100KN专用冲床设计说明书.doc

沈阳航空航天大学毕业设计（论文）摘要 专用冲床是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对胚料进行成形加工的锻压机械。专用冲床动作平稳，工作可靠，只用于冲压模型工艺。其结构简单，操作方便，性能可靠。关键词：压力机；曲柄机构；机械制造AbstractSpecial punching machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport,Carries the formed processing to the semifinished materials theforging and stamping machinery.The special punching machine press movement is steady,the work is reliable,only uses in press model technology.Its structure is simple,the ease of operation,the performance is reliable.The coupling part uses the rigidity to transfer the type coupling,the use service is convenient.Key words:pressure machine;crank organization;machine manufacturing目录前言 .11 100KN 专用冲床的特点和用途.12 100KN 专用冲床的基本参数.13 100KN 专用冲床的基本要求.1第1章 电动机的选择和飞轮设计.21.1 冲床电力拖动特点.21.2 电动机的选择.31.2.1 选择电动机的类型.31.2.2 选择电动机的功率.31.2.3 确定电动机的转速.31.2.4 计算总传动比和分配传动比.31.2.5 计算传动装置的运动和动力参数.31.3 飞轮转动惯量及尺寸计算.41.3.1 冲床一次工作循环所消耗的能量.41.3.2 飞轮转动惯量计算.71.3.3 飞轮尺寸计算.81.3.4 飞轮轮缘线速度验算.8第2章 机械传动系统.92.1 传动系统的类型及系统分析.92.1.1 传动系统类型.92.1.2 传动系统的布置方式.102.1.3 离合器和制动器的位置.102.1.4 传动级数和各级传动比的分配.102.2 三角皮带传动设计.102.3 齿轮传动的设计.132.3.1 选择齿轮材料、热处理、齿轮精度等级和齿数.132.3.2 开式齿轮按齿轮弯曲疲劳强度设计.132.4 转轴的设计.152.4.1 轴的概述.152.4.2 转轴设计.152.5 平键的设计.18第3章 曲柄滑块机构.193.1 曲柄滑块机构的运动和受力分析.193.1.1 曲柄滑块机构.193.2 曲柄轴的设计计算.223.2.1 曲柄的结构示意图.223.2.2 曲柄轴强度设计计算.233.2.3 曲轴刚度计算.253.3 连杆和封闭高度调节装置.263.3.1 连杆和封闭高度调节装置的结构.263.3.2 连杆的计算.263.3.3 连杆及球头调节螺杆的强度计算.273.3.4 调节螺杆的螺纹.293.3.5 调节螺纹的螺纹计算.293.3.6 连杆上的紧固螺栓.293.4 滚动轴承的选择.293.4.1 滚动轴承概述.293.4.2 滚动轴承型号选择.303.5 滑动轴承.30 3.5.1 滑动轴承的结构.30 3.5.2 滑动轴承的润滑及轴瓦结构.31 3.5.3 滑动轴承的计算.31第4章 离合器与制动器.324.1 离合器与制动器的工作原理.324.2 离合器的设计.334.2.1 离合器的类型、工作特性及其选择原则.334.2.2 双转键离合器的结构.334.3 制动器的设计.34 4.3.1 制动器的类型、工作特性及其选择原则.344.3.2 带式制动器的结构.35第5章 机身设计.355.1 机身结构.365.2 机身计算.365.2.1 强度计算.36第6章 过载保护装置设计.386.1 剪切破坏式过载保护装置的结构.396.2 剪切块的设计计算.39第7章 润滑系统.407.1 100KN 专用冲床常用润滑剂.417.1.1 稀油润滑.417.1.2 干油润滑.41参考文献.43致 谢.44前言 1 100KN专用冲床的特点和用途100KN专用冲床是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器。