统总体设计原理2.4机构运动学和动力学分析从机构学的观点来看,全自动表针冲压成型机属于空间机构,是由若干移动关节串联而成的开链型空间机构,开链的一端固接在机座上,另一端则是末端执行器。
因此可以利用空间坐标变换基本原理来研究执行机构的末端执行器在运动过程中的相对于机座的位置、姿态、速度和加速度H3。
下面以全自动表针冲压成型机的真空吸盘为例,分析真空吸盘在运动过程中相对于机座的位置、姿态、速度和加速度。
用相同的方法可以分析全自动表针冲压成型机其他执行机构。
2.4.1位姿变换矩阵方程设X。
一Y。
一z,和誓一l—Yt—l—zf.1是两个相邻坐标系,由空间坐标变换基本原理可知,这两个坐标系的位姿变换矩阵方程可写为:〕,21,,,22,f咒3,,誓Ilnn/,/yI4,15’j6JqlI船,,,玖。
,聆9.『z,I(2.1)l0001.J式(2-1)说明在f坐标系中的任何一个位姿矩阵【置】都可用齐次坐标变换矩阵〔哆...,〕变化到(f一1)中去,得到位姿矩阵【xH〕。
式(2.1)中的变换矩阵为:其中:厂cos秒.E::I。
。
L。
一sin9.COS口:sin乡.sin口.h:COS0.fflfffcos01.COSai—cos01.sina:IhIsin0IS1n口.j0COS口.10雌=〕●●●●●●●,●●●一〕一一一.x!-咋zr1q叫1‰‰‰o111,,I、}幻””O聆刀玎一一一~‰~o全自动表针冲压成型机的设计与研究正。
为正。
曩——沿‘轴从zH轴量至z,轴的距离,规定与x,轴正向一致的距离为d,——沿zf-1轴从xf.1轴量至x,轴的距离,规定与zf_l轴正向~致的距离xo,yo,zo,1)r和姿态矩阵r三兰兰{三三〕。
I,2即胛Ir2。
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l聆以,2..12.4.2真空吸盘位置和姿态的描述图2.3为全自动表针冲压成型机的真空吸盘的坐标系设置图,此真空吸盘由基座、两个移动关节缸件和一对真空吸盘组成,两个移动关节缸件分别是水平移动气缸和真空吸盘升降气缸,下面为求出其运动学方程的步骤。
l、建立真空吸盘坐标系如图2.3所示,缸件1的坐标系x。
一Y。
一z。
相当于机座坐标系茂一Y。
一z。
的原点00沿%轴移动hi的距离得到的。
缸件2的坐标系x:一Y:一z:相当于缸12第二章系统总体设计原理件1的坐标系誓一只一z。
沿xl轴移动dl的距离而t。
.,t4。
真空吸盘的坐标系t一少,一z,相当于缸件2的坐标系t一少:一z:沿坎轴移动一h2的距离而得到。
屯xQ【M∽】_令自动表针冲乐成型机的设计与研究真空吸盘中心在机械接口坐标系中的坐标为(o—h:o)7’,因此真空吸OO1O-100dl1O—l0OOOO1-101式(2.6)就是全自动表针冲压成型机的真空吸盘中心的位姿矩阵运动学方程。
真空吸盘在一次循环动作中有4个动作,它们的顺序为:真空吸盘升降气缸上升,水平移动气缸左移,水平移动气缸右移,真空吸盘升降气缸下降。
在这4142OO办l—OO10O1OO1O0O—.。
.................................。
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1OO10oOO0第『二章系统总体设计原理个动作过程中,水平运动气缸。
缸件,,的姿态矩阵全部为〔÷三兰〕,……。
舀…舳………粼。
为L哆纠、卜曩兰2。
√、L曩兰二一、L幺兰2..j,因为第一个状态和第三个状态,第二个状态和第四个位置是相同的,所以它们的位置向量是相同的。
