10吨螺杆压力机设计说明书

1 1.螺杆压力机的特点 螺旋压力机依靠螺旋副将旋转运动转化为滑块的直线运动来进行工作。按作用力的性质，可将其分为两类：一类是冲击力；另一类是静压力。 本设计的螺杆压力机为静压力一类。 螺旋压力机在成形加工过程中具有独特的优势，它兼有锻锤和机械压力机的优点，而克服了两者的缺点。其主要特点如下： 由于其行程不固定，可消除机械压力机因机身变形对工件精度的影响，适应性广，可通过多次打击获得所需变形； 由于变形速度相对于锻锤低，有利于金属充分再结晶，特别适合于低塑性合金钢和有色金属锻造； 打击力可以较准确地控制； 由于冲击振动小，不但减少了基础投资，也大大改善了劳动条件。采用模具打套的方法，在螺旋压力机上可以获得较高的锻件精度，比曲柄压力机高 l一 2 级。比锤上模锻高 2 3级。 螺旋压力机兼有模锻锤、机械压力机等多种锻压机械的作用，万能性强，可用于模锻、冲裁、拉深等工艺。此外，螺旋压力机，特别是摩擦压力机结构简单，制造容易，所以应用广泛。螺旋压力机的缺点是生产率和机械效率较低。 本设计采用 电动螺旋压力机 直接用电动机转子来代替飞轮，或通过齿轮或传动带带动飞轮旋转，去除了低效率的摩擦传动，具有最短的传动链和较高的效率 ， 与液压传动的螺旋压力机相比，不需复杂的液压驱动设备，不存在液压油泄漏污染环境和出现液压故障问题由于换向频繁，与摩擦螺旋压力机相比，无摩擦盘、横轴等中间传动装置和摩擦带易损件，零部件少，可靠性高，精度好，效率高 。但由于频繁换向， 对控制电器要求较高，并需要特殊电机 。 2 2.通用 螺杆 压力机的技术参数 螺杆 压力机的技术参数反映了压力机的工艺能力、加工零件的尺寸范围以及有关生产率等指标，现分述如 下： 1） 公称压力 P，及公称压力行程 S 螺杆 压力机的公称压力 (或称额定压力 )是指滑块离下死点前某一特定距离(此特定距离称 为公称压力行程或额定压力行程 )时，滑块所容许承受的最大作用力。例如 630、 1000、 1600、 2500、 3150、 4000、 6300kN 。这个系列是从生产实践中归纳整理后制订的，既能满足生产需要，又不致使 压力机的规格过多，给制造带来 困难。当然专为实现某工艺的压力机也可以按实际需要的工艺力来确定公称压力。在型谱中，通用压力机一般以公称压力作为主参数，其他技术参数称为基本参数。 2） 滑块行程 S 它是指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 螺杆 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。而且模具的导柱导套可能脱离，影响工件精度和模具寿命。此外，滑块的速度也要加大。所以，应该适当选择行程长度。 3） 滑块行程次数 n 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。行程次数越高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可能实现高生产率。行程次数提高以后，机器的振动和噪音也将增加。现代的压力机，有提高行程次数的趋势。 4） 最大装模高度 H，及装模高度调节量 H； 装模高 度是指滑块在下死点时，滑块下定向到工作台板上表面的距离。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。与装模高度并行的标准尚有封闭高度。所谓封 3 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工作台板的厚度。装模高度及其调节量必需适当，增大其数值固然能安装闭合高度较大的模具，适应性较大，但若安装高度较小的模具时，则需增添附加垫板，给工作带来不便。而且，压 力机的高度也相应增加。 5） 工作台板及滑块底面尺寸 它是指压力机工作中间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。 6） 喉深 它是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机的特有参数。尺寸选得太小，则加工的零件尺寸受到限制。尺寸选得过 大 ，则给机身的设计，特别是刚度设计带来困难 3.螺杆压力机 的方案设计 1-电机 2-蜗轮 3-蜗杆 4-螺杆 5-立柱 6-移动 横梁 7-螺母 8-滑块 9-工作台 图 3-1 螺杆压力机设计方案简图 3.1 螺杆压力机的组 成 4 螺杆压力机主要由动力源、主机、传动机构、电气控制系统四部分组成。 