多速度機械式沖壓機設計
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多速度機械式沖壓機設計總計:畢業(yè)論文: 37頁表格:6表插圖:11幅指導教師: 閱 人:完成時間:摘要壓力機在汽車、電子、模具等方面有著很大的使用。在我國近 10 多年來,汽車一直作為國家的支柱產業(yè),所以在汽車行業(yè)發(fā)展的同時,壓力機械在這端時間內有著很大的進步。關于可以調節(jié)速度的壓力機需求越來越大,但在這方面,現在國內外更多的是用伺服電機實現的,但行星齒輪機構也是完全可以實現多個速度的調節(jié),這種技術已經廣泛應用于自動擋汽車的變速箱中,所以決定設計一個可以應用于壓力機的行星齒輪機構。本畢業(yè)設計實在國內發(fā)展現狀的基礎上,添加了可以進行多速度控制的行星齒輪機構,它通過控制不同齒輪的固定與否,實現了壓力機的多速度的調節(jié),適應了壓力機可以有多種速度的技術要求,可以根據不同的產品來調整不同的加工速度,適用不同的需要,從而提高生產效率。本畢業(yè)設計的主要內容:1.曲柄滑塊機構的設計,包括曲軸的設計,可調連桿的設計,滑塊的設計。2.行星齒輪機構的設計,包括多速度輪系的方案設計,齒輪設計,定位方案設計。3.皮帶輪的設計,包括皮帶的設計,小帶輪的設計和大帶輪的設計。通過這次畢業(yè)設計,完成了以上的設計內容,而且將以上各個部件整合到了一起形成了一個完整的機器。使自己明白了一個真正機器的復雜程度,機械設計的基本設計過程,同時強化鞏固加深了自己對輪系的認識,同時也為多速度壓力機方面增多了一種新的多速度實現方式。關鍵詞:曲柄壓力機;多速度壓力機;行星齒輪機構IABSTRACTPress machine is widely applied to industrial area, for example automobile, aviation, electricity, house appliances, and so on.As one of the symbol which measure a nations industrial level, is considered as the pillar industry of domestic economy by some major industrial developed countries and emerging industrial countries in todays world. Its development mainly leads to the development of forging and stamping technology and equipment. The growth and progress of forging and stamping technology are centred around the development of automobile industry.Based on the current situation of domestic development, this graduation project added the planetary gear mechanism which can carry on multi-speed control. By controlling whether the gears are fixed or not, it implemented press machines multi-speed adjustment, and adapted to the press machines developed direction. According to the different products, its different processing speeds satisfying different needs. Thus it improved productions efficiency.The main contents:1.The design of crank-slide mechanism. It including the designs of crank axle, adjusting connecting rod and slide block.2.The design of planetary gear mechanism.It including the designs of multi-speed gear system, wheel gear, and localization scheme.3.The design of belt pulley.It including the design