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摘要
開(kāi)式曲柄壓力機(jī)是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)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(yīng)用于國(guó)防、航空、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、軸承、儀表、農(nóng)機(jī)、農(nóng)具、自行車、縫紉機(jī)、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。在中、小型壓力機(jī)中，開(kāi)式壓力機(jī)得到了廣泛的發(fā)展，目前在我國(guó)機(jī)器制造業(yè)中，開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的年產(chǎn)量約占整個(gè)鍛壓機(jī)械年產(chǎn)量的49.5%，而在通用曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)中約占95%。
關(guān)鍵詞：壓力機(jī)；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；機(jī)械制造；
Abstract
Open front mechanical power presses sheet metal stamping production is the main equipment, can be used for punching, blanking, trimming, bending, shallow tensile and molding process, and widely used in national defense, aerospace, automotive, tractor, motor, electric appliance, bearings, instrument, agricultural machinery, tools, bicycles, sewing machines, medical equipment, daily hardware and other departments. In the medium and small press, open press a wide range of development, at present in our country in manufacturing machines, off the output of crank press accounts for about 49.5% of the whole forging machinery production, and in general crank press in the production of about 95%.
Keywords: press; Slider-crank mechanism; Mechanical manufacturing;
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 緒論 1
1.1鍛壓機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)介及其發(fā)展過(guò)程 1
1.2曲柄壓力機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn) 2
1.3曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù) 3
1.4曲柄壓力機(jī)的工作原理 4
1.5曲柄壓力機(jī)的反求設(shè)計(jì)與改型 5
1.5.1反求設(shè)計(jì) 5
1.5.2開(kāi)式壓力機(jī)的改進(jìn) 6
2 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪設(shè)計(jì) 9
2.1壓力機(jī)電力拖動(dòng)特點(diǎn) 9
2.2電動(dòng)機(jī)的選擇 9
2.2.1選擇電動(dòng)機(jī)的類型 9
2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的功率 10
2.2.3確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 11
2.2.4計(jì)算總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 11
2.2.5計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 11
2.3飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及尺寸計(jì)算 12
2.3.1壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量 12
2.3.2飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 16
2.3.3飛輪尺寸計(jì)算 17
2.3.4飛輪輪緣線速度驗(yàn)算 17
2.3.5飛輪起動(dòng)時(shí)間核算 18
3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 19
3.1傳動(dòng)系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 19
3.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)類型 19
3.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式 19
3.1.3離合器和制動(dòng)器的位置 20
3.1.4傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 20
3.2三角皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 21
3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 24
3.3.1選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級(jí)和齒數(shù) 24
3.3.2開(kāi)式齒輪按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 24
3.4轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 26
3.4.1軸的概述 26
3.4.2JG23-40開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì) 27
3.5平鍵連桿 30
4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 32
4.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與受力分析 32
4.2曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
4.2.1曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖 34
4.2.2曲軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 34
4.2.3曲軸剛度計(jì)算 36
4.3連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置 37
4.3.1連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu) 37
4.3.2連桿的計(jì)算 37
4.3.3連桿及球頭調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 38
4.3.4調(diào)節(jié)螺桿的螺紋 40
4.3.5調(diào)節(jié)螺桿的螺紋計(jì)算 40
4.3.6連桿上的緊固螺栓 40
4.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑動(dòng)軸承 41
4.4.1滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 41
4.4.2滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑及軸瓦結(jié)構(gòu) 41
4.4.3滑動(dòng)軸承的計(jì)算 41
4.5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滾動(dòng)軸承 43
4.5.1滾動(dòng)軸承概述 43
4.5.2滾動(dòng)軸承型號(hào)選擇 43
5 離合器與制動(dòng)器 45
5.1離合器與制動(dòng)器的作用原理 45
5.2離合器的設(shè)計(jì) 46
5.2.1離合器的類型、工作特性及其選用原則 46
5.2.2雙轉(zhuǎn)鍵離合器的結(jié)構(gòu) 47
5.3制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 49
