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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘要摘要 开式曲柄压力机是板料冲压生产中的主要设备，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、 浅拉伸和成型等工序，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、缝纫机、医疗器械、日用五金等部门中。在中、小型压力 机中，开式压力机得到了广泛的发展，目前在我国机器制造业中，开式曲柄压力机的年 产量约占整个锻压机械年产量的 49.5%，而在通用曲柄压力机的生产中约占 95%。 关键词关键词：压力机；曲柄滑块机构；机械制造； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Abstract Open front mechanical power presses sheet metal stamping production is the main equipment, can be used for punching, blanking, trimming, bending, shallow tensile and molding process, and widely used in national defense, aerospace, automotive, tractor, motor, electric appliance, bearings, instrument, agricultural machinery, tools, bicycles, sewing machines, medical equipment, daily hardware and other departments. In the medium and small press, open press a wide range of development, at present in our country in manufacturing machines, off the output of crank press accounts for about 49.5% of the whole forging machinery production, and in general crank press in the production of about 95%. Keywords: press; Slider-crank mechanism; Mechanical manufacturing; 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目目 录录 摘要 Abstract 1 绪论 1 1.1 锻压机械设备简介及其发展过程 . 1 1.2 曲柄压力机的发展和特点 . 2 1.3 曲柄压力机的基本参数 . 3 1.4 曲柄压力机的工作原理 . 4 1.5 曲柄压力机的反求设计与改型 . 5 1.5.1 反求设计 5 1.5.2 开式压力机的改进 6 2 电动机的选择和飞轮设计 . 9 2.1 压力机电力拖动特点 . 9 2.2 电动机的选择 . 9 2.2.1 选择电动机的类型 9 2.2.2 选择电动机的功率 . 10 2.2.3 确定电动机的转速 . 11 2.2.4 计算总传动比和分配传动比 . 11 2.2.5 计算传动装置的运动和动力参数 . 11 2.3 飞轮转动惯量及尺寸计算 12 2.3.1 压力机一次工作循环所消耗的能量 . 12 2.3.2 飞轮转动惯量计算 . 16 2.3.3 飞轮尺寸计算 . 17 2.3.4 飞轮轮缘线速度验算 . 17 2.3.5 飞轮起动时间核算 . 18 3 机械传动系统 . 19 3.1 传动系统的类型及系统分析 19 3.1.1 传动系统类型 . 19 3.1.2 传动系统的布置方式 . 19 3.1.3 离合器和制动器的位置 . 20 3.1.4 传动级数和各级传动比的分配 . 20 3.2 三角皮带传动设计 21 3.3 齿轮传动的设计 24 3.3.1 选择齿轮材料、热处理、齿轮精度等级和齿数 . 24 3.3.2 开式齿轮按齿轮弯曲疲劳强度设计 . 24 3.4 转轴的设计 26 3.4.1 轴的概述 . 26 3.4.2JG23-40 开式曲柄压力机的转轴设计 27 3.5 平键连杆 30 4 曲柄滑块机构 . 32 4.1 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析 32 4.2 曲柄轴的设计计算 34 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.2.1 曲轴的结构示意图 . 34 4.2.2 曲轴强度设计计算 . 34 4.2.3 曲轴刚度计算 . 