JH31-315机械压力机传动系统的设计

摘要通过对机械压力机的国内外研究现况的分析，确定了本课题的主要设计内容。在确定了机械压力机初步设计方案后，决定采用传统理论方法对 JH31-315 机械压力机传动系统进行设计、计算、强度校核，采用 AutoCAD 设计软件对大齿轮、小齿轮、偏心轮、连杆、总装图进行了工程绘图，同时还对 JH31-315 的主要零件进行了绘图。在参考了某公司生产的 JH31-315 机械压力机传动系统以及查阅了大量关于机械压力机传动系统设计的书籍后，确定了机械压力机的传动系统的设计方案，绘制了传动系统原理图，给出了传动系统的工作说明书，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出结论整个设计切实可行。关键词 机械压力机；传动系统；强度校核AbstractAnalysis of the compressive stress mechanisms domestic and foreign research existing circumstance,determins this topic main design content.After I had determined the enginery compressive stress mechanism preliminary design plan,decided uses the traditional theory method to carry on the design,the computation,the intensity examination to the JH31-315 mechanical press transmission system,used AutoCAD design software to the gearwheel,pinion, eccenter,connecting rod,the final assembly drawing has carried on the project cartography, meanwhile has carried on the mapping to the master accessory.In has referred to JH31-315 mechanical press transmission system which some company produces as well as has consulted massively after the mechanical press transmission system design books,the definite mechanical press transmission system design proposal,has drawn up the system schematic diagram,has produced the transmission system working instructions,and has carried on the feasibility analysis to it,finally carries on the system analysis to the entire design,obtains the entire design to be practical and feasible.Keywords mechanical press transmission system intensity check目 录1 绪论 .11.1 机 械压力机发展概况 .11.2 机械压力机工作原理及主要技术参数 .21.3 机械压力机分类 .41.4 机械压力机研究现状 .51.4.1 锻压设备在国民经济建设中的作用 .61.4.2 我国锻压设备的发展情况 .61.4.3 我国锻压设备的差距 .81.4.4 锻压设备的发展趋势 .92 曲柄压力机工作机构的运动和受力分析 .102.1 滑块的运动规律 .102.1.1 滑块的行程与曲柄转角的关系 .102.1.2 滑块的速度和曲柄转角的关系 .112.1.3 滑块的加速度和曲柄转角的关系 .122.2 曲柄滑块机构的受力分析 .133 偏心齿轮芯轴设计 .153.1 结构概述 .153.2 芯轴的强度计算 .153.2.1 芯轴直径经验公式 .153.2.2 单边传动芯轴强度计算 .164 电动机选择 .194.1 功能组成 .194.2 电动机功率 .205 飞轮转动惯量计算及尺寸确定 .216 传动系统的布置与设计 .236.1 传动系统的布置 .236.2 传动级数和各级速比分配 .247 传动零件的设计计算 .267.1 齿轮的设计计算 .267.2 传 动轴的设计计算 .27结论 .34致谢 .35参考文献 .36附录 .371 绪论1.1 机械压力机发展概况人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最古老的锻压机械。14 世纪出现了水力落锤。1516 世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18 世纪出现了蒸汽机和火车，因而需要更大的锻件。1842 年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795 年,英国的布拉默发明水压机，但直到 19 世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。 随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。第二次世界大战以来，七十五万千牛的模锻水压机、一千五百千牛的对击锤、六万千牛的板料冲压压力机、十六万千牛的热模锻压力机等重型锻压机械，和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。二十世纪 60 年代以后，锻压机械改变了从 19 世纪开始的，向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出现了每分种行程 2000 次的高速压力机、六万千牛的三坐标多工位压力机、两万五千千牛的精密冲裁压力机、能冷镦直径为 48 毫米钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机，自动生产线等。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。锻压机械主要包括各种锻锤、各种压力机和其他辅助机械。锻锤是由重锤落下或强迫高速运动产生的动能，对坯料做功，使之塑性变形的机械。锻锤是最常见、历史最悠久的锻压机械。它结构简单、工作灵活、使用面广、易于维修，适用于自由锻和模锻。但震动较大，较难实现自动化生产。机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。 锻压机械主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。锻压机械是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备，设备上多设有安全防护装置，以保障设备和人身安全。 锻压机械主要包括各种锻锤、各种压力机和其他辅助机械。 冷镦机等各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机等，也具有与机械压力机相似的传动机构，可以说是机械压力机的派生系列。 液压机是以高压液体(油、乳化液等)传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液压机一类。 旋转锻压机是锻造与轧制相结合的锻压机械。在旋转锻压机上，变形过程是由局部变形逐渐扩展而完成的，所以变形抗力小、机器质量小、工作平稳、无震动，易实现自动化生产。辊锻机、成形轧制机、卷板机、多辊矫直机、辗扩机、旋压机等都属于旋转锻压机。 我国锻压设备分为八类，用汉语拼音字母表示。每类分为十组，每组分为若干型。