題 目 曲柄壓力機結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 所在學(xué)院 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 _ ____ 完成地點 _ 年 月 日曲柄壓力機結(jié)構(gòu)設(shè)計【摘要】鍛壓機械在工業(yè)中占有極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門，如機械、電子、國防等。然而，在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。曲柄壓力機是以曲柄滑塊機構(gòu)作為運動機構(gòu)，依靠機械傳動將電動機的運動和能量傳給工作機構(gòu)，通過滑塊給模具施加力，從而使毛坯產(chǎn)生變形。本次曲柄壓力機設(shè)計，參照國內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)型號壓力機，進行了 6300KN 機械壓力機主要工作系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計分三步進行：首先，擬定總傳動方案；其次，設(shè)計主要零部件；最后，進行經(jīng)濟評估。本設(shè)計中主要包括以下設(shè)計部分：曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算、傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算、離合器和制動器的設(shè)計計算、電動機的選擇和飛輪的設(shè)計以及支撐附屬裝置的設(shè)計。本次設(shè)計方案均采用同類設(shè)計中最新的零件類型及布置方式。通過離合器和制動器進行氣動連鎖控制。用電動機調(diào)節(jié)連桿的長度來達到調(diào)節(jié)裝模高度的目的，以適應(yīng)不同高度的模具。采用四面調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，提高了壓力機的精度，并裝有過載保護裝置、滑塊平衡裝置等，使機器更加安全、可靠。 【關(guān)鍵詞】鍛壓機械；曲柄滑塊機構(gòu)；閉式單點壓力機The structure design of Crank pressAbstract: Forge and press machine is very important in industry,it is used in almost any induetry department,such as machine,electron,national defense and so on.It is crank forge and press machine that is most important in forge and press machine.Crank press machine uses crank slide block mechanism as working mechanism,machine driving system passes the movement and energy of electromotor to working mechanism, bringing forge to the die by slide block,in order to let roughcast engender transmutation.In this paper,the subject is the punching machine,it is designed in accordance with the related machine now and designed the working system of 6300KN punching machine.The design has been done through three steps: firstly,draw up total transmission; secondly, design each part; at last, economy estimation.In this paper, the design mainly consists of some parts: crank slide mechanism, gear deriving system, clutch and detent, electromotor and flywheel, supporting and appertain equipment.The design program used the new parts type and arrangement. The machine works by the control of the frictional clutch and detent. Electromotor drives the link screw to fit the diffent height of die. Using four-side regulative guider, improves the precision of the punching machine. The machine has installed over loading protector, slide block balance equipment, pledging the machine work safety and dependable.Keyword: forge and press machine ；crank slide block mechanism ；closed-single press machine目 錄摘要 .IABSTRACT II第一章 概述 41.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展 .41.2 機械壓力機的主要類型 .51.3 曲柄壓力機的工作原理 .61.4 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù) .71.5 論文內(nèi)容 .81.5.1 設(shè)計內(nèi)容 .81.5.2 壓力機主要技術(shù)參數(shù) .8第二章 曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析與受力分析 92.1 曲柄滑塊機構(gòu)的運動規(guī)律 .92.2 曲柄滑塊機構(gòu)的受力分析 .12第三章 傳動系統(tǒng)的布置及設(shè)計 .163.1 傳動系統(tǒng)的布置方式 163.2 傳動級數(shù)和各級數(shù)比分配 163.3 離合器和制動器安裝位置的確定 17第四章 設(shè)計計算 .174.1 工作機構(gòu)的設(shè)計計算—— 曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算 .174.1.1 芯軸設(shè)計計算 .174.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置 .224.1.3 調(diào)節(jié)電動機容量選擇 .24I4.1.4 滑塊與導(dǎo)軌 .254.1.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 .264.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 .274.2.1 低速級齒輪的設(shè)計 .274.2.2 高速級齒輪的設(shè)計 .314.2.3 傳動軸設(shè)計計算 .344.3 操縱系統(tǒng)的設(shè)計計算—— 離合器與制動器的設(shè)計計算 .384.3.1 制動器和離合器的工作原理 .384.3.2 摩擦離合器的設(shè)計 .394.3.3 摩擦制動器設(shè)計計算 424.4 能源系統(tǒng)的設(shè)計計算—— 電動機的選擇和飛輪的設(shè)計 .454.4.1 電動機功率計算 .454.4.2 飛輪的確定 .47第五章 支承、輔助及附屬裝置的設(shè)計 .515.1 支承部件—— 機身的設(shè)計 .515.1.1 立柱與拉緊螺栓的設(shè)計計算 515.1.2 上梁的計算 545.1.3 底座的計算 555.1.4 機身變形的計算 565.2 附屬裝置 .575.3 輔助裝置 .57第六章經(jīng)濟技術(shù)綜合分析 576.1 經(jīng)濟分析 .586.2 技術(shù)分析 .586.3 環(huán)境分析 .58第七章結(jié)論 60參考文獻 61致謝 62IIIIIIIV第 0 頁 共 58 頁第一章 概述1.