5.3.1制動(dòng)器的類型、工作特性及其選用原則 49
5.3.2帶式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 50
6 機(jī)身設(shè)計(jì) 50
6.1機(jī)身結(jié)構(gòu) 51
6.2 身計(jì)算 52
7 過(guò)載保護(hù)裝置設(shè)計(jì) 55
7.1剪切破壞式過(guò)載保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu) 55
7.2剪切塊的設(shè)計(jì)計(jì)算 56
8 潤(rùn)滑系統(tǒng) 58
8.1曲柄壓力機(jī)常用潤(rùn)滑劑 58
8.1.1稀油潤(rùn)滑 58
8.1.2干油潤(rùn)滑 59
小結(jié) 60
致謝 61
參 考 文 獻(xiàn) 62
65
1 緒論
1.1鍛壓機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)介及其發(fā)展過(guò)程
人們?yōu)榱酥圃旃ぞ?，最初是用人力、畜力轉(zhuǎn)動(dòng)輪子來(lái)舉起重錘鍛打工件的，這是最古老的鍛壓機(jī)械。14 世紀(jì)出現(xiàn)了水力落錘。15～16 世紀(jì)航海業(yè)蓬勃發(fā)展，為了鍛造鐵錨等，出現(xiàn)了水力驅(qū)動(dòng)的杠桿錘。18世紀(jì)出現(xiàn)了蒸汽機(jī)和火車（見(jiàn)機(jī)車），因而需要更大的鍛件。1842年英國(guó)的J.內(nèi)史密斯創(chuàng)制第一臺(tái)蒸汽錘，開(kāi)始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代。
1795年英國(guó)的J.布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到19世紀(jì)中葉由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，19世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械壓力機(jī)和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，750000千牛的模鍛水壓機(jī)、1500千焦的對(duì)擊錘、60000 千牛的板料沖壓壓力機(jī)、160000千牛的熱模鍛壓力機(jī)等重型鍛壓機(jī)械和一些自動(dòng)冷鐓機(jī)相繼問(wèn)世，形成了門類齊全的鍛壓機(jī)械體系。
20世紀(jì) 60年代以后，鍛壓機(jī)械改變了從 19世紀(jì)開(kāi)始的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、專用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程 2000次的高速壓力機(jī)、60000千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機(jī)，25000 千牛的精密沖裁壓力機(jī)，能冷鐓直徑為48毫米鋼材的多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)和多種自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)生產(chǎn)線等。各種機(jī)械控制的、數(shù)字控制的和計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)鍛壓機(jī)械以及與之配套的操作機(jī)、機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人也相繼研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機(jī)械可生產(chǎn)精確制品，有良好的勞動(dòng)條件，環(huán)境污染很小。
隨著大型多工位壓力機(jī)的技術(shù)成熟和實(shí)用化，大型多工位壓力機(jī)開(kāi)始替代單動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)入自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，代表了先進(jìn)的組合方式。大型多工位壓力機(jī)自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，經(jīng)歷了三個(gè)階段的完善與發(fā)展。
較原始的組合是，一臺(tái)雙動(dòng)拉深壓力機(jī)與一臺(tái)單動(dòng)大型多工位壓力機(jī)為主機(jī)，二者之間配備一套翻轉(zhuǎn)裝置和同步裝置，提高了生產(chǎn)節(jié)拍，減少了占地面積。此后，帶雙動(dòng)拉深工位的多工位壓力機(jī)問(wèn)世，催生了第二代自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。第二代生產(chǎn)線僅以一臺(tái)帶雙動(dòng)拉深工位的多工位壓力機(jī)為主機(jī)，在其前后分別配備拆垛裝置和碼垛裝置，便組成了一條自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，配置大為簡(jiǎn)化。此類多工位壓力機(jī)多為四柱三滑塊結(jié)構(gòu)，第一工位是雙動(dòng)拉深工位，其余工位為單動(dòng)沖壓工位。由于拉深工位采取了反向拉深的方式，從而避免了工件的翻轉(zhuǎn)，因此不需要翻轉(zhuǎn)裝置，使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高，占地面積進(jìn)一步減小。第三階段，出現(xiàn)了帶數(shù)控液壓氣墊的大型多工位壓力機(jī)，拋棄了傳統(tǒng)的雙動(dòng)拉深工藝?yán)砟?，真正將拉深與其他沖壓工藝組合到一臺(tái)壓力機(jī)上完成。自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的主機(jī)是帶數(shù)控液壓氣墊的多工位壓力機(jī)，主機(jī)前后配備拆垛裝置和碼垛裝置。數(shù)控液壓氣墊是該類生產(chǎn)線的技術(shù)核心，氣墊通過(guò)四角控制，可調(diào)節(jié)拉深工件的壓邊力，從而實(shí)現(xiàn)單動(dòng)深拉深。由于采用數(shù)控液壓氣墊使單動(dòng)壓力機(jī)代替了傳統(tǒng)的雙動(dòng)壓力機(jī)，簡(jiǎn)化了壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)，取消了生產(chǎn)線中的翻轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了壓邊力的優(yōu)化控制，提高了拉深件的質(zhì)量，降低了工件的廢品率。從技術(shù)角度上講，帶數(shù)控液壓氣墊的大型多工位壓力機(jī)自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，代表了自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的最高水平。但是，由于造價(jià)、技術(shù)及應(yīng)用等諸多方面的因素，大型沖壓生產(chǎn)線多樣化組合的局面還將長(zhǎng)期存在。
1.2曲柄壓力機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn)
隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機(jī)的品種和數(shù)量越來(lái)越多，質(zhì)量要求越來(lái)越高，壓力越來(lái)越大，它在機(jī)械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中的作用越來(lái)越顯著。我國(guó)在解放以前，曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)非常落后，只能制造一些手動(dòng)沖床，解放以后，才有了飛速的發(fā)展，到目前為止，我們已經(jīng)可以制造萬(wàn)噸級(jí)以上的熱模鍛壓力機(jī)以及其他各種型號(hào)的壓力機(jī)，利用其可以提高生產(chǎn)效率，大大改善勞動(dòng)條件，比如，在日用品生產(chǎn)中，如果不采用高速?zèng)_壓自動(dòng)機(jī)，那么產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國(guó)際市場(chǎng)上將失去競(jìng)爭(zhēng)能力，因此大量制造和使用曲柄壓力機(jī)，已經(jīng)成為工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展方向之一。我國(guó)與工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家比較，曲柄壓力機(jī)制造業(yè)還很落后，主要表現(xiàn)在質(zhì)量不高、數(shù)量不足、品種不全等幾個(gè)方面，特別是缺乏大型高效的設(shè)備。因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以縮小與工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的差距。
