曲柄压力机的传动机构毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 摘 要 近年来，电子、通讯、计算机、家电及汽车工业的迅猛发展，对冲压零件的需求量迅猛增长。冲压零件可分为功能性和外观性零件。尺寸与形状均趋于标准化和系列化的功能性冲压件，生产批量越来越大（如中小型电机的定转子硅钢片、高压器硅钢片、刮脸刀、 (），为降低成本和提高劳动生产率，这类零件很适合在高速压力机上进行大批量生产；而外观性冲压零件，它的品种、外形与产量多变，为了适应市场，如果组织投资大批量生产，经济效益极不合算，因此，它们适宜于在行程次数较低高效率低的一般通用机械压力机上进行冲压。 我做的 毕业 设计就是曲柄压力机的传动机构的 设计， 通过查阅和分析相关的设计资料按标准来完成齿轮传动、皮带传动、轴传动的设计。本文就是介绍了对曲柄压力机的齿轮传动、皮带传动、轴传动的设计计算来完成曲柄压力机的传动机构的设计。 关键字： 传动系统、 齿轮传动、皮带传动 2 目 录 一、引言 . 3 二、主要参数的确定 . 3 . 3 称力行程 . 6 块行程 S . 6 三、传动系统的配置 . 7 . 7 . 7 . 7 四、传动零件的计算特点 . 9 轮传动 . 9 带传动计算 . 12 动轴 . 14 . 15 接件 . 17 五、总结评价 . 20 致谢 . 21 参考文献 . 21 附录 . 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 一 、 引 言 锻压生产已有悠久的历史，但是，采用锻压机械生产却只有一百多年历史。 19 世纪三十年代，世界上出现了第一台简易的平锻机。六十年代生产了冲压用的液压机。直到十九世纪末才出现相当规模的曲柄压力机。前期二十世纪末，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的发展。 近年来，电子、通讯、家电及汽车工业的迅猛发展，对冲压零件的需求量迅猛增 长。冲压零件可分为功能性和外观性零件。尺寸与形状均趋于标准化和系列化的功能性冲压件，生产批量越来越大（如中小型电机的定转子硅钢片、高压器硅钢片、 (），为降低成本和提高劳动生产率，这类零件很适合在高速压力机上进行大批量生产；而外观性冲压零件，它的品种、外形与产量多变，为了适应市场，如果组织投资大批量生产，经济效益极不合算，因此，它们适宜于在行程次数较低高效率低的一般通用机械压力机上进行冲压。 通用机械压力机的滑块每分钟的行程次数 n 一般不超过 此，可简单地将 n 为高速压力机。国内外有一些公司通常将高速压力机分为下述 3 个速度等级：超高速n速 n高速 们认为：按超高速 高速 n高速 n分更科学。机械压力机电动机功率 与 n 有关外，还和公称力 分是否为高速压力机不能简单用 n 来测量，因此，还有待于提出更科学的定义 。 二 、 主要参数 的确定 称 力 、 冲裁力（包括冲孔、落料）由下式计算： P=b/1000 中： mm N/对 b=400/2、 弯曲成形力计算： 自由弯曲时的成形力由下式计算： P=000 中： N/ 4 mm mm 其值见下表： l/t 材料 4 10 15 20 25 30 铝、钢 碳钢 碳钢 见下表： t/D D/t 初拉伸时拉伸率 2 0 50 83 125 200 500 1000 .6 t/D t/ 再 拉 伸 时 拉 伸 率 2 1 4 ： 1、凸模半径 r=（ 4 2、凸模半径较小时， 增加 5% 3、第三次拉伸时，因进行中间退火， 在模具内弯曲时，成形力由下式计算： P=000 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 式中： N/ 由下表选取： 材料 板厚 3厚 3 300 600碳钢 8000碳钢 10020、拉伸力计算 以常见的圆筒形件为例，计算公式如下： 初拉伸： p= b 000 拉伸： p= b 000 中： mm N/ 筒形件坯料尺寸由下表计算： 拉伸件形状 计算公式 A=4 d+ =2 d+ =4=2 （ d+4h） A=4 （ d+4 + =4 d+ h（ d+ 212（ + ） 6 A=4 (+ ( = 22d 2 . 2 8 r d 0 . 5 6 r A= 2 2 21 1 2 2 1 0 . 4 3 ( ) 0 . 