其中动力源为电动机；主机包括横梁、立柱、滑块、工作台等；传动机构主要由蜗轮、蜗杆、螺母、螺杆等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。 3.2 螺杆压机工艺方案设计 1）控制方式的选择 采用电气系统的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式。 2）传动机构 采用电动机做动力源， 由蜗 轮蜗杆减速器连接螺母，由螺母 转动带动 螺杆 ，使与螺杆连接的滑块做往复的直线运动。 3）电气控制 采用继电器、行程开关、接触 器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制。 4）主机： 主机结构形式采用“三梁四柱”的形式。 4.机身的设计 4.1 对机身机构设计的要求 螺杆 压力机的机身系封闭框架。它不仅承受在模锻时所产生的力和力矩，而且是连接和安装热 螺杆 压力机所有功能机构的基础 。 机身的质量一般占压力机总质量的 50%以 上，其加工量约占压力机总加工量的 30%。因此，机身结构的 合理设计 十分重要。 螺杆 压力机的机身结构主要取决于； 1) 模锻件的 精度 要求； 2)机身上所有零部件的相互装配要求及其紧凑性； 3)由制造厂工艺条件决定的加工经济合理 性。 螺杆 压力机的机身按其结构特点划分，有整体式和组合式两种 ，按其毛胚制造方法分类 有铸造、焊接和铸焊组合三种。 5 整体机身结构简单、加工量小，在加工制造允许的条件下，可以应用于公称压力 P 40 MN 的热模铝压力机。对于大重型热模锻压力机，由于制造和运输的原因，需采用组合式结构。组合机身通常分为两件或四件，用预应力拉紧 螺栓 连接成一体。 铸造机身在热模压力机应用最为广泛，其优点是减震性能较好，但质量较大。焊接 机 身或铸焊组合机身有利于减少其质量，缩短制造周期，但减震性能较差，焊 接 机身目前还仅限于在公 称压力 P 25MN 的热模锻压力机上使用。 在结构设计时，机身一般应满足以下要求： 1)应具备足够的刚度。在满足强度和刚度的前提下 力求减小机身的质量，以节约金属； 2)力求结构简单，便于压力机零部件的安装、调整、修理和更换； 3)在设计焊接机身时，尽可能使焊缝不承受主要负荷，考虑焊接工艺要求，避免焊按时产生变形； 4)在铸造机身设 计时，应考虑铸造工艺的特点和要求，尽可能避免各断面金属分布的不 均匀。适当加大过渡圆角，以减少应力集中； 5)应具有良好的加工工艺性。 在保证机身精度的条件下，能为减少加工 量和装夹次数提供条件，降低制造成本； 6)与基础接触的支承面积应足够大，以保证压力机工作的稳定性； 7)为适应热模锻压力机自动化的要求，在保证机身强度和刚 度 的条件下，应使仍窗口尽应保证与中间传动轴轴承库的可靠联接，使齿轮中心距保持不变，以提高齿轮的使用 ； 9)从技术美学观点出发，力求造型美观。 机身导轨是保证 锻件 精度 的重 要零件。在压力机工作时，导轨不仅起导向作用，而且 承受偏 心载荷。在设计时， 导轨 应满足以下要求： a)足够长的导向面和足够 的刚度； b)结构应简单可靠，便于加工制造； c)导轨 应便于更换或修复，其导向面的硬度应低于滑块导向面的硬度面的磨损； d)调节方便准确，具有可靠的防松设施； 6 4.2 机身的典型结构 4.2.1 组合机身 组合机身不仅是大重型压力机、而且是中型压力机广泛采用的结构型式。 在设计决定组合机身的分 缝 面时，不仅要考虑压力机所承受的垂直分力，而且要考虑承受的水平分力和倾覆力矩。立柱和底座的分 缝 绝不应高于工作台的上平面。上横梁和立柱的分 缝 应避开 偏心轴的支承孔，以免削弱偏心轴的支承刚度，防止偏心轴支承孔由于机身 预 紧后降低或 丧 失精度。 为防止组合机身各部分按合面的错移，保证它们的精确定位 ，一般在各结合面的 左右方向设置定位销和定位 键 ，也可以采用定位环定位。 组合机身的预紧可以通过加热方法和液压螺母法实现。 4.2.2 整体机身的典型结构 整体结构机身有空心和实心两种。整体空心结构质量小，但对铸造工艺水平要求高。为改善立柱在压力机工作时 的 受力状态，使其承受压应力，整体空心结构机身一般部采用拉紧 螺栓 预紧。整体实心结构简单、质量大、刚度 高，无须拉紧螺栓预紧。