10T单柱冲床机械结构与控制系统设计说明书

毕 业 设 计（论 文）题目：10T单柱冲床机械结构与控制系统设计 （英文）：Design of 10T single-column punch mechanical structure and control system院 别： 机电学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： 梁艳桥 学 号： 2011094243037 指导教师： 屈圭 日 期： 2015年5月 10T单柱冲床机械结构与控制系统设计摘要曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，适用于板料的冲孔、落料弯曲、线拉伸及成型等工作。床身可作适当倾斜，以便于把冲压的成品或铁屑等物，依靠自重滑落，若装上自动送料机构，则可以推行半自动冲压工作，一般用于农业机械、 电气工业、汽车、拖拉机工业等用途较为广泛。在本论文中主要介绍了设计冲床的设计计算过程，经历了确定传动方案，冲床主体机构的尺寸参数确定，电动机、制动器、离合器的选择，冲床传动系统主要零部件的设计计算等过程。为了改善设计，我还将离合器的操纵机构由原有的机械简易机构改成电磁操纵机构，且与电气控制相结合来防止冲床连冲从而轻松实现冲床的单次行程、多次行程和连续行程，并可以在单次冲程时有效防止连冲，提高其工作安全性。 关键词 曲柄滑块机构；离合器；电气控制；强度校核Design of 10T single-column punch mechanical structure and control systemAbstractCrank drive crank press is forging machinery for sheet metal punching, blanking, bending, abstract line stretching and molding work. Bed can be properly tilted so that the finished stamping or iron and other materials, relying on the weight fall, if fitted with automatic feed mechanism, you can implement semi-automatic punching, generally used for agricultural machinery, electrical industry, automotive, industrial tractors purposes more widely. My thesis describes the design punch design process , experienced a size parameter determines the transmission scheme , the main press agencies to determine , motors, brakes, clutch selection, design calculation of the main components of the transmission system , such as punching process . Given the traditional turn key clutch slider does not work when sliding between the two is often empty, resulting in the upper bearing and sleeve lining wear, leading to the center of rotation down and bring the transmission is not smooth, for which I will gear between the sleeve and the sliding bearing to the needle bearings. In order to