类和组的具体分法如下：(1)机械压力机(J)：分手动压力机、单柱压力机、开式压力机、闭式压力机、拉延压力机、螺旋压力机、压制压力机、板科自动压刀机、精压挤压压力机和其它压力机十组。(2)液压机(Y)：分手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机和其它液压机十组。(3)线材成形自动机(Z)：分自动镦锻机、自动切边滚丝机、滚柱钢球自动冷锻机、多工位自动镦锻机、自动制弹簧机、自动制链条机、自动弯曲机和其它自动机等十组。(4)锤(C)：分蒸汽空气自由锻锤、蒸汽空气模锻锤、空气锤、落锤、对击式模锻锤和气动液压模锻锤等十组。(5)锻机(D)：分平锻机、热模锻压力机、辊锻横轧机、輾环机、径向径锻机和其它锻机等十组。(6)剪切机(Q)：分手动剪切机、板料直线剪切机、板科曲线剪切机、联合冲剪机、型材棒料剪断机和其它剪切机等十组。(7)弯曲校正机(W)：分板料弯曲机、型材弯曲机、校正弯曲机、板料校平机、型材校直机、板料折压机、旋压机和共它弯曲校正机等十组。(8)其它锻压设备(T)：分轧制机、冷拔机、锻造操作机、板料自动送卸料装置和专门用途的设备等十组。1.2 机械压力机工作原理及主要技术参数图 1-1 为一种曲柄压力机的结构简图，电动机 1 带动皮带轮 2、飞轮 3 通过传动轴17 和大齿轮 5 带动偏心轮 16 旋转，再通过连杆 8 使滑块 10 在立柱 15 的导轨 9 中往复运动。上模 11 固定在滑块上，下模 12 固定在机身工作台 14 上。导轨保证滑块运动方向准确，工作时上下模具之间不会产生水平错移。气压式刹车/离合器 19 在电动机转动时，可使曲柄滑块机构运动或停止，并且可以将曲柄滑块机构停止在一定位置。图 1-1 曲柄压力机结构简图 1.电动机 2.皮带轮 3.飞轮 4.前小齿轮 5.大齿轮 6.上横梁 7.传动轴 8.连杆 9.导轨 10.滑块 11.上模板 12.下模板 13.底座 14.工作台板 15.立柱 16.偏心齿轮 17.传动轴 18.后小齿轮 19.离合器/制动器从图 1-1 可以看出，曲柄压力机一般由下列几部分组成：1能源系统：包括电动机、飞轮等。2传动机构：如皮带轮、齿轮、传动袖等。3操纵机构：如刹车/离合器、按钮开关等。4工作机构：一般为曲柄滑块机构，由偏心轮/曲轴、连杆、滑块等部件组成。5. 支承部件：如机身。此外还有多种辅助系统与装置，如安全保护装置、润滑系统、气垫(拉延垫)和顶料装置等。机械压力机的主要技术参数有：1.公称压力(KN)公称压力是指当滑块运动到距下死点前一定距离(公称压力行程)或曲柄旋转到下死点前某一角度(公称压力角)时，滑块上允许的最大工作压力。2.滑块行程(mm)滑块行程是指滑块从上死点运动到下死点所走过的距离，它的大小和压力机的工艺用途有很大的关系。拉延压力机的行程就比较大，精压力机的行程就比较小。3.滑块每分钟行程次数(次/min)滑块行程次数是指滑块空载时，每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。4.封闭高度(mm)封闭高度是指滑块在下死点时，滑块底面至工作台表面的距离(不是指垫板） 。通过装模高度调整机构，将滑块调整到最上位置，当滑块在下死点时，滑块底面至工作台表面的距离称为最大封闭高度；将滑块调整到最下位置，当滑块在下死点时，滑块底面至工作台表面的距离称为最小封闭高度。5.封闭高度调节量(mm)最大封闭高度与最小封闭高度的差值，称为封闭高度调节量。在设计锻冲模时，应使模具的封闭高度小于曲柄压力机的最大封闭高度。6.喉口深度(mm)机身喉口是开式机身压力机的规格，所谓喉口是从压力机中心(滑块或移动工作台前后方向中心)到机身下部分的尺寸这种机身喉口和加工件的尺寸有关。1.3 机械压力机分类根据操作空间的不同，可以将机械压力机分为开式和闭式两种，闭式又分为开式单柱和开式双柱两种。开式压力机机身一般为“C”型，操作空间三面敞开，操作者可以从压力机的前面、左面和右面接近模具，操作简便。但这种压力机机身结构为悬臂，受力时其弹性变形较大，影响压力机精度，因此普遍应用于小吨位压力机。开式单柱压力机的机身为整体铸件，开式双柱压力机的机身为焊接件。