畢 業(yè) 設 計 說 明 書畢業(yè)生姓名 ：專業(yè) ：學號 ：指導教師所屬系（部） ：II畢業(yè)設計評閱書題目：J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機設計機電 系 機械設計制造及其自動化專業(yè) 姓名 設計時間： 評閱意見：III成績：指導教師： ?。ê炞郑┞殹 眨骸 ?01 年 月 日IV畢業(yè)設計答辯記錄卡機電 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 姓名 答 辯 內(nèi) 容問 題 摘 要 評 議 情 況記錄員： （簽名）成 績 評 定指導教師評定成績 答辯組評定成績 綜合成績注：評定成績?yōu)?100 分制，指導教師為 30%，答辯組為 70%。專業(yè)答辯組組長： ?。ê灻￢201 年 月 日i摘 要曲柄壓力機是通過曲柄滑塊機構將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)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(jié)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iiAbstractCrank 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 manufacturingiii目 錄前言 ....................................................................1一、開式曲柄壓力機的特點和用途 ......................................1二、J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機的基本參數(shù) ...........................1三、開式壓力機設計的基本要求 ........................................2第一章 電動機的選擇和飛輪設計 ..........................................3第一節(jié) 壓力機電力拖動特點 ............................................3第二節(jié) 電動機的選擇 ..................................................4一、選擇電動機的類型 ................................................4二、選擇電動機的功率 ................................................5三、確定電動機的轉(zhuǎn)速 ................................................5四、計算總傳動比和分配傳動比 ........................................5五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) ....................................6第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動慣量及尺寸計算 ........................................7一、壓力機一次工作循環(huán)所消耗的能量 ..................................7二、飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算 ...............................................10三、飛輪尺寸計算 ...................................................11四、飛輪輪緣線速度驗算 .............................................12第二章 機械傳動系統(tǒng) ...................................................12第一節(jié) 傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 .....................................12一、傳動系統(tǒng)類型 ...................................................12二、傳動系統(tǒng)的布置方式 .............................................12三、離合器和制動器的 位置 ...........................................13四、傳動級數(shù)和各級傳動比的分配 .....................................14第二節(jié) 三角皮帶傳動設計 .............................................14第三節(jié) 齒輪傳動的設計 ...............................................17一、選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級和齒數(shù) .......................17二、開式齒輪按齒輪彎曲疲勞強度設 ...................................17一、軸的概述 .......................................................19二、J11-100 單柱固定臺曲柄壓力機的轉(zhuǎn)軸設計 ..........................20第五節(jié) 平鍵連接 .....................................................23第三章 曲柄滑塊機構 ...................................................24第一節(jié) 曲柄滑塊機構的運動和受力分析 .................................24一、曲柄滑塊機構 ...................................................24第二節(jié) 曲柄軸的設計計算 .............................................27一、曲軸的結(jié)構示意圖 ...............................................27二、曲柄軸強度設計計算 .............................................27三、曲軸剛度計算 ...................................................29第三節(jié) 