開(kāi)式壓力機(jī)因?yàn)榫哂虚_(kāi)式機(jī)身，與閉式壓力機(jī)相比有其突出的優(yōu)點(diǎn)，工作臺(tái)在三個(gè)方向是敞開(kāi)的，裝、模具和操作都比較方便，同時(shí)為機(jī)械化和自動(dòng)化提供了良好的條件。但是，開(kāi)式壓力機(jī)也有其缺點(diǎn)，由于機(jī)身呈C型，工作是變形較大，剛性較差，這不但會(huì)降低制品精度，而且由于機(jī)身有角變形會(huì)使上模軸心線與工作臺(tái)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(kāi)式曲柄壓力機(jī)使用上最方便，因而被廣泛采用。它是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)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(yīng)用于國(guó)防、航空、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、軸承、儀表、農(nóng)機(jī)、農(nóng)具、自行車、縫紉機(jī)、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。在中、小型壓力機(jī)中，開(kāi)式壓力機(jī)得到了廣泛的發(fā)展，目前在我國(guó)機(jī)器制造業(yè)中，開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的年產(chǎn)量約占整個(gè)鍛壓機(jī)械年產(chǎn)量的49.5%，而在通用曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)中約占95%。
1.3曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)
圖1-1 JH23-40開(kāi)式壓力機(jī)
曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)，決定了它的工藝性能和應(yīng)用范圍，同時(shí)也是設(shè)計(jì)壓力機(jī)的重要依據(jù)。
1. 公稱壓力 公稱壓力是壓力機(jī)的主參數(shù)，是指滑塊離下死點(diǎn)前某一特定距離或
曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)前某一特定角度時(shí)，滑塊上所容許承受的最大作用力。F=400kN
2. 滑塊行程 滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)過(guò)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，它的大小隨工藝用途和公稱壓力的不同而不同。S=90mm
3. 滑塊行程次數(shù) 它是指滑塊每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，然后再回到上死點(diǎn)所往
復(fù)的次數(shù)，滑塊行程次數(shù)的高低反映了壓力機(jī)沖壓的生產(chǎn)效率。n=80次/分
4．壓力機(jī)裝模高度和封閉高度 莊某高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工
作墊板上表面的距離。當(dāng)裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最上位置時(shí)，裝模高度達(dá)最大值，稱為最大裝模高度。上下模具的閉合高度應(yīng)小于壓力機(jī)的最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的距離，稱為裝模高度調(diào)節(jié)量。所謂封閉高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作臺(tái)上表面的距離。它和裝模高度之差恰是墊板的厚度。
JH23-40壓力機(jī)的最大封閉高度為300mm；封閉高度調(diào)節(jié)量為80mm。
5．壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸及滑塊底面尺寸：壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸A×B及滑塊底面尺寸J×K是與模座平面尺寸有關(guān)的工藝尺寸，它反映了壓力機(jī)工作臺(tái)面與滑塊底面的長(zhǎng)度和寬度尺寸，表示壓力機(jī)允許安裝模具的水平尺寸大小。
JH23-40壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸：左右為630mm（A×B），前后為420mm；
JH23-40壓力機(jī)的滑塊底面尺寸：左右為300mm（J×K），前后為230mm。
6. 喉口深度C：滑塊中心線至床身的距離叫做喉口深度。喉口深度和工作臺(tái)墊板面積是關(guān)系到模具的最大平面尺寸的重要參數(shù)。
JH23-40壓力機(jī)的喉口深度為220mm。
7. 工作臺(tái)孔尺寸：工作臺(tái)孔用于落料或安裝氣墊裝置。
JH23-40壓力機(jī)的工作臺(tái)孔尺寸：前后為150mm，左右為300mm，直徑為200mm。
8．模柄孔尺寸：中小型壓力機(jī)的滑塊底面都設(shè)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(dāng)模具用模柄與滑塊相連時(shí)，滑塊模柄孔的直徑和深度應(yīng)與模具模柄尺寸相協(xié)調(diào)。中小型壓力機(jī)模柄孔的形狀有圓柱形和方柱形。
JH23-40壓力機(jī)的模柄孔尺寸：直徑為50mm，深度為70mm。
9、立柱間距離：立柱間距離是指雙柱式壓力機(jī)兩個(gè)立柱內(nèi)側(cè)表面的距離。對(duì)于開(kāi)式壓力機(jī)，立柱間距離尺寸直接影響由前向后送料時(shí)條料的寬度，以及沖壓接料機(jī)構(gòu)的尺寸和安裝位置。
JH23-40壓力機(jī)的立柱間距離為300mm。
10．傾斜角θ：傾斜角是指可傾式壓力機(jī)工作臺(tái)面的傾斜角度，也就是機(jī)身后傾的角度。利用這個(gè)傾斜角使沖壓后的工件（或廢料）能借其自重或其他因素通過(guò)兩立柱中間向壓力機(jī)后方排除。
JH23-40壓力機(jī)機(jī)身最大可傾角為30°。
公稱壓力
400kN
滑塊行程
90mm
滑塊行程次數(shù)
80次/分
最大封閉高度
300mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
80mm
工作臺(tái)尺寸
（630×420）mm
滑塊底面尺寸
（300×230）mm
喉口深度C
220mm
工作臺(tái)孔尺寸
（150×300×200）mm
模柄孔尺寸
（50×70）mm
立柱間距離
300mm
傾斜角θ
30°
表1-1 技術(shù)參數(shù)
1.4曲柄壓力機(jī)的工作原理
如圖1-2所示是曲柄壓力機(jī)的工作原理圖。其工作原理如下：電動(dòng)機(jī)1通過(guò)三角皮帶將運(yùn)動(dòng)傳給大皮帶輪3，再經(jīng)過(guò)齒輪4、5把運(yùn)動(dòng)傳給曲柄7，通過(guò)連桿9轉(zhuǎn)換為滑塊10的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此，就將齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。上模裝在滑塊10上，下模裝在工作臺(tái)14上。當(dāng)材料放在上、下模之間時(shí)，即能進(jìn)行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝操作的需要，滑塊時(shí)而運(yùn)動(dòng)，時(shí)而停止，因此裝有離合器6和制動(dòng)器8。壓力機(jī)在整個(gè)工作周期內(nèi)進(jìn)行工藝操作的時(shí)間很短，即有負(fù)荷的工作時(shí)間很短，大部分時(shí)間為無(wú)負(fù)荷的空程。為了使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，有效地利用能量，因而裝有飛輪，大皮帶輪3即起飛輪作用。
圖1-2 曲柄壓力機(jī)的工作原理圖
1-電動(dòng)機(jī)；2-小帶輪；3-大皮帶輪；4-小齒輪；5-大齒輪；6-離合器；7-曲柄；8-制動(dòng)器；9-連桿；10-滑塊；11-上模；12-下模；13-墊板；14-工作臺(tái)；15-導(dǎo)軌；16-機(jī)身
1.5曲柄壓力機(jī)的反求設(shè)計(jì)與改型
1.5.1反求設(shè)計(jì)
反求設(shè)計(jì)是對(duì)已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，掌握其功能原理、零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、關(guān)鍵技術(shù)等指標(biāo)，再根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，對(duì)原產(chǎn)品進(jìn)行仿造設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)或創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程，稱為反求設(shè)計(jì)。反求設(shè)計(jì)已成為世界各國(guó)發(fā)展科學(xué)技術(shù)、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的重要設(shè)計(jì)方法之一。