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展鍛壓工業(yè)的發(fā)展主要是由于在世界范圍日益要求用更難變形的材料制造越來越大和越來越復(fù)雜的鍛件。由于宇航工業(yè)今后的需要，地面動力系統(tǒng)、噴氣發(fā)動機和飛機鍛件數(shù)量的增大以及在工藝上的劇烈競爭，要求不斷的提高目前的工藝水平。因此，有效的利用現(xiàn)在的鍛壓設(shè)備和設(shè)計性能優(yōu)越的鍛壓設(shè)備是必然的[11]。由于采用現(xiàn)代的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有高效率、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點，鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，鍛壓機械在機床中的比重也越來越大。雖然采用鍛壓機械進行鍛壓生產(chǎn)只有百余年的歷史，但鍛壓機械在整個金屬加工設(shè)備生產(chǎn)中占 18-30%，金額占 20-40%。在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。用曲柄壓力機可以進行沖壓和模鍛等工藝生產(chǎn)，它廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等公益生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量越來越高，壓力越來越大。它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中作用越來越顯著。例如，冷擠壓工藝是一項新興工藝，用冷擠壓生產(chǎn)的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直徑為 20-30mm 的零件其公差范圍可控制在 0.015mm 以內(nèi)，因此，所生產(chǎn)的零件不需要進行或少量進行切削加工即可使用。大大提高了生產(chǎn)率，并節(jié)約了原材料。隨著冷擠壓工藝的發(fā)展，各種類型的擠壓機應(yīng)運而生，正在使加工行業(yè)產(chǎn)生巨大變化。再加，在日用品及家用電器生產(chǎn)中，如果不采用高速沖壓自動機，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國際市場上將失去競爭力。因此，大量制造和使用曲柄壓力機，已成為工業(yè)先進國家的發(fā)展方向之一[3]。近年來，曲柄壓力機正向著高速度的高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音，提高安全性，擴大自動化程度，改善勞動條件。特別是采用微型計算機控制的曲柄壓力機，更具有先進的水平。1.2 機械壓力機的主要類型根據(jù) JB/GQ2003-84 標準[3]，鍛壓機械分為八類，其中第一類機械壓力機包括曲柄壓力機的主要類型，此外，在第三類線材成型自動機、第五類鍛機、第六類剪切機第 1 頁 共 58 頁和第七類彎曲校正機中都包括有曲柄壓力機。在 JB/GQ2003-84 的型譜[3]中，單柱壓力機、開式壓力機和閉式壓力機屬于通用壓力機。所謂單柱、開式和閉式是指機身的型式。閉式壓力機機身左右封閉，只能從前后方向接近模具，操作不太方便，但機身剛度高，壓力機精度好。開式壓力機機身左右及前后都敞開，能從三個方向接近模具，操作方便，但機身剛度低，特別是有 角變形存在，影響精度。開式壓力機機身的后面還有一個開口，便于出料。單柱壓力機，其機身也是左右及前后敞開，但后壁無開口。有時，我們把后面兩種壓力機統(tǒng)稱為開式壓力機。上述三種壓力機中均只有一組曲柄滑塊機構(gòu)，成為單點壓力機。適用于小型壓力機，或工作臺較小的中型壓力機。若工作臺面較大，則有兩組或四組曲柄滑塊機構(gòu)，相應(yīng)稱為雙點或四點壓力機。此外，按照工作臺的形式，機身是否可傾等分為固定臺、活動臺、柱形臺以及可傾壓力機等。1.3 曲柄壓力機的工作原理曲柄壓力機是鍛壓生產(chǎn)中廣泛使用的一種鍛壓設(shè)備。它可以應(yīng)用于板料沖壓、模鍛、冷熱擠壓、冷精壓和粉末冶金等工藝。曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動通過曲柄連桿使滑塊呈往復(fù)運動，利用滑塊發(fā)出的壓力使毛坯產(chǎn)生塑性變形，以制成一定形狀的鍛壓件。因此，它具有以下特點：（1）曲柄連桿機構(gòu)是剛性聯(lián)接的，滑塊是具有強制運動性質(zhì)，滑動塊的行程次數(shù)，速度和加速度一定規(guī)律變化。（2）工作時封閉高度不變。（3）一個工作循環(huán)中負荷時間較短，電動機是按平均功率選用的，所以曲柄壓力機既需要飛輪存儲和釋放能量。（4）工作時機身組成一個封閉的受力系統(tǒng)，對基礎(chǔ)沒有劇烈的沖擊和震動。第 2 頁 共 58 頁1-電動機 2-小皮帶輪 3-大皮帶輪 4-制動器 5-離合器 6-小齒輪7-大齒輪 8-小齒輪 9-偏心齒輪 10-芯軸 11-機身 12-連桿13-滑塊 14-上模 15-下模 16-墊板 17-工作臺 18-液壓氣墊圖 1.1 曲柄壓力機運動原理圖圖 1.1 為曲柄壓力機的工作原理圖，其工作原理如下：電動機 1 帶動皮帶傳動系統(tǒng) 2、3，將動力傳到小齒輪 6，通過 6 和 7，8 和 9 兩級齒輪減速傳到曲柄連桿機構(gòu)，大齒輪 7 同時又起飛輪作用。齒輪 9 制成偏心齒輪結(jié)構(gòu)，它的偏心輪部分就是曲柄，曲柄可以在芯軸 10 上旋轉(zhuǎn)。連桿 12 一端連到曲軸偏心輪；另一端與滑塊鉸接，當偏心齒輪 9 在與小齒輪 8 嚙合轉(zhuǎn)動時，連桿擺動，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運動。上模裝在滑塊上，下模固定在墊板上，滑塊帶動上模相對下模運動，對放在上、下模之間的材料實現(xiàn)沖壓[4]。壓力機的組成：（1）工作機構(gòu)：一般為曲柄滑塊機構(gòu)，由曲柄、連桿和滑塊等零件組成。（2）傳動機構(gòu)：包括齒輪傳動和皮帶傳動等機構(gòu)。（3）操作系統(tǒng)：如離合器和制動器。（4）能源系統(tǒng)：如電動機和飛輪。（5）支撐部件：如機身。除上述基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與附屬裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護裝置以及氣第 3 頁 共 58 頁墊等[4]。1.4 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的工藝能力，加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標，分述如下：（1）公稱壓力 Pg 及公稱壓力行程 Sp曲柄壓力機的公稱壓力（或稱額定壓力）是指滑塊離死點前某一特定距離（此特定距離稱為公稱壓力行程或額定壓力行程）或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點某一特定角度（公稱壓力角或額定壓力角）時，滑塊所容許承受的最大作用力。例如630、1000、1600、250、3150、4000、6300KN。（2）滑塊行程 S指滑塊從上死點到下死點所經(jīng)過的距離。它的大小反映壓力機的工作范圍。（3）滑塊行程次數(shù) n它是指滑塊每分鐘從上死點到下死點，然后再回到上死點所往復(fù)的次數(shù)。（4）裝模高度 H 及裝模高度調(diào)節(jié)量△H裝模高度是滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作板上表面的距離。當裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)節(jié)到最上位置時，裝模高度達到最大值，稱為最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所調(diào)節(jié)的距離稱為最大裝模高度調(diào)節(jié)量。（5）工作臺板及滑塊底面尺寸指壓力機工作空間的平面尺寸，它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機平面輪廓的大小。（6）喉深它是指滑塊的中心線至機身的距離，是開式壓力機和單柱壓力機的特有參數(shù)。1.5 論文內(nèi)容1.5.1 設(shè)計內(nèi)容本壓力機的設(shè)計分三步進行：首先，擬定總傳動方案；其次，設(shè)計主要零部件；最后，進行經(jīng)濟評估。擬定總傳動方案第 4 頁 共 58 頁這部分主要任務(wù)是初步確定壓力機傳動系統(tǒng)的布置方案，包括壓力機的傳動級數(shù)、主軸和傳動軸相對于壓力機的位置及離合器制動器的位置等。