36 4.3 连杆和封闭高度调节装置 37 4.3.1 连杆和封闭高度调节装置的结构 . 37 4.3.2 连杆的计算 . 37 4.3.3 连杆及球头调节螺杆的强度计算 . 38 4.3.4 调节螺杆的螺纹 . 40 4.3.5 调节螺杆的螺纹计算 . 40 4.3.6 连杆上的紧固螺栓 . 40 4.4 曲柄滑块机构中的滑动轴承 41 4.4.1 滑动轴承的结构 . 41 4.4.2 滑动轴承的润滑及轴瓦结构 . 41 4.4.3 滑动轴承的计算 . 41 4.5 曲柄滑块机构中的滚动轴承 43 4.5.1 滚动轴承概述 . 43 4.5.2 滚动轴承型号选择 . 43 5 离合器与制动器 . 45 5.1 离合器与制动器的作用原理 45 5.2 离合器的设计 46 5.2.1 离合器的类型、工作特性及其选用原则 . 46 5.2.2 双转键离合器的结构 . 47 5.3 制动器的设计 49 5.3.1 制动器的类型、工作特性及其选用原则 . 49 5.3.2 带式制动器的结构 . 50 6 机身设计 . 50 6.1 机身结构 51 6.2 身计算 . 52 7 过载保护装置设计 55 7.1 剪切破坏式过载保护装置的结构 55 7.2 剪切块的设计计算 56 8 润滑系统 . 58 8.1 曲柄压力机常用润滑剂 58 8.1.1 稀油润滑 58 8.1.2 干油润滑 59 小结 60 致谢 61 参 考 文 献 . 62 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 绪论 1.1 锻压机械设备简介及其发展过程 人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最 古老的锻压机械。14 世纪出现了水力落锤。1516 世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁 锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18 世纪出现了蒸汽机和火车（见机车） ，因而需要更 大的锻件。1842 年英国的 J.内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的 时代。 1795 年英国的 J.布拉默发明水压机，但直到 19 世纪中叶由于大锻件的需要才应用 于锻造。随着电动机的发明，19 世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获 得迅速发展。第二次世界大战以来，750000 千牛的模锻水压机、1500 千焦的对击锤、 60000 千牛的板料冲压压力机、 160000 千牛的热模锻压力机等重型锻压机械和一些自动 冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。 20 世纪 60 年代以后，锻压机械改变了从 19 世纪开始的向重型和大型方向发展的 趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出现了每 分种行程 2000 次的高速压力机、60000 千牛的三坐标多工位压力机，25000 千牛的精 密冲裁压力机，能冷镦直径为 48 毫米钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机、自动生 产线等。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操 作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良 好的劳动条件，环境污染很小。 随着大型多工位压力机的技术成熟和实用化，大型多工位压力机开始替代单动压力 机进入自动冲压生产线，代表了先进的组合方式。大型多工位压力机自动冲压生产线， 经历了三个阶段的完善与发展。 较原始的组合是，一台双动拉深压力机与一台单动大型多工位压力机为主机，二者 之间配备一套翻转装置和同步装置，提高了生产节拍，减少了占地面积。此后，带双动 拉深工位的多工位压力机问世，催生了第二代自动冲压生产线。第二代生产线仅以一台 带双动拉深工位的多工位压力机为主机，在其前后分别配备拆垛装置和码垛装置，便组 成了一条自动冲压生产线，配置大为简化。此类多工位压力机多为四柱三滑块结构，第 一工位是双动拉深工位，其余工位为单动冲压工位。由于拉深工位采取了反向拉深的方 式，从而避免了工件的翻转，因此不需要翻转装置，使生产率进一步提高，占地面积进 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 一步减小。第三阶段，出现了带数控液压气垫的大型多工位压力机，抛弃了传统的双动 拉深工艺理念，真正将拉深与其他冲压工艺组合到一台压力机上完成。自动冲压生产线 的主机是带数控液压气垫的多工位压力机，主机前后配备拆垛装置和码垛装置。数控液 压气垫是该类生产线的技术核心，气垫通过四角控制，可调节拉深工件的压边力，从而 实现单动深拉深。