反求設(shè)計(jì)一般有3種形式
1、仿造設(shè)計(jì) 完全按照引進(jìn)的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造的產(chǎn)品與引入產(chǎn)品相同。一些技術(shù)力量和經(jīng)濟(jì)力量比較薄弱的廠家、且引進(jìn)的產(chǎn)品相對(duì)先進(jìn)時(shí)，常采用仿造設(shè)計(jì)的方法。
2、改進(jìn)設(shè)計(jì) 在對(duì)原產(chǎn)品分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行局部的改造性設(shè)計(jì)，其性能與特征基本上同原產(chǎn)品，但局部性能有所改善。我國(guó)的大部分廠家都采取了這種反求設(shè)計(jì)。
3、創(chuàng)新設(shè)計(jì) 以原產(chǎn)品為基礎(chǔ)，充分運(yùn)用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新技法，設(shè)計(jì)、制造出優(yōu)于原產(chǎn)品的新產(chǎn)品。反求工程中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我國(guó)及其他發(fā)展中國(guó)家目前大力提倡的方法。
在已知機(jī)械設(shè)備的反求設(shè)計(jì)中，因存在具體的機(jī)械實(shí)物，故又稱實(shí)物反求設(shè)計(jì)，也有人稱硬件反求設(shè)計(jì)。硬件反求設(shè)計(jì)是常用的設(shè)計(jì)方法。
機(jī)械設(shè)備的反求設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)：
1、具有形象直觀的實(shí)物，有利于形象思維。
2、可對(duì)產(chǎn)品或設(shè)備的性能直接進(jìn)行測(cè)試與分析，能獲得詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料。
3、可對(duì)產(chǎn)品或設(shè)備的零件尺寸、結(jié)構(gòu)、材料等直接進(jìn)行測(cè)量與分析，能夠獲得非常重要的尺寸設(shè)計(jì)資料。
4、反求目的是仿制時(shí)，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)起點(diǎn)與速度。
5、仿制產(chǎn)品與引進(jìn)產(chǎn)品有可比性，有利于提高仿制產(chǎn)品的質(zhì)量。
6、在仿制的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)或創(chuàng)新，為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品提供了有利條件。
機(jī)械設(shè)備反求設(shè)計(jì)的一般過(guò)程：
機(jī)械零件的反求設(shè)計(jì)是部件反求的組成部分，而部件反求設(shè)計(jì)的內(nèi)容又是整機(jī)反求設(shè)計(jì)中的內(nèi)容。因此，設(shè)備的反求設(shè)計(jì)過(guò)程具有一般性。其反求設(shè)計(jì)的一般過(guò)程流程如圖1-2所示。
圖1-2 機(jī)械設(shè)備反求設(shè)計(jì)過(guò)程的流程圖
本次設(shè)計(jì)是針對(duì)現(xiàn)有的某公司的JH23-40型400kN開(kāi)式曲柄壓力機(jī)來(lái)反求分析確定有關(guān)工藝和結(jié)構(gòu)參數(shù)，載荷和工況選定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。
1.5.2開(kāi)式壓力機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
開(kāi)式壓力機(jī)與板料開(kāi)卷校平線、上下料機(jī)械手組成的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，使沖壓件的生產(chǎn)效率、質(zhì)量大大提高。作為生產(chǎn)線中的主機(jī)的開(kāi)式機(jī)械壓力機(jī)，必須保證無(wú)故障發(fā)生，否則將會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。
開(kāi)式壓力機(jī)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展變化，其結(jié)構(gòu)性能已日趨成熟。為適應(yīng)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的需要，仍有許多問(wèn)題有待于科技人員攻關(guān)解決?，F(xiàn)介紹一下開(kāi)式壓力機(jī)制動(dòng)角超差、機(jī)身剛度、整機(jī)精度等問(wèn)題。
1、制動(dòng)角問(wèn)題的改進(jìn)
從發(fā)出“制動(dòng)”信號(hào)開(kāi)始到滑塊完全停止，曲軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為制動(dòng)角。制動(dòng)器的制動(dòng)角是考核壓力機(jī)性能的主要指標(biāo)。一般情況下，制動(dòng)器制動(dòng)扭矩的大小及排氣快慢是影響制動(dòng)角的主要因素。因此，要解決制動(dòng)器制動(dòng)角超差問(wèn)題，就要從這兩方面入手。原先將摩擦片鉚裝在制動(dòng)器的摩擦圓盤上，經(jīng)使用發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器的制動(dòng)角一直居高不下。后將鉚裝結(jié)構(gòu)改為粘貼結(jié)構(gòu)并對(duì)摩擦片表面進(jìn)行加工，使其平整，從而解決了因結(jié)構(gòu)不合理而造成的制動(dòng)角超差問(wèn)題。
2、機(jī)身剛度的改進(jìn)
現(xiàn)在的較大型開(kāi)式單、雙點(diǎn)壓力機(jī)機(jī)身多為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，剛度較高。并將空氣管路中的儲(chǔ)氣筒直接焊在機(jī)身左右內(nèi)壁之間，即起到了筋板的作用，增加了剛度，又使結(jié)構(gòu)美觀大方。在工作臺(tái)與機(jī)身的交界處，設(shè)計(jì)為非直角連接（圖1-3）。經(jīng)采用有限元法分析，這種結(jié)構(gòu)雖然強(qiáng)度有所降低，但剛度較好，機(jī)身不會(huì)產(chǎn)生斷裂和變形。
圖1-3 改進(jìn)前后機(jī)身結(jié)構(gòu)對(duì)比圖
3、壓力機(jī)精度的改善
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，對(duì)開(kāi)式壓力機(jī)的曲軸定位方式進(jìn)行了改進(jìn)，原先是用銅套上的軸肩進(jìn)行軸向定位，后來(lái)在曲軸前端用4只螺釘固定一個(gè)擋板來(lái)定位。如圖1-4所示。
圖1-4 改進(jìn)前后曲軸定位方式對(duì)比圖
圖中A為擋板，裝配時(shí)，在A與曲軸前端之間墊薄銅片，用以調(diào)整軸向間隙。與原來(lái)的定位方式相比，該方式滑塊在軸向不竄動(dòng)。使壓力機(jī)精度得以改善，且安裝、維修方便，成本降低。
4、壓力機(jī)外觀的改進(jìn)
以前壓力機(jī)的空氣管路多用硬管連接，管路在機(jī)身內(nèi)壁繞來(lái)繞去錯(cuò)綜復(fù)雜，很是雜亂?，F(xiàn)在改用軟管連接，所有軟管集中在一起，用一個(gè)罩子罩住，使機(jī)身內(nèi)壁顯得干凈簡(jiǎn)潔。另外，機(jī)身外面的一些覆蓋件如罩子、蓋板等，現(xiàn)在大多改為玻璃鋼材料，使壓力機(jī)顯得美觀，同時(shí)又降低了噪聲，減輕了壓力機(jī)的重量，且維修方便，成本降低。
5、壓力機(jī)誤發(fā)信號(hào)的改進(jìn)
壓力機(jī)在沖壓工作過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，導(dǎo)致空氣管路中的壓力繼電器誤發(fā)信號(hào)，這給生產(chǎn)帶來(lái)了很大的危險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和比較，最終選用了一種減振效果好、外形美觀的減振螺栓。用減振螺栓把壓力繼電器與安裝板固定在一起，然后再用減振螺栓把安裝板固定在機(jī)身上，減振螺栓上的減震墊起緩沖作用，這樣壓力繼電器就不再誤發(fā)信號(hào)了。
2 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪設(shè)計(jì)
2.1壓力機(jī)電力拖動(dòng)特點(diǎn)
