曲柄压力机曲柄滑块工作机构设计 【单点闭式中型，公称压力160吨】【6张CAD图纸和说明书】
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前 言为了更好的完成毕业设计，学校组织我们参加毕业实习，根据毕业设计的不同，实习的内容有所不同。本组主要完成曲柄压力机设计，因此此次实习主要是通过参观实习和查阅资料了解压力机的结构及工作情况。压力机是机械制造业的基础设备。随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计要求越来越高。尤其是模具制造的飞速出现，使机床向高速、精确，智能化的方向发展。对压力机的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高。本次设计是结合压力机的工作实际，对 JB31-160 型曲柄压力机进行改进性设计。由于传统 JB31-160 型曲柄压力压力机，存在滑块运动精度底，装模高度调节麻烦，滑块行程量小等缺点，严重影响了生产效率。本次设计鉴于以上缺点对其进行了如下改正：1 改进部件结构设计，采用新型材料。例如离合器部件，尽量减小其从动惯量，采用新兴摩擦材料。2 调节装置方面，采用二级的锥齿蜗杆蜗轮调节，节省了工人劳动量，又提高了精度。3 采用了曲轴代替同类型的偏心轴，用变位齿轮代替普通齿轮，这样就减小了机身的高度，更方便按装。压力机是冲压模具制造的常用设备，而提高冲压模具坯料精度，提高生产率，提高使用寿命，减少劳动劳动量的有效方法，此外，还要考虑到人机结合的合理性，使机床更人性化，便于工人的操作。1 曲柄压力机的工作原理及主要参数曲柄压力压力机是以曲柄传动的锻压机械，其工作原理如图 1-1：电动机通过三角带把运动传给大皮带轮，再经小齿轮，大齿轮，传给曲轴。连杆上端连在曲轴上，下端与滑块连接，把曲轴的旋转运动变为连杆的上下往复运动。上模装在滑块上，下模装在垫板上。因此，当材料放在上下模之间时，及能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。由于工艺的需要，滑块有时运动，有时停止，所以装有离合器和制动器。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，也就是说，有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程时间。为了使电动机的负荷均匀，有效的利用能量，因而装有飞轮。大皮带轮及起飞轮的作用。曲柄压力机一般有下面几个工作部分：1. 工作机构，一般为曲柄滑块机构，由曲柄、连杆、滑块等零件组成。2. 传动系统，包括齿轮传动、皮带传动等机构。3. 操作系统，如离合器、制动器。4. 能源系统，如电动机、飞轮。5. 支撑部件，如机身。图 1-1 曲柄压力机传动示意图上述除了的基本部分以外，还有多种辅助系统与装置，如润滑系统、保护装置以及气垫等。曲柄压力机的主要参数和型号一、曲柄压力机的主要参数1.公称压力： 160 吨2.滑块行程： 200 毫米3.滑块每分次数： 324.最大装模高度： 450 毫米5.装模高度调节量： 200 毫米6.导轨间距离： 880 毫米7.滑块底面尺寸： 700 毫米8.工作台尺寸： 800 毫米二、曲柄压力机的型号J A 3 1 160 型J机械压力机（第一类锻压机）A次要参数与基本型号不同的第一变型3第三列闭式单点压力机1第一组 160公称压力（10 千牛） 2 电动机的确定一、封闭高度调节装置电动机功率的计算方法在稳定负载下，电动机在单位时间内所做的有用功，除以传动系统的效率，便是电动机所需的功率。写成公式为： （千牛） （10-1）102N式中 N电动机所需的功率（千瓦）N电动机每分钟所做的有用功；传动系统的机械效率；上式中 102 是单位换算常数，表示功率 1 千瓦相当 102 公斤米/秒。