J11-5單柱固定臺曲柄壓力機設計含4張CAD圖
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XXXXXX
XX設計任務書
畢業(yè)生
姓名
專業(yè)
指導教師
姓名
類別
學號
班級
職稱
外聘 本校
一、畢業(yè)設計題目
J11—5單柱固定臺曲柄壓力機設計
二、畢業(yè)設計提供的原始數據資料
1、傳動簡圖
曲柄壓力機的傳動裝置工作原理如圖所示。電動機1通過V帶傳動2驅動曲軸3轉動，通過連桿4使滑塊5在導軌6中往復移動，實現對安裝在工作臺8上的工件7的施壓。
2、原始數據
滑塊公稱壓力F=50KN，滑塊行程H=40mm，滑塊行程頻率150次/min。工作條件：每天一班，工作8小時，有粉塵。壽命為10年，小批生產。
三、畢業(yè)設計應完成主要內容：
1、說明書：
1）選擇電動機型號
2）V帶傳動設計
3）曲柄滑塊傳動設計
4）壓力機機體設計
2、圖紙：
1）壓力機裝配圖
2）連桿零件圖
3）曲軸零件圖
4）滑塊零件圖
5）帶輪零件圖
四、畢業(yè)生應提交的畢業(yè)設計資料要求
1、說明書：
．設計計算說明書一份
2、圖紙：
1）壓力機裝配圖
2）連桿零件圖
3）曲軸零件圖
4）滑塊零件圖
5）帶輪零件圖
五、設計進度安排（從第6周起）
序號
時間
周次
設計任務完成的內容及質量要求
1
3月31日~4月6日
第6周
熟悉設計任務，借閱設計資料
2
4月7日~4月13日
第7周
傳動零件設計計算
3
4月14日~4月20日
第8周
傳動零件設計計算
4
4月21日~4月27日
第9周
傳動零件結構設計
5
4月28日~5月4日
第10周
箱體結構設計
6
5月5日~5月11日
第11周
壓力機操縱機構設計
7
5月12日~5月18日
第12周
繪制裝配圖
8
5月19日~5月25日
第13周
繪制零件圖
9
5月26日~6月1日
第14周
編寫設計說明書
10
6月2日~6月8日
第15周
檢查修改錯誤
11
6月9日~6月15日
第16周
打印和裝訂
12
6月16日~6月22日
第17周
教師評閱和開始答辯
六、主要參考文獻資料
1、工具書：
《機械設計手冊》
2、參考資料：
1）《機械原理》
2）《機械零件》
3）《壓力機設計》
4）《互換性與技術測量》
5）《機械創(chuàng)新設計》
七、簽字欄
簽 字 欄
畢業(yè)生
姓名
專業(yè)
班級
要求設計工作起止日期
2014年4月1日~~~2014年6月10日
教師審核
指導教師（簽字）
日期
2014年 月 日
教研室主任審查（簽字）
日期
2014年 月 日
系主任批準（簽字）
日期
2014年 月 日
第2頁 共 2頁
太原理工大學陽泉學院-----畢業(yè)設計任務書
外文資料
Introduction to Mechanical Design
Mechanical design is the application of science and technology to devise new or improved products for the purpose of satisfying human needs. It is a vast field of engineering technology which not only concerns itself with the original conception of the product in terms of its size, shape and construction details, but also considers the various factors involved in the manufacture, marketing and use of the product.
People who perform the various functions of mechanical design are typically called designers, or design engineers. Mechanical design is basically a creative activity. However, in addition to being innovative, a design engineer must also have a solid background in the areas of mechanical drawing, kinematics, dynamics, materials engineering, strength of materials and manufacturing processes.
As stated previously, the purpose of mechanical design is to produce a product which will serve a need for man. Inventions, discoveries and scientific knowledge by themselves do not necessarily benefit people; only if they are incorporated into a designed product will a benefit be derived. It should be recognized, therefore, that a human need must be identified before a particular product is designed.
Mechanical design should be considered to be an opportunity to use innovative talents to envision a design of a product, to analyze the system and then make sound judgments on how the product is to be manufactured. It is important to understand the fundamentals of engineering rather than memorize mere facts and equations. There are no facts or equations which alone can be used to provide all the correct decisions required to produce a good design. On the other hand, any calculation made must be done with the utmost care and precision. For example, if a decimal point is misplaced, a otherwise acceptable design may mot function.
Good designs require trying mew ideas and being willing to take a certain amount of risk, knowing that if the mew idea does not work the existing method can be reinstated. Thus a designer must have patience, since there is no assurance of success for the time and effort expended. Creating a completely new design generally requires that many old and well-established methods be thrust aside. This is not easy since many people cling to familiar ideas, techniques and attitudes. A design engineer should constantly search for ways to improve an existing product and must decide what old, proven concepts should be used and what new, untried ideas should be incorporated.
New designs generally have “bugs” or unforeseen which must be worked out before the superior characteristics of the new designs can be enjoyed. Thus there is a chance for a superior product, but only at higher risk. It should be emphasized that, if a design does not warrant radical new methods, such methods should not be applied merely for the sake of change.
During the beginning stages of design, creativity should be allowed to flourish without a great number of constraints. Even though many impractical ideas may arise, it is usually easy to eliminate then in the early stages of design before firm details are required by manufacturing. In this way, Innovative ideas are not inhibited. Quite often, more than one design is developed, up to the point where they can be compared against each other. It is entirely possible that the design which is ultimately accepted will use ideas existing in one of the rejected designs that did not show as much overall promise.
Psychologists frequently talk about trying to fit people to the machines they operate. It is essentially the responsibility of the engineer to strive to fit machines to people. This is not an easy task, since there is really no average person for which certain operating dimensions and procedures are optimum.
Another important point which should be recognized is that a design engineer must be able to communicate ideas to other people if they ate to be incorporated. Communicating the design to others is the final, vital step in the design process. Undoubtedly many great designs, inventions, and creative works have been lost to mankind simply because the originators were unable or unable or unwilling to explain their accomplishments to others. Presentation is a selling job. The engineer when presenting a new solution to administrative, management, or supervisory persons, is attempting to sell or to prove to them that this solution is a better one. Unless this can be done successfully, the time and effort spent on obtaining the solution have been largely wasted.
Basically, there ate only three means of communication available to us. These are the written, the oral, and the graphical forms. Therefore the successful engineer will be technically competent and versatile in all three forms of communication. A technically competent person who lacks ability in any one of these forms is severely handicapped. If ability in all three forms is lacking, no one will ever know how competent that person is!
The competent engineer should not be afraid of the possibility of not succeeding in a presentation. In fact, occasional failure should be expected because failure or criticism seems to accompany every really creative idea. There is a great deal to learn from a failure, and the greatest gains ate obtained by those wiling to risk defeat. In the final analysis, the real failure would lie in decoding not to make the presentation at all. To communicate effectively, the following questions must be answered:
1、Does the design really serve a human need?
2、Will it be competitive with existing products of rival companies?
3、It is economical to profit?
4、Can it be readily maintained?
5、Will it sell and make a profit?
Only time will provide the true answers to the preceding questions, but the product should be designed, manufactured and marketed only with initial affirmative answers. The design engineer also must communicate the finalized design to manufacturing through the use of detail and assembly drawings.
Quite often, a problem will occur during the manufacturing cycle. It may be that a exchange is required in the dimensioning or tolerancing of a part so that it can be more readily produced. This falls in the category of engineering changes which must be approved by the design engineer so that the product function will not be adversely affected. In other cases, a deficiency in the design may appear during assembly or testing just prior to shipping.