具有开式机身，与闭式冲床相比有其突出的优点，工作台在三个方向是敞开的，装、模具和操作都比较方便，同时为机械化和自动化提供了良好的条件。但是，也有其缺点，由于机身呈C型，工作时变形较大，刚性较差，这不但会降低制品精度，而且由于机身有角变形会使上模轴心线与工作台面不垂直，以至破坏了上、下模具间隙的均匀性，降低模具的使用寿命。 专用冲床是板料冲压生产中的主要设备，可用于冲孔、落料和成型等工序，并广泛应用于国防、航空、汽车、电器等部门中。2 100KN专用冲床的基本参数1.公称力：100KN 2.滑块行程：63mm3.滑块运动次数：135次/分 4.装模高度调节量：40mm5.滑块中心线至床身距离（喉深）：165mm 6.最大装模高度:160mm7公称力行程Sp=2mm 8.工作台尺寸:左右L=450mm，前后B=315mm 9.工作台孔尺寸：左右L=180mm，前后B=115mm，直径D=150mm 10.立柱间距离A=160mm 工作台板厚度H=65mm 11.最大倾斜角=303 100KN专用冲床设计的基本要求（一）使用要求：1、参数和精度都能满足工艺用途的要求；2、具有足够的强度、刚度和耐磨、耐久性能，能长期稳定地保持工艺能力；（二）制造要求：1、结构简单、紧凑，体积小；2、具有良好的结构工艺性，加工简单，装配方便，并且能与制造厂的设备相适应；（三）其他要求： 1、运输容易； 2、安装简单； 3、维修方便。 第1章 电动机的选择和飞轮设计1.1 冲床电力拖动特点冲床工作过程中，作用在滑块上的负荷是剧增和剧减的周期交替变化着，并且有很短的高峰负荷时间和较长的空载时间，若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则其功率将会很大。为了减小电动机的功率，在传动系统中设置了飞轮。当滑块不动时，电动机带动飞轮旋转，使其储备能量，而在冲压工作的瞬间，主要靠飞轮释放能量。工件冲压完毕后负荷减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度。这样冲压工件所需的能量，不是直接由电动机供给，而是主要由飞轮供给，所以电动机所需的功率便可大大减小。由于电动机的功率小于冲床工作行程的瞬时功率，所以在冲床进入工作行程时，工作机构受到很大的阻力，电动机的负载增大，转差率随之增大。一旦电动机瞬时转差率大于电动机临界转差率，电动机转矩反而下降，甚至迅速停止转动，这种现象称为电动机颠覆。另一方面，电动机在超载条件下会严重发热。给电动机配置一个飞轮，相当于增大了电动机转子的转动惯量。在冲床传动中，飞轮的惯性拖动的扭矩占总扭矩的85%以上，故没有飞轮电动机就不能正常工作。飞轮是储存能量的，它的尺寸、质量和转速对能量有很大的影响。飞轮材料采用铸铁或铸钢。由于飞轮转速过高会使飞轮破裂，因此铸铁飞轮圆周速度应小于或等于25m/s，最高不超过30m/s；铸钢飞轮圆周转速小于或等于40m/s,最高不超过50m/s。另外，使用飞轮时还应注意两点：在下一个周期工作开始之前，电动机应能使飞轮恢复到应有的转速；电动机带动飞轮启动的时间不得超过20s。否则，如果时间太长，甚至会引起电动机的烧毁或跳闸。1.2 电动机的选择1.2.1 选择电动机的类型感应电动机又称异步电动机，具有结构简单、坚固、运行方便、可靠、容易控制与维护、价格便宜等优点。因此在工作中得到广泛的应用。目前，冲床常用三相鼠笼转子异步电动机。1.2.2 选择电动机的功率 所需电动机功率的计算：Pn=K1Pg(kw), K1取0.01 ， Pg为冲床的公称力100KN则Pn=0.01100=1kw1.2.3 确定电动机的转速 曲轴的工作转速为135r/min按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比i1=24,单级齿轮传动的传动比i2=35，则合理总传动比的范围i=620,故电动机转速的可选范围： n=inw=(620)135r/min =810r/min2700r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和冲床的传动比，选择电动机的型号为Y90s-4，额定功率为1.1KW，满载转速为1400r/min。