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蜂蜜离心机设计【食品机械】【10张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 蜂蜜离心机设计食品机械 cad图纸

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蜂蜜离心机设计

21页 9300字数+说明书+翻译+106张CAD图纸【详情如下】

主轴1.dwg

主轴2.dwg

总装配图.dwg

支撑板.dwg

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蜂蜜离心机设计说明书.doc

设计图纸10张.dwg

转子.dwg

轴承座1.dwg

轴承座2.dwg

过滤桶.dwg

齿轮1.dwg

齿轮2.dwg

齿轮1.gif

蜂蜜离心机设计.gif

过滤桶.gif

支撑板.gif

轴承座1.gif

轴承座2.gif

主轴1.gif

主轴2.gif

转子.gif

绪论2

1. 选题目的2

2. 国内离心分离研究发展2

3. 主要差距3

4. 国外离心分离技术的发展3

5. 发展趋势4

第一章离心机的概述6

1.1 离心机6

1.2 离心机原理7

1.3 离心机的分类7

1.3.1、按分离因素Fr值分7

1.3.2、按操作方式分8

1.3.3、按卸渣方式分8

1.3.4、按工艺用途9

1.3.5、按安装的方式分9

1.3.6、按国家标准与市场使用份额分9

第二章蜂蜜离心机设计步骤10

2.1 主要参数10

2.2 蜂蜜离心机总体方案:10

2.2.1 设已知条件10

2.2.2 确定各轴转速11

2.2.3 功率计算11

2.2.4 计算各轴的输入转矩11

2.3 输出部分设计13

第三章离心机各部件设计14

3.1 驱动部分机构设计:14

3.2 机架部分结构设计：14

3.3 轴支撑座结构设计：15

3.4 旋转支架的设计:15

3.5 脚座部分结构设计：16

3 .6 传动部分结构设计：16

第四章全文总结19

参考文献20

致谢21

绪论

1. 选题目的

养蜂即蜜蜂养殖是人工饲养蜂蜜而取其产品包括蜂蜜、蜂王浆、蜂胶、花粉、蜂蜡等产品的事业，包括在广义的畜产内，所以广义地说蜜蜂也是家畜。蜂蜜养殖的历史有数千年之久，蜂蜜的利用是从渔猎时代开始的。然而蜂蜜是昆虫蜂蜜从开花植物的花中采得的花蜜在蜂巢中酿制的蜜。蜂蜜从植物的花中采取含水量约为80%的花蜜或分泌物，存入自己第二个胃中，在体内转化酶的作用下经过30分钟的发酵，回到蜂巢中吐出，蜂巢内温度经常保持在35℃左右，经过一段时间，水份蒸发，成为水分含量少于20%的蜂蜜，存贮到巢洞中，用蜂蜡密封。这个时候人类便拨开蜂蜡，收获蜜蜂的劳动果实蜂蜜，可是怎样收取小小蜂蜜留下的点点产物呢，人工取用的话，很麻烦，提取的不彻底，而且弄脏手啊，衣服什么的，效率也极低，于是我们便需要发明一种取蜜机器——蜂蜜离心机，这样可以更有效率的并彻底地将蜂蜜利用离心力甩出来。

2. 国内离心分离研究发展

我国离心机行业尚属正在发展中，总体水平不高。随着社会进步，人们对环保.能源以及装备对品质的影响有了新的认识。同时国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收，促进了我国离心分离技术的迅速发展。

1）已基本形成了一种科研、设计和制造的体。

2）成立了分离领域的学术组织。

3）在基础理论与应用方面进行了研究。

4）目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料、震动、进动卸料、刮刀及虹刮刀、翻袋及旁滤等离心机；分离机则有蝶式、室式及管式。上述产品不仅遍及全国且远销国外，且技术特性有所提高。

5）为满足特殊工艺要求（防污染、密闭、防爆灯），一些新的离心机亦先后问世。内旋转子过滤离心机的研制，立式密闭螺旋机及复试机等已投产。

6）自控技术与CAD技术的应用。

7)各种相关标准的制定。

8）同国外著名离心机厂商的技术合作。

3. 主要差距

　　　尽管我国的离心分离设备有了很大的进展，但从整体而言，与世界先进国家相比，差距甚大，主要表现在:

　　　 1)规模、品种少，系列化程度差。特别缺少集几种结构形式，集几种推动力于一体的复合式离心机。

　　　技术参数低。国外离心分离机械产品的参数普遍高于我国，并继续向高参数、大容量方向发展，以卧螺离心机为例，最近研制的机型为国内最大的，其转鼓直径亦仅720mm，长径比最大为L/d-4，分离因数亦较低，而国外转鼓最大直径已达2.1m，长径比L/d-6，处理能力大雨200m3/h，可用于二相或三相分离，还发展了双向挤压型、沉降、过滤复合机型。目前，较先进的机型都采用计算机控制，会随着物料特性和参数的变化自动调节其相应的工况。

　　　产品进展缓慢。而国外，由于采用模块化的组合结构，特别是采用了大规模定制设计的心手段，故能满足用户的个性化需求，并加快了产品的更新换代速度，甚至还储备所谓“冷冻产品”，以随时适应市场竞争的需求

　　　其他方面。在产品的可靠性、稳定性、自控技术、加工工艺、新材料的使用、配套产品的品质，以及理论研究等方面，均存在不少的差距。

4. 国外离心分离技术的发展

受新技术推动及相关产业发展的影响，国外离心分离技术的进展主要体现在以下几个方面：

　　加强理论研究，选择最佳设计方案

　　瑞典Alfa-laval公司，在碟片流道研究中发现，碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数“λ”，而工业离心机的“λ”通常在5~28之间。随着“λ”值的增加，碟片的转速增加，薄层减少，可提高雷诺数并缓和涡流。通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计，进料量可增加20%。此外，还对相分离技术进行了研究。

　　　近年来，研究人员为选择最佳方案，采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等，对离心机的工作性能和关键零件进行研究，为设计优良性能的离心机提供了理论依据。并对待内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究。

　　　技术参数的提高和新机型的问世

　　　为提高产品的纯度，及满足能源和环保的要求，高参数已成为国外的发展特点。由于生物工程需要分离极细的颗粒，如细菌、霉及胰岛素等，故最新蝶式机已可处理0.1um微粒，且分离因数可达5000.如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510机型均属此例，随着工艺要求的提高，新机型不断问世。美国Dorr-Oliver公司的BH-46型蝶式机，转鼓内径已达1.2m，转鼓重量为4.5t，用2个功率为220kW的电机驱动，最大生产能力为450m3/h，当量沉降面积已达250,000m2，为蝶式机之最。

　　　瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型蝶式机，具有自动调节的涡流喷嘴。利用喷嘴进料黏度和浓度的关系，可提供供恒定的固相浓度，与进料速度和固体含量的变化无关。

　　　而具有1000分离因数的卧螺离心机，可从某种长度上弥补管式分离机的不足。

BTNX3560-A机型的特点是先进的旋转动态设计：主轴承改为弹性安装，可延长寿命，降低机器噪音和震动。德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞，尺寸虽小，却更能有效进行固相分离。还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等。

3）新材料的应用

　　　为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，一些新型材料不断涌现，如，工程塑料，硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料。

　　　法国曾研制一种用硬质陶瓷制造的转子，英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子。

　　　但是在蝶式机中，由于需要高强度和一定的耐腐性能，双相组织的不锈钢广泛采用。最近，俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即10Cr25Ni5Mo2），有足够的强度和塑形。德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料，具有强度高、塑形和耐腐蚀性好的特点。为弥补耐蚀和强度之间的矛盾，一些先进的制造商普遍采用了转鼓的自强技术。离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。?由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。? 工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。?? 离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离；离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。? 还有一类实验分析用的分离机，可进行液体澄清和固体颗粒富集，或液-液分离，这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。? 衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值，分离因数越大，通常分离也越迅速，分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为100～20000，超速管式分离机的分离因数可高达62000，分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大处理能力也大。 ?选择离心机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性，以及分离的要求等进行综合分析，满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求，初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求，确定离心机的类型和规格，最后经实际试验验证。? ?通常，对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液，可选用过滤离心机；对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的，则宜选用沉降离心机；对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时，应选用分离机。1.2 离心机原理

