【毕业设计论文】冲压机构及传动系统设计-说明书（论文）正文【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书( 论文) 题 目: 冲压机构及传动系统设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 冲压成形目前在汽车、家电、电子等行业得到了广泛的应用，并且适用于大 型零件或小批量生产。作为其组要成形机构，冲压机床在各个领域中起到越来越 重要的作用。 本文主要介绍了冲压机床的基本概念，原理，以及在国内外的发展现状。然 后具体阐述了曲柄压力机的组成和传动系统的构成。根据课题的要求，对冲压机 床的传动系统进行了方案设计和选型。最后文章分别对曲柄连杆机构，齿轮部分， 滑块部分及伺服电机的选用等进行了详细的计算与校核，并给出了传动系统各部 分的三维造型的设计和总装配图。 关键词 冲压机床 冲床设计 传动系统 伺服电机 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 T i t l e T h e D e s i g n o f T h e S t a m p i n g a n d T r a n s m i s s i o n S y s t e m A b s t r a c t P u n c h f o r m i n g h a s b e e n w i d e l y u s e d i n t h e a u t o m o t i v e , a p p l i a n c e , e l e c t r o n i c s a n d o t h e r i n d u s t r i e s a r e a s . I t i s v e r y f i t f o r l a r g e p a r t s o r s m a l l b a t c h p r o d u c t i o n . A s t h e m a i n l y p a r t o f t h e p u n c h f o r m i n g , P u n c h m a c h i n e p l a y a n i n c r e a s i n g i m p o r t a n t r o l e i n v a r i o u s f i e l d s . T h i s p a p e r m a i n l y i n t r o d u c e s t h e b a s i c c o n c e p t s o f p u n c h i n g m a c h i n e , p r i n c i p l e , a s w e l l a s t h e d e v e l o p m e n t o f t h e p u n c h i n g m a c h i n e a t h o m e a n d a b r o a d . A n d d e t a i l t h e c o m p o s i t i o n o f t h e c r a n k p r e s s e s a n d t r a n s m i s s i o n c o m p o n e n t s a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l . T h e d e s i g n a n d s e l e c t i o n o f t h e t r a n s m i s s i o n i s p r o c e e d e d i n t h i s p a p e r i n a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t o f t h e s u b j e c t . T h e d e t a i l e d c a l c u l a t i o n a n d c h e c k i n g a b o u t o f t h e c r a n k - c o n n e c t i n g r o d m e c h a n i s m , r e s p e c t i v e l y , g e a r p a r t s , s l i d e r p a r t s a n d t h e u s e o f s e r v o m o t o r s a r e d e s c r i b e d i n d i v i d u a l l y . A t l a s t , t h e 3 D m o d e l i n g o f t h e t r a n s m i s s i o n s y s t e m a n d t h e g e n e r a l l y a s s e m b l e a r e g i v e n i n t h i s p a p e r . K e y w o r d s P u n c h i n g M a c h i n e P u n c h d e s i g n T r a n s m i s s i o n S y s t e m S e r v o m o t o r 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目 录 1 引言 错误！未定义书签。 1.1 冲压机床 错误！未定义书签。 1.2 冲压机床主传动的分类 错误！未定义书签。 1.3 冲床设备安全防护 错误！未定义书签。 1.4 冲压机床在国内外的发展现状 错误！未定义书签。 1.5 论文主要研究内容及手段 错误！未定义书签。 2 曲柄压力机 错误！未定义书签。 2.1 曲柄压力机的结构 错误！未定义书签。 2.2 曲柄压力机传动系统结构形式 错误！未定义书签。 2.3 曲柄压力机传动系统的布置方式 错误！未定义书签。 2.4 曲柄压力机传动级数及速比的分配 错误！未定义书签。 2.5 本课题传动系统选型 错误！未定义书签。 3 传动系统设计 错误！未定义书签。 3.1 主要设计参数 错误！未定义书签。 3.2 曲轴的确定 错误！未定义书签。 3.3 齿轮的计算 错误！未定义书签。 3.4 连杆及滑块的计算 错误！未定义书签。 4 伺服电机选型 错误！未定义书签。 4.1 伺服电机直接驱动可行性分析 错误！未定义书签。 4.2 电机选型分析 错误！未定义书签。 5 传动系统三维造型设计 错误！未定义书签。 5.1 三维造型软件的概述 错误！未定义书签。 5.2 各组成部分三维模型设计 错误！未定义书签。 5.3 装配图的设计 错误！未定义书签。 结束语 错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。 1 引言 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 . 1 冲压机床 冲压是利用压力机和冲模对材料施加压力，使其分离或产生塑性变形，以获得一 定形状和尺寸大小制品的一种少无切削加工工艺。这种加工方法通常在常温下进行， 主要用于金属板料成型加工，故又称为冷冲压。 冲床是制造工业广泛采用的冲压设备，是生产薄壁零件或一些冲压零件的主体设 备 1 。 1 . 1 . 1 冲压机床的结构 ( 1 ) 冲压机构组成 冲压机构由机床本体、传动系统、动力源、控制系统等组成。其中传动系统又由 伺服电机、减速机、齿轮传动、曲轴传动、连杆。伺服电机是在伺服系统中控制机 械元件运转的发动机, 是一种补助马达间接变速装置, 其作用是可使控制速度, 位 置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 减速机是一种 动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动 的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传 动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。曲轴是引擎 的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下( 往复) 运动变成循环( 旋转) 运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的 连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件 2 - 4 。. ( 2 ) 送料机构的组成及特点 送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成，设计时，应先 确定摇杆滑块机构的尺寸，然后再设计凸轮机构。送料机构要求作间歇送进，比较简 单。 1 . 1 . 2 冲压机构工作原理 冲压机构及其相配合的送料机构. 上模先以比较大的速度接近坯料, 然后以近似 匀速进行拉延成形工作, 以后, 上模继续下行将成品快速推出型腔, 最后快速返回. 上 模退出下模以后, 送料机构从侧面将坯料送至待加工位置, 完成一个工作循环 4 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 . 