1.2.4 计算总传动比和分配传动比总传动比i=nm/nw=1400/135=10.37V带的传动比i1=2.074 齿轮传动的传动比i2=51.2.5 计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速 轴 n=nm=1400r/min 轴 n=n/i1=1400/2.074=675r/min 曲轴 n曲=n/i2=675/5=135r/min2、各轴的输入功率轴 P=Pd01=10.97=0.97KW轴 P=P12=P24=0.970.960.97=0.90KW曲轴 P曲=P23=P34=0.90.950.97=0.83KW3、各轴输入转矩计算电动机轴的输出转矩 Td=9550Pd/nm=95501/1400Nm=6.82Nm 轴 T=Td01=Td1=6.820.97Nm=6.61Nm 轴 T=Ti112=6.612.0740.960.97Nm=12.77Nm 曲轴 T曲=Ti223=12.7750.950.97Nm=58.84Nm运动和动力参数的计算结果列表如下：1.3 飞轮转动惯量及尺寸计算1.3.1冲床一次工作循环所消耗的能量 A=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8式中A1-工件变形功。 A2-气垫工作功，即压边时所需的功。 A3-工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量。 A4-工作行程时由于冲床受力系统弹性变形所消耗的能量。 A5-冲床机构向上、向下空行程所消耗的能量。 A6-单次行程滑块停顿飞轮空转锁消耗的能量。 A7-单次行程离合器接合锁消耗的能量。 A8-中间传动环节锁消耗的能量。下面分别叙述各项能量的计算：1、工作变形功A1对不同的冲压工艺，在工作行程内工件变形功是变化的。 A1=0.315Pg0式中Pg-冲床公称力，100KN 0-板料厚度，mm经验公式，对慢速冲床0=mm 所以A1=0.315100J=199.22J2、气垫工作功A2无气垫压紧装置，所以A2为0。3、工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量A3 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A3，建议按下式计算： A3=0.0087mPgg式中，m-曲柄滑块机构的摩擦当量力臂（mm），m=24mmPg-冲床公称力（KN）。g-公称压力角（），g=30；A3=0.00872.410030J=62.64J4、工作行程时由于冲床受力系统弹性变形所消耗的能量A4 完成工序时，冲床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，损耗的多少与冲床刚度、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A4可按下式计算： A4=PgYc/2式中Yc-冲床总的垂直刚度（mm）。Yc=P/CH(mm)CH-冲床垂直刚度，对于开式冲床CH=400kN/mm。 A4=Pg2/2CH=1002/2400J=12.5J5、冲床机构向上、向下空行程中能量与冲床零件结构尺寸、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，通用冲床连续行程所消耗的平均功率约为冲床额定功率的1035%。当冲床的公称力为100KN 时，推荐的空行程消耗能量为100J。6、单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量A6 根据实验，冲床飞轮空转时电动机所消耗的功率约为冲床额定功率的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冲床，此值偏高。 飞轮空转时所消耗的能量A6=61200N6（-1） N6-飞轮空转消耗的功率。按推荐经验取值为0.1KW。 n-冲床行程次数。Cn-行程利用系数，Cn=0.4。 