曲柄压力机的设计

摘 要曲 柄 压 力 机 以 曲 柄 传 动 的 锻 压 机 械 。 压 力 机 是 用 来 对 放 置 于 模 具 中 的材 料 进 行 压 力 加 工 的 机 械 ,对 被 加 工 材 料 施 加 压 力 的 反 作 用 力 ,由 机械 本 身 承 受 。 曲 柄 压 力 机 属 于 机 械 传 动 类 压 力 机 ， 它 是 重 要 的 锻 压 设 备 。曲 柄 压 力 机 能 进 行 各 种 冲 压 和 模 锻 ， 直 接 生 主 出 零 件 或 毛 坯 。 而 曲 柄 滑块 机 构 是 实 现 冲 压 的 最 基 本 结 构 。 曲 柄 滑 块 机 构 设 计 直 接 影 响 着 压 力 机的 质 量 。 曲 柄 滑 块 机 构 包 括 曲 轴 的 设 计 ， 连 杆 组 件 的 设 计 和 滑 块 的 设 计 。曲 轴 是 压 力 机 中 最 重 要 的 机 件 之 一 ， 它 输 出 部 分 功 率 。 曲 轴 一 般 由 主 轴颈 ， 连 杆 轴 颈 、 曲 柄 、 平 衡 块 、 前 端 和 后 端 等 组 成 。 连 杆 组 件 它 包 括 连杆 体 ， 连 杆 盖 ， 连 杆 轴 瓦 和 连 杆 螺 栓 ， 是 曲 柄 连 杆 机 构 中 传 递 动 力 的 重要 组 件 。组 件 连 杆 承 受 的 压 力 可 以 过 到 很 大 的 数 值 ， 面 高 速 运 动 产 生 的 惯 性 力 的影 响 又 要 求 结 构 轻 巧 。 所 以 连 杆 设 计 的 一 个 主 要 要 求 ， 就 是 要 在 尽 可 能轻 巧 的 结 构 下 保 证 足 够 的 刚 度 各 强 度 ， 因 此 必 须 选 用 高 强 度 的 材 料 ， 合理 的 结 构 形 状 和 尺 寸 ， 采 取 提 高 强 度 的 工 艺 措 施 等 。 滑 块 是 一 个 箱 形 结构 ,它 的 上 端 与 连 杆 连 接 ,下 部 安 装 模 具 的 上 模 ,并 在 机 身 的 导 轨 内 上下 运 动 。 因 此 要 认 真 设 计 曲 柄 滑 块 机 构 。关 键 词 ： 曲 轴 ， 连 杆 ， 滑 块 。 ABSTRACTCrank press to crank the forging machinery. Press is the right place to die in the material pressure processing machinery, processing materials to be exerting pressure on the recoiling from the machinery itself bear. Crank Press mechanical transmission type press, it is important to forging equipment. Crank pressure for various functions stamping and forging direct health owners of parts or rough. And slider crank Stamping is the basic structure. Slider crank mechanism design a direct impact on the quality press. Crank crank slider agencies, including the design, link components in the design and slider design. Press crankshaft is the most important one of the innards, it exported some power. Crankshaft generally spindle neck, crankpin, crank, balanced block, the front end and back-end components. It includes components link connecting rod body, covered link, connecting rod bearing and connecting rod bolts, crank linkage is passing an important dynamic components. Linkage components can withstand the pressure off to a great figure, face high-speed movement of the inertial force structure