4 4 ( )4 d h r r r r 1 2 2 22 1 2 2 1 0 . 4 3 ( ) 0 . 5 7 ( )d h r r r r 14p，选用压力机公称力 Pg=p/称力行程 称力行程指压力机发生公称力时，滑块离开下死点的距离。 合器及飞轮电动机的能力。因曲轴传递的扭矩随着 以此值可按工艺用途来决定。我国没有一定的标准。且过去大都用离开死点前曲轴转角 般用途的压力机取 g=20长行程的拉伸压力机： g=15。 量取最小值。如用户提出 拟冲板料厚度，根据冲裁工艺，凸模进入板料 1/3处发生最大力。凸模最后进入凹模为板厚的 1/3。 或等于应大于板厚。 日本无统一标准，大多数工厂按 g=26选取。 美国 下表： 公称力 式 320 330100 2000 开式直接传动 1/32） ) - - 闭式单点 ) ) - 闭式单点 ) 块行程 S 它是只滑块从上死点到下死点所经过的距离。它的大小将反映压力机的工作范围。行程较长，则能生产高度较高的零件，通用性较大。但压力机的曲柄尺寸要加大，随之而来的是齿轮模数和离合器尺寸均要增大，压力机造价增加。而且模具的导柱套可能脱离，影像工件精度和模具寿命。所以，应该适当选择行程长度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 三、 传动系统的配置 动系统的配置 传动系统的作用是把电动机的能量传递给曲柄滑块机构。并对电动机的转速进行减速，使其获得所需要的滑块行程次数。 设计传动系统时，必须使压力机结构紧凑、维修方便， 性能良好外观美观。 动系统的布置方式 1、上传动及下传动的比较。 传动系统的配置在压力机工作台之上为上传动。在工作台之下的为下传动，现有的通用压力机大多采用上传动机构。虽然下传动结构亦具有不少优点，例如：机器重心低，传动平稳、振动噪声小、压力机地面高度小，滑块导向长度系统在地坑中、基础造价高，维修不便。所以只能有特殊要求时才采用。 2、曲轴纵放和横放的比较 传动系统曲轴安装型式有垂直于压力机正面（称为纵放）及平行于压力机正面（称为横放）两种型式。旧式通用压力机多采用横放的安装型 式。这种布置，曲轴和传动轴比较长，受力点又支承的距离比较大，外观不够美观。现代压力机越来越多的才用纵放的安装型式。传动系统的刚性好、外观美观。 3、开示及闭式传动的比较 开式及闭式的传动系统指传动齿轮安放在机身外还是在机身之内。开式传动工作条件较差、外观不美观。但安装维修方便。而闭式传动齿轮工作条件较好，外观美观。如将齿轮浸入油池中，则大大减低了齿轮传动的噪声。但安装维修叫困难。现较多的是采用开式传动结构。 4、一般均采用单边传动。对大规格开式压力机，且曲轴采用平行于压力机正面的有采用双边传动的 结构型式。所谓双边传动就是在一根轴上有二个齿轮共同传达扭矩。对曲轴横放的开式双点压力机，曲轴为双曲拐长曲轴。也采用双边传动。 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，传动级数就应该多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑，反之行程次数高，总数比小， 8 传动级数可小些。现有开式压力机传动级数一般不超过三级，行程次数在 80 次 /分以上的用单级传动。 80 /分的用二级传动。 40分的用三级传动。 在选取电动机转速时，电机转速 越低，可以减少总速比和传动级数。但电机尺寸越大，价格越贵，电机效率越低。不一定适合。通常对二级和三级传动系统采用同步转速为 1500转/分的电机。对一级传动采用同步转速 1000转 /分。 在各级传动速比的分配要恰当。通常三角皮带传动速比不超过 6保证飞轮有适当的转速。也要注意布置的尽可能紧凑、美观和长、宽、高尺寸比例恰当。对通用压力机的飞轮转速一般取 380分。因为转速太低会使飞轮作用力削弱。转速太高会使飞轮轴上的离合器发热严重。造成离合器和轴承的损坏。 传 动 型式 齿轮付位置 中 心 距 模 数 小齿轮 铸铁齿轮 钢齿轮 铸铁齿轮 钢齿轮 齿数 单边 传动 低速付 （ 4速付 （ 6边 传动 低速付 （ 4速付 （ 4中： 齿轮初定后，还要校核圆周速度 v V= 60 1000） m/中： mm 1/许的圆周速度见下表： 传动型式 齿轮付 位置 圆 周 速 度 极 限 值 平 均 值 单边传动 低速付 速付 边传动 低速付 速付 对铸铁齿轮： 铸铁齿轮： 钢齿轮： 钢齿轮： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 四、 传动零件的计算特点 轮传动 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。 