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置 ........................................30一、連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構 ...................................30二、連桿的計算 .....................................................31iv三、連桿及球頭調(diào)節(jié)螺桿的強度計算 ...................................31四、調(diào)節(jié)螺桿的螺紋 .................................................34五、調(diào)節(jié)螺桿的螺紋計算 .............................................34六、連桿上的緊固螺栓 ...............................................34第四節(jié) 滾動軸承的選擇 ...............................................35一、滾動軸承概述 ...................................................35二、滾動軸承型號選擇 ...............................................36第五節(jié) 滑動軸承 .....................................................36一、滑動軸承的結(jié)構 .................................................36二、滑動軸承的潤滑及軸瓦結(jié)構 .......................................37三、滑動軸承的計算 .................................................37第四章 離合器與制動器 ..................................................38第一節(jié) 離合器與制動器的作用原理 ......................................38第二節(jié) 離合器的設計 ..................................................40一、離合器的類型、工作特性及其選用原則 .............................40二、 雙轉(zhuǎn)鍵離合器的結(jié)構 ............................................40第三節(jié) 制動器的設計 .................................................43一、制動器的類型、工作特性及其選用原則 .............................43二、帶式制動器的結(jié)構 ...............................................44第五章 機身設計 ........................................................44第一節(jié) 機身結(jié)構 ......................................................44第二節(jié) 機身計算 ......................................................45一、強度計算 .......................................................45第六章 過載保護裝置設計 ................................................48一、剪切破壞式過載保護裝置的結(jié)構 ...................................49二、剪切塊的設計計算 ...............................................49第七章 潤滑系統(tǒng) .......................................................51第一節(jié) 曲柄壓力機常用潤滑劑 .........................................51一、稀油潤滑 .......................................................51二、干油潤滑 .......................................................52結(jié)束語 .................................................................54參考文獻 ...............................................................55致 謝 .................................................................561前言一、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 型機身） 。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(chǎn)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(nóng)機、農(nóng)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(chǎn)量約占整個鍛壓機械年產(chǎn)量的 49.5%，而在通用曲柄壓力機的生產(chǎn)中約占 95%?！ ? 二、J11—100 開式曲柄壓力機的基本參數(shù)開式曲柄壓力機的基本參數(shù)，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(jù)?，F(xiàn)將 J11—100 開式曲柄壓力機基本參數(shù)分別敘述如下：1、公稱壓力 F：公稱壓力是壓力機的主參數(shù)，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=1000KN2、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(jīng)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=20-100mm3、滑塊行程次數(shù) 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(shù)?