沖壓機【5張圖紙】【優(yōu)秀】【原創(chuàng)】,5張圖紙,優(yōu)秀,原創(chuàng),沖壓機,圖紙,優(yōu)良
摘 要
用于對坯料進行成型加工的鍛壓機械稱作沖孔機。機械沖孔機動作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用于沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。
本次設(shè)計題目是雙柱式傾斜沖孔機。傾斜式?jīng)_孔機由支承著床身和壓頭的底座支架，動力電源，壓頭，垂直于床身并作直線運動的機構(gòu)組成。傾斜式?jīng)_孔機的優(yōu)點是有利于廢料的排出。在設(shè)計過程中，通過對沖壓功率的分析，確定了飛輪和電動機功率。并且通過計算確定了各級傳動比和基本尺寸。通過計算確定了系統(tǒng)的最大功率，對帶輪和齒輪機構(gòu)進行了外形尺寸和參數(shù)的計算。同時也對曲柄滑塊機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)計算解決了曲軸和后軸的尺寸。
關(guān)鍵詞：沖孔機；功率；機構(gòu)
Abstract
The machine used for most cold-working operation is known as a press.It works steady and is widely used in many fields,such as forging and pressing.
This design topic is the inclinable press. It consists of a machine frame supporting a bed and a ram, a source of power, and a mechanism to cause the ram to move in line with and at right angles to the bed. In the design process, by means of analyzing the ramming power, the flywheel power and the electric motor power are determined; every level of transmission ratios and the construction size are also determined by computer program. Having determined the system maximum work rate with computer program, it has carried on the external dimensions and the parameter computation to the band pulley and the gear mechanism. Having carried on the intensity, the rigidity examination to the slide crank mechanism, the mechanism design, the main axle and the hind axle size and the localization has been determined as well.
Key words: Press; Power; Mechanism
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 設(shè)計的目的 1
1.2 設(shè)計的內(nèi)容 1
1.3 設(shè)計要求和注意事項 1
1.3.1 設(shè)計要求 1
1.3.2 注意事項 2
1.4 傳動方案的機構(gòu)選型原則 2
1.5 傳動裝置的方案論證 3
1.6 執(zhí)行機構(gòu)方案論證 4
第2章 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計計算及功率的確定 7
2.1 力、加速度及功率分析 7
2.2 電動機的選擇 9
第3章 傳動機構(gòu)的設(shè)計及計算 12
3.1 帶傳動設(shè)計及計算 12
3.1.1 確定設(shè)計功率Pca 12
3.1.2 選擇帶型 12
3.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2 12
3.2 帶輪的設(shè)計 15
3.2.1 小帶輪的設(shè)計 16
3.2.2 大帶輪的設(shè)計 17
3.3 齒輪的設(shè)計計算 18
3.3.1 齒輪的類型、精度等級、材料和齒數(shù) 18
3.3.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 19
3.3.3 按齒根彎曲疲勞強度的設(shè)計 21
3.3.4 幾何尺寸計算 23
3.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
3.4 軸的設(shè)計 25
3.4.1 后軸的設(shè)計 25
3.4.2 曲軸的設(shè)計 28
第4章 軸承、機座及導(dǎo)軌的設(shè)計 30
4.1 軸承的設(shè)計 30
4.1.1 滾動軸承的選擇及校核 30
4.1.2 曲軸兩端滑動軸承的設(shè)計 31
4.2 機座的設(shè)計 33
4.2.1 機座材料的選擇 33
4.2.2 機座設(shè)計的基本要求 33
4.2.3 肋的布置 33
4.2.4 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 33