設(shè)計主要零部件這部分的主要內(nèi)容有曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算、傳動零件的計算、飛輪的設(shè)計和電動機的選擇、機身的設(shè)計計算以及附屬裝置和輔助系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)濟評估這是設(shè)計的產(chǎn)品在經(jīng)濟上的可行性分析以及對環(huán)境影響的評估。1.5.2 壓力機主要技術(shù)參數(shù)本次設(shè)計曲柄壓力機，其主要技術(shù)參數(shù)如表 1.1 所示：名稱 符號 單位 量值公稱壓力 Pg KN 6300公稱壓力行程 Sp mm 8滑塊行程 S mm 230滑塊行程次數(shù) n 次/min 40最大裝模高度 H1 mm 360裝模高度調(diào)節(jié)量 △H 1 mm 90表 1.1 曲柄壓力機主要技術(shù)參數(shù)第二章 曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析與受力分析2.1 曲柄滑塊機構(gòu)的運動規(guī)律曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖如圖 2.1 所示。O 點表示曲柄的旋轉(zhuǎn)中心，A 點表示連桿與曲柄的連接點，B 點表示連桿與滑塊的連接點，OA 表示曲柄半徑，AB 表示連桿長度。第 5 頁 共 58 頁當 OA 以角速度 ω 作旋轉(zhuǎn)運動時，B 點則以速度 ν 作直線運動。圖 2.1 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖（1）滑塊位移圖 2.2 結(jié)點正置的曲柄滑塊機構(gòu)運動關(guān)系簡圖滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達為：S=(R+L)-(Rcosα+Lcosβ) (2-1)而 sinβ= LR?sin第 6 頁 共 58 頁令 ??LR則 ??sini所以 ??22sin11co??代入式（1-1）整理得（2-2）??????????????2sics1Rs對于通用壓力機， 一般在 0.1~0.2 范圍內(nèi)，故（1-1）可進行簡化： ???22sin1sin1???故式（1-1）變?yōu)椋?-3）???????????????2cos14cos1Rs式中：S——滑塊位移，從下死點算起，向上為正；——曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正；?R——曲柄半徑；——連桿系數(shù)。?由圖 2.2 并利用余弦定理（2-4）??sLR???2cos2?令則式可寫成 （2-5）????c???12cos（2）滑塊速度現(xiàn)有國內(nèi)通用壓力機的滑塊最大速度為 130~435mm/s。第 7 頁 共 58 頁???????????????????? dtRdtsdt ????? 2cos14cos1而 ?t所以 ???????????2siniR式中：——滑塊速度，方向向下為正；——曲柄角速度；?n??2?n——曲柄轉(zhuǎn)速，即滑塊行程速度。（3）滑塊加速度?????????? 2cos2sini 2???????????????????? RRdtdt式中 ——滑塊加速度，方向向下為正。本次設(shè)計壓力機的滑塊行程 S=230mm，連桿長度 L=920mm，曲柄轉(zhuǎn)速 n=40r/min，則滑塊速度以及加速度如下：mSR15230??取 L=920mm，則 ，符合要求。125.09?LR?187.4min02???radsrn??滑塊的速度、加速度計算結(jié)果如表 2.1.表 2.1 滑塊的速度、加速度計算結(jié)果??0?15?30?45?60?75s（mm） 0 5.954 23.29 50.46 85.25 124.8??m/?0 94.76 181.1 252.0 302.2 328.6第 8 頁 共 58 頁??2/sm?-766.6 -732.9 -636.1 -488.3 -307.3 -113.0?90?15?20?135?0?165?80166.2 206.3 242.7 273.2 296.1 310.2 315330.8 309.5 269.9 215.1 149.2 76.29 0-75.97 244.5 383.3 488.3 560.1 601.3 614.62.2 曲柄滑塊機構(gòu)的受力分析（1）連桿及導(dǎo)軌受力圖 2.3 結(jié)點正置的曲柄滑塊機構(gòu)受力簡圖第 9 頁 共 58 頁考慮 B 點力的平衡得： ?cosPA?tgQ由前推導(dǎo)得知， ，對本設(shè)計壓力機， 遠小于 0.3， 遠小于 。??sini????5.17因此可認為 ， ，故上二式可寫成1cos???itgPAB??sinQ其中： PAB——連桿作用力Q——導(dǎo)軌作用力P——工件變形力——曲柄轉(zhuǎn)角?——連桿系數(shù)?（2） 曲柄所受扭矩①理想扭矩圖 2.4 偏心齒輪受力簡圖第 10 頁 共 58 頁PAB是連桿給與偏心齒輪的力。在 PAB作用下，偏心齒輪所受理想扭矩為??????????2siniRODPMABt式中 R——曲柄半徑當曲柄轉(zhuǎn)角等于公稱壓力角即 時，曲柄上受的理想扭矩為理想公稱扭矩。g?J31-630 型壓力機 P=6300KN，R=115mm, =0.125，當 = 時???20=6300×N×0.115m×=2.77×N·m上述計算是在理想狀態(tài)時的情況，但實際上壓力機是有摩擦的，在轉(zhuǎn)動的零件上由于摩擦所增加的摩擦扭矩不可忽略。②摩擦扭矩在曲柄滑塊機構(gòu)中摩擦主要發(fā)生在四處：a 滑塊導(dǎo)軌面的摩擦摩擦力的大小為：摩擦力的方向與滑塊運動方向相反，形成對滑塊運動的阻力。該阻力經(jīng)連uQP?桿作用在曲柄上，增加了偏心齒輪傳遞的扭矩。b 芯軸支承徑 和軸承之間的摩擦0d芯軸旋轉(zhuǎn)時，軸承對軸頸的摩擦力分布在軸頸工作面上，如圖，這些摩擦力對軸頸中心形成與軸頸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩，分別為 、201'0dRM??20“0dR??兩個支承的總阻力矩為??021“0'0M?????由于小齒輪的作用力小的多，故認為二支座反力的和為 PRAB?21故總阻力矩變?yōu)?200dP??c 偏心齒輪上的偏心 和連桿大端軸承支撐之間的摩擦A形成阻力矩。第 11 頁 共 58 頁d 球頭 與球頭座之間的摩擦。形成阻力矩。B上述三個阻力矩 、 和 都會是偏心齒輪增加所需傳遞的扭矩。0?MAB?總摩擦扭矩為?? ?????? ?????????? ????????? 2sinisn2coscos1200 RddPBA上式中 是隨 的變化而變化的，但變化不大，認為 是一常數(shù)，取 ，M?M?0?因此摩擦扭矩為????012dPBA????在本曲柄壓力機中，P=6300KN， =300mm， ， 380mm ，?Bdλ=0.125附錄 1 曲柄連桿機構(gòu)的摩擦系數(shù)由上表對單動單點閉式壓力機 ~0.055，取 ，則045.??05.??=1.8當 時，偏心齒輪的公稱扭矩為??20?g2.77×N·m第 12 頁 共 58 頁第三章 傳動系統(tǒng)的布置及設(shè)計本設(shè)計壓力機采用三級上傳動，單邊驅(qū)動，主軸的安放位置垂直于壓力機正面，所有傳動齒輪都置于機身內(nèi)部，離合器制動器置于飛輪軸上，這樣整個壓力機結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、性能良好、外形美觀。3.1 傳動系統(tǒng)的布置方式現(xiàn)有的通用壓力機采用上傳動較多，下傳動較少。采用上傳動的曲柄壓力機重量較輕、成本較低、安裝維修方便、地基較為簡單。采用下傳動的壓力機平面尺寸較大，而高度和上傳動差不多，壓力機總重量比上傳動大 10~20%，傳動系統(tǒng)置于地坑之中，不便于維修，且地坑深、基礎(chǔ)龐大，造價較高。通常在舊車間內(nèi)添置大型壓力機時，由于車間高度受到限制，采用下傳動的優(yōu)點才比較明顯。故本機采用上傳動。主軸平行于壓力機正面的壓力機，曲軸和傳動軸較長，受力點與支撐軸承的距離比較大，受力條件比較惡劣，承受剛度小。壓力機平面尺寸較大，外形不夠美觀，故本機采用垂直于壓力機正面安放的形式。齒輪可以放在機身之外，也可以放在機身之內(nèi)。前一種形式的齒輪工作條件差，機器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式的齒輪工作條件較好，機器外形美觀，還可以將齒輪浸入油池中，這樣大大降低了齒輪的傳動噪音。所以本機的所有齒輪都置于壓力機機身的內(nèi)部。由于雙邊傳動加工裝配比較困難，所以將齒輪傳動設(shè)計為單邊傳動。