2/2/ 2422222 hrrMJ ???? 2/2/ 3432333 hrrMJ ???? 代入數(shù)據(jù) : 1r =， 2r = ， 3r =， 1h =， 2h = ,3h =， ρ =7800kg/m3 ,計(jì)算后得： mkgJ ??? ? 圖 44 不完全主動齒輪受力圖 （ 2） 平均角加速度的計(jì)算 當(dāng)主動齒輪的最后一個齒與從動齒輪的末齒嚙合時 ， 由于無后續(xù)齒 ， 故從動齒輪的角速度從正常角速度 30/n??? 變化為 0。 R 為阻尼力到組合體中心的距離。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(jī)的設(shè)計(jì)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 。 我的解決辦法是 :在系統(tǒng)中增加彈性阻尼系統(tǒng)。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。從不完全從動齒輪的角速度變化曲線 (圖 42所示 )可看出 2B 1B 為中間嚙合區(qū) ， 在此區(qū)的嚙合情況與普通漸開線 (完全 ) 齒輪傳動相同 ， 為定 角速比傳動。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(jī)的設(shè)計(jì)研究 18 1 2 ?? (13).主動輪首齒工作時重疊系數(shù)按表 1512 計(jì)算得 ?? ，合格 不完全齒輪阻尼器設(shè)計(jì) 在全自動打孔機(jī)中 ， 我采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分度動作 ， 當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)一周時 ， 從動輪轉(zhuǎn) 1/ 4周。 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(jì)算得 mmR? 圓心在主動輪軸心上。1 1 1( 2 2 ) / 2 1 . 5 ( 5 2 2 1 2 0 . 2 5 ) / 2 3 7 . 1 2 5fR m Z f c ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (10).從動輪的 齒頂圓半徑 39。 39。1 1 1( 2 ) / 2 1 . 5 ( 5 2 2 1 ) / 2 4 0 . 5aR m Z f? ? ? ? ? ? ? (7).主動輪首齒齒頂圓半徑 (8).主動輪末齒齒頂圓半徑 39。39。12 / 7 8 / 1 .5 5 2Z Z A m? ? ? ? (2).從動輪的運(yùn)動角 360 / 4 90? ? ? ? ? (3).從動輪每一個運(yùn)動角中所包含的齒數(shù) 39。12( ) / 2A m Z Z?? 可求得 39。 (1).按表 1512，由 39。假定主動輪的實(shí)際齒數(shù) 1 11Z? ，中心距 78A mm? ，模數(shù) ? ，壓力 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 17 角 20?? 176。 不完全齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 不完全齒輪采用 45 鋼，主動輪調(diào)質(zhì)處理，從動輪?；幚怼．?dāng)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。它與普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)不同之處是輪齒不布滿整個圓周 ， 主動輪的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動輪的間歇運(yùn) ]7[動 。 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?yàn)榇舜蔚臎_孔的零件高度為 ，所以設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的偏心輪軸及運(yùn)動規(guī)律確定。 先取推程運(yùn)動角 = ?60?? 遠(yuǎn)休止角 = ?60?s? 回程運(yùn)動角 = ??? ?60? 近休止角 = ?180??s? 偏 心輪基圓半徑的確定 為了減小偏心輪的尺寸、重量和高速轉(zhuǎn)動時的不平衡，希望有盡可能小的基圓半徑。 沖孔機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)研究 13 則有： 32 13 3. 97 17 6. 5 26 10 45 2 ?? ? ? ? ???（ ） 除此之外，還有導(dǎo)套與導(dǎo)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(jī)，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(jī) 型號 標(biāo)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(jī) 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(jī) 型號 標(biāo)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(diǎn)和應(yīng)用范圍，結(jié)合設(shè)計(jì)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(jī)。 10009550w wTnP ??? 式中： T不完 全齒輪慣性力矩為 ? 39。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)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(fēng)機(jī)水泵等場合的節(jié)能調(diào)速。與其他調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)有： 效率高、節(jié)能顯著； 調(diào)速平滑，能在 5100HZ 范圍內(nèi)無極調(diào)速 低頻起動時對負(fù)載沖擊??； 體積小、重量輕、安裝尺寸和 Y 系列基本相同； 起加起動 設(shè)備； 應(yīng)用范圍廣，在 50HZ 以下可作動電流小不用附恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在 50HZ 以上可作恒功率運(yùn)行； 比電磁調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，維修方便。本系列電機(jī)有全國統(tǒng)一的技術(shù)條件，并且外形安裝尺寸， 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 11 拖動電機(jī)及其它易損件全國生產(chǎn)廠均勻統(tǒng)一，可以互換。電磁轉(zhuǎn)差離合器和控制器三部份組成，可用于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載場合，特別適宜在遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載中使用 (例如離心式水泵和風(fēng)機(jī) )、有較明顯的節(jié)能效果。電機(jī)基本技術(shù)條件符合 IEC60034－ 1 和 GB755 國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，安裝尺寸符合 IEC72 國際標(biāo)準(zhǔn) YCT 電磁調(diào)速三相異步電動機(jī) YCT電磁調(diào)速電動機(jī)是機(jī)械工業(yè)部組織設(shè)計(jì)的 Y系列異步電動機(jī)的主要派生系列。