JA21-35双柱固定台曲柄压力机设计说明书

大学大学 毕业设计说明书 毕业生姓名 专业 机械设计制造及其自动化 学号 指导教师 所属系 部 机 电 系 II 二 一二一二年五月 I 大学大学 毕业设计评阅书毕业设计评阅书 题目 题目 JA21 35 双柱固定台曲柄压力机设计 机电 系系 机械设计制造及其自动化专业专业 姓名姓名 设计时间 设计时间 2012 年年 3 月月 24 日日 2012 年年 6 月月 1 日日 评阅意见 评阅意见 成绩 成绩 指导教师 指导教师 签字 签字 职职 务 务 II 201 年年 月月 日日 大学大学 毕业设计答辩记录卡毕业设计答辩记录卡 机电 系系 机械设计制造及其自动化 专业专业 姓名姓名 答答 辩辩 内内 容容 问 题 摘 要评 议 情 况 记录员 记录员 签 签 名 名 成成 绩绩 评评 定定 指导教师评定成绩指导教师评定成绩答辩组评定成绩答辩组评定成绩综合成绩综合成绩 注 评定成绩为注 评定成绩为 100 分制 指导教师为分制 指导教师为 30 答辩组为 答辩组为 70 专业答辩组组长 专业答辩组组长 签名 签名 III 201 年年 月月 i 摘摘 要要 曲柄压力机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 对胚料进行成行加工的锻压机械 曲柄压力机动作平稳 工作可靠 广泛用于 冲压 挤压 模锻和粉末冶金等工艺 其结构简单 操作方便 性能可靠 关键词 关键词 压力机 曲柄机构 机械制造 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 ii Abstract Crank pressure 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 the forging and stamping machinery The crank press movement is steady the work is reliable widely uses in crafts and so on ramming extrusion drop forging and powder metallurgy Its structure is simple the ease of operation the performance is reliable The coupling part uses the rigidity to transfer the key type coupling the use service is convenient Keywords pressure machine crank organization machine manufacturing 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 iii 目目 录录 前言 一 开式曲柄压力机的特点和用途 1 二 JA21 35 开式曲柄压力机的基本参数 1 三 开式压力机设计的基本要求 2 第一章 电动机的选择和飞轮设计 4 第一节 压力机电力拖动特点 4 第二节 电动机的选择 5 一 选择电动机的类型 5 二 选择电动机的功率 5 三 确定电动机的转速 6 四 计算总传动比和分配传动比 6 五 计算传动装置的运动和动力参数 7 第三节 飞轮转动惯量及尺寸计算 8 一 压力机一次工作循环所消耗的能量 8 二 飞轮转动惯量计算 10 三 飞轮尺寸计算 11 四 飞轮轮缘线速度验算 12 第二章 机械传动系统 13 第一节 传动系统的类型及系统分析 13 一 传动系统类型 13 二 传动系统的布置方式 13 三 离合器和制动器的位置 四 传动级数和各级传动比的分配 14 第二节 三角皮带传动设计 15 第三节 齿轮传动的设计 一 选择齿轮材料 热处理 齿轮精度等级和齿数 17 二 开式齿轮按齿轮弯曲疲劳强度设计 18 第四节 转轴的设计 19 一 轴的概述 20 二 JA21 35 开式曲柄压力机的转轴设计 20 第五节 平键连接 第三章 曲柄滑块机构 24 第一节 曲柄滑块机构的运动和受力分析 24 一 曲柄滑块机构 24 第二节 曲柄轴的设计计算 27 一 曲轴的结构示意图 27 二 曲柄轴强度设计计算 27 三 曲轴刚度计算 29 第三节 连杆和封闭高度调节装置 30 一 连杆和封闭高度调节装置的结构 30 二 连杆的计算 30 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 iv 三 连杆及球头调节螺杆的强度计算 31 四 调节螺杆的螺纹 五 调节螺杆的螺纹计算 34 六 连杆上的紧固螺栓 34 第四节 滚动轴承的选择 35 一 滚动轴承概述 35 二 滚动轴承型号选择 36 第五节 滑动轴承 36 一 滑动轴承的结构 36 二 滑动轴承的润滑及轴瓦结构 37 三 滑动轴承的计算 第四章 离合器与制动器 38 第一节 离合器与制动器的作用原理 38 第二节 离合器的设计 一 离合器的类型 工作特性及其选用原则 40 