JH31-315机械压力机滑块部分的设计及有限元分析
47页 20000字数+论文说明书+13张CAD图纸【详情如下】
JH31-315机械压力机滑块装配图30-0-A0.dwg
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JH31-315机械压力机连接器装配图31-0-A0.dwg
上球座31-6-A3.dwg
任务书.doc
压盖31-8-A3.dwg
外文翻译--国内典型压力机简介.doc
导轨30-2-A3.dwg
球头凹座31-30-A3.dwg
球头螺杆31-1-A3.dwg
缸体31-3-A2.dwg
蜗杆31-13-A3.dwg
蜗杆31-28-A3.dwg
蜗轮31-17-A3.dwg
蜗轮31-2-A3.dwg
蜗轮箱体31-4-A1.dwg
摘要
通过对机械压力机的发展现状的分析，以及参考JH31-315机械压力机的设计，确定了本课题的主要设计内容。在确定了机械压力机初步设计方案后，决定采用传统理论方法对JH31-315机械压力机滑块部分进行设计、计算、强度校核；并借用Solidworks软件的先进运算方式对机械压力机的滑块部分零件进行设计、计算以、强度校核及有限元分析；采用AutoCAD设计软件对滑块部分中各主要零部件及总装图进行了工程绘图；在参考了某公司生产的闭式单点机械压力机传动系统以及查阅了大量关于滑块部分设计的书籍后，确定传动滑块部分设计方案，绘制了滑块部分的图纸，给出了滑块部分的工作说明书，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出整个设计切实可行。
关键词 机械压力机 ；有限元分析；滑块
Abstract
Through to the mechanical press domestic and foreign developed present situation analysis, and look up the design of JH31-315, I had determined this topic main design content. After I had determined the mechanical press preliminary design plan, decided uses the traditional theory method to carry on the design, the computation, the intensity examination to the JH31-315 mechanical press fuselages structure, and use the software of the finite element analysis to check the result of the design , and then using AutoCAD design software to the main raverse, under the crossbeam, moves slide, the master cylinder, goes against the cylinder, the column, the final assembly drawing has carried on the project cartography, meanwhile has carried on the mapping to the master cylinder; I has referred to four columns mechanical presses slide which some company produces as well as has consulted massively after the slide design books, the definite mechanical system design proposal, has drawn up the slide schematic diagram, has produced the slide working instructions, and has carried on the feasibility analysis to it, finally carries on the system analysis to the entire design, obtains the entire design to be practical and feasible.
Keywords mechanical press the finite element analysis slide
目录
1 绪论 1
1.1曲柄压力机的发展概况 1
1.2 压力机简介 3
1.2.1 压力机的特点和用途 3
1.2.2 通用曲柄压力机的型号和技术参数 3
1.2.3 曲柄压力机的基本参数 4
1.3 压力机工作原理 5
2 JH31-315压力机简介 7
2.1 JH31-315压力机结构特点 7
2.2 JH31-315压力机用途与结构性能 7
2.3 JH31-315压力机压力性能介绍 8
3 滑块的说明 10
3.1 滑块的结构特点 10
3.2 滑块动作说明 10
3.3 调节机构的特点 11
3.4 液压过载保护装置 12
4 电动机的选择 14
4.1电动机类型的选择 14
4.2 功率的计算 14
4.2.1调节机构（连接器）传动效率 14
4.2.2电动机额定功率计算 15
4.3 确定电动机型号 15
5 蜗轮蜗杆减速器设计 20
5.1计算传动装置的运动参数 20
5.2蜗轮蜗杆的设计 21
5.2.1第一级蜗轮蜗杆的设计和计算 21
5.2.2第二级蜗轮蜗杆的设计和计算 24
5.3蜗杆轴分析与强度校核 27
5.3.1 蜗杆的设计和强度计算 27
5.3.2 轴径的校核 29
6 轴承和键的选用和计算 31
6.1轴承的选用和强度的校核 31
6.2键的选择和强度计算 32
7 有限元分析 34
7.1有限元简介 34
7.1.1有限元法基本定义 34