requirements effects of light. Therefore, a link to the main design requirement was to light the possible under the structure to ensure adequate strength, stiffness, therefore must use high-strength materials, reasonable shape and size, to raise the intensity of the technology measures. Slider is a box-shaped structure, with its link connecting the top and bottom of mold on the installation mode, and the fuselage within the next rail movement. Therefore, in order to seriously crank slider design.Keywords : crankshaft, connecting rod, the slider. 目 录第 1 章 曲 柄 压 力 11.1 概 述 1 1.1.1 曲 柄 压 力 机 的 用 途 和 分 类 1 1.1.2 曲 柄 压 力 机 的 工 作 原 理 3 第 2 章 曲 柄 滑 块 机 构 52.1 曲 柄 压 力 机 的 主 要 技 术 数 5 2.1.1 公 称 压 力 5 2.1.2 滑 块 行 程 5 2.1.3 滑 块 行 程 次 数 62.1.4 压 力 机 装 模 高 度 H 和 封 闭 高 度 62.1.5 压 力 机 工 作 台 面 尺 寸 及 滑 块 底 面 尺 寸 62.1.6 漏 料 孔 尺 寸 62.1.7 模 柄 孔 尺 寸 62.2 曲 柄 压 力 机 的 运 动 规 律 62.3 滑 块 的 速 度 和 曲 柄 转 角 的 关 系 7第 3 章 曲 柄 滑 块 机 构 的 设 计 计 算 93.1 曲 柄 压 力 机 的 结 构 93.2 曲 轴 的 设 计 93.3 曲 轴 的 材 料 选 择 103.4 曲 轴 设 计 计 算 113.4.1 预 选 曲 轴 有 关 尺 寸 113.4.2 核 验 轴 颈 尺 寸 123.4.3 计 算 及 绘 制 许 用 负 荷 图 133.5 连 杆 组 件 的 设 153.5.1 压 力 机 的 连 杆 组 153.5.2 连 杆 的 设 计 163.5.3 连 杆 材 料 163.5.4.连 杆 长 度 和 杆 身 设 计 163.6 导 轨 的 选 择 183.6.1 导 轨 的 基 本 要 求 183.6.2 导 轨 的 材 料 及 热 处 理 193.7 装 模 高 度 调 节 机 构 193.7.1 调 节 螺 杆 的 结 构 193.7.2 调 节 螺 纹 尺 寸 203.8 滑 块 的 的 选 择 213.9 轴 的 选 择 233.9.1 轴 瓦 的 特 殊 性 233.9.2 轴 瓦 材 料 的 性 能 要 求 233.9.3 轴 瓦 的 型 式 及 定 位 233.10 曲 柄 滑 块 机 构 中 的 滑 动 轴 承 233.10.1 滑 动 轴 承 的 设 计 243.10.2 轴 承 材 料 的 选 择 28第 4 章 辅 助 装 置 304.1 过 载 保 护 装 置 304.1.1 压 塌 式 过 载 保 护 装 置 30结 论 33参 考 文 献 34致 谢 35第 1 章 曲 柄 压 力 机1.1 概 述1.1.1 曲 柄 压 力 机 的 用 途 和 分 类曲 柄 压 力 机 以 曲 柄 传 动 的 锻 压 机 械 。 压 力 机 是 用 来 对 放 置 于 模具 中 的 材 料 进 行 压 力 加 工 的 机 械 ,对 被 加 工 材 料 施 加 压 力 的 反 作 用力 ,由 机 械 本 身 承 受 。 曲 柄 压 力 机 属 于 机 械 传 动 类 压 力 机 ， 它 是 重 要的 锻 压 设 备 。 曲 柄 压 力 机 能 进 行 各 种 冲 压 和 模 锻 ， 直 接 生 主 出 零 件 或毛 坯 。 因 此 ， 曲 柄 压 力 机 在 汽 车 ， 拖 拉 机 ， 电 器 ， 仪 表 ， 电 子 ，医 疗 器 械 ， 动 力 机 械 ， 国 防 以 及 日 用 品 等 工 业 部 门 得 到 了 广 泛 应 用 。图 1.1 为 曲 柄 压 力 机 外 形 。图 1.1 压 力 机 外 形 图根 据 压 力 机 的 传 动 方 式 、 结 构 形 式 及 产 生 压 力 的 方 式 等 不 同 ， 可有 多 种 类 型 。 