齿轮传动是指主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。 齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳， 传动比 精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达 300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米 。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。 齿轮顶部的圆周叫做齿顶圆。齿轮根部的圆周叫做齿根圆。在工作图上要注明齿顶圆直径，齿坯外圆就是按这个尺寸加工的。齿根圆直径一般不必标注，但确定齿轮结构时，有时要考虑这个尺寸的大小。例如戴键槽的齿轮（图 4从齿跟圆到键槽之间，要有一定的厚度（ 否则齿轮受力时，将在此处裂开。当齿根圆与键槽之间的距离小于此值时，应将齿轮与轴做成 整 体， 分度圆刀齿顶圆的距离，称为齿顶高。分度圆到齿跟圆的距离，称为齿根高。齿顶高和齿根高之和，称为齿全高。写成公 式为： D0=h Di= h= h +h 式中 齿顶圆直径； 齿根圆直径； 4键槽的齿轮即齿轮轴 h 齿顶高； h 齿根高； h 齿全高。 齿轮传动类型和标准齿轮尺寸计算公式 常用的齿轮传动有两大类，一类称为标准齿轮传动，另一类称为变位齿轮传动。 1、分度圆上的齿厚与 齿间相等，这是标准齿轮与变位齿轮的主要区别之一。一对啮合的标准齿轮，模数相等，分度圆上的周节也相等，由于在分度圆上的齿厚与齿间相等，因此，主动轮和从动轮在分度圆上的齿厚与齿间彼此都是相等的，也就是说，一个齿轮在分度圆上的齿厚，等于另一个齿轮在分度圆上的齿间。这一特点，正好符 10 合一个齿轮在节圆上的齿厚，应等于另一个齿轮在节圆上的齿间的要求，所以标准齿轮的分度圆与节圆重合，即： d1=d2=、由于分度圆与节圆重合，所以啮合角等于分度圆上的压力角 0，即 = 0。 3、两齿轮的中心距等于两齿轮分度圆半径子和，即： A0=+= z1+ 4、齿顶高 h =中 为齿顶高系数。常用标准齿轮， ；另外一种短齿轮标准齿轮， 5、齿根高比齿顶高多一个径向间隙 免两齿轮牙齿顶死，和用来储存润滑油，故齿根高 h =（ 0） m。常用标准齿轮， 齿轮标准齿轮， 6、标 准齿轮的齿顶圆直径，为分度圆直径加两倍齿顶高，即： D0= h m（ z+2 对于常用标准齿轮： De=2 对于短齿标准齿轮： De=m（ z+ 而齿根高直径，为分度圆直径减两倍齿根高，即： Di=h =m=m（ 对于常用标准齿轮： Di=m（ 7、标准齿轮传动的重叠系数一般大 于 不比验算。 为了便于使用，将标准直齿圆柱齿轮尺寸的计算公式列成表 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 表 4标准直齿圆柱齿轮尺寸计算 名称 符号 公式 计算举例（ 8， 5） 模数 m 由强度确定 m=13节 t t= m t=度圆上的压力角（齿形角） 0 0=20 0=20 啮合角 = 0 =20 分度圆直径 df 3475圆直径 d d1=d2=3475顶高 h 常用齿： h =1m； 短齿： h =h 1=h 2=13根高 h 常用齿： h =齿： h =h 1=h 2=全高 h 常用齿： h= h + h =齿： h=h1=顶圆直径 用齿： m（ ） m（ ） 短齿： m（ m（ 60001根圆直径 用齿： m（ m（ 短齿： m（ m（ 圆直径 d0 = = 节 tj 心距 0=12 （ =12 m（ z1+ 12 带传动计算 皮带传动分三角皮带传动和平皮带传动两种，其中三角皮带传动用得最多。下面介绍皮带传动的设计计算方法。 设计计算的任务是合理选用三角皮带的截面型号、决定大小皮带轮的直径、中心距、皮带的长度等。