4.2.5 導(dǎo)軌的功用、分類和應(yīng)滿足的要求 34
4.2.6 直線滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計 34
結(jié)論............................................................................... 36
致謝....................... 37
參考文獻 38
Content
Abstract I
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Design purpose 1
1.2 Design of the content 1
1.3 Design Requirements and Considerations 1
1.3.1 Design Requirements 1
1.3.2 Design Considerations 2
1.4 Transmission Scheme institutional principle of selection 2
1.5 Gear demonstration program 3
1.6 Implementing agencies demonstration program 4
Chapter 2 The implementation of the design calculations 7
2.1 The analysis of strength, acceleration and power 7
2.2 The choice of the motor 9
Chapter 3 Design and calculation of transmission 12
3.1 Belt drive design and calculation 12
3.1.1 Determine the design power Pca 12
3.1.2 Select the zone type 12
3.1.3 Determine the reference diameter of pulley dd1 and dd2 12
3.2 Pulley design 15
3.2.1 The design of small pulley 16
3.2.2 Pulley structure design and select the zone type 17
3.3 Design and calculations of the gear 18
3.3.1 The type, accuracy class, material and quantity of gear 18
3.3.2 Tooth contact fatigue design 19
3.3.3 Trace of design according tooth root bending strength 21
3.3.4 Geometric size dimensions 23
3.3.5 Gear structural design 23
3.4 Design of the shaft 25
3.4.1 Design of the behind axle 25
3.4.2 Design of the bent axle 28
Chapter 4 Bearings, frame and rail design 30
4.1 Bearing design 30
4.1.1 Select and check of rolling bearings 30
4.1.2 Crankshaft both ends of the sliding bearing design 31
4.2 Docking station design 33
4.2.1 Choice of base materials 33
4.2.2 Basic requirements of the engine base design 33
4.2.3 Rib layout 33
4.2.4 Connect of the structural design 33
4.2.5 Function, classification of rail shall meet requirements 34
4.2.6 The linear slide rail structure design 34
Conclusions 36
Acknowledgement 37
Reference 38
IV
第1章 緒論
1.1 設(shè)計的目的
在當(dāng)今世界，生產(chǎn)力水平的高低是評價一個國家發(fā)達程度的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展情況將直接影響生產(chǎn)力水平。隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，對生產(chǎn)力要求也在日新月異。如何適應(yīng)社會發(fā)展，如何提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)出高性能，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉的工業(yè)產(chǎn)品，已是擺在我們面前的嚴(yán)峻問題。怎么提高我國生產(chǎn)力水平和工業(yè)發(fā)展水平，是我們急待解決的問題。因此，我們進行畢業(yè)設(shè)計是十分有必要的，目的就是提高自身技術(shù)水平，為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。
1.2 設(shè)計的內(nèi)容
鍛壓在機械發(fā)展中占有十分重要的地位，是通過沖頭或模具對坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制品的成形加工的方法。本次設(shè)計的題目是雙柱式傾斜沖孔機，要求從各方向獨立思考，一般包括以下內(nèi)容：