improve the design, I will clutch control mechanism mechanically simple mechanism changed from original electromagnetic control mechanism, making it easy to achieve a single stroke presses and continuous stroke, and can be effective in the prevention of stroke even a single-punch, improve their job security. Keyword： Slider-crank Mechanism;Clutch;Electrical Control; Strength Check目录1.绪论11.1前言11.2研究的目的和意义11.3国内国外研究现状及发展概况22.总体方案52.1 传动系统的布置方式52.2 传动级数和速比分配52.3 总体设计方案的确定63.曲柄滑块机构83.1曲柄滑块机构的运动分析83.2 曲柄滑块的受力分析103.3 曲柄轴的设计计算123.4 连杆和封闭高度调节装置173.5滑动轴承184.传动系统214.1传动系统的布置与安装214.2三角皮带传动设计224.3齿轮的设计计算254.4传动轴的设计计算274.5键连接304.6滚动轴承的选择315.1电动机的选择和飞轮的计算335.1选择电动机335.2飞轮的设计计算356.离合器和制动器416.1离合器与制动器的作用原理416.2离合器设计416.3制动器的选型437.曲柄冲床机身设计467.1 机身类型467.2机身强度计算467.3机身刚度校验488.过载保护装置508.1过载保护装置设计508.2剪切破坏式过载保护装置的结构509.控制系统设计539.1冲床的电气原理图539.2机械结构54参考文献57致谢5810T单柱冲床机械结构与控制系统设计1绪论1.1前言冲床是一种重要锻压机器，主要是利用曲柄滑块机构工作。开式冲床由于机身是开式的，工作台除了立柱这个方向外，其余三个方向都是开放的，因为相对于闭式冲床这个显著特点使其与具有其突出的优点，在机床基本操作中如装模卸模都很便捷，并且为以后机械化和自动化提供了优良的环境。不可否认，开式的冲床也是有它的不好的地方，就是机身呈显C形，刚性不好，工作的时候有很大变形，因此会将导致制做的成品精度下降，更为严重的是机身发生有角变形将会形成上模轴心线不垂直于工作台面，因此改变了上、下模具间隙的均匀性，而模具的使用寿命也降低了。但是由于开式冲床在使用这方面最是方便，因次被广泛采用。开式冲床在冲压、生产板料中占据主要地位，某些工序如冲孔、落料、弯曲、浅拉伸、成形等，并且广泛应用于国防、农机、电气、医疗器械、日用五金等等部门中，开式冲床的年产量在整个锻压机械年产量中占了五成，而开式冲床在通用冲床的生产中占得比例是大概为95% 。众所周知，一个国家经济发展的重要支柱是制造业，国家的经济、科技和国防力量皆可用制造业来衡量。而机械制造业的基础设备就是冲床。伴随着社会供需和科学技术的高速发展，机床设计界的要求越来越高。当制造模具出现并显现出强大的生命力是，机床不得不发展成高速、精确，智能化的。因此，冲床精度和生产率等要求也相应地提高了。所以非常有必要优化设计冲床，例如可以优化冲床主体机构尺寸参数、各运动部件的分析、各传动系统等，目标是设计出一种更节能的、降低成本、提高精度、提高效率、可应对现代更高要求的冲床。1.2研究的目的和意义冲床就是一台冲压式冲床。按照驱动力不同分为液压式冲床、机械式冲床。普通钣金冲压加工，大部分是使用机械式冲床。一些加工精度高的大批量的小型零件无法在传统的机床上加工，即便能加工，也费时费力加工效果不理想，因此为了解决这个问题，设计这个30T单柱冲床，它适合生产小吨位的机械零件，另外通过更换不同的冲压模具，就可以生产不同的零件，灵活方便。设计这个冲床带有控制系统，可以设置成一定频率的自动冲压，减少工人的劳动，提高生产效率。冲压工艺由于比较传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。