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机械毕业设计全套
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JXFZ01-024@空气锤的传动机构设计,机械毕业设计全套
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nts实习小结 转眼间，实习已临近结束。在这几个月的实习中，使我对一些锻压设备，锻压工序 等有了一定的了解。对它们的设计、制造、安装多能够有一定的认识。 平时我们都学习课本上的理论知识，没有看到或接触到产品的设计及制造。故在此实习中把平时学习到的理论知识多结合到实际应用中，充分做到了教核和实践相结合。在两者的结合下，使我又学到了很多专业知识。 在此期间，我们还做了一个毕业离校前的一个必修课 毕业设计。他对我们是一个挑战、也是一个机遇。毕业设计立足于 四 年所学的基础上，对其进行综合利用，积累和创新的 过程，他要求我们应用所学的知识进行有机的结合，并运用到设计过程中是理论结合的具体表现。 我设计的产品是我实习单位经常生产的一个产品 C41-1000空气锤，通过实习，我明白 了设计不单是凭空捏造出来的，而是在大量数据，资 料，精力是基础之上的，综合了设计者的思想，并通过理论经验公式，校 核和实践检验是不是可行，每一个步骤都要仔细检查运算和有关的数据，综合协调个部分的关系，从而的出最佳的结论，毕业设计使我们明白了设计的一般步骤方法，这最我们即将走 向工作岗位是很有益的。 实际设计中难免有一些不足和失误的地方，望各位老师和同学给予指正以便以后进一步提高。 通过本次实习，我学会了综合运用所学基础理论，基础知识和基础技nts能，特别是提高分析，解决实习问题的能力，培养了良好的工作的能力和创造性思维，并培养了良好的团队协作精神。 我们将告别大学 四 年的生活，这次实习就像是一次演习，为我们步 入社会做了一个铺毡， 为我划平人生的线起着至关重要的作用。我希望在毕业后的生活中，能吸取更多的知识，开阔自己的视野，投入一个新的集体中不断的锻炼、成长，更希望我有一个美满的人生！ 周旭 07.5.23 nts毕业答辩发言稿 各位答辩老师你们好！ 首先我介绍下课题的来源和背景。 本课题来源于我的实习公司南通天田锻压设备有限公司。国内对于锻造方法可以采用自由锻，模锻，和特殊的锻压形式冷锻，采用比较多的是自由锻。而对于锻造设备有锻锤，水压机，油压机，摩擦压力机。其中使用最为普遍的是锻锤（气缸作为线性驱动器，它可以在空气的任意位置，足见它所需运动轨迹，安装维护方便。再一个从介质上讲，空气本身取之不尽，用之不竭，排气处理简单无污染，也不需要配线配管）锻锤分为空气锤，蒸汽 -空气锤，电压锤，液压锤。 本锤的作用：本锤适用于 锻工车间对各种形状的零件 的自由锻造，如锻粗，锻接，延伸，冲孔，热接，和弯曲等工序。本锤系双作用双缸单柱式自由锻锤。 下面我来简述下基本原理：首先，由三相异步交流电机（为节省电流，采用 Y/降压启动）经一组三角带轮以及齿轮进行减速（传动轴采用齿轮轴设计，由圆锥滚子轴承支承）自由轴连杆曲柄机构将圆周运动转化为直线运动，驱动活塞往复行程，其形成的压缩空气经压缩缸和工作缸配气操作机构的旋阀获得锤杆的各种动作。 空气锤可以实现空行程，悬空，压紧，打击等动作。而打击又有轻打，重打，连打和单打之分。而这些动作都是通过 配气操纵机构实现。目前国内空气锤使用的空气分配阀主要有两种形式：三阀式和二阀式。本锤采用三阀式。 nts 三阀式空气分配阀的结构示意如图（挂 A1示意图）它有上，中，下三个旋阀 。上下旋阀各有阀体和阀套，中旋阀只有阀体。在中旋阀同一轴线的左方装有一止回阀。上下旋阀阀体通过平行四连杆联动，用一长手柄操纵。中旋阀用一短手柄操纵。转动手柄就可以改变阀体在阀套中的位置从而改变压缩缸和工作缸之间的气路情况。 （一）空行程 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垂直的位置，使上下两腔与大气相通， 这时锤头在自重的作用下下落，并在砧面上保持不动，常用于电动机的启动。 （二）悬空 把短收兵放在使中旋阀全关闭的位置，长手柄放在垂直位置，这时两缸上腔通大气，压缩下腔的气体经过下旋阀的 D段，止回阀，再经过下旋阀的 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。悬空时可以进行放置 工具或短见等工作。 （三）压紧 把短手柄放在使中旋阀全关的位置，压缩缸的上腔及 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。则上砧在落下部分重量即工作缸气体压力作用下压紧下砧上的工件。 在压紧的装带时可对工件进行弯曲或扭转操作。 （四）打击 把短手柄放在中旋阀全关的位置，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，则可以实现连续打击。 nts空气锤的传动机构设计 设计人 周旭 扬州职业大学 nts产品图 nts空气锤传动机构设计 摘 要 本课题来源于南通天田锻压设备有限公司。在国内，对于锻造方法可以采用 自由锻造，模锻和特殊的锻造形式冷锻。而对于锻造设备有锻锤，水压机，液压机，摩擦压力机。其中使用最为普遍的是锻锤。锻锤根据传动介质和传动形式的不同又可以分为空气锤，蒸气 空气锤，液压锤和电气锤。使用最为广泛的是空气锤 (气缸作为线性驱动器，它可以在空气的任意位置，组建它所需要的运动轨迹，安装维护方便，不需要配线配管。从介质上面讲，空气取之不尽，用之不竭。本身不花钱，排气处理简单，无污染。 ) nts作用：本锤适用于锻工车间对各种形状的零件自由锻造。如延伸，锻粗，锻接，热剪，冲孔和弯曲等工序。 原理：首先，由三相异步交流电机（为节省电流采用 Y/ 启动，经一组三角带轮以及齿轮进行减速（传动轴才用齿轮轴设计，由圆锥滚子轴承支承）。自由轴曲柄连杆机构将圆周运动转化为直线运动，驱动活塞往复行程，其形成的压缩空气经压缩缸和工作缸的配气操纵机构的旋阀获得锤杆的各种动作。 nts传动机构装备示意图 nts nts 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。 三阀式空气分配阀的结构如图 ,它有上中下三个旋阀 ,上下阀各有阀体和阀套 ,中旋阀只有阀体 ,在中旋阀同一轴线的左端装有一止回阀 .上下旋阀阀体通过平行四连杆联动 ,用一长手柄操纵 .