其中4’、吐”分别为缸件1左移到位和右移到位,。
:和。
,的距离,%’、红”分别为升降气缸下2.4.3冲压剪切力计算1、剪切力计算理论剪切的计算方法在形式上与拉伸有些相似,现以钢杆受剪的例子,如图2.4所示,讨论剪切的概念。
上下两个刀刃以大小相等、方向相反、垂直于轴线且作用线很近的两个F力作用于钢杆上,迫使在甩.,z截面左、右的两部分发生沿1”/.刀截面相对错动的变形,如图2.5所示,直到最后被剪断。
例子中的挖.,z截面可以称为剪切面。
可见剪切的特点是:作用于构件某一截面两侧的力,大小相等,方向相反,且相互平行,使构件的两部分沿这一截面(剪切面)发生相对错动的变形…。
讨论剪切的内力和应力时,以剪切面门.,z将受剪构件分成两部分,并以其中一部分为研究对象,如图2.6所示。
,2.甩截面上的内力R与截面相切,称为剪力。
由平衡方程容易求得:伞自动表针冲压成型机的设计与研究C=F(2.7)实用计算中,假设在剪切面上剪切应力是均匀分布的。
若以A表示剪切面面积,则应力是:f=F/ASr与剪切面相切,故为切应力。
钢筋n勿上刀刃图2.4钢杆受剪示意图图2.5剪力截面错位变形图n(2-8)图2.6剪力截面半钢杆受力图在一些连接件的剪切面上,应力的实际情况比较复杂,切应力并非均匀分布,且还有正应力。
所以,由式(2.8)计算出的只是剪切面上的“平均切应力”,是一个名义切应力。
为了弥补这一缺陷,在用实验的方式建立强度条件时,使试样受力尽可能地接近实际连接件的情况,求得试样失效时的极限载荷。
也用(2.8)式由极限载荷求出相应的名义极限应力,除以安全因数刀,得许用切用力〔f】,从而建立强度条件:16第一章系统总体设计原理f=F,/A≤吲(2.9)根据以上强度条件,便可进行强度计算。
2、表针冲压成型冲剪力的计算在此全自动表针冲压成型机中,所用的冲压模具一次可以冲压成型四针,其下模具的示意图如图2.7所示。
图2.7冲压下模具示意图在进行受力分析时,为了方便起见,可以简化为只分析一个冲压针孔,且将针孔的形状简化为一个矩形来进行受力分析。
简化后的受力示意图见图2.8。
图2.8冲压剪力简化示意图冲压成型后的表针模型简化图如图2.9所示。
图2.9冲压成型表针模型简化图17全自动表针冲压成型机的设计与研究在本全自动表针冲压成型机中,冲压料片的厚度为万--0.5mm,等效宽度d=4mm,等效长度Z=15mm,料片的材料为铝合金,其剪切极限应力为/-。
=120MPa,则可计算出,冲压出的表针的等效长方体的侧面面积为:A=(dl+16+d6)X2=(4×15+15X0.5+4×o.5)×10-6×2m2=139×10石m2冲压所需要的冲剪力应为:F≥Ar。
=(139×10-6m2)(1.2×106pa)=166.8N本文所涉及的全自动表针冲压成型机中所选择的冲床为厦门锻压机床有限公司所生产的JF23.10B型开式可倾压力机,其主要参数如表2.1所示。
表2.1JF23.10B型开式可倾压力机主要参数表名称参数名称参数公称力kN100公称力行程mm4滑块行程mm60行程次数S.P.M145最大装模高度130装模高度调节量50mmmm喉口深度mm130立柱间距离mm180电机功率kw1.1总重量埏590由表可知,选用的JF23.10B型冲床的公称力100kN远大于表针冲压成型之所需,满足设计要求。
实物图如图2.10,图2.11所示。
第:章乐统总体&”原4圉2.10全自动表针冲压成型机实物图.
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