目前，只有 Eumuco 公司采用整体实心结构，机身由于无须拉紧螺栓预紧，因而没有整体空心结构和组合机身结构在预紧时的变形，为保证其加工精度提供了条件，同时也可以节省加工工时、降低制造成本。 本设计采用的是组合机身 4.3 机身的主要尺寸和精度 机身主要尺寸取决于压力机的基本技术参数 (公称压力、滑块行程长度、滑块行程次数、工作台上平面、滑块下平面的前后和左右尺寸、 最大封闭高度等 )，压力机的工作稳定性要求以及对机身强度和刚度的要求。机身直至加工部位的精度主要决定于 零件 件的尺寸精度，以及为 保证压力机长期正常可靠工作的要求。 (1)拉紧螺栓直径 ： 拉紧螺栓直径决定于机身的预紧力。机身预紧力通常根据压力机的公称压力及其结构形式确定。拉紧螺栓一般采用 45号钢制造。 当采用正火处理的 45 号钢时， 对于 组合机身的拉紧螺栓直径 d 可按以下经 7 验公式计算，然后 根据标准 直径圆 初步选定。 2.1 gdp 式中 gp 压力机公称压力 (KN)。 对于整体机身，可取预紧力为 (0.71.0) gp，但是在目前实际设计时 也有人取和 机身同样大小的 预 紧力。 拉紧 螺栓 两端通常采用 45 锯齿形螺纹，其牙型与基本尺寸分别见 标准，螺母采用圆螺母 。当 拉紧螺栓的直径确定后，两端螺纹和螺母 可以按 标准 表 （见设计手册）选取。 （ 2） 立柱断面尺寸 立柱最小断面积按下面这个公式选取： m in 2 GPF ; P 预压力，通常可取 P=（ 1.21.5）gp； G 许用应力，可近似取 4060MPa （ 3） 机身高度的确定 机身的高度可按下式确定： H=h+S+L+H1+A+H2+H3+H4; 式中 h 最大装模高度 ； S 压力机行程长度； L 连 杆 长度 ； H1 滑块底面与连杆小头中心线的距离 ； A+H2 偏 心轴心与上 横梁顶面 的距离； H3 楔形工作台的高度； H4 底座的高度； 8 封闭高度采用偏心压力销或 偏 心套调整的压力机，在计算机身高 度 时，不应计人 H3。 (4)底座尺寸和底座与基础接触 面积 底座后面尺寸可近似按以下经验公式决定： E T+2/3D; 式中 T 机身中心线至传动轴 支 座孔中心线的距离 ； D 飞轮直径 (mm)。 机 身底座与基础 接触 面积按下式确定； P mg/p; 式中 m 压力机质量； g 重力加速度； p 机身底座与基础接触面的单位压力，一般可取 0.70.8MPa。 4.4 机身机架的选用、受力及强度的校核 本 课题选用的机身为三梁四柱式机身，机身结构简图如下图 4-1 所示 1-横梁 2-移动 横梁 3-立柱 4-工作台 图 4-1 机身结构简图 整体机身 框架力的传递由上图可以看出上下横梁和立柱交界内转角处为危险区域，并为受拉状态，所以在设计的时候应该保证以下几点原则。 9 （ 1）应使力的传递距离最短。 （ 2）结构布置和材料分配应考虑力的传递路线。 （ 3）整体机身的上下横梁和立柱交界的内转角处有明显的应力集中，应设计合理的圆弧结构，并保证加工精度。 （ 4）上下横梁不宜采用中段局部增高等加强梁结构，因其在转折处必定应力集 中，有害无利。 现在研究一下工作行程中机身受的力， 假设 机身 与基础刚 性 连接，可对于不动的下横梁来分析 拉紧 螺栓 立 柱 的 伸长 和 上 横梁的绝对位移。作用在机身上的 拉 力通常可表示为 (不考虑摩擦力 )： 1zZdvp F R M dt 式中 M、 dvdt分别为 机身部分的换算质量和加速度； F 为 螺杆压力机的最大工作负载为 100KN 因为机身是一个弹性系统，所以在力 F 十ZR瞬时作用下使 机身 产生沿轴线方向的弹性变形，同时机身部分相对下 支 承 面 产 生绕 轴线的 扭转 。因此，在工作行程时， 螺杆压力 机产生纵向弹性振动和 扭转 振动，并 且这 种振动传到地基上，根据 某知名 工厂 所 作的有关 锻件 变形时 螺杆 压力机机 身 状态的试验表明， 在加载过程中， 处于弹性振动状态的机身，承受交变 载荷 。工作行程时 机 身受冲击负荷，其特性与静载下的特性有质和 量 上的区别。 螺杆 压力机其他零件承受着类似机身的 载荷 特性，然而要弄清楚它的全部情形，实验资料还是很不够的。 因此 不考虑惯性力的动静法，乃是受力计算 的基本 方法。根 据力 的 数据可计算压力机零件的应力，并与许用应力进行比较 。 在此基础 上 便可对结构零件的工作能力作出结论 。 但是 当用计算方法得到 的应力不超过许用应力时，就不能保证零件在使用过 程中不会损坏，因为压力机零件在交变载荷 下工作。对于比较精确的计算需要考虑疲劳，但是关于 螺杆 、机身等最重要零件 的疲劳计算还研究得很不够。 