二 双转键离合器的结构 40 第三节 制动器的设计 一 制动器的类型 工作特性及其选用原则 43 二 带式制动器的结构 44 第五章 机身设计 44 第一节 机身结构 44 第二节 机身计算 一 强度计算 45 第六章 过载保护装置设计 一 剪切破坏式过载保护装置的结构 49 二 剪切块的设计计算 49 第七章 润滑系统 第一节 曲柄压力机常用润滑剂 51 一 稀油润滑 51 二 干油润滑 52 结束语 参考文献 1 前言 一 开式曲柄压力机的特点和用途一 开式曲柄压力机的特点和用途 曲柄压力机是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器 开式压力机是曲柄压力机的一个类别 其特点是具有开式机身 即 C 型机身 开式压力机因为具有开式机身 与闭式压力机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 开式压力机也有其缺点 由于机身呈 C 型 工作是变形较大 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 模具间隙的均匀性 降低模具的使用寿命 由于开式曲柄压力机使用上最方便 因而被广泛采用 它是板料冲压生产中的 主要设备 可用于冲孔 落料 切边 弯曲 浅拉伸和成型等工序 并广泛应用于 国防 航空 汽车 拖拉机 电机 电器 轴承 仪表 农机 农具 自行车 缝 纫机 医疗器械 日用五金等部门中 在中 小型压力机中 开式压力机得到了广 泛的发展 目前在我国机器制造业中 开式曲柄压力机的年产量约占整个锻压机械 年产量的 49 5 而在通用曲柄压力机的生产中约占 95 二 二 JA21 35 开式双柱固定台曲柄压力机的基本参数开式双柱固定台曲柄压力机的基本参数 开式曲柄压力机的基本参数 决定了它的工艺性能和应用范围 同时也是设计 压力机的重要依据 现将 JA21 35 开式曲柄压力机基本参数分别叙述如下 1 公称压力 F 公称压力是压力机的主参数 是指滑块离下止点前某一特定距 离时 滑块上所允许的最大作用力 F 350KN 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 是曲柄半径的两倍 或是偏心齿轮 偏心轴销偏心距的两倍 其大小随压力机工艺 用途和公称压力的不同而不同 S 130mm 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 滑块行程次数的高低反映了压力机冲压的生产效率 n 50 次 分 4 压力机装模高度 H 和封闭高度 压力机装模高度是指压力机滑块处于下止点 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 2 位置时 滑块下表面到工作垫板上表面的距离 当装模高度调节装置将滑块调整到 最高位置 即连杆调至最短 时 装模高度达最大值 称为最大装模高度 当装模 高度调节装置将滑块调整到最低位置 即连杆调至最长 时 装模高度达最小值 称为最小装模高度 压力机装模高度调节装置所能调节的距离称为装模高度调节量 H 有了装模高度调节量 就可以满足不同闭合高度模具安装的需要 模具的 闭合高度应该介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间 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 装模高度之差恰是工作台垫板的厚度 JA21 35 压力机的最大封闭高度为 280 封闭高度调节量为 60 5 压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸 压力机工作台面尺寸A B及滑块底 面尺寸J K是与模座平面尺寸有关的工艺尺寸 它反映了压力机工作台面与滑块底 面的长度和宽度尺寸 表示压力机允许安装模具的水平尺寸大小 JA21 35 压力机的工作台尺寸 左右为 610 A B 前后为 380 JA21 35 压力机的滑块底面尺寸 左右为 210 J K 前后为 270 6 喉口深度 C 滑块中心线至床身的距离叫做喉口深度 喉口深度和工作台垫 板面积是关系到模具的最大平面尺寸的重要参数 JA21 35 压力机的喉口深度为 205 7 工作台孔尺寸 工作台孔用于落料或安装气垫装置 JA21 35 压力机的工作台孔尺寸 前后为 150 左右为 300 直径为 200 8 模柄孔尺寸 中小型压力机的滑块底面都设有模柄孔 它是用于安装固定上 模和确定模具压力中心的 当模具用模柄与滑块相连时 滑块模柄孔的直径和深度 应与模具模柄尺寸相协调 中小型压力机模柄孔的形状有圆柱形和方柱形 JA21 35 压力机的模柄孔尺寸 直径为 50 深度为 70 9 立柱间距离 立柱间距离是指双柱式压力机两个立柱内侧表面的距离 对于 开式压力机 立柱间距离尺寸直接影响由前向后送料时条料的宽度 以及冲压接料 机构的尺寸和安装位置 JA21 35 压力机的立柱间距离为 300 10 外形尺寸 1110 820 2115 