机械毕业设计（论文）-CJ31-315闭式压力机设计【全套图纸】

目录 第一章 绪论1 1.1 闭式压力机的国内外研究现状和发展趋势.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4 1.2.3 曲柄压力机的基本参数5 1.3 压力机工作原理5 2 J31-315 压力机简介.8 2.1 J31-315 压力机结构特点.8 2.2 J31-315 压力机用途与结构性能.8 2.3 J31-315 压力机压力性能介绍.9 3 滑块的设计10 3.1 滑块的结构特点11 3.2 滑块动作说明11 3.3 调节机构的特点12 3.4 液压过载保护装置13 4 电动机的选择14 4.1 电动机类型的选择.15 4.2 功率的计算15 4.2.1 调节机构（连接器）传动效率.15 4.2.2 电动机额定功率计算.16 4.3 确定电动机型号16 5 蜗轮蜗杆减速器设计22 5.1 计算传动装置的运动参数.22 5.2 蜗轮蜗杆的设计.23 5.2.1 第一级蜗轮蜗杆的设计和计算.23 5.2.2 第二级蜗轮蜗杆的设计和计算.27 5.3 蜗杆轴分析与强度校核.32 5.3.1 蜗杆的设计和强度计算32 5.3.2 轴径的校核35 6 轴承和键的选用和计算36 6.1 轴承的选用和强度的校核.36 6.2 键的选择和强度计算.38 结论40 致 谢42 第一章 绪论 1.1 闭式压力机的国内外研究现状和发展趋势 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 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 闭式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，闭式压 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 324。在锻压机械中， 又以闭式压力机最多，占一半以上。用闭式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，如果不采用高速自动冲压 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闭 式压力机，已成为工业先进国家的发展方向之。 近年来，闭式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 制的闭式压力机，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 23 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 345，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 8590dB 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 JBGQ200384 型谱，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字 母和数字表示，例如 JA31l 60B 型号的意义是： 现将型号的表示方法叙述如下： 第一个字母为类代号，代表八类锻压设备中某类设备。在八类锻压设备中， 与曲柄压力机有关的有五类。机械压力机用拼音字母 J 表示，线材成形自动机、 锻机、剪切机和弯曲校正分别用 Z、D、Q 和 W 表示。 第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号，凡主参数与基本型号相同， 但其他某些基本参数与基本型号不同的，称为变型，用字母 A、B、C表示 第一、第二、第三种变型产品。 第三、四个数字为组、型代号。在型谱中，每类锻压设备分为 10 组，每组 分为 10 型第一个数字代表“组” ，第二个代表“型” 。 “31”在型谱中查得为 “闭式单点压力机” 。 横线后面的数字代表主参数。一般用压力机的公称压力(见下面叙述)作为 主参数。型谱中的公称压力用工程单位制的“吨”表示，故转化为法定单位制 的“千牛”时，应把此数字乘以 10。例如此处 160 代表 160 t，乘以 10 即为 1600kN。 最后一个字母代表产品的重大改进顺序号，凡型号已确定的锻压机械，若 结构和性能上与原产品有显著不同，则称为改进，用字母 A、B、C 代表第一、 第二、第三次改进。