JH31-315機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),jh31,機(jī)械,壓力機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì) 摘要 通過(guò)對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況的分析，確定了本課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。在確定了機(jī)械壓力機(jī)初步設(shè)計(jì)方案后，決定采用傳統(tǒng)理論方法對(duì)JH31-315機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、強(qiáng)度校核，采用AutoCAD設(shè)計(jì)軟件對(duì)大齒輪、小齒輪、偏心輪、連桿、總裝圖進(jìn)行了工程繪圖，同時(shí)還對(duì)JH31-315的主要零件進(jìn)行了繪圖。在參考了某公司生產(chǎn)的JH31-315機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及查閱了大量關(guān)于機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的書籍后，確定了機(jī)械壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，繪制了傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖，給出了傳動(dòng)系統(tǒng)的工作說(shuō)明書，并對(duì)其進(jìn)行了可行性分析，最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出結(jié)論整個(gè)設(shè)計(jì)切實(shí)可行。 關(guān)鍵詞 機(jī)械壓力機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；強(qiáng)度校核 Abstract Analysis of the compressive stress mechanism’s domestic and foreign research existing circumstance,determins this topic main design content.After I had determined the enginery compressive stress mechanism preliminary design plan,decided uses the traditional theory method to carry on the design,the computation,the intensity examination to the JH31-315 mechanical press transmission system,used AutoCAD design software to the gearwheel,pinion, eccenter,connecting rod,the final assembly drawing has carried on the project cartography, meanwhile has carried on the mapping to the master accessory.In has referred to JH31-315 mechanical press transmission system which some company produces as well as has consulted massively after the mechanical press transmission system design books,the definite mechanical press transmission system design proposal,has drawn up the system schematic diagram,has produced the transmission system working instructions,and has carried on the feasibility analysis to it,finally carries on the system analysis to the entire design,obtains the entire design to be practical and feasible. Keywords mechanical press transmission system intensity check II 目 錄 1 緒論 1 1.1 機(jī)械壓力機(jī)發(fā)展概況 1 1.2 機(jī)械壓力機(jī)工作原理及主要技術(shù)參數(shù) 2 1.3 機(jī)械壓力機(jī)分類 4 1.4 機(jī)械壓力機(jī)研究現(xiàn)狀 5 1.4.1 鍛壓設(shè)備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用 6 1.4.2 我國(guó)鍛壓設(shè)備的發(fā)展情況 6 1.4.3 我國(guó)鍛壓設(shè)備的差距 8 1.4.4 鍛壓設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 9 2 曲柄壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 10 2.1 滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 10 2.1.1 滑塊的行程與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 10 2.1.2 滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 11 2.1.3 滑塊的加速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 12 2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析 13 3 偏心齒輪芯軸設(shè)計(jì) 15 3.1 結(jié)構(gòu)概述 15 3.2 芯軸的強(qiáng)度計(jì)算 15 3.2.1 芯軸直徑經(jīng)驗(yàn)公式 15 3.2.2 單邊傳動(dòng)芯軸強(qiáng)度計(jì)算 16 4 電動(dòng)機(jī)選擇 19 4.1 功能組成 19 4.2 電動(dòng)機(jī)功率 20 5 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算及尺寸確定 21 6 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置與設(shè)計(jì) 23 6.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置 23 6.2 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)速比分配 24 7 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 7.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 7.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 附錄 37 37 1 緒論 1.1 機(jī)械壓力機(jī)發(fā)展概況 人們?yōu)榱酥圃旃ぞ撸畛跏怯萌肆?、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，因而需要更大的鍛件。 1842年，英國(guó)工程師內(nèi)史密斯創(chuàng)制第一臺(tái)蒸汽錘，開始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代。1795年,英國(guó)的布拉默發(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，十九世紀(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)，七十五萬(wàn)千牛的模鍛水壓機(jī)、一千五百千牛的對(duì)擊錘、六萬(wàn)千牛的板料沖壓壓力機(jī)、十六萬(wàn)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。 