1. 电动机通过传动系统提升滑块时，每秒中内所做的有用功为：N=Gv (10-2)式中 G滑块部件重量v滑块的调节速度（米/秒）二、封闭高度调节装置传动系统的机械效率传动系统的机械效率主要包括：（1） 导轨与滑块相对滑动的效率 1。（2） 调节螺杆传动效率 2。（3） 调节螺母与套筒端面之间相对滑动的效率 3。（4） 皮带、齿轮传动效率 4。除了以上几方面的摩擦损失之外，轴承处还有摩擦损失，但因调节装置多采用滚动轴承，效率较高，所以可忽律。因此，封闭高度调节装置传动系统的机械效率为：（10-3）多数曲柄压力机封闭高度调节装置传动系统的机械效率在 0.020.03 之间。2.电动机功率计算将式（10-2）代入式（10-1）中，得：（10-4）102GvN调节电动机可采用一般封闭式鼠笼型电动机。电动机的同步转速根据传动级数和传动类型而定，在实际生产过程中，为了减少曲轴压力机的零件品种和规格，实现部件通用化，常常将吨位接近的曲柄压力机采用相同的调节电动机，传动系统的某些零件亦相互通用。2.1 主电动机的功率的计算原理一、曲柄压力机主传动为什么采用飞轮在曲柄压力机的工作过程中，由于冲压时所需要的能量很大，而作用时间却很短，如果按冲压时所需的功率选取电动机，则所要求的电动机的功率很大。但压力机的冲压过程很短，必然造成浪费，为了解决这一矛盾，所以在传动系统中加上一个飞轮，滑块不工作时，电动机带动飞轮旋转，使它储存能量，而在冲压工件是的短暂时间里，主要靠飞轮降低转速释放能量，所释放的能量为：（公斤米）2211JE式中 J飞轮转动惯量； 1冲压工件开始是飞轮的角速度； 2冲压工件后飞轮的角速度。飞轮释放能量后，角速度由 1降到 2，但这时工件已冲压完毕，飞轮的负载减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使它在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度 1。采用飞轮后，冲压工件时所需的大部分能量不直接由电动机提供，所以，电动机的功率大大减小。凡是具有短期的高峰负载和较长期空载相互交替特点的机械，一般都采用飞轮；负载均匀的机械没有必要采用飞轮。二、曲柄压力机主传动电动机的计算原理1. 电动机功率计算原理曲柄压力机传动系统中装有飞轮之后，电动机的负载平稳许多，但仍是有变化的，所以确定电动机的功率也要注意一些问题，通常如下确定电动机：（1） 电动机的过载条件。冲压工件时电动机扭矩上升，如果超过它的最大容许扭矩，电动机就可能停下，着就是过载条件的限制。（2） 电动机发热条件。冲压工件时电动机的负载增加，电流上升，电动机的损耗变为热能，使其温度上升，冲压过后，负载变小，相应的转化为热能的耗损也减小。电动机运行一段时间后，电动机的温度达到一稳定状态。电动机的温升应在允许的范围之内，否则，电动机就会损坏，这是工作时发热条件的限制。此外，有由于曲柄压力机有较大的飞轮，加速飞轮使其达到额定转速，需要一定的功率，如电动机的额定功率不足，就会引起电动机的启动电流过大和启动时间过长，使电动机温升过高而损坏，所以还应核算启动时间，视其是否在允许范围之内。这就是启动时发热条件的限制。在通常情况下，冲压作用时间很短，短时过载还不致使电动机停下来，因此，一般按工作时发热条件来解决电动机功率。曲柄压力机主传动电动机的负载虽然是不均匀的，但是从发热条件来看，可以折合成某一恒定的功率 N，如果所选用的电动机的额定功率大于或等于 N，那么从发热条件看是能够满足要求的。因此带飞轮传动的电动机功率计算，归结为如何确定折合功率 N。当电动机的负载波动较小，飞轮的能量较大时，这时折合功率 N，接近于压力机一个周期的平均功率 Nm。当电动机的负载波动较大，飞轮的能量较小时，这时的折合功率 N 与平均功率 Nm 差距较大。