100吨非液压式冲床的设计

III摘 要100吨非液压式冲床是通过偏心拉杆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，对坯料进行成形加工的锻压机械。100吨非液压式冲床动作平稳，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。100吨非液压式冲床主要用于电子、通讯、电脑、家用电器、家具、交通工具（汽车、摩托车、自行车）五金零部件等冲压及成型。冲床的设计原理是将圆周运动转换为直线运动，由主电动机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮、曲轴（或偏心齿轮） 、偏心拉杆等运转，来达成滑块的直线运动，从主电动机到偏心拉杆的运动为圆周运动。关键词：压力机；偏心拉杆机构；机械制造；设计原理IVAbstract100 tons of non-hydraulic punch through the eccentric rod slider mechanism of the rotary motion of the motor is converted to linear reciprocating motion of the slider, the blank forming forging machinery. 100 tons of non-hydraulic punch is smooth, reliable, only for stamping model process. Its structure is simple, easy to operate, reliable performance.100 tons of non-hydraulic press is mainly used for electronics, telecommunications, computers, household appliances, furniture, vehicles (cars, motorcycles, bicycles) metal parts stamping and forming.The design principle of the punch convert circular motion into linear motion output by the main motor, flywheel, clutch drive gear, crankshaft (or eccentric gears), eccentric lever operation to achieve linear motion of the slider from the main motor to the eccentric lever movement circular motion.Key words: pressure machine; crank organization; machine manufacturing; the design principle 100 吨非液压式冲床的设计5目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV目 录 .V1 绪论 .11.1 本课题研究的科学意义 .11.2 冲床的发展史及国内外的发展概况 .11.3 本课题的主要内容 .22 电动机的选择和飞轮设计 .32.1 冲床电力拖动特点 .32.2 电动机的选择 .32.2.1 选择电动机的类型 .32.2.2 选择电动机的功率 .32.2.3 确定电动机的转速 .32.2.4 计算总传动比和分配传动比 .42.2.5 计算传动装置的运动和动力参数 .42.3 飞轮转动惯量及尺寸计算 .52.3.1 冲床一次工作循环所消耗的能量 .52.3.2 飞轮转动惯量计算 .62.3.3 飞轮尺寸计算 .72.3.4 飞轮轮缘线速度验算 .73 机械传动系统 .93.1 传动系统的类型及系统分析 .93.1.1 传动系统类型 .93.1.2 传动系统的布置方式 .93.1.3 离合器和制动器的位置 .93.1.4 传动级数和各级传动比的分配 .93.2 齿轮的设计 .93.2.1 高速级齿轮设计 .93.2.2 低速级齿轮设计 .123.3 输出轴的设计 .143.3.1 轴的概述 .143.3.2 输出轴设计计算 .153.4 平键连接的设计 .194 偏心拉杆滑块机构 .204.1 偏心拉杆滑块机构的运动与受力分析 .204.2 偏心轮的设计计算 .214.2.1 偏心轮机构的特点与应用 .214.2.2 偏心轮的结构示意图 .214.2.3 确定偏心轮的基本参数 .214.3 偏心拉杆装置 .224.3.1 偏心拉杆的结构 .224.3.2 偏心拉杆的强度校核 .234.4 轴承的选择 .294.4.1 轴承概述 .29无锡太湖学院学士学位论文64.5 滑动轴承 .304.5.1 滑动轴承的润滑及轴瓦结构 .304.5.2 滑动轴承的计算 .305 离合器与制动器 .315.1 离合器与制动器的作用原理 .315.2 离合器的设计 .315.2.1 离合器的选择 .315.2.2 双转键离合器的结构 .315.3 制动器的设计 .325.3.1 制动器的类型、工作特性及其选择原则 .325.3.2 带式制动器的结构 .326 过载保护装置设计 .337 电路控制 .357.1 控制电器与执行电器的选择 .357.2 线路的设计 .368 润滑系统 .378.1 冲床常用润滑剂 .378.1.1 稀油润滑 .378.1.2 干油润滑 .379 结论与展望 .389.1 结论 .389.2 不足之处及展望 .38致 谢 .39参考文献 .41100 吨非液压式冲床的设计71 绪论1.1 本课题研究的科学意义100吨非液压式冲床是采用偏心拉杆机构作为工作机构的锻压机器。