有些锻压设备，紧接组、型代号的后面还有一个字母， 代表设备的通用特性，如字母 K 代表数控，G 代表高速等。 1.2.3 曲柄压力机的基本参数 曲柄压力机的基本参数，决定了它的工艺性能和应用范围，也是购置何种 型号压力机的重要依据。现将开式压力机基本参数分别叙述如下： 公称力：是指滑块离下死点前某一特定距离（公称压力行程）时，滑块上 所允许的最大作用力。公称压力是压力机的主参数。 滑块行程：系指滑块由上死点到下死点所走过的路程。 公称力行程：是压力机强度允许发生公称压力的一段滑块行程。 滑块行程次数：指连续行程时滑块每分钟的行程次数。 最大封闭高度：指封闭高度调节机构处于上极限位置和滑块处于下死点时， 滑块底面至工作台面（去掉工作台垫板）之间的距离。 （JE 系列为最大装模高 度 I，装模高度指调节机构处于上极限位置和滑块处于下死点时，滑块底面至工 作台板面（不是到机身工作台面）之间的距离） 封闭高度调节量：是扩大压力机封闭高度使用范围的一个主要参数，在该 调节量的范围内调节压力机封闭高度与模具闭合高度相适应。 工作台板厚度：工作台板也具有调节压力机封闭高度使用范围的作用，同 时还具有便于安装底面较小的模具和保护工作台面的作用。 工作台孔：工作台孔用于落料或安装气垫装置。 立柱间距离：是指双柱压力机的立柱间距离，是在前后方向送料时决定排 出工件（或废料）最大尺寸的一个参数。 倾斜角：是指可倾压力机工作台面的倾斜角度，也就是机身后倾的角度。 利用这个倾斜角使冲压后的工件（或废料）能借其自重或其他因素通过两立柱 中间从压力机后方排出。 工作台垫板面积和喉口深度：滑块中心到机身间的距离叫做喉口深度。喉 口深度和工作台垫板面积是关系到模具的最大平面尺寸的重要参数。 1.3 压力机工作原理 压力机是采用机械传动的锻压机器，通过传动系统把电机的运动和能量传 给工作机构，从而使坯料获得预期的变形，制成所需的工件；具体的说：是以 曲柄连杆机构作为工作机构，滑块是强制运动的，传动系统为一级、两级或三 级等传动，一级传动由电机通过三角皮带传动，带动飞轮旋转，通过控制离合 器接合，经过齿轮传动，再带动曲轴旋转，通过连杆机构把回转运动转化为滑 块的往复直线运动。 工作机构：曲柄滑块机构。 传动系统：皮带传动和齿轮传动。 操纵系统：离合器制动器。 能源系统：电动机和飞轮。 支承部件：机身。 附属装置和辅助系统。 运动方式：电动机-皮带轮-飞轮-齿轮传动-曲柄连杆。 曲柄滑块机构的运动简图如图所示。O 点表示曲轴的旋转中心，A 点表示 连杆与曲柄的连结点，B 点表示连杆与滑块的连结点，OA 表示曲柄半径，AB 表示连杆长度。当 OA 以角速度 作旋转运动时，B 点则以速度 v 作直线运动。 曲柄滑块机构可分为结点正置与节点偏置，JH31-315 压力机采用单边节点 偏置结构。运动简图可简化如图 1-1 所示。 曲柄压力机的工作机构代表压力机的工作特征，其运动规律将影响压力机 的工作性能，而其受力状况则是压力机强度和刚度设计的基础。压力机的传动 系统将影响压力机的整体布置、外形尺寸、美观以及重量和成本。离合器和制 动器是压力机能否正常稳定工作的关键，它们的正确设计与使用将会大大提高 压力机的工作可靠性和寿命。压力机工作时，除需要其有足够的压力外，还需 要具有足够的能量。 图 1-1 曲柄滑块机构运动简图 电动机和飞轮的正确选用与合理设计是获得足够能量的基础，同时也给节 约能量提供了途径。所有的部件和零件都支承在机身上，机身的合理设计将降 低压力机的重量，提高压力机的刚度。压力机的辅助装置与系统将使压力机获 得必要的辅助功能，使其安全运转，是提高压力机使用效率不可缺少的组成部 分，其设计好坏在一定程度上标志着压力机的先进与否。 2 J31-315 压力机简介 2.1 J31-315 压力机结构特点 J31-315 机械压力机机身采用钢板焊接组合式结构，横梁、左右立柱和底 座（工作台）通过 4 根液压拉紧螺栓预紧而组成一体，采用电子计算机优化设 计，从而保证了机身的强度、刚性、精度等各种性能要求。 为保证压力机滑块的导向精度，采用导柱导套结构 8 条长导轨导向，主传 动高速级采用人字齿轮 ，离合器-制动器采用干式（或混式）片状（或块状） 低惯量结构。 压力机的工作台可选用固定式或向前开出、向后开出、左右开出和“T”型 移动等形式，用户可根据设备布置、单机或连线等具体状况自行选定。移动工 作台更换模具方便、迅速，可使换模时间减少 510 倍。固定工作台也可以配 置快速换模装置，一种是换模小车（主要用于连线） ；另外一种是在工作台上设 置下模夹紧器、升降导轨和前导轨架，在滑块上设置上模夹紧器，即可方便迅 速的将模具放进、移出。