闭式压力机机身为框架式结构，操作者只能从机身前后接近模具，但负荷时机身弹性变形较小，精度较高。但是，这一结构将增加各结合面的加工量和拉杆，并需采用加热或液压加载方式将拉杆伸长预紧。因此组合式结构总重量一般均较大。这种结构形式在大中型压力机上应用极为广泛。曲柄压力机的型号用汉语拼音字母和数字表示。例如 JH31315B 型曲柄压力机型号的意义（见图 1-2）是：图 1-2 曲柄压力机型号现将型号的表示方法叙述如下：按照我国锻压机器分类方法，锻压机器共分为机械压力机、液压机等八类，拼音字母 J 表示机械压力机(第一类锻压机器)。这一类包括主要类型的曲柄压力机。主要参数与基本型号相同，只是次要参数与基本型号不同的，称为变型。在原型号的分类字母后面加一个拼音字母 A、B 或 C，依次表示第一、第二或第三种变型。在八类锻压机器中每类又分十列，每列又分十组。字母后的第一位数字和第二位数字分别代表列和组。闭式单点压力机属于第三列第一组，所以写成“31” 。对型号已确定的锻压机制若在结构上和性能上有所改进，则在原型号末端加一个字母 A、B 或 C，依次表示第一、第二、第三次改进。见表 1-1。表 1-1 通用压力机分类型号列 别 组 别 名 称1 单柱固定台压力机1 开式单柱2 单柱活动台压力机1 双柱固定台压力机2 双柱活动台压力机3 双柱可倾压力机5 双柱双点压力机2 开式双柱9 底传动开式双柱压力机1 闭式单点压力机3 闭式6 闭式双点压力机9 闭式四点压力机1.4 机械压力机研究现状锻压是工业生产中的一种重要的机械加工方式，采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点。曲柄压力机是锻压生产中广泛使用的一种锻压设备。它可以应用于板料冲压、模锻、冷热挤压、冷精压和粉末冶金等工艺。曲柄压力机传动系统的旋转运动通过曲柄连杆使滑块成往复运动，利用滑块发出的压力使毛坯产生塑性变形，以制成一定形状的锻压件。因此，它具有下列特点：1）曲柄连杆机构是刚性联接的，滑块具有强制运动性质，滑动块的行程次数、速度和加速度按一定规律变化。2）工作时封闭高度不变。3）一个工作循环中负荷时间较短电动机是按平均功率选用的，所以曲柄压力机需要飞轮储存和释放能量。4）工作时机身组成一个封闭的受力系统，对基础没有剧烈地冲击和震动。1.4.1 锻压设备在国民经济建设中的作用锻压生产在国防工业和民用工业中占有极其重要的地位。采用锻压工艺生产零件具有很多特点：塑性成形时，移动材料单位体积的速度比切削加工快，生产效率高；不仅能改善材料内部的结构和缺陷，而且还能充分利用纤维组织的方向性，尤其是精密锻压后不加工的零件，没有外露的端向晶粒，可大大提高零件的机械性能；零件重量轻，材料利用率高，精密锻压件显得更为突出，这在航天和航空工业小具有及其重要的意义。因此，锻压加工的零件数量在各行各业中所占的比重很大：航空工业中占 85%；汽车工业中占 80%；电器、仪表工业中占 90%；农机、拖拉机工业中占 70%。锻压设备和切削机床是机械工业中两大类基本的工作母机。目前先进工业国家锻压设备所占的比重，均在全部机床拥有量的 30%以上。锻压设备的发展水平、拥有量和构成比，不仅对锻压生产起着关键性的作用，而且在一定程度上还标志着一个国家机械制造工业的技术水平。例如需要量很大的汽车发动机进、排气阀，过去在空气锤上用胎模锻造，现在采用六工位电热镦机和专用机械压力组成的电镦自动线进行生产，使材料利用率由原来的 4050%提高到 8085%，生产效率提高 40 倍以上，劳动强度大大降低，工作条件得到改善，零件质量也有所提高。很多工业国家锻压设备的增长都比较快，苏联在 5 年内增长了 20.05%，日本在 5 年内增长了 654l%，我国在 28 年内增长了 140 多倍。这说明工业的进步和锻压工艺的革新，必须依靠锻压设备的发展。1.4.2 我国锻压设备的发展情况20 世纪初期，随着锻压设备进口数量的增多，我国开始有锻压设备的修配业，但到1949 年也只能生产少量的小型锻压设备。解放初期从引进技术和测绘人手，仿制了国外3040 年代锻压设备。