1.3国内国外研究现状及发展概况1.3.1现状 国内机械冲床的正规专业生产厂家共23个，1978种机械压力机机械系统)(包括正式的产品只有共有30多个系列,160多种,生产占整个锻造机械生产的49%，,包括开放穿孔(70%)、大型和重型机械占3%。在此期间,锻压机床厂在上海,上海第二锻压机床厂,济南第二机床厂和徐州机械、锻压机床厂。冲压工厂技术改造和扩张,生产可以大大增加。设计研究团队正在扩张,开发和研究的新的机械冲床，旧的产品也不断升级。例如,济南第二机床厂进行更新产品，一些产品多次更新,160吨的闭式双点压力机等更新了三个产品的质量。现在都有能力设计和制造的大型复杂的机械压力机,部分产品已经接近甚至赶上了国际先进水平。 在汽车，航空，电子，电器，大量的金属零件的需要，特别是，汽车行业，大规模生产的要求，进入二十一世纪，在这种情况下，对我国制造业汽车工业的迅速发展，对我国冲压设备都有了长足的进步。标致车罩是最重要的素质钣金件，是典型的一块大型冲压件，其生产过程主要集中在两个方面：第一，伴随着一系列的重型机械压力机的大机器人自动化，冲压件是由柔性自动化的生产线;二，使用大型，多工位冲床生产。为满足单机自动化，自动冲孔生产线的需求，国内知名企业在1990年后，在高性能的单口冲床的方面积极进行研发和生产。在上海锻压机床厂，济南二机床集团公司，齐齐哈尔第二机床厂为代表，有四点封闭J47-1250/2000型双动拉深压力机， S3P -630密闭式四点开发的冲床， PE4 - HH -600 - 四点2TS单动压力机， PD4 -HH - 700 /600 - 2TS四点双动压力机，闭式30000kN二点自动冲床框架在一些多连杆的驱动单动压力机及其他规格的大型双动拉伸压力机的。用大吨位，大行程，大吨位的空气垫，机 械手自 动上下料，自动换刀系统和全功能触摸屏控制系统，它们组成的自动化冲压生产线生产速度快，精度高。这个独立的连接，依次用了许多大型自动化装备如重庆长安汽车厂，第一汽车制造厂等汽车行业，并为更多的汽车厂和国外公司提供服务。2006年8月济南二机床公司在泰国六施密特提供32000kN生产线，充分符合了快速，高精度，高产量的要求。典型配置中，这些生产线及使用：打开单点模具滚轮送料机（或气动馈线）在该开式单点冲床的安装，可以作为一个单一的（多）工序冲压，有良好的可操作性;开式双点冲床增加多台进给装置，卷出装置和调平工具，包括多台的冲压生产线的安装。由于占地面积小，进程间搬运小，所以越来越好的生产效益，冲制特殊部位，如电机，如硅钢。在一个大型的多冲床冲压领域，高灵活性是一个大型多冲最现代化和高效率的设备，高度自动化的代表。拆垛机通常由大型压力机，输送系统和工件坐标码垛站等。生产速度是1625次/ min，是手动的4到5倍，是单一的自动化生产线的23倍。是全球汽车行业首选现代冲压设备，已成为世界上能够生产95000kN大型多冲床。在过去，这样的机器是发达国家的，但在20世纪后期到21世纪初，中国也得到了发展并取得成功。济南二机床公司强大的研发和生产能力，以及良好的市场发展，被喻为世界各地的外国用户前五大制造商的数控机床。到目前为止，这种类型的多冲床，不是很强，在国内汽车行业，但市场前景十分看好。国外的现状，冲床，特别是在过去30年经常和模具生产使用，实现高速，高精度，自动化的方向发展的专业化程度越来越高，常用数控控制。但今年，多品种小批量生产在国外的越来越强大的冲动是他们的经济合理性，它要求在生产，加工厂更高的灵活性与更多的通用性。在这方面，外国设计者，制造商，在多次尝试后，最近的开发和生产了一些有创新的机床，有它自己的结构，以适应不断变化的过程中，适用广泛，具有较高的灵活性。其中，液压，机械压力机和液压机的机械驱动源两者的兼容优势，例如，球头杆压力机的显着特征，机械-液压机，液压-机械冲床等。1.3.2发展趋势压力机占有在锻造设备中的50 ，是金属板材主要技术设备，它们主要用于冲压，冲孔，切断，弯曲，拉伸和成形工艺，如在汽车，农业机械，电子制造、电气设备的测量，国防，工业和家庭等方面有广泛的市场。在20世纪初，因为汽车产业的崛起，锻压机等设备得到了迅速的发展，是在新技术，新材料发展逐步整合后的开发更是推动了冲床的发展。