J11-100單柱固定臺曲柄壓力機設計含9張CAD圖,j11,固定,曲柄,壓力機,設計,cad 1 J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機設計 摘 要 曲柄壓力機是通過曲柄滑塊機構將電動機的旋轉運動轉換為滑塊的直線往復運 動，對胚料進行成行加工的鍛壓機械。曲柄壓力機動作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用于 沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。其結構簡單，操作方便，性能可靠。 關鍵詞：壓力機，曲柄機構，機械制造 2 Abstract Crank pressure machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport, Carries the formed processing to the semifinished materials the forging and stamping machinery. The crank press movement is steady, the work is reliable, widely uses in crafts and so on ramming, extrusion, drop forging and powder metallurgy. Its structure is simple ,the ease of operation , the performance is reliable .The coupling part uses the rigidity to transfer the key type coupling, the use service is convenient. Keywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturing 3 目 錄 前言 ....................................................................1 一、開式曲柄壓力機的特點和用途 ......................................1 二、J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機的基本參數(shù) ...........................1 三、開式壓力機設計的基本要求 ........................................2 第一章 電動機的選擇和飛輪設計 ..........................................3 第一節(jié) 壓力機電力拖動特點 ............................................3 第二節(jié) 電動機的選擇 ..................................................4 一、選擇電動機的類型 ................................................4 二、選擇電動機的功率 ................................................5 三、確定電動機的轉速 ................................................5 四、計算總傳動比和分配傳動比 ........................................5 五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) ....................................6 第三節(jié) 飛輪轉動慣量及尺寸計算 ........................................7 一、壓力機一次工作循環(huán)所消耗的能量 ..................................7 二、飛輪轉動慣量計算 ...............................................10 三、飛輪尺寸計算 ...................................................11 四、飛輪輪緣線速度驗算 .............................................12 第二章 機械傳動系統(tǒng) ...................................................12 第一節(jié) 傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 .....................................12 一、傳動系統(tǒng)類型 ...................................................12 二、傳動系統(tǒng)的布置方式 .............................................12 三、離合器和制動器的 位置 ...........................................13 四、傳動級數(shù)和各級傳動比的分配 .....................................14 第二節(jié) 三角皮帶傳動設計 .............................................14 