7.1.2 有限元法的发展 34
7.1.3 CosmosWorks（有限元分析软件）介绍 35
7.2滑块体的有限元分析 36
7.3 球头螺杆的有限元分析 38
结论 41
致谢 42
1 绪论
锻压生产在工业生产中占有重要的地位。采用锻压工艺生产工件具有效率高、所量好，重量轻和成本低的特点。所以，工业先进的国家愈来愈多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。锻压机械在机床中所占的比重也愈来愈大。近年来，锻压机械的拥有量日本为34%，美国为32.4%。在锻压机械中．又以曲柄压力机最多，占一半以上。用曲柄压力机可以进行冲压、模锻等工艺，广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量愈来愈多，质量要求愈来愈显著，压力愈来愈大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用愈来愈显著。例如，在汽车 拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件已经成为一个发展的档势。日本已有四条热模锻压力机生产线，其中一条110000千牛热模锻压力机自动生产线是在1971年建成的，可以生产重达1400牛，长达1.3米的曲轴以及重达1000牛，长达2米的汽车前梁生产效率为60件/时。从拣料预热、剪切、锻造、检验到包装发送全部自动进行，全线仅用24人．比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改善。西德已经制造了五条120000千牛热模锻匠力机自动生产线，供应世界各国。又如，在日用品生产中，如果不采用高速冲压自动机，那么产品的成本与质量在国际市场上将失去竞争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已经成为工业先进国家的发展方向之一。
我国在解放以前，曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动冲床。解放以后，才有了飞速的发展，到目前为止，我们已经制造了80000千牛的热模锻压力机，40000千牛的双点压力机以及其他各种型号的压力机。但是，与工业先进的国家比较，我国的曲柄压力机制造业还很落后，主要表现在质量不高、数量不足．品种不全等几个方面特别是缺乏大型高效的设备。因此，必须大力发展曲柄压力机，以满足四个现代化的需要。
1.1曲柄压力机的发展概况
锻压生产已有悠久的历史，但是，采用锻压机械进行锻压生产却只有百余年的历史，十九世纪三十年代，世界上山现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十年代生产了一些冲压用的液压机。直到十九世纪末期，才出现相当规模的曲柄压力机和锻造用的液压机。二十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展。众所周知，由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点。所以，工业先进的国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中所占的比重也越来越大。
近年来，锻压机械的拥有量日本为34％，美国为32．4％。在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。用曲柄压力机可以进行冲压和模锻等工艺生产，它广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量越来越多，质量要求越来越高，压力越来越大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用越来越显著。例如，在汽车拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件已经成为一个发展趋势。日本已有数条热模锻压力机生产线，其少一条110000kN热模锻压力机生产线是在197l年建成的，可以生产重达140kg，长达1.3m的曲轴以及重达100kg，长达2m的汽车前梁，生产效率为每小时60件。从装料、预热、剪切、锻造、检验到包装、发送全部自动进行。全线仅用24人，比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改善。德国已经制造了若干条120000kN的热模锻压力机自动生产线，供应世界各国。我国也购置—条，对汽车锻件的生产起着良好的作用。又如，冷挤压工艺是—项新兴的工艺，用冷挤压生产的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直径为20-30mm的零件其公差范围可控制在0.015mm以内，因此，所生产的零件不需进行或少量进行切削加工即可使用。大大提高了生产率，并节约了原材料。
随着冷挤压工艺的发展，各种类型的挤压机应运而生，正在使加工行业产生巨大的变化。再如，在日用品及家用电器生产中，如果不采用高速冲压自动机，产品的成本与质量在国际市场上将失去竞争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已成为工业先进国家的发展方向之—。
近年来，曲柄压力机正向着高速度和高精度的方向发展，并努力降低噪音．提高安全性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的曲柄压力机，更具有先进的水平。
例如，行程次数500次／min左右的高速压力机已普遍应用，美国明斯恃(Minster)公司已生产250kN2000次／mi n的超高速压力机。美国国民(National)公司发展了新系列的高速冷墩机，M12四工位螺母冷墩机生产率为每分钟250件。
精密冲裁的压力机己发展到25000 kN，可冲裁的最大板厚已达25mm，加工的零件周边的表面粗糙度很小，尺寸精度很高，冲切面的垂直度可达89°30′。