二十世紀(jì)60年代以后，鍛壓機(jī)械改變了從19世紀(jì)開始的，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)、六萬(wàn)千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機(jī)、兩萬(wàn)五千千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。 鍛壓機(jī)械主要包括各種鍛錘、各種壓力機(jī)和其他輔助機(jī)械。鍛錘是由重錘落下或強(qiáng)迫高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，對(duì)坯料做功，使之塑性變形的機(jī)械。鍛錘是最常見、歷史最悠久的鍛壓機(jī)械。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作靈活、使用面廣、易于維修，適用于自由鍛和模鍛。但震動(dòng)較大，較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 機(jī)械壓力機(jī)是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適于在自動(dòng)線上工作。機(jī)械壓力機(jī)在數(shù)量上居各類鍛壓機(jī)械之首。 鍛壓機(jī)械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機(jī)械設(shè)備。鍛壓機(jī)械包括成形用的鍛錘、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)和平鍛機(jī)，以及開卷機(jī)、矯正機(jī)、剪切機(jī)、鍛造操作機(jī)等輔助機(jī)械。 鍛壓機(jī)械主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機(jī)床。鍛壓機(jī)械是通過(guò)對(duì)金屬施加壓力使之成形的，力大是其基本特點(diǎn)，故多為重型設(shè)備，設(shè)備上多設(shè)有安全防護(hù)裝置，以保障設(shè)備和人身安全。 鍛壓機(jī)械主要包括各種鍛錘、各種壓力機(jī)和其他輔助機(jī)械。 冷鐓機(jī)等各種線材成形自動(dòng)機(jī)、平鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、徑向鍛造機(jī)、大多數(shù)彎曲機(jī)、矯正機(jī)和剪切機(jī)等，也具有與機(jī)械壓力機(jī)相似的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以說(shuō)是機(jī)械壓力機(jī)的派生系列。 液壓機(jī)是以高壓液體(油、乳化液等)傳送工作壓力的鍛壓機(jī)械。液壓機(jī)的行程是可變的，能夠在任意位置發(fā)出最大的工作力。液壓機(jī)工作平穩(wěn)，沒(méi)有震動(dòng)，容易達(dá)到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大規(guī)格板料的拉深、打包和壓塊等工作。液壓機(jī)主要包括水壓機(jī)和油壓機(jī)。某些彎曲、矯正、剪切機(jī)械也屬于液壓機(jī)一類。 旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)是鍛造與軋制相結(jié)合的鍛壓機(jī)械。在旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)上，變形過(guò)程是由局部變形逐漸擴(kuò)展而完成的，所以變形抗力小、機(jī)器質(zhì)量小、工作平穩(wěn)、無(wú)震動(dòng)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。輥鍛機(jī)、成形軋制機(jī)、卷板機(jī)、多輥矯直機(jī)、輾擴(kuò)機(jī)、旋壓機(jī)等都屬于旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)。 我國(guó)鍛壓設(shè)備分為八類，用漢語(yǔ)拼音字母表示。每類分為十組，每組分為若干型。類和組的具體分法如下： (1)機(jī)械壓力機(jī)(J)：分手動(dòng)壓力機(jī)、單柱壓力機(jī)、開式壓力機(jī)、閉式壓力機(jī)、拉延壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、壓制壓力機(jī)、板科自動(dòng)壓刀機(jī)、精壓擠壓壓力機(jī)和其它壓力機(jī)十組。 (2)液壓機(jī)(Y)：分手動(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正壓裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包壓塊液壓機(jī)和其它液壓機(jī)十組。 (3)線材成形自動(dòng)機(jī)(Z)：分自動(dòng)鐓鍛機(jī)、自動(dòng)切邊滾絲機(jī)、滾柱鋼球自動(dòng)冷鍛機(jī)、多工位自動(dòng)鐓鍛機(jī)、自動(dòng)制彈簧機(jī)、自動(dòng)制鏈條機(jī)、自動(dòng)彎曲機(jī)和其它自動(dòng)機(jī)等十組。 (4)錘(C)：分蒸汽—空氣自由鍛錘、蒸汽—空氣模鍛錘、空氣錘、落錘、對(duì)擊式模鍛錘和氣動(dòng)液壓模鍛錘等十組。 (5)鍛機(jī)(D)：分平鍛機(jī)、熱模鍛壓力機(jī)、輥鍛橫軋機(jī)、輾環(huán)機(jī)、徑向徑鍛機(jī)和其它鍛機(jī)等十組。 (6)剪切機(jī)(Q)：分手動(dòng)剪切機(jī)、板料直線剪切機(jī)、板科曲線剪切機(jī)、聯(lián)合沖剪機(jī)、型材棒料剪斷機(jī)和其它剪切機(jī)等十組。 (7)彎曲校正機(jī)(W)：分板料彎曲機(jī)、型材彎曲機(jī)、校正彎曲機(jī)、板料校平機(jī)、型材校直機(jī)、板料折壓機(jī)、旋壓機(jī)和共它彎曲校正機(jī)等十組。 (8)其它鍛壓設(shè)備(T)：分軋制機(jī)、冷拔機(jī)、鍛造操作機(jī)、板料自動(dòng)送卸料裝置和專門用途的設(shè)備等十組。 1.2 機(jī)械壓力機(jī)工作原理及主要技術(shù)參數(shù) 圖1-1為一種曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)皮帶輪2、飛輪3通過(guò)傳動(dòng)軸17和大齒輪5帶動(dòng)偏心輪16旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)連桿8使滑塊10在立柱15的導(dǎo)軌9中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。上模11固定在滑塊上，下模12固定在機(jī)身工作臺(tái)14上。導(dǎo)軌保證滑塊運(yùn)動(dòng)方向準(zhǔn)確，工作時(shí)上下模具之間不會(huì)產(chǎn)生水平錯(cuò)移。氣壓式剎車/離合器19在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)或停止，并且可以將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)停止在一定位置。 圖 1-1 曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.電動(dòng)機(jī) 2.皮帶輪 3.飛輪 4.前小齒輪 5.大齒輪 6.上橫梁 7.傳動(dòng)軸 8.連桿 9.導(dǎo)軌 10.滑塊 11.上模板 12.下模板 13.底座 14.工作臺(tái)板 15.立柱 16.偏心齒輪 17.傳動(dòng)軸 18.后小齒輪 19.離合器/制動(dòng)器 從圖1-1可以看出，曲柄壓力機(jī)一般由下列幾部分組成： 1．能源系統(tǒng)：包括電動(dòng)機(jī)、飛輪等。 2．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：如皮帶輪、齒輪、傳動(dòng)袖等。 3．操縱機(jī)構(gòu)：如剎車/離合器、按鈕開關(guān)等。 4．工作機(jī)構(gòu)：一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由偏心輪/曲軸、連桿、滑塊等部件組成。 5. 支承部件：如機(jī)身。 此外還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如安全保護(hù)裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣墊(拉延墊)和頂料裝置等。 機(jī)械壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有： 1.