Engineering design is a systematic process by which solutions to the needs of humankind are obtained. The process is applied to problems (needs) of varying complexity. For example, mechanical engineers will use the design process to find an effective, efficient method to convert reciprocating motion to circular motion for the drive train in an internal combustion engine; electrical engineers will use the process to design electrical generating systems using falling water as the power source; and materials engineers use the process to design ablative materials which enable astronauts to safely the earth’s atmosphere.
The vast majority of complex problems in today’s high technology society depend for solution not on a single engineering discipline, but on teams of engineers, scientists, environmentalists, economists, sociologists, and legal personnel. Solutions are not only dependent upon the appropriate applications of technology but also upon public sentiment, government regulations and political influence. As engineers we are empowered with the technical expertise to develop new and improved products and systems, but at the same time we must be increasingly aware of the impact of our actions on society and the environment in general and work conscientiously toward the best solution in view of all relevant factors.
中文翻譯
機械設計簡介
機械設計是為了滿足人類需要而制定出的新產品或者改進舊產品時對科學與技術的應用。 它是工程技術的一個巨大領域,這個領域不僅關注原先這種產品的尺寸，形狀以及構造方式， 而且考慮涉及這種產品的制造，銷售和使用的其它各方面的因素。
進行機械設計的各種各功能的人們被通常叫為設計者或者設計工程師。 機械設計基本上是一次創(chuàng)造活動。 然而， 除富有創(chuàng)新精神之外， 一位設計工程師也必須在機械制圖，運動學，力學，材料工程，材料強度和制造工藝有一定的背景知識。
精確的說，機械設計的目的就是為了滿足人們的需求。 發(fā)明，創(chuàng)造和科學知識它們自己可能不能讓人獲益； 但是只要他們合并在一起并設計產品，其益處就會被得到。因此，在一種特別的產品被設計之前，人的需求必須被鑒定，這一點應該被認識到。
機械設計應被視為一個機會，利用創(chuàng)新人才的設想設計一個產品，分析系統(tǒng)，然后就如何制造產品作出正確的判斷。對工程基礎的理解而不是僅僅記住事實和方程式，這一點是很重要的。 沒有哪個事實或方程式能單獨提供要求生產一種好設計的全部的正確的決定。 另一方面，任何計算必須得最大限度小心和精密。 例如，一個小數點放錯，就有可能得不到所要設計得到的結果。
好的設計應該需要嘗試新的方法并且愿意承擔一定的風險，知道如果新想法不起作用，這種現有的方法可能被重新使用。由于為了成功所付出的時間以及努力是不能保證的，因此一個設計者必須要有耐心。創(chuàng)造一個完全新的設計一般要求很多舊的以及被建立起來的方法來推動。這并不容易因為很多人堅持舊的想法，技術和態(tài)度。設計工程師要不斷尋找方法，以改善現有的產品，并且決定哪些舊的、已被證明的概念須要采納，哪些新的、未曾嘗試的想法應該被包刮進來。
在那些新設計的優(yōu)勢特性可以被享有之前,新設計一般有"缺陷"或者一些未預見的缺點。因此，有機會，提供優(yōu)異的產品，但只有在較高的風險下。應該強調指出，如果一個設計并不需要激進的新方法，這種方法不應適用而僅僅是為了改變。
在設計的開始階段，創(chuàng)造性應該被提倡而沒有許多限制條件。 即使很多不實用的想法可能出現，在穩(wěn)定的細節(jié)生產被要求之前，這些在設計早期通常是容易消除的。以這種方法，富創(chuàng)新精神的想法不被抑制。 經常，不止一種設計被提出，甚至到他們可能對彼此被進行比較的方面。 這是完全可能的：最終被接受的設計將可能使用被拒絕的設計之中的一個想法。
心理學家經常談論努力使他們操作的那些機器適合人。努力使機器適應人基本上是工程師的責任。這不是一項容易的任務,因為真的沒有人能夠把某一個生產尺寸加工到最優(yōu)化的程度。
另一個要點是：一位設計工程師必須能把想法傳達給其他人，當他們的想法可以被采納時。 把設計思想傳達給其它人是最后環(huán)節(jié)，也是在設計過程里的至關重要的步驟。無疑很多重要的設計，發(fā)明和有創(chuàng)造性的作品被人們所不認同，僅僅是因為那些創(chuàng)始人不能或者不愿意對其它人解釋他們的成就。 贈送是一個出售的工作。 當提出一個新的解決方案，管理或者監(jiān)督的人的方法時，工程師， 正試圖出售或者向他們證明這個解決辦法是更好的。 除非這能被成功操作，否則關于獲得這個解決辦法所花費的時間和努力基本上是浪費的。
基本上，那里只有我們可用的3個通信手段。 它們是寫，口頭，以及圖表的形式。 因此成功的工程師將精通這3 種交際方式的能力。缺乏其中任何一個交際能力的一個技術人員就相當于嚴重殘疾。如果全部3個交際能力都缺乏的話，沒有人知道此人是多么有能力！
有能力的工程師不應該害怕推薦自己不成功的可能性。實際上，偶然的失敗應該被期望，因為失敗或者批評好像伴隨每個真的有創(chuàng)造性的想法。 有許多都是從失敗中獲悉，巨大收獲都是從那些冒險獲得的。歸根到底，真正的失敗將在于根本不會做推薦自己。 為了有效地交流，下列問題必須被回答：
(1)這設計真的能服務人需要嗎？
(2)它將與現有的競爭公司的產品競爭嗎？
(3)獲益是實惠的嗎？
(4)它能被比較容易的保持嗎？
(5)它將能被出售并且贏利嗎？
只有時間能提供上述問題的正確的答案，但是產品應該被設計，只用最初肯定的答案生產并且銷售。設計工程師也必須通過使用細節(jié)和裝配圖多溝通定稿設計到生產。
經常，一個問題將在生產的循環(huán)期間產生。這可能是在一個部分的定尺寸或者加工過程中所要求一次交換，以便它能夠被更容易生產。這在被設計工程師批準的工程變化的種類方面下降，以便產品功能將不被相反影響。 在其他情況里，在設計過程中的一種缺陷可能在裝運之前的裝配或檢測測試期間出現。
工程設計是一個系統(tǒng)的過程，其中的解決方案是為了滿足人類需要而得到的。進程是不同的復雜性的問題（需求）的應用。例如，機械工程師，將利用設計過程中，以找到一個有效率的方式轉換成往復運動，在一個內部內燃機以圓周運動來驅動列車;電氣工程師在使用過程中，以設計電動發(fā)電機系統(tǒng)使用，水位下降為能源;材料工程師使用過程中，以設計燒蝕材料，使宇航員平安返回地球的大氣層。
在今天的高科技社會,絕大多數的復雜問題賴以解決的方案不僅僅取決于單一的工程學科，而且還取決于團隊的工程師，科學家，環(huán)境學家，經濟學家，社會學家，法律人員。解決方案不僅取決于適當技術的應用而且還取決于公眾情緒，政府規(guī)章和政治影響力。作為工程師，我們有權與技術專家發(fā)展和改進新的產品和系統(tǒng)，但同時我們必須意識到我們行動的影響：對社會和環(huán)境的總體工作，認真對待最好的解決辦法，鑒于對所有的相關因素。
J11-5單柱固定臺曲柄壓力機設計
摘 要
曲柄壓力機是通過曲柄滑塊機構將電動機的旋轉運動轉換為滑塊的直線往復運動，對胚料進行成行加工的鍛壓機械。曲柄壓力機動作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用于沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。其結構簡單，操作方便，性能可靠。
關鍵詞：壓力機，曲柄機構，機械制造
Abstract
Crank pressure machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport, Carries the formed processing to the semifinished materials the forging and stamping machinery. The crank press movement is steady, the work is reliable, widely uses in crafts and so on ramming, extrusion, drop forging and powder metallurgy. Its structure is simple ,the ease of operation , the performance is reliable .The coupling part uses the rigidity to transfer the key type coupling, the use service is convenient.
Keywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturin
目 錄
前 言 3
第一節(jié) 開式曲壓力機的特點和用途 3
第二節(jié) J11—5開式曲柄壓力機的基本參數 3
第三節(jié) 開式壓力機設計的基本要求 4
第一章 電動機的選擇和飛輪設計 6
第一節(jié) 壓力機電力拖動特點 6
第二節(jié) 電動機的選擇 6
一、選擇電動機的類型 6
二、選擇電動機的功率 7
三、確定電動機的轉速 7
四、計算傳動比 7
五、計算傳動裝置的運動和動力參數 8
第三節(jié) 飛輪轉動慣量及尺寸計算 9
一、壓力機一次工作循環(huán)所消耗的能量 9
二、飛輪轉動慣量計算 10
三、飛輪尺寸計算 11
四、飛輪輪緣線速度驗算 13
第二章 機械傳動系統(tǒng) 14
第一節(jié) 傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 14
一、傳動系統(tǒng)類型 14
二、傳動系統(tǒng)的布置方式 14
三、離合器和制動器的位置 15
四、傳動級數和各級傳動比的分配 15
第二節(jié) V帶傳動設計 16
第三節(jié) 平鍵連接 18
第三章 曲柄滑塊機構 20
第一節(jié) 曲柄滑塊機構的運動和受力分析 20
一、曲柄滑塊機構 20
二、曲軸扭矩計算 21
第二節(jié) 曲柄軸的設計 22
一、曲軸的結構示意圖 22
二、曲柄軸強度設計計算 22
第三節(jié) 連桿和封閉高度調節(jié)裝置 24
一、連桿和封閉高度調節(jié)裝置的結構 24
二、連桿的計算 24
三、連桿及球頭調節(jié)螺桿的強度計算 25
四、調節(jié)螺桿的螺紋計算 27
五、連桿上的緊固螺栓 27
第四節(jié) 滑動軸承 27
一、滑動軸承的結構 27
二、滑動軸承的潤滑及軸瓦結構 28
三、滑動軸承的計算 28
第四章 離合器與制動器 30
第一節(jié) 離合器與制動器的作用原理 30
第二節(jié) 離合器的設計 31
一、離合器的類型、工作特性及其選用原則 31
二、 雙轉鍵離合器的結構 32
第三節(jié) 制動器的設計 34
一、制動器的類型、工作特性及其選用原則 34
二、帶式制動器的結構 35
第五章 機身設計 36
第一節(jié) 機身結構 36
第二節(jié) 機身計算 37
第六章 過載保護裝置設計 40
第一節(jié) 剪切破壞式過載保護裝置的結構 40
第二節(jié) 剪切塊的設計計算 41
第七章 潤滑系統(tǒng) 43
曲柄壓力機常用潤滑劑 43
一、稀油潤滑 43
二、干油潤滑 44
結束語 45
參考文獻 46
前 言
1、 開式曲柄壓力機的特點和用途
曲柄壓力機是采用曲柄滑塊機構作為工作機構的一類鍛壓機器。
開式壓力機是曲柄壓力機的一個類別，其特點是具有開式機身（即C型機）。
開式壓力機因為具有開式機身，與閉式壓力機相比有其突出的優(yōu)點，工作臺在三個方向是敞開的，裝、模具和操作都比較方便，同時為機械化和自動化提供了良好的條件。但是，開式壓力機也有其缺點，由于機身呈C型，工作是變形較大，剛性較差，這不但會降低制品精度，而且由于機身有角變形會使上模軸心線與工作臺面不垂直，以至破壞了上、模具間隙的均勻性，降低模具的使用壽命。
由于開式曲柄壓力機使用上最方便，因而被廣泛采用。它是板料沖壓生產中的主要設備，可用于沖孔、落料、切邊、彎曲、淺拉伸和成型等工序，并廣泛應用于國防、航空、汽車、拖拉機、電機、電器、軸承、儀表、農機、農具、自行車、縫紉機、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。在中、小型壓力機中，開式壓力機得到了廣泛的發(fā)展，目前在我國機器制造業(yè)中，開式曲柄壓力機的年產量約占整個鍛壓機械年產量的49.5%，而在通用曲柄壓力機的生產中約占95%?！ ?
二、J11—5開式曲柄壓力機的基本參數
開式曲柄壓力機的基本參數，決定了它的工藝性能和應用范圍，同時也是設計壓力機的重要依據?，F將J11—5開式曲柄壓力機基本參數分別敘述如下：
1、 公稱壓力F：公稱壓力是壓力機的主參數，是指滑塊離下止點前某一特定距離時，滑塊上所允許的最大作用力。F=50KN
2、 滑塊行程S：滑塊行程是指壓力機滑塊從上止點到下止點所經過的距離，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。其大小隨壓力機工藝用途和公稱壓力的不同而不同。S=40mm
3、 滑塊行程次數N：它是指滑塊每分鐘從上止點到下止點，然后再回到上止點的往復次數?；瑝K行程次數的高低反映了壓力機沖壓的生產效率。N=150次/min
4、 壓力機裝模高度H和封閉高度：壓力機裝模高度是指壓力機滑塊處于下止點位置時，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。當裝模高度調節(jié)裝置將滑塊調整到最高位置（即連桿調至最短）時，裝模高度達最大值，稱為最大裝模高度。當裝模高度調節(jié)裝置將滑塊調整到最低位置（即連桿調至最長）時，裝模高度達最小值，稱為最小裝模高度。壓力機裝模高度調節(jié)裝置所能調節(jié)的距離稱為裝模高度調節(jié)量（△H）。有了裝模高度調節(jié)量，就可以滿足不同閉合高度模具安裝的需要。模具的閉合高度應該介于壓力機的最大裝模高度和最小裝模高度之間。
所謂封閉高度，是指滑塊在下止點時滑塊下表面到工作臺上表面的距離。它和裝模高度之差恰是工作臺墊板的厚度。
5、模柄孔尺寸：中小型壓力機的滑塊底面都設有模柄孔，它是用于安裝固定上模和確定模具壓力中心的。當模具用模柄與滑塊相連時，滑塊模柄孔的直徑和深度應與模具模柄尺寸相協調。中小型壓力機模柄孔的形狀有圓柱形和方柱形。
三、開式壓力機設計的基本要求
壓力機設計應滿足以下基本要求：
（一）使用要求：
1、參數和精度都能滿足工藝用途的要求；
2、具有足夠的強度、剛度和耐磨、耐久性能，能長期穩(wěn)定地保持工藝能力；
3、操作安全、省力、簡單而又便于記憶，并且外形美觀，給操作者提供良好的工作條件；
4、生產效率高、更換模具等輔助工時少，傳動效率高，具有高度的使用經濟性。
（二）制造要求：
1、結構簡單、緊湊，體積??；
2、采用性能好，價格低，易于購買的材料，并充分發(fā)揮材料的性能使壓力機重量輕；
3、具有良好的結構工藝性，加工簡單，裝配方便，并且能與制造廠的設備條件相適應；
4、提高“三化”（系列化、通用化和標準化）程度，減少設計、制造勞動量，以縮短制造周期和降低壓力機成本。
（三）其他要求：
1、運輸容易； 2、安裝簡單； 3、維修方便?！?