壓力機(jī)工作過(guò)程中，作用在滑塊上的負(fù)荷是劇增和劇減的周期交替變化著，并且有很短的高峰負(fù)載時(shí)間和較長(zhǎng)的空載時(shí)間，若依此短暫的工作時(shí)間來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的功率，則其功率將會(huì)很大。
為了減小電動(dòng)機(jī)的功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了飛輪。當(dāng)滑塊不動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，使其儲(chǔ)備能量，而在沖壓工作的瞬時(shí)，主要靠飛輪釋放能量。工件沖壓完畢后負(fù)載減小，于是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，使其在沖壓下一個(gè)工件前恢復(fù)到原來(lái)的角速度。這樣沖壓工件所需的能量，不是直接由電動(dòng)機(jī)供給，而是主要由飛輪供給，所以電動(dòng)機(jī)所需的功率便可大大減小。
由于電動(dòng)機(jī)的功率小于壓力機(jī)工作行程的瞬時(shí)功率，所以在壓力機(jī)進(jìn)入工作行程時(shí)，工作機(jī)構(gòu)受到很大的阻力，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大，轉(zhuǎn)差率隨之增大。一旦電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)差率大于電動(dòng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)差率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩反而下降，甚至迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電動(dòng)機(jī)顛覆。另一方面，電動(dòng)機(jī)在超載條件下會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱。給電動(dòng)機(jī)配置一個(gè)飛輪，相當(dāng)于增大了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在曲柄壓力機(jī)傳到中，飛輪的慣性拖動(dòng)的扭矩占總扭矩的85%以上，故沒(méi)有飛輪電動(dòng)機(jī)就不能正常工作。
飛輪是儲(chǔ)存能量的，它的尺寸、質(zhì)量和轉(zhuǎn)速對(duì)能量有很大的影響。飛輪材料采用鑄鐵或鑄鋼。由于飛輪轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)使飛輪破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉(zhuǎn)速應(yīng)小于或等于25m/s，最高不超過(guò)30m/s；鑄鋼飛輪圓周轉(zhuǎn)速小于或等于40m/s，最高不超過(guò)50m/s。
另外，使用飛輪時(shí)還應(yīng)注意兩點(diǎn)：在下一個(gè)周期工作開(kāi)始之前，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能使飛輪恢復(fù)到應(yīng)有的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪起動(dòng)的時(shí)間不得超過(guò)20s。否則，如果時(shí)間太長(zhǎng)，由于電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大，線圈過(guò)熱將加速絕緣老化，縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，甚至?xí)痣妱?dòng)機(jī)的燒毀或跳閘。
2.2電動(dòng)機(jī)的選擇
2.2.1選擇電動(dòng)機(jī)的類型
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱異步電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、運(yùn)行方便、可靠、容易控制與維護(hù)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此在工作中的到廣泛的應(yīng)用。目前，開(kāi)式曲柄壓力機(jī)常用三相鼠籠轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。
JH23-40的傳動(dòng)系統(tǒng)由皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸和軸承等組成。JH23-40傳動(dòng)示意圖如圖2-1所示。
圖2-1 傳動(dòng)示意圖
此傳動(dòng)系統(tǒng)采用上傳動(dòng)，JH23-40總傳動(dòng)比為：
采用剛性離合器，離合器將放在曲軸上。
2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的功率
工作機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)輸出功率為：
（2-1）
（2-2）
所以 （2-3）
由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間的總效率（包括工作機(jī)效率）為
（2-4）
式中、、、分別是聯(lián)軸器、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、滑動(dòng)軸承的效率。取=0.97、=0.96、=0.95、=0.97，則
所以
為了減小電動(dòng)機(jī)的功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了飛輪。在曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)中，飛輪的慣性拖動(dòng)的扭矩占總扭矩的85%以上，所以所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率為
133.3kW×15%=20kW
2.2.3確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
曲軸的工作轉(zhuǎn)速為80r/min
按推薦的合理傳動(dòng)比范圍，去V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，單級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則合理總傳動(dòng)比的范圍，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍
=（6~20）×80r/min=480r/min~1600r/min （2-5）
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)和壓力機(jī)的傳動(dòng)比，選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y180L—4，額定功率為22kw，滿載轉(zhuǎn)速為1470r/min。
2.2.4計(jì)算總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比 （2-6）
V帶的傳動(dòng)比，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比
2.2.5計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（1）各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸
Ⅱ軸
曲軸
（2）各軸的輸入功率
Ⅰ軸
Ⅱ軸
曲軸
（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩
計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩
（2-7）
Ⅰ軸
Ⅱ軸
曲軸
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表2-1如下：
軸名
參數(shù)
電動(dòng)機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
曲軸
轉(zhuǎn)速n（r/min）
1470
1470
400
80
輸入功率P/kW
20
19.4
18.07
16.65
輸入轉(zhuǎn)矩T/（Nm）
129.93
126.03
431.29
1987.17
傳動(dòng)比i
3.675
5
效率η
0.97
0.93
0.92
表2-1
2.3飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及尺寸計(jì)算
2.3.1壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量
（2-8）
式中——工件變形功。
——?dú)鈮|工作功，即壓邊時(shí)所需的功。
——工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量。