公稱壓力(KN) 公稱壓力是指當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到距下死點(diǎn)前一定距離(公稱壓力行程)或曲柄旋轉(zhuǎn)到下死點(diǎn)前某一角度(公稱壓力角)時(shí)，滑塊上允許的最大工作壓力。 2.滑塊行程(mm) 滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)所走過(guò)的距離，它的大小和壓力機(jī)的工藝用途有很大的關(guān)系。拉延壓力機(jī)的行程就比較大，精壓力機(jī)的行程就比較小。 3.滑塊每分鐘行程次數(shù)(次/min) 滑塊行程次數(shù)是指滑塊空載時(shí)，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)。 4.封閉高度(mm) 封閉高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面至工作臺(tái)表面的距離(不是指墊板）。通過(guò)裝模高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，將滑塊調(diào)整到最上位置，當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面至工作臺(tái)表面的距離稱為最大封閉高度；將滑塊調(diào)整到最下位置，當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面至工作臺(tái)表面的距離稱為最小封閉高度。 5.封閉高度調(diào)節(jié)量(mm) 最大封閉高度與最小封閉高度的差值，稱為封閉高度調(diào)節(jié)量。在設(shè)計(jì)鍛沖模時(shí)，應(yīng)使模具的封閉高度小于曲柄壓力機(jī)的最大封閉高度。 6.喉口深度(mm) 機(jī)身喉口是開式機(jī)身壓力機(jī)的規(guī)格，所謂喉口是從壓力機(jī)中心(滑塊或移動(dòng)工作臺(tái)前后方向中心)到機(jī)身下部分的尺寸這種機(jī)身喉口和加工件的尺寸有關(guān)。 1.3 機(jī)械壓力機(jī)分類 根據(jù)操作空間的不同，可以將機(jī)械壓力機(jī)分為開式和閉式兩種，閉式又分為開式單柱和開式雙柱兩種。 開式壓力機(jī)機(jī)身一般為“C”型，操作空間三面敞開，操作者可以從壓力機(jī)的前面、左面和右面接近模具，操作簡(jiǎn)便。但這種壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)為懸臂，受力時(shí)其彈性變形較大，影響壓力機(jī)精度，因此普遍應(yīng)用于小噸位壓力機(jī)。開式單柱壓力機(jī)的機(jī)身為整體鑄件，開式雙柱壓力機(jī)的機(jī)身為焊接件。 閉式壓力機(jī)機(jī)身為框架式結(jié)構(gòu)，操作者只能從機(jī)身前后接近模具，但負(fù)荷時(shí)機(jī)身彈性變形較小，精度較高。但是，這一結(jié)構(gòu)將增加各結(jié)合面的加工量和拉桿，并需采用加熱或液壓加載方式將拉桿伸長(zhǎng)預(yù)緊。因此組合式結(jié)構(gòu)總重量一般均較大。這種結(jié)構(gòu)形式在大中型壓力機(jī)上應(yīng)用極為廣泛。 曲柄壓力機(jī)的型號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母和數(shù)字表示。例如JH31—315B型曲柄壓力機(jī)型號(hào)的意義（見圖1-2）是： 圖1-2 曲柄壓力機(jī)型號(hào) 現(xiàn)將型號(hào)的表示方法敘述如下： 按照我國(guó)鍛壓機(jī)器分類方法，鍛壓機(jī)器共分為機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)等八類，拼音字母J表示機(jī)械壓力機(jī)(第一類鍛壓機(jī)器)。這一類包括主要類型的曲柄壓力機(jī)。 主要參數(shù)與基本型號(hào)相同，只是次要參數(shù)與基本型號(hào)不同的，稱為變型。在原型號(hào)的分類字母后面加一個(gè)拼音字母A、B或C……，依次表示第一、第二或第三……種變型。 在八類鍛壓機(jī)器中每類又分十列，每列又分十組。字母后的第一位數(shù)字和第二位數(shù)字分別代表列和組。閉式單點(diǎn)壓力機(jī)屬于第三列第一組，所以寫成“31”。 對(duì)型號(hào)已確定的鍛壓機(jī)制若在結(jié)構(gòu)上和性能上有所改進(jìn)，則在原型號(hào)末端加一個(gè)字母A、B或C……，依次表示第一、第二、第三……次改進(jìn)。見表1-1。 表1-1 通用壓力機(jī)分類型號(hào) 列 別 組 別 名 稱 1 開式單柱 1 單柱固定臺(tái)壓力機(jī) 2 單柱活動(dòng)臺(tái)壓力機(jī) 2 開式雙柱 1 雙柱固定臺(tái)壓力機(jī) 2 雙柱活動(dòng)臺(tái)壓力機(jī) 3 雙柱可傾壓力機(jī) 5 雙柱雙點(diǎn)壓力機(jī) 9 底傳動(dòng)開式雙柱壓力機(jī) 3 閉式 1 閉式單點(diǎn)壓力機(jī) 6 閉式雙點(diǎn)壓力機(jī) 9 閉式四點(diǎn)壓力機(jī) 1.4 機(jī)械壓力機(jī)研究現(xiàn)狀 鍛壓是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要的機(jī)械加工方式，采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點(diǎn)。 曲柄壓力機(jī)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(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿使滑塊成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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，它具有下列特點(diǎn)： 1）曲柄連桿機(jī)構(gòu)是剛性聯(lián)接的，滑塊具有強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，滑動(dòng)塊的行程次數(shù)、速度和加速度按一定規(guī)律變化。 2）工作時(shí)封閉高度不變。 3）一個(gè)工作循環(huán)中負(fù)荷時(shí)間較短電動(dòng)機(jī)是按平均功率選用的，所以曲柄壓力機(jī)需要飛輪儲(chǔ)存和釋放能量。 4）工作時(shí)機(jī)身組成一個(gè)封閉的受力系統(tǒng)，對(duì)基礎(chǔ)沒(méi)有劇烈地沖擊和震動(dòng)。 1.4.1 鍛壓設(shè)備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用 鍛壓生產(chǎn)在國(guó)防工業(yè)和民用工業(yè)中占有極其重要的地位。采用鍛壓工藝生產(chǎn)零件具有很多特點(diǎn)：塑性成形時(shí)，移動(dòng)材料單位體積的速度比切削加工快，生產(chǎn)效率高；不僅能改善材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷，而且還能充分利用纖維組織的方向性，尤其是精密鍛壓后不加工的零件，沒(méi)有外露的端向晶粒，可大大提高零件的機(jī)械性能；零件重量輕，材料利用率高，精密鍛壓件顯得更為突出，這在航天和航空工業(yè)小具有及其重要的意義。因此，鍛壓加工的零件數(shù)量在各行各業(yè)中所占的比重很大：航空工業(yè)中占85%；汽車工業(yè)中占80%；電器、儀表工業(yè)中占90%；農(nóng)機(jī)、拖拉機(jī)工業(yè)中占70%。 鍛壓設(shè)備和切削機(jī)床是機(jī)械工業(yè)中兩大類基本的工作母機(jī)。目前先進(jìn)工業(yè)國(guó)家鍛壓設(shè)備所占的比重，均在全部機(jī)床擁有量的30%以上。鍛壓設(shè)備的發(fā)展水平、擁有量和構(gòu)成比，不僅對(duì)鍛壓生產(chǎn)起著關(guān)鍵性的作用，而且在一定程度上還標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)的技術(shù)水平。例如需要量很大的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣閥，過(guò)去在空氣錘上用胎模鍛造，現(xiàn)在采用六工位電熱鐓機(jī)和專用機(jī)械壓力組成的電鐓自動(dòng)線進(jìn)行生產(chǎn)，使材料利用率由原來(lái)的40～50%提高到80～85%，生產(chǎn)效率提高40倍以上，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作條件得到改善，零件質(zhì)量也有所提高。