51
第一章 電動機的選擇和飛輪設計
第一節(jié) 壓力機電力拖動特點
壓力機工作過程中，作用在滑塊上的負荷是劇增和劇減的周期交替變化著，并且有很短的高峰負載時間和較長的空載時間，若依此短暫的工作時間來選擇電動機的功率，則其功率將會很大。
為了減小電動機的功率，在傳動系統(tǒng)中設置了飛輪。當滑塊不動時，電動機帶動飛輪旋轉，使其儲備能量，而在沖壓工作的瞬時，主要靠飛輪釋放能量。工件沖壓完畢后負載減小，于是電動機帶動飛輪加速旋轉，使其在沖壓下一個工件前恢復到原來的角速度。這樣沖壓工件所需的能量，不是直接由電動機供給，而是主要由飛輪供給，所以電動機所需的功率便可大大減小。
由于電動機的功率小于壓力機工作行程的瞬時功率，所以在壓力機進入工作行程時，工作機構受到很大的阻力，電動機的負載增大，轉差率隨之增大。一旦電動機瞬時轉差率大于電動機臨界轉差率，電動機轉矩反而下降，甚至迅速停止轉動，這種現象稱為電動機顛覆。另一方面，電動機在超載條件下會嚴重發(fā)熱。給電動機配置一個飛輪，相當于增大了電動機轉子的轉動慣量。在曲柄壓力機傳到中，飛輪的慣性拖動的扭矩占總扭矩的85%以上，故沒有飛輪電動機就不能正常工作。
飛輪是儲存能量的，它的尺寸、質量和轉速對能量有很大的影響。飛輪材料采用鑄鐵或鑄鋼。由于飛輪轉速過高會使飛輪破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉速應小于或等于25m/s，最高不超過30m/s；鑄鋼飛輪圓周轉速小于或等于40m/s，最
高不超過50m/s。
第二節(jié) 電動機的選擇
一、選擇電動機的類型
感應電動機又稱異步電動機，具有結構簡單、堅固、運行方便、可靠、容易控制與維護、價格便宜等優(yōu)點。因此在工作中的到廣泛的應用。目前，開式曲柄壓力機常用三相鼠籠轉子異步電動機。
J11-5的傳動系統(tǒng)主要是皮帶傳動。
二、選擇電動機的功率
工作機所需的電動機輸出功率為:
因為工作機所需功率為：，所以
由電動機至工作機之間的總效率（包括工作機效率）為
式中分別為V帶傳動、一個彈性聯軸器、工作機的效率。由《機械設計課程設計指導書》表2—4查得：取，則
所以
選取電動機的額定功率，使，查《Y系列三相異步電動機》型號選擇表取。
三、確定電動機的轉速
《Y系列三相異步電動機》型號選擇表，選電動機型號Y180L-6 ，滿載轉速970 r/min
四、計算傳動比
傳動比：
查《機械課程設計設計指導書》表2-3，V帶的傳動比的一般范圍為，故初選帶的傳動比
五、計算傳動裝置的運動和動力參數
（1）各軸轉速 Ⅰ軸
曲軸
（2） 各軸的輸入功率
Ⅰ軸
曲軸
（3）各軸輸入轉矩
計算電動機軸的輸出轉矩
Ⅰ軸
曲軸
運動和動力參數的計算結果列表如下：
參數－軸名
電動機軸
Ⅰ軸
曲軸
轉速
970
149.23
149.23
功率
11.12
10.68
10.57
轉矩
72.24
453.90
449.36
轉動比
6.5
1
效率
0.96
0.99
第三節(jié) 飛輪轉動慣量及尺寸計算
一、壓力機一次工作循環(huán)所消耗的能量
+
式中—工件變形功。
—氣墊工作功，即壓邊時所需的功。
—工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量。
—工作行程時由于壓力機受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。
—壓力機構向上、向下空行程所消耗的能量。
—單次行程滑塊停頓飛輪空轉所消耗的能量。
—單次行程離合器接合所消耗的能量。
用于連續(xù)行程的壓力機，一循環(huán)所消耗的能量為：
在工作行程一次時間里，一循環(huán)所消耗的能量為：
下面分別敘述各項能量的計算。
1、 工作變形功
對不同的沖壓工藝，在工作行程內工件變形力是變化的。
J
式中—壓力機公稱壓力（KN） —板料厚度(mm)
對慢速壓力機=
所以
2、 氣墊工作功
在進行拉伸工作時，氣墊壓緊工件邊緣，隨壓力機滑塊一起向下移動，消耗的能量取決于氣墊的壓緊力和工作行程，其值相應為壓力機公稱力的1/6及滑塊行程的1/6，即： J
式中—壓力機公稱壓力（KN） S —滑塊行程 （mm）
所以
3、 工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量
實際機器的曲柄滑塊機構運動副之間，存在著摩擦。電動機在拖動曲柄滑塊機構運動時，為克服摩擦消耗能量。在工作行程時，曲柄滑塊機構摩擦所消耗的能量，建議按下式計算：
式中，—曲柄滑塊機構的摩擦當量力臂（mm），
—壓力機公稱壓力（KN）,
— 公稱壓力角（°）,小型壓力機取°
所以
4、 工作行程時由于壓力機受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量
完成工序時，壓力機受力系統(tǒng)產生的彈性變形是封閉高度增加，受力零件儲藏變形位能對于沖裁工序將引起能量損耗，損耗的多少與壓力機剛度、被沖裁的零件材料性質等有關。從偏于安全出發(fā)損耗的能量可按下式計算：
式中—壓力機總的垂直剛度（），()
—壓力機垂直剛度,對于開式壓力機
所以
綜上所述，則
二、飛輪轉動慣量計算
電動機選定后，設計飛輪。這時有兩個假設：
1、 工作行程時所需能量全部由飛輪供應。
2、 工序結束時，電機軸負載扭矩達到最大值，但不大于電機最大允許轉矩。
實際上，沖壓時電動機放出一部分能量，所以飛輪轉動慣量應按下式計算：
式中: —工作行程時所需能量（250.495J）
—電動機在額定轉速下飛輪的角速度
—飛輪轉速相對波動情況的轉速不均勻系數
其中: k—實際電機系數，；—電機額定轉差率（0.02）；—在額定轉矩下皮帶的當量滑差率（0.05）；—修正系數（0.9）。
—公稱壓力角（30°） —壓力機行程次數利用系數（0.3）
三、飛輪尺寸計算
根據求得的折算到飛輪軸上的轉動慣量設計飛輪。曲柄壓力機上，一般飛輪形狀如圖1—1所示，圖中：
Ⅰ是輪緣部分，其轉動慣量為； Ⅱ是輪輻部分，其轉動慣量為;
Ⅲ是輪轂部分，其轉動慣量為。
由第二章已知，輪緣部分寬度。
飛輪本身的轉動慣量，其中輪緣部分是主要的，要比、大的多。故在近似計算中只考慮更趨于安全。
而
所以
式中 ——金屬密度（），對鑄鋼：。
;;
；。
圖1—1
四、飛輪輪緣線速度驗算
飛輪是回轉體，為避免回轉時產生壞裂，必須驗算輪緣線速度：
<
式中：——飛輪最大直徑；
——飛輪轉速；
——許用線速度，對鑄鋼飛輪。
第二章 機械傳動系統(tǒng)
第一節(jié) 傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析
一、傳動系統(tǒng)類型
開式曲柄壓力機的傳動系統(tǒng)由皮帶傳動、齒輪傳動、軸和軸承等組成。
按傳動級數，傳動系統(tǒng)可分為一級傳動、二級傳動、三級傳動和四級傳動。四級傳動很少采用。
按曲軸的布置形式，傳動系統(tǒng)又可以分為垂直于壓力機正面布置和平行于壓力機正面布置。
二、傳動系統(tǒng)的布置方式
曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的布置，應使機器便于制造、安裝和維修，同時結構緊湊，外形美觀。
開式曲柄壓力機傳動系統(tǒng)布置主要包括以下四方面：
1、傳動系統(tǒng)的位置 開式曲柄壓力機大多采用上傳到，很少采用下傳動。
上傳動壓力機與下傳動壓力機相比，優(yōu)點是：
（1） 重量較輕，成本低。
（2） 安裝和維修較方便。
（3） 地基較簡單。
上傳動的缺點是壓力機地面高度較大，運行不夠平穩(wěn)?，F在通用壓力機多數為上傳動。
2、曲軸的布置方式 曲軸分為橫放和縱放兩種布置方式。
采用曲拐軸的開式曲柄壓力機，曲拐軸是縱放的，傳動零件如飛輪、齒輪等置于壓力機背面。
采用曲軸時，曲軸橫放的形式應用很普遍。這種形式的傳動系統(tǒng)，傳動零件分置于壓力機兩側，制造、安裝和維修都比較方便。近年來，曲軸縱放的形式得到應用。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是，曲軸可以縮短，剛度有所提高，全部傳動零件封閉在機身內部，潤滑良好，外形美觀。但制造、維修不及前者方便。
三、離合器和制動器的位置
通用壓力機的離合器有剛性離合器和摩擦離合器兩種。
對于單級傳動的壓力機，由于剛性離合器不宜在高速下工作，所以離合器和制動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軸上，制動器的位置和離合器同軸。對于多級傳動的壓力機，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，由于通用壓力機的傳動系統(tǒng)大多封閉在機身內，不便于離合器的安裝和調整，也不便于散熱，所以摩擦離合器一般安裝在轉速較高的傳動軸上。此時，由于所需傳遞扭矩小，壓力機結構比較緊湊，但是主動部分和從動部分的初速度相差太大，對傳動系統(tǒng)沖擊大，摩擦損耗也較大。
四、傳動級數和各級傳動比的分配
傳動級數的選取主要與以下三方面有關：
1、 滑塊每分鐘行程次數 每分鐘行程次數高，總傳動比小，傳動級數少；每分鐘行程次數低，總傳動比大，傳動級數多。
2、 壓力機做工的能力 一級傳動的曲柄壓力機，飛輪裝置在曲軸上，轉速與滑塊每分鐘行程次數相同，而飛輪結構尺寸又不可能太大，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，一級傳動的曲柄壓力機做工的能力，要比二級和二級以上傳動的曲柄壓力機低。
3、 對機器結構緊湊性的要求 當傳動級數較少，每級傳動比較大時，由于小皮帶輪和小齒輪結構尺寸不能過小，致使大皮帶輪和大齒輪外形龐大，結構不夠緊湊，所以設計中，用增加傳動級數或采用雙邊齒輪傳動的方法，來縮小傳動系統(tǒng)的結構尺寸。
各級傳動比分配應恰當，使傳動系統(tǒng)得到合理布置，不僅安裝維修方便，而且結構緊湊美觀。一般，三角皮帶傳動的傳動比不超過6～8，齒輪傳動比不超過7～9.分配傳動比時，還應使飛輪有適當轉速。飛輪轉速過低，外形尺寸增大；過高，飛輪軸上的離合器和軸承工作條件惡化。開式曲柄壓力機飛輪的轉速通常在240～470轉/分之間。
第二節(jié) V帶傳動設計
上述計算得出J11—5型開式曲柄壓力機的電動機功率為11.12，滿載轉速為970r/min，V帶傳動比為i=6.5
1、 確定計算功率
由《機械設計》表8.6查得工作情況系數=1.3
由式（8.18）==1.3×11.12=14.5
2、 選擇V帶的型號
開式曲柄壓力機上常用的三角皮帶有A、B和C三種型號。
由=14.5，轉速=970r/min和圖8.15，確定選用B型普通V帶。
3、 確定帶的基準直徑
（1） 按設計要求，由表8.7查得，B型小帶輪的最小直徑為125
（2） 驗算帶速
，在5～25m/s之間滿足帶速要求。
（3）計算從動大帶輪基準直徑
，取，則：
按帶輪的基準直徑系列取
實際傳動比：
傳動比誤差相對值<5（一般允許誤差），所選大帶輪直徑可用。
4、 確定中心距和帶的基準長度
根據公式，查表8.5得
則，初取中心距
由（式8.1）,得帶長：
由《機械設計》表8.3，選取帶的基準長度為3550，
由式（8.2）得實際中心距：
5、核算小帶輪包角
由式 得：
,滿足要求。
6、計算皮帶的繞行次數
次/<20次/
7、確定V帶的根數
式中：—單根V帶所能傳遞的功率，查《機械設計》表8.9，為
2.20。
—時傳動功率的增量，查《機械設計》表8.11， 為
0.30
—包角系數，查《機械設計》表8.8，為0.85。
—長度系數，查《機械設計》表8.3，為1.09。
所以根，取z=7根。
8、 計算帶的張緊力和壓軸力
由式（8.19）知單根帶的張緊力為：
查《機械設計》表8.5得：，則：
由式（8.21）知帶輪軸上的載荷：
9、 確定大帶輪的結構尺寸
查《機械設計》表8.5得：
節(jié)寬 槽間距
基準線上槽深 基準線下槽深
最小輪緣厚度 帶輪外徑
第一槽對稱面至端面的最小距離
帶輪寬
第五節(jié) 平鍵連接
在J11-5開式曲柄壓力機上，皮帶輪和軸的聯接常采用普通平鍵聯接。為避免聯接中較弱零件（一般是輪轂）壓壞，應驗算擠壓應力：
式中：—鍵所傳遞的轉矩，（）；
—鍵與輪轂的接觸高度（mm）,；
—鍵的接觸長度（mm），圓頭平鍵；
—軸的直徑（mm）。
—平鍵聯接的許用擠壓應力，輪轂材料為鋼時，=120～150；輪轂材料為鑄鐵時，=70～80。
大皮帶輪的材料為45鋼，查《機械設計》表5.1得;鍵寬，鍵高，鍵的接觸長度，鍵與輪轂大皮帶輪的接觸高度，軸的直徑。則：
,滿足要求。
第三章 曲柄滑塊機構
第一節(jié) 曲柄滑塊機構的運動和受力分析
一、曲柄滑塊機構
在設計、使用和研究曲柄壓力機時，往往需要確定滑塊位移和曲柄轉角之間的關系，驗算滑塊的工作速度是否小于加工件塑性變形所允許的合理速度。在計算曲柄滑塊機構的受力情況時，由于目前常用的曲柄壓力機每分鐘的行程次數不高，慣性力在全部作用力中所占的百分比很小，可以忽略不計。同樣，曲柄滑塊機構的重量也只占公稱壓力的百分之幾，也可忽略不計。
如圖1-1所示：,
S—滑塊全行程（40mm）,R—曲柄半徑（）,L-連桿長度(100mm) ,—滑塊的位移，由滑塊的下死點算起；α—曲柄轉角，由曲柄軸頸最低位置沿曲柄旋轉的相反方向算起。從圖中的幾何關系可以得出滑塊位移的計算公式：
取公稱壓力角時，
將上式對時間t微分，可求的滑塊的速度：
式中:—曲柄的角速度(),
—曲柄的每分鐘次數（即滑塊每分鐘行程次數N）
當壓力計主要用于拉伸時，滑塊的最大速度應小于板料的最大拉伸速度（對鋼取25m/min），曲柄在時，滑塊速度最大。
<25m/min
二、曲軸扭矩計算
曲柄所傳遞的扭矩可以看成由兩部分組成：無摩擦機構所需的扭矩和由于存在摩擦所引起的附加扭矩，即：
式中：—連桿作用力（KN）;
—理想當量力臂（mm），；
—摩擦當量力臂(mm)，；
—曲軸主軸承半徑(mm); —曲柄半徑(mm);
—連桿球頭半徑（mm);—曲柄連桿機構摩擦系數（開式：取0.04） 。
曲軸扭矩為：
如果上式取，由R=20mm,則 =10mm;
由，取則=17mm;
由，取則=19mm.
