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01 曲轴 压力 机主 传动 飞轮 设计

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北华大学机械工程学院专业课程设计说明书专业方向课程设计说明书题目名称： 曲轴压力机主传动及飞轮设计 学 院： 机械工程学院 专业年级： 机械设计制造及其自动化11级 姓 名： 王森、耿东 班级学号： 机设11-2-07、08 指导教师： 张占国 二一四 年 一 月 四 日- 19 -目录第一章 课程设计任务书1第二章 执行机构方案设计3第三章 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析6第四章 电动机选择10第五章 分配传动比与各轴运动和动力参数计算12第六章 飞轮设计14第七章 传动系统设计19参考文献32第一章 课程设计任务书1. 工作原理曲轴压力机（图1-1）是应用广泛的冲压机床，电动机通过V带传动（或V带传动齿轮传动）驱动大带轮轴（或大齿轮轴）旋转，该轴以曲轴或偏心轴作为曲柄，并与连杆、冲头、导轨组成曲柄滑块机构，曲柄的旋转运动变成冲头沿导轨的变速上下往复运动，将电动机的能量传给工作机构，从而使坯料获得预期的变形，制成所需的工件。曲轴压力机机构简图如图1-2所示。 图1-1 简易曲柄压力机 图1-2 曲轴压力机机构简图2. 设计要求1）要求曲柄压力机结构简单，工作可靠，电动机功率仅考虑板料冲裁，自动送料。2）滑块往复次数误差不大于。3）曲柄滑块机构最小传动角不小于。3. 设计数据学号7和82和3型号12公称压力4063发生公称压力时滑块离下死点的距33.5滑块行程4050标准行程次数（次/分钟）200160冲裁板厚22.5立柱间距离4004004. 设计任务1）拟定出工作机构和传动系统运动方案。2）画出曲柄压力机运动简图。3）画出工作行程时滑块的行程、速度、加速度曲线。4）按冲裁功选择电动机功率和设计飞轮。5）绘制主传动装配图1张（）。6）绘制零件图2张（），其中应包含兼作飞轮的大齿轮或大带轮。7）编写设计说明书1份。第二章 执行机构方案设计1. 方案执行机构设计方案方案特点如下：这是闭式单点压力机的一种常用传动结构。曲柄压力机的传动系统有三个比较突出的问题须在设计之前加以分析和确定，以便使整个压力机能达到结构紧凑，维修方便，性能良好和外形美观。2. 方案此压力机为三级上传动，单边驱动，主轴的安放位置垂直于压力机正面，所有传动齿轮都置于机身内部，离合器制动器置于机身背面。执行机构设计方案3. 方案执行机构设计方案方案特点如下： 曲柄滑块机构属于节点正置的滑块运动机构，根据资料实验验证，节点正置的之后，这种机构用于要求工作速度快而回程慢的机器，适合高效率的工作，同时又能够方便卸料、上料。因此适用于此种曲轴压力机的运动机构。第三章 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析1. 曲柄滑块机构的运动分析 曲柄滑块机构的运动简图如图3-1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。今讨论滑块的位移、速度和加速度与曲柄转角之间的关系。曲柄滑块机构可分为节点正置与节点偏置，压力机采用单边节点偏置结构。运动简图可简化如下图3-1所示。图3-1曲柄滑块机构运动简图1) 滑块的位移和曲柄转角之间的关系可表达为：而 令 则 而 所以 则 由于一般小于0.3，对于通用压力机，一般在0.10.2范围内，故式子可进行简化。根据二项式定理，取：代入式子，整理得： 式（3.1）式中 滑块行程，从下死点算起，以下均同；曲柄转角，从下死点算路与曲柄旋转方向相反者为正；曲柄半径； 连杆系数； L连杆长度(当连杆长度可调时取最短时数值)。因此，已知滑块行程和连杆系数时，则可从式中求出对应于不同的角的L值。2) 滑块的速度和曲柄转角的关系求出滑块的位移与曲柄转角的关系后，将位移S对时间t求导数就可得到滑块的速度，即： 而 式（3.2）式中 滑块速度； 曲柄的角速度。又 则 式（3.3） 式中 曲柄的每分钟转数，亦即滑块每分钟行程次数。3) 滑块的加速度和曲柄转角的关系对于高速压力机，滑块运动的惯性力必需予以足够注意。为此，需要求出滑块的加速度和曲柄转角的关系，将上式对时间求导数即得： 式（3.4） = =式中 滑块加速度。由压力机的行程S=40 mm，连杆系数=0.1，曲柄转速n=200转/min，则 mm 表1-1 滑块与曲柄的运动数据01020304000.01690.06630.14780.256803.3813.2629.5651.3600.19260.37740.54760.6971060.732118.881172.494219.586550607080900.38950.54130.70660.87971.05577.95108.26141.32175.942110.82010.91360.97541.00381258.3315287.7525307.251316.1973152. 曲柄滑块机构的受力分析 图2-2为结点正置的曲柄滑块机构滑块的受力简图。滑块上受到工件变形抗力P的作 用，在忽略摩擦力的情况下，P力由连杆上给予滑块的作用力及导轨给予滑块上的反作用力Q相平衡。根据力的平衡原理得：由前推导得知，若=0.3，当时， 0。