of belt, the small pulley and the big pulley.Through this graduation project, I finished the above contents, as well as, combined every single parts to form an integrated machine. I deeply understand the complexity of a true machine and the basic design process of a machine. At the same time, it reinforced my recognition for gear system and provided a new multi-speed pattern in press machine.Key Words:crank press, planetary gear mechanism, multi-speed press.II目錄摘要.IABSTRACT.II1緒論.12整體方案的選擇.22.1根據滑塊的分類.22.2變速裝置的選擇.23沖壓機驅動力的計算及及電機的選擇.33.1設計要求.33.2電機選型.33.3傳遞到曲柄的功率.34曲柄滑塊機構的設計.44.1曲柄滑塊機構的確定.44.2曲柄滑塊機構各零件的設計.55傳動系統(tǒng)的設計.95.1傳動比的分配.95.2帶傳動的設計.95.3行星輪系的設計.126軸的設計.187工作臺結構設計.217.1整體尺寸.217.2T 型工作臺.218結論.23參 考 文 獻.24致謝.33I多速度機械式沖壓機設計1 緒論本畢業(yè)設計研究的主要是多速度壓力機,隨著社會的進步和技術的進步,關于可以調節(jié)速度的壓力機需求越來越大,但在這方面,現在國內外更多的是用伺服電機實現的,但在和指導老師的商量下,行星齒輪機構也是完全可以實現多個速度的調節(jié),這種技術已經廣泛應用于自動擋汽車的變速箱中,所以決定設計一個可以應用于壓力機的行星齒輪機構。行星齒輪機構的難點主要在于多速度行星齒輪整體方案的設計和各個齒輪的定位。本設計主要用分別固定兩內齒輪以此達到傳動機構的轉變,從而達到速度的變化。在關于各個齒輪的定位更多采用的是與軸承的配合,一方面軸承起著旋轉件和軸之間的連接,另一方面軸承承受很小的軸向力來擔任定位的作用。多速度壓力機可以控制曲柄的轉速去適應生產的需求,根據不同的產品調節(jié)不同的旋轉速度,從而提高了效率。近二十年來,世界各國的鍛壓技術都有了很大的發(fā)展,正從傳統(tǒng)的機器特征時代轉變?yōu)樾畔r代,微電子和信息通訊的進步,使得自動測量和自動控制都應用于鍛壓方面上,自動化和機械化的程度越來越高,機械行業(yè)的數字化、自動化和智能化發(fā)展越發(fā)蓬勃。高速復合化也是沖壓機的一個發(fā)展方向。提高生產效率,是機械方面永遠的追求,每個鍛壓工廠都在向著高速鍛壓機械的方向研究,同時在高速發(fā)展的領域之后,減小輔助所用時間也是一個提高生成效率的途徑,將多種工序結合,一次定位等等都可以使得輔助時間的減少,個別適合加工情況復雜、工序較多、加工位置較多的板料加工。- 1 -多速度機械式沖壓機設計2整體方案的選擇2.1 根據滑塊的分類根據滑塊的驅動分類:機械式和液壓式。根據滑塊的數目分類:單動式和復動式。根據滑塊運動的曲線、傳動特點和滑塊可以實現的功能等不同,一般分為:曲柄式壓力機、無曲柄式壓力機、肘節(jié)式壓力機、摩擦式壓力機、螺旋式壓力機、齒條式壓力機、連桿式壓力機、凸輪式壓力機。根據壓力機外型結構分為:開式壓力機和閉式壓力機。開式壓力機是指正面和左右兩側面都可以輸送原料,采用 C 型機架的壓力機;閉式壓力機是指只能從前后方向送料,采用門框式結構,機械剛度好, 工作時受振動較小,加工精度較高,一般 200 噸以上的壓力機多采用閉式門框式結構??紤]到壓力機的工作效率和設計經驗的缺失等因素,采用曲柄單動式開式壓力機。2.2變速裝置的選擇齒輪傳動,齒輪傳動主要作用是傳遞轉矩和轉向,是機械傳動裝置中常見的傳動方式,具有順時傳動比一定,傳動穩(wěn)定,可以承受較大載荷的優(yōu)點。 渦輪蝸桿傳動,蝸輪蝸桿機構是交錯軸斜齒圓柱齒輪機構演變而來的,用來傳遞兩交錯軸之間運動,通常取其交錯角為 90。優(yōu)點為,傳動比較大;缺點時,產生的熱量較高,材料要求較高。 行星齒輪傳動,是一種可以使能量分流的機構,有多個齒輪或和其幾何軸線繞著靜止旋轉中心運動的齒輪傳動,行星齒輪機構一般有多個行星輪和太陽輪組成,具有小體積大傳動比的優(yōu)點。因為沖壓過程的經常伴隨著飛瀉、壓力機的尺寸需求而且沖壓機的重型化,所以傳動系統(tǒng)選擇行星齒輪裝置。