很多工業(yè)國(guó)家鍛壓設(shè)備的增長(zhǎng)都比較快，蘇聯(lián)在5年內(nèi)增長(zhǎng)了20.05%，日本在5年內(nèi)增長(zhǎng)了65．4l%，我國(guó)在28年內(nèi)增長(zhǎng)了140多倍。這說(shuō)明工業(yè)的進(jìn)步和鍛壓工藝的革新，必須依靠鍛壓設(shè)備的發(fā)展。 1.4.2 我國(guó)鍛壓設(shè)備的發(fā)展情況 20世紀(jì)初期，隨著鍛壓設(shè)備進(jìn)口數(shù)量的增多，我國(guó)開始有鍛壓設(shè)備的修配業(yè)，但到1949年也只能生產(chǎn)少量的小型鍛壓設(shè)備。解放初期從引進(jìn)技術(shù)和測(cè)繪人手，仿制了國(guó)外30～40年代鍛壓設(shè)備。當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品有：蒸汽-空氣自由鍛錘和模鍛錘、空氣錘、3000kN以下的雙盤摩擦壓力機(jī)、3l50kN以下的閉式單點(diǎn)壓力機(jī)、5000kN以下的平鍛機(jī)、剪板機(jī)、四柱萬(wàn)能液壓機(jī)、單柱校正壓裝液壓機(jī)、塑料制品液壓機(jī)、粉末制品液壓機(jī)等。50年代后期鍛壓設(shè)備產(chǎn)品逐步由測(cè)繪仿制進(jìn)入改進(jìn)設(shè)計(jì)階段，1958年鍛壓設(shè)備的產(chǎn)量和品種都有較快的增長(zhǎng)，產(chǎn)量為1949年的29倍，品種為1949年的55倍，生產(chǎn)廠達(dá)17個(gè)，并在1959年自行設(shè)計(jì)制造了我國(guó)第一臺(tái)Ф80mm的立式徑向精鍛機(jī)。60年代初期對(duì)摩擦離合器、制動(dòng)器、摩擦材科和滑塊液壓超負(fù)荷保險(xiǎn)裝置進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試制出了銅基粉末摩擦材料、Z-64型石棉塑料摩擦材料、小慣量單圓盤浮動(dòng)鑲塊式摩擦離合器和制動(dòng)器。1965年我國(guó)的鍛壓設(shè)備有了進(jìn)一步的發(fā)展，品種為1949年的172倍，產(chǎn)量為1949年的21．5倍，生產(chǎn)廠達(dá)31個(gè)。當(dāng)時(shí)的代表產(chǎn)品有：250000J對(duì)擊模鍛錘、4000kN閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)、12500kN閉式單點(diǎn)壓力機(jī)、12500kN垂直分模平鍛機(jī)、20000kN精壓機(jī)、16mm雙山自動(dòng)冷鍛機(jī)、25000kN電極擠壓液壓機(jī)、125000kN自由鍛造液壓機(jī)和300000kN模鍛液壓機(jī)等。60年代末我國(guó)大力發(fā)展了鍛壓設(shè)備的新品種，例如通用機(jī)械壓力機(jī)，研制的新品種就有近80個(gè)，其中80%是自行設(shè)計(jì)的。 1970年我國(guó)鍛壓設(shè)備又有進(jìn)一步的發(fā)展，品種為1940年的225倍，產(chǎn)量為1949年的62．3倍。70年代我國(guó)鍛壓設(shè)備總的來(lái)說(shuō)在數(shù)量、品種、質(zhì)量和技術(shù)水平上都有較大的發(fā)展：產(chǎn)量為1949年的150倍左右；鍛壓設(shè)備的擁有量為1952年的20多倍，約占全國(guó)機(jī)床總量的21%；對(duì)量大面廣的鍛壓設(shè)備制定了系列參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)重要的產(chǎn)品系列制定了精度和技術(shù)條件等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)有的產(chǎn)品還開展了系列設(shè)計(jì)。在科研上也取得了一定的成就，例如采用“多次沖擊”理論，從根本上改變了鍛錘錘桿的性能，使錘桿的壽命從過(guò)去的1～2周(三班制)提高到一年左右。在70年代中各種鍛壓設(shè)備的具體發(fā)展情況如下：(1)有砧座鍛錘發(fā)展很少，而主要研制了對(duì)擊模鍛錘和高速錘，其代表產(chǎn)品有100×l04J對(duì)擊模鍛錘和100×l04J高速錘，當(dāng)時(shí)高速錘在全國(guó)達(dá)200多臺(tái)。(2)自行設(shè)計(jì)了各種大型、新型的機(jī)械壓力機(jī)，在不少的品種中填補(bǔ)了我國(guó)的空自，其代表產(chǎn)品有：8000kN閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)、3150kN閉式雙動(dòng)拉廷壓力機(jī)、25×12000mm滾剪機(jī)、400～20000kN多工位自動(dòng)壓力機(jī)、數(shù)控沖模回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)、4個(gè)系列14個(gè)規(guī)格的冷擠壓機(jī)、16000kN閉式單點(diǎn)壓力機(jī)、40000kN閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)和80000kN熱模鍛壓機(jī)等。(3)液壓機(jī)的數(shù)量和品種逐年有所增加，各類液壓機(jī)零、部件的通用化程度大大提高，能按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)生產(chǎn)的產(chǎn)品有40多種規(guī)格。為了滿足生產(chǎn)的要求，液壓機(jī)的機(jī)身也逐漸多樣化，有臥式、側(cè)式、組合式、單柱式、四住式、框架式、鉸接式、疊板式和繞帶式等。為了提高生產(chǎn)效率和改進(jìn)設(shè)計(jì)，部分液壓機(jī)的工作速度從3～4mm／s提高到10mm／s，液壓從200×105pa提高到(250～320)×105pa，有的高達(dá)1000×l05Pa。為了按壓機(jī)維修方便、操作安全、輔助時(shí)間短，根據(jù)不問(wèn)情況，配有相應(yīng)的附屬裝置：移動(dòng)工作臺(tái)、通用墊板、限程塊、雙人操作按鈕、腳踏開關(guān)、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)裝置、液電連鎖裝置、光電保護(hù)裝置、蜂鳴器、指示燈、油溫自動(dòng)冷卻裝置、油溫自動(dòng)加熱裝置和潤(rùn)滑電氣連鎖裝置等。70年代液壓機(jī)的代表產(chǎn)品有：100000kN多向模鍛液壓機(jī)、50000kN超高壓液壓機(jī)、36000kN六面頂液壓機(jī)、9000kN蒙皮拉伸液壓機(jī)、1600kN雙動(dòng)薄板沖壓液壓機(jī)(達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平)、自動(dòng)粉末制品液壓機(jī)(接近國(guó)際先進(jìn)水平)和高效金屬擠壓液壓機(jī)(接近國(guó)際先進(jìn)水平)等。 在新技術(shù)革命的推動(dòng)下，鍛壓設(shè)備進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，為了趕上世界80華代的水平，我國(guó)不少單位正在研制比較先進(jìn)的鍛壓設(shè)備和附屬裝置，其代表產(chǎn)品有高速精密壓力機(jī)、CNC沖模回轉(zhuǎn)臺(tái)壓力機(jī)、開式固定臺(tái)壓力機(jī)、開式多工位壓力機(jī)、滾式自動(dòng)送科裝置、氣動(dòng)自動(dòng)送科裝置和卷科校平裝置等。 1.4.3 我國(guó)鍛壓設(shè)備的差距 從我國(guó)鍛壓設(shè)備現(xiàn)有的發(fā)展情況來(lái)看，仍然是機(jī)械制造工業(yè)和壓力加工工業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)，與世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比還有一定的差距，具體表現(xiàn)如下： (一)結(jié)構(gòu)陳舊、性能較差 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)約600多種鍛壓設(shè)備中，相當(dāng)于國(guó)外40～50年代水平的占50%左右，個(gè)別產(chǎn)品只有國(guó)外30年代的水平，甚至國(guó)外淘汰的產(chǎn)品我們還在生產(chǎn)。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，存在的問(wèn)題也不少，關(guān)鍵性部件可靠性差，使用壽命短；零件加工精度木能保證，熱處理性能不穩(wěn)定；摩擦材料、液壓、氣動(dòng)電氣元件質(zhì)量不過(guò)關(guān)；安全可靠性差、噪音大和效率低等。