冲床的重要组成部分是能量传输，其使能量按照一定的要求传递给曲柄滑块机构。在21世纪，中国的机床工具行业通过锻造技术转移，合作生产，并用各种不同的方式来提高冲压设备在中国的整体水平。近年来，许多产品的开发和制造，有的技术性能已接近或超越全球先进水平，在兼容性方面也取得了显著进步。但是因为我们都在进步，让国内外的名牌产品没有显著缩短差距。因此，中国冲压设备需要行业和企业的战略思维和有效的措施来应对当今世界的挑战和机遇。1.3.3冲床主要不足及发展目标三十年来，机械工程行业发展迅速，但现有的基础设施，因为较差，再加上缺陷存在于工作中，仍然不符合国家在产品品种，生产和技术水平的需要。存在的主要问题有：品种，产需矛盾的主要产品，产品技术、质量差，零配件质量差，产品的机械化，自动化水平低，不良率较低，水平严重不足;根据存在的问题和国外机械压力机目前的发展趋势，就今后的工作了以下的意见，新品种，特别是大，重型机械压力机发展，加强研究团队和试验基地，以及加强研究冲床工艺，组织专业生产，提高产品集成型、改善原材料的生产和供应。5710T单柱冲床机械结构与控制系统设计 2总体方案2.1 传动系统的布置方式冲床传动系统的安装方式有两种：上传动指工作台之上的是传动系统，反之为下传动。下传动的有以下好处：冲床下传动则重心低，从结构上看，滑块高度可增加和导轨长度也可以增加，可以很方便的改善滑块的运动精度，增加模具的寿命，提高工件质量，润滑系统在工作台的下面，其中的润滑油沾不到工件上、机床运转平稳，能很大幅度减少震动和噪声，机床劳动条件较上传动好、冲床整体高度较小。当然也有较大缺点是：下传动冲床在平面上的尺寸比要大，而整体高度则大致相同，所以导致总重量大了上传动冲床总质量的1020%、维修时不能使用吊车将带来极大不便、厂房需要挖一个很深的底坑来放置传动部件，总体造价较高。所以现在市场上主要是上传动冲床居多，当然在某些特别领域下，传动冲床仍有其设计优势，如食品、橡胶等行业。横放曲轴指的是冲床传动系统的曲轴与冲床正面是相平行的，而相垂直的就是曲轴纵放，一般来说，曲轴纵放适用于那些中大型冲床，但大台面冲床通常使用曲轴横放。结合此次设计要求和具体参数，来选定用哪种方式放置曲轴。2.2 传动级数和速比分配电动机的转速和滑块系统的每分钟行程次数决定了冲床的传动级数。行程次数与总数比成反比，行程次数低的话，总速比就要小，应设计些传动级数，不然的话每级的速比过大，将导致机床的各个结构不紧凑；反之，行程次数越高，总速比就得小点，就少点传动级数，市面上的冲床传动系统的级数都在四级以下。机床要恰当安排传动级数的速比。一般来说，三角皮带传动不要超过68，齿轮传动不要超过79。在进行速比分配时，首先一定的是，要保证飞轮有合适的转速，当然也要注意布置得美观、紧凑和比例适当的长、高、宽尺寸。2.3 总体设计方案的确定根据以上设计原理及此次设计原始数据综合考虑，冲床传动系统选择2级传动，一级带传动，大带轮兼做飞轮用，一级齿轮传动，齿轮悬臂放置，刚性离合器和制动器均在曲轴上，曲轴横放，大带轮兼做飞轮用，齿轮悬臂放置。总体传动方案如图2-1所示。 开式冲床的传动系统由皮带传动、齿轮传动、轴和轴承组成。按传动级数,传动系统为二级传动。一级带传动,一级齿轮传动。按曲轴的布置形式,传动系统为平于冲床正面布置。 图2-1 冲床总体传动方案 传动系统的布置应使机器便于制造、安装和维修,同时结构紧凑,外形美观。 传动系统布置主要包括以下六方面:1、传动系统的位置:采用上传动。 2、曲轴的布置方式:采用曲轴,曲轴横放。 3、最后一级齿轮传动的形式:采用单边驱动。 4、齿轮的安放方式:采用开式安放。 5、离合器和制动器的位置 离合器为刚性离合器,离合器和制动器都安装在曲轴上。 6、传动级数和各级传动比的分配 传动比为2.074,齿轮传动比为5 3曲柄滑块机构3.1曲柄滑块机构的运动分析 在设计、计算和研究曲柄滑块机构的时候，通常是需要确定滑块的位移与曲柄转角之间的关系，并且验算滑块的最大的工作速度是否小于工件发生塑性变形时所允许的合理速度。在分析曲柄滑块机构运动时的受力情况时，因为目前通用的曲柄压力机的行程次数不是很高，惯性力在所有作用力中所占的百分比很小，可以忽略不计，同样，曲柄滑块机构的重量占公称力的百分比也非常小，可忽略不计。