由于采用数控液压气垫使单动压力机代替了传统的双动压力机，简化 了压力机的结构，取消了生产线中的翻转装置，实现了压边力的优化控制，提高了拉深 件的质量，降低了工件的废品率。从技术角度上讲，带数控液压气垫的大型多工位压力 机自动冲压生产线，代表了自动冲压生产线的最高水平。但是，由于造价、技术及应用 等诸多方面的因素，大型冲压生产线多样化组合的局面还将长期存在。 1.2 曲柄压力机的发展和特点 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。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，我们已经可以制造万吨级以上的热模锻压力机以及其他各种型号的 压力机，利用其可以提高生产效率，大大改善劳动条件，比如，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。我国与工业先进的 国家比较，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，以缩小与工 业先进国家的差距。 开式压力机因为具有开式机身，与闭式压力机相比有其突出的优点，工作台在三个 方向是敞开的， 装、 模具和操作都比较方便， 同时为机械化和自动化提供了良好的条件。 但是，开式压力机也有其缺点，由于机身呈 C 型，工作是变形较大，刚性较差，这不但 会降低制品精度，而且由于机身有角变形会使上模轴心线与工作台面不垂直，以至破坏 了上、模具间隙的均匀性，降低模具的使用寿命。 由于开式曲柄压力机使用上最方便，因而被广泛采用。它是板料冲压生产中的主要 设备，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成型等工序，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、缝纫机、医疗器 械、日用五金等部门中。在中、小型压力机中，开式压力机得到了广泛的发展，目前在 我国机器制造业中，开式曲柄压力机的年产量约占整个锻压机械年产量的 49.5%，而在 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 通用曲柄压力机的生产中约占 95%。 1.3 曲柄压力机的基本参数 图 1-1 JH23-40 开式压力机 曲柄压力机的基本参数，决定了它的工艺性能和应用范围，同时也是设计压力机的 重要依据。 1. 公称压力 公称压力是压力机的主参数，是指滑块离下死点前某一特定距离或 曲柄旋转到离下死点前某一特定角度时，滑块上所容许承受的最大作用力。F=400kN 2. 滑块行程 滑块行程是指滑块从上死点到下死点所经过的距离，它是曲柄半径 的两倍，或是偏心齿轮、偏心轴销偏心距的两倍，它的大小随工艺用途和公称压力的不 同而不同。S=90mm 3. 滑块行程次数 它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往 复的次数，滑块行程次数的高低反映了压力机冲压的生产效率。n=80 次/分 4压力机装模高度和封闭高度 庄某高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工 作垫板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大 值，称为最大装模高度。上下模具的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。装模高度 调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。所谓封闭高度是指滑块在下死点时， 滑块下表面到工作台上表面的距离。它和装模高度之差恰是垫板的厚度。 JH23-40 压力机的最大封闭高度为 300mm；封闭高度调节量为 80mm。 5压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸：压力机工作台面尺寸AB及滑块底面尺 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 寸JK是与模座平面尺寸有关的工艺尺寸，它反映了压力机工作台面与滑块底面的长 度和宽度尺寸，表示压力机允许安装模具的水平尺寸大小。 JH23-40 压力机的工作台尺寸：左右为 630mm（AB） ，前后为 420mm； JH23-40 压力机的滑块底面尺寸：左右为 300mm（JK） ，前后为 230mm。 6. 喉口深度 C： 滑块中心线至床身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。 JH23-40 压力机的喉口深度为 220mm。 7. 工作台孔尺寸：工作台孔用于落料或安装气垫装置。 JH23-40 压力机的工作台孔尺寸：前后为 150mm，左右为 300mm，直径为 200mm。 8模柄孔尺寸：中小型压力机的滑块底面都设有模柄孔，它是用于安装固定上模 和确定模具压力中心的。