——工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。
——壓力機(jī)構(gòu)向上、向下空行程所消耗的能量。
——單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量。
——單次行程離合器接合所消耗的能量。
——中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)所消耗的能量。
下面分別敘述各項(xiàng)能量的計(jì)算。
1、 工作變形功
對(duì)不同的沖壓工藝，在工作行程內(nèi)工件變形力是變化的。
=0.315 （2-9）
式中——壓力機(jī)公稱壓力,KN ——板料厚度,
經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)慢速壓力機(jī)=
所以
2、 拉延墊工作功
無(wú)氣墊壓緊裝置，所以=0。
3、工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得摩擦所消耗的能量
實(shí)際機(jī)器的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副之間，存在著摩擦。電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為克服摩擦消耗能量。在工作行程時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦所消耗的能量，建議按下式計(jì)算：
（2-10）
式中，——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦當(dāng)量力臂（mm），
——壓力機(jī)公稱壓力（）。
——公稱壓力角（°），；
所以
4、工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量
完成工序時(shí)，壓力機(jī)受力系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形是封閉高度增加，受力零件儲(chǔ)藏變形位能對(duì)于沖裁工序?qū)⒁鹉芰繐p耗，損耗的多少與壓力機(jī)剛度、被沖裁的零件材料性質(zhì)等有關(guān)。從偏于安全出發(fā)損耗的能量可按下式計(jì)算：
（2-11）
式中——壓力機(jī)總的垂直剛度（）。()
——壓力機(jī)垂直剛度,對(duì)于開(kāi)式壓力機(jī)。
所以
5、壓力機(jī)構(gòu)向上、向下空行程所消耗的能量
壓力機(jī)空行程中能量消耗與壓力機(jī)零件結(jié)構(gòu)尺寸、表面加工質(zhì)量、潤(rùn)滑情況、皮帶拉緊程度、制動(dòng)器調(diào)整情況等有關(guān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)。通用壓力機(jī)連續(xù)行程所消耗的平均功率約為壓力機(jī)額定功率的。
當(dāng)壓力機(jī)的公稱壓力為400kN時(shí)，推薦的空行程消耗能量為500J。
6、 單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量
根據(jù)試驗(yàn)，壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)所消耗的功率約為壓力機(jī)額定功率的,剛性離合器一般安置在曲軸上，且常用滑動(dòng)軸承。所以，對(duì)于具有剛性離合器的開(kāi)式曲柄壓力機(jī)，此值偏高。
飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量 （2-12）
——飛輪空轉(zhuǎn)消耗的功率。按推經(jīng)驗(yàn)薦取值為0.5。
n——壓力機(jī)行程次數(shù)?！谐汤孟禂?shù)，。
所以
壓力機(jī)行程次數(shù)
<15
20～40
40～70
70～100
200～500
行程利用系數(shù)
0.7～0.85
0.5～0.65
0.45～0.55
0.35～0.45
0.2～0.4
表2-2 行程利用系數(shù)
7、 單次行程離合器接合所消耗的能量
離合器為剛性離合器，不消耗能量。
8、中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)所消耗的能量
在傳遞能量時(shí)，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(jì)算：
（2-13）
式中 ——考慮到齒輪傳動(dòng)的效率。，其中：—齒輪嚙合效率；—對(duì)軸承傳動(dòng)的效率。
——考慮到皮帶傳動(dòng)的效率。，其中：—皮帶效率；—對(duì)軸承傳動(dòng)的效率。
該設(shè)計(jì)壓力機(jī)沒(méi)有拉伸墊裝置，具有剛性離合器的通用開(kāi)式曲柄壓力機(jī)。
按單次行程工作方式計(jì)算：
2.3.2飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
電動(dòng)機(jī)選定后，設(shè)計(jì)飛輪。這時(shí)有兩個(gè)假設(shè)：
1、 工作行程時(shí)所需能量全部由飛輪供應(yīng)。
2、工序結(jié)束時(shí)，電機(jī)軸負(fù)載扭矩達(dá)到最大值，但不大于電機(jī)最大允許轉(zhuǎn)矩。
實(shí)際上，沖壓時(shí)電動(dòng)機(jī)放出一部分能量，所以飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)按下式計(jì)算：
（2-14）
式中 ——工作行程時(shí)所需能量
——電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度
——飛輪轉(zhuǎn)速相對(duì)波動(dòng)情況的轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)
（2-15）
其中 ——實(shí)際電機(jī)系數(shù)，；
——電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率，；
——電機(jī)軸到飛輪軸用三角皮帶傳動(dòng)時(shí)，三角皮帶的當(dāng)量滑動(dòng)系數(shù)，
為修正系數(shù)，
——公稱壓力角（°）；
——壓力機(jī)行程次數(shù)利用系數(shù)（%）
所以
2.3.3飛輪尺寸計(jì)算
根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)飛輪。曲柄壓力機(jī)上，一般飛輪形狀如圖2-2所示，圖中：
Ⅰ是輪緣部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為；Ⅱ是輪輻部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為；
Ⅲ是輪轂部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。
飛輪外徑由小皮帶輪和速比決定，由第三章已知，輪緣部分寬度。
飛輪本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中輪緣部分是主要的，要比、大得多。故在近似計(jì)算中只考慮更趨于安全。
而 （2-16）
所以
式中——金屬密度（kg/m2），對(duì)鑄鋼：
圖2-2 飛輪形狀
2.3.4飛輪輪緣線速度驗(yàn)算
飛輪是回轉(zhuǎn)體，為避免回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生壞裂，必須驗(yàn)算輪緣線速度：
< （2-17）
式中：——飛輪最大直徑；
——飛輪轉(zhuǎn)速；
——許用線速度，對(duì)鑄鋼飛輪。
2.3.5飛輪起動(dòng)時(shí)間核算
飛輪啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式為 （2-18）
==0.56s
式中 --飛輪轉(zhuǎn)速
--飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
--電動(dòng)機(jī)額定功率
t遠(yuǎn)小于20s ，可以直接起動(dòng)。
3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
3.1傳動(dòng)系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析
3.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)類型
開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸和軸承等組成。
按傳動(dòng)級(jí)數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)可分為一級(jí)傳動(dòng)、二級(jí)傳動(dòng)、三級(jí)傳動(dòng)和四級(jí)傳動(dòng)。四級(jí)傳動(dòng)很少采用。
按曲軸的布置形式，傳動(dòng)系統(tǒng)又可以分為垂直于壓力機(jī)正面布置和平行于壓力機(jī)正面布置。
3.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式
曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置，應(yīng)使機(jī)器便于制造、安裝和維修，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。
開(kāi)式曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)布置主要包括以下四方面：
1、傳動(dòng)系統(tǒng)的位置 開(kāi)式曲柄壓力機(jī)大多采用上傳動(dòng)，很少采用下傳動(dòng)。
上傳動(dòng)壓力機(jī)與下傳動(dòng)壓力機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)是：
（1） 重量較輕，成本低。
（2） 安裝和維修較方便。
（3） 地基較簡(jiǎn)單。
上傳動(dòng)的缺點(diǎn)是壓力機(jī)地面高度較大，運(yùn)行不夠平穩(wěn)?，F(xiàn)在通用壓力機(jī)多數(shù)為上傳動(dòng)。
2、曲軸的布置方式 曲軸分為橫放和縱放兩種布置方式。
采用曲拐軸的開(kāi)式曲柄壓力機(jī)，曲拐軸是縱放的，傳動(dòng)零件如飛輪、齒輪等置于壓力機(jī)背面。
采用曲軸時(shí)，曲軸橫放的形式應(yīng)用很普遍。這種形式的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)零件分置于壓力機(jī)兩側(cè)，制造、安裝和維修都比較方便。近年來(lái)，曲軸縱放的形式得到應(yīng)用。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，曲軸可以縮短，剛度有所提高，全部傳動(dòng)零件封閉在機(jī)身內(nèi)部，潤(rùn)滑良好，外形美觀。但制造、維修不及前者方便。
3、 最后一級(jí)齒輪傳動(dòng)的形式 最后一級(jí)齒輪傳動(dòng)可采用單邊驅(qū)動(dòng)或雙邊驅(qū)動(dòng)。單邊驅(qū)動(dòng)制造和安裝都較方便，但齒輪模數(shù)和外形尺寸較大。雙邊驅(qū)動(dòng)可以縮小齒輪的尺寸，但制造和安裝較困難。
4、 齒輪的開(kāi)式安放和閉式安放 齒輪有安放于機(jī)身之外和機(jī)身之內(nèi)兩種情況，齒輪放于機(jī)身之外稱為開(kāi)式安放，齒輪放于機(jī)身之內(nèi)稱為閉式安放。閉式安放的齒輪工作條件較好，外形較美觀；如果齒輪安放在油池之內(nèi)，則可大大降低齒輪傳動(dòng)的噪音，但安裝的維修不方便。大型壓力機(jī)多采用閉式安放。開(kāi)式安放的齒輪工作條件惡劣，傳動(dòng)噪音大，污染環(huán)境。
3.1.3離合器和制動(dòng)器的位置
通用壓力機(jī)的離合器有剛性離合器和摩擦離合器兩種。
對(duì)于單級(jí)傳動(dòng)的壓力機(jī)，由于剛性離合器不宜在高速下工作，所以離合器和制動(dòng)器只能安置在曲軸上。
摩擦離合器與飛輪通常安裝在同一傳動(dòng)軸上，制動(dòng)器的位置和離合器同軸。對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)的壓力機(jī)，摩擦離合器可以安裝在低速軸上，也可以安裝在高速軸上。摩擦離合器安裝在低速軸上，接合時(shí)消耗的摩擦能量小，離合器磨損小。但是低速軸的扭矩大，要增大離合器的尺寸。另外，由于通用壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)大多封閉在機(jī)身內(nèi)，不便于離合器的安裝和調(diào)整，也不便于散熱，所以摩擦離合器一般安裝在轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上。此時(shí)，由于所需傳遞扭矩小，壓力機(jī)結(jié)構(gòu)比較緊湊，但是主動(dòng)部分和從動(dòng)部分的初速度相差太大，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊大，摩擦損耗也較大。
3.1.4傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配
傳動(dòng)級(jí)數(shù)的選取主要與以下三方面有關(guān)：
1、 滑塊每分鐘行程次數(shù) 每分鐘行程次數(shù)高，總傳動(dòng)比小，傳動(dòng)級(jí)數(shù)少；每分鐘行程次數(shù)低，總傳動(dòng)比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)多。
2、 壓力機(jī)做工的能力 一級(jí)傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)，飛輪裝置在曲軸上，轉(zhuǎn)速與滑塊每分鐘行程次數(shù)相同，而飛輪結(jié)構(gòu)尺寸又不可能太大，飛輪所能釋放的能量因此受到限制。所以，在同樣公稱壓力下，一級(jí)傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)做工的能力，要比二級(jí)和二級(jí)以上傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)低。
3、 對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊性的要求 當(dāng)傳動(dòng)級(jí)數(shù)較少，每級(jí)傳動(dòng)比較大時(shí)，由于小皮帶輪和小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸不能過(guò)小，致使大皮帶輪和大齒輪外形龐大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，所以設(shè)計(jì)中，用增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)或采用雙邊齒輪傳動(dòng)的方法，來(lái)縮小傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。
各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)恰當(dāng)，使傳動(dòng)系統(tǒng)得到合理布置，不僅安裝維修方便，而且結(jié)構(gòu)緊湊美觀。一般，三角皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不超過(guò)6～8，齒輪傳動(dòng)比不超過(guò)7～9.分配傳動(dòng)比時(shí)，還應(yīng)使飛輪有適當(dāng)轉(zhuǎn)速。飛輪轉(zhuǎn)速過(guò)低，外形尺寸增大；過(guò)高，飛輪軸上的離合器和軸承工作條件惡化。開(kāi)式曲柄壓力機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速通常在240～470轉(zhuǎn)/分之間。
3.2三角皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
上述計(jì)算得出JH23-40型開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為22kW，轉(zhuǎn)速為1470轉(zhuǎn)/分，三角皮帶傳動(dòng)比為。
1、確定計(jì)算功率
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，查表5-8得工況系數(shù)=1.2
由得，其中
（3-1）
2、選擇V帶型號(hào)
開(kāi)式壓力機(jī)上常用的三角皮帶有0、A、B和C四種型號(hào)。
由，轉(zhuǎn)速和圖5-10，確定選用C型普通V帶。
3、確定帶的基準(zhǔn)直徑
（1）按設(shè)計(jì)要求，由表5-2查得，C型帶輪的最小直徑為200mm，再參看圖5-10及表5-6，選擇小帶輪。
（2）驗(yàn)算帶速
，在規(guī)定的5--20范圍內(nèi)，合理。
（3）計(jì)算從動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑
，取，
按帶輪的基準(zhǔn)直徑系列取。
實(shí)際傳動(dòng)比
傳動(dòng)比誤差相對(duì)值（一般允許誤差），所以
選大帶輪直徑可用。
4、確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
（3-2）
得，
取=1400mm
帶長(zhǎng) （3-3）
=，
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-4，選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為，
計(jì)算實(shí)際中心距α
（3-4）
5、驗(yàn)算小帶輪包角
（3-5）
=
經(jīng)驗(yàn)算小帶輪包角取值合理，滿足要求。
6、計(jì)算皮帶的繞行次數(shù)
7、計(jì)算V帶根數(shù)Z
（3-6）
式中：——單根V帶的基本額定功率，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-6，。
——時(shí)傳遞功率的增值，見(jiàn)表5-9，。
——按小帶輪包角查得包角系數(shù)。
——長(zhǎng)度系數(shù)，查表5-12得帶長(zhǎng)修正系數(shù)。
所以， 根，取根。
8、 確定帶的張緊力
單根帶的張緊力為