【1】曲柄冲床的基本参数在曲柄压力机书中，查附录14得出开式压力机的技术参数如下：公称压力：100KN公称压力行程：4mm滑块固定行程：60mm滑块调节行程：60mm行程次数n：135次/min最大装模高度H：180mm装模高度调节量：50mm滑块中心到机身距离C：130mm工作台尺寸左右L：360mm工作台尺寸前后B：240mm立柱间距离A：180mm工作台板厚度；50mm3.1.1滑块位移 滑块的位移和曲柄转角之间的关系可表达为： 整理得 (3.1) 由于一般小于0.3，对于通用冲床，一般在0.10.2范围内，故公式（3.1）可进行简化。根号部分可用泰勒级数展开略去高阶项得 公式（3.1）变为 (3.2) 式中： 滑块位移，从下死点算起，向上方向为正，以下均相同； 曲柄半径； 曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下均相同； 连杆系数。（，其中是连杆长度，当连杆长度可调时，取最短时数值。）3.1.2 滑块速度 (3.3) 式中： 滑块速度，向下方向为正。 曲柄角速度， 曲柄转速，亦即滑块行程次数。3.1.3 滑块加速度 (3.4) 式中：滑块加速度，向下方向为正。3.2 曲柄滑块的受力分析 检查曲柄滑块机构加工条件需求，曲柄构能不能满足加工需要，除了它的运动规律是否符合要求外，还有很重要的一点是对它进行强度校核。而进行强度校核之前必须首先正确的将冲床的曲柄滑块机构的主要构件进行受力分析。 受力分析图如下所示： 考虑到B点的受力平衡得 (3.5) (3.6) 由前面推导可得：，若，当时，当时，。由于一般情况下，特别是通用的冲床，远小于0.3，故远小于。由于比较小，因此可以认为，上式可简化为 曲轴上所受的理想扭矩为：图3.1 曲柄滑块受力分析 (3.7) (3.8)， 所以 (3.9) (3.10)理想当量力臂，。在实际当中，曲柄滑块机构各运动副之间必然存在摩擦力的，因为摩擦力而增加的曲轴摩擦扭矩在实际扭矩中也占有一定的比例，是不忽略的。实际工作时曲轴扭矩计算公式是： (3.11)式中摩擦系数，对于开式冲床；单柱 摩擦角， 曲轴曲柄颈半径； 曲轴支承颈半径； 与的夹角，由前面推导可知，对于通用冲床来说，连杆系数,工作行程时，则。又因为、也较小，一般、，故取 (3.12)通常简化为： (3.13) 考虑摩擦后的当量力臂。 (3.14)3.3 曲柄轴的设计计算 冲床中，常见的曲轴有三种型式，即曲轴、曲拐轴和偏心轴。曲轴是冲床的重要传动零件，受力很复杂，因此制造要求比较高，一般使用45号钢锻造而成。锻比一般取2.53。锻制的曲轴加工后要应进调质处理，有时还要在两端切割试件进行机械性能试验。本曲轴采用45号钢。【1】在设计曲轴时，先根据经验公式决定曲轴的有关尺寸，然后再进行精确的强度校核。图3.2 曲轴示意图【互联网】表3.1 曲轴有关尺寸经验公式(单位：mm ； Pg公称压力100KN)曲轴各部分名称代号经验公式及数据实际取值支承颈直径 50支承颈长度 80曲柄颈直径65曲柄颈长度 80曲柄两臂外侧间长度140曲柄颈的宽度或直径80圆角半径43.3.1 曲轴的强度校核对曲轴进行强度校核，有集中载荷简制梁法、弹性基础梁法、均布载荷的简支梁法和纯弯梁法。因为前3种方法与实测应力有一定的距离。所以采用纯弯梁法进行校核强度。如图对载荷做了一下简化：1） 齿轮对曲轴的作用力比连杆对他的作用力小的多，可忽略不计。2） 连杆对曲轴的作用力近似看成等于标称压力,分别以1/2作用于连杆轴瓦两端。因此，危险界面CC的弯矩为： (3.15)CC截面的最大应力为： (3.16) 标称压力；曲柄颈长度；曲柄两臂外侧面间的距离；r圆角半径；W弯曲截面系数。在曲柄颈上，除受弯矩的作用外，尚受到扭矩的作用，应按弯扭联合作用计算。但由于弯矩比扭矩大的多，故忽略扭矩的计算的应力与考虑扭矩所得的应力相差不多。【1】 计算得: =910.33MPa曲轴除了在曲柄颈的CC截面上有可能破坏以外，在支承颈的BB截面也有可能破坏，故尚需核算BB截面的强度。在BB截面上也受到弯扭联合作用，但此处和CC截面相反，扭矩比弯矩大的多，故可忽略弯矩的影响。