毕业设计（论文）-空气锤的传动机构设计【全套图纸】.doc

毕业设计设计题目：空气锤的传动机构设计 系 别： 机械系 专 业：机械制造工艺/计算机全套图纸，加153893706目 录摘要-(4)第一章 课题简介-(5)第二章 设计方案-(7)（1）V带传动与链传动的比较-(7) （2）气传动与液压传动的比较-(7) （3）齿轮制作选择-(7) （4）传动方案-(7)第三章 V带传动设计-(9)第四章 齿轮传动设计-(10)第五章 轴的设计-(12)第六章 轴承的寿命计算-(15)第七章 曲柄连杆机构的分析-(16)第八章 气传动设计-(18) （1）行程分析-(19) （2）打击计算-(22) （3）气缸的计算-(25)第九章 润滑系统-(26)第十章 电气系统-(27)第十一章 密封-(27)第十二章 个人小节-(28)第十三章 参考文献-(29)致谢-(30)摘要国内对于锻造方法可以采用自由锻，模锻，和特殊的锻造形式冷锻。采用最多的是自由锻。而对于锻造设备其中使用最普遍的是锻锤。空气锤又是其中的代表。空气锤是由强迫产生的动能对断坯做工使之塑性变形的机器设备。 本设计主要是空气锤的传动机构设计，包括带传动，齿轮传动，曲柄连杆机构传动，气传动。关键词：自由锻 空气锤 气传动第一章 课题简介本锤适用于锻工车间对各种形状的零件的自由锻造，如延伸、锻粗、冲孔、热剪、锻接、弯曲等工序，或在开式垫模中进行简单的模锻工序，但不宜在闭式锻模内进行模锻，因为闭式模锻打击力较强，易使锤杆、导程、机身等主要零件损坏。本锤系双缸双作用单柱式自由锻锤，由锤身、砧座、传动、配气、操纵、润滑、电器等部分组成。(见图2)电机经一组三角带轮及齿轮减速，自由轴曲柄连接杆机构驱动压缩活塞往复行程，其形成的压缩空气经操作机构的旋阀获得锤杆的各种动作。传动轴采用圆锥滚子轴承支承，负压油泵保证两缸的润滑。有皮带的防护装置确保安全。锤身以四个紧箍把机身和锤座组装为一体。空心锤杆与顶盖组装后铆紧，上砧块用楔铁紧固于锤体的燕尾槽内，并有挡锁防止斜铁外窜。工作缸的导程内设有两块平行导板，防止锤杆传动。当锤杆上升，超过上气道口时，球形安全阀密封，缓冲空气受到压缩，阻止锤杆继续上升，避免顶缸。回程时从压缩缸来的压缩气冲开钢球，而加速锤杆返回。（见图3） 第二章 设计方案（1） V带传动和链传动的比较V带传动链传动优点：传动平稳，无噪声，结构简单，维护方便优点：无弹性滑动和打滑现象缺点：过载的情况下容易打滑从而引起疲劳破坏，磨损。缺点：瞬时速度和瞬时传动比不是常数，传动平稳性差，工作中有一定的冲击和噪声，且链轮应具有足够的强度和耐磨性。故选择V带传动。（2）气压传动和液压传动的比较气压传动液压传动（1）对于传动形式而言，气缸作为线性驱动器可在空间的任意位置组建它所需运动轨迹，安装维护方便。（1）安装要配线，配管，维护复杂。（2）工作介质是取之不尽，用之不竭的空气，空气本身不花钱，排气处理简单，不污染环境，成本低。（2）工作介质是油，成本高易污染。7（3）可靠性高，使用寿命长。（3）执行元件动作次数少，使用寿命低（4）气缸传动速度一般为50500mm/s传动速度快。（4）传动速度慢（5）压力等级低，使用安全（5）易火，易爆，不宜高温场合故选择气传动（3）齿轮的选择斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮传动重合度大，承载能力高，传动平稳，冲击和噪音小。所以宜制作斜齿圆柱齿轮。