品種多、產(chǎn)量大的開式壓力機(jī)，雖說(shuō)已生產(chǎn)很多年，但至今仍舊存在：技術(shù)參數(shù)雜亂、結(jié)構(gòu)陳舊、噪音大、性能差和三化水平低；沒(méi)有無(wú)級(jí)調(diào)速裝置、自動(dòng)送料裝置和安全保護(hù)裝置等。70年代研制的產(chǎn)品也存在很多不足，還有待進(jìn)一步完善，例如：閉式單點(diǎn)壓JJ機(jī)使用性能差、生產(chǎn)效率低，只相當(dāng)于國(guó)外60年代初的水平；大型、重型雙動(dòng)拉延壓力機(jī)質(zhì)量上基本未過(guò)關(guān)；多工位自動(dòng)壓力機(jī)送料裝置的送料精度不穩(wěn)定，質(zhì)量也未過(guò)關(guān)；冷擠壓機(jī)參數(shù)亂，使用性能差，沒(méi)有自動(dòng)送料裝置等。 (二)品種不全、成套性差 精鍛、大型、重型和高效鍛壓設(shè)備的品種和數(shù)量都很少。生產(chǎn)廠只出售鍛壓設(shè)備主機(jī)，不能根據(jù)用戶的需要供應(yīng)機(jī)械化、自動(dòng)化裝置和模具等。先進(jìn)的閉式四點(diǎn)壓力機(jī)、多工位冷擠壓壓力機(jī)、快鍛液壓機(jī)、鍛壓自動(dòng)線、熱模鍛成套設(shè)備、大型薄板沖壓成套設(shè)備和板料開卷校平落料成套設(shè)備等均屬空白。目前鍛壓設(shè)備生產(chǎn)的品種，只能滿足生產(chǎn)需要的50%左右。 (三)機(jī)械化、自動(dòng)化程度差 我國(guó)鍛壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化的程度很低，多數(shù)鍛壓設(shè)備都處于手工送料或半手工送科的落后狀態(tài)，操作肘既不安全、勞動(dòng)強(qiáng)度又很大。其原因在于：鍛壓件生產(chǎn)分散，專業(yè)化廠比較少，先進(jìn)、高效、自動(dòng)化的鍛壓設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線用不上；目前制造鍛壓設(shè)備的工廠，不能按川戶的產(chǎn)品圖紙和生產(chǎn)綱領(lǐng)設(shè)計(jì)、制造機(jī)械化、自動(dòng)化裝置、自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)生產(chǎn)線等。 (四)構(gòu)成比落后 我國(guó)鍛壓設(shè)備在機(jī)床擁有量中只占21%，而先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家高達(dá)34%；小型壓力機(jī)和空氣錘占的比重太人，約為全國(guó)鍛壓設(shè)備的70%；而精鍛、大型、重型和高效的鍛壓設(shè)備比重很小；甚至有些急需的產(chǎn)品還是空白。 (五)技術(shù)力量薄弱 我國(guó)鍛壓設(shè)備制造廠的技術(shù)人員一般占全體職工的3%左右，而有的國(guó)家高達(dá)15%。很多制造鍛壓設(shè)備的工廠沒(méi)有設(shè)計(jì)能力，只能依靠測(cè)繪和外來(lái)的圖紙進(jìn)行生產(chǎn)。 1.4.4 鍛壓設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 目前鍛壓行業(yè)面臨著其它行業(yè)的有力競(jìng)爭(zhēng)，例如用增強(qiáng)塑料零件、燒結(jié)零件和鑄件來(lái)代替鍛壓件等，并不是由于這些零件的性能比鍛壓件優(yōu)越，而關(guān)鍵在于成本較鍛壓件低。為了增強(qiáng)鍛壓行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須從提高生產(chǎn)效率、降低原材料消耗、減少能源消耗著手以降低零件的成本，并提高鍛壓件質(zhì)量。為了適應(yīng)鍛壓生產(chǎn)的需要，鍛壓設(shè)備相應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)為：提高行程次數(shù)；提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度；提高設(shè)備的可靠性和安全性；增設(shè)附屬裝置，縮短輔助時(shí)間減少振動(dòng)和噪音，改善勞動(dòng)條件提高勞動(dòng)效率；提高設(shè)備的精度和剛度；研制梢密鍛壓設(shè)備發(fā)展大型、重型和新型的鍛壓設(shè)備改造老的鍛壓設(shè)備；開展基本理論的研究等。結(jié)合我國(guó)鍛壓設(shè)備現(xiàn)有的情況，在發(fā)展過(guò)程中，不僅要加快速度縮小差距，還要逐步改變鍛壓設(shè)備的構(gòu)成比，以適應(yīng)生產(chǎn)的耍求. 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)際，鍛壓設(shè)備總的發(fā)展方向，現(xiàn)分別論述如下： (一)提高鍛壓設(shè)備的生產(chǎn)效率 其辦法：一是提高行程次數(shù)，以提高鍛壓設(shè)備的生產(chǎn)效率；一從增設(shè)附屬裝置，縮短輔助時(shí)間，以提高鍛壓設(shè)備的開動(dòng)率。 (二)提高鍛壓設(shè)備的機(jī)械化、自動(dòng)化程度 (三)提高鍛壓設(shè)備工作的可靠性和安全性 為了防止設(shè)備和人身事故，保證鍛壓設(shè)備能安全、方便和可靠地進(jìn)行工作，一般應(yīng)在鍛壓設(shè)備上配有超負(fù)荷保險(xiǎn)裝置、人身保護(hù)裝置、檢測(cè)裝置和指示器等。 (四)提高鍛壓設(shè)備的精度和剛度 目前的工藝設(shè)計(jì)都傾向于在一臺(tái)鍛壓設(shè)備上布置多付模具，采取多工位連繼鍛壓的方法進(jìn)行生產(chǎn)，各工件變形杭力的合力不可能與設(shè)備作用力處于同一直線上，而且有較大的偏移，再加以非對(duì)稱性零件增多，模腔斜面會(huì)出現(xiàn)水平分力，這些因素都會(huì)使滑塊產(chǎn)生偏移和水平位移。為了提高鍛件的精度和模具的壽命，必須提高鍛壓設(shè)備的精度和剛度，尤其是鍛壓件精度要求日益提高的情況下，這一問(wèn)題顯得更為突出。 (五)研制精密成形鍛壓設(shè)備 在民用工業(yè)和國(guó)防工業(yè)中，由于產(chǎn)品性能和采用高、精、尖技術(shù)的需要，對(duì)鍛壓外生產(chǎn)的要求愈來(lái)愈高：(1)為了增大產(chǎn)品功率與重量的比值，以提高性能和減少使用經(jīng)費(fèi)，要求鍛壓件表面強(qiáng)度較高的縱向晶粒和纖維組織保留下來(lái)，使機(jī)械性能提高，以大大減輕產(chǎn)品重量。因此，必須生產(chǎn)不需要或少需要切削加丁的精密鍛壓件。(2)在現(xiàn)代的高、精、尖技術(shù)中，采用貴重、稀缺金屬作為鍛壓件原材料的日益增多。為了降低產(chǎn)品成本和減少原材料的消耗，必須發(fā)展精密鍛壓件的生產(chǎn)。上述這些問(wèn)題，在航天、航空工業(yè)中顯得更為迫切。 (六)減少鍛壓設(shè)備的振動(dòng)和噪音 振動(dòng)和噪音是一種工業(yè)公害，對(duì)人體的臉康產(chǎn)生極為有害的影響。在機(jī)床行業(yè)中，鍛壓設(shè)備所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音比較嚴(yán)重，因此，很多國(guó)家都作了嚴(yán)格限制，達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)的鍛壓設(shè)備，不準(zhǔn)出廠。為了減少鍛壓設(shè)備的振動(dòng)和噪音，一般采?。簻p少振動(dòng)和噪音源；限制振動(dòng)和噪音的傳播。 2 曲柄壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 2.1 滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 曲柄壓力機(jī)一般為曲柄連桿機(jī)構(gòu)。則滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。