曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14M論文
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河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目名稱
多軸鉆床
姓名
張宗陽
專業(yè)班級
機(jī)設(shè)（專升本）03-1班
學(xué)號
30310024
一、 選題的目的和意義
眾所周知，在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，企業(yè)對專用機(jī)床有著廣泛的需求。一般鉆床勞動強(qiáng)度大，專用性能低，生產(chǎn)率不高且不能保證精度；而多軸專用鉆床操縱方便、省力、容易掌握，不易發(fā)生操作錯誤和故障，不僅能減少工人的疲勞，保證工人和鉆床的安全，還能提高鉆床的生產(chǎn)率。因此，專用機(jī)床的使用，對企業(yè)的競爭力有著十分重要的作用。
與平時(shí)在課本中所學(xué)的不同，多軸鉆床是一種非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械，選擇這個(gè)課題對我來說是個(gè)挑戰(zhàn)，在相關(guān)資料較少的不利情況下，更能激發(fā)我投入大量的時(shí)間來對此進(jìn)行研究。通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們可以把學(xué)過的課本知識在設(shè)計(jì)工作中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)環(huán)節(jié)結(jié)合起來；通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠初步培養(yǎng)我們對機(jī)械工程設(shè)計(jì)的獨(dú)立工作能力；樹立正確的設(shè)計(jì)思想；掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為以后進(jìn)行設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)；通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，以完成一個(gè)工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練。
二、 國內(nèi)外研究綜述
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)床制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)、外專用機(jī)床行業(yè)取得了很大的發(fā)展及成就。
立式多軸鉆床構(gòu)造比較簡單緊湊，外形尺寸較小，占地面積小，操作維護(hù)容易，廣泛應(yīng)用于各加工企業(yè)，在國內(nèi)、外制造行業(yè)中倍受青睞。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法
本次設(shè)計(jì)，按照導(dǎo)師的要求，我們分組設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中我們首先查閱大量的資料，對多軸鉆床有了一個(gè)大概的了解，掌握其基本的計(jì)算方法。在設(shè)計(jì)中遇到的問題我們一般通過小組討論的方式解決，如不能解決的問題我們就通過請教廠方技術(shù)人員指和導(dǎo)師，爭取解決所有不懂的問題。
四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況
參考文獻(xiàn)：
[1]徐灝主編 新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊 上冊 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1995
[2]大連組合機(jī)床研究所編 組合機(jī)床設(shè)計(jì) 第一冊 機(jī)械部分 機(jī)械工業(yè)出版社出版 1975年6月 北京第一版
[3]馮辛安主編 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1998
[4]濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版 北京：高等教育出版社 2001(2004重印)
資料獲得情況：
河南省博愛縣縣強(qiáng)力車輪制造有限公司獲得一張裝配圖和部分零件圖。
五、指導(dǎo)教師審批意見
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 童景琳 職稱：
所在系部（單位）： 機(jī)械工程系 教研室（研究室）： 機(jī)制教研室
題 目
多軸鉆床
學(xué)生姓名
張宗陽
專業(yè)班級
機(jī)設(shè)專升本03-1班
學(xué)號
30310024
一、選題質(zhì)量
該生此次所選擇的題目為多軸鉆床的設(shè)計(jì)，符合專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，能夠體現(xiàn)綜合訓(xùn)練的要求。求。題目難度中上，工作量大，所選課題與生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)，社會等結(jié)合緊密。選題質(zhì)量較高。
二、開題報(bào)告完成情況
開題報(bào)告已經(jīng)完成。設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定，設(shè)計(jì)分工也也已明確,正在按照制定的計(jì)劃進(jìn)行，有取得了一定的成果。
三、階段性成果
該生對所選課題已經(jīng)有了比較深刻的認(rèn)識，按照規(guī)定計(jì)劃進(jìn)行中，設(shè)計(jì)論文草稿已經(jīng)基本
成型，并完成部分零件圖。
四、存在主要問題
因?yàn)橘Y料有限，遇到一些困難，比如某些部件具體尺寸的確定以及更加合理的設(shè)計(jì)過程。還
需要尋找更多的資料。
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師：焦 鋒 職稱： 副教授
所在系部（單位）： 機(jī)械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 機(jī)制教研室
題 目
曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
馬鵬舉
專業(yè)班級
機(jī)制設(shè)專升本04-1班
學(xué)號
0403050112
一、選題質(zhì)量
該生此次所選擇的題目為曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，符合所學(xué)專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，能夠體現(xiàn)綜合訓(xùn)練的要求。題目難度中上，工作量較大，所選課題與機(jī)械制造業(yè)結(jié)合緊密。選題質(zhì)量較高。
二、開題報(bào)告完成情況
開題報(bào)告已經(jīng)完成。設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定，設(shè)計(jì)分工也已明確,正在按照制定的計(jì)劃進(jìn)行，并取得了一定的成果。
三、階段性成果
該生對所選課題認(rèn)真對待，積極向老師同學(xué)尋求幫助，對所選課題已經(jīng)有了比較深刻的認(rèn)識，正在按照規(guī)定計(jì)劃進(jìn)行，設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定，主體部分論文草稿已經(jīng)基本成型，并完成部分零件圖繪制。
四、存在主要問題
因?yàn)閳D書館資料有限，遇到一些困難，例如某些部件具體尺寸的確定以及同類型機(jī)器參考資料欠缺，還需要通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多媒體設(shè)備尋找更多的資料，以便更好的解決遇到的問題。
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
前 言
為了更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)校組織我們參加畢業(yè)實(shí)習(xí)，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的不同，實(shí)習(xí)的內(nèi)容有所不同。本組主要完成曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)，因此此次實(shí)習(xí)主要是通過參觀實(shí)習(xí)和查閱資料了解壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作情況。
壓力機(jī)是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著社會需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)床設(shè)計(jì)要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機(jī)床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。對壓力機(jī)的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高。本次設(shè)計(jì)是結(jié)合壓力機(jī)的工作實(shí)際，對JB31-160型曲柄壓力機(jī)進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)JB31-160型曲柄壓力壓力機(jī)，存在滑塊運(yùn)動精度底，裝模高度調(diào)節(jié)麻煩，滑塊行程量小等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)鑒于以上缺點(diǎn)對其進(jìn)行了如下改正：1改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用新型材料。例如離合器部件，盡量減小其從動慣量，采用新興摩擦材料。2調(diào)節(jié)裝置方面，采用二級的錐齒——蝸桿蝸輪調(diào)節(jié)，節(jié)省了工人勞動量，又提高了精度。3采用了曲軸代替同類型的偏心軸，用變位齒輪代替普通齒輪，這樣就減小了機(jī)身的高度，更方便按裝。
壓力機(jī)是沖壓模具制造的常用設(shè)備，而提高沖壓模具坯料精度，提高生產(chǎn)率，提高使用壽命，減少勞動勞動量的有效方法，此外，還要考慮到人機(jī)結(jié)合的合理性，使機(jī)床更人性化，便于工人的操作。
1 曲柄壓力機(jī)的工作原理及主要參數(shù)
曲柄壓力壓力機(jī)是以曲柄傳動的鍛壓機(jī)械，其工作原理如圖1-1：
電動機(jī)通過三角帶把運(yùn)動傳給大皮帶輪，再經(jīng)小齒輪，大齒輪，傳給曲軸。連桿上端連在曲軸上，下端與滑塊連接，把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檫B桿的上下往復(fù)運(yùn)動。上模裝在滑塊上，下模裝在墊板上。因此，當(dāng)材料放在上下模之間時(shí)，及能進(jìn)行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝的需要，滑塊有時(shí)運(yùn)動，有時(shí)停止，所以裝有離合器和制動器。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，也就是說，有負(fù)荷的工作時(shí)間很短，大部分時(shí)間為無負(fù)荷的空程時(shí)間。為了使電動機(jī)的負(fù)荷均勻，有效的利用能量，因而裝有飛輪。大皮帶輪及起飛輪的作用。
曲柄壓力機(jī)一般有下面幾個(gè)工作部分：
1. 工作機(jī)構(gòu)，一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄、連桿、滑塊等零件組成。