挤压机己发展到50000kN，多工位挤压机已发展到45000kN，机器精度不断提高，刚度已达到同规格的通用压力机的2—3倍。
1982年在日本大阪国际机床展览会上展出了55台锻压设备，其中采用数控的占34．5％，可以人机对话，编成十分方便。日本会田公司制造的2000KN“冲压中心”，采用微型计算机控制，自动换模、换料和调整工艺参数，全部时间只需5min。德国奥穆科（Eumuco）公司近年来制造的热模锻压力机和平锻机，都已采用微机巡回检测各轴承的温度，显示工艺力，对压力机的安全运转起着重要作用。
国际标准化组织（ISO）规定，在85—90dB的连续噪音下，工作时间不能超过8h, 而美国和瑞士规定为85dB。现在德国舒勒（Sehuler）公司制造的开式压力机已为75dB。还有一些公司正在研制低噪音（75dB）的折弯机和冷墩自动机。
1.2 压力机简介
1.2.1 压力机的特点和用途
压力机在机械行业中占有重要位置，对国民经济发挥重要作用，和人们的生活息息相关。在家手上带的手表、用的钢笔、女同志的金属发卡和钮扣，人们上班骑的自行车，午餐的饭盒，晚上回家听收音机、看电视或用缝纫机做新颖的时装，还有大家出差乘做的飞机、火车、汽车、轮船等等，这些工具都有压力机的一份功劳。
压力机少切削，无切削，节约原材料，提高劳动效率，增加经济效益，因而被广泛采用。锻压机械的比例越来越大，它是衡量一个国家机械工业先进程度的重要标志。
曲柄压力机是压力机的一个类别，是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器。它是板料冲压生产的主要设备，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成形等工序，并广泛应用于国防、航空、汽车、拖拉机、电机、电器、轴承、仪表、农机、农具、自行车、手表、缝纫机、医疗器械、日用五金等部门中。
采用锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、重量轻和成本低的特点。目前锻压机械再机床中所占的比重也越来越大。而在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。因此，发展前景广阔。
曲柄压力机的类型很多，按照工艺用途分类如下：
一、板料冲压压力机
通用压力机，用来进行冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉延等工艺。
拉延压力机，用来进行拉延工艺。
板冲高速压力机，适用于连续级进送料的自动冲压工艺。
板冲多工位自动机，适用于连续传送工件的自动冲压工艺。
二、体积模锻压力机
冷挤压机，用来进行冷挤压工艺。
热模锻压力机，用来进行热模锻工艺。
精压机，用来进行平面精压、体积精压和表面压印等工艺。
平锻机，用来进行平锻工艺。
冷镦自动机，用于制造如螺钉螺母等各种标准件。
精锻机，用来精锻各种轴类工件。
三、剪切机
板料剪切机，用于裁剪板料。
棒料剪切机，用于裁截棒料。
1.2.2 通用曲柄压力机的型号和技术参数
曲柄压力机的型号
按照JB／GQ2003—84型谱，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表图7-7是球头螺杆应力分析结果。
图7-8是球头螺杆位移分析结果。
结果表明：球头螺杆各处的应力远远小于其屈服力。球头螺杆最大的变形在下球体附近，变形量为0.16mm。球头螺杆下球体连接球头凹座，液压保护装置内的液压油有缓冲作用，所以实际变形量很小，只有0.01mm左右，符合要求。
结论：球头螺杆在3150000N的公称压力下不会失效。
总结，通过分析知道，球头螺杆下球体变形比较大。通过优化设计得出，球头螺杆的球头部分通过锻造，整个球头螺杆再进行调质处理，可以减少变形。
结论
在设计滑块体外型大小的过程中，参考了《现代机械设备设计手册》，使得所设计出的产品序列化，能够用于实际生产。
在选择连接器的减速方式的过程中，通过比较蜗杆二级减速器，圆柱齿轮二级减速器，和圆锥齿轮减速器的优缺点及其适用范围，最后得出蜗杆二级减速器是最适合滑块的调节方法。虽然蜗杆减速器效率低下，但是适宜间断动力传动，而且在闭式条件下，传递可靠，性能稳定，传动结构紧凑，轮廓尺寸最小。
在设计蜗杆二级减速器的设计过程中，所推算得到的蜗杆的模数在实际生产中是不可行的,查阅相关资料，重新调整一级二级间传动比，最后找好了适用实际生产的方案。
在选择电机的时候，考虑到调节机构需要能快速停止，准确定位，所以选择了在Y系列电动机一端加直流圆盘制动器组合而成的YEJ系列电机。
对滑块体和滑块零部件进行有限元分析，通过请教徐州锻压机床厂技术中心的夏伟工程师。在夏工的指导下，完成了设计中的有限元分析。因为COSMOS有限元分析易学易用，简洁直观，能够在普通的 PC机上运行，不需要专业的有限元经验,而且准确可靠，所以这次设计选用COSMOS进行有限元分析。
在轴的设计时，对支点的简化、轴径的确定、阶梯轴的长度等等问题，都是在老师的悉心帮助下，才能往下进行，最终顺利完成设计，当然设计出的内容在实际中是可用的。
致谢
本设计是在指导老师悉心指导和无微不至的关怀下完成的。一学期以来，尊敬的张老师不论是在生活上还是在学习上，都给了我莫大的期望、激励和关怀，我所取得的每一点成绩无不浸透着张老师的心血。
张老师学识渊博，治学严谨，有执着的敬业精神。在毕业设计过程中，他给了我许多重要的参考意见，并经常和我一起讨论设计过程中所遇到的难题，耐心细致地帮助我将设计完成地更加完善. 在本次设计的过程中,张元越老师不惜牺牲自己宝贵的时间进行悉心辅导和参考,提供了自己的书籍,帮助并且指导查阅很多资料.在此深表感谢.张老师严谨的治学作风以及平和的为人态度给我留下了深刻的印象.在课题的研究过程中,还得到了徐州锻压机床厂秦剑和夏伟两位工程师的热心帮助,在此向他们表示感谢!同时也感谢在大学四年中机电系所有的老师和同学他们给我的知识使我能够较顺利地完成此次毕业设计.再次表示衷心的感谢!
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