折合功率 N 与平均功率 Nm 的关系可用下式表示： =K式中 K折合功率 N 与平均功率 Nm的比值，K1。平均功率 Nm为压力机一个工作周期内，电动机所做的功初以工作周期的时间；在此期间压力机所消耗的能量就等于电动机所做的功。E=102t式中 E一个工作周期内压力机所消耗的能量（公斤米） ；E工作行程时消耗的能量；E非工作行程时消耗的能量；t一个工作周期的时间。因此，(千瓦)KEN=102tK 的数值随压力机的具体情况而定，一般 K 在 1.151.6 范围内。3 传动系统布置一、传动系统的布置方式传动系统的作用是把电动机的能量传给曲轴滑块机构，并对电动机的转速进行减速，使滑块获得所需的行程次数。曲柄压力机的传动系统有三个比较突出的问题需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，性能良好和外型美观。传动系统的布置方式包括三方面：1）采用上传动，还是采用下传动？2）主轴和传动轴垂直与压力机正面，还是平行与正面？3）齿轮放在压力机机身之内，还是压力机之外？单边驱动还是双边驱动？ 分述如下：1.压力机的传动系统可至于工作台之上，也可至于工作台之下。前者叫上传动，后者叫下传动。下传动的优点是：（1） 压力机的重心低，运动平稳，能减少振动和躁声，劳动条件好；（2） 压力机地面高度较小，易于高度较矮的厂房；（3） 从结构上看，有增加滑块高度和导轨长度的可能性，因而能提高滑块的运动精度，延长模具的寿命，改善工件的质量；（4） 由于拉杆承受工作变形力，故机身的立柱和上梁的受力情况得到改善。下传动的缺点是：（1） 压力机平面尺寸较大，而总高度和传动相差不多，故压力机总重量比上传动的约大 1020%，造价也较高。（2） 传动系统置于地坑之中，检修传动不见时，不便于使用车间的桥式吊车。拉延垫夹在传动不见和底坐之间，维修不方便，且地坑深，基础较大，造价也高。因此是否采用下传动结构，需经全面的技术经济比较之后才能确定。现有的通用压力机采用上下传动较多，下传动较少。通常认为在旧车间内添置大型压力机时，由于车间高度受到限制，采用下传动的优点才比较明显。2压力机传动系统的安放形式有垂直于压力机正面的也有平行于压力机正面的，旧式通用压力机多采用平行于压力机正面的安放形式。这种布置，曲轴和传动轴比较长，受力点与支撑轴承的距离比较大，受力条件恶化。压力机平面尺寸较大，外形不够美观，近代大中型通用压力机愈来愈多地采用垂直于压力机正面的安放形式， （特别是广泛采用偏心齿轮结构之后） ，甚至有些小型开式压力机也改用这种结构。3.齿轮可以放在机身之外，也可以放在机身之内，前一种形式，齿轮工作条件差，机器外形不美观，但安装维修方便；后一种形式，齿轮工作条件好，外形较美观。如将齿轮侵入油池中，则大大降低齿轮传动的噪音。但安装维修较困难。近年来，许多压力机制造厂家倾向后一种形式。齿轮传动也可设计成单边传动或双边传动，采用后一种形式，可以缩小小齿轮的尺寸，但加工装配比较困难（两边的齿轮必须精确加工，装配时要保证对称，否则可能发生运动不同步的情形） 。二、传动级数和各级速比分配压力机的传动级数与电动机的转速和滑块没分钟的行程次数有关。行程次数有关。行程次数低，总速比大，传动级数应多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑；行程次数高时，总速比小，传动级数可少些。现有压力机传动系统的级数一般不超过四级。行程次数在 70 次/分以上的用单级传动，7030 次/ 分的用两级传动，3010 次/分的用三级传动，10 次/ 分以下的采用四级传动。采用低速电动机可以减少总速比和传动级数，但，着类电动机的外形尺寸较大，成本较高（与同功率的高速电动机比较） ，因此，不一定合适。