当模具用模柄与滑块相连时，滑块模柄孔的直径和深度应与模 具模柄尺寸相协调。中小型压力机模柄孔的形状有圆柱形和方柱形。 JH23-40 压力机的模柄孔尺寸：直径为 50mm，深度为 70mm。 9、立柱间距离：立柱间距离是指双柱式压力机两个立柱内侧表面的距离。对于开 式压力机，立柱间距离尺寸直接影响由前向后送料时条料的宽度，以及冲压接料机构的 尺寸和安装位置。 JH23-40 压力机的立柱间距离为 300mm。 10倾斜角 ：倾斜角是指可倾式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 间向压力机后方排除。 JH23-40 压力机机身最大可倾角为 30。 公称压力 400kN 滑块行程 90mm 滑块行程次数 80 次/分 最大封闭高度 300mm 封闭高度调节量 80mm 工作台尺寸 （630420）mm 滑块底面尺寸 （300230）mm 喉口深度 C 220mm 工作台孔尺寸 （150300200）mm 模柄孔尺寸 （5070）mm 立柱间距离 300mm 倾斜角 30 表 1-1 技术参数 1.4 曲柄压力机的工作原理 如图 1-2 所示是曲柄压力机的工作原理图。其工作原理如下：电动机 1 通过三角皮 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 带将运动传给大皮带轮 3，再经过齿轮 4、5 把运动传给曲柄 7，通过连杆 9 转换为滑块 10 的往复直线运动，因此，就将齿轮的旋转运动变成了滑块的往复运动。上模装在滑块 10 上，下模装在工作台 14 上。当材料放在上、下模之间时，即能进行冲裁或其他变形 工艺，制成工件。由于工艺操作的需要，滑块时而运动，时而停止，因此装有离合器 6 和制动器 8。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，即有负荷的工作时间 很短，大部分时间为无负荷的空程。为了使电动机的负荷均匀，有效地利用能量，因而 装有飞轮，大皮带轮 3 即起飞轮作用。 图 1-2 曲柄压力机的工作原理图 1-电动机；2-小带轮；3-大皮带轮；4-小齿轮；5-大齿轮；6-离合器；7-曲柄；8-制动器； 9-连杆；10-滑块；11-上模；12-下模；13-垫板；14-工作台；15-导轨；16-机身 1.5 曲柄压力机的反求设计与改型 1.5.1 反求设计 反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参 数、结构、尺寸、材料、关键技术等指标，再根据现代设计理论与方法，对原产品进行 仿造设计、改进设计或创新设计的过程，称为反求设计。反求设计已成为世界各国发展 科学技术、开发新产品的重要设计方法之一。 反求设计一般有 3 种形式 1、仿造设计 完全按照引进的产品或技术进行设计，制造的产品与引入产品相同。 一些技术力量和经济力量比较薄弱的厂家、且引进的产品相对先进时，常采用仿造设计 的方法。 2、改进设计 在对原产品分析研究的基础上，进行局部的改造性设计，其性能与 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 特征基本上同原产品， 但局部性能有所改善。 我国的大部分厂家都采取了这种反求设计。 3、创新设计 以原产品为基础，充分运用创新的设计思维与创新技法，设计、制 造出优于原产品的新产品。反求工程中的创新设计是我国及其他发展中国家目前大力提 倡的方法。 在已知机械设备的反求设计中，因存在具体的机械实物，故又称实物反求设计，也 有人称硬件反求设计。硬件反求设计是常用的设计方法。 机械设备的反求设计有如下特点： 1、具有形象直观的实物，有利于形象思维。 2、可对产品或设备的性能直接进行测试与分析，能获得详细的设计资料。 3、可对产品或设备的零件尺寸、结构、材料等直接进行测量与分析，能够获得非 常重要的尺寸设计资料。 4、反求目的是仿制时，缩短了设计周期，提高了产品的生产起点与速度。 5、仿制产品与引进产品有可比性，有利于提高仿制产品的质量。 6、在仿制的基础上加以改进或创新，为开发新产品提供了有利条件。 机械设备反求设计的一般过程： 机械零件的反求设计是部件反求的组成部分，而部件反求设计的内容又是整机反求 设计中的内容。因此，设备的反求设计过程具有一般性。其反求设计的一般过程流程如 图 1-2 所示。 图 1-2 机械设备反求设计过程的流程图 本次设计是针对现有的某公司的JH23-40 型400kN开式曲柄压力机来反求分析确定 有关工艺和结构参数，载荷和工况选定，结构设计等。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1.5.2 开式压力机结构的改进 开式压力机与板料开卷校平线、上下料机械手组成的自动化冲压生产线，使冲压件 的生产效率、质量大大提高。作为生产线中的主机的开式机械压力机，必须保证无故障 发生，否则将会影响整个生产过程。 开式压力机经过多年的发展变化，其结构性能已日趋成熟。为适应自动化冲压生产 线的需要， 仍有许多问题有待于科技人员攻关解决。 