中旋阀采用短手柄操纵 ,转动手柄就可以改变阀体在阀套中的位置 ,从而改变压缩缸和工作缸之间的气路情况 (通断 ,通道大小 )实现各种动作 . (1)空行程 :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。 nts (2)悬空 :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 ntsnts (3)压紧 :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 (4)打击 :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。 nts 小结和致谢 转眼间，实习已临近结束。在这几个月的实习中，使我对一些锻压设备，锻压工序等有了一定的了解。对它们的设计、制造、安装多能够有一定的认识。 平时我们都学习课本上的理论知识，没有看到或接触到产品的设计及制造。故在此实习中把平时学习到的理论知识多结合到实际应用中，充分做到了教核和实践相结合。在两者的结合下，使我又学到了很多专业知识。 我设计的产品是我实习单位经常生产的一个产品 C41-1000空气锤，通过实习，我明白了设计不单是凭空捏造出来的，而是在大量数据，资料，精力是基础之上的，综合了设计者的思想，并通过理论经验公式，校核和实践检验是不是可行，每一个步骤都要仔细检查运算和有关的数据，综合协调个部分的关系，从而的出最佳的结论，毕业设计使我们明白了设计的一般步骤方法，这最我们即将走向工作岗位是很有益的。实际设计中难免有一些不足和失误的地方，望各位老师和同学给予指正以便以后进一步提高。 我们将告别大学四年的生活，这次实习就像是一次演习，为我们步入社会做了一个铺毡，为我划平人生的线起着至关重要的作用。我希望在毕业后的生活中，能吸取更多的知识，开阔自己的视野，投入一个新的集体中不断的锻炼、成长，更希望我有一个美满的人生！ 最后感谢我的指导老师杜晋老师 ,衷心感谢这几个月来杜老师给予我的无微不至的关怀，以及学业上的悉心指导和谆谆教诲。杜老师渊博的学识、严谨的教学作风及谦虚谨慎的人格魅力值得我学习和敬仰，使我受益非浅。 nts毕业设计 1 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 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 目 录 nts毕业设计 2 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) nts毕业设计 3 第十三章 参考文献 -(29) 致谢 -(30) 摘要 nts毕业设计 4 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 nts毕业设计 5 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） nts毕业设计 6 nts毕业设计 7 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 50 500mm/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 nts毕业设计 8 1-三角带的传动效率 0.94 0.97 2 轴承传动效率（滚动） 0.98 0.995 3 齿轮传动效率 0.96 0.99 计算：m i n/96526.44342m i n/43426.298016997.099.072327296.0756 8 9 397.099.0526.41 5 8 6321 5 8 696.026.27311731980759 5 5 09 5 5 01100121011201000rinnrinnKWppKWppmNiTTmNiTTmNnPT轴号 功率 P（ KW） 转矩 T(mN ) 转速 n(rpm) 传动比 电动机轴 I0 KWP 750 7319550000 nPT9800 n 26.20 i 轴 KWPP 7210 101 iTT =1586 001 inn =434 i1=4.526 轴 KWPP 693212 68933212 iTT 112 inn =96 nts毕业设计 9 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=KA P=1.3 75=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=355mm d2=i d1=2.26 380=860mm (3)验算带速 V=100060 11 nd=100060 98038014.3 =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 Ld0 2a0+2(d1+d2)+024)12add （ 4502 4504 38086086038022 ）（）（=2975mm 查 带 的 基 准 长 度 表 5-10 。 选 取 Ld=3150 实 际 中 心 距 a a0 2 0LdLd mm5382 29753150450 (5)验算小带轮包角 1= 000000 12092.1283.57538 3808601803.5712180 a dd(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 P 0.0001 Tn0=0.0001 28.4 980=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 nts毕业设计 10 54.783.082.08.272.16 5.971 ）（）额（ LC KKPP PZ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 NS inS inZFQ 1010921298700222 0 (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 128.92 V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 Q 10109N 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=260MPa Hlim2=560MPa Flim2=420MPa 齿轮的传动重要性决定最小安全系数 