則曲柄壓力機所允許傳遞的最大扭矩為：
=1510.3NM
第二節(jié) 曲柄軸的設計
一、曲軸的結構示意圖
圖3—2
二、曲柄軸強度設計計算
1、曲柄軸尺寸經驗數據
由前面計算知曲柄支承頸直徑=34mm, 其他各部分尺寸見下表3-1
表3-1曲軸尺寸經驗數據
曲軸各部分尺寸名稱
代號
經驗數據
實際尺寸（）
曲柄頸直徑
~
44
支承頸長度
~
70
曲柄兩臂外側面間的長度
~
100
曲柄頸長度
～
50
圓角半徑
~
3
曲柄臂的寬度
~
25
曲柄臂的高度
70
2、曲軸強度計算(材料選45調質鋼)
曲軸的危險截面為曲柄頸中央的Ⅰ—Ⅰ截面和支承頸端部的Ⅱ—Ⅱ截面。
Ⅰ—Ⅰ截面為彎扭聯合作用，但由于彎矩比扭矩大得多，故忽略扭矩計算出來的應力。彎矩：
彎曲應力及強度條件：
<=140 由上式可以導出滑塊上許用負荷：
Ⅱ—Ⅱ截面為扭彎聯合作用，但扭矩比彎矩大得多，故可以只計算扭矩的作用，扭矩：
剪切應力及強度條件：
滑塊上許用負荷：
曲軸的剛度一般不進行計算。
第三節(jié) 連桿和封閉高度調節(jié)裝置
一、連桿和封閉高度調節(jié)裝置的結構
由設計條件知連桿長度可調，就用改變連桿長度的方法改變壓力機的封閉高度。如圖1—5所示連桿和封閉高度調節(jié)裝置的結構，這種連桿由連桿蓋1、連桿2和球頭調節(jié)螺桿3等零件組成。其上端套在曲柄軸頸上，下端以球頭和滑塊6中的球座5及球頭壓蓋4連接。借扳手或用鐵棍撥動棘爪轉動球頭螺桿，就可以改變連桿長度，從而改變壓力機的封閉高度。
二、連桿的計算
1、 連桿的作用力:
單點壓力機：
2、確定連桿及調節(jié)螺桿主要尺寸的經驗公式：
（1）球頭式調節(jié)螺桿主要尺寸的經驗公式見下表3—2：
（2）連桿長度L（）
計算部位
代號
經驗公式
實際尺寸
球頭調節(jié)螺桿
mm
～
30
～
22
～
28
～
20
連桿
mm
～
80
～
50
三、連桿及球頭調節(jié)螺桿的強度計算
圖3-3
1、連桿蓋 2、連桿 3、調節(jié)螺桿 4、球頭壓蓋 5、球頭下座
6、滑塊 7、螺釘 8、鎖緊塊 9、鎖緊塊
連桿及因兩端有摩擦力矩存在，連桿及球頭調節(jié)螺桿受到壓應力和彎曲應力的聯合作用，應當演算其危險截面A—A的合成力使：
危險截面的壓應力：
式中 : ——危險截面A—A的面積（）；
危險截面的彎曲應力:
式中；—危險截面的截面模數，圓形截面，
；
——危險截面的彎矩（），
式中 ： —摩擦系數，??；
—曲柄軸頸同連桿下支承端軸頸的半徑（），
，；
X—危險截面到連桿下支承軸頸中心的距離（），
則
所以<
球頭調節(jié)螺桿用45鋼調質處理，=180～220，球頭表面淬火，硬度為42；連桿采用35,正火處理,=。調節(jié)螺桿的螺紋，常采用普通螺紋。
四、調節(jié)螺桿的螺紋計算
由于連桿體的材質較螺桿差，調節(jié)螺紋的抗彎強度均比擠壓強度、剪切強度低，所以只需驗算連桿體螺紋的彎曲應力。即：
式中: 、—螺紋的外徑(22mm)和內徑(20.917mm); S—螺距(1mm)；
H—螺紋連接的最小工作高度，；
h——螺紋牙根處高度，對于普通螺紋；
—連桿體螺紋的許用應力，對鑄鋼ZG35 ,。
<,滿足要求。
五、連桿上的緊固螺栓
連桿上端分成兩部分，應用緊固螺栓連接。緊固螺栓承受的載荷較為復雜，一般不予計算。查閱相關資料并參考，螺栓個數4個，螺栓直徑M16.
第五節(jié) 滑動軸承
滑動軸承承受沖擊載荷的能力強，主要用于曲軸的主軸承，連桿大小端支撐等。
一、滑動軸承的結構
壓力機中常用的滑動軸承有整體式和剖分式兩種。
整體式軸承結構簡單，但磨損后無法調節(jié)軸承間隙，軸只能從端部裝入，這會給粗重的軸或階梯軸的安裝造成困難。
剖分式軸承磨損后，可用改變墊片厚度的方法調節(jié)軸承的間隙，裝配也較方便。剖分式的軸承中，軸承所承受的徑向載荷方向不得超過軸承中心線35°左右，否則就應采用斜剖分式滑動軸承。
二、滑動軸承的潤滑及軸瓦結構
滑動軸承必須可靠地潤滑。因此必須正確選擇潤滑劑和潤滑方式。軸和軸承之間要有一定的配合間隙。在軸瓦上要開設油孔和油槽，油孔和油槽應開在壓力最小的位置，不宜開在承載區(qū)，以免降低油膜的承載能力。
軸瓦必須用銷或螺釘定位，防止它在軸向和圓周方向竄動。
三、滑動軸承的計算
曲柄連桿機構中的滑動軸承，速度較低，承受短時高峰負荷，軸承處在邊界摩擦的狀況下工作，設計中應演算軸承軸瓦上的單位壓力p使
式中：—軸承上的單位壓力（）； —作用在該軸承上的壓力（N）；
—軸瓦的許用單位壓力（）；
—軸承的支承投影面積（），與軸承的結構、尺寸相關。
1、 驗算滑動軸承的單位壓力p:
（1） 曲軸支承軸瓦：
（2） 連桿大端軸承：
（3） 連桿小端軸承（球頭式）：
2、滑動軸承軸瓦上的速度：
（1） 曲軸軸承的速度：
（2）連桿大端支承處的速度：
式中各項數據均是前面計算的。
3、驗算值：為防止發(fā)熱過于厲害，還應驗算它的值，即
式中： —軸承上的單位壓力； —軸承工作表面見的滑動速度。
—許用的值，與材料有關。對材料，。
（1）曲軸軸承:,符合要求。
（2）連桿大端軸承：<，也符合要求。
第四章 離合器與制動器
第一節(jié) 離合器與制動器的作用原理
在曲柄壓力機的傳動系統(tǒng)中，一般在飛輪傳動的后面都設有離合器和制動器，用來控制滑塊的運動和停止。離合器和制動器一般是設在飛輪軸上或主軸上。
壓力機開動后，電動機和起蓄能作用的飛輪是在一直不停地旋轉著。每當滑塊需要運動時，則離合器接合，主動部分的飛輪通過離合器使從動部分零件（如傳動軸、齒輪、曲軸和滑塊等）得到運動并傳遞工作時所必要的扭矩；當滑塊需要停止在所需的位置上（滑塊行程的上死點或行程中的任意位置），則離合器脫開，主動部分的飛輪和從動部分零件即不發(fā)生聯系，因而不能再傳遞運動和扭矩。但是離合器脫開后，離合器部分從動部分以后的零件還儲有一定的能量，會使曲軸繼續(xù)旋轉。因此，制動器是用來在一個較短的時間內吸收從動部分零件的能量，以使滑塊停止在所需要的位置上。所以，在壓力機傳動系統(tǒng)中的離合器和制動器是保證壓力機正常工作的必要部件，而兩者又必須是密切的配合和協調地工作；或當離合器接合前的瞬時，制動器應該松開，這個工作關系是由操縱系統(tǒng)來實現的。一般壓力機在不工作時，離合器總是處在脫開狀態(tài)，而制動器則總是處在制動狀態(tài)中。