当时的产品有：蒸汽-空气自由锻锤和模锻锤、空气锤、3000kN以下的双盘摩擦压力机、3l50kN 以下的闭式单点压力机、5000kN 以下的平锻机、剪板机、四柱万能液压机、单柱校正压装液压机、塑料制品液压机、粉末制品液压机等。50 年代后期锻压设备产品逐步由测绘仿制进入改进设计阶段，1958 年锻压设备的产量和品种都有较快的增长，产量为 1949 年的 29 倍，品种为 1949 年的 55 倍，生产厂达 17 个，并在1959 年自行设计制造了我国第一台 80mm 的立式径向精锻机。60 年代初期对摩擦离合器、制动器、摩擦材科和滑块液压超负荷保险装置进行了试验研究，试制出了铜基粉末摩擦材料、Z-64 型石棉塑料摩擦材料、小惯量单圆盘浮动镶块式摩擦离合器和制动器。1965 年我国的锻压设备有了进一步的发展，品种为 1949 年的 172 倍，产量为 1949 年的215 倍，生产厂达 31 个。当时的代表产品有：250000J 对击模锻锤、4000kN 闭式双点压力机、12500kN 闭式单点压力机、12500kN 垂直分模平锻机、20000kN 精压机、16mm 双山自动冷锻机、25000kN 电极挤压液压机、125000kN 自由锻造液压机和 300000kN 模锻液压机等。60 年代末我国大力发展了锻压设备的新品种，例如通用机械压力机，研制的新品种就有近 80 个，其中 80%是自行设计的。1970 年我国锻压设备又有进一步的发展，品种为 1940 年的 225 倍，产量为 1949 年的 623 倍。70 年代我国锻压设备总的来说在数量、品种、质量和技术水平上都有较大的发展：产量为 1949 年的 150 倍左右；锻压设备的拥有量为 1952 年的 20 多倍，约占全国机床总量的 21%；对量大面广的锻压设备制定了系列参数标准，对重要的产品系列制定了精度和技术条件等质量标准，对有的产品还开展了系列设计。在科研上也取得了一定的成就，例如采用“多次冲击”理论，从根本上改变了锻锤锤杆的性能，使锤杆的寿命从过去的 12 周(三班制)提高到一年左右。在 70 年代中各种锻压设备的具体发展情况如下：(1)有砧座锻锤发展很少，而主要研制了对击模锻锤和高速锤，其代表产品有100l04J 对击模锻锤和 100l04J 高速锤，当时高速锤在全国达 200 多台。(2)自行设计了各种大型、新型的机械压力机，在不少的品种中填补了我国的空自，其代表产品有：8000kN 闭式双点压力机、3150kN 闭式双动拉廷压力机、2512000mm 滚剪机、40020000kN 多工位自动压力机、数控冲模回转头压力机、4 个系列 14 个规格的冷挤压机、16000kN 闭式单点压力机、40000kN 闭式双点压力机和 80000kN 热模锻压机等。(3)液压机的数量和品种逐年有所增加，各类液压机零、部件的通用化程度大大提高，能按国家标准型号生产的产品有 40 多种规格。为了满足生产的要求，液压机的机身也逐渐多样化，有卧式、侧式、组合式、单柱式、四住式、框架式、铰接式、叠板式和绕带式等。为了提高生产效率和改进设计，部分液压机的工作速度从 34mms 提高到 10mms，液压从 200105pa 提高到(250320)10 5pa，有的高达 1000l05Pa。为了按压机维修方便、操作安全、辅助时间短，根据不问情况，配有相应的附属装置：移动工作台、通用垫板、限程块、双人操作按钮、脚踏开关、远程调节装置、液电连锁装置、光电保护装置、蜂鸣器、指示灯、油温自动冷却装置、油温自动加热装置和润滑电气连锁装置等。70 年代液压机的代表产品有：100000kN 多向模锻液压机、50000kN 超高压液压机、36000kN 六面顶液压机、9000kN 蒙皮拉伸液压机、1600kN 双动薄板冲压液压机(达到国际先进水平)、自动粉末制品液压机(接近国际先进水平)和高效金属挤压液压机(接近国际先进水平)等。在新技术革命的推动下，锻压设备进入了飞速发展的阶段，为了赶上世界 80 华代的水平，我国不少单位正在研制比较先进的锻压设备和附属装置，其代表产品有高速精密压力机、CNC 冲模回转台压力机、开式固定台压力机、开式多工位压力机、滚式自动送科装置、气动自动送科装置和卷科校平装置等。