1 . 3 工艺过程 ( 1 ) 利用成形板料自动输送机构或机械手自动上料，上料到位后，输送机构迅速 返回原位，停歇等待下一循环。 ( 2 ) 冲头往下作直线运动，对坯料冲压成形。 ( 3 ) 冲头（上模）继续下行将成品推出型腔，进行脱模，最后快速直线返回。 ( 4 ) 将成形脱模后的薄壁零件在输送带上送出。 ( 5 ) 上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循 环。 1 . 2 冲压机床主传动的分类 按主传动方式，冲床可分为曲柄滑块式、机械凸轮式、肘杆式、液压式。 ( 1 ) 曲柄滑块式：使用曲柄机构的冲床称为曲柄滑块式冲床，大部分的机械冲床 使用本机构。使用曲柄机构的最多理由是，容易制作、可正确决定行程之下端位置、 及滑块运动曲线大体上适用于各种加工。因此，这种形式的冲压适用于冲切、弯曲、 拉伸、热间锻造、温间锻造、冷间锻造及其他几乎所有的冲床加工。 ( 2 ) 机械凸轮式：在滑块驱动机构上使用凸轮机构之冲床称为凸轮式冲床。这种 冲床的特征式以制作适当的凸轮形状，以便容易地得到所要的滑块运动曲线。但因凸 轮机构之性质很难传达较大的力量，所以这种冲床能力很小。 ( 3 ) 肘杆伺服式：在滑块驱动上使用肘杆机构称为肘杆式冲床。这种冲床具有在 下死点附近的滑块速度会变得非常缓慢( 和曲柄式冲床比较) 的独特滑块运动曲线。而 且也正确的决定行程的下死点位置，因此，这种冲床适合于压印加工及精整等的压缩 加工，现在冷间锻造使用的最多。 ( 4 ) 液压式：与上面介绍的机械式不同，其驱动力由液压提供。液压式冲床以其 使用液体不同，有油压式冲床和水压式冲床，目前使用油压式冲床占多数，水压式冲 床则多用于大型机械或特殊机械。 1 . 3 冲床设备安全防护 在各类机械设备伤害事故中，冲压设备所造成伤害的比例最大。由冲压作业所发 生的重伤事故，一般要占各种重伤事故总数的 5 0 左右。因此，对于冲压设备安全防 护，必须给予足够的重视。 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 ( 1 ) 冲压设备事故的主要原因冲压设备多数以机械传动为主，其特点是行程速度 快，每分钟几次到数百次。在目前机械化、自动化程度还不高的情况下，多数冲压作 业还采用手工操作。操作者在简单、频繁、连续重复作业的情况下，容易产生疲劳。 一旦操作失误，放料不准，模具移位，都有可能发生冲断手指等伤害事故。 ( 2 ) 防止冲压伤害的主要措施： ( a ) 改革工艺、模具和作业方式，实现人手模外作业。对于大批量生产作业，可 从改革工艺和模具入手，实现机械化和自动化。例如，采用自动化，多工位冲压机械 设备，采用多工划具与机械化进出产装置，采用连续模、复合模等合并工序措施。所 有这些不仅能保障冲压作业的安全，而且能大大提高生产效率，这是冲压技术的发展 方向。小批量、多品种的冲压生产，当前难于实现自动化，妥善的办法是尽量采用安 全、劳动强度较小、使用方便的工具。同时，还可改革模具的定位、出件、清理废料 等工序，使操作更为安全。 ( b ) 改造冲压设备，提高生产安全可靠性。目前许多陈旧冲压设备的操纵系统、 电器控制系统存在很多不安全因素，若继续使用对应其进行技术改造。冲压设备制造 厂应当改进产品设计，确保冲压设备的安全可靠性。 ( c ) 安装防护装置。由于生产批量小，在既不以实现自动化，又不能使用安全冲 压工具的冲压作业中，必须安装安全防护装置，以防止由于操作失误而造成的伤害事 故。各种防护装置有各自不同的特点和使用范围，使用不当仍然会发生伤害事故。因 此，必须弄清各种防护装置的作用，以做到正确使用，保证操作安全 5 。 1 . 4 冲压机床在国内外的发展现状 ( 1 ) 国外的发展情况 目前，国外冲压机床已经开始采用伺服电机+ 数控的方式进行控制。在现有伺服 压力机产品方面，有小松公司设计制造的 H 1 F系列复合型伺服压力机，会田公司的 N S 1 - D 系列数控伺服压力机，山田公司的 S v o - 5 型与 M a g - 2 4 型伺服压力机，纲野公司 的 S e r v o L i n k型伺服压力机，以及金丰公司的 C M 1型伺服压力机。其中 H 1 F 4 5系列 A C 伺服压力机是小松公司顺应市场变化开发的一种新型冲压设备， 其最大的特点是取 消了飞轮、离合器和制动器，而由 A C伺服电机直接驱动曲柄或螺杆带动滑块上下往 复运动，可施加 3 5 0 2 0 0 0kN的压力，并且采用高性能 C N C 系统，滑块的动作灵活， 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 可在运行的过程中随时加减速或停止，且精度很高 6 - 8 。 ( 2 ) 国内的发展情况 国内数控压力机的研制工作起步较晚，水平也较低。上海第二锻压机床厂曾在 1 9 7 6 研制出硬件连接数控( N C ) 步冲压力机，其板料进给系统由电液脉冲马达驱动。在 从国外引进大量的数控压力机后，国内对其技术进行了消化、吸收及国产化工作，在 科研人员的努力下，国产压力机装备水平也有了一定的提升。如北京机床研究所与天 津重型机器厂联合生产了国内第一台大型数控压力机，通过伺服闭环系统，实现了高 精度的位置、压力控制，并配有人机界面。浙江锻压机械有限公司也成功研制 J Z 2 1 K - 1 1 0 型 1 1 0 0 k N 开式数控快速返程压力机， 该机是以普通的开式曲柄压力机为基 型，在传动系统中增设多连杆机构，在控制系统中增加数控系统设计而成。该机在结 构、性能、操纵控制等方面均处于同类压力机领先水平。其主要技术特点有： ( a ) 应用曲柄多连杆机构，使滑块运行速度更适宜板料冲压要求。该机滑块能快 速接近公称力行程区，冲制完成后又可快速返回上死点。可明显缩短滑块空程时间， 提高生产率。而且，在公称力行程范围内，该机滑块运行速度明显减慢且近似匀速， 使上模与工件接触后的冲击减少，冲裁噪声明显降低，模具使用寿命延长。当滑块运 行至下死点附近范围时，可在一定时间内保压，从而提高拉深制件质量。 ( b ) 采用了美国 H E L M 公司的数控系统，使主机具有以下功能：菜单式显示和设定 压力机工作状态；实时显示曲轴转动角度、滑块运行速度与冲压力；冲压速度实现数 字化设定；显示并控制制件计数；可在线编程电了凸轮；高速模具保护接口；具有光 线式安全保护装置； 中英文自动显示故障原因并提示诊断方法； 可设定各类安全密码； 可配置装模高度传感器，实现装模高度闭环控制；可配置送料伺服系统 6 。 1 . 5 论文主要研究内容及手段 针对课题中出现的几个问题，将在接下来的时间里通过以下途径来解决。 (1)查阅相关书籍资料，了解关于冲床冲压技术及传动系统的传动系统。 (2)冲床传动结构总体设计,根据所给定的参数，查阅有关方面书籍资料，设计总 体的传动结构。 ( 3 ) 使用三维造型软件将所设计的结构模型绘制出来。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 曲柄压力机 曲柄压力机是材料成型（塑性成型）种广泛应用的设备，通过曲轴连杆机构获得 材料成形时所需的力和直线位移，可进行冲压，挤压，锻造等工艺，广泛应用与汽车 工业，航空工业，电子仪表工业，五金轻工业领域 6 。 2 . 1 曲柄压力机的结构 根据压力机各部分零件的功能，可分为如下几个组成部分： ( 1 ) 工作机构 设备的工作执行机构由曲柄连杆，滑块组成，将旋转运动转换成往 复直线运动。 ( 2 ) 传动系统 由带传动和齿轮传动组成，将电动机能量传输至工作机构，在传输 过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。 ( 3 ) 操作机构 主要由离合器，制动器以及相应电气系统组成，在电动机运动后， 控制工作机构的运行状态，使其能间歇或连续工作。 ( 4 ) 能源部分 由电动机和飞轮组成。机器运行的能源由电动机提供，开机后电动 机对飞轮进行加速，压力机短时工作能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的 作用。 ( 5 ) 支承部分 由机身，工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个 整体。 ( 6 ) 辅助系统 包括气路系统，润滑系统，过载保护装置，气垫快换模，打料装置， 监控装置等。它提供高压力计的安全性和操作方便性。对新型压力机，此系统成本所 占比例有提升趋势 7 。 2 . 2 曲柄压力机传动系统结构形式 曲柄滑块机构是曲柄压力机的工作机构，亦是压力机的核心部分，它将电动机的 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 旋转动作转变为滑块的直线上下运动，提供给磨具工作所需的成形力和位移，同时提 供一些辅助功能，如装模高度调节，过载保护顶件等。 按曲柄形式，曲柄滑块机构主要有如下几种： ( 1 ) 曲轴式 曲轴两端由设备床身支撑，当曲轴绕支撑轴转动时，滑块在导轨的约 束下上下运动，上下位置之差值为 2 R ，此结构应用与较大行程的中小型压力机上。 ( 2 ) 偏心齿轮式 偏心齿轮安装在芯轴上并绕芯轴转动通过偏心齿轮与芯轴的偏 心距为 R ，实现曲柄机构动作，应用于中大型压力机，芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受弯 矩作用，负荷分配合理，加工制作也方便，但偏心轴直径较大，有一定磨损功耗 7 - 8 。 2 . 3 曲柄压力机传动系统的布置方式 ( 1 ) 上传动及下传动的比较 传动系统设置在压力机工作台之上的为上传动，在工作台之下的为下传动。现有 的通用压力机大多数采用上传动机构。 ( 2 ) 曲轴纵放和横放的比较 传动系统曲轴安装形式有垂直与压力机正面 （称为纵放） 及平行与压力机正面 （称 为横放）两种形式。旧式通用压力机多采用横放的安装模式。这种布置曲轴和传动轴 比较长，受力点与支承的距离比较大，外形不够美观，现代压力机越来越多的采用纵 放的安装模式。传动系统刚性好，外观美观。 ( 3 ) 开式及闭式传动的比较 开式及闭式传动系统指传动齿轮安放在机身外还是机身内。开式传动齿轮工作条 件差，外形不美观，但安装维修方便，而闭式传动齿轮工作条件较好，但安装维修困 难。现较多的采用开式传动结构。 ( 4 ) 单边和双边齿轮传动的比较 对于一般的压力机均采用单边传动 8 。 2 . 4 曲柄压力机传动级数及速比的分配 压力机的传动级数与电动机的转速和滑块每分钟行程次数有关，行程次数低，则 总速比大，传动级数就应多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑。现有开式压力机 传动级数一般不超过三级。行程次数在 8 0 次/ 分以上的用单级传动。8 0 次/ 分4 0 次 / 分的用二级传动。4 0 次/ 分1 0 次/ 分的用三级传动。齿轮传动中心距与模数的确定 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 见表 2 . 1 。 表 2 . 1 齿轮传动中心距与模数 中心距 模数 传动形式 齿 轮 付 位置 铸铁齿轮 钢齿轮 铸铁齿轮 钢齿轮 小齿轮 齿数 低速付 （56 . 5 ）d o ( 56 . 5 ) d o 0 . 1 d o 0 . 0 9 d o 1 42 1 单边传动 高速付 ( 33 . 5 ) d o ( 33 . 5 ) d o 0 . 0 7 2 d o 0 . 0 6 4 d o 1 62 1 低速付 ( 4 . 35 . 6 ) d o ( 3 . 54 . 6 ) d o 0 . 0 8 5 d o 0 . 0 7 d o 1 42 2 双边传动 高速付 ( 33 . 7 ) d o ( 22 . 3 ) d o ( 0 . 0 5 6 0 . 0 8 4 ) d o ( 0 . 0 8 4 0 . 0 6 4 ) d o 1 42 4 2 . 5 本课题传动系统选型 2 . 5 . 1 传统冲压机床 传统冲压机床工作原理如图 4.1 所示，电动机 1 通过三角皮带驱动大皮带轮 3， 经过离合器 5 和齿轮 6、7、8 带动偏心齿轮 9，带动滑块 13 和凸模 14 直线下行，冲 压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同时制动器 4 接通，使滑块停止在上 死点附近，大皮带轮同时起到飞轮的作用，偏心齿轮 9 和曲轴的作用相同。 机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内冲压工作的时间很短，短时 的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮，按平均功率 选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作 后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压 工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 机械压力机上的离合器与制动器设有机械或电气连锁，以保证离合器接合前制动 器一定松开，制动器制动前离合器一定脱开。 生产中，有可能发生超载现象，为保证设备和人员安全，常在压力机上装设有过 载保护装置和光电保护装置。 1 电动机，2 小皮带轮，3 大皮带轮，4 制动器，5 离合器 6 、8 小齿轮，7 大齿轮，9 偏心齿轮，1 0 芯轴，1 1 机身，1 2 连杆 1 3 滑块，1 4 凸模，1 5 凹模，1 6 垫板，1 7 工作台，1 8 液压气垫 图 2 . 