2. 傳動系統(tǒng)，包括齒輪傳動、皮帶傳動等機(jī)構(gòu)。
3. 操作系統(tǒng)，如離合器、制動器。
4. 能源系統(tǒng)，如電動機(jī)、飛輪。
5. 支撐部件，如機(jī)身。
圖1-1曲柄壓力機(jī)傳動示意圖
上述除了的基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護(hù)裝置以及氣墊等。
曲柄壓力機(jī)的主要參數(shù)和型號
一、曲柄壓力機(jī)的主要參數(shù)
1.公稱壓力： 160 噸
2.滑塊行程： 200 毫米
3.滑塊每分次數(shù)： 32
4.最大裝模高度： 450 毫米
5.裝模高度調(diào)節(jié)量： 200 毫米
6.導(dǎo)軌間距離： 880 毫米
7.滑塊底面尺寸： 700 毫米
8.工作臺尺寸： 800 毫米
二、曲柄壓力機(jī)的型號
J A 3 1 —160 型
J—機(jī)械壓力機(jī)（第一類鍛壓機(jī)）
A—次要參數(shù)與基本型號不同的第一變型
3—第三列
閉式單點(diǎn)壓力機(jī)
1—第一組
160—公稱壓力（×10千牛）
2 電動機(jī)的確定
一、封閉高度調(diào)節(jié)裝置電動機(jī)功率的計(jì)算方法
在穩(wěn)定負(fù)載下，電動機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所做的有用功，除以傳動系統(tǒng)的效率，便是電動機(jī)所需的功率。寫成公式為：
（千牛） （10-1）
式中 N—電動機(jī)所需的功率（千瓦）
N‘—電動機(jī)每分鐘所做的有用功；
η—傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率；
上式中102是單位換算常數(shù)，表示功率1千瓦相當(dāng)102公斤·米/秒。
1. 電動機(jī)通過傳動系統(tǒng)提升滑塊時(shí)，每秒中內(nèi)所做的有用功為：
N‘=Gv (10-2)
式中 G—滑塊部件重量
v—滑塊的調(diào)節(jié)速度（米/秒）
二、封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率
傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率主要包括：
（1） 導(dǎo)軌與滑塊相對滑動的效率η1。
（2） 調(diào)節(jié)螺桿傳動效率η2。
（3） 調(diào)節(jié)螺母與套筒端面之間相對滑動的效率η3。
（4） 皮帶、齒輪傳動效率η4。
除了以上幾方面的摩擦損失之外，軸承處還有摩擦損失，但因調(diào)節(jié)裝置多采用滾動軸承，效率較高，所以可忽律。因此，封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率為：
（10-3）
多數(shù)曲柄壓力機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率在0.02～0.03之間。
2.電動機(jī)功率計(jì)算
將式（10-2）代入式（10-1）中，得：
（10-4）
調(diào)節(jié)電動機(jī)可采用一般封閉式鼠籠型電動機(jī)。電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速根據(jù)傳動級數(shù)和傳動類型而定，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了減少曲軸壓力機(jī)的零件品種和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)部件通用化，常常將噸位接近的曲柄壓力機(jī)采用相同的調(diào)節(jié)電動機(jī)，傳動系統(tǒng)的某些零件亦相互通用。
2.1 主電動機(jī)的功率的計(jì)算原理
一、曲柄壓力機(jī)主傳動為什么采用飛輪
在曲柄壓力機(jī)的工作過程中，由于沖壓時(shí)所需要的能量很大，而作用時(shí)間卻很短，如果按沖壓時(shí)所需的功率選取電動機(jī)，則所要求的電動機(jī)的功率很大。但壓力機(jī)的沖壓過程很短，必然造成浪費(fèi)，為了解決這一矛盾，所以在傳動系統(tǒng)中加上一個(gè)飛輪，滑塊不工作時(shí)，電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，使它儲存能量，而在沖壓工件是的短暫時(shí)間里，主要靠飛輪降低轉(zhuǎn)速釋放能量，所釋放的能量為：
（公斤·米）
式中 J—飛輪轉(zhuǎn)動慣量；
ω1—沖壓工件開始是飛輪的角速度；
ω2—沖壓工件后飛輪的角速度。
飛輪釋放能量后，角速度由ω1降到ω2，但這時(shí)工件已沖壓完畢，飛輪的負(fù)載減小，于是電動機(jī)帶動飛輪加速旋轉(zhuǎn)，使它在沖壓下一個(gè)工件前恢復(fù)到原來的角速度ω1。采用飛輪后，沖壓工件時(shí)所需的大部分能量不直接由電動機(jī)提供，所以，電動機(jī)的功率大大減小。
凡是具有短期的高峰負(fù)載和較長期空載相互交替特點(diǎn)的機(jī)械，一般都采用飛輪；負(fù)載均勻的機(jī)械沒有必要采用飛輪。
二、曲柄壓力機(jī)主傳動電動機(jī)的計(jì)算原理
1. 電動機(jī)功率計(jì)算原理
曲柄壓力機(jī)傳動系統(tǒng)中裝有飛輪之后，電動機(jī)的負(fù)載平穩(wěn)許多，但仍是有變化的，所以確定電動機(jī)的功率也要注意一些問題，通常如下確定電動機(jī)：
（1） 電動機(jī)的過載條件。沖壓工件時(shí)電動機(jī)扭矩上升，如果超過它的最大容許扭矩，電動機(jī)就可能停下，著就是過載條件的限制。
（2） 電動機(jī)發(fā)熱條件。沖壓工件時(shí)電動機(jī)的負(fù)載增加，電流上升，電動機(jī)的損耗變?yōu)闊崮埽蛊錅囟壬仙?，沖壓過后，負(fù)載變小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為熱能的耗損也減小。電動機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，電動機(jī)的溫度達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)。電動機(jī)的溫升應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)，否則，電動機(jī)就會損壞，這是工作時(shí)發(fā)熱條件的限制。
此外，有由于曲柄壓力機(jī)有較大的飛輪，加速飛輪使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，需要一定的功率，如電動機(jī)的額定功率不足，就會引起電動機(jī)的啟動電流過大和啟動時(shí)間過長，使電動機(jī)溫升過高而損壞，所以還應(yīng)核算啟動時(shí)間，視其是否在允許范圍之內(nèi)。這就是啟動時(shí)發(fā)熱條件的限制。
在通常情況下，沖壓作用時(shí)間很短，短時(shí)過載還不致使電動機(jī)停下來，因此，一般按工作時(shí)發(fā)熱條件來解決電動機(jī)功率。
曲柄壓力機(jī)主傳動電動機(jī)的負(fù)載雖然是不均勻的，但是從發(fā)熱條件來看，可以折合成某一恒定的功率N，如果所選用的電動機(jī)的額定功率大于或等于N，那么從發(fā)熱條件看是能夠滿足要求的。因此帶飛輪傳動的電動機(jī)功率計(jì)算，歸結(jié)為如何確定折合功率N。
當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載波動較小，飛輪的能量較大時(shí)，這時(shí)折合功率N，接近于壓力機(jī)一個(gè)周期的平均功率Nm。當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載波動較大，飛輪的能量較小時(shí)，這時(shí)的折合功率N與平均功率Nm差距較大。折合功率N與平均功率Nm的關(guān)系可用下式表示：
式中 K—折合功率N與平均功率Nm的比值，K>1。
平均功率Nm為壓力機(jī)一個(gè)工作周期內(nèi)，電動機(jī)所做的功初以工作周期的時(shí)間；在此期間壓力機(jī)所消耗的能量就等于電動機(jī)所做的功。
式中 E—一個(gè)工作周期內(nèi)壓力機(jī)所消耗的能量（公斤·米）；
E‘—工作行程時(shí)消耗的能量；
E‘‘—非工作行程時(shí)消耗的能量；
t—一個(gè)工作周期的時(shí)間。
因此，
(千瓦)
K的數(shù)值隨壓力機(jī)的具體情況而定，一般K在1.15～1.6范圍內(nèi)。
3傳動系統(tǒng)布置
一、傳動系統(tǒng)的布置方式
傳動系統(tǒng)的作用是把電動機(jī)的能量傳給曲軸滑塊機(jī)構(gòu)，并對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速，使滑塊獲得所需的行程次數(shù)。曲柄壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)有三個(gè)比較突出的問題需在設(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，性能良好和外型美觀。
傳動系統(tǒng)的布置方式包括三方面：1）采用上傳動，還是采用下傳動？2）主軸和傳動軸垂直與壓力機(jī)正面，還是平行與正面？3）齒輪放在壓力機(jī)機(jī)身之內(nèi)，還是壓力機(jī)之外？單邊驅(qū)動還是雙邊驅(qū)動？ 分述如下：
1.壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)可至于工作臺之上，也可至于工作臺之下。前者叫上傳動，后者叫下傳動。下傳動的優(yōu)點(diǎn)是：
（1） 壓力機(jī)的重心低，運(yùn)動平穩(wěn)，能減少振動和躁聲，勞動條件好；
（2） 壓力機(jī)地面高度較小，易于高度較矮的廠房；
（3） 從結(jié)構(gòu)上看，有增加滑塊高度和導(dǎo)軌長度的可能性，因而能提高滑塊的運(yùn)動精度，延長模具的壽命，改善工件的質(zhì)量；
（4） 由于拉桿承受工作變形力，故機(jī)身的立柱和上梁的受力情況得到改善。
下傳動的缺點(diǎn)是：
（1） 壓力機(jī)平面尺寸較大，而總高度和傳動相差不多，故壓力機(jī)總重量比上傳動的約大10~20%，造價(jià)也較高。
（2） 傳動系統(tǒng)置于地坑之中，檢修傳動不見時(shí)，不便于使用車間的橋式吊車。拉延墊夾在傳動不見和底坐之間，維修不方便，且地坑深，基礎(chǔ)較大，造價(jià)也高。
因此是否采用下傳動結(jié)構(gòu)，需經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后才能確定?，F(xiàn)有的通用壓力機(jī)采用上下傳動較多，下傳動較少。通常認(rèn)為在舊車間內(nèi)添置大型壓力機(jī)時(shí)，由于車間高度受到限制，采用下傳動的優(yōu)點(diǎn)才比較明顯。
2．壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的安放形式有垂直于壓力機(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，曲軸和傳動軸比較長，受力點(diǎn)與支撐軸承的距離比較大，受力條件惡化。壓力機(jī)平面尺寸較大，外形不夠美觀，近代大中型通用壓力機(jī)愈來愈多地采用垂直于壓力機(jī)正面的安放形式，（特別是廣泛采用偏心齒輪結(jié)構(gòu)之后），甚至有些小型開式壓力機(jī)也改用這種結(jié)構(gòu)。
3.齒輪可以放在機(jī)身之外，也可以放在機(jī)身之內(nèi)，前一種形式，齒輪工作條件差，機(jī)器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式，齒輪工作條件好，外形較美觀。如將齒輪侵入油池中，則大大降低齒輪傳動的噪音。但安裝維修較困難。近年來，許多壓力機(jī)制造廠家傾向后一種形式。
齒輪傳動也可設(shè)計(jì)成單邊傳動或雙邊傳動，采用后一種形式，可以縮小小齒輪的尺寸，但加工裝配比較困難（兩邊的齒輪必須精確加工，裝配時(shí)要保證對稱，否則可能發(fā)生運(yùn)動不同步的情形）。
二、傳動級數(shù)和各級速比分配