(1) 方案分析與論證
(2) 執(zhí)行機構(gòu)計算及功率的確定
(3) 裝置的設(shè)計計算
(4) 軸承及其組合部件設(shè)計
(5) 箱體、潤滑及附件設(shè)計
(6) 設(shè)計說明書編寫
1.3 設(shè)計要求和注意事項
1.3.1 設(shè)計要求
畢業(yè)設(shè)計是整個大學(xué)學(xué)習(xí)的一個總結(jié)和練兵，理論聯(lián)系實際，為走上工作崗位打基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。因此，在設(shè)計過程必須做到：
(1) 綜合地考慮使用經(jīng)濟、工藝、安全性等方面的設(shè)計要求，確定合理的設(shè)計方案。
(2) 查閱相關(guān)資料，在認(rèn)真思考的基礎(chǔ)上提出自己的見解并要與指導(dǎo)教師討論。
(3) 通過分析比較吸取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。
(4) 認(rèn)真計算和制圖，有錯誤要認(rèn)真修改，力求設(shè)計圖紙和計算說明書的質(zhì)量達到或接近實際生產(chǎn)水平。
(5) 遵循學(xué)校的作息時間，按預(yù)定計劃按時完成任務(wù)。
1.3.2 注意事項
(1) 在設(shè)計開始前，應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計要求，閱讀參考資料，了解它們大體內(nèi)容，以便需要時查閱。
(2) 對設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)，設(shè)計小組應(yīng)進行討論對比，以明確優(yōu)劣正誤，取長補短，改進設(shè)計。
(3) 設(shè)計草圖完成后，應(yīng)交指導(dǎo)教師審查后再修改加深。
(4) 設(shè)計說明書應(yīng)按規(guī)定格式編寫，連同所繪圖紙交指導(dǎo)教師審查認(rèn)后方可呈交。
(5) 認(rèn)真做好準(zhǔn)備，進行設(shè)計答辯。
1.4 傳動方案的機構(gòu)選型原則
傳動方案的機構(gòu)選型需要滿足以下原則：
(1) 滿足需要原則——所設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)最大限度地滿足用戶要求。應(yīng)在調(diào)查分析和預(yù)測市場需要情況下的基礎(chǔ)上，確定是否應(yīng)該進行該種機械產(chǎn)品的設(shè)計。
(2) 經(jīng)濟合理原則——所設(shè)計的機械產(chǎn)品應(yīng)該機構(gòu)先進，功能好，成本低、使用維修方便，在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)用最低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)定功能，做到物美價廉。
(3) 可靠性原則——在規(guī)定使用條件和規(guī)定時間內(nèi)，產(chǎn)品能完成規(guī)定功能的可靠程度高，即運行中不出現(xiàn)故障。
(4) 最優(yōu)化設(shè)計——在給定的設(shè)計目標(biāo)下，用優(yōu)化設(shè)計方法，從若干可行方案中找到優(yōu)選方案。
(5) 標(biāo)準(zhǔn)化原則——所設(shè)計的機械產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，零部件應(yīng)能最大限度地與同類產(chǎn)品的零部件通用。
1.5 傳動裝置的方案論證
傳動裝置選擇要滿足以下原則：
(1) 小功率傳動應(yīng)在滿足工作性能的前提下選用較結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置，盡可能降低制造成本。
(2) 大功率傳動應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)和維修費用。
(3) 當(dāng)機構(gòu)要求變速時，若能與電動機調(diào)速比相適應(yīng)，可采用定傳動比裝置；當(dāng)要求變速范圍大，用電動機調(diào)速不能滿足要求時，應(yīng)采用變速比傳動。
(4) 當(dāng)載荷變化頻繁，且可出現(xiàn)過載時，應(yīng)考慮增加過載保護裝置。
(5) 傳動裝置的選用必須與制造技術(shù)水平相適應(yīng)，應(yīng)盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的傳動部件或元件。
當(dāng)采用由幾種傳動形式組成的多級傳動時，要充分考慮各種傳動形式的特點，合理的分配其傳動順序，選擇時，應(yīng)注意以下幾點：
(1) 帶傳動的承載能力小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，機構(gòu)尺寸較其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能吸振緩沖，因此益布置在低速級。
(2) 鏈傳動運動不均勻，有沖擊，不適應(yīng)與高速級，應(yīng)布置在低速級。
(3) 斜齒圓柱齒輪傳動的平穩(wěn)較直齒輪較好，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。
(4) 開式直齒圓柱齒輪傳動的工作環(huán)境一般較差，潤滑條件不好因磨損嚴(yán)重，壽命較短，應(yīng)布置在低速級。