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。

1.3 离心机的分类

1.3.1、按分离因素Fr值分

可将离心机分为以下几种型式：

1、常速离心机

Fr≤3500（一般为600~1200），这种离心机的转速较低，直径较大。

2、高速离心机

Fr=3500~50000，这种离心机的转速较高，一般转鼓直径较小，而长度较长。

3、超高速离心机

Fr＞50000，由于转速很高（50000r/min以上），所以转鼓做成细长管式。分离因素Fr是指物料在离心力场中所受的离心力，与物料在重力场中所受到的重力之比值。

1.3.2、按操作方式分

可将离心机分为以下型式：

1、间隙式离心机

其加料、分离、洗涤和卸渣等过程都是间隙操作，并采用人工、重力或机械方法卸渣，如三足式和上悬式离心机。

2、连续式离心机

其进料、分离、洗涤和卸渣等过程，有间隙自动进行和连续自动进行两种。

1.3.3、按卸渣方式分

可将离心机分为一下型式：

1、刮刀卸料离心机

工序间接，操作自动。　　

2、活塞推料离心机　　

工序半连续，操作自动。　　

3、螺旋卸料离心机　　

工序连续，操作自动。　　

4、离心力卸料离心机　　

工序连续，操作自动。　　

5、振动卸料离心机　　

工序连续，操作自动。　　

6、颠动卸料离心机　　

工序连续，操作自动。2.1主要参数

试设计养蜂农民用于从蜂窝中取蜜的离心机。蜂巢建筑在一个240mm×420mm×25mm的木质的框架上，两边都有蜂巢，蜂巢口向外。整个蜂巢板的厚度为50mm，木质边框的内外边距离差为20mm。取蜜的方法是将蜂巢置于一个回转框架上，；利用离心力将蜂巢内的蜜甩出，然后甩另一边。一次装上5快蜂巢板。方式不限。

主要参数

蜂蜜板240mm×420mm×25mm

蜂巢板的厚度为50mm木质边框的内外边距离差为20mm

2.2 蜂蜜离心机总体方案:

此方案本着操作方便有效,成本低廉,零部件制作工艺简单的原则制定的,其总体由以下几个部分组成.

A 动力部分:选择纯手动方式,由一个手摇把手人工控制离心机转速.

B 传动部分:应为要改变旋转运动的方向,并传动可靠有力,传动比较大 ,故选用常用的直齿锥齿轮传动方式.

C 机架部分:此部分结构对整个机器起着支撑作用,是机器的整体框架,其中包括了旋转轴的固定,原料定位装置等等.

D 出料部分:由一个大容量桶子容纳整个机器结构部分,蜂蜜由离心桶桶底小孔流下,累积于大桶桶底储存,最后由人工控制水龙头的开关来提取蜂蜜.

2.3动力部分

2.3.1 设已知条件

人工用力为f=60N

人摇手柄的转速为n1=60r/min 蜂蜜板每块m=2kg

传动比为i=2.4

2.3.2 确定各轴转速

a 确定输入轴计算转速

由已经条件可知输入轴的计算转速就是人工摇动手柄的转速，我们设人工摇动手柄的转速为

n1=60r/min

b 确定输出轴的转速

输出轴是经过一对直齿锥齿轮传动输出的，且已定转动比i=2.4所以得

n2=i×n1=60×2.4=144r/min

2.3.3 功率计算

手摇柄的输入功率

p1=FV=F×2×3.14×r/T=60×2×3.14×245/1×1000=92w

输出功率

P2=p1×η=92×0.96=88w

2.3.4 计算各轴的输入转矩

T1=9550×92/60×1000=14.64（N.m）

T2=9550×88/144×1000=5.8（N.m）

（a）模数的确定：

其中： μ—传动比； μ=2.4；

Nd—输入功率； Nd=92W;

Ψm—齿宽系数；

[σ]—齿轮传动许允应力；

nj—齿轮计算转速。

[σ] =KNσlim/S , 取 σlim=600MPa，安全系数S=1

由应力循环次数选取KN=0.9

[σ]=0.9×600/1=540MPa

带入数值求得模数 m1=3

计算基本设计参数为第四章全文总结

本设计方案中心意思明确,结构切实有效,且无大成本零组件,成本意识非常好,巧妙的应用了直齿圆锥齿轮机构传动,和蜂蜜原料板定位机构,不过也还有诸多地方需要改善,

(比如:手动驱动人工劳动强度大,卸料龙头开关应放置在储料桶底部,手摇把手高度是否适宜人机操作,整个机器没防尘罩,长期敞开在外容易受污染, 并且啮合齿轮直接在蜂蜜储料桶的上方,润滑油,金属摩擦介质容易掉入储料桶里面,蜂蜜质量不能得到有效保证.机器运输仅靠储料桶上的环勾会有困难等等.) 好质量的产品是一代又一代人努力的结晶,相信通过以后不断的学习,能造出更好的机器.