采用的近似方法，只附带考虑了工作行程时 滑 块、螺杆和飞轮在突然减速情况下产生的惯性力和惯性力矩。 10 惯性力和惯性力矩可用下式确定： 2222Md v d s sP m m md t d t t ； 224X d v sM J Jh d t h t 应 当 给出变形时间 t，当在没有锻件情况下模具冷击时， T= 0.010.05 秒。 冷击时在滑决运 动方向上的变形可以由比值 s=p/c 令近 似 确定，这里 c 为螺旋压力机的刚度 。 4.4.1 主机载荷分析 螺杆压力机的最大工作负载为 100KN， 在进行载荷设计时，取负载 100KN 对压力机进行受力计算。 螺杆压力机机结构形式为“三梁四柱”式，工作时加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉 受力简图如下图所示： F-负载 T-导柱拉力 图 4-2 横梁、导柱受力图 4.4.2 立 柱 的 设计 立柱的材料选择：立柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗 11 拉强度。立 柱材料选择 45 圆钢，也可选用锻件形式。 热处理要求：立柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少立 柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐磨性。总的热处理工艺为调质和表面淬火。 材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用 45钢，毛坯采用锻件 压力机的最大负载约为 100kN，通过力传递后，最后由四根立 柱承 受 100KN的拉力，作用在每根立 柱上的拉力为 25kN。由许用拉应力公式，可计算导柱的安全直径 D。 AF式 1 式中： 许用应力；取 45 钢 =80 100MPa； F 轴向拉力； A 横截面积。 即： mPaNFD 02.0108014.3 105.244 63 取立 柱 直 径 D=60mm,带入式 1 进行强 度校核 8.84/6014.3 1025 2 3m a x M P aAF 满足条件，强度合格 立柱稳定性计算 取立柱长度 L=1200mm 1546044/ 64/24 DDDAIi 式中 I 立柱的 的惯性距 A 立柱的横截面积 柔度计算 ： 立柱是两端固定结构， 根据表 5-2 5.0 401512005.0 il 12 式中 长度系数 立柱临界应力： 材料为 45 钢 2.432 ，2则 MPac 355立柱工作应力 M p aAF 8.84/6014.3 1025 23 gn公式： 38.13.408.8355 wg nn计算表明稳定性合格 4.4.3 横梁 的 设计 横梁受力可以简化为简直梁，中间受载的情形，如图所示。 截 面 1 - 1横梁 受力简图 图 4-3 初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为 800,700,300mm 截面为矩形 ， 即：负载作用下的剪力和弯矩如图所示 13 图 4-4(a) 剪力图 (b) 弯矩图 由弯矩图 4-4 可知，横梁 C 点 1 1 截面 弯矩 最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为： WM maxmax 式中： max 最大弯曲正应力 ； maxM 最大弯矩； W 抗 弯 截面系数 ( 3m )。 矩形截面抗弯系数 W 计算公式为： 62bhW 式中： b 矩形截面的宽； h 矩形截面的高。 即： 32 009.06 3.07.0 mW 14 M P am mkN 7.2009.0 .7.24 3m a x 45 钢的弯曲许用应力 =100MPa，而横梁的最大弯曲应力max=2.7MPa，远小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求 5.螺杆的设计 算 5.1 螺杆的设计计算 (1)确定螺纹直径 螺杆工作时，同时受到压 力和转矩的作用。