3.2 傳動級數(shù)和各級數(shù)比分配壓力機的傳動級數(shù)與電動機的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關(guān)。行程次數(shù)低，總速比大，傳動級數(shù)就應(yīng)該多，否則每級的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊。本設(shè)計壓力機的行程次數(shù)為 40 次/min，在 28~70 次/min 之間，所以采用三級傳動。采用低速電動機可以減少總速比和傳動級數(shù)，但這類電動機的外形尺寸較大，成本較高，因此采用三級傳動系統(tǒng)和同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的電動機。通常三角皮帶輪的速比不超過 6~8，齒輪傳動不超過 7~9，考慮到飛輪要有適當?shù)霓D(zhuǎn)速，布置的緊湊，美觀和長、寬、高尺寸比例恰當，大皮帶輪的速比定為 2.80，齒第 13 頁 共 58 頁輪傳動的速比定為 4.16 和 5.79。壓力機飛輪速度取 300~400r/min 左右。因為轉(zhuǎn)速太低，會使飛輪作用大大降低；轉(zhuǎn)速太高，會使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴重，造成離合器和軸承的損壞。3.3 離合器和制動器安裝位置的確定采用摩擦離合器時，對于具有兩級或兩級以上的壓力機，離合器可以置于轉(zhuǎn)速較低的曲軸上，也可置于中間傳動軸上。當摩擦離合器安裝在低速軸上時，加速壓力機從動部分所需的功和離合器結(jié)合時所消耗的摩擦功都比較小，因此能量消耗較小，離合器工作條件也好。但是低速軸上的離合器需要傳遞較大的扭矩，因而結(jié)構(gòu)尺寸較大；此外，從傳動系統(tǒng)布置來看，閉式通用壓力機的傳動系統(tǒng)近年來多封閉在機身內(nèi)，并用偏心齒輪，致使離合器不便安裝在偏心齒輪軸上，通常置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上。行程次數(shù)較高的壓力機離合器最好安裝在曲軸上，因為這樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器工作條件也好。行程次數(shù)較低的壓力機，由于曲軸轉(zhuǎn)速較低，最后一級大齒輪的飛輪作用已不明顯。為了縮小離合器尺寸，降低制造成本，且由于結(jié)構(gòu)布置的要求，離合器多置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上，一般在飛輪軸上。故本壓力機離合器安裝在飛輪上。圖 3.1 壓力機傳動系統(tǒng)圖第四章 設(shè)計計算4.1 工作機構(gòu)的設(shè)計計算——曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算第 14 頁 共 58 頁本設(shè)計壓力機的曲柄滑塊機構(gòu)主要有偏心齒輪、芯軸、連桿和滑塊組成。偏心齒輪的偏心徑相對于芯軸有一偏心距，相當于曲柄半徑。芯軸兩端緊固在機身上。偏心徑在芯軸上旋轉(zhuǎn)，并通過連桿使滑塊上下運動。4.1.1 芯軸設(shè)計計算圖 10 所示結(jié)構(gòu)為常見的偏心齒輪-芯軸結(jié)構(gòu)。芯軸一般采用 45 鋼或 40Cr、37SiMn2MoV、18CrMnMoB 等合金鋼鍛制，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工，其表面粗糙度為 Ra1.6～0.8。設(shè)計時先根據(jù)經(jīng)驗公式預(yù)選芯軸直徑，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后進行強度校核。芯軸采用 40Cr，芯軸直徑（與偏心齒輪內(nèi)軸承配合處）的經(jīng)驗公式為：d0=(14～18.5) mm ------------------------------------------------30P--- (28) 式中 P0—連桿上的作用力(kN),對于單點壓力機， P0≈ Pg(Pg為壓力機公稱力)。對于整體的芯軸，式（28）中的系數(shù)可取較小值；對于分成兩段的芯軸，則應(yīng)取較大值。根據(jù)經(jīng)驗公式（28） ，芯軸直徑：????md 342~5960.18~45.18~43300 ???取 m一般芯軸只承受彎矩，而扭矩由偏心齒輪承受。圖 23 為芯軸強度計算簡圖。第 15 頁 共 58 頁偏心齒輪受到連桿的作用力 P0作用以后，分別以 P1及 P2兩個集中力作用在芯軸上。由第 16 頁 共 58 頁于芯軸在機身上的配合較長較緊，故可以認為兩端插入受集中載荷 P1及 P2作用的梁(由于齒輪的作用力較小，可忽略)。這樣就可以用靜不定梁的方法解題。也可視為兩端為簡支及外加反力偶 mA及 mB的簡支梁。計算簡圖中有關(guān)數(shù)值可由如下公式計算出：mB= N·m ----------------------------------- (29)2112)()(llPl???mA= N·m ----------------------------------- (30)2212)()(lllM2= N·m ----------------------(31)??ABmlllPl 221)(???M1= N·m ----------------------(32)ABllll 1121)(上述四式中：P1= N； P2=P0－ P1 N；230)(l?m； m。1Al?2Al?式中 、 —芯軸軸瓦長度， m。1Al2芯軸直徑為：d0= m -------------------------------------------------------??3ax.?M----- (33)式(29)～式(32)中選取計算結(jié)果最大的數(shù)值作為最大彎矩 Mmax，一般是mB最大，故選 Mmax=mB。采用(29)～式(33)計算現(xiàn)有壓力機的芯軸，其計算應(yīng)力 σ 見表 12。第 17 頁 共 58 頁參考上述的計算應(yīng)力，許用應(yīng)力可按下式選?。篬σ]= ns?式中 [σ] —許用彎曲應(yīng)力，Pa；σs—材料屈服極限，Pa；n —安全系數(shù)， n=2.5～3.5，剛度要求高者取上限。按照上式，計算出芯軸的許用應(yīng)力見表 13 。已知壓力機偏心齒輪結(jié)構(gòu)如圖 24 所示，試計算芯軸應(yīng)力。解 由式（29）mB= 2112)()(llPl???其中 660mm, 220mm,?l3=280/2=140mm。2121AllP1= = =1300×103 N。230)(l?1406)(03??第 18 頁 共 58 頁圖 24 曲柄壓力機偏心齒輪零件圖P2=P0－ P1=6300×103-1300×103=5000×103 N?！?mB= 22556.0)14.06.(1)4.( ?????=4.65×105 N·m取 Mmax=mB∴ =1.72×108 Pa。3530ax.164.??d?芯軸材料為 40Cr，由表 13 查得[σ]=1400～2000×10 5 Pa，σ≤[σ]，故此設(shè)計安全。4.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置壓力機的裝模高度可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度的模具。本次設(shè)計壓力機使用調(diào)節(jié)連桿的長度來調(diào)節(jié)裝模高度，采用球頭式連桿機動調(diào)節(jié)。連桿是由連桿體、調(diào)節(jié)螺桿組成。調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)動是靠撥塊完成的，螺桿球頭的側(cè)面有兩個銷子，撥塊上的兩個叉口叉在銷子上，撥塊旋轉(zhuǎn)，螺桿即旋轉(zhuǎn)。撥塊是由蝸輪蝸桿由調(diào)節(jié)電動機驅(qū)動，開動電動機即可調(diào)節(jié)裝模高度。球頭式連桿結(jié)構(gòu)緊湊，壓力機高度可以降低，但連桿中的調(diào)節(jié)螺桿容易彎曲，球頭加工難度大，需用專門設(shè)備。裝模高度調(diào)節(jié)裝置中滑塊調(diào)整時運動速度在 20~95mm/min 范圍變動，一般40~60mm/min 較好。第 19 頁 共 58 頁圖 4.3 曲柄壓力機調(diào)節(jié)螺桿連桿常用鑄鋼 ZG35 和鑄鐵 HT200 制造。球頭式連桿中的調(diào)節(jié)螺桿常用 45 鋼鍛造，調(diào)制處理，球頭表面淬火，硬度 HRC42。根據(jù)連桿經(jīng)驗公式（詳見表 11） ，計算連桿主要尺寸。