即滑塊隨連桿繞節(jié)點(diǎn)(曲軸或偏心輪)轉(zhuǎn)動(dòng)沿一直線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2.1.1 滑塊的行程與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 通用曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)大多采用結(jié)點(diǎn)正置(滑塊和連桿結(jié)點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)軌跡位于曲柄旋轉(zhuǎn)中心O相連結(jié)點(diǎn)B的連線上)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖2-1(a)是曲柄、連桿和滑塊的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖中O點(diǎn)為曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，A點(diǎn)為連桿與曲柄的連接點(diǎn)，B點(diǎn)為連桿與滑塊的連接點(diǎn)，B1、B2點(diǎn)分別代表滑塊的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)。 圖2-1 通用曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 曲柄壓力機(jī)滑塊是在接近行程下死點(diǎn)的一段區(qū)間工作，因此，在研究滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，取滑塊行程的下死點(diǎn)B2為行程的起點(diǎn)，滑塊從B2點(diǎn)到B點(diǎn)為滑塊行程S。曲柄轉(zhuǎn)角由A0點(diǎn)算起，相應(yīng)順時(shí)針?lè)较?和實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反)轉(zhuǎn)到A點(diǎn)時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)角為α。 如圖2-1(b)所示，當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)處于0AB位置時(shí)，滑塊的行程 式（2.1） 而 令 則 而 所以 則 式（2.2） 由于一般小于0.3，對(duì)于通用壓力機(jī)，一般在0.1～0.2范圍內(nèi)，故式子可進(jìn)行簡(jiǎn)化。根據(jù)二項(xiàng)式定理，取 代入式子，整理得： 式（2.3） 式中： ——滑塊行程，從下死點(diǎn)算起，以下均同； ——曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點(diǎn)算路與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正； R——曲柄半徑； ——連桿系數(shù)； L——連桿長(zhǎng)度(當(dāng)連桿長(zhǎng)度可調(diào)時(shí)取最短時(shí)數(shù)值)。 因此， 已知曲柄半徑R和連桿系數(shù)時(shí)，侄可從式中求出對(duì)應(yīng)于不同的角的S值。 2.1.2 滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 求出滑塊的位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系后，將位移S對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)就可得到滑塊的速度v，即： 式（2.4） 而 所以 式中 ——滑塊速度； ——曲柄的角速度。 又 則 式（2.5） 式中 n——曲柄的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，亦即滑塊每分鐘行程次數(shù)。 2.1.3 滑塊的加速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 對(duì)于高速壓力機(jī)，滑塊運(yùn)動(dòng)的慣性力必需予以足夠注意。為此，需要求出滑塊的加速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系，將上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)即得： 式（2.6） 式中 ——滑塊加速度。 由JH31-315壓力機(jī)的行程S=315 mm，連桿長(zhǎng)度L=1588 mm，偏心輪轉(zhuǎn)速n=20轉(zhuǎn)/min， 則 mm 式（2.7） 式（2.8） 代入以上公式，得運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表如下： 表2-1 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表 0 10 20 30 40 0 0.0167 0.0662 0.1465 0.2547 0 2.63 10.4265 23.074 40.115 0 0.1911 0.3742 0.5433 0.6922 0 63.206 123.767 179.6965 228.945 續(xù)表2-1 50 60 70 80 90 0.3865 0.5375 0.7022 0.8748 1.0500 60.87 84.656 110.5965 137.7810 165.375 0.8152 0.9093 0.9722 1.0022 1 269.627 300.75 321.555 331.4776 330.75 2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析 圖2-2為結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊的受力簡(jiǎn)圖?；瑝K上受到工件變形抗力P的作用，在忽略摩擦力的情況下，P力由連桿上給予滑塊的作用力及導(dǎo)軌給予滑塊上的反作用力Q相平衡。根據(jù)力的平衡原理得： 式（2.9） 式（2.10） 由前推導(dǎo)得知，，若=0.3，當(dāng)時(shí)， ＝0。當(dāng)＝時(shí)， ，在通常情況下，特別是對(duì)通用壓力機(jī)，遠(yuǎn)小于0.3，故遠(yuǎn)小于。由于角較小，因此，可以認(rèn)為，，故上述二式寫成： 式（2.11） 式（2.12） 圖2-2 節(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖 3 偏心齒輪芯軸設(shè)計(jì) 3.1 結(jié)構(gòu)概述 目前，在板料沖壓和冷擠壓壓力機(jī)上已廣泛采用偏心齒輪代替曲軸，其傳動(dòng)形式有單邊傳動(dòng)(如圖3-1（a）所示)和雙邊傳運(yùn)(如圖3-1（b）所示)兩種。噸位小的大多采用單邊傳動(dòng)，噸位大的多采用雙邊傳動(dòng)。 (a) 單邊傳動(dòng) (b) 雙邊傳動(dòng) 圖3-1 偏心輪傳動(dòng)形式 如圖3-1所示。 偏心齒輪在芯軸上旋轉(zhuǎn)，借助偏心部分帶動(dòng)連桿滑塊運(yùn)動(dòng)。芯軸安裝在機(jī)身上，它僅起支承作用。 偏心齒輪式有下列優(yōu)點(diǎn) 1）受力情況好 曲柄工作時(shí)受彎短和扭矩的聯(lián)合作用。偏心齒輪工作時(shí)，只承受扭矩，彎矩由芯軸承受。 2）制造容易 曲軸需經(jīng)鍛造，機(jī)加工復(fù)雜。偏心齒輪一般用鑄造毛坯，芯軸加工容易。機(jī)身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 3）結(jié)構(gòu)緊湊 芯軸垂直于機(jī)身正面布置偏心齒輪在上橫梁內(nèi)，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，可使傳動(dòng)部分封閉在機(jī)身內(nèi)。 3.2 芯軸的強(qiáng)度計(jì)算 3.2.1 芯軸直徑經(jīng)驗(yàn)公式 設(shè)計(jì)時(shí)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選芯軸直徑，然后進(jìn)行強(qiáng)度效驗(yàn)。當(dāng)芯軸材料用45號(hào)鋼時(shí)，芯軸直徑d0可按下式計(jì)算： mm 式（3.1） 式中PAB——連桿上的作用力。 PAB的大小與連桿數(shù)目有關(guān)：?jiǎn)吸c(diǎn)壓力機(jī)PAB≈Pɑ； 雙點(diǎn)壓力機(jī)，考慮到偏心載荷的影響，取PAB=0.6 Pɑ；四點(diǎn)壓力機(jī)，取PAB=0.36 Pɑ。裝有液壓過(guò)載保護(hù)裝置的多點(diǎn)壓力機(jī)，每根連桿的作用力取公稱壓力的平均值。 式（3.1）中：整體芯軸取較小的系數(shù)值。 3.2.2 單邊傳動(dòng)芯軸強(qiáng)度計(jì)算 如圖3-2所示， 圖3-2 傳動(dòng)芯軸受力簡(jiǎn)圖 圖3-3 傳動(dòng)芯軸彎矩簡(jiǎn)圖 偏心齒輪受連桿力PAB的作用，并以P1、P2兩個(gè)集中力傳到芯軸上。出于芯軸和機(jī)身的合部分較長(zhǎng)較緊，可以認(rèn)為是兩端插入受集中載荷P1和P2的粱。齒輪作用在芯軸上的力較小，可忽略不計(jì)。