(5) 圓錐齒輪傳動只用與需要改變軸的布置方向的場合，由于圓錐齒輪加工比較困難，所以應(yīng)將取布置在傳動的高速級，并限制傳動比，以減小其直徑和模數(shù)。
(6） 蝸桿傳動可以實現(xiàn)較大的傳動比，機構(gòu)緊湊傳動平穩(wěn)，但傳動效率較低，故適用于中小功率的高速傳動中。
綜上所述考慮各方面，選擇帶傳動和直齒圓柱齒輪進行兩個減速級傳動，并確定其傳動比分別為5.1和4.7。
1.6 執(zhí)行機構(gòu)方案論證
(1) 采用偏心曲柄滑塊機構(gòu)
采用偏心曲柄滑塊機構(gòu)的為常用形式，機構(gòu)簡單，制造方便，運用與低速重載場合，但其為偏心機構(gòu)，安裝和調(diào)試較難，且有急回作用，極位夾角不為0，設(shè)計較為復(fù)雜，功率變化大，故不益采用，其結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：
圖1-1 偏心曲柄滑塊
(2) 采用曲柄搖桿機構(gòu)
此機構(gòu)具有傳動準(zhǔn)確，效率高的優(yōu)點，當(dāng)以曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動變成搖桿的往復(fù)擺動，其應(yīng)用范圍較廣，但其機構(gòu)比較復(fù)雜，剪切力較小，不使用在噸位較大的場合，機構(gòu)簡圖如圖1-2所示：
(3) 采用對心曲柄滑塊機構(gòu)
曲柄滑塊機構(gòu)是執(zhí)行機構(gòu)的常用形式，其優(yōu)點是機構(gòu)緊湊，傳動簡單，該機構(gòu)是全低副機構(gòu)，適用于低速重載的場合。
由于 ，
式中 ——極位夾角
K——反正行程速比系數(shù)
圖1-2 曲柄搖桿機構(gòu)
曲柄為主動件，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時，滑塊相應(yīng)處于左右兩極限位
置，其最大行程H＝za，故改變曲柄長度可使滑塊獲得不同行程，曲柄等速轉(zhuǎn)動一周，滑塊往返一次，其往返的平均速度相等，其機構(gòu)簡圖如圖1-3所示：
圖1-3 對心曲柄滑塊機構(gòu)簡圖
曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用很廣，以滑塊為主動件用于動力機械，如內(nèi)燃機，蒸汽機等，以曲柄為主動件多用于工作機械，如沖床，柱塞泵，壓縮機等。傾斜式?jīng)_孔機通過曲柄滑塊機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運動，使得機械沖孔機動作平穩(wěn)，工作可靠。
綜上所述，在本設(shè)計中選用對心曲柄滑塊機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)，這樣能夠基本的達到設(shè)計的要求。
第2章 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計計算及功率的確定
2.1 力、加速度及功率分析
參數(shù)：公稱壓力40t，生產(chǎn)率為60次/min，沖材厚度6mm。因沖程為80mm，故初選曲柄長度為40mm，連桿長度為400mm，執(zhí)行機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖如圖2-1所示：
圖2-1 執(zhí)行機構(gòu)的速度分析
如圖所顯示： AB為曲柄，BC為連桿
列方程得 ABsin＝BE＝BCsin
ABcos+BCcos=AC
AC-AB+BC-6=400+40-6=434mm
40sin=400sin
40cos+400cos=434mm
AB2=BE2+ AE2
402=(400sin)2+(434-400×cos)2
1600=160000sin2+188356-347200cos+160000cos2
40 sin=400sin
=
由于生產(chǎn)率為60次/min，即曲柄的角速度60轉(zhuǎn)/min，所以，
速度分析： VB==6.28×40×10-3=0.25m/s
根據(jù)圖2-1所示的速度分析有：
VC= VB+ VCB
方向 √ √ √
大小 ? 0.25
圖2-2 速度矢量三角形
VBsin42.62＝VCsin67.38
考慮到?jīng)_頭所受力及沖壓過程的瞬時性，將沖頭過程定為幾個階段：彈性變形階段，屈服階段，強化階段，及局部變形階段。
通過以上的計算可知，沖頭在運動到剛剛與工件接觸時候，沖頭的過度為Vc＝0.1m/s。
由參考文獻[3]查得：
帶傳動效率為：=0.95
滑動軸承的效率為：=0.97，=0.99
開式齒輪傳動效率為：=0.92
圖2-3 沖頭沖壓過程簡圖
則經(jīng)過齒輪傳動及滑動軸承及滾動軸承其功率為：
2.2 電動機的選擇
由參考文獻[2]查得：
（2-1）式中： GA—— 輪緣的重量，kg
D —— 飛輪輪緣的平均自徑，m
D —— 輪緣高度，m
B —— 輪緣寬度，m
—— 材料單位體積重量，N/m3
初選R=0.4m,b=0.1m,D=0.48m,H=0.1m，
（2-2）
＝＝6.6kg·m2
由參考文獻[2]查得：
（2-3）
式中： △Wmax——最大盈虧功，J
Wn ——平均角速度，m/s
——速度不均勻系數(shù)
由參考文獻[2]表7-2查得：沖床、剪床的速度不均勻系數(shù)=～
由參考文獻[2]查得：
（2-4）
則取=0.13，設(shè)電機轉(zhuǎn)數(shù)為1440r/min
則 ×0.13=813J
計算沖壓過程所用時間
因為考慮到其他機構(gòu)的能量損失，故選電動機功率為5.5kW。
Y132S-4型電動機技術(shù)參數(shù)如表2-1所示：
表2-1 Y132S-4型電動機技術(shù)參數(shù)