设计计算之前要掌握下面的已知条件：（ 1）皮带传动的使用场合；（ 2）皮带传递的功率 N；（ 3）主、从动皮带轮的转速 三角皮带传动的设计步骤如下： 1、 选择皮带截面型号 平常所说的三角皮带实际上并 不是“皮带”，而是“胶带”，它的型号有 O、 A、 B、 C、 D、E、 面面积依次增大（见表 4 表 4 标准三角胶型号及截面尺寸（ 型 号 截面尺寸及允许公差 截面积 F （ 尺 寸 a（ h（ （度） O 40 1 1 B 4 C 9 D 7 E 2 F 2 表 4传递功率 （千瓦） 00550以上 推荐型号 O O、 A O、 A、 B A、 B B、 C C、 D D、 E E、 F F 截面积大，单根皮带所能承受的拉力大，能传递较大的功率。所以，传递功率较大时，应选用较大的截面型号，以免皮带根数过多，各根皮带受力不均。具体确定截面型号时可参考表 4 2、 确定小皮带轮的计算直径 传动比一定时，小皮带轮的直径小，大皮带轮的直径也会相应地减小，使结构紧凑，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 但皮带在轮子上弯曲得厉害，容易发生疲劳破坏，因此小皮带轮直径不能过小。对于不同截面型号的皮带，下皮带轮的推荐用 最小计算直径 表 4供设计时参考。由于皮带的弯曲程度与 h/D 成正比（ h 是皮带的厚度），所以，截面打的皮带 取得较大，以免弯曲力过大。 表 4皮带轮的荐用最小计算直径 带 型 号 O A B C D E F 一般推荐最小直径（ 70 100 113 200 315 500 800 传动尺寸受限制时荐用最小直径（ 50 80 125 - - - 710 3、 确定大皮带轮的计算直径 式（ 4得： D2=中 般不超过 7，特殊情况可到 10， 则结构太庞大。 4、 核算皮带的速度 v 4算。从式（ 4以看出，对于同样大小的有效拉力（ 能传递的功率 v 大，所能传递的功率 以，在速度较小的情况下采用皮带传动式不利的，应尽量把皮带传动放在传动系统的第一级（即高速级）。但是，我们要努力避免片面性和局限性。不能只从这样一个理论公式来看问题，片面地提高速度。因为速度太高后，皮带的离心力加大，皮带与皮带轮之间的正压力减小，引起摩擦力减小 ，有效拉力（ 随之减小，所能传递的功率 般， 秒的范围，最适当的速度是15秒。 5、 初定中心距 心距一般需按传动结构的具体情况决定，但应在下列范围之内： +h A 1 2( 式中 h 皮带的厚度（ 4果结构上无特殊要求，表 4表 4中心距与大皮带轮计算直径的比值 i 1 2 3 4 5 6 2 、 确定皮 带的长度 L 由皮带传动中的几何关系，可以求出皮带的计算长度（即通过皮带截面重心的周长）为： 2 （ 2） + 211( )24 算出结果后，应与三角胶带长度系列的选取的标准值相近。 计算实际中心距 A A 12中 初定的中心距； 14 根据 7、 校核小皮带轮的包角 a1 180 211() 60 =180 1(i 1) 60 一般 10 当包角过小时，可用增大中心距 则会导致结构庞大和皮带的紧边、松变互相拍击，因此 (。 8、 确定皮带的根数 Z Z012 N 皮带传动所需传递的总功率（ ; 皮带为 180 ，单根三角皮带所能传递的功率。 包角影响系数 工作情况影响系数，曲柄压力机一般可取 。 动轴 开始设计时，可按扭矩预选传动轴的直径，其公式为： d= 中 作用在轴上的最大扭矩 ; 许用剪应力，参考资料 6取如下数值： 45 钢调质 =500 105 0 =630 10 后按弯矩联合作用核验综合应力 = 2220.1 式中 危险截面弯矩； 危险截面扭矩； d 危险截面直径； 许用弯曲应力，建议按如下数值选取： = 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 s 材料屈服极限 传动轴常用材料性能及建议许用力见表 4 4传动轴常用材料及许 用应力（ 1 10 钢号 热处理 硬度（ 抗拉强度极限 b 屈服极限 s 建议许用应力 45 45 40火 调质 调质 1638030800500000900500500200 1800 3000 现有压力机传动轴的计算应力见表 4某些较长的轴，还需要进行弯曲和扭转刚度核验。表 4列许用应力并未考虑刚度要求。 表 4有压力机传动轴的计算应力 （ 1 10 压力机型号 传动轴材料及热处理 计算应力 5调质 45调质 45调质 45调质 45调质 1340 1840 1780 1170 1830 轴的计算 曲柄压力机中，由曲柄连杆机构把传动系统来的旋转运动变成滑块的往复运动。