压力机还设置有微调机构，可减低滑块的运行次数， 调整模具更为方便。 气垫采用可调式纯气气垫或液压气垫，并带有滞后锁紧机构和行程调节机 构，根据用户的使用要求，还可在滑块内设置气囊式拉伸气垫。 压力机的润滑系统采用自动定点、定量、定时的稀油循环润滑系统，电气 控制系统均采用可编程序控制（PLC）系统。 压力机还可配置减震器，以提高压力机及模具的使用寿命 2.2 J31-315 压力机用途与结构性能 高强度全钢结构机身，刚性好，精度高，可以完成落料、冲孔、弯曲、成 型、校正、浅拉伸及锻造热切边等冲压工作。广泛适用于汽车、拖拉机、农机、 电器、仪表、轴承、轻工、纺织、机械、航空、兵工等工业部门。 机身、滑块均采用钢板焊接； 采用人字齿轮传动； 采用干式气动摩擦离合器； 滑块四角八面导向，导柱导套结构，导向精度高，精度保持性好； 进口双联安全阀，确保机床使用安全可靠； 进口液压过载保护，元件反应灵敏，复位快； 机动调整封闭高度，使用方便，自锁性强，便于维修； PLC 控制，双回路电器系统； 标准纯气式气垫； 液压、电气、气动等控制元件采用优质名牌产品，保证设备的低故障率； 机动稀油润滑，定点、定时、安全、省力； 可实现制动角、油压、润滑故障、液压过载保护等整机自动联锁及监控。 表 2-1 J31-315 主要技术参数 项目名称 Item单位 Unit J31-315 公称力 Nominal Pressure千牛 KN 3150 公称力行程 Nominal Pressure Stroke毫米 mm 10.5 滑块行程 Stroke Length毫米 mm 315 行程次数 No. of Strokes per minute次 / 分 SPM 20 最大装模高度 Max. Die Height毫米 mm 490 装模高度调节量 Die Height Adjustment毫米 mm 200 左右 L.R.毫米 mm 1100工作台板尺寸 Bolster Surface前后 F.B.毫米 mm1100 工作台板厚度 Thickness of Bolster毫米 mm 140 左右 F.B.毫米 mm 1070滑块底面尺寸 Slide Surface前后 L.R.毫米 mm960 气垫 Air Cushion 压紧力 / 退出力 ( 单个 ) Pressing Force/Return Force 千牛 KN 500/76 数量 Number个 1 行程 Stroke 毫米 mm 160 主电机功率 Main Motor Power千瓦 KW 30 压力机地面以上高度 Height above Ground毫米 mm 6240 2.3 J31-315 压力机压力性能介绍 J31-315 型 3150 千牛闭式单点压力机，采用主轴纵放、偏心齿轮、连杆机 构作为工作机构，由电机经三级减速传动使偏心齿轮旋转，再由连杆机构驱动 使滑块在导轨中作往复运动，传动系统全封闭。 本压力机采用了气动干式摩擦离合器-制动器，所以工作时结合平稳，并 可以使滑块停止在任何位置。 本压力机适用于薄板件的浅拉伸、成型、弯曲、校正、冲裁等各种冷冲压 工艺，可广泛用于汽车、拖拉机、电器及国防等工业行业。 本压力机公称压力为 3150kN，公称压力发生在下死点前 7mm(对应的偏心齿 轮转角约 16.06)。过载保护装置仅是防止误冲时产生的超载现象，或者在冲 压过程中由于板料厚度不均而引起的的超载现象。随意超载使用压力机，是错 误的。用户应根据下面曲线图来选用。选用时工艺力与对应的偏心齿轮转角的 交点，必须在强度范围以内，否则要造成零件损坏。 图 2-3 压力曲线图 冲裁力的计算说明 P=Ltb /10000 吨 P 冲裁力 单位 吨（1 吨=10000 牛） L 冲裁工件周边周长 单位 毫米 mm T 冲裁零件厚度 单位 毫米 mm b材料的抗拉强度 单位 牛/毫米 2 Mpa 常用材料的抗拉强度 Q235 420 牛/毫米 2 Mpa 45 600 牛/毫米 2 Mpa 65Mn 750 牛/毫米 2 Mpa 45Mn (薄板) 800 牛/毫米 2 Mpa H62H68 300-400 牛/毫米 2 Mpa 软 铝 80-110 牛/毫米 2 Mpa 3 滑块的设计 3.1 滑块的结构特点 滑块是个箱形结构，它的上端与连杆连接，下部安装模具的上模，并在 机身的导轨内上下运动。为了保证滑块底平面和工作台上平面的平行度，保征 沿块运动方向与工作台的垂直度，因此，沿块的导向面必须与底乎面垂免导轨 和滑块的导向面应保持一定的间隙，而且能进行调整。八个导轨均能单独调节。 