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 3 三 开式压力机设计的基本要求三 开式压力机设计的基本要求 压力机设计应满足以下基本要求 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 3 操作安全 省力 简单而又便于记忆 并且外形美观 给操作者提供良好的 工作条件 4 生产效率高 更换模具等辅助工时少 传动效率高 具有高度的使用经济性 二 制造要求 1 结构简单 紧凑 体积小 2 采用性能好 价格低 易于购买的材料 并充分发挥材料的性能使压力机重 量轻 3 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条件 相适应 4 提高 三化 系列化 通用化和标准化 程度 减少设计 制造劳动量 以缩短制造周期和降低压力机成本 三 其他要求 1 运输容易 2 安装简单 3 维修方便 第一章第一章 电动机的选择和飞轮设计电动机的选择和飞轮设计 第一节第一节 压力机电力拖动特点压力机电力拖动特点 压力机工作过程中 作用在滑块上的负荷是剧增和剧减的周期交替变化着 并 且有很短的高峰负载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 而在冲压工作的瞬时 主要靠飞轮释放能量 工件冲 压完毕后负载减小 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压力机工作行程的瞬时功率 所以在压力机进入工作行 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 4 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 在曲柄压力机传到中 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 因此铸铁飞轮圆周转速应小于或 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 电动机带动飞轮起动的时间不得超过 20s 否则 如果时 间太长 由于电动机电流过大 线圈过热将加速绝缘老化 缩短电动机使用寿命 甚至会引起电动机的烧毁或跳闸 第二节第二节 电动机的选择电动机的选择 1 选择电动机的类型选择电动机的类型 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 因此在工作中的到广泛的应用 目前 开式曲柄压力 机常用三相鼠笼转子异步电动机 JA21 35 的传动系统由皮带传动 齿轮传动 轴和轴承等组成 JA21 35 传动示意图 如图 1 1 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 5 图 1 1 此传动系统采用上传动 JA21 35 总传动比为 4 12 50 720 n nd 采用刚性离合器 离合器将放在曲轴上 二 选择电动机的功率二 选择电动机的功率 工作机所需的电动机输出功率为 W d P P w W F P 1000 所以 w d F P 1000 由电动机至工作机之间的总效率 包括工作机效率 为 4321 w 式中分别为联轴器 带传动 齿轮传动 滑动轴承的效率 取 4321 则97 095 0 96 0 97 0 4321 81 0 97 095 0 96 0 97 0 3 w 所以 KWKW F P w d 1 44 81 0 1000 100501305 3 1000 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 6 为了减小电动机的功率 在传动系统中设置了飞轮 在曲柄压力机传到中 飞 轮的惯性拖动的扭矩占总扭矩的 85 以上 所以所需电动机的输出功率为 KWKW61 6 15 1 44 三 确定电动机的转速三 确定电动机的转速 曲轴的工作转速为 50r min 按推荐的合理传动比范围 去 V 带传动的传动比 2 4 单级齿轮传动的传动 1 i 比 3 5 则合理总传动比的范围 6 20 故电动机转速的可选范围 2 i i 6 20 50r min wd nin 480r min 1600r min 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 重量以及带传动和压力机的传动比 选择 电动机的型号为 Y160L 8 额定功率为 7 5KW 满载转速为 750r min 四 计算总传动比和分配传动比四 计算总传动比和分配传动比 总传动比 4 12 50 720 w m n n i V 带的传动比 3 1 齿轮传动的传动比 4 1 i 2 i 五 计算传动装置的运动和动力参数五 计算传动装置的运动和动力参数 1 各轴转速 轴 720r min n m n 轴 min 232 1 3 720 1 r i n n 曲轴 min 58 4 232 2 r i n n 曲 2 各轴的输入功率 轴 7 5 0 97 7 