項目
大小
單位
功率
5.5
kW
電流
85.5
A
轉(zhuǎn)速
1440
r/min
效率
85.5
％
功率因數(shù)
0.84
額定電流
7.0
A
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
2.2×105
N.mm
最大轉(zhuǎn)矩
2.2×105
N.mm
功率
5.5
kW
電流
85.5
A
轉(zhuǎn)速
1440
r/min
效率
85.5
％
功率因數(shù)
0.84
額定電流
7.0
A
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
2.2×105
N.mm
最大轉(zhuǎn)矩
2.2×105
N.mm
第3章 傳動機構(gòu)的設(shè)計及計算
3.1 帶傳動設(shè)計及計算
3.1.1 確定設(shè)計功率Pca
計算功率Pca是根據(jù)傳遞功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每次運行時間長短等因素的影響而確定的。
Pca=KAP （3-1）
式中: Pca——計算功率，kW
P——傳遞的額定功率（例如電動機的額定功率），kW
KA——工作情況系數(shù)
由參考文獻[3]表8-7查得: KA＝1.2
又由于P=5.5kW
Pca＝KAP＝1.2×5.5＝6.6kW
3.1.2 選擇帶型
根據(jù)計算功率Pca及小帶輪轉(zhuǎn)速n，由參考文獻[3]選定帶型，根據(jù)要求選普通V帶B型帶。
3.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2
1. 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1
根據(jù)v帶的帶型和參考文獻[3]表8-6和表8-8確定小帶輪的直徑，應(yīng)使
d≥(dd)min。由此得出dd1=140mm
2. 計算從動輪的基準(zhǔn)直徑dd2
dd2=idd2=5.1×140=714mm
參考文獻[3]表8-8，調(diào)整為dd1=140mm，dd2=710mm，
3. 按公式算帶速
由參考文獻[3]查得：
（3-2）
應(yīng)使，對于普通v帶=25~30m/s，若，則離心力過大，即應(yīng)減小dd1，如v過小，則表示所選dd1過小，這將使需的有效拉力Fe過大，即所需要的根數(shù)z過多，于是帶的寬度，軸徑及軸的尺寸及軸承的尺寸都要隨之增大。
因為l0.55<25~30m/s，所以帶速合適。
4. 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld
(1) 確定中心距a0
0.7(dd2+dd1)
1.5D=57mm
L=(1.5~2)D=57~76mm
取L=66mm
5.其它尺寸
da1=dd1+2ha =140+2×3.5=147mm
df1=dd1-2hf=140-2×10.8=118.4mm
D1=df1－2δ=118.4-2×7.5=95.4mm
C′=B=×100=(14.29~25)mm
取C′=20mm
3.2.2 大帶輪的設(shè)計
1. 材料的選擇
材料選擇HT200
2. 基準(zhǔn)直徑
初選軸的直徑D后＝70mm，且已知大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2＝710mm，
2.5 D后＝2.5×70＝175<710mm
且dd2>300mm，所以選用輪輻式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。
3. 帶輪槽尺寸同小帶輪
4. 確定輪緣及輪轂的尺寸
（1）帶輪寬： B=(z－1)e+2f=66mm
因為大帶輪具有儲能作用，
取B=110mm
（2）輪轂外徑： d2=(1.8～2)×70=126~140mm
取d2=130mm
（3）輪轂寬度： L=(1.5~2) D后=(105~140)mm
取l=110mm
圖3-3大帶輪
5.其它尺寸
da2＝dd2+2ha=710+2×3.5=717mm
df＝dd2-2h1=710-2×10.8=688.4mm （3-9）
D1＝Df－=688.4-2×7.5=673.4mm
C′=B=×100=(14.29~25)mm
取C′′=20mm
3.3 齒輪的設(shè)計計算
3.3.1 齒輪的類型、精度等級、材料和齒數(shù)
1. 齒輪類型
直齒圓柱齒輪
2. 精度等級
由于本機械為一般工作機，速度不高，故選用7級精度。
3. 材料選擇
由于齒輪的失效形式可知，設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)使齒輪面具有較高的抗磨損，抗點蝕，抗膠合性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力，所以對齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。則由參考文獻[3]表10-1選小齒輪材料為40Cr，硬度為260HBs；大齒輪45號鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBs。
4. 齒數(shù)的確定
由于開式齒輪的主要失效形式為輪齒的磨損失效，為了使輪齒不致過小，小齒輪不可選用過多齒數(shù)，且對于=的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪為使輪齒避免發(fā)生根切，應(yīng)取z118～40，故z1＝22。
則大齒輪的齒數(shù)為z2＝i×z1＝22×4.7=104。
3.3.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