（4）传动方案1-三角带的传动效率0.940.972轴承传动效率（滚动）0.980.9953齿轮传动效率0.960.99计算：轴号功率P（KW）转矩T()转速n(rpm)传动比电动机轴I0轴=1586=434i1=4.526轴=96第三章 带传动设计 已知电机功率P0=75KW,转速n0=980r/min.传动比为小皮带轮: d大皮带轮=860mm/380mm=2.26（1）选择带的型号.根据带的工作情况查表5-7（以下同机械设计基础）,取工作情况系数KA=1.3则PC=KAP=1.375=97.5 KW 根据PC和 n0,由V带选型图5-17选取D型带.(2) 选取带轮基准直径.由图5-17和表5-9选取d1=355mmd2=i d1=2.26380=860mm(3)验算带速V=19.4m/s(4)计算中心距和带的基准长度.由已知条件初定中心距a0=450mm初定带长Ld02a0+(d1+d2)+ =2975mm查带的基准长度表5-10。选取Ld=3150实际中心距aa0 (5)验算小带轮包角1=(6)确定带的根数Z查表5-6得特定条件下,单根V带的额定功率P额=16.2KW查表5-11得单根V带所能传递的转矩的修正值T=28.4Nm非特定条件下单根V带所能传递的功率增量P0.0001Tn0=0.000128.4980=2.78KW查表5-12得包角休整系数K=0.82.则查表5-13得带长修正系数KL=0.83故Z=8根(7)计算V带作用在轴上的Q压力.由表5-14查得D型V带的初拉力.F0=700N(8)确定带轮结构.小带轮采用实心轮,大带轮采用孔板轮传动比2.26带型D型小带轮基准直径380mm大带轮基准直径860mm带长3150mm实际轴间距538mm小带轮包角128.92V带根数8根带轮宽度305mm单根V带初拉力700N作用在轴上的压力Q10109N第四章 齿轮的设计已知传递功率P=72KW,主动轮转速n=434r/min.传动比i=4.526(1)选择齿轮材料并确定许用应力 根据表6-9小齿轮采用45钢调质,大齿轮采用ZG35调质,齿面硬度分别为180HBS,200HBS由图6-30,图6-31查得Hlim1 =320MPa Flim1=260MPaHlim2=560MPa Flim2=420MPa齿轮的传动重要性决定最小安全系数SHmin=1 SFmin=1H1= Hlim1/SHmin=320MPaH2= Hlim2/SHmin=560MPaF1= Flim1/SFmin=460MPaF2= Flim2/SFmin=420MPa(2)按齿面接触疲劳强度设计计算传递转矩T1: Nmm载荷系数K:因载荷有轻微冲击,齿轮相对于轴承对称布置,由表6-6取K=1.35齿宽系数d:由表6-7取d=1.4许用基础应力H: H= H1=320MPa传动比i:i=4.526将以上参数代入公式:(3)确定齿轮参数及主要尺寸确定齿轮齿数取Z1=19 Z2=iZ1 =194.526=86模数 初选螺旋角=8则法面模数 取标准值Mn=10mm中心距 为了便于箱体的加工和测量,取a=530mm则实际螺旋角其他主要尺寸分度圆直径:齿顶圆直径:齿宽(4)验算齿根弯曲疲劳强度当量齿数ZV1=ZV2=复合齿形系数YFs:根据ZV1 ZV2查图6-29得YFS1=4.35YFS2=3.95由X=0(标准齿轮)及ZV1 ZV2得(5)确定齿轮传动精度齿轮圆周速度(6)齿轮结构设计小齿轮da1=211mm采用齿轮轴大齿轮da2=888mm采用腹板式齿轮第五章 轴的设计从动轴传递功率P=69KW,转速n2=96r/min.