壓力機(jī)的傳動級數(shù)與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑塊沒分鐘的行程次數(shù)有關(guān)。行程次數(shù)有關(guān)。行程次數(shù)低，總速比大，傳動級數(shù)應(yīng)多些，否則每級的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊；行程次數(shù)高時(shí)，總速比小，傳動級數(shù)可少些?，F(xiàn)有壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的級數(shù)一般不超過四級。行程次數(shù)在70次/分以上的用單級傳動，70~30次/分的用兩級傳動，30~10次/分的用三級傳動，10次/分以下的采用四級傳動。
采用低速電動機(jī)可以減少總速比和傳動級數(shù)，但，著類電動機(jī)的外形尺寸較大，成本較高（與同功率的高速電動機(jī)比較），因此，不一定合適。通常，兩級或兩級以上的傳動系統(tǒng)采用同步轉(zhuǎn)速為1500或1000轉(zhuǎn)/分的電動機(jī)，單級傳動系統(tǒng)一般采用1000轉(zhuǎn)/分的電動機(jī)，行程次數(shù)小于80次/分的單級傳動才采用750轉(zhuǎn)/分的電動機(jī)。
各傳動級數(shù)的速比分配恰當(dāng)。通常三角帶傳動的速比不超過6~8，齒輪傳動不超過7~9。速比分配時(shí)，要保證飛輪有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，也要注意布置的盡可能緊湊，美觀和長，短，高尺寸比例恰當(dāng)。通用壓力機(jī)的飛輪的轉(zhuǎn)速常取300~400轉(zhuǎn)/分，左右，因?yàn)檗D(zhuǎn)速太低，會使飛輪的作用大大削弱；轉(zhuǎn)速太高，會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。
三、確定離合器和制動器的安裝位置
單級傳動壓力機(jī)的離合器和制動器只能至于曲軸上。
采用剛性離合器的壓力機(jī)，離合器應(yīng)至于曲柄上，這是因?yàn)閯傂噪x合器不宜在高速下工作，而曲軸的轉(zhuǎn)速較底，故離合器置于曲軸上比較合適。在此情況下，制動器必然也置于曲軸上。
采用磨察離合器時(shí)，對于具有兩級和兩級以上傳動的壓力機(jī)，離合器可至于轉(zhuǎn)速較低的曲軸上，也可置于中間傳動軸上。從壓力機(jī)能量消耗來看，當(dāng)磨察離合器安裝在低速軸上時(shí)，加速壓力機(jī)從動部分所需要的功和離合器接合時(shí)所消耗的磨察功都比較小，因而能量消耗也較少。從離合工作條件來看，低速軸上的離合器的磨察系數(shù)較小，故離合器工作條件較好。但是低速軸上的離合器需要傳遞較大的扭距，因而結(jié)構(gòu)尺寸較大。此外，從傳動系統(tǒng)的布置來看，閉式通用壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)今年來多封閉在機(jī)身之內(nèi)，并用偏心齒輪，致使離合器不變安裝在曲軸上，通常只好置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上。
因此，摩擦離合器的合適位置應(yīng)視機(jī)械的具體情況而定。一般來說，行程次數(shù)較高的壓力機(jī)（如熱模鍛壓力機(jī)）離合器最好安裝在曲軸上，因?yàn)檫@樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器的工作條件也較好，行程次數(shù)較低的壓力機(jī)（如中大型通用壓力機(jī)），由于曲軸轉(zhuǎn)速低，最后一級的飛輪作用也不明顯，為了縮小離合器尺寸，降低其制造成本，并且由于結(jié)構(gòu)布置的要求，離合器多置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上，一般在飛輪軸上。制動器的位置則隨離合器的位置而定。因?yàn)閭鲃虞S上力矩較小，可縮小制動器的尺寸。但是，需要指出，摩擦離合器的布置位置隨著生產(chǎn)的發(fā)展也在不斷的變化。近年來，國外一些工廠為了提高摩擦離合器的壽命，在通用壓力機(jī)上，又將離合器制動器從飛輪軸上移置中間軸上。
4 機(jī)身的介紹
機(jī)身是曲柄壓力機(jī)的一個(gè)重要部件，工作機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)等都安裝在它的上面，壓力機(jī)工作時(shí)，承受工作載荷。在整臺機(jī)器中機(jī)身的重量及加工量都很大。以閉式壓力機(jī)為例，機(jī)身約為壓力機(jī)總重量的40～60%，加工量約為壓力機(jī)總加工量的30%。因此，機(jī)身對于壓力機(jī)的使用性能、生產(chǎn)工件的質(zhì)量、機(jī)器的重量和加工量都有較大的影響。
機(jī)身的結(jié)構(gòu)隨壓力機(jī)的用途和傳動類型而定。按機(jī)身的外型特點(diǎn)，可分為開式和閉式兩類，中型和大型壓力機(jī)廣泛采用閉式機(jī)身，閉式機(jī)身可分做成整體式和組合式。公稱壓力大于160噸的壓力機(jī)，由于采用整體機(jī)身時(shí)加工和運(yùn)輸不方便，多采用組合機(jī)身。
組合機(jī)身由上梁，左右立柱和工作臺四大件，以及將此四大件連成一體的四根拉緊螺栓組成。為了防止四大件的相對錯位，保證精確定位，在各個(gè)接合面的左右和前后方向都設(shè)置了圓形和長方形定位銷。拉緊螺栓一般穿過上橫梁，但有些壓力機(jī)為了縮小拉緊螺栓的長度，拉緊螺栓不穿過上橫梁，而靠四個(gè)螺母卡在橫梁里面，并從橫梁的專用窗來進(jìn)行安裝。
剛度對機(jī)身的壓力機(jī)都很重要，壓力機(jī)在工作過程中，因受載荷使機(jī)身發(fā)生彈性形變。機(jī)身所受載荷與其彈性變形量的比值，成為機(jī)身剛度，它表明機(jī)身的抗變形能力。壓力機(jī)受載荷時(shí)不僅機(jī)身有彈性變形，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)也有彈性變形，這些部件彈性變形的結(jié)果，使壓力機(jī)的封閉高度增加，
滑塊所受載荷與封閉高度增加量的比值，稱為壓力機(jī)剛度，它表示壓力機(jī)抗變形能力，用下式表示：
（噸/毫米）
式中 P －壓力機(jī)滑塊所承受的載荷（噸）；
－壓力機(jī)總彈性變形（毫米）。
壓力機(jī)的剛度直接影響模具的壽命、工件的質(zhì)量和機(jī)器的能量消耗。
閉式板料沖壓機(jī)滑塊的許用撓度［fk］,數(shù)值與滑塊的寬度成正比，即：
B （毫米）
式中 B－為滑塊寬度（毫米）。
閉式壓力機(jī)工作臺的許用撓度［ft］,其數(shù)值與工作臺的跨度成正比，即：
L （毫米）
式中 L－工作臺跨度。
提高機(jī)身剛度的辦法有：
1. 采用高彈性模數(shù)的材料。
2. 改變機(jī)身結(jié)構(gòu)。如在開式機(jī)身上裝設(shè)拉桿或采用閉式組合機(jī)身。
強(qiáng)度也要著重計(jì)算；
5壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成
由于壓力機(jī)要求滑塊作往復(fù)直線運(yùn)動,而為動力的電動機(jī)卻是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,因此,需要一套機(jī)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動。下圖中的結(jié)構(gòu)就是完成這部分工作的重要部分曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
圖2-1.
本圖采用一套曲柄連桿，它對滑塊只有一個(gè)加力點(diǎn)，因此常稱做單點(diǎn)式曲柄壓力機(jī)，這是中小型壓力機(jī)廣泛采用的形式。當(dāng)工作臺左右較寬時(shí)，常采用兩套曲柄連桿，這時(shí)它們對滑塊有兩個(gè)加力點(diǎn)，叫雙點(diǎn)壓力機(jī)，對于左右前后都較寬的壓力機(jī)也可采用四套曲柄連桿，相應(yīng)的滑塊有四個(gè)加力點(diǎn)。
曲軸中心到曲柄頸中心的距離，這個(gè)距離通常叫做曲柄半徑，它是曲柄壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。有時(shí)小型壓力機(jī)，可能用偏心軸代替曲軸，同樣偏心軸也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線往復(fù)運(yùn)動。
6 傳動部分的介紹
6.1齒輪傳動
由于齒輪傳動能傳遞較大的扭矩，又具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠和壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，因此齒輪得到了廣泛的應(yīng)用，齒輪傳動一般會遇到：齒面磨損、牙齒折斷、倒牙、齒面麻點(diǎn)和振動、噪音等。根據(jù)這些情況，對于曲柄壓力機(jī)的齒輪傳動提出下面兩點(diǎn)基本要求：
1. 足夠的承載能力。要盡可能縮小齒輪的尺寸，采用常用的材料，又要保證能承受外載荷的作用，并且有足夠的壽命。
2. 必要的傳動平穩(wěn)性。齒輪在傳動過程中產(chǎn)生的噪音和振動要在允許范圍之內(nèi)，不能過大。
齒輪在應(yīng)用的過程中對精度有下面的要求：
1. 運(yùn)動精度
為了準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動，要求主動齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，從動齒輪按傳動比關(guān)系準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，但由于制造的誤差，使從動齒輪不能按傳動比關(guān)系準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。但為了滿足使用要求，規(guī)定齒輪一轉(zhuǎn)的過程中回轉(zhuǎn)角誤差絕對值的最大值不超過一定限度。
2. 工作平穩(wěn)性精度
為了減小齒輪傳動的躁聲和振動，必須將齒輪在一轉(zhuǎn)中的瞬時(shí)傳動比的變化限制在一定的范圍之內(nèi)，也就是要求齒輪每轉(zhuǎn)中回轉(zhuǎn)角誤差多次反復(fù)變化的數(shù)值小。
3. 接觸精度
在齒輪的使用過程中要使齒輪的齒面有足夠的接觸面積，不可是齒輪局部接觸。
4. 齒側(cè)間隙
互相嚙合的一對牙齒，在非工作面沿齒廓法線方向留有一定的間隙Cn,這是為了避免安裝、制造不準(zhǔn)確，以及工作時(shí)溫度變化和彈性變化而造成牙齒卡住，同時(shí)還可以利用它儲存潤滑油，改善齒面的摩擦條件。
總之，為了保證齒輪傳動有良好的性能，必須對齒輪的運(yùn)動精度、工作平穩(wěn)性、接觸精度和齒輪側(cè)隙有一定的要求，但這，四方面的要求也不能夠平均對待，具體工作條件不同，每個(gè)方面的要求也不一樣。
6.2 調(diào)節(jié)裝置傳動部分構(gòu)成
根據(jù)總體的設(shè)計(jì)方案，曲柄滑快機(jī)構(gòu)的里是有齒輪傳入的。由于傳遞的力較大，結(jié)合已有的設(shè)計(jì)方案，確定本傳動采用雙邊齒輪傳動。為了達(dá)到傳動平穩(wěn)和足夠承載能力。本設(shè)計(jì)采用的是直齒圓柱齒輪。
1蝸桿傳動的特點(diǎn)
封閉高度的調(diào)節(jié)裝置的低速級傳動,采用的是蝸桿傳動.它具有以下優(yōu)點(diǎn):1工作平穩(wěn).蝸桿傳動有蝸桿蝸輪組成,它們的軸線在空間垂直.蝸輪象個(gè)斜齒輪,但它的齒根和齒頂做成凹弧形的,使齒包著蝸桿,增加接觸面積.2傳動比大.3自鎖性好.
2蝸桿蝸輪的材料
高速重載的蝸桿,用20號鋼或20Cr鋼,并經(jīng)滲碳淬火制成,也可用45號鋼經(jīng)淬火,HRC=45～50.由于本蝸桿工作在低速輕載的場合,選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理.HB=217～255制成.
因?yàn)槲仐U傳動中齒面間相對滑動速度較大,所以膠合和磨損問題比較突出.首先要求蝸桿蝸輪的材料配合有良好的減摩性,不易產(chǎn)生膠合,其次才是強(qiáng)度方面的要求.考慮到本蝸桿蝸輪用在低速端,且不經(jīng)常使用,蝸輪的體積又較大,因此采用灰鑄鐵HT20-40材料制成.