28 01 d PP KW 轴 7 28 0 96 0 97 6 77 4212 PPPKW 曲轴 6 77 0 95 0 97 6 18 4323 曲 PPPKW 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 7 3 各轴输入转矩 计算电动机轴的输出转矩 mNmN n P T m d d 5 99 720 5 7 95509550 轴 99 5 0 97 96 5 101 dd TTT mN mN 轴 96 5 3 1 0 96 0 97 278 57 121 iTT mN mN 曲轴 278 57 4 0 95 0 97 1026 8 232 iTT 曲 mN mN 运动和动力参数的计算结果列表如下 第第 三节三节 飞轮飞轮 转动转动 惯量惯量 及尺及尺 寸计寸计 算算 一 压力机一次工作循环所消耗的能量一 压力机一次工作循环所消耗的能量 7654321 AAAAAAAA 8 A 式中 工件变形功 1 A 气垫工作功 即压边时所需的功 2 A 工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量 3 A 工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量 4 A 压力机构向上 向下空行程所消耗的能量 5 A 单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量 6 A 单次行程离合器接合所消耗的能量 7 A 中间传动环节所消耗的能量 8 A 参数 轴名 电动机轴 轴 轴 曲轴 转速 n r min 750 720 232 58 输入功率 P KW 7 5 7 28 6 77 6 18 输入转矩 T N m 99 5 96 5 278 571026 8 传动比 i 1 3 1 4 效率 0 97 0 93 0 92 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 8 下面分别叙述各项能量的计算 1 工作变形功 1 A 对不同的冲压工艺 在工作行程内工件变形力是变化的 0 315 1 A 0 g P 式中 压力机公称压力 KN 板料厚度 g P 0 mm 经验公式 对慢速压力机 0 g P4 0mm 所以JJA 7 12013004 0350315 0 1 2 气垫工作功 2 A 无气垫压紧装置 所以为 0 2 A 3 工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量 3 A 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 建议按下式计算 3 A gg PmA 0087 0 3 式中 曲柄滑块机构的摩擦当量力臂 mm m9 3mmm 压力机公称压力 g PkN 公称压力角 g 30 g JJA56 849303503 90087 0 3 4 工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量 4 A 完成工序时 压力机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 损耗的多少与压力机刚度 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可按下式计算 4 A 2 4cgY PA J 式中 压力机总的垂直刚度 c Ymm Hgc CPY mm 压力机垂直刚度 对于开式压力机 H C400 H CkN mm JJ C P A H g 1 153 4002 350 2 2 2 4 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 9 5 压力机构向上 向下空行程所消耗的能量 5 A 压力机空行程中能量消耗与压力机零件结构尺寸 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 通用压力机连续行程所消耗的 平均功率约为压力机额定功率的 1035 当压力机的公称压力为 350时 推荐的空行程消耗能量为 793 2 KNJ 6 单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量 6 A 根据试验 压力机飞轮空转时电动机所消耗的功率约为压力机额定功率的 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 30 6 离合器的开式曲柄压力机 此值偏高 飞轮空转时所消耗的能量 nC NA n 1 1 1 61200 66 飞轮空转消耗的功率 按推经验荐取值为 0 5 6 NKW n 压力机行程次数 行程利用系数 n C4 0 n C 所以JA612 50 1 1 5 0 1 5 061200 6 行程利用系数 压力机行程 次数 15 20 4040 7070 100200 500 行程利用系 数 n C 0 7 0 850 5 