因此它的计算可近似按螺栓联接的计算公式求得螺纹公称直径即 3.14Fd 许用应力 (3 5)s 螺杆材料选 45 钢，调质处理， 2s N360 mm， 27212053 mmNs 取 Mpa100 则 mmFd 8.39801000003.143.14 选梯形螺纹 48 8Tr 螺纹大径 ： 48d mm ， 1 4 8 1 4 9D d m m 螺纹中径 ： 22 4 4 8 4 4 4d D d m m 螺纹小径 ： 9 4 8 9 3 9d m m 1d 1 8 4 8 8 4 0D d m m 螺距 ： 15 8p mm 螺纹根部厚度 ： 1 0 . 6 3 4 0 . 6 3 4 8 5 . 0 7 2t p m m 螺纹工作高度 ： mmh=0.5p=0.5 8=4 校 核螺杆强度 ： 螺纹力矩 : 21 t a n ( ) 2v dTF 螺纹升角 ： 218a r c t a n ( ) a r c t a n ( ) 3 . 3 144np d o 查 表 5-1 0.18 (钢与铸铁的滑动摩擦系数无润 滑 ) 当量摩擦角 0 . 1 8a r c t a n a r c t a n 1 0 . 5 5c o s c o s 1 5v oo表 5-1 摩擦因数 f 值（无滑条件下） 螺杆和螺母材料 f值 螺杆和螺母材料 f值 淬火钢和青铜 钢和青铜 钢和耐磨铸铁 0.060.08 0.080.10 0.100.12 钢和铸铁 钢和钢 0.160.19 0.130.17 351. 441 0 0 1 0 t a n ( 3 . 3 1 1 0 . 5 5 ) 5 . 4 2 1 02T N m m 按第四强度理论较核，压 扭组合校核 22123114 3 0 . 2caTFdd 2235234 1 0 0 1 0 5 . 4 2 1 03 7 7 . 5 2 8 03 9 0 . 2 3 9ca M p a M p a 满足要求。 (2)自锁性验算 自锁条件v其中 3.31 o 16 故 v，可用，且 4 4 30 oo，可靠 (3)螺杆结构 螺杆上端直径 ： ( 1 . 7 1 . 9 ) ( 1 . 7 1 . 9 ) 4 8 8 1 . 6 9 1 . 2d m m 2D 取 85mm2D ( 0 . 6 0 . 7 ) ( 0 . 6 0 . 7 ) 4 8 2 8 . 8 3 3 . 6d d m m ， 取 30d mm 退刀槽直径 ： 1 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 9 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 8 . 8 3 8 . 5d m m cd取 38.6cd mm退刀槽宽度 ： b=1.5p=1.5 8=12mm 螺杆膨大部分长度 ： l = ( 1 . 4 1 . 6 ) d = ( 1 . 4 1 . 6 ) 4 8 = 6 7 . 2 7 6 . 8 m m 取 70l mm 12 ( 3 4 ) 1 3 ( 3 4 ) 1 6 1 7h h m m ， 取1 16h mm螺杆长度 1 2 4 0 1 4 0 7 0 1 6 4 6 6l l h m m =H+H (4)稳定性计算 细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力，螺杆可能失稳，为此按下式演算螺杆的稳定性。 2 .5 4 .0crFF 式中，crF为螺杆的临界压力。 22()crEIFL。弹性模量 52 .0 1 0E M p a 17 4 4 541 39 1 . 1 1 06 4 6 4dI m m 。 5 ( 1 . 4 1 . 6 )L H p d 2 4 0 5 8 ( 1 . 4 1 . 6 ) 4 8 3 4 7 . 2 3 5 6 . 8 mm ， 取 350L mm 。 由 0 0 2 1 4 0 4 4 3 . 1 8 3l d d H，为固定支承， 查表 5-2 2 （一端固定，一端自由） 表 5-2 系数 和1螺杆端部结构 1 两端固定 0.5 （如一端不完全固定时为 0.6） 4.730 一端固定，一端铰支 0.7 3.927 两端铰支 1 3.142 一端固定，一端自由 2 1.875 2 5 5 522 . 0 1 0 1 . 1 1 0 4 . 5 7 1 0( 2 3 5 0 )crFN 5.257.410100/1057.4/ 35 FF cr ，螺杆可以稳定工作。 