按 传 动 方 式 不 同 ， 可 分 为 机 械 传 动 、 液 压 传 动 、 电 磁 及气 动 压 力 机 ； 按 机 身 结 构 不 同 ， 可 分 为 开 式 和 闭 式 机 身 压 力 机 ； 按 产生 压 力 的 方 式 不 同 ， 机 械 压 力 机 又 可 分 为 摩 擦 压 力 机 和 曲 柄 压 力 机 。机 械 传 动 的 曲 柄 压 力 机 使 用 量 最 大 ， 是 我 国 工 业 部 门 中 最 基 本 、 最 常见 的 压 力 机 械 类 型 。 其 中 ， 中 、 小 吨 位 开 式 机 身 机 械 式 曲 柄 压 力 机 使用 量 多 ， 手 工 操 作 比 例 大 ， 相 应 的 事 故 率 也 高 。 本 章 将 重 点 讨 论 开 式机 身 机 械 式 曲 柄 压 力 机 。曲 柄 压 力 机 由 机 身 、 动 力 传 动 系 统 、 工 作 机 构 和 操 纵 系 统 组 成 。1.1.1.1 机 身 机 身 由 床 身 、 底 座 和 工 作 台 三 部 分 组 成 ， 工 作 台 上 的 垫 板 用 来 安装 下 棋 。 机 身 大 多 为 铸 铁 材 料 ， 而 大 型 压 力 机 采 用 钢 板 焊 接 而 成 。 机身 首 先 要 满 足 刚 度 、 强 度 条 件 ， 有 利 于 减 振 降 噪 ， 保 证 压 力 机 的 工 作稳 定 性 。1.1.1.2 动 力 传 动 系 统动 力 传 动 系 统 由 电 动 机 、 传 动 装 置 （ 齿 轮 传 动 或 带 传 动 ） 以 及 飞轮 组 成 ， 其 中 电 动 机 和 飞 轮 是 动 力 部 件 。 在 压 力 机 的 空 行 程 ， 靠 飞 轮自 身 转 动 惯 量 蓄 积 动 能 ； 在 冲 压 工 件 瞬 间 受 力 最 大 时 ， 飞 轮 放 出 蓄 积的 能 量 ， 这 样 使 电 动 机 负 荷 均 衡 ， 能 量 利 用 合 理 ， 减 少 振 动 。 有 的 冲压 机 利 用 大 齿 轮 或 大 皮 带 轮 起 到 飞 轮 的 作 用 。1.1.1.3 工 作 机 构工 作 机 构 是 曲 轴 、 连 杆 和 滑 块 组 成 曲 柄 连 杆 机 构 。 曲 轴 是 压 力 机最 主 要 部 分 ， 它 的 强 度 决 定 压 力 机 的 冲 压 能 力 ； 连 杆 是 连 接 件 ， 它 的两 端 与 曲 轴 、 滑 块 铰 接 ； 装 有 上 模 的 滑 块 是 执 行 元 件 ， 最 终 实 现 冲 压动 作 。 输 入 的 动 力 通 过 曲 轴 旋 转 ， 带 动 连 杆 上 下 摆 动 ， 将 旋 转 运 动 转化 成 滑 块 沿 着 固 定 在 机 身 上 导 轨 的 往 复 直 线 运 动 。1.1.1.4 操 纵 系 统操 纵 系 统 包 括 离 合 器 、 制 动 器 和 操 纵 机 构 。 离 合 器 和 制 动 器 对 控制 压 力 机 的 间 歇 冲 压 起 重 要 作 用 ， 同 时 又 是 安 全 保 证 的 关 键 所 在 ， 离合 器 的 结 构 对 某 些 安 全 装 置 的 设 置 产 生 直 接 影 响 。 操 纵 装 置 一 般 采 用脚 踏 开 关 。除 上 述 的 基 本 部 分 发 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 。1.1.2 曲 柄 压 力 机 的 工 作 原 理其 工 作 原 理 见 图 1.2。 电 动 机 1 带 动 皮 带 传 动 系 统 2， 3， 将动 力 传 到 小 齿 轮 6， 通 过 6 和 7， 8 和 9 两 级 齿 轮 减 速 传 到 曲 柄 连杆 机 构 ， 大 齿 轮 7 同 时 又 起 飞 轮 作 用 。 最 本 级 齿 轮 9 制 成 偏 心 齿轮 结 构 ， 它 的 偏 心 轮 部 分 就 是 曲 柄 ， 曲 柄 可 以 在 芯 轴 10 上 旋 转 。连 杆 12 一 端 连 到 曲 轴 偏 心 轮 ； 另 一 端 与 滑 块 铰 接 ， 当 偏 心 齿 轮9 在 与 小 齿 轮 8 啮 合 转 动 时 ， 连 杆 摆 动 ， 将 曲 轴 的 旋 转 运 动 转 变 为 滑块 的 往 复 直 线 运 动 。 上 模 装 在 滑 块 上 ， 下 模 固 定 在 垫 板 上 ， 滑 块 带 动上 模 相 对 下 模 运 动 ， 对 放 在 上 、 下 模 之 间 的 材 料 实 现 冲 压 。