開發(fā)中綜合了生產(chǎn)冶金及起重用直流電動機(jī)和交流電梯電機(jī)的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及對交流變頻調(diào)速的研究成果，電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)既考慮了對變頻電源供電和寬范圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力，又體現(xiàn)了冶金及起重用三相異步電動機(jī)過載能力大、機(jī)械強(qiáng) 度高的特點(diǎn)。 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 10 第三章 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)的類型 經(jīng)查閱相關(guān)資料，得到無極變速電動機(jī)的類型主要有冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)、電磁調(diào)速三相異步電動機(jī)、變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)等。本機(jī)構(gòu)消耗功率 500W，大大節(jié)省能源，降低成本。 （ 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(jī)的驅(qū)動下 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 9 與沖孔實(shí)現(xiàn)時間上的精準(zhǔn)配合使該沖孔機(jī)實(shí)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。而本機(jī)構(gòu)利用現(xiàn)有模架，并且考慮 到從振動料斗出來的保險管帽是水平的，應(yīng)而將沖孔模具水平放置即水平方向完成沖孔任務(wù)。 圖 23 不完全齒輪機(jī)構(gòu) （ 2） 此機(jī)構(gòu)利用沖孔模具的導(dǎo)向作用，省去了沖床的滑塊機(jī)構(gòu)；因沖裁力較小，省去了沖床的飛輪機(jī)構(gòu)，因而整個機(jī)構(gòu)得到簡化，加工方便。如需在高速下運(yùn)行，齒輪的慣性力較大，則彈簧的彈力應(yīng)加大，反之，則彈力應(yīng)減小。為此我們在系統(tǒng)中增加了彈性阻尼系統(tǒng)（如圖 24所示）。當(dāng)從動齒輪停歇時，主動齒輪上的鎖止弧與從動齒輪上的鎖止弧互相配合鎖住，以保證從動齒輪停歇在鎖定位置。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(jìn)入分度盤料槽。主軸旋轉(zhuǎn)一周沖一個保險管帽，從而實(shí)現(xiàn)自動沖孔。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(yùn)動。 偏心輪帶動軸承 座，軸承，模具的上模部分運(yùn)動，當(dāng)沖孔時，偏心輪給予向前的位移，模具卸料板內(nèi)的彈簧壓縮，凸模完成沖孔；當(dāng)卸料時，卸料板內(nèi)彈簧伸長，凸模向后運(yùn)動，卸料板卸掉已沖好的保險管帽。 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 6 工作原理和創(chuàng)新之處 工作原理 全自動沖孔機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖（如圖 22） 圖 22 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖 輪 9電機(jī)固定板 l0.電機(jī) 輪 l 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 7 全自動沖孔機(jī)的系統(tǒng)的工作原理簡述如下： 啟動調(diào)節(jié)沖孔開關(guān)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動。方案（ b）采用 Y 型電動機(jī)，因?yàn)?Y 型電動機(jī)的轉(zhuǎn)速都比較高，而要求的電動機(jī)轉(zhuǎn)速比較小，且采用齒輪減速，增加了成本 以及使機(jī)構(gòu)不緊湊，不方便安裝加工，占地面積較方案（ a）大，適合軸傳動受力較大的機(jī)構(gòu)。 確定傳動方案，方案簡圖如下（圖 21 所示）： 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)帶動主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行沖孔，方案（ b）采用 Y型電動機(jī)帶動，采用齒輪減速器減速來達(dá)到?jīng)_孔的額定轉(zhuǎn)速。 綜上所述，結(jié)合所需公司的特點(diǎn)和借鑒其他全自動沖孔機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對二種沖孔機(jī)控制方案的反復(fù)論證，確定本沖孔機(jī)的控制采用不完全齒輪系統(tǒng) +彈性阻尼裝置控制，以三相電動機(jī)為動力，模具沖頭為工作執(zhí)行部件，振動料斗為送料部件。 不完全齒輪系統(tǒng) +彈性阻尼裝置 +異步電動機(jī)控制的全自動沖孔機(jī)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(wù)，要求人員操作的技術(shù)水平較低且操作便捷，整臺機(jī)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(jī)提高 2 倍左右。此控制設(shè)計(jì)出來的全自動沖孔機(jī)能實(shí)現(xiàn)全自動操作的功能，生產(chǎn)效率同普通人工送料機(jī)相比增加了 90%，節(jié)約人力資源 50%。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(jìn)電機(jī)或不完全齒輪系統(tǒng) +彈性阻尼裝置 +異步電動機(jī)。所以本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)出一臺全新的全自動沖孔機(jī)，要求自動送料、沖孔與一體。 根據(jù)設(shè)計(jì)思路，本次設(shè)計(jì)主要要完成的工作為： 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)； 電動機(jī)的選擇； 偏心輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ； 錐齒輪的設(shè)計(jì)； 軸與零部件的設(shè)計(jì)； 模具的設(shè)計(jì)； 全自動沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)研究 4 第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 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。 ，且每秒沖 3件。 本次設(shè)計(jì)的主要工作是在認(rèn)真分析目前已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用的幾種沖孔機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)之后，結(jié)合我國目前的保險管帽孔的生產(chǎn)狀況，設(shè)計(jì)出了一臺比較先進(jìn)的全自動沖孔機(jī)。無論分解哪一臺機(jī)器 ，它的機(jī)械系統(tǒng)總是由一些機(jī)構(gòu)組成；每個機(jī)構(gòu)又是由許多零件組成。此設(shè)計(jì)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