通常，两级或两级以上的传动系统采用同步转速为 1500 或 1000 转/分的电动机，单级传动系统一般采用 1000 转/分的电动机，行程次数小于 80 次/ 分的单级传动才采用 750 转/分的电动机。各传动级数的速比分配恰当。通常三角带传动的速比不超过 68，齿轮传动不超过 79。速比分配时，要保证飞轮有适当的转速，也要注意布置的尽可能紧凑，美观和长，短，高尺寸比例恰当。通用压力机的飞轮的转速常取 300400 转/分，左右，因为转速太低，会使飞轮的作用大大削弱；转速太高，会使飞轮轴上的离合器发热严重，造成离合器和轴承的损坏。三、确定离合器和制动器的安装位置单级传动压力机的离合器和制动器只能至于曲轴上。采用刚性离合器的压力机，离合器应至于曲柄上，这是因为刚性离合器不宜在高速下工作，而曲轴的转速较底，故离合器置于曲轴上比较合适。在此情况下，制动器必然也置于曲轴上。采用磨察离合器时，对于具有两级和两级以上传动的压力机，离合器可至于转速较低的曲轴上，也可置于中间传动轴上。从压力机能量消耗来看，当磨察离合器安装在低速轴上时，加速压力机从动部分所需要的功和离合器接合时所消耗的磨察功都比较小，因而能量消耗也较少。从离合工作条件来看，低速轴上的离合器的磨察系数较小，故离合器工作条件较好。但是低速轴上的离合器需要传递较大的扭距，因而结构尺寸较大。此外，从传动系统的布置来看，闭式通用压力机的传动系统今年来多封闭在机身之内，并用偏心齿轮，致使离合器不变安装在曲轴上，通常只好置于转速较高的传动轴上。因此，摩擦离合器的合适位置应视机械的具体情况而定。一般来说，行程次数较高的压力机（如热模锻压力机）离合器最好安装在曲轴上，因为这样可以利用大齿轮的飞轮作用，能量损失小，离合器的工作条件也较好，行程次数较低的压力机（如中大型通用压力机） ，由于曲轴转速低，最后一级的飞轮作用也不明显，为了缩小离合器尺寸，降低其制造成本，并且由于结构布置的要求，离合器多置于转速较高的传动轴上，一般在飞轮轴上。制动器的位置则随离合器的位置而定。因为传动轴上力矩较小，可缩小制动器的尺寸。但是，需要指出，摩擦离合器的布置位置随着生产的发展也在不断的变化。近年来，国外一些工厂为了提高摩擦离合器的寿命，在通用压力机上，又将离合器制动器从飞轮轴上移置中间轴上。4 机身的介绍机身是曲柄压力机的一个重要部件，工作机构和传动系统等都安装在它的上面，压力机工作时，承受工作载荷。在整台机器中机身的重量及加工量都很大。以闭式压力机为例，机身约为压力机总重量的 4060%，加工量约为压力机总加工量的30%。因此，机身对于压力机的使用性能、生产工件的质量、机器的重量和加工量都有较大的影响。机身的结构随压力机的用途和传动类型而定。按机身的外型特点，可分为开式和闭式两类，中型和大型压力机广泛采用闭式机身，闭式机身可分做成整体式和组合式。公称压力大于 160 吨的压力机，由于采用整体机身时加工和运输不方便，多采用组合机身。组合机身由上梁，左右立柱和工作台四大件，以及将此四大件连成一体的四根拉紧螺栓组成。为了防止四大件的相对错位，保证精确定位，在各个接合面的左右和前后方向都设置了圆形和长方形定位销。拉紧螺栓一般穿过上横梁，但有些压力机为了缩小拉紧螺栓的长度，拉紧螺栓不穿过上横梁，而靠四个螺母卡在横梁里面，并从横梁的专用窗来进行安装。刚度对机身的压力机都很重要，压力机在工作过程中，因受载荷使机身发生弹性形变。机身所受载荷与其弹性变形量的比值，成为机身刚度，它表明机身的抗变形能力。压力机受载荷时不仅机身有弹性变形，曲柄滑块机构也有弹性变形，这些部件弹性变形的结果，使压力机的封闭高度增加，滑块所受载荷与封闭高度增加量的比值，称为压力机刚度，它表示压力机抗变形能力，用下式表示：（吨/毫米）hPC式中 P 压力机滑块所承受的载荷（吨） ；压力机总弹性变形（毫米） 。压力机的刚度直接影响模具的寿命、工件的质量和机器的能量消耗。闭式板料冲压机滑块的许用挠度f k,数值与滑块的宽度成正比，即： B （毫米）1750kf:式中 B为滑块宽度（毫米） 。