图 1.2 开 式 压 力 机 运 动 原 理 图1-电 动 机 2-小 皮 带 轮 3-大 皮 带 轮 4-制 动 器 5-离 合 器 6-小 齿 轮 7-大 齿 轮 8-小 齿 轮 9-偏 心 齿 轮 10-芯 轴 11-机 身 12-连 杆 13-滑 块 14-上 模 15-下 模 16-垫 板 17-工 作 台 18-液 压 气 垫在 电 动 机 不 切 断 电 源 情 况 下 ， 滑 块 的 动 与 停 是 通 过 操 纵 脚 踏 开 关控 制 离 合 器 5 和 制 动 器 4 实 现 的 。 踩 下 脚 踏 开 关 ， 制 动 器 松 闸 ， 离合 器 结 合 ， 将 传 动 系 统 与 曲 柄 连 杆 机 构 连 通 ， 动 力 输 入 ， 滑 块 运 动 ；当 需 要 滑 块 停 止 运 动 时 ， 松 开 脚 踏 开 关 ， 离 合 器 分 离 ， 将 传 动 系 统 与曲 柄 连 杆 机 构 脱 开 ， 同 时 运 动 惯 性 被 制 动 器 有 效 地 制 动 ， 使 滑 块 运 动及 时 停 止 。第 2 章 曲 柄 滑 块 机 构2.1.曲 柄 压 力 机 的 主 要 技 术 参 数压 力 机 的 技 术 参 数 反 映 一 台 压 力 机 的 工 艺 能 力 、 所 能 加 工 制 件 的尺 寸 范 围 以 及 有 关 生 产 率 指 标 ， 同 时 也 是 选 择 、 使 用 压 力 机 和 设 计 模具 的 重 要 依 据 。 通 用 压 力 机 的 主 要 技 术 参 数 如 下 所 述 。2.1.1 公 称 压 力压 力 机 的 公 称 压 力 是 指 滑 块 至 下 止 点 前 ， 某 一 特 定 距 离 或 曲 柄 旋转 到 离 下 止 点 前 某 一 特 定 角 度 时 ， 滑 块 上 所 允 许 承 受 的 最 大 作 用 力 。图 2.1 为 压 力 机 的 滑 块 许 用 负 荷 曲 线 ， 该 曲 线 是 由 压 力 机 零 件 强度 （ 主 要 是 曲 轴 强 度 ） 确 定 的 ， 曲 线 表 明 随 着 曲 柄 转 角 的 变 化 ， 滑 块上 所 允 许 的 作 用 力 也 随 之 改 变 。 因 此 在 选 用 压 力 机 时 ， 要 严 格 注 意 工作 角 度 ， 工 件 变 形 抗 力 必 须 位 于 图 的 阴 影 线 之 内 。2.1.2 滑 块 行 程 S滑 块 行 程 是 指 压 力 机 滑 块 从 上 止 点 到 下 止 点 所 经 过 的 距 离 ， 它 的大 小 随 工 艺 用 途 和 公 称 压 力 的 不 同 而 不 同 。图 2.1 压 力 机 滑 块 许 用 负 荷 曲 线 图2.1.3 滑 块 行 程 次 数 n它 是 指 滑 块 每 分 钟 从 上 止 点 到 下 止 点 、 然 后 再 回 到 上 止 点 的 往 复次 数 。2.1.4 压 力 机 装 模 高 度 H 和 封 闭 高 度压 力 机 装 模 高 度 （ GB8845-88 称 为 闭 合 高 度 ） 是 指 压 力 机 滑块 处 于 下 止 点 位 置 时 ， 滑 块 下 表 面 到 工 作 垫 板 上 表 面 的 距 离 。 所 谓 封闭 高 度 是 指 滑 块 在 下 止 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 垫 板 的 厚 度 。2.1.5 压 力 机 工 作 台 面 尺 寸 及 滑 块 底 面 尺 寸工 作 台 面 尺 寸 AB 与 滑 块 底 面 尺 寸 JK 是 与 模 架 平 面 尺 寸有 关 的 尺 寸 。2.1.6 漏 料 孔 尺 寸当 制 件 或 废 料 漏 料 时 ， 工 作 台 或 垫 板 孔 （ 漏 料 孔 ） 的 尺 寸 应 大 于制 件 或 废 料 尺 寸 。 当 模 具 需 要 装 有 弹 性 顶 料 装 置 时 ， 弹 性 顶 料 装 置 的外 形 尺 寸 应 小 于 漏 料 孔 尺 寸 。 模 具 下 模 板 的 外 形 尺 寸 应 大 于 漏 料 孔 尺寸 ， 否 则 需 增 加 附 加 垫 板 。2.1.7 模 柄 孔 尺 寸当 模 具 需 要 用 模 柄 与 滑 块 相 连 时 ， 滑 块 内 模 柄 孔 的 直 径 和 深 度 应与 模 具 模 柄 尺 寸 相 协 调 。除 上 述 技 术 参 数 外 ， 喉 口 深 度 、 滑 块 顶 杆 过 孔 、 气 垫 尺 寸 等 也 是 设 计模 具 所 必 须 考 虑 的 。曲 柄 滑 块 机 构 是 曲 柄 压 力 机 的 工 作 执 行 机 构 改 革 ， 其 承 载 能 力 及 运 动规 律 很 大 程 度 上 决 定 了 曲 柄 压 力 机 所 具 备 的 工 作 特 性 。 2.2 曲 柄 压 力 机 的 运 动 规 律此 压 力 机 的 工 作 机 构 采 用 曲 柄 滑 块 机 构 ， 其 运 动 简 图 如 图 2.2所 示 ：O 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 .