第三節(jié) 齒輪傳動的設計 ...............................................17 一、選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級和齒數(shù) .......................17 二、開式齒輪按齒輪彎曲疲勞強度設 ...................................17 一、軸的概述 .......................................................19 二、J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機的轉軸設計 ..........................20 第五節(jié) 平鍵連接 .....................................................23 第三章 曲柄滑塊機構 ...................................................24 第一節(jié) 曲柄滑塊機構的運動和受力分析 .................................24 一、曲柄滑塊機構 ...................................................24 第二節(jié) 曲柄軸的設計計算 .............................................27 一、曲軸的結構示意圖 ...............................................27 二、曲柄軸強度設計計算 .............................................27 三、曲軸剛度計算 ...................................................29 第三節(jié) 連桿和封閉高度調節(jié)裝置 ........................................30 一、連桿和封閉高度調節(jié)裝置的結構 ...................................30 二、連桿的計算 .....................................................31 三、連桿及球頭調節(jié)螺桿的強度計算 ...................................31 四、調節(jié)螺桿的螺紋 .................................................34 4 五、調節(jié)螺桿的螺紋計算 .............................................34 六、連桿上的緊固螺栓 ...............................................34 第四節(jié) 滾動軸承的選擇 ...............................................35 一、滾動軸承概述 ...................................................35 二、滾動軸承型號選擇 ...............................................36 第五節(jié) 滑動軸承 .....................................................36 一、滑動軸承的結構 .................................................36 二、滑動軸承的潤滑及軸瓦結構 .......................................37 三、滑動軸承的計算 .................................................37 第四章 離合器與制動器 ..................................................38 第一節(jié) 離合器與制動器的作用原理 ......................................38 第二節(jié) 離合器的設計 ..................................................40 一、離合器的類型、工作特性及其選用原則 .............................40 二、 雙轉鍵離合器的結構 ............................................40 第三節(jié) 制動器的設計 .................................................43 一、制動器的類型、工作特性及其選用原則 .............................43 二、帶式制動器的結構 ...............................................44 第五章 機身設計 ........................................................44 第一節(jié) 機身結構 ......................................................44 第二節(jié) 機身計算 ......................................................45 一、強度計算 .......................................................45 第六章 過載保護裝置設計 ................................................48 一、剪切破壞式過載保護裝置的結構 ...................................49 二、剪切塊的設計計算 ...............................................49 第七章 潤滑系統(tǒng) .......................................................51 第一節(jié) 曲柄壓力機常用潤滑劑 .........................................51 一、稀油潤滑 .......................................................51 二、干油潤滑 .......................................................52 結束語 .................................................................54 參考文獻 ...............................................................55 致 謝 .................................................................56 5 前言 一、開式曲柄壓力機的特點和用途 曲柄壓力機是采用曲柄滑塊機構作為工作機構的一類鍛壓機器。 開式壓力機是曲柄壓力機的一個類別，其特點是具有開式機身（即 C 型機身） 。 開式壓力機因為具有開式機身，與閉式壓力機相比有其突出的優(yōu)點，工作臺在 三個方向是敞開的，裝、模具和操作都比較方便，同時為機械化和自動化提供了良 好的條件。但是，開式壓力機也有其缺點，由于機身呈 C 型，工作是變形較大，剛 性較差，這不但會降低制品精度，而且由于機身有角變形會使上模軸心線與工作臺 面不垂直，以至破壞了上、模具間隙的均勻性，降低模具的使用壽命。 由于開式曲柄壓力機使用上最方便，因而被廣泛采用。它是板料沖壓生產中的 主要設備，可用于沖孔、落料、切邊、彎曲、淺拉伸和成型等工序，并廣泛應用于 國防、航空、汽車、拖拉機、電機、電器、軸承、儀表、農機、農具、自行車、縫 紉機、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。在中、小型壓力機中，開式壓力機得到了廣 泛的發(fā)展，目前在我國機器制造業(yè)中，開式曲柄壓力機的年產量約占整個鍛壓機械 年產量的 49.5%，而在通用曲柄壓力機的生產中約占 95%。 二、J11100 開式曲柄壓力機的基本參數(shù) 開式曲柄壓力機的基本參數(shù)，決定了它的工藝性能和應用范圍，同時也是設計 壓力機的重要依據(jù)?，F(xiàn)將 J11100 開式曲柄壓力機基本參數(shù)分別敘述如下： 1、公稱壓力 F：公稱壓力是壓力機的主參數(shù)，是指滑塊離下止點前某一特定距 離時，滑塊上所允許的最大作用力。F=1000KN 2、滑塊行程 s：滑塊行程是指壓力機滑塊從上止點到下止點所經(jīng)過的距離，它 是曲柄半徑的兩倍，或是偏心齒輪、偏心軸銷偏心距的兩倍。其大小隨壓力機工藝 用途和公稱壓力的不同而不同。 S=20-100mm 3、滑塊行程次數(shù) n：它是指滑塊每分鐘從上止點到下止點，然后再回到上止點 的往復次數(shù)?；瑝K行程次數(shù)的高低反映了壓力機沖壓的生產效率。n=65 次/分 4、最大裝模高度：止點位置時，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。當裝模 6 高度調節(jié)裝置將滑塊調整到最高位置（即連桿調至最短）時，裝模高度達最大值， 稱為最大裝模高度。 5、當裝模高度調節(jié)裝置將滑塊調整到最低位置（即連桿調至最長）時，裝模高 度達最小值，稱為最小裝模高度。壓力機裝模高度調節(jié)裝置所能調節(jié)的距離稱為裝 模高度調節(jié)量（H） 。有了裝模高度調節(jié)量，就可以滿足不同閉合高度模具安裝的 需要。模具的閉合高度應該介于壓力機的最大裝模高度和最小裝模高度之間。 所謂封閉高度，是指滑塊在下止點時滑塊下表面到工作臺上表面的距離。它和 裝模高度之差恰是工作臺墊板的厚度。J11-100 壓力機的最大裝模高度為m8.4152Pg.03-2Pg1.04.H）（ 6、模柄孔尺寸：中小型壓力機的滑塊底面都設有模柄孔，它是用于安裝固定上模 和確定模具壓力中心的。當模具用模柄與滑塊相連時，滑塊模柄孔的直徑和深度應 與模具模柄尺寸相協(xié)調。中小型壓力機模柄孔的形狀有圓柱形和方柱形。 三、開式壓力機設計的基本要求 壓力機設計應滿足以下基本要求： （一）使用要求： 1、參數(shù)和精度都能滿足工藝用途的要求； 2、具有足夠的強度、剛度和耐磨、耐久性能，能長期穩(wěn)定地保持工藝能力； 3、操作安全、省力、簡單而又便于記憶，并且外形美觀，給操作者提供良好的 工作條件； 4、生產效率高、更換模具等輔助工時少，傳動效率高，具有高度的使用經(jīng)濟性。 （二）制造要求： 1、結構簡單、緊湊，體積?。?2、采用性能好，價格低，易于購買的材料，并充分發(fā)揮材料的性能使壓力機重 量輕； 3、具有良好的結構工藝性，加工簡單，裝配方便，并且能與制造廠的設備條件 7 相適應； 4、提高“三化” （系列化、通用化和標準化）程度，減少設計、制造勞動量， 以縮短制造周期和降低壓力機成本。 （三）其他要求： 1、運輸容易； 2、安裝簡單； 3、維修方便。 