齿轮分度圆直径d2=868mm所受圆周力:Ft2 径向力: F r2= 轴向力:Fa2=Fttg75235=2222N（1）选择轴的材料及热处理方法,因该轴无特殊要求,故选45钢正火处理.由表8-8查得-1b=55MPa（2）按扭转强度估算最小直径按式(8-2),由表8-11查得C=126130取C=120确定轴的各段直径.根据轴各段直径的确定原则由右端至左端开始.轴段处安装轴承,确定d1=130mm轴段处考虑有一键槽,将轴径增大5% d2=130(1+5%)=136.5取d2=140mm轴段考虑右面齿轮的定位和固定取d3d2,则取d3=145mm轴段安装轴承,为方便装拆应取d4d3且与轴承内径标准系列相符.故d4=150mm轴段考虑右侧轴段轴承盖安装取d5=170mm轴段考虑安装曲柄机构取跟轴段同样直径d6=145mm确定轴的长度。为保证齿轮固定可靠，轴段的长度应该小于轮毂宽度5mm，取L2=350mm 为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆卸方便，齿轮端面与箱体内壁应留有一定间隙，取两者间隙为27mm 根据轴承宽度B=68.5取d1=96同理d5=27+28=55取d5=62mm轴承跨距=（3）按扭转和弯曲组合进行强度校核1绘制轴的受力图2求水平平面内的支反力及弯矩求支反力M水=0 FHAACFt2CB=0 FHA= FHB=Ft2-FHA=15882-4531=11351N求截面C处的弯矩：MHC左= FHAAC=45310.496=2247NmMHC右= FHBCB=113510.198=2247Nm求垂直平面内的支反力及弯矩求支反力：由MA=0得FVAACFr2CB-Fa=0FVA=VFB=Fr2-FVA=5834-3055=2784N求截面C左侧的弯矩MVC1=FVAAC=30550.496=1515Nm求截面C右侧的弯矩MVC2=FVBCB=27840.198=551Nm求合成弯矩求截面C左侧的合成弯矩MC1= 求截面C右侧的合成弯矩 MC2=计算转矩计算C处当量弯矩：当量弯矩 因单向转动 转矩为脉动循环变化，故折算系数0.6危险截面C处的当量弯矩为Mec=计算危险截面处的轴径因截面C处有一键槽 故将直径增加5% 即d=96.421.05=101.24mm结构设计草图中，此处直径为140mm 故强度足够，因此原结构设计的直径为准校核危险截面强度e=第六章 轴承的寿命计算下图为轴承的基本参数：名称型号规格dDT基本额定负载荷KNCr Cor计算系数e Y Y0质量kg单列圆锥滚子轴承722211020041.529.825.20.421.40.85.422单列圆锥滚子轴承752613023068.552.250.20.461.40.811.37单列圆锥滚子轴承75301502702868.266.50.461.40.817.4轴上有型号分别为7526和7530单列圆锥滚子轴承，该轴转速n=96r/min已知两轴承的轴向载荷Fa1=4531N Fa2=11351N 径向载荷Fr1=3055N Fr2=2784N。有轻微振动，工作温度小于100度。设计此两轴承的工作寿命。（1）确定Cr和Cor值查有关手册得6310轴承的Cr1=52.2 KN Cr2=68.2KN Cor1=50.2KN Cor2=66.5KN（2）判别比值Fa/Fr与e值的大小Fa1/ Fr1=4531N/3055NeFa2/ Fr2=11351N/2784Ne 故X=0.4 Y=0.4tg（3）求Pr值Pr1=XFr1+Y Fa1=0.430551.44531=7565NPr2=XFr2+Y Fa2=0.428741.411351=17041N（4）求L值=57037r 同理 Lh2=11128r第七章 曲柄连杆机构的分析（1） 曲柄连杆机构的力和运动，图为曲轴-连杆结构运动系统。