- 2 -多速度機械式沖壓機設計3沖壓機驅動力的計算及及電機的選擇3.1設計要求電機功率 P = 1.5kw3.2電機選型根據機械設計手冊減(變)速電機與電器 P17-37 表 17-1-28 選用 YH 系列高轉差率三相異步電機(為 Y 系列 IP44 派生系列,轉差率高啟動轉矩大,啟動電流小,機械特性軟,能承受沖擊載荷以及反轉次數較多的金屬加工沖床,如錘壓機、沖擊機等。)查 P17-76 表 17-1-53,選用 YH90L-4 電機,參數如下:額定功率 = 1.5Kw功率因數 cosj = 0.80轉速 = 1305 rmin額定電流 = 5.5 A電流 = 3.96 A額定轉矩 = 2.7N m負載特性持續(xù)率 = 60%轉動慣量 = 0.0027Kg m2轉差率 = 13%質量 = 27 Kg效率 = 72%3.3傳遞到曲柄的功率查機械設計手冊 P13-37,表 3-1-43,開口傳動皮帶的效率為 100% 查機械設計手冊 P14-5-2 得,輪系的行星齒輪傳遞部分效率為 0.987,常用直尺圓柱齒的效率為 0.97P= 1.5 1 0.987 0.97 0.97 = 1.393Kw(3.1)曲柄所以,傳遞到曲柄的功率為 1.393Kw。- 3 -多速度機械式沖壓機設計4曲柄滑塊機構的設計4.1曲柄滑塊機構的確定設計要求:滑塊行程 s = 70mm滑塊行程次數 n = 140 / 90 次min當時q = 30 ,據下死點位置 5.5mm計算曲柄和連桿的長度S = 70mm R = 35mm(4.1)查機械傳動及曲柄壓力機上冊 P11SB = R(1 - cosq )+1(1 - cos 2q )4(4.2)SB 為滑塊當前位置據下死點的距離 SB = 35x = 5.5(4.3)x = 0.159(4.4)查機械傳動及曲柄壓力機上冊 P12,表 2-1 (1 - cosq )+ 14 (1 - cos 2q )的值,得 l = 0.2 ,計算此時滑塊的速度l查機械傳動及曲柄壓力機上冊 P13,VB = 0.105nRsin q +2sin 2q lVB = 0.105nRsin q +2sin 2q = 0.105350.3sin30 +2sin 60 n3= 0.105350.5+ 0.15 2= 2.31n(4.5)當n = 140時,vB = 324 mms當n = 90時,vB = 208 mms- 4 -多速度機械式沖壓機設計根據表 2-3 拉伸工藝的合理速度范圍,鋼的最大拉延速度為 409mm/s,所以符合要求。綜上所述,曲柄 R=35mm,連桿 L=175mm。4.2曲柄滑塊機構各零件的設計計算曲柄尺寸表 4.1曲柄經驗公式曲柄簡圖經驗公式采用值支撐頸直徑 d0d= (1.38 -1.58)600Pg支撐頸長度 l0l0= (1.50 - 2.20)d0115曲柄頸直徑 d Ad A = (1.00 -1.11)d062曲柄頸長度 lAlA = (1.30 -1.43)d080曲柄壁寬度 BB = (1.24 -1.39)d077曲柄壁直徑 DD = (1.67 -1.86)d0102曲柄兩臂兩側面lq = (2.30 - 2.48)d0138距離 lq圓角半徑 rr = (0.08 - 0.11)d06曲柄半徑 RR = (0.40 - 0.53)d035曲柄的校核基于機械傳動及曲柄壓力機上冊 P176,對實際情況進行簡化: 可以簡化的認為,兩軸承支撐曲柄臂內側的 r 處,所以力也作用于此處??梢哉J為連桿的支撐力平衡于壓力機的公稱壓力(即 PAB = Pg ),并二分之一于公稱壓力作用在離曲柄壁內側面 2r 處的位置。由于大齒輪的半徑比曲柄的半徑大得多,所以齒輪的作用力比連桿的作用力小得多,可以忽略不計。- 5 -多速度機械式沖壓機設計A-A 截面的彎矩為:MW =Pglq + 4r-PglA- 4r2222=Pg(lq - lA + 8r )(4.6)4MWPg(lq - lA + 8r )32sw=4Wpd A316 104 (138 - 79.5 + 8 5.8)10-3 32=4p (61.6 10-3 )3=1342720.00734331248= 183MPa(4.7)圖 4.1彎力彎矩圖查表得 45 鋼調制處理,在重復載荷的情況下,抗彎曲的 s = 205MPa ,材料符合要求。計算連桿尺寸采用機械傳動及其曲柄壓力機上冊 P3 圖 1-4 廣泛使用的 B-B 連桿結構,這種螺紋結構封是通過調節(jié)螺紋的長短而調節(jié)封閉高度的。