6.3導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)
常見的曲柄壓力機(jī)的導(dǎo)軌有兩種基本類型,即V形左右對稱布置的導(dǎo)軌和四角布置的導(dǎo)軌,前者主要用于開式壓力機(jī),后者用于中型和大型壓力機(jī).
導(dǎo)軌與滑塊應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙,間隙小,導(dǎo)向準(zhǔn)確,但過小,則會出現(xiàn)發(fā)熱、拉毛和燒黑現(xiàn)象,造成導(dǎo)軌與滑塊接觸面迅速磨損. 導(dǎo)軌與滑塊的間隙大小隨壓力機(jī)形式和導(dǎo)軌間距離而異,通用壓力機(jī)導(dǎo)軌與滑塊的間隙一般在0.04～0.25mm之間.
本次設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)為了使滑塊在適當(dāng)?shù)拈g隙內(nèi)運(yùn)動,把滑塊與導(dǎo)軌的間隙做成可調(diào)節(jié)的.如下圖所示:
四角布置的導(dǎo)軌.共有四個(gè)導(dǎo)向面.左面的兩個(gè)導(dǎo)向面為固定的平面,右面兩個(gè)導(dǎo)向面為可調(diào)節(jié)的45度斜面.在右邊兩個(gè)導(dǎo)軌上各有三組螺栓,內(nèi)側(cè)面裝有固定導(dǎo)軌的螺栓;導(dǎo)軌外部裝有另外兩組螺栓,一組擰入機(jī)身的螺紋孔內(nèi),另一組擰入導(dǎo)軌的螺紋孔內(nèi),用來前后移動導(dǎo)軌,以便調(diào)節(jié)間隙.
7 裝模高度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)
1 裝模高度調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成及工做原理
為了使壓力機(jī)適應(yīng)于不同高度的模具,和便于模具的安裝和調(diào)正整, 曲柄壓力機(jī)的連桿及封閉高度應(yīng)是能調(diào)的.本壓力機(jī)采用的電動機(jī)驅(qū)動的二級傳動機(jī)構(gòu)來代替人力,調(diào)節(jié)螺桿螺紋來調(diào)節(jié)連桿的長度,達(dá)到調(diào)節(jié)裝模高度目的.其傳動第一級采用圓錐齒輪,第二級采用蝸桿蝸輪.如下圖所示：
有上圖可知連桿不是整體的,而是有連桿體和調(diào)節(jié)螺桿所組成.調(diào)節(jié)螺桿下部與滑塊相聯(lián)接.連桿替上部的軸瓦與曲軸相聯(lián)結(jié).為了有效的防止調(diào)節(jié)螺桿的松動,在蝸桿軸上安裝了一套放松裝置.該裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理如下:大圓錐齒輪的內(nèi)孔空套在蝸桿軸上,其輪轂右端面銑有牙齒,并與空套在蝸桿軸上的軸套左端面相配.
調(diào)節(jié)電動機(jī)經(jīng)過二級錐齒輪和蝸桿蝸輪,帶動調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn),從而改變連桿的長度和調(diào)節(jié)封閉高度.連桿上段和調(diào)節(jié)螺桿之間的螺紋連接依靠兩極傳動中的摩擦阻力來防止松動.調(diào)節(jié)螺桿上端還裝有撞桿,當(dāng)螺桿調(diào)節(jié)到上或下極限位置時(shí),撞桿分別與安裝在連桿上段的兩個(gè)行程開關(guān)相碰,調(diào)節(jié)電動機(jī)自行停車,這時(shí)只有按下使調(diào)節(jié)螺桿向另一方向旋轉(zhuǎn)的按扭,調(diào)節(jié)電動機(jī)才能啟動,用以防止調(diào)節(jié)電動機(jī)過載或避免調(diào)節(jié)螺桿旋出過長.
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
曲柄壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁，彎曲，校正，模具沖壓等工作。本次設(shè)計(jì)的為單點(diǎn)閉式中型，公稱壓力為160噸曲柄壓力機(jī)。
此次設(shè)計(jì)由于分工不同，主要完成的是曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中主要是根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定的壓力機(jī)主要參數(shù)，公稱壓力，滑塊行程等參數(shù)參考相關(guān)手冊初步估算曲柄，連桿，滑塊，導(dǎo)軌相關(guān)尺寸，然后分別校核，修正，最終確定各零部件尺寸，并根據(jù)要求完成裝模高度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)。最后寫出詳盡曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書，繪出主要零件圖。
關(guān)鍵字：公稱壓力，曲軸，連桿，導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)裝置。
Abstract
It was crank press slider crank mechanism design that crank press extensive use to blanking，bent，adjustment，mould stamping quiescent. This degree rated for single-point closed type mesotype skill pressure for 160 ton crank press.
This degree design owing to division of labour differ. Mostly finished at design suffer primarily as per overall design final contractor major parameter，nominal pressure，slide stroke is isoparametric reference correlation manual general estimate winch，pitman，slipper rack correlation size，then parting check，amend，ultimately ascertain each spare size，combine or finish fit design up with. be the last written out at large slider crank mechanism design specifications，out major parts chart to.
key word：nominal pressure，crankshaft，pitman，rack，regulating block.
目錄
前 言………………………………………………………………………..
1 曲柄壓力機(jī)構(gòu)成及工作原理和相關(guān)參數(shù)
1.1曲柄壓力機(jī)構(gòu)成及工作原理……………………………………………..
1.1.1曲柄壓力機(jī)一般有工作部分構(gòu)成……………………………………
1.1.2.曲柄壓力機(jī)工作原理…………………………………………………
1.2 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)…………………………………………….
1.2.1曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)…………………………………………
1.2.2曲柄壓力機(jī)的型號介紹………………………………………………
2 曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析與受力分析
2.1壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成………………………………………………
2.2曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律分析……………………………………
2.2.1滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系…………………………………..
2.2.2滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系……………………………………….
2.3曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析…………………………………………
2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析……………
2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析……………
3 齒輪傳動
3.1齒輪傳動的介紹…………………………………………………………..
3.1.1齒輪在應(yīng)用的過程中對精度要求………………………………….
3.2直齒輪傳動……………………………………………………………….
3.2.1齒輪參數(shù)確定
3.2.2齒輪的尺寸初步計(jì)算
3.2.3 齒輪的強(qiáng)度校核
3.3錐齒輪傳動………………………………………………………………
3.3.1幾何參數(shù)的計(jì)算........................................
3.3.2 核算彎曲應(yīng)力..........................................
3.4蝸桿蝸輪傳動……………………………………………………………
3.4.1蝸桿傳動的特點(diǎn).......................................
3.4.2蝸桿蝸輪的材料.......................................
3.4.3蝸桿蝸輪尺寸的計(jì)算...................................
3.4.4 校核蝸輪蝸桿..........................................
4 曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
4.1曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成……………………………………………
4.1.1選定軸的材料…………………………………………………………
4.1.2估算曲軸的相關(guān)尺寸
4.1.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖
4.1.4 校核軸勁尺寸
4.1.5曲軸的危險(xiǎn)階面校核
4.2曲軸設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………
4.2.1 連桿和調(diào)節(jié)螺桿初步確定
4.2.2校核調(diào)節(jié)螺桿的和連桿尺寸
4.3連桿設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………
4.4導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………..
4.5高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)……………………………………………………
5 軸承的選用
5.1滑動軸承的選用………………………………………………………….
5.1.1連桿大端滑動軸承選用與校核
5.1.2曲軸頸上滑動軸承選用與校核
5.2滾動軸承的選用………………………………………………………….
翻譯………………………………………………………………………….
英語原文………………………………………………………………………..
后記………………………………………………………………………….
致謝………………………………………………………………………………
參考資料…………………………………………………………………………
前言
制造業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平和國防實(shí)力。壓力機(jī)是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著社會需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)床設(shè)計(jì)要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機(jī)床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。因此，對壓力機(jī)的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高。
本次設(shè)計(jì)是結(jié)合中型壓力機(jī)的工作實(shí)際，對JB31-160型曲柄壓力機(jī)進(jìn)行改造性設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)JB31-160型曲柄壓力壓力機(jī)，存在滑塊運(yùn)動精度底，裝模高度調(diào)節(jié)麻煩，滑塊行程量小等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)鑒于以上缺點(diǎn)對其進(jìn)行了如下改正：1改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用新型材料。例如離合器部件，盡量減小其從動慣量，采用新興摩擦材料。2調(diào)節(jié)裝置方面，采用二級的錐齒——蝸桿蝸輪調(diào)節(jié)，節(jié)省了工人勞動量，又提高了精度。3采用了曲軸代替同類型的偏心軸，用變位齒輪代替普通齒輪，這樣就減小了機(jī)身的高度，更方便按裝。
壓力機(jī)是沖壓模具制造的常用設(shè)備，而提高沖壓模具坯料精度，提高生產(chǎn)率，提高使用壽命，減少勞動勞動量的有效方法，此外，還要考慮到人機(jī)結(jié)合的合理性，使機(jī)床更人性化，便于工人的操作，減輕勞動強(qiáng)度和增加安全性。
1曲柄壓力機(jī)的工作原理及主要參數(shù)
1.1 曲柄壓力機(jī)的構(gòu)成及工作原理.