0 650 45 0 550 35 0 450 2 0 4 7 单次行程离合器接合所消耗的能量 7 A 离合器为刚性离合器 不消耗能量 为 0 7 A 8 中间传动环节所消耗的能量 8 A 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 可按下式近似计算 8 A 1 74321218 AAAAAA 式中 工件变形功 1 A 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 10 气垫工作功 即压边时所需的功 2 A 工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量 3 A 工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量 4 A 单次行程离合器接合所消耗的能量 7 A 考虑到齿轮传动的效率 其中 齿轮啮合效率 1 zhch 1ch 一对轴承传动的效率 zh 考虑到皮带传动的效率 其中 皮带效率 2 zhch 1pi sh 一对轴承传动的效率 JA 8 312 00 1 15356 849 7 1201 97 0 96 0 97 0 95 0 1 8 该设计压力机没有拉伸垫装置 具有刚性离合器的通用开式曲柄压力机 按单次行程工作方式计算 7654321 AAAAAAAA 8 A J 4 3922 二 飞轮转动惯量计算二 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 2 1 360 g o fn e A JC 2 kgm 式中 工作行程时所需能量 0 A 电动机在额定转JAAAAA56 2204 43210 e 速下飞轮的角速度 24 1 330 72014 3 30 1 i ne e srad 飞轮转速相对波动情况的转速不均匀系数 2 epi K SS 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 11 其中 实际电机系数 K1 1 20 22 d ed P P K 电机额定转差率 e S0 06 e S 电机轴到飞轮轴用三角皮带传动时 三角皮带的当量滑动 pi S 系数 0 04 pi S 修正系数 0 95 209 0 04 0 06 0 1 195 0 2 公称压力角 g 压力机行程次数利用系数 n C 7 17 209 0 24 36 2204 4 0 360 30 1 2 f J 2 kgm 三 飞轮尺寸计算三 飞轮尺寸计算 根据求得的折算到飞轮轴上的转动惯量设计飞轮 曲柄压力机上 一般飞轮 f J 形状如图 1 1 所示 图中 是轮缘部分 其转动惯量为 是轮辐部分 其转动惯量为 J J 是轮毂部分 其转动惯量为 J 飞轮外径由小皮带轮和速比决定 由第三章已知 轮缘部分宽 2 DmmD630 2 度 mmB110 飞轮本身的转动惯量 其中轮缘部分是主要的 要比 f JJJJ J J 大的多 故在近似计算中只考虑更趋于安全 J J 而 22 123 8JmDD 22 123 4mB DD 所以mmm B J DD 5 6926925 0 11 0 108 714 3 27 7 32 63 0 32 4 3 4 4 4 23 式中 金属密度 对铸钢 2 kg m 32 7 8 10 kg m 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 12 图 1 2 四 飞轮轮四 飞轮轮缘线速度验算缘线速度验算 飞轮是回转体 为避免回转时产 生坏裂 必须验算轮缘线速度 f v smnD fff 6 1540075 0102 5102 5 22 v 式中 飞轮最大直径 f D 飞轮转速 f n 许用线速度 对铸钢飞轮 v 40vm s 第二章第二章 机械传动系统机械传动系统 第一节第一节 传动系统的类型及系统分析传动系统的类型及系统分析 一 传动系统类型一 传动系统类型 开式曲柄压力机的传动系统由皮带传动 齿轮传动 轴和轴承等组成 按传动级数 传动系统可分为一级传动 二级传动 三级传动和四级传动 四 级传动很少采用 按曲轴的布置形式 传动系统又可以分为垂直于压力机正面布置和平行于压力 机正面布置 二 传动系统的布置方式二 传动系统的布置方式 曲柄压力机传动系统的布置 应使机器便于制造 安装和维修 同时结构紧凑 B L d D D D 4 2 3 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 13 外形美观 开式曲柄压力机传动系统布置主要包括以下四方面 1 传动系统的位置 开式曲柄压力机大多采用上传动 很少采用下传动 上传动压力机与下传动压力机相比 优点是 1 重量较轻 成本低 2 安装和维修较方便 3 地基较简单 上传动的缺点是压力机地面高度较大 运行不够平稳 现在通用压力机多数为 上传动 2 曲轴的布置方式 曲轴分为横放和纵放两种布置方式 采用曲拐轴的开式曲柄压力机 曲拐轴是纵放的 传动零件如飞轮 齿轮等置 于压力机背面 采用曲轴时 