当时， ，在通常情况下，特别是对通用压力机，远小于0.3，故远小于。由于角较小，因此，可以认为，故上述二式写成： 式（3.5）图3-2节点正置的曲柄滑块机构受力简图第四章 电动机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。1. 电动机类型选择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。2. 电动机功率选择与型号确定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平衡计算和校核启动力矩。根据原始数据可知工作机的工作阻力F = 40KN = 40000N，运输带的速度= 652002mm/min = 0.43m/s。工作机所需的电动机输出功率为 （采用飞轮机构） = 15=15 式（4.1）由电动机至工作机之间的总效率为 式（4.2）式中、 分别为联轴器、带传动、齿轮传动、滑动轴承的效率。取=0.97、 =0.96、 =0.95、 =0.97，则 = 所以 = 15= 3.11KW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Y112M-2，额定功率4KW，满载转速2890r/min。第五章 分配传动比与各轴运动和动力参数计算1. 计算总传动比和分配转动比由选定电动机的满载转速和工作机主轴的转速 ，可得传动装置的总传动比为 = = 取=5 则= = 2.892. 计算各轴的运动和动力参数1）各轴转速= 2890r/min= 2890r/min2）各轴的输入功率 = 3.11KW3）各轴输入转矩运动和动力参数的计算结果列于下表2-1 轴号P/KMT/Nmmn/(r/min)电动机轴3.1110.282890轴3.029.9828900.97轴2.289.3257850.93曲轴2.608.601105.240.92第六章 飞轮设计1. 曲柄压力机一工作周期所消耗的能量随着离合器的单次和连续结合，滑块的行程有单次和连续行程。单次行程时所需的周期能量连续行程时所需的周期能量 式（4.3）式中单次行程周期能量； 连续行程周期能量； 工件成形能量； 工作行程时，曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量； 受力系统弹性变形所消耗的能量； 滑块克服气垫压紧力所消耗的能量； 滑块空行程时所消耗的能量； 中间传动环节所消耗的能量； 离合器结合所消耗的能量； 滑块停顿，飞轮空转所消耗的能量。 1）工件成形所需能量式中 压力机公称压力（）； 板料厚度（），根据经验公式，。 2） 工作行程时，曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量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，建议按下式计算： 式（4.4）式中 公称压力角（），； 曲柄滑块机构的摩擦当量力臂（mm），； 压力机公称压力（）。 3） 弹性变形所消耗的能量完成工序时，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可按下式计算： 式（4.5）式中：压力机公称压力()； 压力机总的垂直刚度（）。 压力机垂直刚度,对于开式压力机。4） 滑块克服气垫压紧力所消耗的能量 无气垫压紧装置，5） 空行程时所消耗的能量 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。根据通用压力机空行程损耗的实验数据。6） 离合器结合搜消耗的能量 刚性离合器，7） 中间传动环节所消耗的能量在传递能量时，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，可按下式近似计算： 式（4.6） 式中：工件成形能量； 工作行程时，曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量； 受力系统弹性变形所消耗的能量； 滑块克服气垫压紧力所消耗的能量； 离合器结合所消耗的能量； 考虑到齿轮传动的效率。其中：齿轮啮合效率；一对轴承传动的效率; 考虑到皮带传动的效率。其中：皮带效率；一对轴承传动的效率;8）滑块停顿，飞轮空转所消耗的能量根据测试，单动压力机滑块停顿飞轮空转时，电机所需功率约为压力机额定功率的6-30%，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。飞轮空转所消耗的能量为： 式（4.7）式中 飞轮空转所需功率（）; 压力机行程次数利用系数（%），连续行程时，=100%。对手工送料时，行程利用系数按下表选取： 压力机行程 次数4050，弯曲和扭转时的绝对尺寸影响系数；由机械设计附表5，查得表面质量系数。由于曲柄压力机的轴所受载荷为脉动循环性质，所以所以复合安全系数查表查得许用安全系数，对于通用压力机，对于自动压力机，因此,轴的疲劳强度亦符合要求。图7-2 中间轴轴受力图中间轴水平面（xy）受力图图7-3 中间轴水平面受力图中间轴垂直面（xy）受力图图7-4 中间轴垂直面受力图画轴弯矩图中间轴水平面弯矩图图7-5 中间轴水平面弯矩图中间轴垂直面弯矩图图7-6 中间轴垂直面弯矩图合成弯矩图 式（7.17）图7-7 中间轴合成弯矩图画轴转矩图轴受转矩T=T=3.97