参考文献

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　　纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社2003

　　苏建修主编.机械制造基础.北京：机械工业出版社2007

　　熊诗波主编.机械工程测试技术基础.北京：机械工业出版社2006

　　张建民主编.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社2006

　　机械设计手册编委会.机械设计手册.第二卷.北京:机械工业出版社2004

　　王绍俊主编.机械制造工艺手册.哈尔滨工业大学出版社1984

　　王永华主编.现代电器控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社2008

　　徐茂功主编.公差配合与技术测量.北京.机械工业出版社2008

10、宋宝玉主编.机械设计课程设计指导书.北京.高等教育出版社2009

11、孙启财、金鼎五主编. 离心机原理结构与设计计算.机械工业出版社1987

内容简介：: 非圆齿轮与机械压力机运动学优化 1997年1月8日研制摘要：使用金属成形方法来加工生产零件的质量很大取决于压力杆。在机械压力传动时，有一种依赖于驱动旋转角度速度比的非圆齿轮，提供了一种获得这么动作时间的新途径，我们致力于为不同的优化金属成型运作的制造。本文阐述了由汉诺威的大学研究所建成的金属成形和金属成形加工机床的使用原型原则，它就是目前运动学以及在原型产生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和锻造的一个例子，几乎所有的金属成形操作可有利用于机械传动机构的非圆齿轮。关键词：压力，齿轮，运动学。1. 简介提高质量的要求在生产工程制造，所有的金属成形以及在锻造，有必要去携手制定生产经济。日益增长的市场定位要求技术和经济条件都得到满足。提高质量、生产力、生产手段的创新解决方案,是一种用来维持和扩大的市场地位的关键所在。所生产的金属部件,我们需要分清期间所需的形成过程和处理零件所需的时间。随着我们必须添加一些必要的额外工作，例如冷却或润滑的模具一次成型过程。根据质量和产量两个方面，产生了两个最优化方法。为了满足这两个方面，我们的任务是设计运动学形成过程中考虑到该进程的要求，也考虑到的是改变部分以及与一个优先线辅助运作所需的时间短周期的时间。2. 压力机的要求一个生产周期,这相当于一个冲程来回压的过程,大致经历了三个阶段:加载、成型和移除零件。相反,在加载和移除零件阶段，我们经常发现送料的薄板,尤其是在纯粹的切割时候。为此，压力泵必须要一个确定时间的最小高度。成型周期中杆应该有一个特别速度曲线,它将会降到最低。这个转变期之间应尽快来确保短周期时间。短周期的要求是事件的原因,以确保通过高产量低成本的部分。基于这个原因，关于对大型汽车车身冲压片机和自动1200/min、拉深24/min的冲程数是标准的做法。增加冲程数是为了减少设计的周期变化导致增加的压实机械应变率, 然而，这对成形过程有很明显影响,使它必须考虑参数确定过程和被它所影响。在拉深成形过程中,当敲打板块时的撞击速度应尽量避免产生了深远影响。一方面,速度成形时必须充分润滑。另一方面,我们必须要考虑提高产量的相应的压力来增加造成更大的应变速率力,这可能导致冲床半径一侧的一部分过渡疲劳而导致断裂。在锻造时，停留时间短的压力是可取的。随着停留时间的压力下降了模具的表面温度将降低，其结果是热磨损。这是提高抵消了由于机械磨损形成更大的力量，但由于增加的应变率是较低的，因为较低的部分冷却屈服应力补偿。目前，最佳短住压力可以用有限元分析法莱分析。此外,避免由于成本降低磨损、短压住时间也是一个重要的技术要求的精密锻造，近净形部分有一个光明的未来。高质量的要求和高产量将只能通过一个机技术,考虑到金属成形过程的考察要求等同于减少工作的目标成本。以前按设计已经不能同时满足这些技术要求和经济的充分程度，或他们是非常昂贵的设计和制造，例如链接驱动压力机。这就需要寻找对泵创新设计的解决方案，它的设计应主要标准化，模块化，以降低成本。 3非圆齿轮的压力传动 3.1 原则使用非圆齿轮传动机械曲柄压力机，它提供了一种新方式的技术和经济需求的压力杆运动。一对非圆齿轮有不变的中心距, 因此采用了电动马达，或由飞轮、曲柄和驱动机制本身。制服驱动器的速度传送是通过一对非圆齿轮传递给非均匀的偏心轴。如果非圆齿轮的适当设计，从动齿轮的非均匀驱动器会导致泵所需的行程时间行为。调查中心的金属成形和金属成型机床(IFUM)汉诺威的大学已经表明,在这个简单的方式所有相关的压力杆的连续运动，可以达到各种成形过程。此外从运动学和缩短生产周期，驱动概念导致新的驱动器的优点被以下的良好性能所区分。因为它是一个机械压力机，它具有高可靠性、低维护性和可预期性。对连杆压力机的数量和轴承零件显然是减少。首先，一个基本泵类型可以通过安装不同的齿轮而进一步改变设计，它根据客户的要求而设计。不同环节的驱动器，轴承的安装位置不会随着单一载荷方向的不同运动而改变。因此，上述要求的模块化和标准化是考虑到时间和成本，它降低了设计和冲压生产成本。3.2 原型在金属成型和金属成型工具机（IFUM）1架的c型泵，它已经进行了修整和安装了非圆齿轮副。为达到这种目的，先前的背轮背一个行星齿轮组做取代。这项工作表明了存在的新型传动印刷机是可能的，在最后对标准压力泵的改造在Fig. 1中进行说明。图表1 压力机设计是为了所受1000KN的柱塞力和200KN的冲压模具缓冲力。这一对非圆齿轮传动比平均为1，每个齿轮轮齿有59，直齿，模数10mm（图2）齿面宽是150mm，这些齿轮有渐开线轮齿。我假设了非圆曲线设计是以侧面几何设计为基础。因此，一个非圆齿轮的齿形沿齿轮圆周而改变。尽管如此,它可以来自知名的梯形齿条. 然而4.5,提出了一种计算方法，它精确地把齿顶高和齿根高考虑在内，进行相应的调整。压力机是为了在单一冲程模式下对零件进行深拉而设计的。最高滑块行程为180mm，行程数32/min。在140毫米的冲压速度几乎保持71mm/s不变，它是静点中心线到静点中心线之前的速度。见图3。这种速度就相当于液压机工作的速度。这个速度影响到曲柄机构，使其与击打具有相同的数目相比较，速度都是220m/。为了跟一个曲柄压力机具有相同的平均速度击打的数目不得不将减少一半。短周期内的机械改造将导致最后的向上运动。由于压力机是运行在单一的操作模式,在设计时对其做相关的处理没有提出特别的要求。驱动机制的原型与非圆齿轮有另外一个有利的影响及其驱动力矩（图4）。对于一个曲柄压力机的公称力通常可以降低静点之前把曲柄轴按正常方式旋转。这对应于公称力作用下相对于击打力的75%。若要达到1000kN标准力，该驱动器已提供45 kam 的曲柄轴扭矩。该原型只要求对非圆齿轮传动增加额外的30kNm力矩。他们被传送一个循环，非均匀的曲柄转矩，将导致一个标准力在静点范围内变化。这相当于27.5%的行程。如果非圆齿轮副是在压力机的工作范围，我们总能找到类似的条件。这几乎总是与板料成形及冲压件有关。这样可以设计一些较弱的机器零件，而且节约成本。4. 进一步的设计实例利用二冲程时间行为的设计实例说明了以下几点。假设一系列的零件时通过压力机来加工的。为了达到这一目的，压力杆所需的速度和击打成形速度要求假设成立必须量化。再者，处理零件所需的时间必须确定，而且必须假设在处理时压力杆的最小高度。由此，我们设计动作的顺序，我们用数学含义来描述它。在IFUM中，由该研究所开发使用软件程序。从这个数学描述的冲程运动,我们可以计算出所需要的非圆齿轮速度比，从这我们可以得到齿轮的圆周曲线1.2.7。在第一个例子，在深拉伸冲压速度应该是在静止点前，金属板材成形保持在至少超过100mm，它的速度应该是约400m/s。让行程数定为30/min。第450mm以上击打的地方，让处理零件时间和曲柄压力机在25min/n的击打时间相同。图5表明了冲程运动情况，这是由一对齿轮的描绘所获得。该齿轮是通过他们的圆周率所描绘。在25/min传统的余弦曲线作为比较。除了生产周期时间减少了20，应把杆速度的影响也大大减少。