題 目 曲柄壓力機結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 所在學(xué)院 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 _ ____ 完成地點 _ 年 月 日曲柄壓力機結(jié)構(gòu)設(shè)計【摘要】鍛壓機械在工業(yè)中占有極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門，如機械、電子、國防等。然而，在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。曲柄壓力機是以曲柄滑塊機構(gòu)作為運動機構(gòu)，依靠機械傳動將電動機的運動和能量傳給工作機構(gòu)，通過滑塊給模具施加力，從而使毛坯產(chǎn)生變形。本次曲柄壓力機設(shè)計，參照國內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)型號壓力機，進行了 6300KN 機械壓力機主要工作系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計分三步進行：首先，擬定總傳動方案；其次，設(shè)計主要零部件；最后，進行經(jīng)濟評估。本設(shè)計中主要包括以下設(shè)計部分：曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算、傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算、離合器和制動器的設(shè)計計算、電動機的選擇和飛輪的設(shè)計以及支撐附屬裝置的設(shè)計。本次設(shè)計方案均采用同類設(shè)計中最新的零件類型及布置方式。通過離合器和制動器進行氣動連鎖控制。用電動機調(diào)節(jié)連桿的長度來達到調(diào)節(jié)裝模高度的目的，以適應(yīng)不同高度的模具。采用四面調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，提高了壓力機的精度，并裝有過載保護裝置、滑塊平衡裝置等，使機器更加安全、可靠。 【關(guān)鍵詞】鍛壓機械；曲柄滑塊機構(gòu)；閉式單點壓力機The structure design of Crank pressAbstract: Forge and press machine is very important in industry,it is used in almost any induetry department,such as machine,electron,national defense and so on.It is crank forge and press machine that is most important in forge and press machine.Crank press machine uses crank slide block mechanism as working mechanism,machine driving system passes the movement and energy of electromotor to working mechanism, bringing forge to the die by slide block,in order to let roughcast engender transmutation.In this paper,the subject is the punching machine,it is designed in accordance with the related machine now and designed the working system of 6300KN punching machine.The design has been done through three steps: firstly,draw up total transmission; secondly, design each part; at last, economy estimation.In this paper, the design mainly consists of some parts: crank slide mechanism, gear deriving system, clutch and detent, electromotor and flywheel, supporting and appertain equipment.The design program used the new parts type and arrangement. The machine works by the control of the frictional clutch and detent. Electromotor drives the link screw to fit the diffent height of die. Using four-side regulative guider, improves the precision of the punching machine. The machine has installed over loading protector, slide block balance equipment, pledging the machine work safety and dependable.Keyword: forge and press machine ；crank slide block mechanism ；closed-single press machine目 錄摘要 .IABSTRACT II第一章 概述 41.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展 .41.2 機械壓力機的主要類型 .51.3 曲柄壓力機的工作原理 .61.4 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù) .71.5 論文內(nèi)容 .81.5.1 設(shè)計內(nèi)容 .81.5.2 壓力機主要技術(shù)參數(shù) .8第二章 曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析與受力分析 92.1 曲柄滑塊機構(gòu)的運動規(guī)律 .92.2 曲柄滑塊機構(gòu)的受力分析 .12第三章 傳動系統(tǒng)的布置及設(shè)計 .163.1 傳動系統(tǒng)的布置方式 163.2 傳動級數(shù)和各級數(shù)比分配 163.3 離合器和制動器安裝位置的確定 17第四章 設(shè)計計算 .174.1 工作機構(gòu)的設(shè)計計算—— 曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算 .174.1.1 芯軸設(shè)計計算 .174.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置 .224.1.3 調(diào)節(jié)電動機容量選擇 .24I4.1.4 滑塊與導(dǎo)軌 .254.1.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 .264.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 .274.2.1 低速級齒輪的設(shè)計 .274.2.2 高速級齒輪的設(shè)計 .314.2.3 傳動軸設(shè)計計算 .344.3 操縱系統(tǒng)的設(shè)計計算—— 離合器與制動器的設(shè)計計算 .384.3.1 制動器和離合器的工作原理 .384.3.2 摩擦離合器的設(shè)計 .394.3.3 摩擦制動器設(shè)計計算 424.4 能源系統(tǒng)的設(shè)計計算—— 電動機的選擇和飛輪的設(shè)計 .454.4.1 電動機功率計算 .454.4.2 飛輪的確定 .47第五章 支承、輔助及附屬裝置的設(shè)計 .515.1 支承部件—— 機身的設(shè)計 .515.1.1 立柱與拉緊螺栓的設(shè)計計算 515.1.2 上梁的計算 545.1.3 底座的計算 555.1.4 機身變形的計算 565.2 附屬裝置 .575.3 輔助裝置 .57第六章經(jīng)濟技術(shù)綜合分析 576.1 經(jīng)濟分析 .586.2 技術(shù)分析 .586.3 環(huán)境分析 .58第七章結(jié)論 60參考文獻 61致謝 62IIIIIIIV第 0 頁 共 58 頁第一章 概述1.