现介绍一下开式压力机制动角超差、 机身刚度、整机精度等问题。 1、制动角问题的改进 从发出“制动”信号开始到滑块完全停止，曲轴所转过的角度称为制动角。制动器 的制动角是考核压力机性能的主要指标。一般情况下，制动器制动扭矩的大小及排气快 慢是影响制动角的主要因素。因此，要解决制动器制动角超差问题，就要从这两方面入 手。原先将摩擦片铆装在制动器的摩擦圆盘上，经使用发现制动器的制动角一直居高不 下。后将铆装结构改为粘贴结构并对摩擦片表面进行加工，使其平整，从而解决了因结 构不合理而造成的制动角超差问题。 2、机身刚度的改进 现在的较大型开式单、双点压力机机身多为钢板焊接结构，刚度较高。并将空气管 路中的储气筒直接焊在机身左右内壁之间，即起到了筋板的作用，增加了刚度，又使结 构美观大方。在工作台与机身的交界处，设计为非直角连接（图 1-3） 。经采用有限元法 分析，这种结构虽然强度有所降低，但刚度较好，机身不会产生断裂和变形。 图 1-3 改进前后机身结构对比图 3、压力机精度的改善 经过试验，对开式压力机的曲轴定位方式进行了改进，原先是用铜套上的轴肩进行 轴向定位，后来在曲轴前端用 4 只螺钉固定一个挡板来定位。如图 1-4 所示。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 1-4 改进前后曲轴定位方式对比图 图中 A 为挡板，装配时，在 A 与曲轴前端之间垫薄铜片，用以调整轴向间隙。与原 来的定位方式相比，该方式滑块在轴向不窜动。使压力机精度得以改善，且安装、维修 方便，成本降低。 4、压力机外观的改进 以前压力机的空气管路多用硬管连接，管路在机身内壁绕来绕去错综复杂，很是杂 乱。现在改用软管连接，所有软管集中在一起，用一个罩子罩住，使机身内壁显得干净 简洁。另外，机身外面的一些覆盖件如罩子、盖板等，现在大多改为玻璃钢材料，使压 力机显得美观，同时又降低了噪声，减轻了压力机的重量，且维修方便，成本降低。 5、压力机误发信号的改进 压力机在冲压工作过程中产生的振动，导致空气管路中的压力继电器误发信号，这 给生产带来了很大的危险。经过反复试验和比较，最终选用了一种减振效果好、外形美 观的减振螺栓。用减振螺栓把压力继电器与安装板固定在一起，然后再用减振螺栓把安 装板固定在机身上，减振螺栓上的减震垫起缓冲作用，这样压力继电器就不再误发信号 了。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 电动机的选择和飞轮设计 2.1 压力机电力拖动特点 压力机工作过程中，作用在滑块上的负荷是剧增和剧减的周期交替变化着，并且有 很短的高峰负载时间和较长的空载时间，若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率， 则其功率将会很大。 为了减小电动机的功率，在传动系统中设置了飞轮。当滑块不动时，电动机带动飞 轮旋转，使其储备能量，而在冲压工作的瞬时，主要靠飞轮释放能量。工件冲压完毕后 负载减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速 度。这样冲压工件所需的能量，不是直接由电动机供给，而是主要由飞轮供给，所以电 动机所需的功率便可大大减小。 由于电动机的功率小于压力机工作行程的瞬时功率，所以在压力机进入工作行程 时，工作机构受到很大的阻力，电动机的负载增大，转差率随之增大。一旦电动机瞬时 转差率大于电动机临界转差率，电动机转矩反而下降，甚至迅速停止转动，这种现象称 为电动机颠覆。另一方面，电动机在超载条件下会严重发热。给电动机配置一个飞轮， 相当于增大了电动机转子的转动惯量。在曲柄压力机传到中，飞轮的惯性拖动的扭矩占 总扭矩的 85%以上，故没有飞轮电动机就不能正常工作。 飞轮是储存能量的，它的尺寸、质量和转速对能量有很大的影响。飞轮材料采用铸 铁或铸钢。由于飞轮转速过高会使飞轮破裂，因此铸铁飞轮圆周转速应小于或等于 25m/s，最高不超过 30m/s；铸钢飞轮圆周转速小于或等于 40m/s，最高不超过 50m/s。 另外，使用飞轮时还应注意两点：在下一个周期工作开始之前，电动机应能使飞轮 恢复到应有的转速；电动机带动飞轮起动的时间不得超过 20s。否则，如果时间太长， 由于电动机电流过大，线圈过热将加速绝缘老化，缩短电动机使用寿命，甚至会引起电 动机的烧毁或跳闸。 2.2 电动机的选择 2.2.1 选择电动机的类型 感应电动机又称异步电动机，具有结构简单、坚固、运行方便、可靠、容易控制与 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 维护、价格便宜等优点。因此在工作中的到广泛的应用。目前，开式曲柄压力机常用三 相鼠笼转子异步电动机。 JH23-40 的传动系统由皮带传动、齿轮传动、轴和轴承等组成。JH23-40 传动示意 图如图 2-1 所示。 图 2-1 传动示意图 此传动系统采用上传动，JH23-40 总传动比为： d n1470 =18.375 n80 采用刚性离合器，离合器将放在曲轴上。 