這是個(gè)靜不定問(wèn)題，為了求解，可視芯軸為兩端外加反力偶mA、mB的簡(jiǎn)支梁，如圖3-3所示。根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，芯軸軸兩端的轉(zhuǎn)角應(yīng)等于零，因此得出： 式（3.2） 式（3.3） 式中 E——芯軸材料的彈性模量； J——芯軸截面的慣性矩。 解式(3.2)、（3.3）所列聯(lián)立方程，可求山mA、mB。相應(yīng)可繪山圖3-3所示的彎矩圖圖中有關(guān)數(shù)據(jù)如下： N.m 式（3.4） N.m 式（3.5） N.m 式（3.6） N.m 式（3.7） 式中 N N m m ——連桿上的作用力（N）； LA1、LA2——芯軸軸瓦長(zhǎng)度(m). 根據(jù)式（3.6）、（3.7）求出最大彎矩Mmax,則芯軸應(yīng)力為 式（3.8） 芯軸直徑為： 式（3.9） 已知JH31-315壓力機(jī)偏心輪結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，由式（3.4） L=740mm LA3=285mm LA3——芯軸軸瓦端面至機(jī)床中心的距離 圖3-4 壓力機(jī)偏心輪尺寸 mm N N N.m Pa 對(duì)照表3-1芯軸許用應(yīng)力表 表3-1 芯軸許用應(yīng)力表（）帕 材料 [] 45調(diào)制 40Cr調(diào)制 3600 6000 1000～1400 1400～2000 材料為45鋼 []=1000～1400×105帕，≤[]，故安全。 4 電動(dòng)機(jī)選擇 4.1 功能組成 JH31—315壓力機(jī)公稱壓力Ps＝3150kN，滑塊行程長(zhǎng)度S＝315mm，公稱壓力角a＝，行程次數(shù)n＝20次／min，摩擦當(dāng)量力臂Mf＝26mm，計(jì)算壓力機(jī)功能組成及選擇電動(dòng)機(jī)。 (1)工件變形功 式（4.1） mm 式（4.2） J (2)拉伸墊工作功 J 式（4.3） (3)工作行程摩擦功 J 式（4.4） (4)彈性變形功 式（4.5） mm 式（4.6） 則 J (5)滑塊空程功 查表得： J (6)飛輪空轉(zhuǎn)功 式（4.7） 查表得： kW 式（4.8） 查表得： S S J (7)離合器結(jié)合功 (8)總功A 式（4.9） 則 J 4.2 電動(dòng)機(jī)功率 KW 式（4.10） 式（4.11） 查表選k=1.2 則 選用Y250M-5A型電動(dòng)機(jī)，功率N=30KW,轉(zhuǎn)速n=1480 r/min 5 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算及尺寸確定 壓力機(jī)工作總功： 式（5.1） 式（5.2） 式（5.3） 式（5.4） 選擇出Y250M-5A型電動(dòng)機(jī)為繞線式電動(dòng)機(jī)，原為0.027?？紤]該壓力機(jī)需進(jìn)行的工藝，需要較大的工作能量，故在轉(zhuǎn)子中串入電阻使＝0.1。 查表得： 又 k=1.2 查表 所以 則 Kg 式（5.5） 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求得以后，即可設(shè)計(jì)飛輪。飛輪的大致結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 飛輪的外徑由速比分配決定，即 式（5.6） 式中：D1——小皮帶輪直徑； i——傳動(dòng)速比。 mm 查表得：飛輪邊緣厚度Rf=410 mm 飛輪材料HT200 =7.2 由 式（5.7） 式（5.8） 則 mm 式（5.9） 同理得： =220 mm 圖5-1 飛輪的大致結(jié)構(gòu) 6 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置與設(shè)計(jì) 6.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量按照一定要求傳給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。它的設(shè)計(jì)任務(wù)在于截定傳動(dòng)布置，傳動(dòng)級(jí)數(shù)以及速比分配等問(wèn)題。它的設(shè)計(jì)好壞將影響壓力機(jī)的外形尺寸、結(jié)構(gòu)安排、能量損耗以及離合器的工作性能等各個(gè)方面，所以必須予以足夠的重視。 圖6-1為JH31-315壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。此壓力機(jī)為三級(jí)上傳動(dòng)，單邊驅(qū)動(dòng)，主軸的安放位置垂直于壓力機(jī)正面，所有傳動(dòng)齒輪都置于機(jī)身內(nèi)部，離合器制動(dòng)器置于機(jī)身背面。 圖6-1 JH31-315壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 這是閉式單點(diǎn)壓力機(jī)的一種常用傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)有三個(gè)比較突出的問(wèn)題須在設(shè)計(jì)之前加以分析和確定，以便使整個(gè)壓力機(jī)能達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，性能良好和外形美觀。 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式包括三方面： 1)采用上傳動(dòng)還是采用下傳動(dòng)? 2)主軸傳動(dòng)軸垂直于壓力機(jī)正面，還是平行于正面? 3)齒輪放在機(jī)身之內(nèi)還是放在機(jī)身之外？單邊驅(qū)動(dòng)還是雙邊驅(qū)動(dòng)？ 現(xiàn)分述如下： (1)壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可置于工作臺(tái)之上，也可置于工作臺(tái)之下。前者稱上傳動(dòng)，后者稱下傳動(dòng)。下傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是： 1)壓力機(jī)的重心低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能減少振動(dòng)和噪音，勞動(dòng)條件較好； 2)壓力機(jī)地面高度較小，適宜于高度較矮的廠房； 3)從結(jié)構(gòu)上看，有增加滑塊高度和導(dǎo)軌長(zhǎng)度的可能性，因而能提高滑塊的運(yùn)動(dòng)精度，延長(zhǎng)模具的壽命，改善工件的質(zhì)量； 4)由于拉桿承受工作變形力，故機(jī)身立柱和上梁的受力情況得到改善。 下傳動(dòng)的缺點(diǎn)是： 1)壓力機(jī)平面尺寸較大，而總高度和上傳動(dòng)相差不多，故壓力機(jī)總重量比上傳動(dòng)的約大10～20％，造價(jià)也較高。 2)傳動(dòng)系統(tǒng)置于地坑之中，檢修傳動(dòng)部件時(shí)，不便于使用車間內(nèi)的吊車。拉仲墊夾在傳動(dòng)部件和底座之間，維修不方便，且地坑深，基礎(chǔ)龐大，造價(jià)較高。 因此是否采用下傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，需經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后才能確定。現(xiàn)有的通用壓力機(jī)采用上傳動(dòng)較多，下傳動(dòng)較少。通常認(rèn)為在舊車間內(nèi)添置大型壓力機(jī)時(shí)，由于車間的高度受到限制，采用下傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)才比較明顯。 (2)壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的安放型式有垂直于壓力機(jī)正面的，也有平行于壓力機(jī)正面的。舊式通用壓力機(jī)多采用平行于壓力機(jī)正面的安放形式。這種布置，曲軸和傳動(dòng)軸均比較長(zhǎng)，受力點(diǎn)與支承軸承的距離比較大，受力條件惡化。壓力機(jī)平面尺寸較大，外形不夠美觀。近代中大型通用壓力機(jī)愈來(lái)愈多地采用垂直于壓力機(jī)正面安放的形式(特別是廣泛采用偏心齒輪結(jié)溝之后)，其至有些小型開式壓力機(jī)也采用這種結(jié)構(gòu)。 (3)齒掄可以放在機(jī)身之外，也可放在機(jī)身之內(nèi)。前一種形式，齒輪工作條件校差，機(jī)器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式，齒輪的工作條件較好，外形較美觀。如將齒輪浸入油池中，則大大降低齒輪傳功的噪音。但安裝維修較困難。