它是靠一组推拉螺钉来实现的。这种四面八角调节的导轨能提高压力机的精度。 有些压力机的导轨做成两个是固定的，两个是可调的，并使固定的导轨承受滑 块侧向力，调节较容易，但精度受到一定影响。 为了安装模 A，滑块的底平面开有“T”型槽。 小型压力机的滑块常用铸铁 HT200400 制造。中型压力机的滑块常用铸 铁 HT200400 和稀土球铁制造，或用 Q235-A 钢板焊接面成。大型压力机的 滑块一般用 Q235-A 钢板焊接。焊后进行退火处处理。为了提高滑块的耐磨性， 有些压力及的导向面上镶有酚醛层压布板。导轨滑动面的材料一般用铸铁 HT200400 制造。速度高、偏心载荷大的则用铸造青铜 ZQZn6-6-3 或铸造黄 铜 ZHMn5822 制造。对于高速压力机，有采用滚针导轨，以便减小摩擦， 消除间隙，提高机器的耐用程度和滑块运动精度。 3.2 滑块动作说明 滑块的精度直接影响压力机的工作精度和几何精度。连杆和球头螺丝是把 曲轴的旋转运动变化往复运动的构件。球头螺丝的下端与滑块内的球形座接触。 在球形座的下面有过载保护装置，当压力机超载时，过载保护装置起到对机床 的保护作用。刚性保护，即压塌式保险。当过载时，保险器被压塌，从而保证 整台机器不受损坏。用液压过载保护装置，能在过载的状态下瞬间紧急停止 （1/100 秒） ，复归时使滑块自动回复上死点，确保模具及冲床的安全。 J31-315 压力机滑块采用四角八面导向，导向长，易调整,动态精度稳定性 能好。 滑块部分由滑块体、液压保护部分、联接器、蜗轮减速箱、装模高度指示 器、刚性打料等组成。 联接器与主传动的导柱连接，使滑块在连杆机构的带动下，沿机身导轨作 上下往复运动，滑块下平面有 T 型槽，用以固定冲模。滑块导轨面上镶有导轨 板，导轨板拉伤和磨损后可即时更换，更换时应注意：使同一导轨上的板厚相 等。 装模高度的调整采用制动电机，通过蜗轮减速箱及支座蜗轮蜗杆副转动螺 杆来实现。调整结束靠电机将蜗轮副锁紧。装模高度由装模高度显示器显示出 来。 调整装模高度时，检查平衡缸气压是否合适，导轨间隙是否变化等因素。 特别是上模重量变化较大的模具时，更应注意这一点，滑块的上模具布置，应 使两连杆上的作用力相等，尽量避免偏载使用。 图 3-1 JH31-315 滑块 滑块与导轨板的之间必须保持合适的间隙,以使滑块运转自如、动作稳定， 必要时须加以适度调整，按合格证明书中规定的精度要求进行精度调整与检查。 精度调整是一项十分细致的工作，影响的因素是多方面的，往往多次反复调整 才达到要求，所以应同经验丰富的专业人员进行这项工作。 调整后必须检测以下指标： 机床的精度，可按合格证规定的检测标准。 滑块与导轨的间隙为不大于 0.03mm，通常导轨板的上下两端间隙较大，所 以塞尺塞入深度在 30mm 以上，所测的值才正确。(注：0.03mm 塞尺不入。) 3.3 调节机构的特点 滑块的运动为上下往复运动，滑块的条件机构是调节压力机的装模高度的。 调节机构需要能快速停止，正确定位。JH31-315 压力机采用蜗轮蜗杆减速器作 为调节机构的减速器。蜗轮蜗杆减速器由于结构紧凑,效率比高,传递运动准确 可靠，使用维护简单，并可成批生产，故在现代机器中应用很广。 电动机通过联轴器和蜗轮蜗杆二级减速器连接。电动机接通后，通过减速 器带动上球头，上球头通过一个销子带动球头螺杆转动。 图 3-2 蜗轮蜗杆二级减速器示意图 3.4 液压过载保护装置 液压过载保护装置能自动检测机床滑块内部油压缸的油压，当油压不足时， 可以快速补足压力，以保持机床正常工作能力；当机床误冲时产生的超载现象， 或者在冲压过程中由于板料厚度不均匀而引起的超载现象时，可以瞬间卸荷， 以保护机床零件和模具的使用寿命。液压过载保护器是由增压缸、压力卸荷阀、 感应开关等三部分组成。 滑块内部的液压垫厚度为 10mm。 图 3-3 液压过载示意图 液压过载保护装置运转前准备 （1）检查油量，看油泵的油标是否显示有油，如油量不足，则请打开注油 口的螺丝，加油。 （2）确认空气压力表的压力是否正常。 （3）过载保护装置的电源关、开切换开关，切换到开位置，超载的指示灯 点亮。 （4）如滑块停止上死点，则油泵开始作动，1 分钟内油压到达设定压力时， 油泵则停止，同时超载指示灯熄灭。 （5）液压过载保护装置油压垫中空气的排除 油压垫如有空气混入，液压过载保护装置的功能就无法充分发挥，甚至于 会造成油泵运转不停。 排除空气的方法： （1）将滑块停于上死点位置。 （2）为了安全起见，将主电动机停止，飞轮完全静止后，将滑块体后面液 压过载保护装置的排油孔螺丝用内六角板手逆转半圈，此时会有油流出来。 （3）查看所流出来的油，若是断断续续，或混杂泡沫，则表示有空气混入， 请等到所流出来的油不再是断断续续，或不杂有泡沫时，将排油孔螺丝上紧。 检查泵和油箱端面贴合是否漏气，检查进油管是否漏气。 （4）完成。 图 3-1 过载泵 液压过载保护装置过载保护的复位： （1）运转切换开关切换于“寸动“位置，使滑块运转至上死点的位置。 （2）当滑块上升至上死点位置，大约一分钟后安全保护装置复位，油泵补 油停止。 4 电动机的选择 4.1 电动机类型的选择 电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化产品。机械设计中需要根 据工作机的工作情况和运动，动力参数，合理地选择电动机类型，结构形式， 传递的功率和转速,确定电动机的型号。 电动机有交流电动机和直流电动机之分,工业上常采用交流电动机。交流电 动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种， 其中以普通笼型异步电动机应用最广泛。如无特殊需要,一般优先选用 Y 系列笼 型三相异步电动机，因其具有高效，节能，噪音小，振动小，安全可靠的特点, 且安装尺寸和功率等级符合国际标准,适用于无特殊要求的各种机械设备。 根据工作场地的要求:每天三班制工作，载荷中有中度冲击，工作环境清洁,室 内，三相交流电源。选择电动机为 Y 系列 380V 三相笼型异步电动机。 4.2 功率的计算 电动机的功率选择是否合适将直接影响到电动机的工作性能和经济性能。 如果选用额定功率小于工作机所要求的功率,就不能保证工作机正常工作,甚至 使电动机长期过载而过早损坏,如果选用额定功率大于工作机所需要的功率,则 电动机价格高,功率未得到充分的利用,从而增加电能的消耗,造成浪费。 在设计过程中,由于滑块调节机构一般为偶尔运转,载荷不变或很少变化的, 并且传递功率较小，故只需使电动机的额定功率等于或大于电动机的实际输出 功率,即。这样电动机在工作时就不会过热,一般不需要对电动机进行热 ed P d P 平衡计算和校核启动力矩。 4.2.1 调节机构（连接器）传动效率 传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即 = 式(4.1) 1 2 3 n 其中:分别为每一传动副,每对轴承,每个连轴器的效率.传动副的效率数值 可按下列选取,轴承及连轴器效率的概略值为: 滚动轴承 0.98-0.995 滑动轴承 0.97-0.99 弹性连轴器 0.99-0.995 齿轮连轴器 0.99 万向连轴器 0.97-0.98 整个机构的传动效率为： =0.990.980.800.980.800.99=0.50 总 4 2 3 2 21 式中 ，分别为联轴器，轴承，蜗杆蜗轮传动和上球碗对 1 2 3 4 球头螺杆的传动效率。 4.2.2 电动机额定功率计算 合理地确定电动机的功率，即可以充分发挥电动机的能力，又可以节约电 能。 鼠笼式电动机的过载系数为 K=1.8-2。为了不使电动机经常出现闷车，在功 率计算中，取 K=1.36。 图 4-1 鼠笼电动机机械特性 滑块的运动为上下往复运动，滑块调节机构是调节压力机的装模高度的。 调节机构需要能快速停止，准确定位。根据资料，滑块设计重量为 5701Kg，球 头螺杆线转速为 0.03 米/秒，闭式蜗轮蜗杆传动。螺杆在转动时受到摩擦阻力， 由于滑块两端有平衡缸提起，蜗轮箱内润滑良好，查阅相关资料知道。005 . 0 f 摩擦阻力为 F=Mg=28505N f 电动机的工作功率为： 式(4.2) 1.71 1000 FV KWP 总 球体螺杆的转速为： 式min/19 . 2 260 03 . 0 100060100060 r D v n (4.3) 蜗轮蜗杆的一般传动比为 10-80，考虑到闭式和工作载荷，选择一般传动比 为 10 到 30，故电动机转速的可选范围为 i r/min)1971219()3010( ind 4.3 确定电动机型号 容量相同的同类电动机,有几种不同的转速系列供使用者选择,如三相异步 电动机常用的有四种同步转速,即 3000,1500,1000,750r/min(相应的电动机定 子绕组的极对数为 2,4,6,8)。同步转速为由电流频率与极对数而定的磁场转速,电 动机空转时才可能达到同步转速,负载时的转速都低于同步转速。 为了合理的设计传动装置，根据工作机的主轴转速要求和各传动比范围， 可推算出电动机装速的可选范围，其中包括电动机可选转速范围，传动装置总 传动比的合理范围，以及工作机主轴转速。 