所 以 OA 以 角 速 度 w 作 旋 转运 动 时 ,B 点 则 以 速 度 v 作 直 线 运 动 ， 现 讨 论 滑 块 的 位 移 ， 速 度 和 加速 度 与 曲 柄 转 角 之 间 的 关 系 。滑 块 的 位 移 和 曲 柄 转 角 之 间 的 关 系 可 表 达 为 1：S=(R+L) (Rcos+Lcos) (2.1)Sin=Rsin / L令 R / L=则 sin=sin而 cos= 21cos= 整 理 得 ： s=R(1 cos) + 1 / (1 ) (2.2)sin2式 中 s-滑 块 行 程 ， 从 下 死 点 算 起 ， 以 下 均 同 。 - 曲 柄 转 角 ， 从 下 死 点 算 丐 ， 与 曲 柄 旋 转 方 向 相 反 者为 正 ， 以 下 均 同 。R- 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 ）由 设 计 任 务 书 可 知 ： 滑 块 行 程 为 100mm滑 块 行 程 次 数 ： 30 次 /分 。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 可 取 =0.1， 由 曲 柄 半 径 为 滑 块 行 程 的 一 半 50mm,可 得L=500mm.。由 余 弦 定 理 ：cos= / 2R(R+L S) (2.3)RSL22)(设 s=10mmcos= /2 x 50(50+500-10)=0.816505210=35.22.3 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 v即 ：v= = dtsdt= )2cos1(5.0)cos1( dt=R(sin+0.5sin2) t而 =dt v= R(sin+0.5sin2)式 中 v滑 块 速 度 曲 柄 的 角 速 度 。 图 2.2 曲 柄 滑 块 机 构 运 动 关 系 计 算 简 图又 = =0.105n(r/min)3 v=0.105nR(sin+0.5sin2)式 中 n曲 柄 每 分 钟 转 速将 已 知 代 入 式 中 ：v=0.1053050(sin35.2+0.50.1sin70.4)=98.138mm/s第 3 章 曲 柄 滑 块 机 构 的 设 计 计 算3.1 曲 柄 压 力 机 的 结 构曲 柄 压 力 机 的 结 构 如 图 3.1， 它 主 要 由 曲 轴 3， 连 杆 1，调 节 螺 杆 6 和 滑 块 5 组 成 。 曲 轴 旋 转 时 ， 连 杆 作 摆 动 和 上 下 运 动 ，因 而 使 在 导 轨 中 的 滑 块 作 往 复 直 线 运 动 。图 3.1 曲 柄 滑 块 机 构 的 结 构1-连 杆 体 2-轴 瓦 3-曲 柄 4-顶 料 杆 5-滑 块 6-调 节 螺 杆 7-下 支 承 座 8-保 护 装 置 9-锁 紧 螺 钉 10-锁 紧 块 11-模 具 夹 持 器3.2 曲 轴 的 设 计曲 轴 是 压 力 机 中 最 重 要 的 机 件 之 一 ， 它 输 出 部 分 功 率 。 曲 轴 一般 由 主 轴 颈 ， 连 杆 轴 颈 、 曲 柄 、 平 衡 块 、 前 端 和 后 端 等 组 成 。 曲 轴 的连 杆 轴 颈 是 曲 轴 与 连 杆 的 连 接 部 分 ， 通 过 曲 柄 与 主 轴 颈 相 连 ， 在 连 接处 用 圆 弧 过 渡 ， 以 减 少 应 力 集 中 。 曲 轴 是 在 不 断 周 期 变 化 的 压 力 ，往 复 运 动 质 量 惯 性 力 ， 旋 转 运 动 质 量 惯 性 力 经 及 它 们 的 力 矩 (扭矩 和 弯 矩 )共 同 作 用 下 工 作 。 这 些 变 力 使 曲 轴 既 扭 转 又 弯 曲 ,产 生疲 劳 应 力 状 态 .曲 轴 形 状 复 杂 ,应 力表 3.1 曲 轴 有 关 尺 寸 经 验 公 式集 中 现 象 相 当 严 重 .所 以 在 设 计 曲 轴 时 要 使 曲 轴 具 有 足 够 的 强 度 ,特 别要 注 意 强 化 应 力 集 中 部 位 和 设 法 缓 和 应 力 集 中 现 象 。 曲 轴 各 颈 在 很 高的 比 压 下 以 很 大 的 相 对 速 度 发 生 滑 动 摩 擦 。 这 些 轴 承 在 实 际 变 工 况 条 件下 并 不 总 能 保 证 液 体 润 滑 ,尤 其 当 润 滑 油 不 洁 净 时 ,曲 轴 轴 颈 表 面 遭 到强 烈 的 磨 料 磨 损 。 所 以 ,曲 轴 要 使 其 各 摩 擦 表 面 耐 磨 ,同 时 给 以 尽 可 能好 的 润 滑 条 件 。 