第一章 電動機的選擇和飛輪設計 第一節(jié) 壓力機電力拖動特點 壓力機工作過程中，作用在滑塊上的負荷是劇增和劇減的周期交替變化著，并 且有很短的高峰負載時間和較長的空載時間，若依此短暫的工作時間來選擇電動機 的功率，則其功率將會很大。 為了減小電動機的功率，在傳動系統(tǒng)中設置了飛輪。當滑塊不動時，電動機帶 動飛輪旋轉，使其儲備能量，而在沖壓工作的瞬時，主要靠飛輪釋放能量。工件沖 壓完畢后負載減小，于是電動機帶動飛輪加速旋轉，使其在沖壓下一個工件前恢復 到原來的角速度。這樣沖壓工件所需的能量，不是直接由電動機供給，而是主要由 飛輪供給，所以電動機所需的功率便可大大減小。 由于電動機的功率小于壓力機工作行程的瞬時功率，所以在壓力機進入工作行 程時，工作機構受到很大的阻力，電動機的負載增大，轉差率隨之增大。一旦電動 機瞬時轉差率大于電動機臨界轉差率，電動機轉矩反而下降，甚至迅速停止轉動， 這種現(xiàn)象稱為電動機顛覆。另一方面，電動機在超載條件下會嚴重發(fā)熱。給電動機 配置一個飛輪，相當于增大了電動機轉子的轉動慣量。在曲柄壓力機傳到中，飛輪 的慣性拖動的扭矩占總扭矩的 85%以上，故沒有飛輪電動機就不能正常工作。 飛輪是儲存能量的，它的尺寸、質量和轉速對能量有很大的影響。飛輪材料采 用鑄鐵或鑄鋼。由于飛輪轉速過高會使飛輪破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉速應小于或 8 等于 25m/s，最高不超過 30m/s；鑄鋼飛輪圓周轉速小于或等于 40m/s，最高不超過 50m/s。 另外，使用飛輪時還應注意兩點：在下一個周期工作開始之前，電動機應能使 飛輪恢復到應有的轉速；電動機帶動飛輪起動的時間不得超過 20s。否則，如果時 間太 長，由于電動機電流過大，線圈過熱將加速絕緣老化，縮短電動機使用壽命， 甚至會引起電動機的燒毀或跳閘。 第二節(jié) 電動機的選擇 1、選擇電動機的類型 感應電動機又稱異步電動機，具有結構簡單、堅固、運行方便、可靠、容易控 制與維護、價格便宜等優(yōu)點。因此在工作中的到廣泛的應用。目前，開式曲柄壓力 機常用三相鼠籠轉子異步電動機。 J11-100 的傳動系統(tǒng)由皮帶傳動、齒輪傳動、軸和軸承等組成。 J11-100 傳動示意圖 如圖 1-1 9 圖 1-1 二、選擇電動機的功率 工作機工作阻力 F=1000KN，運輸帶的速度 v=100652mmmin=0.1083m s 二、選擇電動機的功率 工作機所需的電動機輸出功率為 WdP wF10 所以 dP 由電動機至工作機之間的總效率（包括工作機效率）為 10 321w 式中 分別為、帶傳動、齒輪傳動、滑動軸承的效率。取321、、 ，則95.06.97.03、、 81.095.67w 所以 KWFPwd 7.381.010 6 為了減小電動機的功率，在傳動系統(tǒng)中設置了飛輪。在曲柄壓力機傳到中，飛 輪的慣性拖動的扭矩占總扭矩的 85%以上,所以所需電動機的輸出功率為 KW20%157.3kw260)3.1()3.(pm 三、確定電動機的轉速 查機械課程設計表 27-1 選電動機型號 Y200L2-6，滿載轉速 980 r/min 四、計算總傳動比和分配傳動比 總傳動比 2.9146580wmni 按推薦的合力傳動比范圍，V 帶的傳動比的范圍為 i=2-4，單機齒輪的傳動比范 圍是 i=3-5，若齒輪分配傳動比太大，會造成大齒輪尺寸加工困難，噪聲污染 等問題。故初步分配為帶的傳動比為 i=3.73，齒輪的傳動比為 i=4 11 五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) （1）各軸轉速 軸 = =980r/minnm 軸 in/26073.981ri 曲軸 i/542in曲 （2）各軸的輸入功率 軸 220.97=21.3401dP KW 軸 21.340.960.97=19.87 422 KW 曲軸 19.870.950.97=18.31 33曲 （3）各軸輸入轉矩 計算電動機軸的輸出轉矩 mNnPTmdd 60.21980590 軸 216.600.97 =210.10101dd 軸 210.103.730.960.97 =729.762iT N 曲軸 729.7640.950.97 =2689.903曲 m 運動和動力參數(shù)的計算結果列表如下： 參數(shù) 軸名 電動機軸 軸 軸 曲軸 轉速 n(r/min) 970 970 260 65 輸入功率 P/KW 22 21.34 19.87 18.31 輸入轉矩 T/(Nm) 216.6 210.1 729.76 2689.9 傳動比 i 3.73 4 效率 0.97 0.93 0.92 12 第三節(jié) 飛輪轉動慣量及尺寸計算 一、壓力機一次工作循環(huán)所消耗的能量 +7654321 AA8 式中 工件變形功。1A 氣墊工作功，即壓邊時所需的功。2 工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量。3 工作行程時由于壓力機受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。4A 壓力機構向上、向下空行程所消耗的能量。5 單次行程滑塊停頓飛輪空轉所消耗的能量。6 單次行程離合器接合所消耗的能量。7A 中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量。8 下面分別敘述各項能量的計算。 1、工作變形功 1A 對不同的沖壓工藝，在工作行程內工件變形力是變化的。 =0.31510gP 式中 壓力機公稱壓力,KN 板料厚度, gPm 經(jīng)驗公式，對慢速壓力機 =0g4. 