1.1.1曲柄壓力機(jī)一般有工作部分構(gòu)成
1)工作機(jī)構(gòu)，一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄、連桿、滑塊等零件
成。
2)傳動系統(tǒng)，包括齒輪傳動、皮帶傳動等機(jī)構(gòu)。
3)操作系統(tǒng)，如離合器、制動器。
4)能源系統(tǒng)，如電動機(jī)、飛輪。
5)支撐部件，如機(jī)身。
上述除了的基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如潤滑系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置以及氣墊等。
1.1.2.曲柄壓力機(jī)工作原理:
曲柄壓力機(jī)是以曲柄傳動的鍛壓機(jī)械，其工作原理是電動機(jī)通過三角帶把運(yùn)動傳給大皮帶輪，再經(jīng)小齒輪，大齒輪，傳給曲軸。連桿上端連在曲軸上，下端與滑塊連接，把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檫B桿的上下往復(fù)運(yùn)動。上模裝在滑塊上，下模裝在墊板上。因此，當(dāng)材料放在上下模之間時(shí)，及能進(jìn)行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝的需要，滑塊有時(shí)運(yùn)動，有時(shí)停止，所以裝有離合器和制動器。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，也就是說，有負(fù)荷的工作時(shí)間很短，大部分時(shí)間為無負(fù)荷的空程時(shí)間。為了使電動機(jī)的負(fù)荷均勻，有效的利用能量，因而裝有飛輪。本次曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)中,大皮帶輪的設(shè)計(jì)兼有飛輪的作用。
工作原理圖如下圖：
圖1-1
1.2曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和型號
1.2.1曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺壓力機(jī)的工藝能力,所能加工的零件尺寸范圍,以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標(biāo)的重要資料.本次設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：
1.公稱壓力： 160 噸
2.滑塊行程： 200 mm
3.滑塊每分次數(shù)： 32r/min
4.最大裝模高度： 450 mm
5.裝模高度調(diào)節(jié)量： 200 mm
6.導(dǎo)軌間距離： 880 mm
7.滑塊底面尺寸： 700 mm
8.工作臺尺寸： 800 mm
1.2.2曲柄壓力機(jī)的型號
曲柄壓力機(jī)的型號用漢語拼音字母和數(shù)字表示，例如J A 3 1 —160 型曲柄壓力機(jī)型號的意義是：
J A 3 1 —160 型
J—機(jī)械壓力機(jī)（第一類鍛壓機(jī)）
A—次要參數(shù)與基本型號不同的第一變型
3—第三列
閉式單點(diǎn)壓力機(jī)
1—第一組
160—公稱壓力（×10千牛）
2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成及相關(guān)分析
2.1壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成
由于壓力機(jī)要求滑塊作往復(fù)直線運(yùn)動,而為動力的電動機(jī)卻是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,因此,需要一套機(jī)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動。下圖中的結(jié)構(gòu)就是完成這部分工作的重要部分曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
圖2-1
由本圖知采用一套曲柄連桿，它對滑塊只有一個(gè)加力點(diǎn)，因此常稱做單點(diǎn)式曲柄壓力機(jī)，這是中小型壓力機(jī)廣泛采用的形式。當(dāng)工作臺左右較寬時(shí)，也常采用兩套曲柄連桿，這時(shí)它們對滑塊有兩個(gè)加力點(diǎn)，叫雙點(diǎn)壓力機(jī)，對于左右前后都較寬的壓力機(jī)也可采用四套曲柄連桿，相應(yīng)的滑塊有四個(gè)加力點(diǎn)。
曲軸中心到曲柄頸中心的距離，這個(gè)距離通常叫做曲柄半徑，它是曲柄壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，（有關(guān)曲軸的部分第四章詳述）。有時(shí)小型壓力機(jī)，可能用偏心軸代替曲軸，同樣偏心軸也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線往復(fù)運(yùn)動。
2.2曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律分析。
本次設(shè)計(jì)壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)采用是曲柄滑塊機(jī)構(gòu), A點(diǎn)表示連桿與曲軸的連結(jié)點(diǎn),B點(diǎn)表示連桿與滑塊連接點(diǎn),AB表示連桿長度. 滑塊的位移為s。a為曲柄的轉(zhuǎn)角。習(xí)慣上有曲柄最底位置（相當(dāng)于滑塊在下死點(diǎn)處），沿曲柄旋轉(zhuǎn)的相反方向計(jì)算。
其運(yùn)動簡圖如下圖所示.,
圖2-2
2.2.1滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系
滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表達(dá)為
而
令 則
而
所以
代入整理得:
代表連桿系數(shù)。通用壓力機(jī)一般在0.1~0.2范圍內(nèi).故上式整理后得:
式子中 s——滑塊行程.(從下死點(diǎn)算起)
a——曲柄轉(zhuǎn)角, 從下死點(diǎn)算起,與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正.
R——曲柄半徑
——連桿系數(shù)
L——連桿長度(當(dāng)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),便可從上式中求出對應(yīng)于的不同a角的s值.有余玄定理知
2.2.2滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系
求出滑塊的位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系后,將位移s對時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)就可求得到滑塊的速度v.即:
而
所以
式中 v———滑塊速度
———曲柄的角速度
又因?yàn)?
所以
式中 n———曲柄的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)
從上式可看出,滑塊的速度V是隨曲柄轉(zhuǎn)角a角度變化的。在a=0時(shí) V=0 , a角增大時(shí)V隨之顯著增大；但在a=之間時(shí)，V的變化很小,而數(shù)值最大.因此常常近似取曲柄轉(zhuǎn)角的滑塊的速度當(dāng)作最大速度。用表示
即
上面公式表明，滑塊的最大速度與曲柄的轉(zhuǎn)速n，曲柄半徑R成正比，n越高，R越大，滑塊的最大速度Vmax也越大。
本壓力機(jī)滑塊的最大速度
2.3曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析
判斷曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)能不能滿足加工需要除了它的運(yùn)動規(guī)律是否符合要求外，還有很重要的一點(diǎn)就是要校核它的強(qiáng)度。而進(jìn)行強(qiáng)度校核之前必須首先正確的將曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析。
2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析
忽略摩擦和零件本身重量時(shí)滑塊的受力情況如圖2-3所示。其中P1料抵抗變形的反作用力，N導(dǎo)軌對滑塊的約束反力，Pab對滑塊的約束反力，這三個(gè)力交于B，組成一個(gè)平衡的匯交力系。
根據(jù)力的平衡原理，從力三角形中可以求得P1、N、Pab之間關(guān)系如下：
有上式知 當(dāng)時(shí)，取到最大值
一般曲柄壓力機(jī)，，負(fù)荷達(dá)到公稱壓力時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角僅30度左右。因此可近似認(rèn)為：
上面兩式便成為：
例如求公稱壓力角時(shí),曲軸上齒輪傳遞的扭矩
因?yàn)樵跁r(shí),滑塊能承受的最大負(fù)荷是160噸,所以坯料抵抗變形的反作用力也允許達(dá)到這個(gè)數(shù)值,即
可查表2-2得
因此在不考慮摩擦?xí)r齒輪傳動的扭矩為:
上面,我們在分析連桿、滑塊受力和曲軸所需傳遞的扭矩的過程中,都沒考慮各活動部位的摩擦.這種處理問題的方法,對于分析連桿和滑塊受力,來說,誤差很小.且簡化了計(jì)算公式,完全可應(yīng)用.但是,在計(jì)算曲軸所需傳遞的扭矩時(shí),不考慮摩擦的影響,卻會帶來較大的誤差,因此計(jì)算時(shí),應(yīng)考濾由于摩擦所增加的扭矩.
2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦主要發(fā)生在四處:
1）.滑塊導(dǎo)向面與導(dǎo)軌之間的摩擦.如下圖所示,摩擦力的大小等于滑塊對導(dǎo)軌的正壓力,與摩擦系數(shù)的乘積,摩擦力的方向與滑塊的運(yùn)動方向相反.工作行程時(shí),滑塊向下運(yùn)動,導(dǎo)軌對滑塊的摩擦力朝上,形成對滑塊運(yùn)動的阻力.
2）. 曲軸支承勁與軸承之間的摩擦.軸旋轉(zhuǎn)時(shí),軸承對軸勁的摩擦力分布在軸勁工作面上,這些摩擦力對軸頸中心O形成與軸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩.它可近似的按下式計(jì)算:
由于小齒輪的作用力遠(yuǎn)小于,所以可以認(rèn)為兩個(gè)支反力的和 于是上式可變?yōu)?
3）曲軸頸與連桿大端軸承之間的摩擦,它和上一種摩擦相同,也形成阻力矩,且可按下式計(jì)算:
4）連桿銷與連桿小端軸承能夠之間的摩擦.它也形成阻力矩:
根據(jù)能量守恒的原理,曲軸所需增加扭矩在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。等于克服各處磨擦所消耗的功率。即：
式中：—曲柄的角速度；
—滑塊的速度；
—曲柄和連桿的相對角速度，
—連桿的擺動角速度，
所以可以求得的絕對值為：
而
將上式代入，并取=1，經(jīng)整理后得由于摩擦使曲軸所增加的扭矩為： 現(xiàn)以所設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例,來分析上式中方括號內(nèi)的值.有該曲柄壓力機(jī)的參數(shù)如下:
R=80mm
代入式子中求得方括號內(nèi)的值,即的值如下:
684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40
從以上可以看出, 的值隨曲柄轉(zhuǎn)角而變化,但變化較小,在近似計(jì)算中,可以將看作不隨變化的常數(shù),并取其相當(dāng)于=時(shí)的值.因此,上式可簡化為
已知
與不記摩擦的扭矩比較,
最后的到考慮摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩:
以上式子中:
R——曲柄半徑;
——曲柄的轉(zhuǎn)角;
——連桿系數(shù);
——摩擦系數(shù),一般取0.05
——曲軸支承頸的直徑
———曲軸頸的直徑
—————連桿銷的直徑
————坯料抵抗變形的反作用力.
3齒輪傳動
3.1 齒輪傳動的介紹
由于齒輪傳動能傳遞較大的扭矩，又具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠和壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，因此齒輪得到了廣泛的應(yīng)用，齒輪傳動一般會遇到：齒面磨損、牙齒折斷、倒牙、齒面麻點(diǎn)和振動、噪音等。根據(jù)這些情況，對于曲柄壓力機(jī)的齒輪傳動提出下面兩點(diǎn)基本要求：
1） 夠的承載能力。要盡可能縮小齒輪的尺寸，采用常用的材料，又要保證能承受外載荷的作用，并且有足夠的壽命。
2） 要的傳動平穩(wěn)性。齒輪在傳動過程中產(chǎn)生的噪音和振動要在允許范圍之內(nèi)，不能過大。
3.1.1齒輪在應(yīng)用的過程中對精度有以下的要求
1） 動精度
為了準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動，要求主動齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，從動齒輪按傳動比關(guān)系準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，但由于制造的誤差，使從動齒輪不能按傳動比關(guān)系準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。但為了滿足使用要求，規(guī)定齒輪一轉(zhuǎn)的過程中回轉(zhuǎn)角誤差絕對值的最大值不超過一定限度。
2） 工作平穩(wěn)性精度
為了減小齒輪傳動的躁聲和振動，必須將齒輪在一轉(zhuǎn)中的瞬時(shí)傳動比的變化限制在一定的范圍之內(nèi)，也就是要求齒輪每轉(zhuǎn)中回轉(zhuǎn)角誤差多次反復(fù)變化的數(shù)值小。
3） 接觸精度
在齒輪的使用過程中要使齒輪的齒面有足夠的接觸面積，不可是齒輪局部接觸。
4） 齒側(cè)間隙
互相嚙合的一對牙齒，在非工作面沿齒廓法線方向留有一定的間隙Cn,這是為了避免安裝、制造不準(zhǔn)確，以及工作時(shí)溫度變化和彈性變化而造成牙齒卡住，同時(shí)還可以利用它儲存潤滑油，改善齒面的摩擦條件。
總之，為了保證齒輪傳動有良好的性能，必須對齒輪的運(yùn)動精度、工作平穩(wěn)性、接觸精度和齒輪側(cè)隙有一定的要求，但這，四方面的要求也不能夠平均對待，具體工作條件不同，每個(gè)方面的要求也不一樣。
3.2 直齒輪傳動
根據(jù)總體的設(shè)計(jì)方案，曲柄滑快機(jī)構(gòu)的里是有齒輪傳入的。由于傳遞的力較大，結(jié)合已有的設(shè)計(jì)方案，確定本傳動采用雙邊齒輪傳動。為了達(dá)到傳動平穩(wěn)和足夠承載能力。本設(shè)計(jì)采用的是直齒圓柱齒輪。
3.2.1齒輪參數(shù)確定
參考同類型的曲柄壓力機(jī)的傳動齒輪設(shè)計(jì)。有傳動比i為6.47初步確定齒輪的相關(guān)參數(shù)方案如下：
方案一
齒輪摸數(shù)m=12mm, 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪為不發(fā)生根切， 小齒輪齒數(shù),那么大齒輪齒數(shù)為：
.