选定电动机类型,结构,对电动机可选的转速进行比较,选定电动机转速并计 算出所需容量后,即可在电动机产品目录中查出所要的电动机。 我国电机产品型号的编制方法是按国家标准 GB4831-84电机产品型号编 制方法实施的，即有汉语拼音字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成。 三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较 繁多。 表 4-1 常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合 型号 序号名称 新老 机座号与功 率范围 结构特点应用场合 1 小型三相 异步电动 机（封闭 式） Y2 (IP55) Y(IP44 ) JO2 JO H80355 0.75315KW 外壳为封闭式，可防止灰 尘、水滴浸入。Y2 为 F 级 绝缘，Y 为 B 级绝缘，JO2 为 E 级绝缘 用于无特殊要求 的各种机械设备, 如:金属切削机 床、水泵、鼓风 机、运输机械等 2 小型三项 异步电动 机（防护 式） Y (IP23) J2.J H160315 11250KW 外壳为防护式，能防止直 径大于 12mm 的杂物或水滴 与垂直线成 60角进入电 动机 适用于运行时间 长、负荷率较高 的各种机械设备 3 高效三相 异步电动 机 YX (IP44) H100280 1.590KW 用冷轧硅钢片及新工艺降 低电动机损耗，效率较 Y 基本系列平均高 3% 适用于重载启动 的场合,如起重 设备、卷扬机、 压缩机、泵类等 4 绕线型三 相异步电 动机 YR(IP44) (IP23) JRO2 JR2 H132280 475KW 转子为绕线型，可通过转 子外接电阻获得大的启动 转矩及在一定范围内分级 调节电动机转速 5 变频多速 三相异步 电动机 YD (IP44) JDO2 H80280 0.5590KW 在 Y 基本系列上派生，利 用多套定子绕组接法来达 到电动机的变速 适合于万能、组 合、专用切削机 床及需多级调速 的传动机构 6 高转差率 三相异步 电动机 YH (IP44) JHO2 H80280 0.5590KW 在 Y 系列上派生，用转子 深槽及高电阻率转子导体 结构、堵转转矩大，转差 率高，堵转电流小，机械 特性软，能承受冲击负载 用于传动飞轮力 矩较大及不均匀 冲击负载，如锤 击机、剪切机、 冲压机、锻冶机 等 7 电磁调速 三相异步 电动机 YCTJZT H112335 0.5590KW 由 Y 系列电动机与电磁离 合器组合而成。为恒转矩 无级调速电动机 用于恒转速无级 调速场合，尤适 用于风机、水泵 等负载 8 电磁制动 三相异步 电动机 YEJ H80225 0.5545KW 在 Y 系列电动机一端加直 流圆盘制动器组合而成， 能快速停止，正确定位 用于升降机械、 运输、包装、建 筑、食品、木工 机械等 9 增安型三 相异步电 动机 YAJAO2 H80280 0.5575KW 在 Y 基本系列上对结构及 防护上加强措施 适用于有爆炸危 险的场合 10 隔爆型三 相异步电 动机 YBBJO2 H80315 0.55220KW 在 Y 基本系列上派生，按 隔爆标准规定生产 用于煤矿及有可 燃性气体的工厂 11 户外型三 相异步电 动机 Y-WJO2-W 12 防护型三 相异步电 动机 Y-FJO2-F 13 户外防腐 型三相异 步电动机 Y-WFJO2-WF H80315 0.55160KW 在 Y 基本系列上派生，采 取加强结构密封和材料、 工艺防腐措施。Y-W 用于户 外机械，Y-F 用于有化学腐 蚀介质的机械，Y-WF 用于 户外有化学腐蚀的各种机 械 用于石油、化工、 化肥、制药、印 染等企业用水泵、 油泵、鼓风机、 排风扇等机械设 备上 14 船用三相 异步电动 机 Y-HJO2-H H80315 0.55220KW 在 Y 基本系列上派生，按 船上使用特点制造 用于海洋、江河 船舶上的各种机 械，如泵、通风 机、分离器、液 压机械等 15 起重冶金 用三相异 步电动机 YZ YZR JZ2 JZR2 YZ 系列： H112250 1.530kw YZR 系列： H225400 1.5200KW YZ 为笼型转子，YZR 为绕 线转子，环境温度为 40 时用 F 级绝缘，为 60时 用 H 级绝缘，同步转速有 1000、750、600r/min 三种， 工作制为 S3S5 用于各种起重机 械及冶金辅助设 备的电力传动上 16 换向器三 相异步电 动机 JZS2JZS H225475 3/1160/53 .3KW 为恒转矩交流调速电动机， 调速比通常为 3：1.