所以 JA6301.135.1 2、氣墊工作功 2 無氣墊壓緊裝置， =0J 3、工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量 3A 13 實際機器的曲柄滑塊機構運動副之間，存在著摩擦。電動機在拖動曲柄滑塊機 構運動時，為克服摩擦消耗能量。在工作行程時，曲柄滑塊機構摩擦所消耗的能量 ，建議按下式計算：3A gPmA087.3 式中， 曲柄滑塊機構的摩擦當量力臂（mm） ， 9.3m 壓力機公稱壓力（ ） 。gPkN 公稱壓力角（） ， JA.3247301.9087.3 4、工作行程時由于壓力機受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量 4A 完成工序時，壓力機受力系統(tǒng)產生的彈性變形是封閉高度增加，受力零件儲藏 變形位能對于沖裁工序將引起能量損耗，損耗的多少與壓力機剛度、被沖裁的零件 材料性質等有關。從偏于安全出發(fā)損耗的能量 可按下式計算：4A 2/4cgYPAJ 式中 壓力機總的垂直剛度（ ） 。 ( )cYmHgcCPY/m 壓力機垂直剛度 ,對于開式壓力機 。HC40/kN JCPAHg1254024 5、壓力機構向上、向下空行程所消耗的能量 5A 壓力機空行程中能量消耗與壓力機零件結構尺寸、表面加工質量、潤滑情況、 皮帶拉緊程度、制動器調整情況等有關。通過實驗。通用壓力機連續(xù)行程所消耗的 平均功率約為壓力機額定功率的 。1035% 當壓力機的公稱壓力為 1000 時，推薦的空行程消耗能量為 2150 。KNJ 6、單次行程滑塊停頓飛輪空轉所消耗的能量 6A 14 根據(jù)試驗，壓力機飛輪空轉時電動機所消耗的功率約為壓力機額定功率的 ,剛性離合器一般安置在曲軸上，且常用滑動軸承。所以，對于具有剛性%306 離合器的開式曲柄壓力機，此值偏高。 飛輪空轉時所消耗的能量 nCNA1)(61206 飛輪空轉消耗的功率。按推經(jīng)驗薦取值為 1.12 。6N KW n壓力機行程次數(shù)。 行程利用系數(shù)， 。n 5.0n 所以 JA2.10546)5.0(12.6 行程利用系數(shù) 壓力機行程 次數(shù) <15 2040 4070 70100 200500 行程利用系 數(shù) n C 0.70.85 0.50.65 0.450.55 0.350.45 0.20.4 7、單次行程離合器接合所消耗的能量 7A 離合器為剛性離合器，不消耗能量。 為 0。 8、中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量 8 在傳遞能量時，皮帶、齒輪等中間環(huán)節(jié)因存在摩擦而引起能量損耗。中間環(huán)節(jié) 所消耗的能量 ，可按下式近似計算：8A ))(1( 743212A 式中 工件變形功。 氣墊工作功，即壓邊時所需的功。2A 工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量。3 工作行程時由于壓力機受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。4 15 單次行程離合器接合所消耗的能量。7A 考慮到齒輪傳動的效率。 ，其中： 齒輪嚙合效率； 1zhc1ch 一對軸承傳動的效率。zh 考慮到皮帶傳動的效率。 ，其中： 皮帶效率； 2 zhc1pi sh 一對軸承傳動的效率。 JA 6.203)125.34760()97.0.951(8 該設計壓力機沒有拉伸墊裝置，具有剛性離合器的通用開式曲柄壓力機。 按單次行程工作方式計算： +7654321 AA8 J9.15246.0352.10421.706 二、飛輪轉動慣量計算 電動機選定后，設計飛輪。這時有兩個假設： 1、工作行程時所需能量全部由飛輪供應。 2、工序結束時，電機軸負載扭矩達到最大值，但不大于電機最大允許轉矩。 實際上，沖壓時電動機放出一部分能量，所以飛輪轉動慣量應按下式計算： 2(1)360gof neAJC2kgm 式中 工作行程時所需能量0A J.36197250.3470254321 電動機在額定轉速下飛輪的角速度e 2.73.0931inesrad/ 飛輪轉速相對波動情況的轉速不均勻系數(shù) 2()epiKS 16 其中 實際電機系數(shù)， ；K1.20 dePK 電機額定轉差率， ；eS.6eS 電機軸到飛輪軸用三角皮帶傳動時，三角皮帶的當量滑動pi 系數(shù)， ；0.4pi 修正系數(shù)， 。0.95 209.)46(1.952 公稱壓力角（） ；g 壓力機行程次數(shù)利用系數(shù)（ ）n C% 5.138209..761)5.0361( fJ 2kgm 三、飛輪尺寸計算 根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉動慣量 設計飛輪。曲柄壓力機上，一般飛輪fJ 形狀如圖 11 所示，圖中： 是輪緣部分，其轉動慣量為 ； 是輪輻部分，其轉動慣量為 ; J 是輪轂部分，其轉動慣量為 。J 飛輪外徑 由小皮帶輪和速比決定，由第三章已知 ，輪緣部分寬2DmD7502 度 。mB.51 飛輪本身的轉動慣量 ，其中輪緣部分是主要的， 要比 、fJJJ 大的多。故在近似計算中只考慮 更趨于安全。J 而213/8D213/4mBD 17 所以 mBJD 5.692.0215.08.71435.0324 343 式中 金屬密度（ ） ，對鑄鋼： 。2kgm32/kg 圖 12 四、飛輪輪緣線速度驗算 飛輪是回轉體，為避免回轉時產生壞裂，必須驗算輪緣線速度 ：fv

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