BB截面扭矩为： (3.17) (3.18)图3.3 曲轴力矩图 最大的剪应力为： (3.19) 式中:标称压力； 支承颈直径； 公称当量力臂； 扭转截面系数R曲柄半径； 曲柄转角； 连杆系数； 摩擦系数；连杆球头或销子直径； 见图示。 设计时，需要计算的弯曲应力和剪应力分别等于或小于许用弯曲应力和剪应力，即： 取，,代入数据得材料45调质360010001400750100040Cr调质5000140020001000150037SiMn2MoV调质6500180026001400200018CrMnMoB75002100300016002300表3.2 轴的材料性能按照资料并参考现有冲床的应力数值，许用应力推荐如下： 式中许用弯曲应力和许用剪应力；屈服极限；n安全系数，取值范围2.53.5，刚度要求高的取上限，低的取下限。计算可知曲轴的尺寸符合要求，材料也符合。3.4 连杆和封闭高度调节装置 如图所示连杆和封闭高度调节装置的结构，这种连杆由连杆盖1、连杆2和球头调节螺杆3等零件组成。其上端套在曲柄轴颈上，下端以球头和滑块6中的球座5及球头压盖4连接。【1】调节方式视冲床的公称力大小，可直接用扳手搬动调节螺杆来改变连杆长度。这种球头式可调连杆加工简单，装配、调整、维修容易，结构紧凑、连杆系数小。滑块导轨所受侧压力及曲轴所受扭矩也较小。在开式冲床中广泛采用。缺点是螺纹联接刚性较差，调节量也不宜过大。【1】图3.4连杆结构【1】3.4.1连杆的计算 3.4.1.1连杆的作用力 3.4.1.2确定连杆及调节螺杆主要尺寸的经验公式：（1）球头式调节螺杆主要尺寸的经验公式见下表3-2；（2）连杆总长度L的确定应根据冲床的工作特点，结构型式，精度和刚度要求全面考虑，一般开式冲床的连杆系数。可以计算出连杆长度L。连杆经验公式如下表：表3.3 连杆公式计算部位代号经验公式实际尺寸球头调节螺杆mm50404045连杆mm75100取，即，3.5滑动轴承滑动轴承承受冲击载荷的能力强，主要用于曲轴的主轴承，连杆大小端支撑等。3.5.1滑动轴承的结构 冲床中常用滑动轴承有整体式和剖分式两种。整体式滑动轴承是一种常见的整体式向心滑动轴承，用螺栓与机架连接。轴承座孔内压入用减摩材料制成的轴瓦（或叫轴套），在轴承座顶部装有油杯，轴套上有进油孔，内表面开轴向油沟以分配润滑油润滑。 整体式滑动轴承的最大优点是构造简单，但轴承工作表面磨损过大时无法调整轴承间隙；轴颈只能从端部装入，这对粗重的轴或具有中间轴颈的轴安装不便，甚至无法安装。为克服这两个缺点，可采用剖分式滑动轴承。剖分式滑动轴承克服了整体式向心滑动轴承装拆不方便的缺点。轴承孔与轴颈之间的间隙在一定范围内可以调整，在轴承座与轴承盖的剖分面上制有阶梯型定位止口，便于安装时定心。【1】3.5.2滑动轴承的计算曲柄连杆机构中的滑动轴承，速度较低，承受短时高峰负荷，轴承处在边界摩擦的状况下工作，限制轴承压强P，以保证润滑油不被过大的压力挤出而造成过度磨损，即 (3.20)式中： p一轴承上的单位压力； P一作用在该轴承上的压力 一轴瓦的许用单位压力， F一轴承的支撑投影面积，与轴承的结构，尺寸有关。3.5.3验算滑动轴承的单位压力P（1） 曲轴支承轴瓦： (3.21)（2）连杆大端轴承： (3.22)（3）连杆小端轴承（球头式）： (3.23)3.5.4滑动轴承轴瓦上的速度：（1）曲轴轴承的速度： (3.24)（2）连杆大端支承处的速度： (3.25) 式中 曲轴轴承直径（mm）； 曲柄轴颈直径（mm）； n曲轴转速（r/min），n=135r/min； 连杆系数，=0.1。3.5.5验算值：为防止发热过于厉害，还应验算它的值，即轴承上的单位压力；轴承工作表面见的滑动速度；许用的值，与材料有关。对材料ZQSn10-1，。（1） 曲轴轴承： (2)连杆大端轴承：所以符合要求。4传动系统4.1传动系统的布置与安装4.1.1传动系统类型开式曲柄冲床的传动系统由皮带传动、齿轮传动、轴和轴承等组成。按传动级数分，可分为一级传动、二级传动、三级传动、四级传动。四级传动一般很少采用4。4.1.2传动系统的布置方式曲柄冲床传动系统的布置，应使机器便于制造、安装和维修，同时结构紧凑，外形美观。开式曲柄冲床传动系统布置主要考虑以下三方面优点：（1） 重量较轻，成本低。（2） 安装维护较方便。（3） 地基较简单。