具有开式机身，与闭式冲床相比有其突出的优点：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：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。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。所以对冲床的研究有很大的科学意义，冲床研究的成功将对冲床行业的发展产生巨大的影响。1.2 冲床的发展史及国内外的发展概况手压冲床：手压冲床，主要用在小型压力铆接行业，如制鞋厂，拉练厂，小型五金制品等。通常压力在100斤左右。特点：笨拙，价格便宜实惠。桌上精密冲床：手压压床演变的，一般压力在0.5T10T 左右，常用3T 和5T 的，主要用于小型薄材料高速铆接加工，如端子连接器铆接加工，整平使用，小型模具简单铆接加工，可手动可连续冲压，速度可达300400转/分，其特点：节省空间，生产方便。冲床零部件易损坏。维修率高。但维修也是很简单的。大型桌下倾斜式冲床：叫脚踏式冲床，价格便宜，适合单冲生产，做一些简单的冲压比较合适，如：进行餐具的冲压加工，汽车粗糙零件加工，比较简单和精度要求不高的生产加工。有油压和气动两种，现在气动较多。闭式冲床：常见于大吨位冲床，最早是 AIDA 开发的，一般双轴居多，从110T3000T 不等，常用于汽车大型部件行业和电脑手机等外壳生产行业。高速精密冲床：但行业不同所要求的速度也不一样，例如做马达铁芯的，它的冲力要求和模具重量不协和就很难做到高速生产，所以社会上就出现了一些说高不高，说低不低的中速度冲床，一般速度在200400转/分之间，其技术要求比不上高速冲床，但也略高于低速冲床，主要使用于矽钢片，硅钢片冲压生产中高速冲床：一般速度200900转/分，主要针对电脑手机汽车等连接器，端子，马达铁芯，EI 片生产和引线框架等精密冲压行业。比较有名的品牌是 AIDA ISIS 等品牌了！中高速度以上在国内就是很少见了，但有些企业还是会使用的，是针对高精端产品而设计的，产品对冲床有一定要求的，一般速度在12002500转/ 分之间。特殊机型：伺服控制，冲床不规则冲压，上升速度快，在下死点方位速度放慢或者停止瞬间，以保证产品材料不反弹变形，主要用在汽车航空行业和高精端电机行业。因此我国冲床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。无锡太湖学院学士学位论文81.3 本课题的主要内容本文设计的主要内容有电动机、齿轮、输出轴、轴承、偏心轮、偏心拉杆的设计。本文还基于 UG 软件对冲床及冲床的零件进行三维建模、装配，并对零件进行高级仿真。100 吨非液压式冲床的设计92 电动机的选择2.1 电动机的选择2.1.1 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。2.1.2 选择电动机的功率所需电动机功率的计算：Pn=K1Pg ，K 1取 0.01，P g为冲床的公称力980KN则 Pn=0.01980=9.8kw2.1.3 确定电动机的转速输出轴的工作转速为38r/min按推荐的合理传动比范围，使用二级齿轮减速器。取单级齿轮传动的传动比 i=36，故电动机转速的可选范围n=inw=（936 ）38r/min=342r/min1368r/min （2.1）综合考虑电动机和传动系统装置的尺寸、重量以及齿轮传动的传动比，由于采用两边驱动，使用两个电动机，所以选择电动机的型号为Y132M2-6,额定功率为5.5KW,满载转速为950r/min。2.1.4 计算总传动比和分配传动比减速器总传动比 i=n m/nw=950/38=25 （2.2）高速级齿轮传动的传动比 i 1=5低速级齿轮传动的传动比 i 2=52.1.5 计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速 高速轴的转速 n =nm=950r/min （2.3）中间轴的转速 n =n /i1=950/5=190r/min （2.4）低速轴的转速 n =n /i2=190/5=38r/min （2.5）2、各轴的输入功率高速轴的输入功率 P =Pd01=5.50.97=5.335KW （2.6）中间轴的输入功率 P =P 23=5.3350.95=5.068KW （2.7）低速轴的输入功率 P =P 45=5.0680.95=4.8146KW （2.8）3、各轴输入转矩高速轴的输入转矩 T =9550P /n =95505.5/950=55.3Nm （2.9） 中间轴的输入转矩 T =9550P /n =95505.068/190=254.7Nm （2.10） 低速轴的输入转矩 T =9550P /n =95504.8146/38=1210Nm （2.11） 无锡太湖学院学士学位论文10运动和动力参数的计算结果如表2-1所示：表2-1参数轴名电动机轴 轴 轴 轴转速 950 950 190 38输入功率 5.5 5.335 5.068 4.8146输入转矩 55.3 55.3 254.7 1210传动比 1 5 5效率 0.97 0.95 0.95100 吨非液压式冲床的设计113 机械传动系统3.1 传动系统的类型及系统分析3.1.1 传动系统类型开式冲床的传动系统由齿轮传动、轴和轴承组成。按传动级数传动系统为二级齿轮传动。按连轴的布置形式，传动系统为平行于冲床正面布置。3.1.2 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、轴连接的布置方式 ：采用轴连接，轴连接横放。3、齿轮传动的形式 ：采用双边驱动。4、齿轮的安放方式 ：采用减速器。3.1.3 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输出轴上。3.1.4 传动级数和各级传动比的分配齿轮传动比为25，单级齿轮传动比均为5.3.2 齿轮的设计3.2.1 高速级齿轮设计1.材料选择小齿轮材料为 40Cr，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢，硬度为 240HBS。