連桿分為上下兩段,常將上端稱為連桿,下端稱為調節(jié)螺桿,兩端用螺紋鏈接,調節(jié)螺桿作成圓球形,由圓球面?zhèn)髁Α1?4.2連桿經驗公式結構簡圖符號經驗數據采用數值d B(1.29 -1.79)62PABd0(0.59 - 0.83)d B50d2(0.83 - 0.94)d B38d3(0.9 - 0.98)d B58d4(1.53 -1.82)d074H(1.5 - 2.3)d B75- 6 -多速度機械式沖壓機設計校核連桿的強度s y =P=16 104= 135MPaABSmin4(38.8 10)p-32PAB :連桿上的作用力Smin :調節(jié)螺桿的最小截面積校核螺紋的強度MW=P1 d0-dAB1n222=16 1041 50-41.8010-31.67222 2= 196.2 N ms =MW=196.2W1 p 50 10-3 (0.635 10-3 )26=196.210.55 10-9 36= 51.6MPa材料 HT200 滿足要求。滑塊 A3 鋼板焊接滑動軸承的設計軸承的平均壓力P=F=4 104= 5.8MPadB6010-3 115 10-3軸承的 pv 值pv =Fpdn60 1000dB= 5.8 p 60 14060 1000= 2.56MPa ms軸承的 v 值v =pdn= p 60 140= 0.44 ms60 100060 1000(4.8)(4.9)(4.10)(4.11)(4.12)(4.13)- 7 -多速度機械式沖壓機設計查機械設計手冊單行本軸承 P7-9,表 7-1-5 滑動軸承的材料性能選用鋁青銅( ZCu Pb 30 )。P= 15MPav= 8 m spv= 60MPa m s結構選為對開式四螺柱正滑動軸承。4.3整體方案圖 4.2 曲柄滑塊的實物圖滑塊下端模柄孔位置時兩體的,需要用時,將右下角的模柄塊拆開,將模柄放進,然后將兩緊固螺栓安裝好,最后安裝緊定螺栓。此壓力機依靠調節(jié)螺桿的螺紋來達到調節(jié)封閉高度的要求,用時,將緊定螺栓放松,調節(jié)連桿高度,然后在將緊定螺栓固定。- 8 -多速度機械式沖壓機設計5傳動系統(tǒng)的設計5.1傳動比的分配電機的轉速為 1305 r/min當 n=140次/min 時,i =1305= 9.32(5.1)140當 n=90次/min 時,i =1305= 14.5(5.2)90傳動鏈中加入皮帶傳動,不僅可以減輕傳動比分配時的壓力,而且可以利用皮帶的特性從而防止機器的過載。皮帶的最大傳動比 imax = 5 將皮帶的傳動比 i皮帶 = 4.5輪系的傳動比 i輪系 = 2或者3.2 。5.2帶傳動的設計確定計算功率 PCa由機械設計書中表 8-8 查得工作情況系數 K A = 1.1 ,所以PCa = K A P = 1.4 1.5 = 2.1kw選擇帶型根據圖 8-11,選取普通 V 型帶專供 Z 型( dd1 = 80 -100mm )確定帶輪的基準直徑 dd1 并驗算帶速根據表 8-7,Z 型槽 dmin = 50mm 根據表 8-9,Z 型槽 dd1 = 80mmv =pdd1n1=p 80 1305= 5.47 ms60 100060 1000滿足 v = 5 - 25 msdd 2 = idd1 = 4.5 80 = 360mm確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 Ld根據公式 8-9, 0.7(dd1 + dd 2 ) a0 2(dd1 + dd 2 ),初步計算選取 a0 = 400mm(5.3)(5.4)(5.5)- 9 -多速度機械式沖壓機設計 L= 2a0+p (dd1+ dd 2)+(dd 2 - dd1 )2d 024a0= 2 400+p330+210224 500= 1530mm由表 8-2 選帶 Ld = 1540mma = a0 + ld + ld 0= 400 + 1540 -1530= 405mm22驗算小帶輪上的包角a1 = 180 - (dd 2- dd1 )57.3a= 180 - 28057.3405= 140.38計算帶的根數由 dd1 = 80mm和n1 = 1305次/ min ,查表 8-4 得, P0 = 0.32Kw根據 n1 = 1305次/ min 、 i = 4.5 和 Z 型帶,查表 8-5 得, DP0 = 0.03kw查表 8-6 得, Ka = 0.89表 8-2 得, Kl = 1.54Pr = (P0 + DP0 ) Ka Kl = (0.32 + 0.03) 0.89 1.54 = 0.48 Z =PCa=2.1= 4.30.48Pr所以,Z=5計算單根皮帶的初拉力F = 500(25 - Ka )PCa+ qv2= 33 +1.79 = 34.8N0Ka Zv計算軸拉力(5.6)(5.7)(5.8)(5.9)(5.10)(5.11)F= 2ZF sina= 2 5 35 sin140= 329 N(5.12)P022總結選用 5 根 Z 型帶,帶基準長度為 1540mm。帶輪基準直徑為 dd1 = 80mm ,dd 2 = 360mm ,中心距控制在 371.9mm 到 471.2mm 之間,單帶初拉力為 37.8N。