下静点前110mm，当使用曲柄机构时，冲击速度为700mm/s，而当使用非圆齿轮时仅仅只有410mm/s。第二个例子显示了驱动装置是用于锻造。在图6中，常规锻造曲轴的行程时间是相对于在图片中说明非圆齿轮压力运动学。曲柄压力机的周期时间是0.7s、行程数是85/min和标准力是20mn。它的保压时间为86ms与50mm的成形部份时间。非圆齿轮压力机描绘的保压描绘时间67%减少至28ms。因此，它达到了和锤子一样的幅度。通过增加1.5倍的冲程数，周期时间缩短至46mm。尽管如此,处理时间依旧与常规非圆齿轮曲柄压力机的运动学相同。在这种情况下为了实现这些运动,传统的圆弧齿轮可以作为驱动装置，安排偏心。这为齿轮制造降低了成本。这些例子表明，不同的运动可以通过使用非圆齿轮驱动装置实现。在同一时间内，这个驱动器的实用潜力用实现理想的运动学变得清晰，而且生产周期时间减少。例如，通过不同的例子，如果运动的顺序对一系列压力机生产零件有利，可能增加拉深成形后的速度。5总结高生产率，降低成本和保证产品质量的高要求，这时所有制造公司所期望的，特别适用于公司的金属加工领域。这种情况导致我们重新考虑压力传动机的使用。对曲柄与非圆齿轮传动压力机的描述，使我们能够优化简单的机械压力机运动学。这意味着周期时间缩短,以达到高生产率和运动学的成形工艺的要求。这个设计工作需要很低。相对于多连杆压力机驱动器，可以实现其他运动学在其他齿轮轴承位置不改变时的压力机构建使用。这使压力机模块化和标准化。6致谢作者想表达他们的谢意，感谢德国机床制造商协会(VDW),位于德国法兰克福，其经济援助以及一些成员，感谢他们的支持。7. 参考文献I Bernard, J., 1992, Optimization of Mechanism Timing Using Noncircular Gearing, Mechanical Design and Synthesis, Vol. 46, p. 565-570.2 Dodge, E., Hinderance, M., 1996, Fertigungsgerechte Kinematographs Burch Undergraduate. VDI-Z Special Antimechanist 1/96, p. 74-77.31 Dodge, E., Neagle, H., 1994, FE-Simulation of the Precision Forging Process of Bevel Gears, Annals of the CIRP, Vol. 43, p. 241-244.4 Hinderance, M., Beta, V., 1996, Arundel Nonreader- an differentiates Elementariness, Construction, Vol. 48, p. 256-262.5 Lit vin, F. L.: 1994, Gear geometry and applied theory,PTR Prentice Hall, Angleworm Cliffs (NJ, U.S.A.).6 Nietzsche, D., 1992, Forerunning an Grof3raumstufenpressen;Lichtenstein fur die Auftragsvergabe. In:Bearbaiting 92, Int. Congress 27 -28.0ct.1992,VDI-Be richt, Vol. 946, p.231-253.7 Agawam. K., Yokemate, Y., Kosice, T., 1973, Studies on the Noncircular Planetary Gear Mechanisms with Nonuniform Motion, Bulletin of the JSME, Vol. 16. p. 1433-1442.51 Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular Gears E. Dodge ( l ) , M. Hinderance Received on January 8, 1997 Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular Geary to obtain those stroke-time behaviorisms we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new WA rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of forging that the press drive mechanism with non-circular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations. Keywords: Press, Gear, Kinematics 1 introductive Increasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in forging, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending ones market position.In the production of parts by metal forming, we need to distinguish between the period required for the actual forming process and the times needed to handle the part. With some forming processes we have to add time for necessary additional work such as cooling or lubrication of the dies. This yields two methods of optimization, according to the two aspects of quality and output. In order to satisfy both aspects, the task is to design the kinematics taking into account the requirements of the process during forming; also to be considered is the time required for changing the part as well as for auxiliary operations in line with the priority of a short cycle time. 2 Pressing Machine Requirements One manufacturing cycle, which corresponds to one stroke of the press goes through three stages: loading,forming and removing the part. Instead of the loading and removal stages we often find feeding the sheet, especially in sheer cutting. For this, the press ram must have a minimum 2 height for a certain time. During the forming period the ram should have a particular velocity curve,which will be gone into below. The transitions between the periods