5.2 螺母的设计计算 螺母的材料选用 HT300 (1)确定螺纹旋合圈数 z 根据耐磨性旋合圈数 z，即 2 FPppd h H 2 Fz d h p 查表 5-3取 215 mmNp 84.741544 10100 3 z 18 表 5-3 滑动螺旋传动的许用压强 pp2mmN 螺纹副材料 速度范围，sm 许用压强 p 螺纹副材料 速度范围，sm 许用压强 p 钢对青铜 低速 0.25 1825 1118 710 12 钢对铸铁 50 启动载荷 小 较大 大 AK 1 1.15 1.2 （ 5）确定弹性影响系数 EZ 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 21160 MPaZ E (6)确定接触系数pZ先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动 中心距 a 的比值 35.01 ad，从图 7-4 中可 24 查得 9.2pZ图 7-4 圆柱蜗杆传动的接触系数pZ(7)确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45HRC,可从表 7-5 中查得蜗轮的基本许用应力 a268 MPH 表 7-5 铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力 H MPa 蜗轮材料 铸造方法 蜗杆螺旋面硬度 HRC45 HRC45 铸锡磷青铜 ZcuSn10P1 砂模铸造 150 180 金属模铸造 220 268 铸锡锌铅青铜 ZcuSn5Pb5Zn5 砂模铸造 113 135 金属模铸造 128 140 应力循环次数 72 1018.512000201440160jn60 hLN 寿命系数 25 8 1 4 1.01018.5 108 77 HNK 则 M P aKHHNH 2 1 82 6 80 8 1 4 1.0 (8)计算中心距 mma 188.161)218 9.2160(7640 0021.13 2 取中心距 a=200mm,因 i=20 故从表 7-6 中取模数 m=8mm，蜗杆分度圆直径mmd 801 ，这时 4.01 ad ，从图 7-3中可查得接触系数 pZ 2.74，因为 pZ pZ ,因此以上计算结果可用 。 表 7-6 普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配 中心距 a /mm 模数m /mm 分度圆直径mmd /1 mmdm/ 12 蜗杆头数 1z 直径系数 q 分度圆导程角 蜗轮齿数 2z 变位系数 2x 160 8 80 5120 1 10 83245 31 -0.500 （ 200） 2 638111 （ 41） （ -0.500） （ 225） 4 508421 （ 47） （ -0.375） （ 250） 6 057530 （ 52） （ +0.250） 注： 1）本表中导程角 小于 033 的圆柱蜗杆均为自锁蜗杆； 2）括号中的参数不适用于蜗杆头数 61 z 时 ； 3）本表摘自 GB/T 10085 1988 4）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 （ 9）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 a)蜗杆： 轴向齿距 : mmmp a 133.25 ； 26 直径系数 : q=10； 齿顶圆直径 : mmmdd a 968280211 ； 齿根圆直径 : mmmdd f 8.6084.2804.211 ； 分度圆导程角 : 638111 ； 蜗杆轴向齿厚 : mmmS a 5 6 6 4.1221 蜗杆齿宽： mmddb a 104328344 22222 21 b)蜗轮： 蜗轮齿 数： 41z2 变位系数 ： 5.02 x ； 验算传动比 5.20241zz12 i,误差为 是允许的。