- 10 -多速度機械式沖壓機設計帶輪的設計表 5.1Z 型帶的尺寸槽型bdha minhf minefminddZ8.52.007.012 0.3780表 5.2帶輪的尺寸計算B = 4e + 2 f = 4 12 + 2 7 = 62mmd1 = 2 20 = 40mml = 82mmdd= 80mmda = dd + 2 ha = 80 + 2 2 = 84mmB = B = 62mmd1 = d1 = 40mml = 2d = 2 20 = 40mmdd= 4.5 dd = 4.5 80 = 360mmda= dd + 2 ha = 360 + 2 2 = 364mm11C = 5 B =5 62 =31mm- 11 -多速度機械式沖壓機設計5.3行星輪系的設計方案設計圖 5.1行星齒輪的整體傳動方案傳動比的計算固定 S 之后圖 5.2固定 S 之后輪系的傳動- 12 -多速度機械式沖壓機設計 w1 - w6= -Z2 Z3= -Z3w - wZ Z2Z3611w - w= -Z6Z5= -Z64HZ5 Z4Z4w6 - wHw = w14(5.12)w1Z4 + Z6(Z4 + Z6)(Z1 + Z3 )=Z4=w(Z1 + Z3 )Z4 + Z1Z6(Z + Z)Z+ Z ZH13416(Z1+ Z3 )Z4(5.13)固定 P 之后圖 5.3固定 P 之后輪系的傳動w4- wH= -Z5 Z6= -Z6(5.14)w - wHZZ5Z464 wH - w4= 1 -w4= -Z6(5.15)wHwHZ4w4= 1 +Z6(5.16)wHZ4w1= 1 +Z6(5.17)wHZ4- 13 -多速度機械式沖壓機設計定固定 S 之后的傳動比為 2 固定 P 之后的傳動比為 3.2 (Z4 + Z6 )(Z1 + Z3 ) = 2 (Z1 + Z3 )Z4 + Z1Z6 Z6 = 3.2 Z 4 Z1 = 30 , Z2 = 30 , Z3 = Z6 = 90 , Z4 = 40 , Z5 = 25i =(40 + 90)(30 + 90)=15600= 2.08(30 + 90) 40 + 30 9075001i2 = 1 + 9040 = 3.25同心條件Z1 + 2Z2 = 30 + 2 30 = Z3Z4 + 2Z5 = 40 + 2 25 = Z6所以滿足同心條件。鄰接條件(Z1 + Z2 )sin(180 k )Z2 + 2ha* 60 sin 60 30 + 2 1 60 23 32 51.9632(Z4 + Z5 )sin(180 k )Z5 + 2ha* (40 + 25)sin 60 25 + 2 1 65 23 27 56.327(5.18)(5.19)(5.20)(5.21)(5.22)(5.23)(5.24)所以滿足鄰接條件。齒輪設計查機械設計手冊單行本,機械傳動 P14-460,表 14-5-13.常用行星齒輪傳動變位方式及變位系數的選擇.。- 14 -多速度機械式沖壓機設計表 5.1常用行星齒輪傳動變位方式及變位系數的選擇各齒輪齒數不變,即 Z A + ZC = Z B - ZC角 變 位變位系數之間的關系 X B = 2 X C + X AiAXB 4(更為廣變位系數大小影響內齒輪彎曲強度,所以以齒數不產生根泛).,通常的嚙合角為a AC = aCB = 22。切為準總位系數不能過大對于直齒輪的機械傳動,當 Z A ZC 時,一般取 X A = X C = 0.5齒形角(壓力角)機械設計手冊 P14-463 漸開線行星齒輪傳動中,為便于采用標準刀具,通常采用a = 25(5.24)由于傳動方式為硬齒面,所以由齒根彎曲疲勞強度計算2K F T1YeYFaYSa(5.25)m 3f Z 2sd 1F小齒輪(行星輪和中心小太陽輪)材料:合金鋼調質,齒面的硬度為 310HBS; 內齒輪材料:45 號鋼調質+表面淬火,齒面的硬度為 250HBS. K F = K A KV K Fa K Fb查機械設計教材 P192,表 10-2 得 K A = 1.75P194,圖 10-8 得 KV = 1.2P200,圖 10-17 得 K Fa = 3.0P197,圖 10-13, h =(2h*+ c* )m = 2.25m , KFb= 1.2a K F = K A KV K Fa K Fb= 1.75 1.2 3.11.2(5.26)= 7.56 Ye = 0.25 +0.75ea)+ Z)ea = Z1 (tan aa1 - tan a2 (tan aa 2 - tan a2p= 40(tan 22 - tan 20 )+ 71(tan 22 - tan 20 )(5.27)= 0.707632pYe = 0.25 +0
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