本系列 电动机效率高、功率因数 较高，无级调速 用于印染、印刷、 造纸、橡胶、制 糖、制塑机械及 试验设备机械中 17 力矩三相 异步电动 机 YLJJLJ H63180 输出转矩： IP21 2200Nm IP44 0.325 Nm YLJ 系列电动机的机械特性 是通过增加转子电阻来实 现的。其中 IP44 防护结构 加装离心鼓风机进行强迫 通风 用于造纸、电线 电缆、印染、橡 胶等部门作卷绕、 开卷、堵转和调 速等设备的动力 18 电梯用三 相异步电 动机 YTDJTD H200250 0.6722KW 笼型转子，定子绕组有两 套，分别为 6 极和 24 极 用于交流客、货 电梯及其他升降 机械 19 激振三相 异步电动 机 YJZ YZ0 激振力各为： 1100KN 1100KN 通过安装在转轴两侧的偏 心块在旋转时产生离心力 做激振源 用于各类振动机 械 20 夯实三相 异步电动 机 YZH H145155 2.24KW 与可逆式电动振动实现夯 实机配套使用 用于建筑行业及 其他夯实作业上 21 辊道用三 相异步电 动机 YGJG2 H112225 堵转转矩： 16800 Nm 为 IP54 防护，采用 H 级绝 缘 用于冶金工业的 工作辊道驱动 22 制冷用耐 氟里昂三 相异步电 动机 YSR(三相) YLRB(单 相) 0.6180kw 电机绝缘材料及绝缘结构 能保证在制冷机和冷冻机 的混合物中安全可靠地使 用 供全封闭和半封 闭制冷压缩机特 殊配套用 23 交流变频 调速三相 异步电动 机 YVP YTP 0.554.5kw 0.7590kw 笼型转子带轴流风机低速 时能输出恒转矩，调速效 果好，节能效果明显 用于恒转矩调速 和驱动风机、水 泵等递减转矩场 合 24 船用起重 三相异步 电动机 YZ-H 分单速、双 速、三速等 机壳由钢板焊成，采用 ZYZ 型直流圆盘式电磁制动器 用于各类船舶作 短时定额的甲板 机械电力拖动， 如锚机、绞盘机、 绞车等 25 井用潜水 三相异步 电动机 YQS2JQS 进径 150300mm 3185kw 充水式密封结构，与潜水 泵组合，立式运行，电动 机外径尺寸小，细长 专用于驱动井下 水泵，可潜入井 下水中工作，汲 取地下水 考虑到滑块的调节机构要求能快速停止，正确定位等特点，故选择 YEJ 电 磁制动三相异步电动机。它在 Y 系列电动机一端加直流圆盘制动器组合而成， 能快速停止，正确定位，非常符合本次设计的要求。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格等等，所选电机的型号和 性能见下表。 表 4-2 所选电机的型号和性能 型号额定功率 KW转速 r/min YEJ100L1-22.21420 故减速器总的传动比为。 取。 4 . 548 19 . 2 1420 总 i540 总 i 5 蜗轮蜗杆减速器设计 5.1 计算传动装置的运动参数 因为总的.而减速器按照蜗轮蜗杆闭式传动布置，考虑润滑条件,540 总 i 由蜗轮蜗杆二级减速器传动比分配资料查得 i =30,则。 1 18i2 为进行传动件的设计计算,要推算出各轴的转速和转矩(或功率)。如将传动 装置各轴由高速至低速依次定为,轴。 i , i 为相邻两轴间的传动比； 01 ,为相邻两轴间的传动效率； 01 12 P ,P为各轴的输入功率(KW)； T ,T为各轴的输入转矩(Nm)； n ,n为各轴的转速()； minr 则可按电动机至工作机运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数。 图 5-1 连接器结构示意图 各轴的转速： 1 =1420nn电动机r/ m i n 2 1 = i n n 11420 =47. 33r/ m i n 30 3 2 = i n n 247. 33=2. 63r/ m i n 18 各轴的输入功率： 101=2.2 0.99PP电动机=2. 17KW 212=2.17 0.98 0.80PP1=1. 70KW 323=1.70 0.98 0.80PP2=1. 34KW 各轴的输入转矩为： 式 95509550 2.2 = 1420 P T n 电动机 电动机 电动机 =14. 80N m (5.1) 01=14.80 1 0.99TTi 1电动机1=14. 65N m 112=14.65 30 0.98 0.8TTi22=344. 57N m 223=344.57 18 0.98 0.8TTi33=4862. 