近年來(lái)，許多壓力機(jī)制造廠都傾向后一種形式。 齒輪傳動(dòng)也可設(shè)計(jì)成單邊傳動(dòng)或雙邊傳動(dòng)。采用后一種形式，可以縮小齒輪的尺寸，但加工裝配比較困難(兩邊的齒輪必須精確加工，裝配時(shí)要保證對(duì)稱，否則可能發(fā)生運(yùn)動(dòng)不同布的情形)。 6.2 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)速比分配 壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)與電動(dòng)機(jī)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(dòng)級(jí)數(shù)就應(yīng)增多，否則每級(jí)的速比過(guò)大，結(jié)構(gòu)不緊湊；行程次數(shù)高，總速比小，傳動(dòng)級(jí)數(shù)可少些?，F(xiàn)有壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的級(jí)數(shù)一般不超過(guò)四級(jí)。行程次數(shù)在70次/min以上的用單級(jí)傳動(dòng)，70～30次/min的用兩級(jí)傳功，30～10次／min的用三級(jí)傳動(dòng)，10次/min以下的用四級(jí)傳動(dòng)。 采用低速電動(dòng)機(jī)可以減少總速比和傳動(dòng)級(jí)數(shù)，但這類電動(dòng)機(jī)的外形尺小較大，成本較高(與同功率的高速電動(dòng)機(jī)比鉸)，因此不一定適合。通常兩級(jí)和兩級(jí)以上的傳動(dòng)系統(tǒng)采用同步轉(zhuǎn)速為1500或l000r／min的電動(dòng)機(jī)，單級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用1000r／min的電動(dòng)機(jī)，行程次數(shù)小于80次／min的單級(jí)傳動(dòng)才采用750r／min的電動(dòng)機(jī)。 各傳動(dòng)級(jí)的速比分配要恰當(dāng)。通常三角皮帶傳動(dòng)的速比不超過(guò)6～8，齒輪傳動(dòng)不超過(guò)7～9。速比分配時(shí)，要保證飛輪有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，也要注意布置得盡可能緊湊、美觀和長(zhǎng)、寬、高尺寸比例恰當(dāng)。通用壓力機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速常取300～400r／min左右。因?yàn)檗D(zhuǎn)速太低，會(huì)使飛輪作用大大削弱；轉(zhuǎn)速太高，會(huì)使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴(yán)重，造成離合器和軸承的損壞。 因此JH31-315機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)傳動(dòng)，見表6-1： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1480 r/min 滑塊每分鐘行程次數(shù)：20次/min 總速比：74 表6-1 壓力機(jī)各級(jí)傳動(dòng)比 傳動(dòng)級(jí)數(shù) 速比 模數(shù)m 小齒輪齒數(shù)/小帶輪直徑 大齒輪齒數(shù)/大帶輪直徑 第一級(jí)（皮帶傳動(dòng)） 3.3 330mm 1000mm 第二級(jí)（齒輪傳動(dòng)） 4.78 14 18 86 第三級(jí)（齒輪傳動(dòng)） 4.7 20 17 80 7 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 7.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 可以根據(jù)下述公式項(xiàng)預(yù)選齒輪的模數(shù) ～ mm 式（7.1） 式中 ——大齒輪所需傳遞的扭矩。 在計(jì)算低速級(jí)時(shí)，對(duì)單點(diǎn)壓力機(jī)=(為曲軸上公稱扭矩），對(duì)雙點(diǎn)壓力機(jī)，沒(méi)有過(guò)載保護(hù)裝置時(shí)，=0.6，有保護(hù)裝置時(shí)=0.5； ——齒寬系數(shù)，=B/m(B為齒寬)，目前國(guó)產(chǎn)壓力機(jī)，在8～18范圍內(nèi)，對(duì)一級(jí)齒輪傳動(dòng)，可取13～15，對(duì)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，可取10～13，對(duì)人字齒輪，可取17～22。 ——大齒輪齒數(shù)。 上式的系數(shù)在一般情況下可取3．15，在齒輪材料及熱處理?xiàng)l件較好的情況下可取2．8，在條件較差時(shí)可取3.5。 對(duì)于開式傳動(dòng)的齒輪，一般核算其彎曲強(qiáng)度即可，其計(jì)算公式為 帕 式（7.2） 式中 ——齒輪齒根處彎曲應(yīng)力； ——小齒輪所受扭炬； I——傳動(dòng)速比； 式（7.3） ——小齒輪齒數(shù)； ——齒輪壓力角； Y——齒形系數(shù)； M——齒輪模數(shù)； B——尺寬； ——載荷集中系數(shù)； ——?jiǎng)虞d系數(shù)； ——許用彎曲應(yīng)力； 齒輪輪齒表面的接觸強(qiáng)度公式為 式（7.4） 其中 B——尺寬； A——兩齒輪中心距； ——接觸應(yīng)力系數(shù)；當(dāng)=20°，=2.15×N/時(shí)，可直接查表，當(dāng)N/,即不是鍛鋼與鍛鋼接觸時(shí)，查出的C，還需乘以如下系數(shù)；與鑄鋼接觸時(shí)乘以0.944，與球墨鑄鐵接觸時(shí)乘以0.915，與鑄鐵接觸時(shí)乘以0.858；若≠20°時(shí)(例如角變位齒輪)則還需乘以； ——當(dāng)量彈性模數(shù)； ——齒輪嚙合角； ——傳動(dòng)速比； 由上式可知壓力機(jī)齒輪的計(jì)算過(guò)程為： ～ ∴m=12 = =13.5 7.2傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 其公式為： m 式（7.5） 式中——作用在軸上的最大扭矩（N.m）； ——許用剪應(yīng)力，參考數(shù)值為：45鋼調(diào)質(zhì)=500× 所以： d= =0.18m 然后按彎扭聯(lián)合作用核剪綜合應(yīng)力 Pa 式（7.6） 式中 ——危險(xiǎn)截面彎矩（N.m）； ——危險(xiǎn)截面扭矩（N.m）； d——危險(xiǎn)截面直徑（mm）； ——許用彎曲應(yīng)力，按如下數(shù)據(jù)選?。? 式（7.6） ——材料屈服極限（Pa） 表7-1 傳動(dòng)材料性能和許用應(yīng)力（1×） 鋼號(hào) 熱處理 硬度（HB） 抗拉強(qiáng)度極限 屈服極限 許用應(yīng)力 45 正火 163～217 5800～6000 2900～3000 1200 45 調(diào)質(zhì) 180～230 6500～8000 3500～5600 1800 40Cr 調(diào)質(zhì) 230～280 8000～10000 6500～8500 3000 現(xiàn)有壓力機(jī)傳動(dòng)軸的計(jì)算應(yīng)力為：傳動(dòng)軸為45 調(diào)質(zhì) 計(jì)算應(yīng)力=1780× 軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，=700， =400。 圖7-1 中間軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 齒輪直徑： 小輪 式（7.7） =283.15 mm 大輪 式（7.8） =1352.8 mm 小齒輪受力 轉(zhuǎn)矩 式（7.9） =4.15× N·mm 圓周力 式（7.10） =2931 N 徑向力 式（7.11） =7806 N 軸向力 直齒輪傳動(dòng)無(wú)軸向力 畫中間軸受力圖 圖7-2 中間軸軸受力圖 計(jì)算支撐反力 水平面反力 式（7.13） 式（7.15） =7257 N 垂直面反力 =3903 N 式（7.16） 下面為： 中間軸水平面（xy）受力圖 圖7-3 中間軸水平面受力圖 中間軸垂直面（xy）受力圖 圖7-4 中間軸垂直面受力圖 畫軸彎矩圖 中間軸水平面彎矩圖 圖7-5 中間軸水平面彎矩圖 中間軸垂直面彎矩圖 圖7-6 中間軸垂直面彎矩圖 合成彎矩圖 式（7.17） 圖7-7 中間軸合成彎矩圖 畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 T= T=3.97×N·mm 中間軸轉(zhuǎn)矩