%,5.2025.020 205.20 蜗轮分度圆直径 ： mmmz 328418d 22 蜗轮喉圆直径 ： mmhdd aa 3 4 4823 2 82 222 蜗轮齿根圆直径 ： mmhdd ff 8.30882.123282 222 蜗轮咽喉母圆半径 ： 27 mmdar ag 283442120021 22 蜗轮齿宽 ： mmdB a 729675.075.0 1 （ 10）校核齿根弯曲疲劳强度 53.1 2212 FFaF YYmdd KT 当量齿数 48.43)31.11( c os41c os 3322 ZZv根据 48.43,5.022 vZx，从图 7-7 中可查得齿形系数 87.22 FaY图 7-7 蜗轮的齿形系数 2FaY （naa mh 3.0,1,20 0 ） 螺旋角系数 ： 9 1 9 2.0140 31.1111401 Y 许用弯曲应力 从表 7-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗 轮基本许用弯曲应力MPaF 56 寿命系数 645.01018.5 109 76 FNK 28 M P aF 12.3664 5.056 M P aF 773.179 1 9 2.087.2832880 7 6 4 0 0 021.153.1 FF ，所以弯曲强度时满足的。 表 7-8 蜗轮基本许用弯曲应力 F蜗轮材料 铸造方法 单侧工作 OF 双侧工作 1 F 铸锡青铜 ZcuSn10P1 砂模铸造 40 29 金属模铸造 56 40 铸锡锌铅青铜 ZcuSnPb5Zn5 砂模铸造 26 22 金属模铸造 32 26 铸铝铁青铜 ZcuAl10Fe3 砂模铸造 80 57 金属模铸造 90 64 灰铸铁 HT150 砂模铸造 40 28 HT200 金属模铸造 48 34 （ 11） 蜗杆轴扰度验算 蜗杆轴惯性矩： 644 11017.464 9664 adI 允许蜗杆扰度： 04.010004.0004.0 m 蜗杆轴扰度 006.01017.41020648328)3.131.11(20328764000248)(632332332 tgtgEItgtglF vtT 29 合格 （ 12） 验算效率 )ta n ( ta n)96.095.0( v 已知vvv ff ;a r c t a n;31.11638111 与相对滑动速度sV有关 smndV s 151.631.11c o s1 0 0 060 1 4 4 080c o s1 0 0 060 11 从表 7-9 中用插值法查得 1 6 8 7.1,0 2 0 4.0 vvf ；代入式中得 86.0 大于原估计，因此不用重算。 表 7-9 普通圆柱蜗杆传动sv、vf、v值 蜗轮齿圈材料 锡青铜 蜗杆齿面硬度 HRC45 其他 滑动速度 )/( smvsvf v vf v 5 0.022 611 0.029 041 8 0.018 201 0.026 921 注：如滑动速度与表中数值不一致时，可以用插入法求得vf和v值 （ 13） 温度计算 散热面积估算 288.1588.15 90.1200109109 mmaA 箱体工作温度 CCtAaPtw 8072209.115)8.01(5.71000)1(1000011此处取wa=15w/（ mc） 合格 （ 14）精度等级公差 和表面粗糙度的确定 30 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器从 GB/T10089 1988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度，标注为 8f GB/T10089 1988.然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。 8.10 吨 螺杆压力机的基本参数 经过分析、设计、校核得出 10T 螺杆压力机的各参数如下表所示： 形式 10T 螺杆压力机 公称压力（ KN） 100 行程长度（ mm） 300 装模高度（ mm） 200 滑块的面积（长 * 宽 mm） 300*200 工作台厚度（ mm） 200 主电机（ KW） 7.5 工进速度（ m/s） 0.01 9.电器控制图及安装使用要求 9.1 电器控制系统 压力机的电控制 系统设计是整个压力机设计的一部分。在设计过程中要与机械部分取得密切配合，要广 泛征求装配、维修和操作工人师傅对已有产品的意见和对新产品的 要求 使设计满足他用和制造等方面的要求。 设计电气控制线路，应使 工人的手操作最少，使电器和触头的数量尽可能少， 31 应考虑到当电气部分发生故障时，保证压力机自动停车，满足安全、可靠和经济的要求。 压力机工作中有震动，为了保证 电器 元件的使用 寿命 在 减震 方面应予以注意 。 电气控制系统 中 ，可调环节应尽可能少，元件的调整、检修和更换应当方便。 （ 1） 电功机的控制和保护： 对于主传动电动机，中、小型压力机 多采用鼠笼转子异步电动机 并且 大多采用直接起动，只在必要时 (电源变压器容量限制或 电 动机发热限制 )，才采用降压起动 (Y 起动和 自隅变压器起动等 )。