1.4.3 我国锻压设备的差距从我国锻压设备现有的发展情况来看，仍然是机械制造工业和压力加工工业中的薄弱环节，与世界上一些工业发达的国家相比还有一定的差距，具体表现如下：(一)结构陈旧、性能较差 现在国内生产约 600 多种锻压设备中，相当于国外4050 年代水平的占 50%左右，个别产品只有国外 30 年代的水平，甚至国外淘汰的产品我们还在生产。在生产制造过程中，存在的问题也不少，关键性部件可靠性差，使用寿命短；零件加工精度木能保证，热处理性能不稳定；摩擦材料、液压、气动电气元件质量不过关；安全可靠性差、噪音大和效率低等。品种多、产量大的开式压力机，虽说已生产很多年，但至今仍旧存在：技术参数杂乱、结构陈旧、噪音大、性能差和三化水平低；没有无级调速装置、自动送料装置和安全保护装置等。70 年代研制的产品也存在很多不足，还有待进一步完善，例如：闭式单点压 JJ 机使用性能差、生产效率低，只相当于国外 60 年代初的水平；大型、重型双动拉延压力机质量上基本未过关；多工位自动压力机送料装置的送料精度不稳定，质量也未过关；冷挤压机参数乱，使用性能差，没有自动送料装置等。(二)品种不全、成套性差 精锻、大型、重型和高效锻压设备的品种和数量都很少。生产厂只出售锻压设备主机，不能根据用户的需要供应机械化、自动化装置和模具等。先进的闭式四点压力机、多工位冷挤压压力机、快锻液压机、锻压自动线、热模锻成套设备、大型薄板冲压成套设备和板料开卷校平落料成套设备等均属空白。目前锻压设备生产的品种，只能满足生产需要的 50%左右。(三)机械化、自动化程度差 我国锻压生产机械化、自动化的程度很低，多数锻压设备都处于手工送料或半手工送科的落后状态，操作肘既不安全、劳动强度又很大。其原因在于：锻压件生产分散，专业化厂比较少，先进、高效、自动化的锻压设备和自动生产线用不上；目前制造锻压设备的工厂，不能按川户的产品图纸和生产纲领设计、制造机械化、自动化装置、自动机和自动生产线等。(四)构成比落后 我国锻压设备在机床拥有量中只占 21%，而先进的工业国家高达34%；小型压力机和空气锤占的比重太人，约为全国锻压设备的 70%；而精锻、大型、重型和高效的锻压设备比重很小；甚至有些急需的产品还是空白。(五)技术力量薄弱 我国锻压设备制造厂的技术人员一般占全体职工的 3%左右，而有的国家高达 15%。很多制造锻压设备的工厂没有设计能力，只能依靠测绘和外来的图纸进行生产。1.4.4 锻压设备的发展趋势目前锻压行业面临着其它行业的有力竞争，例如用增强塑料零件、烧结零件和铸件来代替锻压件等，并不是由于这些零件的性能比锻压件优越，而关键在于成本较锻压件低。为了增强锻压行业的竞争能力，必须从提高生产效率、降低原材料消耗、减少能源消耗着手以降低零件的成本，并提高锻压件质量。为了适应锻压生产的需要，锻压设备相应的发展趋势为：提高行程次数；提高机械化、自动化程度；提高设备的可靠性和安全性；增设附属装置，缩短辅助时间减少振动和噪音，改善劳动条件提高劳动效率；提高设备的精度和刚度；研制梢密锻压设备发展大型、重型和新型的锻压设备改造老的锻压设备；开展基本理论的研究等。结合我国锻压设备现有的情况，在发展过程中，不仅要加快速度缩小差距，还要逐步改变锻压设备的构成比，以适应生产的耍求.根据国内外的生产实际，锻压设备总的发展方向，现分别论述如下：(一)提高锻压设备的生产效率 其办法：一是提高行程次数，以提高锻压设备的生产效率；一从增设附属装置，缩短辅助时间，以提高锻压设备的开动率。(二)提高锻压设备的机械化、自动化程度(三)提高锻压设备工作的可靠性和安全性 为了防止设备和人身事故，保证锻压设备能安全、方便和可靠地进行工作，一般应在锻压设备上配有超负荷保险装置、人身保护装置、检测装置和指示器等。(四)提高锻压设备的精度和刚度 目前的工艺设计都倾向于在一台锻压设备上布置多付模具，采取多工位连继锻压的方法进行生产，各工件变形杭力的合力不可能与设备作用力处于同一直线上，而且有较大的偏移，再加以非对称性零件增多，模腔斜面会出现水平分力，这些因素都会使滑块产生偏移和水平位移。为了提高锻件的精度和模具的寿命，必须提高锻压设备的精度和刚度，尤其是锻压件精度要求日益提高的情况下，这一问题显得更为突出。