由參考文獻[3]查得：
（3-10）
式中： ——載荷系數(shù)
——齒寬系數(shù)
——材料的彈性影響系數(shù)，MPa1/2
——齒數(shù)比
——接觸疲勞許用應(yīng)力，N
1. 確定公式中各計算數(shù)值
(1) 試選載荷系數(shù)Kt=1.3
(2) 計算小齒輪傳動的轉(zhuǎn)矩
=5.1×1440=282.4r/min
T1＝95.5×105×=95.5×105×=1.86×105N.mm
(3) 由參考文獻[3]表10-7查得，齒寬系數(shù)＝0.8
(4) 由參考文獻[3]表10-6查得，材料的彈性影響系數(shù)＝189.8MPa1/2
(5) 由參考文獻[3]圖10-21d查得，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞極限＝580MPa；大齒輪的接觸疲勞硬度極限＝550MPa。
(6) 由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（3-11）式中: ——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
小齒輪——齒輪轉(zhuǎn)速，r/min
j——齒輪每轉(zhuǎn)一圈時同一齒面嚙合的次數(shù)
——齒輪的工作壽命，h
假設(shè)j＝1工作壽命為15年（設(shè)每年工作300天）兩班制，每班8小時則：
Nl＝＝60×282.4×l×(2×8×300×15)=1.22×109
N2＝=1.22×109÷4.7=0.26×109
(7) 由參考文獻[3]圖10-19查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)
KHN1=0.90，KHN2=0.95
(8) 計算疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，
（3-12）
2. 計算
(1) 試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值，
=
44.32mm
(2) 計算圓周速度v0
(3) 計算齒寬b
(4) 計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
(5) 計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.655m/s,7級精度，由參考文獻[3]圖7-8查得，動載系數(shù)Kv=1.05
由參考文獻[3]表10-3查得，
由參考文獻[3]表10-2查得，使用系數(shù)KA
由參考文獻[3]表10-4查得,齒向載荷分布系數(shù)=1.26
由=7.8，=1.26查參考文獻[3]圖10-13得，=1.18，
故載荷系數(shù)
K= （3-13）
=1.5×1.05×1×1.26
=2.38
(6) 按實際的載荷系數(shù)的校正所算得的分度圓直徑
（3-14）
(7) 計算模數(shù)m
m= ==5.5mm
3.3.3 按齒根彎曲疲勞強度的設(shè)計
由參考文獻[3]查得，彎曲強度的設(shè)計公式為，
（3-15）
式中: ——彎曲疲勞許用應(yīng)力，N
——齒形系數(shù)
——應(yīng)力校正系數(shù)
1. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
(1) 由參考文獻[3]圖10—20c查得，小齒輪的彎曲疲勞強度極限=450MPa，大齒輪彎曲疲勞強度=380MPa
(2) 由圖10-8[3]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85，＝0.86
(3) 計算彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.2得
MPa
MPa
(4) 計算載荷系數(shù)
K=＝1.5×1.05×1×1.18＝2.04
(5) 查取齒形系數(shù)
由參考文獻[3]表10-5查得，
＝2.72, ＝2.18
(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考文獻[3]表10-5查得，
＝1.75, ＝1.79
(7) 計算大小齒輪的并加以比較
＝＝0.0134
＝＝0.0143
0.0134<0.0143
取大齒輪的極值大。
2. 設(shè)計計算
＝3.20mm
對比計算結(jié)果，由齒輪接觸面疲勞強度計算的m=5.5，大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)m=3.20mm，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得模數(shù)3.20并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4mm。
因為按接觸強度算得分度圓直徑d1＝122mm，
算出小齒輪齒數(shù)z1＝＝＝31
則大齒輪齒數(shù)z2＝iz1＝4.7×31＝146
這樣設(shè)計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊避免浪費。
3.3.4 幾何尺寸計算
(1) 分度圓直徑：
d1＝mz1＝4×31=124mm
d2＝mz2＝4×146＝584mm
(2) 中心距：
a=(dl+d2)/2=(124+584)/2=352mm
(3) 齒輪寬度：
b==0.8×124=100mm
取B2=100mm