选小齿轮齿数为 ，大齿轮齿数24Z112045Z22. 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（3.1）32HEd1t1iTK2.d（1）确定公式中的各计算数值1）试选载荷系数 .t2）计算小齿轮传递的转矩（3.2）mN10473.596015.nP105.9T461 3）由机械设计表 10-7 查得齿宽系数 d无锡太湖学院学士学位论文124）由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数 21EMPa8.9Z5）由机械设计图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；Pa601Hlim大齿轮的接触疲劳强度极限 。Pa502Hlim6）计算应力循环次数（3.3）106892.296Ljn6Nh1 （3.4）30518.27）由机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 。4.K5.2HNHN1；8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数为 s=1，得（3.5）MPa57069.0sK1limHN1 （3.6）14.2li2（2）计算1）试算小齿轮分度圆的直径 ，代入 中较小的值。dt1H（3.7） m4.52178.95610473.532.ZiTK32.d4HEd1t1 2）计算圆周速度（3.8）s/.2069.106nvt 3）计算齿宽（3.9）m4.5.1dbt4）计算齿宽与齿高比模数 （3.10）8.2Zm1tt 齿高 （3.11）945.2.ht（3.12）7.0.b5）计算载荷系数根据 ，7 级精度，由机械设计图 10-8 查得动载系数 ；s/m63.2v 1.Kv直齿轮 ；1KFH由机械设计表 10-2 查得使用系数 ；25.1KA由机械设计表 10-4 查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， ；423.1H由 ， ，查机械设计图 10-13 的 ，故7.109.452hb423.1H 35.KF100 吨非液压式冲床的设计13载荷系数 （3.13）96.1423.125KHvA 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆的直径（3.14）m.0.d33tt17）计算模数（3.15）5.2416Zm3.按齿根弯曲强度设计（3.16）3F21dsazYTK（1）确定公式中的各计算数值1）由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的MPa50FE1弯曲疲劳强度极限 ；MPa380FE22）由机械设计图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ；8.K.0FN2FN1，3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 ，得 （3.17）4.1s Pa57.34.85sKE1FN1 （3.18）M86.2.022F4）计算载荷系数 （3.19）15.5KHvA5）查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 ；6.2Y1Fa 6.2Fa6）查取应力校正系数由机械设计表 10-5 查得 ；58.1Sa1.2Sa7）计算大、小齿轮的 并加以比较F（3.20）0379.5.36Y1Sa（3.21）16.8.2Fa2大齿轮的数值大。（2）设计计算（3.22） m8.10637.24173.5zYTK2m343F1dsa 由弯曲强度算得的模数 1.8 并就近圆整为标准值 2。无锡太湖学院学士学位论文14算出小齿轮齿数 （3.23）312.60mdZ1大齿轮齿数 524.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （3,24）m6231d10Z2（2）计算中心距（3.25）186da21（3）计算齿轮宽度（3.26）mb1d3.2.2 低速级齿轮设计1.材料选择小齿轮材料为 40Cr，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢，硬度为 240HBS。选小齿轮齿数为 ，大齿轮齿数24Z112045Z22.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（3.27）32HEd2t2iTK.d（2）确定公式中的各计算数值1）试选载荷系数 .1t2）计算小齿轮传递的转矩（3.28）mN10653.219.05.nP05.9T 56262 3）由机械设计表 10-7 查得齿宽系数 d4）由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数 21EMPa8.9Z5）由机械设计图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；Pa601Hlim大齿轮的接触疲劳强度极限 。MPa502Hlim6）计算应力循环次数（3.29）1036.29016LjnN9h1 （3.30）7.53.27）由机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 。4.K5.2HNHN1；8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数为 s=1，得100 吨非液压式冲床的设计15（3.31）MPa57069.0sK1limHN1 （3.32）14.2li2（3）计算1）试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值。