因 为 曲 轴 是 曲 柄 连 杆 机 构 运 动 件 中 的 中 心 环 节 ,刚 度特 别 重 要 。 因 此 选 择 好 的 材 料 对 曲 轴 至 关 重 要 。3.3 曲 轴 的 材 料 选 择曲 轴 一 般 用 中 碳 钢 或 中 碳 合 金 钢 模 锻 而 成 , 为 提 高 耐 磨 性 和 耐 疲劳 强 度 ， 轴 颈 表 面 经 高 频 淬 火 或 氮 化 处 理 ， 并 经 精 磨 加 工 ， 以 达 到 较 高的 表 面 硬 度 和 表 面 粗 糙 度 的 要 求 。 由 于 压 力 机 为 100 吨 ， 是 小 功 率 电动 机 带 动 ， 强 化 程 度 不 高 ， 曲 轴 强 度 问 题 不 是 主 要 问 题 ， 而 刚 度 和 轴 颈支 承 颈 直 径do 4.45Pg-公 称 压 力(千 牛 )曲 轴 各 部 分 尺 寸 名 称 代 号 经 验 数 据曲 柄 颈 直 径 d1 (1.11.4)d0支 承 颈 长 度 L0 (1.5-2.2) d0曲 柄 两 臂 外 侧 面 间 的 长度L2 (2.53.0) d0曲 柄 颈 长 度 L1 (1.31.7) d0圆 角 半 径 r (0.080.10)d0承 压 面 积 够 不 够 往 往 成 为 问 题 的 关 键 。 因 此 选 择 45 号 钢 （ 调 质 处 理 ）。 有 时 还 要 在 两 端 切 割 试 件 进 行 机 械 性 能 试 验 ， 对 于 大 型 曲 轴 ， 有时 在 支 承 颈 和 曲 柄 颈 中 心 处 钻 深 孔 ， 以 改 善 淬 透 性 ， 提 高 机 械 性 能 。 曲轴 支 承 颈 和 曲 柄 颈 需 加 以 精 车 或 磨 光 。 为 了 延 长 曲 轴 寿 命 ， 在 各 轴 颈 特别 是 圆 角 处 ， 最 好 用 滚 子 辗 压 强 化 。 表 3.2 曲 轴 许 用 应 力 (1 帕 )05材 料 s 45 调 质 3600 1001400 750100040Cr 调 质 5000 14002000 1000150037SiMn2MoV调 质6500 18002600 1400200018CrMnMoB调 质7500 21003000 160023003.4 曲 轴 设 计 计 算在 设 计 曲 轴 时 ,先 根 据 经 验 公 式 决 定 曲 轴 的 有 关 尺 寸 ,然 后 根 据 理论 公 式 进 行 精 确 核 验 。曲 轴 和 曲 拐 轴 有 关 尺 寸 的 经 验 公 式 见 上 表 3.1表 3.3 曲 柄 连 杆 机 构 的 摩 擦 系 数压 力 机 型 式 单 柱 0.0350.045开 式 0.040.05单 动 单 点 压 力机闭 式 0.0450.055现 设 计 计 算 如 下 :3.4.1 预 选 曲 轴 有 关 尺 寸 。按 表 3.1 经 验 公 式 ：d0=4.4 =4.4 =139.14mmPg0取 d0=140mm按 照 表 列 经 验 公 式 ， 选 出 其 余 尺 寸 为 ： d1=15.4mm L0=210mm L2=350mm L1=182mm r=11.2mm a=182mm考 虑 连 杆 轴 瓦 压 强 L1 需 增 大 ， 为 了 保 证 曲 柄 臂 强 度 ， L2 也 需 相 应增 大 ,故 变 为 ：L1=220mm, L2=360mm3.4.2 核 验 轴 颈 尺 寸初 步 选 取 曲 轴 材 料 为 45 号 钢查 表 3.2 得 :=1000 帕 。d1= (3.1)31.0)82(5.PgrL= 3.)12.6(.=0.186m故 重 新 选 取d1=190mmd0= (3.2)32.qPg而 式 中 1:=R(sin+ )+0.5u(1+)d1+ +d0 (3.3)qiB且 :R=0.5s=0.5100=50mm=50mm由 结 构 设 计 或 参 考 同 类 型 压 力 机 ， 初 步 选 取 =0.1(即 连 杆 长 度 为0.5m)。 设 =0.12m(按 连 杆 经 验 公 式 选 取 )。dB又 根 据 预 选 及 计 算 值 得 ：d1=0.19md0=0.14m查 表 3.3 =0.145当 =35时 ， sin+0.5sin2=0.6199 =0.050.6199+0.50.045(1+0.1) 0.19+0.10.12+0.14q =0.0391m又 由 表 3.3 可 知 =750x 帕5 do= 331.2.1=0.137m曲 轴 最 后 确 定 的 尺 寸 如 图 。图 3.2 曲 轴 结 构3.4.3 计 算 及 绘 制 许 用 负 荷 图齿 轮 对 曲 轴 的 作 用 力 比 连 杆 对 它 的 作 用 力 小 得 多 ， 可 忽 略 不 计 。 连 杆对 曲 轴 的 作 用 力 近 似 看 成 等 于 公 称 压 力 Pg， 并 分 别 以 0.5Pg 作 用 于连 杆 轴 瓦 两 侧 。