2.2.22.2.2 选择电动机的功率 工作机所需的电动机输出功率为： d W P P （2-1） 1000 W W F P （2-2） 所以 d 1000 W F P （2-3） 由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 1234 = W （2-4） 式中 1 、 2 、 3 、 4 分别是联轴器、带传动、齿轮传动、滑动轴承的效率。取 1 =0.97、 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 =0.96、 3 =0.95、 4 =0.97，则 3 0.97 0.96 0.95 0.97 =0.81= W 所以 5 d 41 00 . 2 7 k1 3 3 . 3 k 1 0 0 01 0 0 00 . 8 1 W F PWW 为了减小电动机的功率，在传动系统中设置了飞轮。在曲柄压力机传动中，飞轮的 惯性拖动的扭矩占总扭矩的 85%以上，所以所需电动机的输出功率为 133.3kW15%=20kW 2.2.3 确定电动机的转速 曲轴的工作转速为 80r/min 按推荐的合理传动比范围，去 V 带传动的传动比 1=2 4i ，单级齿轮传动的传动比 2=3 5i ，则合理总传动比的范围=620i，故电动机转速的可选范围 wd=i nn =（620）80r/min=480r/min1600r/min （2-5） 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和压力机的传动比，选择电动 机的型号为 Y180L4，额定功率为 22kw，满载转速为 1470r/min。 2.2.4 计算总传动比和分配传动比 总传动比 m w n1470 =18.375 n80 i= （2-6） V 带的传动比 1=3.675 i ，齿轮传动的传动比 2 =5i 2.2.5 计算传动装置的运动和动力参数 （1）各轴转速 轴 m n =n =1470r/min 轴 1 n1470 =400r /min 3.675 n = i 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 曲轴 2 n400 =80r /min 5 n = i 曲 （2）各轴的输入功率 轴 01 d P=P=20 0.97=19.4kW 轴 1 224 P = P= P=1 9 . 40 . 9 60 . 9 7 =1 8 . 0 7 kW 曲轴 2 334 P =P=P=18.070.950.97 =16.65kW 曲 （3）各轴输入转矩 计算电动机轴的输出转矩 d d m 20 =9550=9550m=129.93m n1470 T P NN （2-7） 轴 d0 1d1 =1 2 9 . 9 30 . 9 7T =TTm=126.03mNN 轴 12 1 =126.03 3.675 0.96 0.97T =Tm=431.29miNN 曲轴 23 2 =431.29 5 0.95 0.97T =Tm=1987.17miNN 曲 运动和动力参数的计算结果如表 2-1 如下： 轴名 参数 电动机轴 轴 轴 曲轴 转速 n（r/min） 1470 1470 400 80 输入功率 P/kW 20 19.4 18.07 16.65 输入转矩 T/（Nm） 129.93 126.03 431.29 1987.17 传动比 i 3.675 5 效率 0.97 0.93 0.92 表 2-1 2.3 飞轮转动惯量及尺寸计算 2.3.1 压力机一次工作循环所消耗的能量 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 12345678 AAAAAAAAA （2-8） 式中 1 A工件变形功。 2 A气垫工作功，即压边时所需的功。 3 A工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量。 4 A工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量。 5 A压力机构向上、向下空行程所消耗的能量。 6 A单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量。 7 A单次行程离合器接合所消耗的能量。 8 A中间传动环节所消耗的能量。 下面分别叙述各项能量的计算。 1、 工作变形功 1 A 对不同的冲压工艺，在工作行程内工件变形力是变化的。 1 A=0.315 0 g P （2-9） 式中 g P压力机公称压力,KN 0 板料厚度,mm 经验公式，对慢速压力机 0 = g P4 . 0mm 所以 1=0.315 400 0.4 400 =1593.79AJJ 2、 拉延垫工作功 2 A 无气垫压紧装置，所以 2 A=0。 3、工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量 3 A 实际机器的曲柄滑块机构运动副之间， 存在着摩擦。 电动机在拖动曲柄滑块机构运动时， 为克服摩擦消耗能量。