dt2H（3.33）m6.8517.961053.23.Zi1TK2.d23HEdt 2）计算圆周速度（3.34）s/8.06.84.106ndv2t 3）计算齿宽（3.35）m.bt2d4）计算齿宽与齿高比模数 （3.36）7.3468Z1t2t齿高 （3.37）5.ht（3.38）03.8b5）计算载荷系数根据 ，7 级精度，由机械设计图 10-8 查得动载系数 ；s/m89.0v 05.1Kv直齿轮 ；1KFH由机械设计表 10-2 查得使用系数 ；25.1KA由机械设计表 10-4 查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， ；423.1H由 ， ，查机械设计图 10-13 的 ，故7.103.86hb423.1H 35.KF载荷系数 （3.39）87.1423.05.KvA 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径（3.40）m0.6.Kd33tt27）计算模数（3.41）2.41Zm23.按齿根弯曲强度设计（3.42）3F21dsazYTK无锡太湖学院学士学位论文16（1）确定公式中的各计算数值1）由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的MPa50FE1弯曲疲劳强度极限 ；MPa380FE22）由机械设计图 10-18 取齿轮弯曲疲劳的寿命系数 ；8.K.FN2FN1，3）计算弯曲疲劳的许用应力取弯曲疲劳安全系数 ，得4.1s（3.43） Pa57.304.1850sKFEN1F （3.44）M86.2.224）计算载荷系数 （3.45）5.HvA5）查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 ；6.2Y1Fa16.2Fa6）查取齿轮应力校正系数由机械设计表 10-5 查得 ；58.1Sa.2Sa7）计算大、小齿轮的 并加以比较F（3.46）01379.5.36Y1Sa（3.47）6.8.2Fa2大齿轮的数值大。（2）计算（3.48） m9.201637.241653.7zYTK2m353F1dsa 由弯曲强度算得的模数 2.99 并就近圆整为标准值 3。算出小齿轮齿数 （3.49）30Z1大齿轮齿数 74524.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （3.50）m10234Zd1572（2）计算中心距（3.51）306a21（3）计算齿轮宽度 （3.52）1db100 吨非液压式冲床的设计173.3 输出轴的设计3.3.1 轴的概述轴是组成机器的重要零件之一，其功用主要是支撑回转零件及传递运动和动力，因此大多数轴都要承受扭矩和弯矩的作用。1、轴的分类按照承受弯、扭载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。2、轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。3.3.2 输出轴设计计算1、材料选择根据上述分析选择轴的材料为45钢，调质处理。查机械设计手册：许用扭转应力 =3040MPa，抗拉强度 =640MPa，屈服强度TB=355MPa，弯曲疲劳极限 =275MPa，剪切疲劳极限 =155MPa 与s 1- 1-轴材料有关的系数C=118106。2.求作用在齿轮上的力 NFrdTtatt 678tan475n125cos0tcos1298523图3.1 输出轴立体图无锡太湖学院学士学位论文18图3.2 输出轴受力分析图3.初步计算由上述计算的输出轴传递的转矩T =1210Nm 输入的功率P =4.8146KW 按许用切应力计算，实心轴的扭转强度条件为：（3.53）TTd2.0n159w36写成设计公式为 （3.54）36PC.dT式中： 扭转切应力T轴所受的扭矩 轴的抗扭截面系数W轴的转速 n轴传递的功率P轴的计算直径 d许用切应力T与轴材料有关的系数。C代入上式 （3.55）m24.53816.401d考虑到轴的最小直径有键的存在，而且为单键，所以d应增大5%7% 故取 100 吨非液压式冲床的设计19，取整为60mm m6.5824.06.245d显然此段轴是安装联轴器的，选择 TL3 型联轴器，取半联轴器孔径为 ，m60d故此段轴径为 ，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度为31dm12L,第一段的长度应比联轴器的毂孔长度略短，故取m81L 821l4.求轴上的载荷从轴的结构图以及弯矩和扭矩图如图3.1，图3.2中可看出截面C是危险截面。现将计算出， 及 的值列于下表3-1。HMv表3-1载荷 水平面 垂直面支反力 N1675F327FH2NH1， N30-F1869FV2NV，弯矩 m m41Mm321 ，总弯矩 70693M2154722 扭矩 8T35.按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，轴的计算应力：（3.56）MPa60Pa6.2701.98562938WT 1-3321ca 故安全6.精确校核轴的疲劳强度（1）截面右侧抗弯截面系数 （3.57）333m2160.0.1d抗扭截面系数 （3.58）T42截面右侧的弯矩为 （3.59）N597-98M截面上的扭矩为 1053截面上的弯曲应力 （3.60）Pa3.624Wb截面上的扭转切应力 （3.61）M809T3轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表15-1查得 ， ，Pa640BMPa2751-。MPa15-截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按机械设计附表3-2查得 ， 0.。3.又由机械设计附图3-1可得轴的材料敏性系数为 ， 。82.0q5.故有效应力集中系数为 （3