由此可見，離合器和制動器部件是用于電動機和飛輪不停地轉動情況下，使壓力機的曲柄連桿機構開動或停止。因此，對任何壓力機而言，離合器和制動器不僅是極其重要而不可缺少的部件，而且還決定著壓力機的操作規(guī)范。
由于工作上和使用上的要求，要求壓力機有下列操作規(guī)范：如單次行程、連續(xù)行程、自動連續(xù)行程和寸動行程。離合器和制動器部件的設計必須盡量滿足上述的操作規(guī)范，同時還應充分考慮以下的具體要求：
1、 工作可靠性 在保證離合器各工作部分零件強度和持久性的前提下。傳遞壓力機曲軸所必要的最大扭矩。
2、 操作安全性 為了確保操作者的安全，在手工送料時，不允許發(fā)生連沖現象，則離合器要能允許壓力機有單次行程的可能。其次，為了避免使操作者的雙手伸入危險工作區(qū)城，必須相應采用開動連鎖裝置，如雙手按鈕激活多按鈕的電氣操作及安全聯鎖裝置等。
3、 使用方便性 為了安裝和調整模具的方便，特別是較大的壓力機應該就具有寸動行程的可能；對于某些工作，或者在自動送料時，則要求有連續(xù)的或自動連續(xù)的行程。
顯然，離合器和制動器是在很大程度上決定著壓力機的工作可靠性、操作安全性和使用方便性的重要部件。
第二節(jié) 離合器的設計
一、離合器的類型、工作特性及其選用原則
在開式壓力機上廣泛采用的離合器有剛性離合器和圓盤摩擦離合器，其主要類型如下：
離合器
剛性離合器
圓盤摩擦離合器
嵌牙式
滑銷式
轉鍵式
單盤式（嵌塊式）
多盤式（圓盤式）
目前，常見的剛性離合器有嵌牙離合器、滑銷離合器和轉鍵離合器。剛性離合器主要的優(yōu)點是結構簡單緊湊、制造維修方便。但是由于受到爪齒、滑銷和轉鍵等連接件零件強度的限制，因而能傳遞的扭矩不大；其次，在離合器軸轉速處于較高的情況下，剛性離合器在接合時會產生很大的沖擊，離合器的連接零件常常易于磨損或損壞；此外，剛性離合器只能允許滑塊停止在上止點的位置，而不能進行寸動行程。
顯然剛性離合器是有很多不足之處，在應用上有一定的局限性。但是對于小型低速開式壓力機來說，相應這些矛盾并不十分突出。因為：
其一、傳遞扭矩并不大；
其二、在安裝和調整模具時，用人工轉動飛輪還是比較容易實現的；
其三、為了減低離合器結合時的沖擊速度，剛性離合器一般直接裝在低速的主軸上，同時離合器的連接零件盡可能靠近軸心的位置。
更主要的是由于剛性離合器的結構比較簡單，便于制造和維修，又離合器操縱無需壓縮空氣能源，所以剛性離合器是比較廣泛應用在壓力100噸以下和滑塊行程次數（即曲軸轉速）200次/分以下的開式曲柄壓力機上。
通過上述所述，結合所設計壓力機的型號和功用，選擇采用轉鍵離合器。
二、 雙轉鍵離合器的結構
雙轉鍵離合器中，轉鍵之一是主鍵（又稱工作鍵）用以傳遞工作扭矩；轉鍵之二是副鍵（又稱輔助鍵）用以防止曲軸對飛輪的超前，以及調整模具時可使曲軸反轉。
如圖4—1所示，離合器是安裝在曲軸的右端上。離合器的主動部分有飛輪2，中套3（用7鍵固定在飛輪上）和青銅襯套5、6（各壓入飛輪端孔內）等組成。從動部分有曲軸和內外軸套1、4（用鍵固定在曲軸上）等組成。中套的內孔有四個半圓槽。內外軸套內控和曲軸上亦各有兩個軸線互相垂直的半圓槽，兩個半圓槽組合成為安插兩轉鍵（主鍵8和副鍵9）用的孔。轉鍵的兩端為圓柱形，可在軸與軸套所形成的圓孔內轉動；轉鍵中段截面為半圓形，鍵的里邊與軸上的半圓槽配合，外邊與軸形成一個整圓。主鍵和副鍵傳動的方向是相反的，它們的動作是互相聯鎖的，因此在轉鍵的右端各裝有尾板12和14，兩鍵用拉桿13連接成為聯動，主鍵的左端裝有鍵尾11，與裝在內軸套的拉簧10聯結。拉簧的作用使主鍵和副鍵各繞其軸線轉過45°（轉鍵的轉動角度由內軸套喇叭口所限位），于是兩轉鍵的背部突出于曲軸圓周之外，以便與中套的半圓槽相結合，起到使離合器相結構的狀態(tài)。
離合器在未接合時，主鍵和副鍵剛好全部臥入曲軸的半圓槽內，因此，飛輪在內外軸套上空轉。當壓力機工作時，必須使操縱結構的凸輪當塊（虛線畫出）轉離主鍵的鍵尾，主鍵在拉簧10的作用下，轉出曲軸半圓槽之外（轉過45°），由于連鎖的關系，副鍵亦同樣轉出，這樣連續(xù)旋轉的飛輪中套半圓槽便于主鍵相結合，則飛輪便帶動曲軸轉動。如凸輪檔塊轉回復位，則主鍵的鍵尾碰到凸輪當塊，由此彈簧拉長，主鍵和副鍵又轉回（45°）并臥入曲軸的半圓槽內，由此，離合器即處于脫開狀態(tài)，則飛輪仍在內外軸套上空轉。
轉鍵在離合器接合時承受很大的沖擊載荷，為了保證有足夠的沖擊韌性和耐磨性，轉鍵用T7，經熱處理淬火硬度為RHC=52～57,兩端回火至RHC=35～40。
主鍵的鍵尾和凸輪當塊的材料同樣用合金鋼40Cr。
內、外軸套和中套的材料一般用45鋼。
轉鍵離合器所能傳遞扭矩的大小，即取決于轉鍵（主鍵）的強度。
圖4—1 雙轉鍵離合器
第三節(jié) 制動器的設計
一、制動器的類型、工作特性及其選用原則
在曲柄壓力機上的制動器有兩個作用：
1. 當離合器脫開后，將正運轉著的傳動零件（如滑塊、曲軸等）的動能立即轉化為消耗在制動器上的摩擦功，并且相當在曲軸轉角5°～15°的范圍內將滑塊、曲柄連桿機構和傳動零件停止運動。
圖4—2 偏心輪帶式離合器
2. 當滑塊運動停止后，防止滑塊由于自重而下降。
在開式壓力機上常用的制動器有三種結構形式：閘瓦式制動器、帶式制動器和圓盤式制動器。按其制動器工作表面相互作用來看，在這些制動器中有連續(xù)制動器和周期制動器的兩種工作情況。
在周期制動的制動器中，制動作用僅僅發(fā)生在滑塊行程的某一部分，或者當滑塊接近回到上死點相當于曲柄轉角5°～15°的范圍內，在這里選用偏心式帶式制動器。
二、帶式制動器的結構
偏心帶式制動器結構圖如下圖4—2，制動器設置在曲軸左端上。
制動輪1對軸線裝成偏心e，用鍵緊固在曲軸左端上。輪緣上包有鋼帶2，其內層鉚有石棉銅摩擦帶3.鋼帶的一端鉚接在搖板7上，另一端鉚在拉桿板4上。搖桿7可以繞固定在機身上的軸6回轉，借其制動彈簧8的張力拉緊制動帶，張力的大小可通過螺帽9調節(jié)其彈簧的壓縮量。