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展鍛壓工業(yè)的發(fā)展主要是由于在世界范圍日益要求用更難變形的材料制造越來越大和越來越復(fù)雜的鍛件。由于宇航工業(yè)今后的需要，地面動力系統(tǒng)、噴氣發(fā)動機和飛機鍛件數(shù)量的增大以及在工藝上的劇烈競爭，要求不斷的提高目前的工藝水平。因此，有效的利用現(xiàn)在的鍛壓設(shè)備和設(shè)計性能優(yōu)越的鍛壓設(shè)備是必然的[11]。由于采用現(xiàn)代的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有高效率、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點，鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，鍛壓機械在機床中的比重也越來越大。雖然采用鍛壓機械進行鍛壓生產(chǎn)只有百余年的歷史，但鍛壓機械在整個金屬加工設(shè)備生產(chǎn)中占 18-30%，金額占 20-40%。在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。用曲柄壓力機可以進行沖壓和模鍛等工藝生產(chǎn)，它廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等公益生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量越來越高，壓力越來越大。它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中作用越來越顯著。例如，冷擠壓工藝是一項新興工藝，用冷擠壓生產(chǎn)的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直徑為 20-30mm 的零件其公差范圍可控制在 0.015mm 以內(nèi)，因此，所生產(chǎn)的零件不需要進行或少量進行切削加工即可使用。大大提高了生產(chǎn)率，并節(jié)約了原材料。隨著冷擠壓工藝的發(fā)展，各種類型的擠壓機應(yīng)運而生，正在使加工行業(yè)產(chǎn)生巨大變化。再加，在日用品及家用電器生產(chǎn)中，如果不采用高速沖壓自動機，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國際市場上將失去競爭力。因此，大量制造和使用曲柄壓力機，已成為工業(yè)先進國家的發(fā)展方向之一[3]。近年來，曲柄壓力機正向著高速度的高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音，提高安全性，擴大自動化程度，改善勞動條件。特別是采用微型計算機控制的曲柄壓力機，更具有先進的水平。1.2 機械壓力機的主要類型根據(jù) JB/GQ2003-84 標準[3]，鍛壓機械分為八類，其中第一類機械壓力機包括曲柄壓力機的主要類型，此外，在第三類線材成型自動機、第五類鍛機、第六類剪切機第 1 頁 共 58 頁和第七類彎曲校正機中都包括有曲柄壓力機。在 JB/GQ2003-84 的型譜[3]中，單柱壓力機、開式壓力機和閉式壓力機屬于通用壓力機。所謂單柱、開式和閉式是指機身的型式。閉式壓力機機身左右封閉，只能從前后方向接近模具，操作不太方便，但機身剛度高，壓力機精度好。開式壓力機機身左右及前后都敞開，能從三個方向接近模具，操作方便，但機身剛度低，特別是有 角變形存在，影響精度。開式壓力機機身的后面還有一個開口，便于出料。單柱壓力機，其機身也是左右及前后敞開，但后壁無開口。有時，我們把后面兩種壓力機統(tǒng)稱為開式壓力機。上述三種壓力機中均只有一組曲柄滑塊機構(gòu)，成為單點壓力機。適用于小型壓力機，或工作臺較小的中型壓力機。若工作臺面較大，則有兩組或四組曲柄滑塊機構(gòu)，相應(yīng)稱為雙點或四點壓力機。此外，按照工作臺的形式，機身是否可傾等分為固定臺、活動臺、柱形臺以及可傾壓力機等。1.3 曲柄壓力機的工作原理曲柄壓力機是鍛壓生產(chǎn)中廣泛使用的一種鍛壓設(shè)備。它可以應(yīng)用于板料沖壓、模鍛、冷熱擠壓、冷精壓和粉末冶金等工藝。曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動通過曲柄連桿使滑塊呈往復(fù)運動，利用滑塊發(fā)出的壓力使毛坯產(chǎn)生塑性變形，以制成一定形狀的鍛壓件。因此，它具有以下特點：（1）曲柄連桿機構(gòu)是剛性聯(lián)接的，滑塊是具有強制運動性質(zhì)，滑動塊的行程次數(shù)，速度和加速度一定規(guī)律變化。（2）工作時封閉高度不變。（3）一個工作循環(huán)中負荷時間較短，電動機是按平均功率選用的，所以曲柄壓力機既需要飛輪存儲和釋放能量。（4）工作時機身組成一個封閉的受力系統(tǒng)，對基礎(chǔ)沒有劇烈的沖擊和震動。第 2 頁 共 58 頁1-電動機 2-小皮帶輪 3-大皮帶輪 4-制動器 5-離合器 6-小齒輪7-大齒輪 8-小齒輪 9-偏心齒輪 10-芯軸 11-機身 12-連桿13-滑塊 14-上模 15-下模 16-墊板 17-工作臺 18-液壓氣墊圖 1.1 曲柄壓力機運動原理圖圖 1.1 為曲柄壓力機的工作原理圖，其工作原理如下：電動機 1 帶動皮帶傳動系統(tǒng) 2、3，將動力傳到小齒輪 6，通過 6 和 7，8 和 9 兩級齒輪減速傳到曲柄連桿機構(gòu)，大齒輪 7 同時又起飛輪作用。齒輪 9 制成偏心齒輪結(jié)構(gòu)，它的偏心輪部分就是曲柄，曲柄可以在芯軸 10 上旋轉(zhuǎn)。連桿 12 一端連到曲軸偏心輪；另一端與滑塊鉸接，當偏心齒輪 9 在與小齒輪 8 嚙合轉(zhuǎn)動時，連桿擺動，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運動。上模裝在滑塊上，下模固定在墊板上，滑塊帶動上模相對下模運動，對放在上、下模之間的材料實現(xiàn)沖壓[4]。壓力機的組成：（1）工作機構(gòu)：一般為曲柄滑塊機構(gòu)，由曲柄、連桿和滑塊等零件組成。（2）傳動機構(gòu)：包括齒輪傳動和皮帶傳動等機構(gòu)。（3）操作系統(tǒng)：如離合器和制動器。（4）能源系統(tǒng)：如電動機和飛輪。（5）支撐部件：如機身。除上述基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與附屬裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護裝置以及氣第 3 頁 共 58 頁墊等[4]。1.4 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的工藝能力，加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標，分述如下：（1）公稱壓力 Pg 及公稱壓力行程 Sp曲柄壓力機的公稱壓力（或稱額定壓力）是指滑塊離死點前某一特定距離（此特定距離稱為公稱壓力行程或額定壓力行程）或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點某一特定角度（公稱壓力角或額定壓力角）時，滑塊所容許承受的最大作用力。例如630、1000、1600、250、3150、4000、6300KN。（2）滑塊行程 S指滑塊從上死點到下死點所經(jīng)過的距離。它的大小反映壓力機的工作范圍。（3）滑塊行程次數(shù) n它是指滑塊每分鐘從上死點到下死點，然后再回到上死點所往復(fù)的次數(shù)。（4）裝模高度 H 及裝模高度調(diào)節(jié)量△H裝模高度是滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作板上表面的距離。當裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)節(jié)到最上位置時，裝模高度達到最大值，稱為最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所調(diào)節(jié)的距離稱為最大裝模高度調(diào)節(jié)量。（5）工作臺板及滑塊底面尺寸指壓力機工作空間的平面尺寸，它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機平面輪廓的大小。（6）喉深它是指滑塊的中心線至機身的距離，是開式壓力機和單柱壓力機的特有參數(shù)。1.5 論文內(nèi)容1.5.1 設(shè)計內(nèi)容本壓力機的設(shè)計分三步進行：首先，擬定總傳動方案；其次，設(shè)計主要零部件；最后，進行經(jīng)濟評估。擬定總傳動方案第 4 頁 共 58 頁這部分主要任務(wù)是初步確定壓力機傳動系統(tǒng)的布置方案，包括壓力機的傳動級數(shù)、主軸和傳動軸相對于壓力機的位置及離合器制動器的位置等。