所以A6=612000.1（-1）=68J 行程利用系数冲床行程次数 1520-4040-70200-500行程利用系数0.70.850.50.650.450.550.20.47、单次行程离合器接合锁消耗的能量A7 离合器为刚性离合器，不消耗能量。A7为0。8、中间传动环节锁消耗的能量A8 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A8，可按下式近似计算： A8=（1-12）（A1+A2+A3+A4+A7）1考虑到齿轮传动的效率。1=chzh,其中：ch-齿轮合效率；zh一对轴承传动的效率。 2考虑到皮带传动效率。1=chzh,其中：pi-皮带效率；sh一对轴承传动的效率。 A8=（1-0.950.970.960.97）（199.22+62.64+12.5+0+0）=39J该设计冲床没有拉伸垫装置，具有刚性离合器的通用开式冲床。按单次行程工作方式计算： A=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8 =199.22+0+62.64+12.5+100+68+0+39=481.36J1.3.2飞轮转动惯量计算电动机选定后，设计飞轮。这时有两个假设：1、工作行程时所需能量全部由飞轮供应。2、工序结束时，电机轴负载扭矩达到最大值，但不大于电机最大允许转矩。 实际上，冲压时电动机放出一部分能量，所以飞轮转动惯量应按下式计算： Jf=（1-Cn）A0/e2 kgm2式中 A0工作行程时所需能量 A0=A1+A2+A3+A4=199.22+0+62.64+12.5=274.36Je 电动机在额定转速下飞轮的角速度 e=ne/30i1=14.13rad/s电动机相对波动情况的转速不均匀系数 =2 (Se+Spi)其中 实际电机系数，=Ped/Pd=1.1； Se电机额定转差率，Se=0.104； Spi电机轴到飞轮用三角皮带传动时，三角皮带的当量滑动系数，Spi=0.04； 修正系数，=0.95。 =20.951.1（0.104+0.04）=0.3 g-公称压力角30（）； Cn冲床形程次数利用系数（%） Jf=（1-0.4）=4.58kgm21.3.3飞轮尺寸计算根据求得的折算到飞轮轴上的转动惯量Jf设计飞轮。冲床上，一般飞轮形状如图1-2，图中：是轮缘部分，其转动惯量为J； 是轮辐部分，其转动惯量为J；是轮毂部分，其转动惯量为J。飞轮外径D2由小皮带轮和速比决定，由第三章知D2=208mm，轮缘部分宽度B=35mm。飞轮本身的转动惯量Jf=J+J+J,其中轮缘部分是主要的，J要比J、J打的多。故在近似计算中只考虑J更趋于安全。J=m（D22+D32）/8 而m=B（D22-D22）/4所以D3=0.620m=620mm式中 金属密度（kg/m2），对铸钢：=7.8103kg/m2。1.3.4飞轮轮缘线速度验算飞轮是回转体，为避免回转时产生破裂，必须验算轮缘线速度vf； Vf=24.73m/sV式中：D2飞轮最大直径；nf飞轮转速；v许用线速度，对铸钢飞轮v=40m/s。第2章 机械传动系统2.1 传动系统的类型及系统分析2.1.1传动系统类型开式冲床的传动系统由皮带传动、齿轮传动、轴和轴承组成。按传动级数，传动系统为二级传动。一级带传动，一级齿轮传动。按曲轴的布置形式，传动系统为平行于冲床正面布置。传动系统原理图如2-1图所示。图2-12.1.2传动系统的布置方式 传动系统的布置应使机器便于制造、安装和维修，同时结构紧凑，外形美观。传动系统布置主要包括以下四方面：1、传动系统的位置： 采用上传动。2、曲轴的布置方式：采用曲轴，曲轴横放。3、最后一级齿轮传动的形式： 采用单边驱动。4、齿轮的安放方式： 采用开式安放。2.1.3离合器和制动器的位置离合器为刚性离合器，离合器和制动器都安装在曲轴上。2.1.4传动级数和各级传动比的分配传动比为2.074,齿轮传动比为52.2 三角皮带传动设计上述计算得出Y90s-4型开式冲床的电动机功率为1.1KW，转速为1400转/分，三角皮带传动比为i1=2.074。1、确定计算转速Pc 由机械设计表8-7查得工作情况系数KA=1.2 则Pc=KAP=1.21.1=1.32KW 其中P为电动机的额定动率，由第一章得P=1.1KW2、选择V带的型号 开式冲床上常用的三角皮带有O、A、B和C四种型号 由Pc=1.32KW，转速n1=1400r/min和图8-11，确定选用A型普通V带。3、确定带的基准直