制動的周期性是借其制動輪的偏心e來實現的。即當曲軸轉動時，利用偏心e使制動輪有時張緊制動輪，有時放松制動輪。當滑塊向下運動時，偏心逐漸減小，則制動輪松開；當滑塊向上運動時，偏心主鍵向上方增大，則制動帶張緊而起制動作用，并將滑塊停止在上死點的位置上。
第五章 機身設計
機身是壓力機的一個最基本部件。所有零部件都裝在它上面，工作時要承受全部工作變形力（某些下傳動壓力機除外）。因此，機身的合理設計對減輕壓力機重量，提高壓力機精度，以及減少制造工時，都具有直接的影響。
第一節(jié) 機身結構
開式壓力機的機身有鑄造結構和焊接結構兩種。鑄造結構多用灰鑄鐵制造，也有球墨鑄鐵制造。焊接結構多用Q235鋼板制造。鑄造結構的材料比較容易供應，消震性能較好，但重量較重，剛度較差，目前，較適合于成批生產。焊接結構與上相反，適于單件小批生產，重量較輕，剛度較好，外形比較美觀， 但消震性能較差。因此選用焊接機身，材料為Q235-A鋼板。
焊接結構設計的一般原則：
（1）盡量設計成具有對稱的截面和對稱的焊縫位置，以減少焊接變形，特別是扭曲變形；
（2）要合理布置筋板，數量不易過多；
（3）焊縫應盡量遠離應力集中區(qū)域，盡量避免用焊縫直接承受主要工作載荷；
（4）焊縫避免交義與聚集；
（5）為工人創(chuàng)造良好的工作條件。
開式壓力機的主要優(yōu)點是操作方便。而主要問題是剛度較差，特別是有角變形存在，影響工件精度和模具壽命。因此提高壓力機和機身剛度就成為機身設計的重要問題。提高機身剛度的途徑有三：
（1） 合理設計截面。為了提高機身剛度，減少角變形，例如盡量加大截面高度，加大喉口壁厚等。
（2） 采用高彈性模數材料。如孕育鑄鐵球墨鑄鐵、鋼板焊接等。
（3） 改進機身結構形式 。喉口內側加拉桿的開式機身可以大大減小角變形。
第二節(jié) 機身計算
開式壓力機由于是三面敞開的懸臂結構，剛度差，特別是存在角變形，影響沖壓件精度及模具壽命。為便于設計，主要進行強度計算，然后進行剛度校驗。
機身危險截面在喉口的橫切面上，如圖5—1所示：
危險截面Ⅱ—Ⅱ上受到彎矩M和拉力的作用。
彎矩M為：
式中 —壓力機公稱壓力（N），50；
—喉口深度（），；
—喉口內緣到截面形心的距離；
圖5—1 機身強度計算簡圖
截面
面積
序號
寬
高
面積
各塊面積形心坐標
面積與形心坐標乘積
各塊面積形心至整個危險截面形心的距離
各塊面積對本身形心的慣性矩
Ⅱ—Ⅱ
1
2×12.5
17
425
8.5
3612.5
8.5
30700
10235
2
2×2.5
65
325
32.5
10562.5
15.5
78080
114430
3
2×3.5
2.5
17.5
63.75
1083.75
46.75
38247
9.1
合計
767.5
15258.75
147027
124674
危險截面慣性矩：
危險截面截面積：
危險截面最大計算拉應力：
最大實際拉應力：
式中; —截面形狀系數，取；—動載系數，取1.5；
—許用系數，對于鋼板。
危險截面最大壓應力：
式中: —許用壓應力（），對于鋼板。
由于機身剛度計算一般比較復雜，這里就不計算了。
第六章 過載保護裝置設計
曲柄壓力機在使用過程中，由于種種原因可能產生過載現象，如壓力機噸位選用不當，模具安裝調整不正確，模具刃口變鈍，材料厚度增大，同時進行兩塊坯料等等，結果導致壓力機連桿螺紋破壞、調節(jié)螺桿彎曲、曲軸彎曲或斷裂、機身變形甚至斷裂等主要零件的破壞，給生產帶來損失。為了防止因壓力機過載而產生的設備事故，在壓力機上裝有過載保護裝置。在壓力機過載時，保護裝置即發(fā)生作用，使得作用在壓力機上的載荷不繼續(xù)增加，從而保證壓力機的主要零件免遭破壞。
過載保護裝置的種類很多，按其工作性質可以分為兩大類：一類是限制滑塊上的作用力，另一類是限制傳動系統(tǒng)上的傳動扭矩的。前者裝在連桿或滑塊內，當滑塊力超過某一數值后它就發(fā)生作用，而與曲柄轉角數值無關。后者裝在傳動系統(tǒng)中，因傳動扭矩是滑塊力與曲柄轉角的函數，所以這類保護裝置發(fā)生作用的條件是取決于滑塊力及曲柄轉角兩個因素的。
在選擇保護裝置種類時，應根據壓力機結構、工藝用途、主要零件的允許負荷曲線等因素。對于小行程的壓力機，主要是用于沖孔、落料、淺拉伸等工序，要求工作行程短、通常只采用壓力保護裝置。對于行程大的壓力機，主要是用于深拉延工序，工作行程較長，同時也要考慮沖孔、落料等工序，故應同時采用兩種保護裝置。
開式壓力機屬于前一種情況，通常只裝置著壓力保護裝置。
壓力保護裝置按其結構的作用原理，可以分為：剪切破壞式、液壓式、氣動液壓自動恢復式、彈簧滾柱自動恢復式等。這里選擇剪切破壞式過載保護裝置，采用單剪切面式剪切塊。
一、剪切破壞式過載保護裝置的結構
單剪切面式剪切塊過載保護裝置，其結構如圖6—1所示。這種裝置的基本零件是裝在連桿下支承座b下面的剪切塊a。壓力機連桿c所承受的連桿力是通過下支承座b剪切塊a傳遞給滑塊d的。當壓力機過載時剪切塊就剪切破壞，于是連桿c連同下支承座b對滑塊d產生相對位移，而不傳遞力量，使得連桿力不再增加，保證壓力機各主要零件免遭破壞。在設計前切塊時，必須使高度尺寸大于壓力機的公稱壓力行程，尺寸應大于，以使在剪切塊破壞后曲軸能帶動連桿轉過下死點不與滑塊發(fā)生頂死現象。
剪切塊破壞后，必須更換新的剪切塊才能重新工作。
二、剪切塊的設計計算
圖6—1 剪切破壞式保護裝置
—剪切塊； —連桿下支承座； —連桿； —滑塊
1. 剪切塊計算力的確定
假設剪切塊在剪切面上受均勻分布的剪應力，在新的剪切塊開始工作時，其破壞是由短時高峰靜力超載超載造成，其剪切力為：
式中 —剪切斷面積（）
—靜剪切強度極限（）
但是，壓力機是在脈動載荷下工作的，長期使用后，剪切塊是受疲勞破壞，此時，剪切力已降為：
式中 —疲勞剪切強度極限（）
所以剪切塊的剪切力并非恒定。即：
值代表剪切塊靜剪切強度極限與疲勞剪切強度極限之比，值越小，越接近1。剪切塊的保險精度越高。通過疲勞試驗，其剪切強度極限有所降低。對用50鋼制造的剪切塊降低了20％，對鑄鋼HT200剪切塊降低了30％，其值分別為1.25和1.43，所以目前剪切塊均不用鑄
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