3.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過齒輪傳動的強度計算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)，模數(shù)，齒寬，螺旋角，分度圓直徑等，而齒圈輪轂等結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計而定。
1. 機構(gòu)形式確定
齒輪的機構(gòu)設(shè)計與齒輪的集合尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及經(jīng)濟性等因素，通常是先按齒輪的直徑大小選定合適的結(jié)構(gòu)形式。
2. 高速齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計（小齒輪）
(1) 選擇結(jié)構(gòu)類型：
分度圓直徑： d1=mz1=4×31=124mm
齒頂高： ha=m=4mm
齒頂圓直徑： da1= d1+2ha=124+2×4=132mm
齒根高： hf =m(+)=4×1.25=5mm
由于 dal=132<160mm
所以選用實心機構(gòu)，結(jié)構(gòu)參照參考文獻[3]圖10-39
(2) 確定其它參數(shù)
壓力角：
齒距： p==3.14×4=12.56mm
基圓直徑：
基圓齒距：
齒厚： =6.28mm
齒槽寬：
頂隙：
節(jié)圓直徑：
由于初選后軸直徑d后=70mm，所以D4=70mm取L=80mm，
3. 對低速齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計（大齒輪）
(1) 選擇機構(gòu)類型
分度圓直徑： d2＝mz21=4×146＝584mm
齒頂圓直徑： da2= d2+2hf=584+2×4=592mm
齒根圓直徑： df2= d2-2hf =584-2×4=574mm
由da2=592mm>500mm，且da2<1000mm
所以采用輪輻式結(jié)構(gòu)的齒輪，結(jié)構(gòu)參照參考文獻[3]圖10-40
(2) 確定其它參數(shù)
基圓直徑 db2==584×=548.8mm
節(jié)圓直徑 =584mm
大齒輪的其它參數(shù)同小齒輪。
(3) 輪輻的設(shè)計
輪輻數(shù)取6，初選D4=90mm（注：此為設(shè)計直徑，實際安裝尺寸根據(jù)離合器的具體情況而定）。
D5=1.7D4=1.7×90=153mm
=(3~4)m=（18~24）mm 取=20mm
=(1~1.2)=（20~24）mm 取=22mm
H=0.8D4=0.8×90=72mm,H1 =0.8H=0.8×72=57.6mm
c=H/5=72/5=14.4mm，cl=H/6=72/6=12mm
R=0.5H=0.5×72=36mm
1.5D4=1.5×90=135mm
因為B=100mm，B63.1mm，符合要求，所以軸的直徑d后＝70mm。
(4) 由于給后軸所承受軸向載荷幾乎為零，且有一定的動載荷，為此采用深溝球軸承并在床身處鑄出L=160mm放球軸承的支座。
(5) 軸上零件的周向定位和軸向定位
軸的兩端分別安裝大帶輪和小齒輪，小齒輪采用鉤頭鍵聯(lián)結(jié)，既能保證軸向定位，同時對小齒輪的一個方向進行了軸向定位，大齒輪采用平鍵聯(lián)結(jié)，在大帶輪與左端軸承之間安裝套筒，在小齒輪與右端軸承之間安裝卡圈，這樣，大帶輪與小齒輪就被定位在軸上。
(6) 軸端倒角
根據(jù)參考文獻[3]表15-2，取軸端倒角為2×45°。
(7) 配合公差
齒輪和帶輪與軸配合優(yōu)選用基孔制過盈配合，其配合為，滾動軸承與軸配合優(yōu)先選用基孔制過渡配合，選取。
(8) 軸的結(jié)構(gòu)
通過以上分析，并通過機身寬度，軸上各零件的位置，并保證齒輪嚙合等綜合因素考慮，取L后＝1240mm，兩端開鍵槽，尺寸根據(jù)鍵的標(biāo)準(zhǔn)值來確定，之前已經(jīng)確定了后軸的直徑L后＝70mm。
軸的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：
圖3-4 后軸的基本結(jié)構(gòu)
3.4.2 曲軸的設(shè)計
1. 曲軸材料的選擇
曲軸的材料為45號鋼。
2. 曲軸的設(shè)計
(1) 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)參考文獻[3]表15-3查得，
A0＝120mm
（3-16）
=102mm
由參考文獻[11]初步確定d曲柄=130mm
(2) 曲軸的結(jié)構(gòu)
曲軸按生產(chǎn)形式可分為整體鍛造曲軸、移體鑄造曲軸和組合曲軸等形式。整體鑄造曲軸的加工性能好，金屬切削量少，成本低，并可以獲得較合理的結(jié)構(gòu)形狀，從而使應(yīng)力分布均勻，對提高曲軸的疲勞有顯著的效果。所以，本設(shè)計選用整體鑄造曲軸。
曲軸和后軸一樣，都只是承受徑向載荷，而軸向載荷幾乎為零，且由于載荷多，存在動載荷，因此采用滑動軸承形式，即對開式徑向滑動軸承，取其寬徑比為，則=1.08×110=118.8mm，取120mm，套筒的結(jié)構(gòu)形式也選擇滑動軸承的形式，取其寬徑比為=1.18，則=1.18×110=130mm，曲柄臂寬度為L=98mm，安裝在曲軸的離合器長度為L1=165mm，半徑R=100mm；鍵槽長度為L3=100mm
3. 曲軸的疲勞強度校核
(1) 計算彎曲應(yīng)力作用下的安全系數(shù)
（3-17）
式中: ——彎曲疲勞極限，MPa
——彎曲時曲軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)
——彎曲應(yīng)力幅度，MPa
——曲軸的尺寸系數(shù)
(2) 計算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下的安全系數(shù)