SHmin=1 SFmin=1 H1= Hlim1/SHmin=320MPa H2= Hlim2/SHmin=560MPa F1= Flim1/SFmin=460MPa F2= Flim2/SFmin=420MPa (2)按齿面接触疲劳强度设计计算 nts毕业设计 11 传递转矩 T1: 1 5 8 6 0 0 0195500001 inPT N mm 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 : mmdiH iKTd 185526.44.1320 )1526.4(1586000590)1590 22321231 （ (3)确定齿轮参数及主要尺寸 确定 齿轮 齿数 取 Z1=19 Z2=i Z1 =19 4.526=86 模数 初选螺旋角 =8则法面模数 mmZdm n 64.919 8cos185cos10 取标准值 Mn=10mm 中心距 mmZZMna 16.5308c o s2 )8619(10c o s2 )21( 0 为了便于箱体的加工和测量 ,取 a=530mm则实际螺旋角 /0 355275302 )8619(10a r c c o s2 )21(a r c c o s a ZZMn 其他主要尺寸 分度圆直径 :mmZMndmmZMnd86835527c o s86102c o s219135527c o s19101c o s1/0/0 齿顶圆直径 :mmMndda mmMndda 888102868222 211102191211 齿宽mmbmmbbmmbmmddb2801280275105(212702701914.111 2取）取 (4)验算齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 ZV1= 58.1935527c o s 19c o s 1 /033 Znts毕业设计 12 ZV2= 66.8835527c o s 86c o s 2 /033 Z复合齿形系数 YFs:根据 ZV1 ZV2查图 6-29得 YFS1=4.35 YFS2=3.95 由 X=0(标准齿轮 )及 ZV1 ZV2得 YFbM ndKTF 1c o s6.1 11 6.2835.419110270 35527c o s1 5 8 6 0 0 035.16.1 1/03 FMP a (5)确定齿轮传动精度 齿轮圆周速度 smndV /34.4100060 434191100060 11 (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 :Ft2Nd T 158828686893000222 径向力 : F r2= NtgtgFt n 583952357c o s201 5 8 8 2c o s0 轴向力 :Fa2=Ft tg75235=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=126 130取 C=120 mmmmnPCd 1 0 796691 2 0 33 2635.4 95.36.28 21212 FM PaYFYFFFSS nts毕业设计 13 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= 6942663035024072262 （ 3）按扭转和弯曲组合进行强度校 核 求垂直平面内的支反力及弯矩 求支反力：由 MA=0得 FVA AC Fr2 CB-Fa22d=0 nts毕业设计 15 FVA= N3055694.0198.058392868.02222 VFB=Fr2-FVA=5834-3055=2784N 求截面 C左侧的弯矩 MVC1=FVA AC=3055 0.496=1515N m 求截面 C右侧的弯矩 MVC2=FVB CB=2784 0.198=551N m 求合成弯矩 求截面 C左侧的合成弯矩 MC1= mNM V CHCM 2710151522471 222 左 求截面 C右侧的合成弯矩 MC2= mNM V CHCM 231455122472 222 右 计算转矩 mNnPT 68939669955029550 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= mNTCM 4930)68646.0(2710)(1 2222 计算危险截面处的轴径 mmM e cdb42.96551.0 104 9 3 01.0 3313因截面 C处有一键槽 故将直径增加 5% 即 d=96.42 1.05=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=bdTMwMe 047.01011.04 9 3 01.0)(13322 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 d D T 基本额定负载荷 KN Cr Cor 计算系数 e Y Y0 质量 kg 单列圆锥7222 110 200 29.8 25.2 0.42 1.4 0.8 5.422 nts毕业设计 16 滚子轴承 41.5 单列圆锥滚子轴承 7526 130 230 68.5 52.2 50.2 0.46 1.4 0.8 11.37 单列圆锥滚子轴承 7530 150 270 28 68.2 66.5 0.46 1.4 0.8 17.4 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/3055Ne Fa2/ Fr2=11351N/2784Ne 故 X=0.4 Y=0.4tg （ 3）求 Pr值 Pr1=X Fr1+Y Fa1=0.4 3055 1.4 4531=7565N Pr2=X Fr2+Y Fa2=0.4 2874 1.4 11351=17041N （ 4）求 L 值 nCrL h 6010)1Pr 1(61 =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。 nts毕业设计 17 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=rMC连杆受力 FCR=)s in ( 1)s in ( rMF ct 径向力 Fr=FCRcos( + )=)( 1 tgrM C 径向力的反作用力是由曲柄轴承来支承的 滑 块 力： FR=FCR cos =)sin(cos rMc法向力： Fn=FCR sin)sin(sin rMc连杆系数lr的值介于 1/4 1/15，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 06 。