should take place as quickly as possible to ensure short cycle time. The requirement of a short cycle time is for business reasons, to ensure low parts costs via high output. For this reason stroke numbers of about 24/min for the deep drawing of large automotive body sheets and 1200/min for automatic punching machines are standard practice.Increasing the number of strokes in order to reduce cycle times without design changes to the pressing machine results in increasing strain rates, however. This has a clear effect on the forming process, which makes it necessary to consider the parameters which determine the process and are effected by it. In deep drawing operations, the velocity of impact when striking the sheet should be as low as possible to avoid the impact. On the one hand, velocity during forming must be sufficient for lubrication. On the other hand, we have to consider the rise in the yield stress corresponding to an increase in the strain rate which creates greater forces and which may cause fractures at the transition from the punch radius to the side wall of the part. In forging, short pressure dwell time is desirable. As the pressure dwell time drops the die surface temperature goes down and as a result the thermal wear This is counteracted by the enhanced mechanical wear due to the greater forming force, but the increase due to the strain rate is compensated by lower yield stress because of the lower cooling of the part. The optimal short pressure dwell can nowadays be determined quantitatively using the finite element method 3. In addition to cost avoidance due to reduction in wear, short pressure dwell time is also an important technological requirement for the precision forging of near net shape parts, which has a promising future. The requirements of high part quality and high output will only be met by a machine technology which takes into account the demands of the metal forming process in equal measure to the goal of decreasing work production costs. Previous press designs have not simultaneously met these technological and economical requirements to a sufficient extent, or they are very costly to design and manufacture, such as presses with link drives 6. This makes it necessary to look for innovative solutions for the design of the press. Its design should be largely standardized and modularized in order to reduce costs 6. 3 Fig 1. Prototype press 3 Press Drive with Noncircular Gears 3.1 Principle The use of non-circular gears in the drive of mechanical crank presses offers a new way of meeting the technological and economic demands on the kinematics of the press ram. A pair of non-circular gears with a constant center distance is thus powered by the electric motor, or by the fly wheel, and drives the crank mechanism itself.The uniform drive speed is transmitted cyclically and non-uniformly to the eccentric shaft by the pair of noncircular gears. If the non-circular gear wheels are suitably designed, the non-uniform drive of the driven gear leads to the desired stroke-time behaviour of the ram. Investigations at the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools (IFUM) of Hanover University have shown that in this simple manner all the relevant uninterrupted motions of the ram can be achieved for various forming processes 2. Apart from, the advantages of the new drive, which result from the kinematics and the shortened cycle time, the drive concept is distinguished by the following favorable Propertius. Because