；瑝K行程次數(shù)的高低反映了壓力機沖壓的生產(chǎn)效率。n=65 次/分24、最大裝模高度：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(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最高位置（即連桿調(diào)至最短）時，裝模高度達最大值，稱為最大裝模高度。5、當裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最低位置（即連桿調(diào)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(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的距離稱為裝模高度調(diào)節(jié)量（△H） 。有了裝模高度調(diào)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。J11-100 壓力機的最大裝模高度為m8.4152Pg.03-2Pg1.04.H?????）（6、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(xié)調(diào)。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(shù)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(chǎn)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(jīng)濟性。（二）制造要求：1、結(jié)構簡單、緊湊，體積?。?、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；33、具有良好的結(jié)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。 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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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(zhuǎn)差率隨之增大。一旦電動機瞬時轉(zhuǎn)差率大于電動機臨界轉(zhuǎn)差率，電動機轉(zhuǎn)矩反而下降，甚至迅速停止轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)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(zhì)量和轉(zhuǎn)速對能量有很大的影響。飛輪材料采4用鑄鐵或鑄鋼。由于飛輪轉(zhuǎn)速過高會使飛輪破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉(zhuǎn)速應小于或等于 25m/s，最高不超過 30m/s；鑄鋼飛輪圓周轉(zhuǎn)速小于或等于 40m/s，最高不超過50m/s。另外，使用飛輪時還應注意兩點：在下一個周期工作開始之前，電動機應能使飛輪恢復到應有的轉(zhuǎn)速；電動機帶動飛輪起動的時間不得超過 20s。否則，如果時間太長，由于電動機電流過大，線圈過熱將加速絕緣老化，縮短電動機使用壽命，甚至會引起電動機的燒毀或跳閘。第二節(jié) 電動機的選擇1、選擇電動機的類型感應電動機又稱異步電動機，具有結(jié)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(zhuǎn)子異步電動機。J11-100 的傳動系統(tǒng)由皮帶傳動、齒輪傳動、軸和軸承等組成。 J11-100 傳動示意圖如圖 1-15圖 1-1二、選擇電動機的功率工作機工作阻力 F=1000KN，運輸帶的速度 v=100×65×2mm／min=0.1083m ／s二、選擇電動機的功率工作機所需的電動機輸出功率為?WdP?wF?10所以 dP??由電動機至工作機之間的總效率（包括工作機效率）為 6321????w式中 分別為、帶傳動、齒輪傳動、滑動軸承的效率。取321?、、，則95.06.97.03?、、81.095.67????w所以KWFPwd 7.381.0106???為了減小電動機的功率，在傳動系統(tǒng)中設置了飛輪。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,所以所需電動機的輸出功率為 KW20%157.3??kw26~0)3.1()3.~(??pm三、確定電動機的轉(zhuǎn)速查機械課程設計表 27-1 選電動機型號 Y200L2-6，滿載轉(zhuǎn)速 980 r/min四、計算總傳動比和分配傳動比總傳動比 2.9146580?wmni按推薦的合力傳動比范圍，V 帶的傳動比的范圍為 i=2-4，單機齒輪的傳動比范圍是 i=3-5，若齒輪分配傳動比太大，會造成大齒輪尺寸加工困難，噪聲污染等問題。故初步分配為帶的傳動比為 i=3.73，齒輪的傳動比為 i=47五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（1）各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸 = =980r/minⅠnmⅡ軸 in/26073.98'1ri?ⅠⅡ曲軸 i/54'2inⅡ曲（2）各軸的輸入功率Ⅰ軸 22×0.97=21.34??01?dPⅠ KWⅡ軸 21.34×0.96×0.97=19.87 ?422ⅠⅠⅡ KW曲軸 19.87×0.95×0.97=18.31 ?33ⅡⅡ曲（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 計算電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩mNnPTmdd ?????60.21980590Ⅰ軸 216.60×0.97 =210.10??101?ddⅠ ??Ⅱ軸 210.10×3.73×0.96×0.97 =729.76?2'iTⅠⅡ N?曲軸 729.76×4×0.95×0.97 =2689.90?3'Ⅱ曲 m?運動和動力參數(shù)的計算結(jié)果列表如下：參數(shù) 軸名 電動機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 曲軸轉(zhuǎn)速 n(r/min) 970 970 260 65輸入功率 P/KW 22 21.34 19.87 18.31輸入轉(zhuǎn)矩T/(N·m)216.6 210.1 729.76 2689.9傳動比 i 3.73 4效率 η 0.97 0.93 0.928第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)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+7654321 AA???8式中 —工件變形功。