（3-18）
式中: ——剪切疲勞極限，MPa
——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅度，MPa
——扭轉(zhuǎn)時曲軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)
(3) 計算總的安全系數(shù)
式中: ——許用工作安全系數(shù)
，所以符合其疲勞強度。
第4章 軸承、機座及導(dǎo)軌的設(shè)計
4.1 軸承的設(shè)計
4.1.1 滾動軸承的選擇及校核
1. 求比值
確定采用深鉤球軸承，且
軸承徑向載荷：
軸承軸向載荷：
由參考文獻[3]表13-5，深鉤球軸承的e值為0.19，則
2. 初步計算當(dāng)量動載荷p
由參考文獻[3]查公式得：
（4-1）
式中: ——當(dāng)量動載荷，N
——載荷系數(shù)
X——徑向動載荷系數(shù)
Y——軸向動載荷系數(shù)
由參考文獻[3]表13-6查得，，取，
由參考文獻[3]表13-5查得，
X＝0.45，Y＝0
所以
3. 軸承的基本額定動載荷
計算軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值，
（4-2）
式中： ——軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值，N
H——轉(zhuǎn)速，r/min
——預(yù)期計算壽命，h
預(yù)使用壽命為2年，1年以300天計，2班制，1班8小時，
＝300×2×8×2＝9600h
4. 軸承的型號的選擇
取軸徑為75mm，查參考文獻[11]選擇滾動軸承型號為6315，
因為沒有軸向載荷，因此不必計算Y值及驗算動量動載荷
5. 驗算6315軸承的壽命
根據(jù)參考文獻[3]查得，
（4-3）
滿足預(yù)定要求。
4.1.2 曲軸兩端滑動軸承的設(shè)計
由于曲軸轉(zhuǎn)速低且有變載荷和沖擊，所以初步選定ZCuPb30，其部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：
軸瓦材料的許用應(yīng)力: [p]＝25MPa
許用滑動速度: [v]＝12m/s
軸承材料的pv許用值: [pv]＝30MPa
因為
所以得出徑向載荷為
因為，故以為標(biāo)準(zhǔn)
1. 驗算軸承的平均壓力p
由參考文獻[3]查得：
（4-4）
式中： B——軸承寬度，mm
——軸瓦材料的許用應(yīng)力，MPa，
由參考文獻[3]表12-2查得
因為
所以
故軸承的平均壓力符合要求。
2. 驗算軸承pv值
軸承的發(fā)熱量與其單位面上的摩擦力的功耗（f為摩擦系數(shù)），限制值就是限制軸承的溫升。
（4-5）
所以滿足要求。
3. 驗算滑動速度v
由參考文獻[3]查得：
（4-6）
所以滑動速度也符合要求。
4.2 機座的設(shè)計
機座和箱體等零件，在一臺機器的總質(zhì)量中占有很大的比例（例如在機床中約占總質(zhì)量的70％~80％），同時在很大程度上影響著機器的工作精度及抗振性能,還影響著機器的耐磨性等。所以正確選擇機座零件的材料和正確設(shè)計其機構(gòu)形式及尺寸是減小機器質(zhì)量，節(jié)約金屬材料，提高工作精度，增強剛度及耐磨性的重要途徑。
4.2.1 機座材料的選擇
由于固定式機器，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，剛度要求也較高，因而通常都為鑄造。本設(shè)計中采用球墨鑄鐵QT450，其沖擊韌性和疲勞強度比普通鑄鐵高，用于曲柄沖孔機機身。
4.2.2 機座設(shè)計的基本要求
設(shè)計基座時，應(yīng)滿足以下四個要求：
(1) 應(yīng)具有足夠的剛度
(2) 應(yīng)具有足夠的抗振性
(3) 應(yīng)具有較小的耐磨性
(4) 機構(gòu)工藝性等其他要求
4.2.3 肋的布置
一般地說，增加壁厚固然可以增大機座和箱體的強度和剛度，但不如加設(shè)肋板來得有利。因為加設(shè)肋板時，即可增大強度和剛度，又可以減小壁厚和質(zhì)量，對于鑄件，就可以減小鑄造缺陷。對于較長的結(jié)構(gòu)，特別是載荷在其上移動場合，應(yīng)防止局部突然變化。
4.2.4 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計
機座和箱體與地面應(yīng)保證起聯(lián)結(jié)剛度。影響聯(lián)接剛度的因素有：凸緣結(jié)構(gòu)、螺栓組形式、結(jié)合面型貌等。
4.2.5 導(dǎo)軌的功用、分類和應(yīng)滿足的要求
1. 導(dǎo)軌的功用
在機床、儀器、鍛壓設(shè)備等機械中使用的導(dǎo)軌，其功用是導(dǎo)向和承載，即保證運動部件按給定的運動要求和運動方向。在導(dǎo)軌副中，運動一方為動導(dǎo)軌，不動的一方支承導(dǎo)軌。
2. 導(dǎo)軌的分類
(1) 按導(dǎo)軌的運動形式可分為直線運動導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌。
(2) 按導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌和彈性導(dǎo)軌。
(3) 按導(dǎo)軌的受力機構(gòu)可分為開式導(dǎo)軌、閉式導(dǎo)軌。
4.2.6 直線滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 選擇導(dǎo)軌的材料
導(dǎo)軌的材料有鑄鐵，鋼，有色金屬和塑料，對導(dǎo)軌的材料的主要要求是：耐磨性好，工藝性好和成本低。鑄鐵的鑄造性能和加工性能好