設(shè)計主要零部件這部分的主要內(nèi)容有曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算、傳動零件的計算、飛輪的設(shè)計和電動機的選擇、機身的設(shè)計計算以及附屬裝置和輔助系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)濟評估這是設(shè)計的產(chǎn)品在經(jīng)濟上的可行性分析以及對環(huán)境影響的評估。1.5.2 壓力機主要技術(shù)參數(shù)本次設(shè)計曲柄壓力機，其主要技術(shù)參數(shù)如表 1.1 所示：名稱 符號 單位 量值公稱壓力 Pg KN 6300公稱壓力行程 Sp mm 8滑塊行程 S mm 230滑塊行程次數(shù) n 次/min 40最大裝模高度 H1 mm 360裝模高度調(diào)節(jié)量 △H 1 mm 90表 1.1 曲柄壓力機主要技術(shù)參數(shù)第二章 曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析與受力分析2.1 曲柄滑塊機構(gòu)的運動規(guī)律曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖如圖 2.1 所示。O 點表示曲柄的旋轉(zhuǎn)中心，A 點表示連桿與曲柄的連接點，B 點表示連桿與滑塊的連接點，OA 表示曲柄半徑，AB 表示連桿長度。第 5 頁 共 58 頁當 OA 以角速度 ω 作旋轉(zhuǎn)運動時，B 點則以速度 ν 作直線運動。圖 2.1 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖（1）滑塊位移圖 2.2 結(jié)點正置的曲柄滑塊機構(gòu)運動關(guān)系簡圖滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達為：S=(R+L)-(Rcosα+Lcosβ) (2-1)而 sinβ= LR?sin第 6 頁 共 58 頁令 ??LR則 ??sini所以 ??22sin11co??代入式（1-1）整理得（2-2）??????????????2sics1Rs對于通用壓力機， 一般在 0.1~0.2 范圍內(nèi)，故（1-1）可進行簡化： ???22sin1sin1???故式（1-1）變?yōu)椋?-3）???????????????2cos14cos1Rs式中：S——滑塊位移，從下死點算起，向上為正；——曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正；?R——曲柄半徑；——連桿系數(shù)。?由圖 2.2 并利用余弦定理（2-4）??sLR???2cos2?令則式可寫成 （2-5）????c???12cos（2）滑塊速度現(xiàn)有國內(nèi)通用壓力機的滑塊最大速度為 130~435mm/s。第 7 頁 共 58 頁???????????????????? dtRdtsdt ????? 2cos14cos1而 ?t所以 ???????????2siniR式中：——滑塊速度，方向向下為正；——曲柄角速度；?n??2?n——曲柄轉(zhuǎn)速，即滑塊行程速度。（3）滑塊加速度?????????? 2cos2sini 2???????????????????? RRdtdt式中 ——滑塊加速度，方向向下為正。本次設(shè)計壓力機的滑塊行程 S=230mm，連桿長度 L=920mm，曲柄轉(zhuǎn)速 n=40r/min，則滑塊速度以及加速度如下：mSR15230??取 L=920mm，則 ，符合要求。125.09?LR?187.4min02???radsrn??滑塊的速度、加速度計算結(jié)果如表 2.1.表 2.1 滑塊的速度、加速度計算結(jié)果??0?15?30?45?60?75s（mm） 0 5.954 23.29 50.46 85.25 124.8??m/?0 94.76 181.1 252.0 302.2 328.6第 8 頁 共 58 頁??2/sm?-766.6 -732.9 -636.1 -488.3 -307.3 -113.0?90?15?20?135?0?165?80166.2 206.3 242.7 273.2 296.1 310.2 315330.8 309.5 269.9 215.1 149.2 76.29 0-75.97 244.5 383.3 488.3 560.1 601.3 614.62.2 曲柄滑塊機構(gòu)的受力分析（1）連桿及導(dǎo)軌受力圖 2.3 結(jié)點正置的曲柄滑塊機構(gòu)受力簡圖第 9 頁 共 58 頁考慮 B 點力的平衡得： ?cosPA?tgQ由前推導(dǎo)得知， ，對本設(shè)計壓力機， 遠小于 0.3， 遠小于 。??sini????5.17因此可認為 ， ，故上二式可寫成1cos???itgPAB??sinQ其中： PAB——連桿作用力Q——導(dǎo)軌作用力P——工件變形力——曲柄轉(zhuǎn)角?——連桿系數(shù)?（2） 曲柄所受扭矩①理想扭矩圖 2.4 偏心齒輪受力簡圖第 10 頁 共 58 頁PAB是連桿給與偏心齒輪的力。在 PAB作用下，偏心齒輪所受理想扭矩為??????????2siniRODPMABt式中 R——曲柄半徑當曲柄轉(zhuǎn)角等于公稱壓力角即 時，曲柄上受的理想扭矩為理想公稱扭矩。g?J31-630 型壓力機 P=6300KN，R=115mm, =0.125，當 = 時???20=6300×N×0.115m×=2.77×N·m上述計算是在理想狀態(tài)時的情況，但實際上壓力機是有摩擦的，在轉(zhuǎn)動的零件上由于摩擦所增加的摩擦扭矩不可忽略。②摩擦扭矩在曲柄滑塊機構(gòu)中摩擦主要發(fā)生在四處：a 滑塊導(dǎo)軌面的摩擦摩擦力的大小為：摩擦力的方向與滑塊運動方向相反，形成對滑塊運動的阻力。該阻力經(jīng)連uQP?桿作用在曲柄上，增加了偏心齒輪傳遞的扭矩。b 芯軸支承徑 和軸承之間的摩擦0d芯軸旋轉(zhuǎn)時，軸承對軸頸的摩擦力分布在軸頸工作面上，如圖，這些摩擦力對軸頸中心形成與軸頸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩，分別為 、201'0dRM??20“0dR??兩個支承的總阻力矩為??021“0'0M?????由于小齒輪的作用力小的多，故認為二支座反力的和為 PRAB?21故總阻力矩變?yōu)?200dP??c 偏心齒輪上的偏心 和連桿大端軸承支撐之間的摩擦A形成阻力矩。第 11 頁 共 58 頁d 球頭 與球頭座之間的摩擦。形成阻力矩。B上述三個阻力矩 、 和 都會是偏心齒輪增加所需傳遞的扭矩。0?MAB?總摩擦扭矩為?? ?????? ?????????? ????????? 2sinisn2coscos1200 RddPBA上式中 是隨 的變化而變化的，但變化不大，認為 是一常數(shù)，取 ，M?M?0?因此摩擦扭矩為????012dPBA????在本曲柄壓力機中，P=6300KN， =300mm， ， 380mm ，?Bdλ=0.125附錄 1 曲柄連桿機構(gòu)的摩擦系數(shù)由上表對單動單點閉式壓力機 ~0.055，取 ，則045.??05.??=1.8當 時，偏心齒輪的公稱扭矩為??20?g2.77×N·m第 12 頁 共 58 頁第三章 傳動系統(tǒng)的布置及設(shè)計本設(shè)計壓力機采用三級上傳動，單邊驅(qū)動，主軸的安放位置垂直于壓力機正面，所有傳動齒輪都置于機身內(nèi)部，離合器制動器置于飛輪軸上，這樣整個壓力機結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、性能良好、外形美觀。3.1 傳動系統(tǒng)的布置方式現(xiàn)有的通用壓力機采用上傳動較多，下傳動較少。采用上傳動的曲柄壓力機重量較輕、成本較低、安裝維修方便、地基較為簡單。采用下傳動的壓力機平面尺寸較大，而高度和上傳動差不多，壓力機總重量比上傳動大 10~20%，傳動系統(tǒng)置于地坑之中，不便于維修，且地坑深、基礎(chǔ)龐大，造價較高。通常在舊車間內(nèi)添置大型壓力機時，由于車間高度受到限制，采用下傳動的優(yōu)點才比較明顯。故本機采用上傳動。主軸平行于壓力機正面的壓力機，曲軸和傳動軸較長，受力點與支撐軸承的距離比較大，受力條件比較惡劣，承受剛度小。壓力機平面尺寸較大，外形不夠美觀，故本機采用垂直于壓力機正面安放的形式。齒輪可以放在機身之外，也可以放在機身之內(nèi)。前一種形式的齒輪工作條件差，機器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式的齒輪工作條件較好，機器外形美觀，還可以將齒輪浸入油池中，這樣大大降低了齒輪的傳動噪音。所以本機的所有齒輪都置于壓力機機身的內(nèi)部。由于雙邊傳動加工裝配比較困難，所以將齒輪傳動設(shè)計為單邊傳動。