(五)研制精密成形锻压设备 在民用工业和国防工业中，由于产品性能和采用高、精、尖技术的需要，对锻压外生产的要求愈来愈高：(1)为了增大产品功率与重量的比值，以提高性能和减少使用经费，要求锻压件表面强度较高的纵向晶粒和纤维组织保留下来，使机械性能提高，以大大减轻产品重量。因此，必须生产不需要或少需要切削加丁的精密锻压件。(2)在现代的高、精、尖技术中，采用贵重、稀缺金属作为锻压件原材料的日益增多。为了降低产品成本和减少原材料的消耗，必须发展精密锻压件的生产。上述这些问题，在航天、航空工业中显得更为迫切。(六)减少锻压设备的振动和噪音 振动和噪音是一种工业公害，对人体的脸康产生极为有害的影响。在机床行业中，锻压设备所产生的振动和噪音比较严重，因此，很多国家都作了严格限制，达不到规定指标的锻压设备，不准出厂。为了减少锻压设备的振动和噪音，一般采取：减少振动和噪音源；限制振动和噪音的传播。2 曲柄压力机工作机构的运动和受力分析2.1 滑块的运动规律曲柄压力机一般为曲柄连杆机构。则滑块的运动规律与曲柄连杆机构的运动规律相同。即滑块随连杆绕节点(曲轴或偏心轮)转动沿一直线作往复运动。2.1.1 滑块的行程与曲柄转角的关系通用曲柄压力机的工作机构大多采用结点正置(滑块和连杆结点 B 的运动轨迹位于曲柄旋转中心 O 相连结点 B 的连线上)的曲柄滑块机构。图 2-1(a)是曲柄、连杆和滑块的运动简图。图中 O 点为曲轴的旋转中心，A 点为连杆与曲柄的连接点，B 点为连杆与滑块的连接点，B1、B2 点分别代表滑块的上死点和下死点。图 2-1 通用曲柄压力机的工作机构简图曲柄压力机滑块是在接近行程下死点的一段区间工作，因此，在研究滑块运动规律时，取滑块行程的下死点 B2 为行程的起点，滑块从 B2 点到 B 点为滑块行程 S。曲柄转角由 A0 点算起，相应顺时针方向(和实际转动方向相反)转到 A 点时，曲柄转角为 。如图 2-1(b)所示，当曲柄滑块机构处于 0AB 位置时，滑块的行程式（2.1）)cos()(LRLS而insi令LR则sini而 2i1cos所以2sin则 式（2.2）)sin1()cos1( 2RS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 22sin1sin1代入式子，整理得：式（2.3）)cos(4)cos(RS式中： 滑块行程，从下死点算起，以下均同；S曲柄转角，从下死点算路与曲柄旋转方向相反者为正；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)。因此， 已知曲柄半径 R 和连杆系数 时，侄可从式中求出对应于不同的 角的 S 值。2.1.2 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 v，即：式（2.4）dtRdtdtdtsv)2sin(i )2cos1(4co1而 t所以 )2sin(siRv式中 滑块速度；v曲柄的角速度。又 n105.3则式（2.5）)2si(i.0Rv式中 n曲柄的每分钟转数，亦即滑块每分钟行程次数。2.1.3 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（2.6）)2cos(ini2Rddtvta式中 滑块加速度。a由 JH31-315 压力机的行程 S=315 mm，连杆长度 L=1588 mm，偏心轮转速 n=20 转/min，则mm 式（2.7）5.1723SR式（2.8）09.8L代入以上公式，得运动数据表如下：表 2-1 运动数据表0 10 20 30 40)2cos1(4)cos1(K0 0.0167 0.0662 0.1465 0.2547RS0 2.63 10.4265 23.074 40.115sini20 0.1911 0.3742 0.5433 0.69222105.Kv0 63.206 123.767 179.6965 228.945续表 2-150 60 70 80 90)2cos1(4)cos1(K0.3865 0.5375 0.7022 0.8748 1.0500RS60.87 84.656 110.5965 137.7810 165.3752sini2K0.8152 0.9093 0.9722 1.0022 1105.Rv269.627 300.75 321.555 331.4776 330.752.2 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ABP反作用力 Q 相平衡。