这样可用 cos =1和 sin(+ )=sin来进行精化，而有 FR=sin1rMcnts毕业设计 18 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=FN r sin N 由此可知任意曲柄角时的滑块力 FR有 FR=sinsin NNF 采用 =300 设计时 MC= mNrFrFNN 21442 27.015882230s in 0当金属成形是在 00 090 时 1当 030 ，可用的 滑块力将随曲柄角的增加而减小，并达到一个 Frmin值（ 090 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 00 3090 区间容许的滑块力或者小于或者多等于可用的滑块力。 2 030 ，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 nts毕业设计 19 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 2.5 105Pa 上腔压力可降至 0.5 105Pa 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 nts毕业设计 20 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。 nts毕业设计 21 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 nts毕业设计 22 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 C41-1000 1 落下部分公称质 量 千克 1000 2. 最大打击能量 千焦 26.5 3. 锤头打击次数 次 /分 95 4 锤头安装行程 毫米 950 5 锤杆中心至锤身的距离 毫米 800 6 锤杆导程底面至下砧面距离 毫米 820 7 下砧面至地面距离 毫米 705 8 上砧面平面尺寸（长宽） 毫米 365 180 型号 Y315S-6 nts毕业设计 23 9 电动机 功率 千瓦 75 转速 转 /分 980 电压 伏 380 10 锤的外型尺寸 前后 毫米 4125 左右 毫米 1500 地面 以上高度 毫米 3405 11 砧座质量 千克 13000 12 锤重（不包括砧座及电机） 千克 20000 E=（ mTg+PmA） H E 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/s E=（ mTg+PmA） H 26500=（ 1000 9.8+Pm 3.14 0.692） 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（ t0 t t1） .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： smmmvmvmV /3125.01500010000150005100021202101 第二阶段（ t1 t t2） .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 smVV VVK /0 6 2 5.050 03 1 2 5.010202212 冲击因子 K的值 在 0（塑性打击）和 1（弹性打击）之间。 nts毕业设计 24 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 2016TF mm, 8060TF mm） 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： ATTT mm vmU *122 v vvK TA , vA=0 vT2=v+K(v-vT) VA2=V(K+1) 对击锤可得出类似方程： mT mA*=m 对应的 VTv,0 -VTL,0 V0和 VTV,2 VTL,2 V2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 2*1 2 VmW AA nts毕业设计 25 锤头的动能 WT1在 t1时为： 21 2 VmW TT 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222 2 * AAA VmW 同样的锤头的动能 t=t2时为：222 2 TTT VmW 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： *1111 11QEWWee TATA = 161151 1 在这里 Q*=mA*/mT= 15100015000 2）砧座在 t=t2 时，损耗： 2*22 )1 1( QKQeWe AA = 066.015|110625.015 2 3）锤头在 t=t2 时，损耗： 000002.0151 150625.01)11( 22* *22 QKQEWe TT 4）弹性变形功在 t=t1 时损耗： ECFEWeTTeLTeL 2 12, , 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LBLWWK 1, 最终打击效率表达式： 211111 2* ECFQK TB 其值在 0.15 0.45 （ 3）气缸的 计算 nts毕业设计 26 一般气缸缸筒厚与内径之比101D = 730- 690=40mm 1.0057.069040 D符合要求 活塞杆直径 d=90mm 长度 L=1470mm 由公式 E=（ mTg+PmA） H A= D2=3.14（ 0.69） 2=1.5m2 Pm=15550Pa 推力 Fpu=(0.65 0.4) D2P=(0.65 0.4)（ 0.69） 2 15550=2761N 4912N 拉力 Fpo=(0.6 0.37) D2P=(0.6 0.37) （ 0.69） 2 15550=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
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