1 机械压力机工作原理图 该类机床驱动结构上仍是落后的飞轮、离合器制动器组合模式，结构复杂、臃 肿，多环节传动精度差，噪音大；该压力机虽然采用了流行的 P L C 控制，但主要集中 在电气、电机的起停、油路、气路上，控制动作多为开关量，而对于滑块的位置速度 无法做到有效的控制，对不同工件的冲裁适应性差，尤其是可塑性差、易脆裂等难加 工材料制品的冲裁和拉深加工；同时，加工过程中压力机状态采用指示灯显示，缺乏 直观的状态与故障监控，生产及工艺管理也无从谈起 1 0 。 2 . 5 . 2 总体方案选型及设计 针对传统压力机存在的不足，参照第三代压力机的技术特点，提出设计目标为： 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 摒弃传统的飞轮、 离合器制动器， 以大功率交流伺服电机代替传统的交流异步电机， 通过一级齿轮减速机构，驱动曲柄滑块机构动作。同时，控制功能在原有的逻辑控制 基础上增加上位机监控和运动控制，分别实现压力机的实时监控和滑块位置速度可 调，提高压力机的加工“柔性” 。基于伺服电机直接伺服电机直接驱动压力机设计 方案如图 2 . 2 所示。 控制系统 人机界面 操作面板伺服驱动器 储能电容 PMSM 编码器 位移传感器 传动齿轮 工作台 曲柄连杆 滑块 电磁 制动器 机床 开关量 图 2 . 2 伺服电机直接驱动压力机系统框图 在机械结构上，伺服电机只通过一级减速齿轮，再依靠连杆带动滑块上下运动， 这样有效降低了传动误差，提高了滑块位置精度，并且转动惯量的减小使系统动态响 应更快。同时，通过一级齿轮减速，可减小电机的调速范围，增大出力比，结构简单， 维护方便。紧急制动装置采用电磁制动器，在过载、故障、电源断电时需要紧急停车 时，电磁制动器断电，弹簧作用于制动盘上，使处于衔铁与电机端盖之间的制动盘被 夹紧，依靠摩擦力矩使电机轴停转；当制动器通电时，电磁铁心将衔铁吸合，制动盘 被释放，即制动器被打开 1 1 - 1 3 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 传动系统设计 3 . 1 主要设计参数 冲床设计的主要参数： ? 公称力：g = 6 0 0 K N ? 滑块行程： S = 1 4 0 m m ? 公称力行程：S g = 5 m m ? 行程次数：平均行程次数：5 7 s p m （s p m 表示每分钟滑块动作次数） ，滑块在 行程内最高为 7 5 s p m ，最低为 2 5 s p m ； ? 最大装模高度：H = 3 2 0 m m ? 装模高度调节量：H = 8 0 m m ? 齿轮减速比：1 0 ? 曲柄半径：R = 7 0 m m ? 连杆长度：L = 6 4 0 m m 3 . 2 曲轴的确定 曲柄滑块机构是曲柄压力机的工作机构，亦是压力机的核心部分，分析它的运动 与受力特点是设计曲柄压力机的关键。 其主要计算 S -曲线的绘制， 滑块速度的计算， 曲轴公称转角的计算，曲轴尺寸的确定及曲轴扭矩与强度的计算。 （1 ） S -曲线的绘制 )mmCOS2-/4(1)1( +=COSRS （3 - 1 ） 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 . 0640/70/ 640,70 = = LR mmLmmR mmCOSCOSS)21 (4/1 .0)1(70+= 0)11 (4/1 . 0) 11(70 360 5 .73)11 (4/1 . 0)01(70 270 140)11 (4/1 . 0) 11(70 180 5 .73)11 (4/1 . 0)01(70 90 0)11 (4/1 . 0) 11(70 0 =+= = =+= = =+= = =+= = =+= = S mmS mmS mmS S 时当 时当 时（上死点）当 时当 时（即下死点）当 曲柄滑块机构机构简图如图 3 . 1 所示 图 3 . 1 曲柄滑块机构简图 （2 ）滑块速度计算 min/)2sin(sinmwRv += （3 - 2 ） W - 曲柄角速度 35. 770105. 0105. 030/=RRw 曲柄在90时，滑块速度最大，最大速度nRwRV105. 0max= n - - 滑块行程次数 min/55. 070105. 0maxmV= （3 ）曲轴公称转角g 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 = = + + = + + = 20.7 98100 923251 cos 5)64070(702 2 640 2 5)640(70 2 70 1 cos Sg)L2R(R 2 L 2 Sg)2(R 2 R 1 cosag （4 ）曲轴尺寸的确定 曲轴直径 d o mmmmPgdo125108600)54 . 