扭矩MC在曲轴上产生的切向力Ft作用在曲轴端的运动方向，径向力Fr垂直于曲轴运动端，力FCR作用在连杆上，忽略摩擦，上述力可计算如下：切向力Ft=连杆受力FCR= 径向力Fr=FCRcos(+)=径向力的反作用力是由曲柄轴承来支承的滑块力：FR=FCR=法向力：Fn=FCR连杆系数的值介于1/41/15，平均值=1/10。这样导致角变小，例如=0.1时则sin=sin而值最大角为。这样可用cos=1和sin(+)=sin来进行精化，而有FR=因此滑块力的大小是曲柄扭矩，曲柄半径和曲柄角的函数。扭矩的大小规定了机械压力机在特定曲柄角n时相应的额定力FN。这个角称为使用角或公称角，这个力称为标称力或公称力。为了产生这个力所需的扭矩为：Mc=FNrsinN由此可知任意曲柄角时的滑块力FR有FR=采用=30设计时 MC=当金属成形是在时1当，可用的滑块力将随曲柄角的增加而减小，并达到一个Frmin值（时其值为标称值一半）若滑块力增加（曲柄转动的任意点）则可用力增大，曲轴所需的扭矩变长，有可能导致传动系统的过载。在区间容许的滑块力或者小于或者多等于可用的滑块力。2，滑块力随曲柄角的减小迅速增加，理论上在下止点（=0）时达到无限大。 第八章 气传动设计 (1)行程分析设起动前压缩活塞在最上位置，工作活塞在最小位置，工作缸上下腔分别相通，这时压缩缸的上下腔通过压缩活塞和活塞杆的补气孔与大气相通，两缸上下腔的压力均为大气压力。当电动机通过传动系统，曲柄连杆机构带动压缩活塞向下运动时，下腔气体被压缩，压力升高，上腔气体膨胀，压力降低。当压缩活塞下行至某一位置时，作用在工作活塞下部的压力大于工作活塞上部的压力，落下部分重量及其运动的摩擦力时，锤头开始上升。压缩活塞继续下行，由于压缩活塞向下运动的速度大于工作活塞向上运动的速度，使下腔压力继续升高，上腔压力继续下降，结果使锤头加速上升，压缩活塞下行过程中下腔的最大压力一般可以达到2.5105Pa 上腔压力可降至0.5105Pa当压缩活塞回程时，由于两个活塞均向上运动，两缸下腔容积不断增大，上腔容积不断减小，即下腔压力不断减小，上腔压力不断增高，作用在落下部分的合力的方向逐渐转为向下方向。因此锤头上升进入减速阶段，锤头向上运动直至工作活塞把上腔通压缩缸的通道切断进入缓冲缸，并且运动能全部被缓冲气垫吸收为止。此时压缩活塞上行了一段距离。压缩活塞继续上行，上腔压力继续增高，下腔压力继续下降。锤头在上腔气体压力和落下部分重量的作用下加速下行，直至打击锻件。当压缩活塞接近行程的上极限位置时锤头降至下极限位置。此后压缩活塞回至原始位置。由此可知曲柄转一周压缩活塞往复运动一次，则锤头打击一次也就是锤头打击次数与曲柄转数一致，不断重复上述过程就可得连续打击。空气锤可以实现空行程，悬空，压紧和打击等动作。打击又有轻，重，连打和单打之分。这些动作是通过配气操纵机构来实现。目前空气锤使用的空气分配阀主要有两种形式：三阀式和两阀式。本锤才用三阀式。把短手柄放在使中旋阀全开的位置上，下旋阀的长手柄放在相当于悬空时的垂直位置（或把手柄顺时针推转一角度，放在相当于压紧时的位置），使两缸上下腔与大气相通，这时锤头在自重的作用下下落，并在下砧面上保持不动。由于空行程时压缩缸不产生压缩空气，启动力矩小，故常用于电动机的启动。