根据力的平衡原理得：式（2.9）cosPAB式（2.10）tgQ由前推导得知， ，若 =0.3，当 时， 0 。当 时， sini0oo90，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o5.17 5.17于 角较小，因此，可以认为 ， ，故上述二式写成：1cosinit式（2.11）PAB式（2.12）iQ图 2-2 节点正置的曲柄滑块机构受力简图3 偏心齿轮芯轴设计3.1 结构概述目前，在板料冲压和冷挤压压力机上已广泛采用偏心齿轮代替曲轴，其传动形式有单边传动(如图 3-1（a）所示)和双边传运(如图 3-1（b）所示)两种。吨位小的大多采用单边传动，吨位大的多采用双边传动。(a) 单边传动 (b) 双边传动图 3-1 偏心轮传动形式如图 3-1 所示。偏心齿轮在芯轴上旋转，借助偏心部分带动连杆滑块运动。芯轴安装在机身上，它仅起支承作用。偏心齿轮式有下列优点1）受力情况好 曲柄工作时受弯短和扭矩的联合作用。偏心齿轮工作时，只承受扭矩，弯矩由芯轴承受。2）制造容易 曲轴需经锻造，机加工复杂。偏心齿轮一般用铸造毛坯，芯轴加工容易。机身结构比较简单。3）结构紧凑 芯轴垂直于机身正面布置偏心齿轮在上横梁内，外形尺寸小，结构紧凑，可使传动部分封闭在机身内。3.2 芯轴的强度计算3.2.1 芯轴直径经验公式设计时先根据经验公式预选芯轴直径，然后进行强度效验。当芯轴材料用 45 号钢时，芯轴直径 d0可按下式计算：mm 式（3.1）30)5.184(ABPd式中 PAB连杆上的作用力。PAB的大小与连杆数目有关：单点压力机 PABP； 双点压力机，考虑到偏心载荷的影响，取 PAB=0.6 P；四点压力机，取 PAB=0.36 P。装有液压过载保护装置的多点压力机，每根连杆的作用力取公称压力的平均值。式（3.1）中：整体芯轴取较小的系数值。3.2.2 单边传动芯轴强度计算如图 3-2 所示，图 3-2 传动芯轴受力简图图 3-3 传动芯轴弯矩简图偏心齿轮受连杆力 PAB的作用，并以 P1、P 2两个集中力传到芯轴上。出于芯轴和机身的合部分较长较紧，可以认为是两端插入受集中载荷 P1和 P2的粱。齿轮作用在芯轴上的力较小，可忽略不计。这是个静不定问题，为了求解，可视芯轴为两端外加反力偶mA、m B的简支梁，如图 3-3 所示。根据变形协调条件，芯轴轴两端的转角应等于零，因此得出：式（3.2） ELPEJLLPEJLmJLBA 6)(6)()(63 2221211 0式（3.3）JLJJJBA )()()(3 222211式中 E芯轴材料的弹性模量；J芯轴截面的惯性矩。解式(3.2)、 （3.3）所列联立方程，可求山 mA、m B。相应可绘山图 3-3 所示的弯矩图图中有关数据如下：N.m 式（3.4）2112 )()(LLPPBmBMN.m 式（3.5）22112)()(A AN.m 式（3.6）2MLBLLPm22122)( N.m 式（3.7）1 A2121)( 式中N1P21)(LSABN2m121AmL连杆上的作用力（N） ；ABPLA1、L A2芯轴轴瓦长度(m).根据式（3.6） 、 （3.7）求出最大弯矩 Mmax,则芯轴应力为式（3.8）WMmax3max1.0od芯轴直径为：式（3.9）0d31.0maxM已知 JH31-315 压力机偏心轮结构如图 3-4 所示，由式（3.4）L=740mm LA3=285mmLA3芯轴轴瓦端面至机床中心的距离图 3-4 压力机偏心轮尺寸mm14028211 ALL1P21)(LSABN88109407)530N812 26ABBm2)()(LLPLPN