这 样 ， 危 险 截 面 CC 的 弯 矩 M 为 1：M=（ L2L1+8r） Pg/4 (牛 米 ) （ 3.4）=（ 0.36-0.22+80.012） 1000000/4=59000(Nm)CC 截 面 的 最 大 应 力 为 1：= M / W (3.5)=0.25(L2 L1+8r)Pg / 0.1 (帕 )do3=59000/0.1 43.=215 5式 中 ：P分 称 压 力 （ 牛 ）L1曲 柄 颈 长 度 （ 米 ）L2曲 柄 两 臂 外 侧 面 间 的 距 离 （ 米 ）do曲 柄 颈 直 径 （ 米 ）r圆 角 半 径 （ 米 ）W弯 曲 截 面 系 数 （ ）米 3查 上 表 3.2 可 知 符 合 要 求 。在 一 般 情 况 下 ， r 均 在 0.080.10do 的 范 围 内 ， 此 时 ， 可 根 据 曲 轴零 件 图 的 实 际 尺 寸 进 行 计 算 。 如 果 r 不 在 上 述 范 围 内 ， 相 差 较 大 ， 可以 按 下 式 计 算 r 数 值 ：r=0.05L0式 中 L0支 承 颈 长 度 。在 曲 柄 颈 上 ， 除 受 弯 矩 作 用 外 ， 尚 受 到 扭 矩 作 用 ， 应 按 弯 扭 联 合 作用 计 算 。 但 由 于 弯 矩 比 扭 矩 大 得 多 ， 故 忽 略 扭 矩 计 算 的 应 力 与 考 虑 扭 矩的 相 差 不 多 。 当 曲 柄 转 角 在 公 称 压 力 表 角 的 情 况 下 两 者 相 差 3%以 下 ，即 使 在 90 度 的 情 况 下 相 差 也 仅 达 5%。CC 截 面 1P= （ 3.6）)8(25.013rLd= )012.36.(.93=1071x NBB 截 面 1P= (3.7)mdq02.3 = mq104.53720=R（ sin+ )+0.5u(1+)d1+ +d0 q2iB=0.05(sin35+0.50.1sin70)+0.50.045(1+0.1)0.190+0.10.12+0.14=0.03528将 的 值 代 入 3.7 式 得 : mqP=1045.495KN图 3.3 许 用 负 荷 图最 后 可 得 曲 轴 的 许 用 负 荷 图 如 图 3.33.5 连 杆 组 件 的 设 计3.5.1 压 力 机 的 连 杆 组它 包 括 连 杆 体 ， 连 杆 盖 ， 连 杆 轴 瓦 和 连 杆 螺 栓 ， 是 曲 柄 连 杆 机 构 中 传递 动 力 的 重 要 组 件 。组 件 连 杆 承 受 的 压 力 可 以 过 到 很 大 的 数 值 ， 面 高 速 运 动 产 生 的 惯 性 力的 影 响 又 要 求 结 构 轻 巧 。 所 以 连 杆 设 计 的 一 个 主 要 要 求 ， 就 是 要 在 尽 可能 轻 巧 的 结 构 下 保 证 足 够 的 刚 度 各 强 度 ， 因 此 必 须 选 用 高 强 度 的 材 料 ，合 理 的 结 构 形 状 和 尺 寸 ， 采 取 提 高 强 度 的 工 艺 措 施 等 。 连 杆 一 旦 断 裂 ，将 造 成 严 重 事 故 。连 杆 的 变 形 对 曲 柄 连 杆 机 构 的 工 作 有 很 不 好 的 影 响 。 例 如 ， 连 杆 大头 的 变 形 使 连 杆 螺 栓 承 受 附 加 弯 曲 ； 大 头 孔 的 失 圆 使 连 杆 轴 承 的 润 滑受 到 损 害 。 所 以 连 杆 要 有 尽 可 能 大 的 结 构 刚 度 ， 经 验 表 明 ， 对 于 不 太 强化 的 发 动 机 来 说 ， 刚 度 比 强 度 更 重 要 。 连 杆 螺 栓 的 主 要 问 题 是 保 证 疲 劳强 度 ， 而 连 杆 轴 承 要 求 保 证 耐 久 性 。3.5.2 连 杆 的 设 计连 杆 是 机 械 压 力 机 上 最 重 要 的 受 力 零 件 之 一 ， 按 使 用 场 合 分 为 偏 心 轮用 连 杆 和 曲 柄 轴 用 连 杆 两 种 ， 由 于 是 初 次 设 计 ， 曲 柄 轴 用 连 杆 较 为 方 便设 计 ， 也 符 合 所 设 计 的 压 力 机 的 要 求 。3.5.3 连 杆 材 料为 了 使 连 杆 在 结 构 轻 巧 的 条 件 下 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 ， 一 般 多 用 精选 含 碳 量 的 优 质 中 碳 结 构 45 模 锻 。 合 金 钢 有 较 高 的 综 合 机 械 性 能 ， 但当 存 在 主 生 应 力 集 中 的 因 素 时 ， 它 的 疲 劳 强 度 急 剧 下 降 ， 甚 至 低 到 与 碳素 钢 不 相 上 下 。 