空行程把短手柄放在使中旋阀全关闭的位置（图中短手柄设在左边水平位置），长手柄放在垂直位置，这时两缸上腔通大气，压缩缸下腔的气体经旋阀D段，止回阀再经下旋阀的C段进入工作缸的下腔。在压缩空气的作用下，锤头被提起至行程的上方，直至工作活塞进入顶部的缓冲腔，在缓冲腔气压的作用下达到平衡为止。止回阀的作用是防止工作缸下腔的压缩空气倒流，当止回阀两端压力达到平衡时，止回阀关闭。这时压缩缸下腔的气体仅在其下腔及锤身气道内压缩膨胀。当工作缸下腔压缩空气有泄露，止回阀两端压力不平衡时，止回阀被顶开，补入一部分压缩空气，悬空时锤头在行程上方往复颤动。悬空时可以进行放置工具或锻件等工件。悬空把短手柄放在使中旋阀全关的位置，长手柄从垂直位置顺时针方向转动一角度，使压缩缸上腔及工作缸下腔与大气相通，压缩缸下腔的气体经下旋阀的D段，止回阀上旋阀的A段进入工作缸的上腔，则下砧在落下部分重量及工作腔上腔气体压力的作用下压紧下砧上的工件。在压紧状态时可以对工件进行弯曲或扭转操作。 压紧四把短手柄放在使中旋阀全关的位置，长手柄从垂直位置逆时针转一角度，使两缸上下腔分别连通，则可实现连续打击，当锤头打击一次后立即把长手柄至“悬空”位置，锤头不再下落就可得到单次打击。打击的轻重是靠操作手柄来实现的，手柄回拉的角度越大，则两缸上下通道的开口越大，上旋阀中段通大气的通道的开口越小或完全被堵死，打击就越重；反之，打击就较轻。上旋阀A段的小孔是为了从“悬空”到“打击”有一段过度，使工作缸上下腔瞬时沟通，锤头快速下落，动作灵敏。为了确保锤正常工作时，保持足够的空气，实现补偿泄漏损失的目的，压缩缸上腔由活塞的环形孔于缸侧的双排孔接通大气，其下腔由活塞圆周上的小孔与大气接通而补气。(见图4)d)打击 锤杆和活塞设有密封环，前后导程内均设有弹簧拉紧的弓形密封环，为补偿磨损，保持密封环接缝处留有0.25-0.4mm间隙。（见图5）为保证密封，允许对摩擦面及间隙端面刮修使相配合件接触面积不少于70%。（2）打击计算序号名称单位C41-10001落下部分公称质量千克10002.最大打击能量千焦26.53.锤头打击次数次/分954锤头安装行程毫米9505锤杆中心至锤身的距离毫米8006锤杆导程底面至下砧面距离毫米8207下砧面至地面距离毫米7058上砧面平面尺寸（长宽）毫米3651809电动机型号Y315S-6功率千瓦75转速转/分980电压伏38010锤的外型尺寸前后毫米4125左右毫米1500地面以上高度毫米340511砧座质量千克1300012锤重（不包括砧座及电机）千克20000E=（mTg+PmA）HE锻锤的打击能量（J）mT落下部分的重量（kg）VT为落下部分接触锻件时候的打击速度（m/s）G为重力加速度（m/s2）A- 为汽缸活塞的面积Pm为汽缸内作用在活塞上的压力单作用锤：5m/sE=（mTg+PmA）H26500=（10009.8+Pm3.140.692）0.8 Pm=15550Pa当两个质量为m1和m2以速度V1和V2相撞时可分为两个阶段。第一阶段（t0tt1）.当t=t1时两物体靠近，由于冲击力变形，第一阶段末变形达到最大，此时两物体具有相同速度V即V11=V21=V 根据冲击理论速度V可按下式计算： 第二阶段（t1tt2）.变形一部分是永久的（实际打击）一部分是弹性的，此阶段的特征是彼此接触是瞬间的之后相应的速度变为V12 和V22冲击因子K的值在0（塑性打击）和1（弹性打击）之间。