（3-7）
=
查表6-4得每米長(zhǎng)度質(zhì)量
9、確定帶對(duì)軸的壓力
（3-8）
10、確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
節(jié)寬 槽間距
基準(zhǔn)線上槽深 基準(zhǔn)線下槽深
最小輪緣厚度 外徑
帶輪寬。
3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算
由上述計(jì)算得出JH23-40開(kāi)式曲柄壓力機(jī)齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，輸入功率，每天工作8小時(shí)，壽命為10年。
3.3.1選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級(jí)和齒數(shù)
選擇小齒輪材料40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBS，，；大齒輪材料ZG35CrMo鑄鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度190~240HBS，，；精度8級(jí)。
3.3.2開(kāi)式齒輪按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（3-9）
Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速，即小齒輪轉(zhuǎn)矩。
為了提高開(kāi)式齒輪的耐磨性，要求有較大的模數(shù)，因而齒數(shù)應(yīng)少一些，一般取。
取齒數(shù)，傳動(dòng)比，
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-10，硬齒面齒輪，懸臂布置，取齒寬系數(shù)，由表6-7查得使用系數(shù)，由圖6-6（a）試讀取動(dòng)載系數(shù)，由圖6-8，按齒輪懸臂布置，取。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-8，齒面硬化，8級(jí)精度，，取。
（3-10）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-18查得，小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪的齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-19查得，小齒輪應(yīng)力修正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力修正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-12,6-20，查得，，代入，得，，。
，
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 （3-11）
查得齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力，
計(jì)算壽命系數(shù)
（3-12）
（3-13）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-25查取尺寸系數(shù)，,,,取彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-12，取
比較,
應(yīng)按大齒輪計(jì)算齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度。
（3-14）
取
（3-15）
分度圓直徑，
齒頂圓直徑，
齒根圓直徑，
按計(jì)算結(jié)果校核前面的假設(shè)
齒輪節(jié)圓速度 （3-16）
查得，與原值一致。
齒寬 （3-17）
小齒輪齒寬取70mm，大齒輪齒寬取65mm。
齒頂高 齒根高
齒高 齒距
齒圓 齒槽高
中心距
3.4轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)
3.4.1軸的概述
軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其功用主要是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因此大多數(shù)軸都要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。
1、軸的分類
按照承受彎、扭載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既受彎矩又受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，這類軸在機(jī)器中最為常見(jiàn)。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸，心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸和不轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸兩種。只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很小的軸稱為傳動(dòng)軸。
2、軸的材料
軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，又可通過(guò)熱處理提高耐磨性及疲勞強(qiáng)度，故應(yīng)用較為廣泛，其中最常見(jiàn)的是45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。為保證力學(xué)性能，一般應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。
合金鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，可以在傳遞大功率并要求減小尺寸與質(zhì)量和提高軸頸耐磨性時(shí)采用。
必須注意：在一般工作溫度（低于200°C）下，各種碳素鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，熱處理對(duì)它的影響也很小。因此，如選用合金鋼，只能提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，而對(duì)軸的剛度影響很小。
軸的毛坯可用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
形狀復(fù)雜的軸，也可采用鑄鋼、合金鑄鐵或球墨鑄鐵。經(jīng)過(guò)鑄造成型，可得到更合理的形狀。鑄鐵具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性、對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，但品質(zhì)不易控制，故可靠性不如鋼軸。
3.4.2JH23-40開(kāi)式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)
1、材料選擇
根據(jù)上述分析選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表2-6和表2-5得：許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，與軸材料有關(guān)的系數(shù)。
2、初步計(jì)算
由上述計(jì)算的轉(zhuǎn)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，輸入的功率，按許用切應(yīng)力計(jì)算，實(shí)心軸的遷移條件為
（3-18）
寫成設(shè)計(jì)公式為 （3-19）
式中：——切應(yīng)力，MPa；
T——軸所受的轉(zhuǎn)矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
P——軸傳遞的功率，kW；
d——軸的計(jì)算直徑，mm；
——許用切應(yīng)力，MPa；
C——與軸材料有關(guān)的系數(shù)。
代入上式得
考慮到軸的最小直徑有鍵的存在，而且為單鍵，所以d應(yīng)增大5%~7%，故取，圓整為50mm。
3、按彎矩聯(lián)合作用核算強(qiáng)度
齒輪的法向作用力為： （3-20）
其中切于分度圓的圓周力
分度圓壓力角，則
所以求得
皮帶作用力比齒輪作用力小得多，所以忽略不計(jì)。
根據(jù)和扭矩繪出轉(zhuǎn)軸的受力圖。
由于Ⅰ-Ⅰ截面的彎矩和扭矩最大，直徑又比較小，所以此截面最危險(xiǎn)。下面核算Ⅰ-Ⅰ截面的強(qiáng)度。
由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：
（3-21）
由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力為：
（3-22）
圖3-1 彎矩和扭矩
當(dāng)量彎曲應(yīng)力為：
（3-23）
軸的材料是45鋼（調(diào)質(zhì)），，因此，符合要求。
4、核算疲勞強(qiáng)度
由于Ⅱ-Ⅱ截面有臺(tái)階，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且直徑最小，彎矩又比較大，扭矩和其他截面相同，因此核算此截面