it is a mechanical press, high reliability and low maintenance may be expected. In companion to linkage presses the number of parts and bearings is clearly reduced. Above all, a basic press type can be varied without further design changes by installing different pairs of gears, designed according to the demands of the customer. Unlike link drives, bearing locations and installations do not change within one load class as a result of different kinematics. Thus the above mentioned requirement of popularization and standardization is taken into account Reductions in time and costs are possible for the design and press manufacture. 4 3.2 Prototype At the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools (IFUM) a C-frame press has been remodeled and a pair of non-circular gears was installed. The previous back gears were replaced by a planetary gear set for this purpose. The work carried out shows that remodeling of existing presses for the new drive is possible. The state of the press at the end of the modelli is shown in figure 1. The press is designed for a nominal ram force of 1,000 N and 200 N of the die cushion. The center distance of the non-circular gears is 600 mm. The pair of non-circular gears has an average transmission ratio of 1.Each gear wheel has 59 gear teeth, straight-toothed,module 10 mm (fiacre 2). The face width is 150 mm. The gears have involute gear teeth. We assume a non-circular base curve for the design of the flank geometry. As a result the tooth geometry of a non-circular gear varies along the circumference. In spite of this, it can be derived from the well-known trapezium rack, however 4, 51. An algorithm for the computation, which takes the addendum and addendum into account exactly, has been developed. Fig. 2 View of the gears from the rear The press is designed for deep drawing of flat parts in single stroke operation mode. The maximum ram stroke is 180 mm, the number of strokes 32/min. At a stroke of 140 mm the ram velocity almost remains constant 71 mammals from 60 mm before lower dead center until lower dead center, see figure 3. Thus the velocity corresponds to the working velocity of hydraulic 5 presses. The velocity of incidence of a crank mechanism with the same number of strokes would be 220 mammals, in comparison. In order to keep the same average velocity with a crank press, the number of strokes would have to be halved. The short cycle time of the jodelled machine results from the fast upward motion. Because the press is run in single stroke operation mode, no particular requirements were made concerning handling time during design. The drive mechanism of the prototype with non-circular gears has in addition a favorable effect on the ram forces and the driving torques (failure 4). For a crank press the nominal force is normally available at 30 rotation of the crank shaft before the lower dead center. This corresponds to a section under nominal force of only 7 5% relative to the stroke. To reach the nominal force of 1,000 N, the drive has to supply a torque of 45 kam at the crank shaft. The prototype only requires 30 kam on account of the additional transmission of the non-circular gears. They are transmitted to a cyclic. non-uniform crank shaft torque, resulting in a nominal force range from 60 to the lower dead center. This corresponds to 27.5% of the stroke. We always find similar conditions if the pair of non-circular gears is stepped down in the operating range of the press. This