.
方案二
齒輪摸數(shù)m=12mm，采用變位齒輪。
由于采用了變位齒輪，可不考慮根切，這時(shí)可暫定小齒輪齒數(shù)，那么大齒輪齒數(shù)為：
從以上兩種齒輪的參數(shù)比較可知，諾用直齒圓拄標(biāo)準(zhǔn)齒輪比變位齒輪中心距增加了90毫米，分度圓增加了156毫米。為了傳動系統(tǒng)機(jī)構(gòu)尺寸減小，相應(yīng)減輕機(jī)器的重量和節(jié)約材料。結(jié)合近年來曲柄壓力機(jī)和其它這種設(shè)備中變位齒輪的廣泛應(yīng)用，本次設(shè)計(jì)曲柄壓力機(jī)采用變位直齒圓柱輪傳動。相關(guān)參數(shù)如下：
模數(shù) m 12 壓力角 a
變位系數(shù)
齒數(shù)
3.2.2．齒輪的尺寸初步計(jì)算
有以上數(shù)據(jù)根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)時(shí)的相關(guān)尺寸計(jì)算公式，計(jì)算齒輪的相關(guān)尺寸如下：
分度圓直徑 D=mz
齒頂圓直徑
.
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
3.2.3 齒輪的強(qiáng)度校核
有總體設(shè)計(jì)的計(jì)算知大齒輪承受的扭距為M2=515000千克*厘米，變位系數(shù)為-0.4，轉(zhuǎn)速為n=32r/min；加工精度為八級?，F(xiàn)按照彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的齒輪是否恰當(dāng)。并確定齒輪的材料和熱處理方式。
1） 確定載荷集中系數(shù)k。
因?yàn)辇X寬與小齒輪節(jié)圓直徑的比值：
齒輪位于兩軸承之間并對稱布置。軸的剛度較好，大齒輪的齒面不準(zhǔn)備火（即硬度HBS<350）。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分表得出K=1.05。
2） 確定動載荷系數(shù)
因?yàn)榇簖X輪是精度八級的直齒圓柱齒輪，所以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分表得出
3） 確定大小齒輪的齒形系數(shù)和。
因?yàn)槭情]式傳動，大齒輪的齒數(shù)為，變位系數(shù)，又因?yàn)樾↓X輪齒數(shù),變位系數(shù)所以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分相關(guān)圖表取得：
4） 計(jì)算大齒輪的齒根處的最大彎曲應(yīng)力δ1和δ2。
對于大齒輪
對于小齒輪
5）根據(jù)工廠的實(shí)際條件并參照齒輪的許用應(yīng)力值（表3-23）選定大、小齒輪的材料和熱處理方式。為了保證牙齒不會因彎曲疲勞而折斷，齒輪的允許彎曲應(yīng)力不應(yīng)小于齒根處的最大彎曲應(yīng)力.所以大齒輪需要用ZG35(正火)或ZG45(正火),小齒輪需用鍛鋼45或40Cr(調(diào)質(zhì)且最好進(jìn)行高頻淬火)制成.
6）有以上計(jì)算知所設(shè)計(jì)的齒輪合適:用的材料能滿足要求.現(xiàn)將計(jì)算校核后的齒輪繪圖如下：
圖3-1
3.3圓錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
由于圓錐齒輪用于兩相交軸之間的傳動，因此本次設(shè)計(jì)的圓錐齒輪主要用于裝模高度調(diào)節(jié)裝置的輸入級，這樣利于傳動的平穩(wěn)性和功率的傳遞。
3.3.1幾何參數(shù)的計(jì)算
直齒圓錐齒輪的齒廓參數(shù)以大端為標(biāo)準(zhǔn)，所以，需要把當(dāng)量齒輪的參數(shù)用大端的參數(shù)來表示。
查閱相關(guān)手冊，參考設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定錐齒輪齒數(shù)及相關(guān)參數(shù)如下：
大端模數(shù)m
小齒輪圓錐角
.
.
分度圓直徑
齒頂高（大端）
齒根高（大端）
齒全高（大端）
齒頂圓直徑
節(jié)錐長
齒頂角
齒根角
當(dāng)量齒數(shù)
齒寬系數(shù)
平均直徑
平均模數(shù)
3.3.2 核算彎曲應(yīng)力
由公式:
式中——載荷集中系數(shù)
——動載荷系數(shù)
M——齒輪所傳遞的扭矩
——齒寬系數(shù),
m——大端模數(shù)
——齒輪材料的許用彎曲疲勞應(yīng)力
——齒形系數(shù)
有上面的計(jì)算結(jié)果知齒數(shù)和齒輪所傳遞的扭矩,查機(jī)械傳動與曲柄壓力機(jī)圖3-50、3-53知齒形系數(shù):
=0.37
查機(jī)械傳動與曲柄壓力機(jī)圖3-55知載荷集中系數(shù)為1.33
查機(jī)械傳動與曲柄壓力機(jī)圖3-22動載荷系數(shù)為1.5
=
有以上計(jì)算知所設(shè)計(jì)的齒輪合適:用的材料能滿足要求.現(xiàn)將計(jì)算校核后的齒輪繪圖如下
3.4蝸桿蝸輪傳動的計(jì)算
3.4.1蝸桿傳動的特點(diǎn)
封閉高度的調(diào)節(jié)裝置的低速級傳動,采用的是蝸桿傳動.它具有以下優(yōu)點(diǎn):1工作平穩(wěn).蝸桿傳動有蝸桿蝸輪組成,它們的軸線在空間垂直.蝸輪象個(gè)斜齒輪,但它的齒根和齒頂做成凹弧形的,使齒包著蝸桿,增加接觸面積.2傳動比大.3自鎖性好.
3.4.2蝸桿蝸輪的材料
高速重載的蝸桿,用20號鋼或20Cr鋼,并經(jīng)滲碳淬火制成,也可用45號鋼經(jīng)淬火,HRC=45～50.由于本蝸桿工作在低速輕載的場合,選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理.HB=217～255制成.
因?yàn)槲仐U傳動中齒面間相對滑動速度較大,所以膠合和磨損問題比較突出.首先要求蝸桿蝸輪的材料配合有良好的減摩性,不易產(chǎn)生膠合,其次才是強(qiáng)度方面的要求.考慮到本蝸桿蝸輪用在低速端,且不經(jīng)常使用,蝸輪的體積又較大,因此采用灰鑄鐵HT20-40材料制成.
3.4.3蝸桿蝸輪尺寸的計(jì)算
已知
蝸桿軸向模數(shù)
蝸桿特性系數(shù)
蝸桿頭數(shù)
蝸輪齒數(shù)
蝸桿分度圓柱上的螺旋升角
蝸桿蝸輪分度圓直徑
蝸桿蝸輪節(jié)圓直徑
蝸桿蝸輪齒頂圓直徑
蝸桿蝸輪齒根圓直徑
蝸輪外徑的計(jì)算
現(xiàn)取蝸輪外徑
蝸桿螺旋部分長度
現(xiàn)取L=100mm
蝸輪輪緣寬度B
由于結(jié)構(gòu)原因現(xiàn)有所加大 取B=160mm
中心距的計(jì)算
蝸桿軸向齒距
蝸桿導(dǎo)程
蝸桿軸向壓力角
蝸桿蝸輪齒頂高
蝸桿蝸輪齒根高
蝸桿蝸輪齒全高
蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算:
3.4.4 核算蝸輪彎曲應(yīng)力
由公式
式中 K——載荷系數(shù),一般 K=1.1～1.4
——蝸輪所需傳遞的扭矩
——蝸輪齒數(shù)
m——模數(shù)
q——蝸桿特性系數(shù)
——變位系數(shù); ——蝸輪包角
——蝸輪的齒形系數(shù),根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查表的
——蝸輪的許用彎曲應(yīng)力
取
因?yàn)?2000N*m
,
查圖的
所以
蝸輪材料采用HT20—40
查《機(jī)械傳動動與曲柄壓力機(jī)》表3-45,由于封閉高度調(diào)節(jié)裝置只是短時(shí)工作,且考慮到平衡器的作用,蝸輪實(shí)際傳遞的扭矩遠(yuǎn)小于2000N*m,屬于非滿載工作,因此蝸輪仍可用.
3.4.5核算蝸桿接觸應(yīng)力:
有蝸桿接觸應(yīng)力計(jì)算公式如下
式中——常數(shù),當(dāng)蝸桿材料為鋼,蝸輪材料為銅時(shí), =14850; 當(dāng)蝸桿材料為鋼,蝸輪材料為鑄鐵時(shí), =17000
——蝸輪的許用接觸應(yīng)力
K——載荷系數(shù),一般取 K=1.1～1.4
——蝸輪所需傳遞的扭矩
——蝸輪齒數(shù)
m——模數(shù)
q——蝸桿特性系數(shù)
——變位系數(shù); ——蝸輪包角
蝸桿材料為20Cr鋼滲碳淬火.
所以
因?yàn)?
查表3-46得長期滿載工作的許用接觸應(yīng)力.由于本裝置非常期滿載工作,所以仍可用.