滑块上的工艺力，通过连杆全部作用在曲轴上，然后再有曲轴传递给床身。所以，曲轴承受着巨大的弯矩，扭矩和剪力，是压力机中受力最 沉重的零件。 在闭式单双点压力机中，为了使结构紧凑，提高刚性，以铸代锻，常常用偏心齿轮来代替曲轴。偏心齿轮的缺点是：偏心和连杆头的直径很大，所以摩擦力臂也比较大。对于行程大的压力机，这一缺点更加突出。为了解决这一矛盾，有时采用双面齿轮传动而把心轴分成两段分别固定在床身上。 在闭式单双点压力机中，经常采用的曲轴型式有： 1、 单面齿轮传动的单曲轴 2、 双面齿轮传动的单曲轴 3、 齿轮装在曲柄臂上的单面传动单曲轴 4、 齿轮装在曲柄臂板上的双面传动单曲轴 曲轴和齿轮所承受的扭矩是滑块上的工艺力 16 M=P（ 如果滑块上的工艺力始终等于公称压力 在达到最大值： R+使这些零件的尺寸十分庞大。事实上，曲轴压力机经常在下死点附件工作，所以在设计时总是先规定在距下死点的行程内，压力机允许按公称压力工作，以保证冲裁工艺的需要。齿轮、离合器等传动零件，按 S=设计。对于工作行程大于 拉延工艺，不能按公称压力工作，最大拉延力和气垫的压力的总和，必须小于齿轮等传动零件所允许的压 力： P=PD 由此可见，曲轴在 = 同时承受最大弯矩和最大扭矩。在 矩 M= 的减小而减小，在 矩由于允许压力 就是说，曲轴应该按照 = 曲轴主要尺寸的初步确定 在设计时可以先根据压力机的公称压力 出轴颈的直径 经验公式计算其他部分的尺寸，然后加以强度验算。 对于一般用途的单双点压力机，曲轴的大体尺寸可按下列经验公 式计算： 1、 单曲柄式： 当 200吨时， 米） 当 200吨时， 0（厘米） 2、 双曲柄式： 当 180吨时， P（厘米） 当 180吨时， 00（厘米） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 曲柄其他尺寸如下图： 表 4 寸 的 名 称 代 号 尺 寸 的 经 验 公 式 范 围 平 均 值 单 边 传 动（ 200 吨） 支 承 颈 直 径 曲 柄 颈 直 径 柄 颈 长 度 柄两臂外侧面间距 柄 颈 的 宽 度 B ( 柄 臂 的 直 径 D ( 柄 半 径 R ( 承 颈 长 度 角 半 径 r (接件 1、平键连接 对于标准平键，只须核验挤压应力即可。其公式为 j = j 式中 传递扭矩； h 键的高度 ; l 键的工作长度（不计及圆弧部分）； d 轴的直径； 键的数目； j 许用挤压力建议按表 4现有压力机的实际挤压应力见表 4 18 表 4 平键许用挤压应力 包容件材料 许用挤压应力 铸铁 1000 铸铁或锻钢 2000 4现有压力机平键实际挤压应力 压力机型号 包容件（轮毂）材料 挤压应力 313136363623232323238888885 5 5 5 090 1610 1490 2450 3350 1850 680 990 1000 880 1630 2530 1700 2220 2、紧固连接 在大型压力机里，特别是像在大型热模锻压力机和平锻机等热锻机器里，为了不削弱轴的强度，近年来广泛采用紧固连接，即轴和轮毂（或轴套）采用过盈配合，用外力使之紧固在一起，以便传递足够的扭矩。紧固的方法有用热套的，有用楔块涨紧的，有用液压压紧的。下面介绍一种方法。图 4与孔做成 1 30的锥度，均需磨削，并进行氮化处理。轮毂在径向开有进油孔。在内壁开有环形油沟，从环 形油沟上再引出几条沿轴线方向的细油沟（宽 装配时先在轮毂处打入压力为（ 150010高压油，使轮毂涨开。与此同时，在液压螺母上打入压力为（ 450 10高压油，通过活塞使轮毂与轴压紧，轮毂与轴的过盈量决定于所传递的扭矩。由扭矩求出紧固表面的压强，由压强求出过盈量，公式如下： P= 式中 p 紧固表面压强； u 双边过盈量； 传递扭矩； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 D 轮毂外径； d 空心轴孔的直径，若为实心轴，则 d=0； 轴或轮毂孔的平均直径； b 轮毂装配长度； E 弹性模量； 摩擦系数，钢对钢 =对铸铁 = k 安全系数，取 k= 20 五 、总结评价 通过对曲柄压力机的结构的设计使我懂得了很多以前不知道的知识，比如说传动轴 常用材料及许用应力、 直尺圆柱齿轮的计算、三角皮带的型号。 在完成毕业设计的过程中，我碰到了很多的难题