4() 54 . 4(= 取 d o 为 1 2 0 m m 曲轴其它部位尺寸如图 3 . 2 所示 图 3 . 2 曲轴基本尺寸 其各个部分的公式分别为： mmdor mmdola mmdo mmdolo mmdodA 126 . 9120) 1 . 008. 0() 1 . 008. 0( 204156120)7 . 13 . 1 ()7 . 13 . 1 ( 360300120)0 . 35 . 2()0 . 35 . 2(lg 264180120)2 . 25 . 1 ()2 . 25 . 1 ( 168132120)4 . 11 . 1 ()4 . 11 . 1 ( = = = = = r A - 曲柄半径 取值为 7 5 m m r B - 连杆球头或销轴半径；此方案选用球头， 用公式 mmmmPgdB13598600)5 . 54()5 . 54(= 取其值为 d B = 1 2 0 m m 则 r B = 6 0 m m （5 ）曲轴扭矩的计算 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 曲轴在公称转角 g 时发生公称力 P g 。曲轴传递的扭矩按下式求得，其中- 曲柄 连杆机构摩擦系数，对于开式压力机 = 0 . 0 4 NMrorBrAggRPgMkg)()1()2sin 2 (sin+= ( 3 - 3 ) 带入数据计算得 Mkg= 1 8 3 6 0 N M （6 ） 曲轴强度的计算 ( a ) 齿轮对轴的作用力要比连杆对曲轴的作用力小得多，忽略不计。 ( b ) 连杆对曲轴的作用力近似等于公称力，并分别以 1 / 2 P g作用在连杆瓦两侧距 曲柄臂 2 r 处。 ( c ) 曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂 2 r 处。 ( d ) 曲柄颈所受扭矩要比弯矩小得多，忽略不计。反之支承颈弯矩小得多，忽略 不计 1 3 。C - C 和 B - B 截面图如图 3 . 3 所示 图 3 . 3 C - C 与 B - B 截面图 危险截面 C - C 的弯矩为： PgrlaMw+=4/ )8(lg N M ( 3 - 4 ) 带入数据计算得Mw= 3 4 5 0 0 N M 最大弯矩应力为： 3 4 . 0 )8(lg dA Pgrla w Mw+ = ( 3 - 5 ) 带入数据计算得= 8 1038. 1P a 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 由上式可知，曲轴弯曲应力当曲轴尺寸一定时值为一定值。 危险截面 B - B 的扭矩Mk为： MkPgMk= 最大剪切应力为： 3 2 . 0 do MkPg Wn Mk = 由上式可知，曲拐剪切应力为当量力臂的函数，随着曲轴转角的变化而变化。许 用值表见表 3 . 1 。 表 3 . 1 与 许用值 材料 pa 5 10 pa 5 10 4 5 调制 4 0 r C调制 1 8 nnr MMC调制 1 0 01 4 0 0 1 4 0 02 0 0 0 2 1 0 03 0 0 0 7 5 01 0 0 0 1 0 0 01 5 0 0 1 6 0 02 3 0 0 根据，计算值，令=，=。由上式得： 截面 C - C ： 8lg 4 . 0 3 rla dA p + =带入数据得 P = 5 104 . 8N 截面 B - B ： MMO dA p + = 2 . 0 3 N 由上式得曲轴在不同转角时滑块的许用负荷曲线，如图 3 . 4 所示 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 43 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 3 . 4 许用负荷曲线 综合所有计算最后所得曲轴尺寸如图 3 . 5 所示 图 3 . 5 曲轴尺寸图 3 . 3 齿轮的计算 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。齿轮材料的种 类很多，在选择时应考虑的因素很多，类如必需满足工作条件的要求，应考虑齿轮尺 寸的大小，毛坯成形方法及热处理和制造工艺等。齿轮传动需要很大的力与扭矩，因 此需要进行齿轮强度的计算与校核 1 2 。 3 . 3 . 1 齿轮的初定 经查得相关资料得齿轮中心距=do) 5 . 65( 带入do= 1 2 0 得中心距= 6 0 0 - - 7 8 0 m m 此设计方案种选择 6 0 0 m