蝸桿蝸輪的圖分別如下圖3-3和圖3-4所示:
圖3-3
圖3-4
4曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1曲軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1.1選定軸的材料
曲軸為壓力機(jī)的重要零件，受力復(fù)雜,故制造條件要求較高,查閱相關(guān)手冊,參考同類型的曲柄壓力機(jī)曲軸常用材料,暫定為45鋼鍛造而成，曲軸在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。鍛造比取為3。根據(jù)《曲柄壓力機(jī)》內(nèi)設(shè)計(jì)步驟,經(jīng)驗(yàn)公式先初步?jīng)Q定曲軸的相關(guān)尺寸。
4.1.2估算曲軸的相關(guān)尺寸
4.1.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖
中型壓力機(jī)多采用雙邊傳動,以減小扭距,和傳動齒輪摸數(shù).中型壓力機(jī)壓力角=,為了保證曲柄強(qiáng)度,圓整為500mm
4.1.4 校核軸勁尺寸
有
=
故重新圓整后取 =250mm
由式得 出
由
根據(jù)通用壓力機(jī)一般取植范圍在0.1～0.3之間.由總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步選取=0.12
由
當(dāng)=a= 時(shí),查表得
為連桿銷直徑,由公式
圓整后取=110mm又有 計(jì)算
圓整后取=180mm.這與最初的估計(jì)植相同,不需更改計(jì)算結(jié)果.有以上計(jì)算,考慮曲軸上零件的裝配,和軸承的選用,確定曲軸的形狀如下圖所示：
圖4-1
4.1.5曲軸的危險(xiǎn)階面校核
曲軸的變形及載荷分布如下圖所示:
圖4-2
圖4-3
由于采用雙邊傳動,因此B--B截面扭距為連桿所傳遞的扭距的一半,曲軸A—A截面扭距等于零.
在B—B截面
在A—A截面
有以上的計(jì)算可知所設(shè)計(jì)的曲軸尺寸合適,材料能滿足要求。
4.2連桿和調(diào)節(jié)螺桿的設(shè)計(jì)
參考同類型的曲柄壓力機(jī)調(diào)節(jié)螺桿的設(shè)計(jì)常用材料,查閱相關(guān)資料,初定材料為QT45-5. 根據(jù)機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本壓力機(jī)采用連桿銷傳力的調(diào)節(jié)螺桿.
4.2.1 連桿和調(diào)節(jié)螺桿初步確定
1）調(diào)節(jié)螺桿的具體尺寸根據(jù)手冊經(jīng)驗(yàn)公式,初步估算如下:
2）連桿尺寸的初步確定;
有前面算得連桿總長為L=840mm,有曲軸的尺寸確定連桿與曲軸相接處的大端寬為B=252,內(nèi)徑為268mm.有調(diào)節(jié)螺桿的初步尺寸,確定小端的厚為200mm,中心孔直徑為108mm.壁厚為40～60mm.其余次要尺寸參考同類型的壓力機(jī)連桿尺寸確定.詳細(xì)如圖所示
4.2.2校核調(diào)節(jié)螺桿的和連桿尺寸
1）有以上計(jì)算知螺桿內(nèi)孔直徑d2 =87mm
螺桿直徑d0=173mm
選用的材料[]=1200故合適。
2）校核連桿大小端支撐的壓強(qiáng)
大端的支撐壓強(qiáng)：
已知
大端軸瓦材料為鉛青銅zcupb630 P=25MPa合乎要求。
小支撐的壓強(qiáng)：
有
3）對于調(diào)節(jié)螺桿上的銷孔
已知
調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺桿材料用QT45-45 [P]=125Mmpa
故合乎要求。
4）校核調(diào)節(jié)螺桿螺紋的強(qiáng)度
螺距
又已知H=190mm
則
[]=55Mpa>
故所確定的連桿及調(diào)節(jié)螺桿尺寸合適,材料能滿足要求.其零件圖如下所示
圖4-4
圖4-5
4.4導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算
常見的曲柄壓力機(jī)的導(dǎo)軌有兩種基本類型,即V形左右對稱布置的導(dǎo)軌和四角布置的導(dǎo)軌,前者主要用于開式壓力機(jī),后者用于中型和大型壓力機(jī).
導(dǎo)軌與滑塊應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙,間隙小,導(dǎo)向準(zhǔn)確,但過小,則會出現(xiàn)發(fā)熱、拉毛和燒黑現(xiàn)象,造成導(dǎo)軌與滑塊接觸面迅速磨損. 導(dǎo)軌與滑塊的間隙大小隨壓力機(jī)形式和導(dǎo)軌間距離而異,通用壓力機(jī)導(dǎo)軌與滑塊的間隙一般在0.04～0.25mm之間.
本次設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)為了使滑塊在適當(dāng)?shù)拈g隙內(nèi)運(yùn)動,把滑塊與導(dǎo)軌的間隙做成可調(diào)節(jié)的.如下圖所示:
.
圖4-6
四角布置的導(dǎo)軌.共有四個(gè)導(dǎo)向面.左面的兩個(gè)導(dǎo)向面為固定的平面,右面兩個(gè)導(dǎo)向面為可調(diào)節(jié)的45度斜面.在右邊兩個(gè)導(dǎo)軌上各有三組螺栓,內(nèi)側(cè)面裝有固定導(dǎo)軌的螺栓;導(dǎo)軌外部裝有另外兩組螺栓,一組擰入機(jī)身的螺紋孔內(nèi),另一組擰入導(dǎo)軌的螺紋孔內(nèi),用來前后移動導(dǎo)軌,以便調(diào)節(jié)間隙.
參考同類型的壓力機(jī)導(dǎo)軌尺寸的計(jì)算方法及公式,確定斜導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸如下:
有總體設(shè)計(jì)知導(dǎo)軌長度L=950mm.則
圓整后取 a=40mm
圓整后取 a=40mm
圓整后取 c=10mm
圓整后取 d=20mm
圓整后取 e=60mm
圓整后取 f=400mm
圓整后取 g=285mm
圓整后取 h=70mm
有以上計(jì)算尺寸,繪制出導(dǎo)軌的零件圖如下:
圖4-7
4.5 裝模高度調(diào)節(jié)裝置總體設(shè)計(jì)
4.5.1 裝模高度調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成及工做原理
為了使壓力機(jī)適應(yīng)于不同高度的模具,和便于模具的安裝和調(diào)正整, 曲柄壓力機(jī)的連桿及封閉高度應(yīng)是能調(diào)的.本壓力機(jī)采用的電動機(jī)驅(qū)動的二級傳動機(jī)構(gòu)來代替人力,調(diào)節(jié)螺桿螺紋來調(diào)節(jié)連桿的長度,達(dá)到調(diào)節(jié)裝模高度目的.其傳動第一級采用圓錐齒輪,第二級采用蝸桿蝸輪.如下圖所示：
圖4-8
有上圖可知連桿不是整體的,而是有連桿體和調(diào)節(jié)螺桿所組成.調(diào)節(jié)螺桿下部與滑塊相聯(lián)接.連桿替上部的軸瓦與曲軸相聯(lián)結(jié).為了有效的防止調(diào)節(jié)螺桿的松動,在蝸桿軸上安裝了一套放松裝置.該裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理如下:大圓錐齒輪的內(nèi)孔空套在蝸桿軸上,其輪轂右端面銑有牙齒,并與空套在蝸桿軸上的軸套左端面相配.
調(diào)節(jié)電動機(jī)經(jīng)過二級錐齒輪和蝸桿蝸輪,帶動調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn),從而改變連桿的長度和調(diào)節(jié)封閉高度.連桿上段和調(diào)節(jié)螺桿之間的螺紋連接依靠兩極傳動中的摩擦阻力來防止松動.調(diào)節(jié)螺桿上端還裝有撞桿,當(dāng)螺桿調(diào)節(jié)到上或下極限位置時(shí),撞桿分別與安裝在連桿上段的兩個(gè)行程開關(guān)相碰,調(diào)節(jié)電動機(jī)自行停車,這時(shí)只有按下使調(diào)節(jié)螺桿向另一方向旋轉(zhuǎn)的按扭,調(diào)節(jié)電動機(jī)才能啟動,用以防止調(diào)節(jié)電動機(jī)過載或避免調(diào)節(jié)螺桿旋出過長.