有砧座锤，锤头质量为mT,其行程速度为vT 等效砧座质量为mA*,速度为vA等效砧座的质量mA*是实际砧子质量mA和基础质量mF（典型的比值, ）对柔性系数mA* =mA，刚性系数mA*=mA+mF的组合打击效率的不同值可从相关方程式得到： , vA=0vT2=v+K(v-vT)VA2=V(K+1)对击锤可得出类似方程：mTmA*=m对应的VTv,0-VTL,0V0和VTV,2VTL,2V2锤的打击效率，根据能量平衡原理:E=WU+WL E总能量WU有用功WL损失的功 能量平衡方程在 t=t1和t=t2相应为E=WU+WA2+WT2+WeL,T+WBL,1和E=WU+WA2+WT2+WBL,2等效砧座质量MA*在t1时的动能为锤头的动能 WT1在t1时为：T1时，工具中的弹性变形功在第二阶段得到恢复，在锤头中由于打击而损失的动能在两个阶段分别为 WBL,1和WBL,2.在t=t2时,等效砧座的动能同样的锤头的动能 t=t2时为：为打击效率定义：=WU/E将上述原理应用到有砧座锤，砧座的开始速度VA0=0 1）锤长和砧座在t=t1 时，损耗： =在这里Q*=mA*/mT= 2）砧座在t=t2 时，损耗：= 3）锤头在t=t2 时，损耗： 4）弹性变形功在t=t1 时损耗：, F1最终的成形力CT工具弹性常数 5）打击在t=t 时，损耗：WBL,1为了考虑这部分能量损耗，引入打击因子最终打击效率表达式：其值在0.150.45（3）气缸的计算一般气缸缸筒厚与内径之比=730-690=40mm 符合要求活塞杆直径d=90mm 长度L=1470mm由公式E=（mTg+PmA）HA=D2=3.14（0.69）2=1.5m2Pm=15550Pa推力Fpu=(0.650.4) D2P=(0.650.4)（0.69）215550=2761N4912N拉力 Fpo=(0.60.37) D2P=(0.60.37) （0.69）215550=2640N4442N第九章 润滑系统： 本锤在室温较高的锻工车间使用，润滑油容易消耗，故应特别注意润滑，以保证正常工作。（1） 两缸的润滑：锤的两缸由柱塞油泵供油润滑，油量由转动调节杆控制。在正常工作中，压缩缸供油量应大于工作缸。（润滑方式：压力循环润滑）前后导程均由两缸多余油液润滑每班开锤前，须摇动油泵手柄，使预先给油100200克油泵用油 GB44864 11#机械油 GB443-64 20#机械油 （冬季用） GB443-64 24#机械油 （夏季用） GB443-64 40#机械油 （夏季用）（2） 活塞销的润滑：活塞销与铜套的润滑是由压缩缸中聚集在活塞顶面上剩余的润滑油管进入连杆头部而得到润滑的。（3）齿轮箱的润滑：齿轮箱内经常保持足够的GB443-64 24号汽缸油，由齿轮溅泼油液润滑轴头的轴承，润滑油应保持清洁，每半年应换油一次。（4） 连杆头上轴承的润滑：采用SY1514-65滚柱轴承脂（滴点120，针入度250-290）定期打开入孔盖从油杯给油，一般每两个月一次。（5）操作系统关节处的润滑：采用GB443-64，30号机械油，按需随时注油。第十章 电气系统(1)锤采用Y315S-6，75KW，380电动机，控制系统应能作Y/ 转换起动，起动时间由时间继电器控制。具有失压保护和热保护.(2)电气系统不宜安装在锤体上(3)锤身，电机和电气柜等不带电的导体必须可靠接地。(4)行程过程中的发生熔断或热继电器脱扣，应切断电源，查明原因，排除故障后方可继续启动。(5)本锤电机功率较大，应尽可能的缩短电源变压器至电机之间的距离，其距离以不超过100m为宜。电源线截面积不少于70mm2以减少线损，降低电机电流，减少电机发热。第十一章 密封：(1)