1A—氣墊工作功，即壓邊時所需的功。2—工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量。3—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。4A—壓力機構向上、向下空行程所消耗的能量。5—單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量。6—單次行程離合器接合所消耗的能量。7A—中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量。8下面分別敘述各項能量的計算。1、工作變形功 1A對不同的沖壓工藝，在工作行程內(nèi)工件變形力是變化的。=0.31510?gP式中 —壓力機公稱壓力,KN —板料厚度, gPm經(jīng)驗公式，對慢速壓力機 =0g4.所以 JA6301.135.1 ???2、氣墊工作功 2無氣墊壓緊裝置， =0J3、工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量 3A9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：3AgPmA??087.3?式中， —曲柄滑塊機構的摩擦當量力臂（mm） ，? 9.3m??—壓力機公稱壓力（ ） 。gPkN— 公稱壓力角（°） ，?JA.3247301.9087.3 ?????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 4A完成工序時，壓力機受力系統(tǒng)產(chǎn)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?qū)⒁鹉芰繐p耗，損耗的多少與壓力機剛度、被沖裁的零件材料性質(zhì)等有關。從偏于安全出發(fā)損耗的能量 可按下式計算：4A2/4cgYPA?J式中 —壓力機總的垂直剛度（ ） 。 ( )cYmHgcCPY/?m—壓力機垂直剛度,對于開式壓力機 。HC40/kNJCPAHg1254024???5、壓力機構向上、向下空行程所消耗的能量 5A壓力機空行程中能量消耗與壓力機零件結(jié)構尺寸、表面加工質(zhì)量、潤滑情況、皮帶拉緊程度、制動器調(diào)整情況等有關。通過實驗。通用壓力機連續(xù)行程所消耗的平均功率約為壓力機額定功率的 。1035%?當壓力機的公稱壓力為 1000 時，推薦的空行程消耗能量為 2150 。KNJ6、單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量 6A10根據(jù)試驗，壓力機飛輪空轉(zhuǎn)時電動機所消耗的功率約為壓力機額定功率的,剛性離合器一般安置在曲軸上，且常用滑動軸承。所以，對于具有剛性%306?離合器的開式曲柄壓力機，此值偏高。飛輪空轉(zhuǎn)時所消耗的能量 nCNA1)(61206??—飛輪空轉(zhuǎn)消耗的功率。按推經(jīng)驗薦取值為 1.12 。6N KWn—壓力機行程次數(shù)。 —行程利用系數(shù)， 。n 5.0?n所以 JA2.10546)5.0(12.6?????行程利用系數(shù)壓力機行程次數(shù) <1520～40 40～70 70～100 200～500行程利用系數(shù) n C0.7～0.85 0.5～0.65 0.45～0.55 0.35～0.45 0.2～0.47、單次行程離合器接合所消耗的能量 7A離合器為剛性離合器，不消耗能量。 為 0。8、中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量 8在傳遞能量時，皮帶、齒輪等中間環(huán)節(jié)因存在摩擦而引起能量損耗。中間環(huán)節(jié)所消耗的能量 ，可按下式近似計算：8A))(1( 743212A????式中 —工件變形功。—氣墊工作功，即壓邊時所需的功。2A—工作行程時由于曲柄滑塊機構得摩擦所消耗的能量。3—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。411—單次行程離合器接合所消耗的能量。7A—考慮到齒輪傳動的效率。 ，其中： —齒輪嚙合效率； 1?zhc???1ch—一對軸承傳動的效率。zh—考慮到皮帶傳動的效率。 ，其中： —皮帶效率； —2 zhc?1pi sh?一對軸承傳動的效率。JA 6.203)125.34760()97.0.951(8 ???????該設計壓力機沒有拉伸墊裝置，具有剛性離合器的通用開式曲柄壓力機。按單次行程工作方式計算：+7654321 AA???8J9.15246.0352.10421.706 ??二、飛輪轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)矩。實際上，沖壓時電動機放出一部分能量，所以飛輪轉(zhuǎn)動慣量應按下式計算：2(1)360gof neAJC?????2kgm式中 —工作行程時所需能量0AJ.36197250.3470254321 ?????—電動機在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度e?2.73.09'31?ine?srad/—飛輪轉(zhuǎn)速相對波動情況的轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)?'2()epiKS???12其中 —實際電機系數(shù)， ；'K1.20' ?dePK—電機額定轉(zhuǎn)差率， ；eS.6eS—電機軸到飛輪軸用三角皮帶傳動時，三角皮帶的當量滑動pi系數(shù)， ；0.4pi?—修正系數(shù)， 。?0.95??209.)46(1.952???——公稱壓力角（°） ；g?——壓力機行程次數(shù)利用系數(shù)（ ）n C%5.138209..761)5.0361( ?????fJ 2kgm三、飛輪尺寸計算根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量 設計飛輪。曲柄壓力機上，一般飛輪fJ形狀如圖 1—1 所示，圖中： Ⅰ是輪緣部分，其轉(zhuǎn)動慣量為 ； Ⅱ是輪輻部分，其轉(zhuǎn)動慣量為 ;? J?Ⅲ是輪轂部分，其轉(zhuǎn)動慣量為 。J?飛輪外徑 由小皮帶輪和速比決定，由第三章已知 ，輪緣部分寬2DmD7502?度 。mB.51?飛輪本身的轉(zhuǎn)動慣量 ，其中輪緣部分是主要的， 要比 、fJJ?????J??大的多。故在近似計算中只考慮 更趨于安全。J? ?而??213/8D?????213/4mBD???13所以 mBJD 5.692.0215.08.71435.0324 343 ?????????式中 ——金屬密度（ ） ，對鑄鋼： 。2kgm32/kg??圖 1—2 四、飛輪輪緣線速度驗算飛輪是回轉(zhuǎn)體，為避免回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生壞裂，必須驗算輪緣線速度 ：fv
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