查《機(jī)械傳動與曲柄壓力機(jī)》表6-6,參考其設(shè)計(jì)參數(shù),確定本曲柄壓力機(jī)高度調(diào)節(jié)裝置的相關(guān)參數(shù)如下:
電動機(jī) P=1.5千瓦 n=750r/min
傳動級數(shù) 2級 總傳動比i=137
低速級蝸桿蝸輪傳動: 傳動比 模數(shù)m=6
高速級錐齒輪傳動: : 傳動比 模數(shù)m=3
4.5.2調(diào)節(jié)裝置電動機(jī)選定
1電動機(jī)功率計(jì)算原理
曲柄壓力機(jī)傳動系統(tǒng)中裝有飛輪之后，電動機(jī)的負(fù)載平穩(wěn)許多，但仍是有變化的，所以確定電動機(jī)的功率也要注意一些問題，通常如下確定電動機(jī)：
1)電動機(jī)的過載條件。沖壓工件時(shí)電動機(jī)扭矩上升，如果超過它的最大容許扭矩，電動機(jī)就可能停下，著就是過載條件的限制。
2)電動機(jī)發(fā)熱條件。沖壓工件時(shí)電動機(jī)的負(fù)載增加，電流上升，電動機(jī)的損耗變?yōu)闊崮埽蛊錅囟壬仙?，沖壓過后，負(fù)載變小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為熱能的耗損也減小。電動機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，電動機(jī)的溫度達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)。電動機(jī)的溫升應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)，否則，電動機(jī)就會損壞，這是工作時(shí)發(fā)熱條件的限制。
此外，有由于曲柄壓力機(jī)有較大的飛輪，加速飛輪使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，需要一定的功率，如電動機(jī)的額定功率不足，就會引起電動機(jī)的啟動電流過大和啟動時(shí)間過長，使電動機(jī)溫升過高而損壞，所以還應(yīng)核算啟動時(shí)間，視其是否在允許范圍之內(nèi)。這就是啟動時(shí)發(fā)熱條件的限制。
在通常情況下，沖壓作用時(shí)間很短，短時(shí)過載還不致使電動機(jī)停下來，因此，一般按工作時(shí)發(fā)熱條件來解決電動機(jī)功率。
曲柄壓力機(jī)主傳動電動機(jī)的負(fù)載雖然是不均勻的，但是從發(fā)熱條件來看，可以折合成某一恒定的功率N，如果所選用的電動機(jī)的額定功率大于或等于N，那么從發(fā)熱條件看是能夠滿足要求的。因此帶飛輪傳動的電動機(jī)功率計(jì)算，歸結(jié)為如何確定折合功率N。
當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載波動較小，飛輪的能量較大時(shí)，這時(shí)折合功率N，接近于壓力機(jī)一個(gè)周期的平均功率Nm。當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載波動較大，飛輪的能量較小時(shí)，這時(shí)的折合功率N與平均功率Nm差距較大。折合功率N與平均功率Nm的關(guān)系可用下式表示：
N=KNm
式中 K—折合功率N與平均功率Nm的比值，K>1。
平均功率Nm為壓力機(jī)一個(gè)工作周期內(nèi)，電動機(jī)所做的功初以工作周期的時(shí)間；在此期間壓力機(jī)所消耗的能量就等于電動機(jī)所做的功。
式中 E—一個(gè)工作周期內(nèi)壓力機(jī)所消耗的能量（公斤·米）；
E‘—工作行程時(shí)消耗的能量；
E‘‘—非工作行程時(shí)消耗的能量；
t—一個(gè)工作周期的時(shí)間。
因此，
(千瓦)
K的數(shù)值隨壓力機(jī)的具體情況而定，一般K在1.15～1.6范圍內(nèi)
2. 封閉高度調(diào)節(jié)裝置電動機(jī)功率的計(jì)算方法
在穩(wěn)定負(fù)載下，電動機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所做的有用功，除以傳動系統(tǒng)的效率，便是電動機(jī)所需的功率。寫成公式為：
(千瓦)
式中 N—電動機(jī)所需的功率（千瓦）
N‘—電動機(jī)每分鐘所做的有用功；
η—傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率；
上式中102是單位換算常數(shù)，表示功率1千瓦相當(dāng)102kg·m/s。電動機(jī)通過傳動系統(tǒng)提升滑塊時(shí)，每秒中內(nèi)所做的有用功為
N‘=Gv
式中 G—滑塊部件重量
v—滑塊的調(diào)節(jié)速度（m/s）
3封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率
傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率主要包括：
1)導(dǎo)軌與滑塊相對滑動的效率η1。
2)調(diào)節(jié)螺桿傳動效率η2。
3)調(diào)節(jié)螺母與套筒端面之間相對滑動的效率η3。
4)皮帶、齒輪傳動效率η4。
除了以上幾方面的摩擦損失之外，軸承處還有摩擦損失，但因調(diào)節(jié)裝置多采用滾動軸承，效率較高，所以可忽律。因此，封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率為：
（10-3）
多數(shù)曲柄壓力機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率在0.02～0.03之間。
4 電動機(jī)功率計(jì)算
將式N‘=Gv代入式中，得：
調(diào)節(jié)電動機(jī)可采用一般封閉式鼠籠型電動機(jī)。電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速根據(jù)傳動級數(shù)和傳動類型而定，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了減少曲軸壓力機(jī)的零件品種和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)部件通用化，常常將噸位接近的曲柄壓力機(jī)采用相同的調(diào)節(jié)電動機(jī)，傳動系統(tǒng)的某些零件亦相互通用。
5軸承的選用
由于曲軸受沖擊較大,參考同類型壓力機(jī), 連桿與曲軸接觸, 曲軸頸與箱體接觸處采用滑動軸承.調(diào)節(jié)裝置軸采用選用滾動軸承.
5.1滑動軸承選用與校核
5.1.1連桿大端滑動軸承選用與校核
初步擬訂軸承的尺寸如下：
=250mm L=270mm
H =6mm B=10mm
根據(jù)曲軸上滑動軸承的工作條件，承受的載核較大，查手冊選用鉛青銅Zcupb30材料較符合要求，為滿足要求，現(xiàn)對所選材料校核。
根據(jù)曲軸的轉(zhuǎn)速n=32r/min軸勁
Mpa
由以上計(jì)算知，此軸承的材料。及尺寸合適，形狀如圖5-1所示：
圖5-1
選擇軸承的配合，參考手冊，選用H7/e6為軸承的配合。按此配合確定軸勁和軸瓦的加工偏差標(biāo)注在繪制的零件圖上。
5.1.2曲軸頸上滑動軸承選用與校核
已知軸瓦的內(nèi)徑為d=200mm,軸瓦的工作長度L=270mm,曲軸轉(zhuǎn)速為32r/min,軸瓦初定材料為鉛青銅Zcupb30.查軸承選用手冊暫定選YD4/180型.
1. 核算比壓
所以有公式
2 核算pv
核算表明最初所確定的軸承材料是合適的,所選的型號能滿足要求.圖型如下圖5-2所示:
圖5-2
5.2 滾動軸承選用與校核
本滾動軸承是用于調(diào)節(jié)裝置,不經(jīng)常使用,且受力較小,故選用普通深溝球軸承即可滿足需要.有軸承徑向載荷Fa =2700N,Fr=5500N,軸承轉(zhuǎn)速為500r/min,裝軸承處的軸頸可在30～40mm,范圍內(nèi)選擇,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊,預(yù)期壽命為L’h=5000h.
5.2.1求比值:
有公式
根據(jù)手冊查表,深溝球軸承的最大e值為0.44,故此時(shí)
1）初步計(jì)算當(dāng)量動載荷p,
根據(jù)式查表的fp=1.0～1.2,在此取為fp=1.2
查表的X=0.56,Y值需要在已知型號和基本靜載荷C0后才能求出.現(xiàn)暫選一近似中間值,取Y=1.5.則:
2）根據(jù)公式求軸承的基本額定動載荷值
3）按照軸承的選用手冊選擇C=45460N的軸承為6307型.此軸承的基本額定靜載荷C0=38000N.驗(yàn)算如下:
5.2.2求相對應(yīng)軸承軸向載荷的e值與Y值
1）查手冊,知深溝球軸承f0=14.7,則相對應(yīng)軸向載荷為
在此間對應(yīng)的e值為0.28～0.30,Y值為1.55～1.45.
2)用線性插值法求Y值.
故X=0.56 Y=1.55
3)求當(dāng)量動載荷P
4)驗(yàn)算6307軸承的壽命
故所選用的6307軸承合
響應(yīng)曲面法在最優(yōu)化切削條件下
獲得最小表面粗糙度的應(yīng)用
摘要：
這篇文章主要討論：在模具表面的銑削中，綜合運(yùn)用響應(yīng)曲面法和常規(guī)算法相結(jié)合這樣一種有效的方法，在最佳的切削條件下獲得最小的表面粗糙度。響應(yīng)曲面法被用于創(chuàng)造一種有效的模型來分析表面粗糙度，即切削參數(shù)：進(jìn)給量、切削速度、軸向切深、徑向切深和機(jī)器公差。為了收集表面粗糙度值，做了大量基于三個(gè)等級的，大部分因素的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的機(jī)械試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。一個(gè)有效的第四等級的響應(yīng)曲面模具的型腔在試驗(yàn)中被測量。最優(yōu)化切削條件下的常規(guī)算法對響應(yīng)曲面模具獲得預(yù)想表面粗糙度有很大的影響。常規(guī)算法使模具型腔的表面粗糙度值有過去降到現(xiàn)在的，相對降低了10%?；诔Ｒ?guī)算法的最優(yōu)化切削條件下的生產(chǎn)被實(shí)驗(yàn)測量證實(shí)具有一致性。
關(guān)鍵詞：銑削、切削條件、表面粗糙度、注射模、響應(yīng)曲面法、遺傳算法.
1、引言
目前生產(chǎn)塑料制品的模具零件需要銑削加工，而制造工業(yè)的發(fā)展主要取決于數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。在用鋁合金7075－T6制造機(jī)械模具零件時(shí)也常用數(shù)控銑削加工中心。在本次的研究中用的也是鋁合金7075－T6，由于它具有像高抗變形、良好的傳導(dǎo)性、較高的拉伸強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，所以在飛行器和模具工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
塑料注射模生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量受模具表面銑削質(zhì)量的影響，這些產(chǎn)品的質(zhì)量通常與表面粗糙度值和表面粗糙度的測量有關(guān)。各種機(jī)床加工出來的工件的表面粗糙度是不規(guī)則的。表面粗糙度值即平均表面粗糙度，常用符號Ra表示。理論上，Ra是離輪廓中心線的長度的算術(shù)平均值。Ra也是控制機(jī)器工作的重要因素。刀具幾何尺寸、進(jìn)給量、切削條件和其它不規(guī)則的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)因素，如：刀具的涂層、振動、刀具撓度、切削液和工件特性等都會影響表面粗糙度。這里研究的主要是切削條件的影響（進(jìn)給量、切削速度、軸向、徑向切深和機(jī)床公差）。
一些學(xué)者已經(jīng)研究過銑削條件在銑削和塑料注射模制造中的影響。例如真空封蠟?zāi)５闹圃臁榱祟A(yù)測表面粗糙度和刀具壽命，也就是在銑削鋼材時(shí)的切削速度、進(jìn)給量和軸向切深，建立了分析模型。在銑削鉻鎳鐵合金718時(shí)，提出了一種優(yōu)化表面光潔度的有效方法 。
在這個(gè)研究中，建立了一個(gè)四等級的響應(yīng)曲面模型，能夠在銑削鋁合金7075－T6材料的模具表面時(shí)獲得預(yù)期的表面粗糙度。通常利用響應(yīng)曲面法統(tǒng)計(jì)響應(yīng)曲面模型，實(shí)驗(yàn)測量證實(shí)了響應(yīng)曲面模具的精確度。在尋找最佳切削條件獲得最小表面粗糙度上，成熟的響應(yīng)曲面模型和成熟的遺傳算法有很大的聯(lián)系。切削條件用進(jìn)給量、切削速度、軸向和徑向切深及機(jī)器公差表示。用遺傳算法預(yù)期的最佳切削條件可用實(shí)驗(yàn)測量證實(shí)。
目前，在這個(gè)研究中創(chuàng)造和利用響應(yīng)曲面模型和常規(guī)算法比手冊中的其它方法有許多優(yōu)點(diǎn)。響應(yīng)曲面模型是一個(gè)具有足夠精確度的高等級、更富經(jīng)驗(yàn)性的多項(xiàng)式模型，遺傳算法去除了在遺傳算法中存在的需用戶定義的參數(shù)。用響應(yīng)曲面法和遺傳算法得到的最優(yōu)化加工所生成的響應(yīng)
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