闭式压力机工作台的许用挠度f t,其数值与工作台的跨度成正比，即：L （毫米）1750t:式中 L工作台跨度。提高机身刚度的办法有：1. 采用高弹性模数的材料。2. 改变机身结构。如在开式机身上装设拉杆或采用闭式组合机身。强度也要着重计算；5 压力机曲柄滑块机构的构成由于压力机要求滑块作往复直线运动,而为动力的电动机却是作旋转运动,因此,需要一套机构,将旋转运动变为直线往复运动。下图中的结构就是完成这部分工作的重要部分曲柄滑块机构。图 2-1.本图采用一套曲柄连杆，它对滑块只有一个加力点，因此常称做单点式曲柄压力机，这是中小型压力机广泛采用的形式。当工作台左右较宽时，常采用两套曲柄连杆，这时它们对滑块有两个加力点，叫双点压力机，对于左右前后都较宽的压力机也可采用四套曲柄连杆，相应的滑块有四个加力点。曲轴中心到曲柄颈中心的距离，这个距离通常叫做曲柄半径，它是曲柄压力机的一个重要参数。有时小型压力机，可能用偏心轴代替曲轴，同样偏心轴也可以将旋转运动转变为滑块的直线往复运动。6 传动部分的介绍6.1 齿轮传动由于齿轮传动能传递较大的扭矩，又具有结构紧凑、工作可靠和寿命较长等优点，因此齿轮得到了广泛的应用，齿轮传动一般会遇到：齿面磨损、牙齿折断、倒牙、齿面麻点和振动、噪音等。根据这些情况，对于曲柄压力机的齿轮传动提出下面两点基本要求：1. 足够的承载能力。要尽可能缩小齿轮的尺寸，采用常用的材料，又要保证能承受外载荷的作用，并且有足够的寿命。2. 必要的传动平稳性。齿轮在传动过程中产生的噪音和振动要在允许范围之内，不能过大。齿轮在应用的过程中对精度有下面的要求：1. 运动精度为了准确的传递运动，要求主动齿轮转过一个角度，从动齿轮按传动比关系准确的转过相应的角度，但由于制造的误差，使从动齿轮不能按传动比关系准确地转过相应的角度。但为了满足使用要求，规定齿轮一转的过程中回转角误差绝对值的最大值不超过一定限度。2. 工作平稳性精度为了减小齿轮传动的躁声和振动，必须将齿轮在一转中的瞬时传动比的变化限制在一定的范围之内，也就是要求齿轮每转中回转角误差多次反复变化的数值小。3. 接触精度在齿轮的使用过程中要使齿轮的齿面有足够的接触面积，不可是齿轮局部接触。4. 齿侧间隙互相啮合的一对牙齿，在非工作面沿齿廓法线方向留有一定的间隙 Cn,这是为了避免安装、制造不准确，以及工作时温度变化和弹性变化而造成牙齿卡住，同时还可以利用它储存润滑油，改善齿面的摩擦条件。总之，为了保证齿轮传动有良好的性能，必须对齿轮的运动精度、工作平稳性、接触精度和齿轮侧隙有一定的要求，但这，四方面的要求也不能够平均对待，具体工作条件不同，每个方面的要求也不一样。6.2 调节装置传动部分构成根据总体的设计方案，曲柄滑快机构的里是有齿轮传入的。由于传递的力较大，结合已有的设计方案，确定本传动采用双边齿轮传动。为了达到传动平稳和足够承载能力。本设计采用的是直齿圆柱齿轮。1 蜗杆传动的特点封闭高度的调节装置的低速级传动,采用的是蜗杆传动.它具有以下优点:1工作平稳.蜗杆传动有蜗杆蜗轮组成,它们的轴线在空间垂直.蜗轮象个斜齿轮,但它的齿根和齿顶做成凹弧形的,使齿包着蜗杆,增加接触面积.2 传动比大.3 自锁性好.2 蜗杆蜗轮的材料高速重载的蜗杆,用 20 号钢或 20Cr 钢,并经渗碳淬火制成,也可用 45 号钢经淬火,HRC=4550.由于本蜗杆工作在低速轻载的场合,选用 45 号钢调质处理.HB=217255 制成.因为蜗杆传动中齿面间相对滑动速度较大,所以胶合和磨损问题比较突出.首先要求蜗杆蜗轮的材料配合有良好的减摩性,不易产生胶合,其次才是强度方面的要求.考虑到本蜗杆蜗轮用在低速端,且不经常使用,蜗轮的体积又较大,因此采用灰铸铁 HT20-40 材料制成.6.
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