在工作行程时，曲柄滑块机构摩擦所消耗的能量 3 A，建议按下式 计算： gg PmA 0087. 0 3 （2-10） 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 式中， m曲柄滑块机构的摩擦当量力臂（mm） ， g P压力机公称压力（kN） 。 g 公称压力角（） ，30 g ； 所以 3 0.0087 9.3 400 30 =970.92AJJ 4、工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量 4 A 完成工序时，压力机受力系统产生的弹性变形是封闭高度增加，受力零件储藏变形 位能对于冲裁工序将引起能量损耗，损耗的多少与压力机刚度、被冲裁的零件材料性质 等有关。从偏于安全出发损耗的能量 4 A可按下式计算： 2/ 4cgY PA （2-11） 式中 c Y压力机总的垂直刚度（mm） 。 Hgc CPY/(mm) H C压力机垂直刚度,对于开式压力机400/ H CkN mm。 所以 2 2 g 4 400 =J=200 22 400 A H P J C 5、压力机构向上、向下空行程所消耗的能量 5 A 压力机空行程中能量消耗与压力机零件结构尺寸、表面加工质量、润滑情况、皮带 拉紧程度、制动器调整情况等有关。通过实验。通用压力机连续行程所消耗的平均功率 约为压力机额定功率的10 35%。 当压力机的公称压力为 400kN 时，推荐的空行程消耗能量为 500J。 6、 单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量 6 A 根据试验，压力机飞轮空转时电动机所消耗的功率约为压力机额定功率的 %30%6,刚性离合器一般安置在曲轴上，且常用滑动轴承。所以，对于具有刚性离合 器的开式曲柄压力机，此值偏高。 飞轮空转时所消耗的能量 nC NA n 1 ) 1 1 (61200 66 （2-12） 6 N飞轮空转消耗的功率。按推经验荐取值为 0.5KW。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 n压力机行程次数。 n C行程利用系数，4 . 0 n C。 所以 6 11 A =61200 0.5=573.75 0.480 J（-1） 压力机行程 次数 15 2040 4070 70100 200500 行程利用系 数 n C 0.70.85 0.50.65 0.450.55 0.350.45 0.20.4 表 2-2 行程利用系数 7、 单次行程离合器接合所消耗的能量 7 A 离合器为刚性离合器，不消耗能量。 7=0 A 8、中间传动环节所消耗的能量 8 A 在传递能量时，皮带、齿轮等中间环节因存在摩擦而引起能量损耗。中间环节所消耗的 能量 8 A，可按下式近似计算： 81212347 =AAAAAA1- （2-13） 式中 1 考虑到齿轮传动的效率。 1chzh =，其中： ch 齿轮啮合效率； zh 对轴承传动的效率。 2 考虑到皮带传动的效率。 2pish =，其中： pi 皮带效率； sh 对轴 承传动的效率。 8= 1 0.95 0.97 0.96 0.97 1593.79970.9220000 =392.31AJ 该设计压力机没有拉伸垫装置，具有刚性离合器的通用开式曲柄压力机。 按单次行程工作方式计算： 57123468 = =1593.79+0+970.92+200+500+573.75+0+392.31=4230.77J A AAAAAAAA 2.3.2 飞轮转动惯量计算 电动机选定后，设计飞轮。这时有两个假设： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1、 工作行程时所需能量全部由飞轮供应。 2、工序结束时，电机轴负载扭矩达到最大值，但不大于电机最大允许转矩。 实际上，冲压时电动机放出一部分能量，所以飞轮转动惯量应按下式计算： 2 (1) 360 g o fn e A JC （2-14） 式中 0 A工作行程时所需能量 01234 1593.790970.922002754.71AAAAAJ e 电动机在额定转速下飞轮的角速度 1 3.14 1470 41.87rad/s 30 30 3.675 e e n i 飞轮转速相对波动情况的转速不均匀系数 pi 2 e KSS （2-15） 其中 K实际电机系数， ed d 22 =1.1 20 P K P ； e S电机额定转差率，=0.06 e S； pi S电机轴到飞轮轴用三角皮带传动时，三角皮带的当量滑动系数， pi=0.04 S 为修正系数， 0.95 2 0.95 1.10.060.040.209 g 公称压力角（） ； n C压力机行程次数利用系数（%） 所以 2 2 302754.71 10.47.27 36041.870.209 f Jkg m 2.3.3 飞轮尺寸计算 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 根据求得的折算到飞轮轴上的转动惯量 f J设计飞轮。