3.2 傳動級數(shù)和各級數(shù)比分配壓力機的傳動級數(shù)與電動機的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關(guān)。行程次數(shù)低，總速比大，傳動級數(shù)就應(yīng)該多，否則每級的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊。本設(shè)計壓力機的行程次數(shù)為 40 次/min，在 28~70 次/min 之間，所以采用三級傳動。采用低速電動機可以減少總速比和傳動級數(shù)，但這類電動機的外形尺寸較大，成本較高，因此采用三級傳動系統(tǒng)和同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的電動機。通常三角皮帶輪的速比不超過 6~8，齒輪傳動不超過 7~9，考慮到飛輪要有適當?shù)霓D(zhuǎn)速，布置的緊湊，美觀和長、寬、高尺寸比例恰當，大皮帶輪的速比定為 2.80，齒第 13 頁 共 58 頁輪傳動的速比定為 4.16 和 5.79。壓力機飛輪速度取 300~400r/min 左右。因為轉(zhuǎn)速太低，會使飛輪作用大大降低；轉(zhuǎn)速太高，會使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴重，造成離合器和軸承的損壞。3.3 離合器和制動器安裝位置的確定采用摩擦離合器時，對于具有兩級或兩級以上的壓力機，離合器可以置于轉(zhuǎn)速較低的曲軸上，也可置于中間傳動軸上。當摩擦離合器安裝在低速軸上時，加速壓力機從動部分所需的功和離合器結(jié)合時所消耗的摩擦功都比較小，因此能量消耗較小，離合器工作條件也好。但是低速軸上的離合器需要傳遞較大的扭矩，因而結(jié)構(gòu)尺寸較大；此外，從傳動系統(tǒng)布置來看，閉式通用壓力機的傳動系統(tǒng)近年來多封閉在機身內(nèi)，并用偏心齒輪，致使離合器不便安裝在偏心齒輪軸上，通常置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上。行程次數(shù)較高的壓力機離合器最好安裝在曲軸上，因為這樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器工作條件也好。行程次數(shù)較低的壓力機，由于曲軸轉(zhuǎn)速較低，最后一級大齒輪的飛輪作用已不明顯。為了縮小離合器尺寸，降低制造成本，且由于結(jié)構(gòu)布置的要求，離合器多置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上，一般在飛輪軸上。故本壓力機離合器安裝在飛輪上。圖 3.1 壓力機傳動系統(tǒng)圖第四章 設(shè)計計算4.1 工作機構(gòu)的設(shè)計計算——曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算第 14 頁 共 58 頁本設(shè)計壓力機的曲柄滑塊機構(gòu)主要有偏心齒輪、芯軸、連桿和滑塊組成。偏心齒輪的偏心徑相對于芯軸有一偏心距，相當于曲柄半徑。芯軸兩端緊固在機身上。偏心徑在芯軸上旋轉(zhuǎn)，并通過連桿使滑塊上下運動。4.1.1 芯軸設(shè)計計算圖 10 所示結(jié)構(gòu)為常見的偏心齒輪-芯軸結(jié)構(gòu)。芯軸一般采用 45 鋼或 40Cr、37SiMn2MoV、18CrMnMoB 等合金鋼鍛制，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工，其表面粗糙度為 Ra1.6～0.8。設(shè)計時先根據(jù)經(jīng)驗公式預(yù)選芯軸直徑，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后進行強度校核。芯軸采用 40Cr，芯軸直徑（與偏心齒輪內(nèi)軸承配合處）的經(jīng)驗公式為：d0=(14～18.5) mm ------------------------------------------------30P--- (28) 式中 P0—連桿上的作用力(kN),對于單點壓力機， P0≈ Pg(Pg為壓力機公稱力)。對于整體的芯軸，式（28）中的系數(shù)可取較小值；對于分成兩段的芯軸，則應(yīng)取較大值。根據(jù)經(jīng)驗公式（28） ，芯軸直徑：????md 342~5960.18~45.18~43300 ???取 m一般芯軸只承受彎矩，而扭矩由偏心齒輪承受。圖 23 為芯軸強度計算簡圖。第 15 頁 共 58 頁偏心齒輪受到連桿的作用力 P0作用以后，分別以 P1及 P2兩個集中力作用在芯軸上。由第 16 頁 共 58 頁于芯軸在機身上的配合較長較緊，故可以認為兩端插入受集中載荷 P1及 P2作用的梁(由于齒輪的作用力較小，可忽略)。這樣就可以用靜不定梁的方法解題。也可視為兩端為簡支及外加反力偶 mA及 mB的簡支梁。計算簡圖中有關(guān)數(shù)值可由如下公式計算出：mB= N·m ----------------------------------- (29)2112)()(llPl???mA= N·m ----------------------------------- (30)2212)()(lllM2= N·m ----------------------(31)??ABmlllPl 221)(???M1= N·m ----------------------(32)ABllll 1121)(上述四式中：P1= N； P2=P0－ P1 N；230)(l?m； m。1Al?2Al?式中 、 —芯軸軸瓦長度， m。1Al2芯軸直徑為：d0= m -------------------------------------------------------??3ax.?M----- (33)式(29)～式(32)中選取計算結(jié)果最大的數(shù)值作為最大彎矩 Mmax，一般是mB最大，故選 Mmax=mB。采用(29)～式(33)計算現(xiàn)有壓力機的芯軸，其計算應(yīng)力 σ 見表 12。第 17 頁 共 58 頁參考上述的計算應(yīng)力，許用應(yīng)力可按下式選取：[σ]= ns?式中 [σ] —許用彎曲應(yīng)力，Pa；σs—材料屈服極限，Pa；n —安全系數(shù)， n=2.5～3.5，剛度要求高者取上限。按照上式，計算出芯軸的許用應(yīng)力見表 13 。已知壓力機偏心齒輪結(jié)構(gòu)如圖 24 所示，試計算芯軸應(yīng)力。解 由式（29）mB= 2112)()(llPl???其中 660mm, 220mm,?l3=280/2=140mm。2121AllP1= = =1300×103 N。230)(l?1406)(03??第 18 頁 共 58 頁圖 24 曲柄壓力機偏心齒輪零件圖P2=P0－ P1=6300×103-1300×103=5000×103 N。∴ mB= 22556.0)14.06.(1)4.( ?????=4.65×105 N·m取 Mmax=mB∴ =1.72×108 Pa。3530ax.164.??d?芯軸材料為 40Cr，由表 13 查得[σ]=1400～2000×10 5 Pa，σ≤[σ]，故此設(shè)計安全。4.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置壓力機的裝模高度可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度的模具。本次設(shè)計壓力機使用調(diào)節(jié)連桿的長度來調(diào)節(jié)裝模高度，采用球頭式連桿機動調(diào)節(jié)。連桿是由連桿體、調(diào)節(jié)螺桿組成。調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)動是靠撥塊完成的，螺桿球頭的側(cè)面有兩個銷子，撥塊上的兩個叉口叉在銷子上，撥塊旋轉(zhuǎn)，螺桿即旋轉(zhuǎn)。撥塊是由蝸輪蝸桿由調(diào)節(jié)電動機驅(qū)動，開動電動機即可調(diào)節(jié)裝模高度。球頭式連桿結(jié)構(gòu)緊湊，壓力機高度可以降低，但連桿中的調(diào)節(jié)螺桿容易彎曲，球頭加工難度大，需用專門設(shè)備。裝模高度調(diào)節(jié)裝置中滑塊調(diào)整時運動速度在 20~95mm/min 范圍變動，一般40~60mm/min 較好。第 19 頁 共 58 頁圖 4.3 曲柄壓力機調(diào)節(jié)螺桿連桿常用鑄鋼 ZG35 和鑄鐵 HT200 制造。球頭式連桿中的調(diào)節(jié)螺桿常用 45 鋼鍛造，調(diào)制處理，球頭表面淬火，硬度 HRC42。根據(jù)連桿經(jīng)驗公式（詳見表 11） ，計算連桿主要尺寸。