will almost always be the case with sheet metal forming and stamping. It is thus possible to design some machine parts in a weaker form and to save costs this way. 4 Further Design Examples Using the examples of two stroke-time behaviorisms the design is illustrated in the following. A range of parts is assumed which are to be manufactured by the press. For this purpose the ram velocity requirements and the forming section of the assumed stroke need to be quantified.Furthermore, the time needed for the handling of the part needs to be determined, and also the minimum height which the ram has to assume during the handling. From this, we design the sequence of movements, and we describe it mathematically. At the IFUM, a software program developed by the institute is used. From this mathematical description of the stroke-time behaviour we can calculate the speed ratio of the non-circular gears needed.From this we obtain the outcurves of the gears l, 2, 7. In a first example the ram velocity in deep drawing is supposed to be constant during the sheet metal forming at least over 100 mm before the lower dead center and it is supposed to be about 400mm/s. Let the number of strokes be fixed at 30/min. Above 450mm section of stroke, let the time for the handling of the part be the same as for a comparable crank press with 25 strokes per minute. figure 5 shows the stroke-time behaviour , which is attained by the sketched pair of gears. The gear wheels are represented by their outcurves. The conventional cosine curve at 25/min is given for comparison. In addition to the reduction of cycle time by 20%, the ram 6 velocity of impact onto the sheet is also considerably reduced.110 mm before the lower dead center, the velocity of impact is 700 mammals when using the crank mechanism and only 410 mm/s when operated with non-circular gears. A second example shows a drive mechanism as is used for forging. In figure 6, stroke-time behaviour of a conventional forging crank press is compared with the kinematics of the press with non-circular gears illustrated in the picture.The cycle time of the crank press is 0.7 s, the number of strokes is 85/min and the nominal force is 20 MN.Its pressure dwell time is 86 ms with a forming section of 50 mm. The pressure dwell of the press depicted with non-circular gears decreases by 67% to 28 ms. It thus reaches the magnitude familiar from hammers. By increasing the number of strokes by a factor of 1.5, the cycle time decreases by 33% to 46 ms. In spite of this,the handling time remains the same compared to conventional crank press on account of the kinematics of the non-circular gears. In order to achieve these kinematics in this case, a conventional circular gear may be used as driving gear, arranged eccentrically. This reduces the costs for gear manufacture.These examples show that different kinematics can be achieved by using non-circular gears in press drives At the same time the potential of this drive with respect to the realization of the desired kinematics becomes clear as does the reduction of cycle times in production. By varying the examples it is also possible to increase the velocity after impact in deep drawing operations if :his sequence of motions is advantageous for the range of pans to be produced on the press, for reasons of lubrication, for example. 5 Conclusions The requirements of high productivity, reduced costs and the guarantee of high produc

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