57N m 表 5-1 各轴的相关参数 轴功率（KW）转矩（）N m转速（r/min）传动比 电动机 2.214.801420 12.1714.561420 21.70344.5747.33 31.344862.572.63 1 30 18 5.2 蜗轮蜗杆的设计 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮-蜗轮传动 所组成的独立部件，常在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场 合下也用作增速的传动的传动装置。蜗轮蜗杆减速器由于结构紧凑,效率较高, 传递运动准确可靠，使用维护简单，并可成批生产，故在现代机器中应用很广。 减速器类型很多，有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，蜗杆减速器等。 5.2.1 第一级蜗轮蜗杆的设计和计算 选用蜗轮蜗杆的原因是因为它结构紧凑，工作平稳，无噪声，冲击振动小 而且能够得到很大的单级传动比（由于其需要的总传动比为 128 比较大）选用 的是圆柱蜗杆传动。 1)选/a值 1d 当量摩擦系数: 假设 Vs=4-7m/s 查表 13.6 知 取其中间值 当量摩擦系数： =0.06 当量摩擦角： =3.2 v 选取/a值： 在图 13.11 上传动比为 20 的线上去一点查：1d 导程角： =(z=1)1811 动啮合效率：y=0.8 2)中心距的计算 蜗轮转矩： 式112=14.56 30 0.98 0.8TTi22=344. 57N m (5.2) =344.572TN m 使用系数： 查表 12.9（电动机均匀平稳，工作机轻微冲击） 取 Ka=1.25 弹性系数： 根据蜗轮蜗杆副查表 13.2 得 Mp147eZ a 转速系数 Zn= 式 8 2(/8 1)nZn 8 (47.33/8 1) (5.3) Zn=1.27 寿命系数 =1.27 式 6 (25000/6000)hZ (5.4) =1.27hZ 接触系数 由图 13.12I 线查得 =2.5pZ 接触疲劳极限 查表 13.12I 线查得 =265MPa limH 接触疲劳最小安全系数 自定 =1.3 limS 中心距 式 2 3 2limlim(/) )aenhHaKTzZSZZ (5.5) = 2 3 147 2.5 1.3 (1.25 344570 () ) 1.13 1.27 265 a=100mm 3)传动基本尺寸 蜗杆头数 = 式1(72.4)/Zan(72.4100)/1420 (5.6) =0.21 取=11Z 蜗轮齿数 式2111 3030ZZi (5.7) =302Z 模数 m=(1.4-1.7)a/ =(1.4-1.7)100/30=5.625 式2Z (5.8) 取 m=5 蜗杆分度圆直径 = /aa=0.5100=50 1d1dlim1H 根据机械设计 查表 13.4 得知 取 =501d 蜗轮分度圆直径 d(2)=mZ(2)=530=150 式 (5.9) =1502d 导程角 tan=Z(1)m/d(1)=15/50 式 (5.10) =20 蜗轮宽度 式 11 22(0.51)2 5 (0.51) dd bm mm (5.11) =50.25 取=50 2b 蜗杆圆周速度 式 11 1 60 1000 dn V (5.12) = 50 1420 60 1000 =4.1m/s1V 相对滑动速度 式s1=V /cosV (5.13) =4.1/cos20 =10.05m/ssV 当量摩擦系数 由表 13.6 查得 =0.6m/svu 4)齿面接触疲劳强度计算 许用接触应力 式 lim lim H hnh h ZZ S (5.14) =1.131.27265/1.3=266.7Mpa =266.7Mpah 最大接触应力 式 2 3 a he KT ZZ a (5.15) = 3 3147 2.5 (1.25 344570)/100 =247.9Mpah 因为 hhD 因此 合格1fd 第二级蜗杆轴分析与强度校核与上面的方法相同，经验算合格。 6 轴承和键的选用和计算 6.1 轴承的选用和强度的校核 第一级蜗杆轴上轴承的选用和计算 由于蜗杆上同时受有轴向力和径向力且机器受有较大的力矩负荷所以选用 圆锥滚子轴承其特点为 1. 可同时承受以径向符合为主的径向和轴向载荷。 2. 不宜用来承受纯轴向负荷。当成对配置使用时，可以承受纯径向负荷， 可调整径向和轴向间隙 3. 可以限制轴的一个方向的轴向位移。 轴承的选择：由于选用圆锥