所 以 合 金 钢 连 杆 的 形 状 设 计 ， 过 渡 圆 滑 性 ， 毛 坯 表 面 质量 等 ， 必 须 给 以 更 多 的 注 意 ， 才 能 充 分 发 挥 优 质 材 料 的 潜 力 。连 杆 纵 向 断 面 内 宏 观 金 相 组 织 要 求 显 示 金 属 纤 维 方 向 与 连 杆 外 形 相符 ， 纤 维 无 环 曲 及 中 断 现 象 。为 此 连 杆 采 用 钢 锻 造 ， 在 机 械 加 工 前 应 经 调 质 处 理 （ 淬 火 后 高 温 回火 ） ， 以 得 到 较 高 的 综 合 机 械 性 能 ， 既 强 又 韧 。 为 了 提 高 连 杆 的 疲 劳 强 度 ，不 经 机 械 加 工 的 表 面 应 经 过 喷 砂 处 理 。 连 杆 还 必 须 经 过 磁 力 探 伤 检 验 ，以 求 工 作 可 靠 。为 了 节 约 优 质 钢 材 ， 降 低 产 品 成 本 ， 此 压 力 机 的 连 杆 材 料 采 用 铸 铁HT20-40 调 质 处 理 HB255-302。3.5.4.连 杆 长 度 和 杆 身 设 计连 杆 是 同 连 杆 大 头 与 曲 轴 连 接 的 。 连 杆 与 曲 轴 的 配 合 副 是 压 力 机 中最 重 要 的 环 节 。 连 杆 大 头 应 该 有 很 大 的 刚 度 ， 这 影 响 到 薄 壁 轴 瓦 的 工 作性 能 和 连 杆 螺 栓 的 可 靠 性 。 连 杆 大 头 当 然 也 必 须 有 足 够 的 强 度 。 查 是 问题 的 关 键 是 连 杆 的 刚 度 和 强 度 要 求 必 须 在 尽 可 能 紧 凑 和 轻 巧 的 条 件 下实 现 。 因 为 连 杆 大 头 产 生 的 离 心 力 会 增 加 连 杆 轴 承 和 曲 轴 轴 承 的 负 荷 ，可 能 引 起 增 大 曲 轴 平 衡 块 的 必 要 ， 从 而 带 来 一 系 列 不 良 后 果 。 连 杆 大 头的 外 形 尺 寸 必 须 严 加 限 制 。图 3.4 连 杆 杆 身为 了 提 高 曲 轴 和 轴 承 的 工 作 能 力 ， 而 选 择 较 大 的 D3。 经 查 资 料 表明 D3 / D1=1.061.08,故 D3=210mm。连 杆 结 构 设 计 中 首 先 碰 到 的 问 题 是 确 定 连 杆 大 小 头 孔 的 距 离 ， 即 连 杆长 度 L,由 于 连 杆 长 度 通 常 是 用 连 杆 比 =r/L 来 说 明 ， 值 越 大 ， 连 杆越 短 ， 反 之 则 越 长 。 目 前 压 力 机 的 在 0.10.3 之 间 ， 为 了 设 计 方 便 ，选 取 =0.1 即 L=500mm。在 设 计 连 杆 杆 身 的 断 面 形 状 和 尺 寸 时 ， 应 根 据 连 杆 工 作 中 的 负 荷情 况 ， 保 证 足 够 的 强 度 储 备 。其 次 ， 杆 身 断 面 的 形 状 不 仅 要 有 足 够 的 拉 压 强 度 ， 而 且 具 有 足 够 的 抗弯 刚 度 ， 因 为 连 杆 在 摆 动 时 还 产 生 横 向 惯 性 力 ， 使 连 杆 弯 曲 。 此 外 更 重要 的 是 ， 连 杆 制 造 时 可 能 产 生 初 始 弯 曲 或 偏 心 ， 这 种 连 杆 在 拉 压 负 荷作 用 下 也 会 承 受 附 加 弯 曲 。最 后 确 定 连 杆 的 尺 寸 如 图 3.5:图 3.5 连 杆 结 构3.6 导 轨 的 选 择3.6.1 导 轨 的 基 本 要 求由 于 此 压 力 机 选 择 开 式 ， 所 需 压 力 也 不 太 大 ， 故 选 择 滑 动 导 轨 。 为 了能 长 期 保 持 导 向 精 度 ， 对 导 轨 提 出 刚 度 和 耐 磨 性 的 要 求 。 若 刚 度 不 够 ，则 直 接 影 响 部 件 之 间 的 相 对 位 置 精 度 和 导 轨 的 导 向 精 度 ， 增 大 导 向 长度 来 保 证 滑 块 的 运 动 精 度 外 ,导 轨 的 形 式 也 是 影 响 滑 块 运 动 精 度 的 一 个重 要 因 素 ,在 开 式 压 力 机 上 ,采 用 成 双 对 称 布 置 的 90 度 V 形 导 轨 .使 导轨 面 上 的 比 压 分 布 不 均 ， 加 剧 导 轨 面 的 磨 损 ， 为 此 材 料 的 选 择 很 重 要 。3.6.2 导 轨 的 材 料 及 热 处 理对 导 轨 的 材 料 的 主 要 要 求 是 耐 磨 性 好 ， 工 艺 性 能 好 ， 成 本 低 。铸 铁 是 一 种 成 本 低 ， 有 良 好 减 振 性 和 耐 磨 性 ， 易 于 铸 造 和 切 削 加 工 的 金属 材 料 。 因 此 材 料 选 择 灰 铸 铁 HT200， 采 用 高 频 淬 火