曲柄压力机上，一般飞轮形状 如图 2-2 所示，图中： 是轮缘部分，其转动惯量为J；是轮辐部分，其转动惯量为J； 是轮毂部分，其转动惯量为J。 飞轮外径D2由小皮带轮和速比决定，由第三章已知=750mmD2，轮缘部分宽度 B=110mm。 飞轮本身的转动惯量 f =JJJJ ，其中轮缘部分是主要的，J要比J、J大得 多。故在近似计算中只考虑J更趋于安全。 22 123 =m/8JDD 而 22 123 m =B/4DD （2-16） 所以 44 4 4 32 3 3232 7.27 0.750.6925m=692.5mm B3.14 7.8 100.11 J DD 式中金属密度（kg/m） ，对铸钢： 33 =7.8 10 kg/m 图 2-2 飞轮形状 2.3.4 飞轮轮缘线速度验算 飞轮是回转体，为避免回转时产生坏裂，必须验算轮缘线速度 f v： 22 5.2 105.2 100.75 40015.6/ fff D nm s v （2-17） 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 式中： f D飞轮最大直径； f n飞轮转速； v许用线速度，对铸钢飞轮 40vm s。 2.3.5 飞轮起动时间核算 飞轮启动时间计算公式为 e ff N Jn t 5 1005. 1 （2-18） = 2 5 4007.27 1.05 10 22 =0.56s 式中 f n-飞轮转速 f J-飞轮转动惯量 e N-电动机额定功率 t 远小于 20s ，可以直接起动。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3 机械传动系统 3.1 传动系统的类型及系统分析 3.1.1 传动系统类型 开式曲柄压力机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，传动系统可分为一级传动、二级传动、三级传动和四级传动。四级传 动很少采用。 按曲轴的布置形式，传动系统又可以分为垂直于压力机正面布置和平行于压力机正 面布置。 3.1.2 传动系统的布置方式 曲柄压力机传动系统的布置，应使机器便于制造、安装和维修，同时结构紧凑，外 形美观。 开式曲柄压力机传动系统布置主要包括以下四方面： 1、传动系统的位置 开式曲柄压力机大多采用上传动，很少采用下传动。 上传动压力机与下传动压力机相比，优点是： （1）重量较轻，成本低。 （2）安装和维修较方便。 （3）地基较简单。 上传动的缺点是压力机地面高度较大，运行不够平稳。现在通用压力机多数为上传 动。 2、曲轴的布置方式 曲轴分为横放和纵放两种布置方式。 采用曲拐轴的开式曲柄压力机，曲拐轴是纵放的，传动零件如飞轮、齿轮等置于压 力机背面。 采用曲轴时，曲轴横放的形式应用很普遍。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、最后一级齿轮传动的形式 最后一级齿轮传动可采用单边驱动或双边驱动。单 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 边驱动制造和安装都较方便，但齿轮模数和外形尺寸较大。双边驱动可以缩小齿轮的尺 寸，但制造和安装较困难。 4、齿轮的开式安放和闭式安放 齿轮有安放于机身之外和机身之内两种情况，齿 轮放于机身之外称为开式安放，齿轮放于机身之内称为闭式安放。闭式安放的齿轮工作 条件较好，外形较美观；如果齿轮安放在油池之内，则可大大降低齿轮传动的噪音，但 安装的维修不方便。大型压力机多采用闭式安放。开式安放的齿轮工作条件恶劣，传动 噪音大，污染环境。 3.1.3 离合器和制动器的位置 通用压力机的离合器有刚性离合器和摩擦离合器两种。 对于单级传动的压力机，由于刚性离合器不宜在高速下工作，所以离合器和制动器 只能安置在曲轴上。 摩擦离合器与飞轮通常安装在同一传动轴上，制动器的位置和离合器同轴。对于多 级传动的压力机，摩擦离合器可以安装在低速轴上，也可以安装在高速轴上。摩擦离合 器安装在低速轴上，接合时消耗的摩擦能量小，离合器磨损小。但是低速轴的扭矩大， 要增大离合器的尺寸。另外，由于通用压力机的传动系统大多封闭在机身内，不便于离 合器的安装和调整，也不便于散热，所以摩擦离合器一般安装在转速较高的传动轴上。 此时，由于所需传递扭矩小，压力机结构比较紧凑，但是主动部分和从动部分的初速度 相差太大，对传动系统冲击大，摩擦损耗也较大。 3.1.4 传动级数和各级传动比的分配 传动级数的选取主要与以下三方面有关： 1、滑块每分钟行程次数 每分钟行程次数高，总传动比小，传动级数少；每分钟 行程次数低，总传动比大，传动级数多。 2、压力机做工的能力 一级传动的曲柄压力机，飞轮装置在曲轴上，转速与滑块 每分钟行程次数相同，而飞轮结构尺寸又不可能太大，飞轮所能释放的能量因此受到限 制。所以，在同样公称压力下，一级传动的曲柄压力机做工的能力，要比二级和二级以 上传动的曲柄压力机低。 3、对机器结构紧凑性的要求 当传动级数较少，每级传动比较大时，由于小皮带 轮和小齿轮结构尺寸不能过小，致使大皮带轮和大齿轮外形庞大，结构不够紧凑，所以 设计中，用增加传动级数或采用双边齿