大、中型压力机多采用绕线转子异步电动机 并 利用在电动机转子绕组 中 串接电阻的方法降低起动电流。在起动过程中以时间继电器控制把串接电阻逐步短接切。有时为了使电动机 具有较软的机械特性： 起动之后仍保留一部分串接电阻 。 主传动电动机正转起动必须自保，即按下“开动”按钮后、除接通主电路的正转常开触头之外，在 控制 线路 中 与此 按钮并联的常开触头 闭合 ，松开此按钮，电动机仍保持 起动状态。要停止电功机则需按其停止 按钮。 主传动电动机 有时要求有反转。反转是在用寸动脱开压力机卡 时使用或者在寸动调整压力机时，发现即将卡 死而需 将 滑块 返 回时使用。 电气控制线路应保证主传动电动机正转与反转互 锁 (当开动正转时 ， 反转控制线路内串联的常闭触头断开；而开动反转时，则正转控制线路内串联的常闭触头断开 )，以防止正、反转同时接进而短路。 较大吨位的压力机要求封闭高度机动调整 。 调整封闭高度用的电动机都要求行两个转向。与主传动电动机同理，正、反转应当互锁 。 调整封闭高度的电动机要求“点动”开动 ， 因此其控制线路不要自保 。 压力机的润滑和送料装置等也可能采用电动机，但这些情况在开式压力机中是很少见的。 关于 电 功机的 保护，对主传动电动机应设有过载 保护和短路保护。主传动电动机利用按钮 起动 并 利用控制线路自保维持运转，当失电时则立即断电，要重新供电需再 启动 动 按钮 ，因此具有失压保护作用。 对 其他电动机都应设有短路保护并 根据其具体工作 情况 增设其他保护。 32 （ 2） 操作规范 离合器与制动器的控制： 根指使用需要，常要求压力机具有下述操作规范： 寸 动 行程：按下 开 动按钮 滑块 即 运动， 松开该 按钮 滑块即 停止。这是在安装与调整模具 时使 滑块 间断运动 并使其停在所需位置 而使用的一种行程。 单次行程： 按一下开动按钮 (或 踏一下脚踏 开关的踏板 )， 滑块 作一次完整的行程 并 停止在上死点；即使 按钮 (或踏板 )一直 按 着，或松开按钮在滑块未到上死点时又重新 按 下， 滑块 都不连续进行第二次行程。 安全单次行程：按动按钮直到滑块 过下死点才松开，然后 滑块运动 至上死点自动停止。当滑块向下行程时，若松开按钮 滑块 即停止 (如寸动行程 )I 而当 滑块向上反 向 行程时，则不管是否按着按钮， 滑块必定运动至 死点停 止 (如单次行程 )。安全单 次行程多用双手操作，以保护操作者的双手不被模具压伤。 连续行程：连续踏着脚踏开关的踏板 (连续行程多用 脚 踏操作 )， 滑块 即连续远动几个行程：松开踏板，滑块运动至上死点自动停止。 自动行程 ： 按一下开动按 钮， 滑块 自动作连续行程 ， 如要 滑块 停止，必须按一下停止按钮。 具有摩擦离合器的压力机， 其 电气控制系统可以根据使用需要实现上述几个或全部操作规范；具有刚性离合器的压力机，其电气控制系统通常不具备寸动行程和安全单次行程。 上述各项规范的转换，除具有刚性离合器压力机 的单次行程与连续行程的变换是通过机械操纵器实现外，其余的通常是 电气上利用 规范 转换开关实现的。 （ 3） 安全、保护与电气联锁 为了防止压力机压伤操作人员的事故，压力机应当设有人身保护装置。 防止 压 力机过载损坏也是压 力 机设计中应当考虑的重要问题。过载时 压力机应能自功停车， 并 且只有在过载解除之后才能 从新启动。 9.2 电气控制电路的设计 主电路 的启动方式 采用 直接启动。 QS 为电源开关，熔断器 FU1 对主电路起短路保护作用，熔断器 FU2 对控制电路起短路保护作用。热继电器 FR 起过载保护作用。按下启动按钮 SB2 后，线圈 KM1 得电，电动机启动， 压 力 机开始工作。按下 SB3,电动机反转，滑块回程。 主电路如图 8-1 所示。 33 图 9-1 螺杆压力机主电路图 控制电路 主要控制滑块 的 工进 、 回程。其中速度换接通过行程开关来控制，为方便观察螺杆压力 机处于那个工况，设置信号指示灯。为 了预防突发事件的发生，应设置急停按钮。控制电路如图 9-2 所示。 34 图 9-2 螺杆压力机控制 电路图 9.3 电气控制过程分析 （ 1） 工进 将开关置于自动档， 按下 SB2，交流接触器 KM1 和信号指示灯 HL1 得电，电动机正转启动，同时信号灯亮起。当触及行程开关 SQ1 时，运动停止。 （ 2） 点动工进 将开关置于手动档，按下 SB4,中间继电器 KA3、交流接触器 KM1 和信号指示灯