上传动的缺点是冲床地面高度较大、运行不够平稳，机床床身刚度较差。但比较下传动占用深地基，不便于修理维护传动系统，综上比较，现在通用冲床多数为上传动。开式曲柄压力机大多采用上传动，很少采用下传动的。 4.1.3曲轴的安装方式 采用曲轴时，曲轴横放的形式应用得很普遍。这种形式的传动系统，传动零件分置于压力机两侧，制造、安装和维修都比较方便。近年来，曲轴纵放的形式得到应用。这种系统的优点是，曲轴可以缩短，刚度有所提高，全部传动零件封闭在机身内部，润滑良好，外形美观。但制造、维修不及前者方便。【3】4.2三角皮带传动设计经过上面计算电动机功率为1.5KW，转速为1400转/分，三角皮带传动比为i=2.074。带传动的主要失效形式是带的打滑和皮带的疲劳破坏。设计带传动时应遵循以下准则：保证皮带传动不打滑，同时保证带具有一定的疲劳强度。4.2.1确定计算功率1、确定计算转速 由机械设计基础表9.21查得工作情况系数 则 其中P为电动机的额定动率,P=1.5KW2、选择V带的型号 开式冲床上常用的三角皮带有O、A、B和C四种型号 由=1.8KW，转速，确定选用A型普通V带。 3、确定带轮的直径 （1）按本次设计的要求，由机械设计基础表9.6查得，A型带轮的最小直径为75mm选择小带轮直径。 （2）从动轮基准直径 ,取 （4.1）按带轮的基准直径系列取值为。 实际传动比 传动比误差相对值5%(一般允许误差)，所选大带轮直径可用。 4、验算带速v 在525m/s之间，满足带速要求。 5、确定两带轮中心距及带的基准长度 (4.2） , 164.5mma0470mm 取a0=400mm。 带长： (4.3）由机械设计手册表8-2，选取带的基准长度=1250mm 计算实际中心距 （4.4） 5、核算小带轮包角 120 满足要求。 6、计算皮带的绕行次数 20次/s （4.5） 7、确定V带的根数 （4.6）式中:是单根V带的基本额定功率,见机械设计表8-4a,为0.68KW,时传递功率的增值,为0.17KW。 k按小带轮包角查得的包角系数见表8-5,k为0.98。 长度系数,查表8-2,为0.93 所以,根，取z=3根。 8、计算带的张紧力和压轴力 单根带的张紧力为： （4.7） 带轮轴的压轴力： （4.8） 9、确定带轮的结构尺寸 节宽=11mm; 槽间距e=150.3mm 基准线上槽深=2.75mm 基准线下槽深=8.7mm 最小轮缘厚度=10mm 外径 带轮宽B=(z-1)e+2f=(3-1)*15+2*9=48mm 10V带设计的结果如下表所示 表4.1 带轮设计结果槽型Z型带长=1250mm根数3根中心距a=400mm小带轮直径dd1=75mm大带轮直径dd2=160mm带轮结构形式小带轮采用实心式，大带轮轮辐式4.3齿轮的设计计算此冲床设计中齿轮传动虽然是开式的，但两齿轮的齿面硬度HBS均小于350的软齿面，齿面点蚀是主要的失效形式，所以先按齿面接触疲劳强度设计，确定齿轮的主要尺寸和其他参数，再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算：由上述计算得出冲床齿轮传动的主动轴的转速=675r/min,从动轴转速=135r/min,输入功率P=1.367KW，每天工作8小时，寿命为10年。 1、 按上面所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，冲床为机床类，速度不高，故选用7级精度（GB100952001）。材料选择：由互换性与技术测量表101选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。2、 计算1） 查机械设计基础, 选载荷系数K=1.4。 小齿轮传递的转矩 2） 小齿轮做对称布置，且皆为软齿面，查机械设计基础，选取齿宽系数。准齿轮一般不少于17齿。一般。取齿数，则大齿轮齿数，取=100 3） 由机械设计基础图11.25得，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳极限。 由表11.9查的，由机械设计基础中的公式（11.17），计算应力循环次数。 （4.9) （4.10)4） 由机械设计基础图11.28，接触疲劳寿命系数；。5） 计算接触疲劳需用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，得 （4.11) （4.12) 算小齿轮分度圆直径 ，代入中较小的值。 (4.13) 查标准模数表，取 ； ； ，则 6）计算圆周速度v。 查互换性与技术测量知选7级精度是合适的。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。表4.2 外啮合直齿圆柱齿轮传动计算结果(mm) 名称符号计算公式小齿轮大齿轮模数5齿数20100分度圆直径100500实际中心距300齿顶圆直径110510齿根圆直径87.5487.5齿轮宽度1151104.4传动轴的设计计算 轴的主要作用是支承回转零件（如齿轮、带轮等），并传递运动和转矩。轴是组成机器的重要零件之一，轴的工作好坏直接影响到整台机器的性能和质量。轴根据受载不同，轴可以分为心轴、传动轴、转轴。只承受弯矩而不受转矩的轴称为心轴，只受转矩不受弯矩的轴或受很小弯矩的轴叫传动轴。既受弯矩又受扭矩的轴称为转轴。冲床上的轴是传动轴。11、 材料选择 根据上述分析选择轴的材料为45钢，调质处理。 查机械设计手册：许用扭转应力,抗拉强度,屈服强度,弯曲疲劳极限,剪切疲劳极限,与轴材料有关的系数C=118106。 2、强度初步计算 由计算的转轴传递的转矩,输入的功率,按许用切应力计算,实心轴的扭转强度条件为: (4.14)写成设计公式为 (4.15)式中:切应力, T轴所受的扭矩, 轴的抗扭截面系数, n轴的转速, P轴传递的功率,KW d轴的计算直径, 许用切应力, C与轴材料有关的系数。 代入上式得考虑到轴的最小直径有键的存在,而且为单键,所以d应增大5%7%,故取圆整为40mm。 3、按弯扭联合作用核算强度 齿轮的法向作用力为: (4.16) 其中切于分度圆的圆周力: (4.17)分度圆压力角,则所以求得皮带作用力比齿轮作用力小得多，所以忽略不计。 根据和扭矩绘出转轴的受力图。 由于截面的弯矩和扭矩最大,直径又比较小,所以此截面最危险。下面核算截面的强度。 由弯矩产生的弯曲应力为: (4.18) 由扭矩产生的剪应力为: (4.19) 当量弯曲应力为 (4.20) 轴的材料是45钢(调质),因此,符合要求。 图4.1 传动轴的力矩分析4、核算疲劳强度 由于截面有台阶,应力集中现象比较严重,且直径最小()=40mm,弯矩又比较大,因此和其他截面相同,因此核算此截面的疲劳强度。 由开式压力机设计表219查得,由表220查得,由表221,据,查得,由表223查得.由因 (4.21) (4.22)所以，仅考虑弯曲应力的安全系数是： (4.23)仅考虑扭转应力时的安全系数为 (4.24)II-II截面的安全系数为： (4.25)所以疲劳强度也符合要求。 4.5键连接 齿轮、皮带轮等零件盒轴的联接常采用平键联接。为避免联接中较弱零件（一般是轮毂）压坏，应验算挤压应力： (4.26) 式中键所需传递的总扭矩， 键与轮毂的接触高度 键的工作长度，对于圆头普通平键，因为两端的圆部头部分与轮毂上 的键槽不接触，所以,对于C型键, L键的名义长度，考虑到受力不均匀的原因,其最大长度应限制为 B键的宽度 D键的直径 Z键的个数,为避免加工困难和过分削弱轴的强度,一般Z=2 K考虑到受载不均匀系数,当Z=2时,K=0.75,Z=1时,K=1 平键联接的许用挤压应力,由于不是常处于满载的情况下工作,所以可取得较高。轮毂材料为钢时=150250MPa;轮毂材料为铸铁时=80100MPa。 大皮带轮的材料为HT20-40,采用普通平键(A型),查表得键的宽度B=12mm,名义长度L=40mm,键与轮毂大皮带轮的接触高度=4mm,轴的直径D=40mm,Z=1,=40-3=37mm;,满足要求。 对于齿轮,材料为钢制,采用A型键,查表得宽度B=12mm,名义长度L=40mm,h1=4mm,D=40mm,Z=1,L=40-6=34mm; 满足要求。4.6滚动轴承的选择 4.6.1滚动轴承概述滚动轴承优点有摩擦力阻力小，启动及运转力矩小，启动灵敏、功率损耗小且轴承单位宽度承载能力较大，润滑、安装及维修方便等。滚动轴承的