曲轴横放的形式应用很普遍 这种形式的传动系统 传动零件分 置于压力机两侧 制造 安装和维修都比较方便 近年来 曲轴纵放的形式得到应 用 这种系统的优点是 曲轴可以缩短 刚度有所提高 全部传动零件封闭在机身 内部 润滑良好 外形美观 但制造 维修不及前者方便 3 最后一级齿轮传动的形式 最后一级齿轮传动可采用单边驱动或双边驱动 单边驱动制造和安装都较方便 但齿轮模数和外形尺寸较大 双边驱动可以缩小齿 轮的尺寸 但制造和安装较困难 4 4 齿轮的开式安放和闭式安放 齿轮有安放于机身之外和机身之内两种情况 齿轮放于机身之外称为开式安放 齿轮放于机身之内称为闭式安放 闭式安放的齿 轮工作条件较好 外形较美观 如果齿轮安放在油池之内 则可大大降低齿轮传动 的噪音 但安装的维修不方便 大型压力机多采用闭式安放 开式安放的齿轮工作 条件恶劣 传动噪音大 污染环境 三 离合器和制动器的位置三 离合器和制动器的位置 通用压力机的离合器有刚性离合器和摩擦离合器两种 对于单级传动的压力机 由于刚性离合器不宜在高速下工作 所以离合器和制 动器只能安置在曲轴上 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 14 摩擦离合器与飞轮通常安装在同一传动轴上 制动器的位置和离合器同轴 对 于多级传动的压力机 摩擦离合器可以安装在低速轴上 也可以安装在高速轴上 摩擦离合器安装在低速轴上 接合时消耗的摩擦能量小 离合器磨损小 但是低速 轴的扭矩大 要增大离合器的尺寸 另外 由于通用压力机的传动系统大多封闭在 机身内 不便于离合器的安装和调整 也不便于散热 所以摩擦离合器一般安装在 转速较高的传动轴上 此时 由于所需传递扭矩小 压力机结构比较紧凑 但是主 动部分和从动部分的初速度相差太大 对传动系统冲击大 摩擦损耗也较大 四 传动级数和各级传动比的分配四 传动级数和各级传动比的分配 传动级数的选取主要与以下三方面有关 1 滑块每分钟行程次数 每分钟行程次数高 总传动比小 传动级数少 每分 钟行程次数低 总传动比大 传动级数多 2 压力机做工的能力 一级传动的曲柄压力机 飞轮装置在曲轴上 转速与滑 块每分钟行程次数相同 而飞轮结构尺寸又不可能太大 飞轮所能释放的能量因此 受到限制 所以 在同样公称压力下 一级传动的曲柄压力机做工的能力 要比二 级和二级以上传动的曲柄压力机低 3 对机器结构紧凑性的要求 当传动级数较少 每级传动比较大时 由于小皮 带轮和小齿轮结构尺寸不能过小 致使大皮带轮和大齿轮外形庞大 结构不够紧凑 所以设计中 用增加传动级数或采用双边齿轮传动的方法 来缩小传动系统的结构 尺寸 各级传动比分配应恰当 使传动系统得到合理布置 不仅安装维修方便 而且 结构紧凑美观 一般 三角皮带传动的传动比不超过 6 8 齿轮传动比不超过 7 9 分 配传动比时 还应使飞轮有适当转速 飞轮转速过低 外形尺寸增大 过高 飞轮 轴上的离合器和轴承工作条件恶化 开式曲柄压力机飞轮的转速通常在 240 470 转 分之间 第二节第二节 三角皮带传动设计三角皮带传动设计 上述计算得出 JA21 35 型开式曲柄压力机的电动机功率为 7 5 转速为KW 750 转 分 三角皮带传动比为 i 3 1 1 确定计算功率 c P 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 15 由 机械设计 表 5 8 查的工作情况系数 1 2 A K 由式 5 21 1 2 7 5 9 c P A KP KWKW 其中 P 为电动机的额定功率 由第一章得 P 7 5KW 2 选择 V 带的型号 开式曲柄压力机上常用的三角皮带有 O A B 和 C 四种型号 由 9 转速 720r min 和图 5 10 确定选用 B 型普通 V 带 c PKW 1 n 3 确定带的基准直径 1 按设计要求 由表 5 2 查得 B 型带轮的最小直径为 125 在参看图mm 5 10 及表 5 6 选择小带轮 200 1d dmm 2 验算带速 在 5 25m s 之间 满足带速要求 sm dn d 5 7 60000 200720 60000 11 3 计算从动带轮基准直径 2d d 取 0 02 1 3 i 613 8 2001 3 02 0 1 1 12dd did mm 按带轮的基准直径系列取 mmdd630 2 实际传动比 18 3 200 02 0 1 630 1 1 2 d d d d i 传动比误差相对值 5 一般允许误差 所选大带 5 2 18 3 1 318 3 i ii i 轮直径可用 4 确定中心距和带的基准长度 0 a d L 2 55 0 2121dddd ddadd mmdd dd 830630200 21 mmamm 6 1627 5 456 取700 0 amm 带长 mm a dd ddaL dd ddd 8 2738 7004 8 413 8 813 2 7002 4 2 2 2 0 2 12 210 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 16 由 机械设计 表 5 4 选取带的基准长度为2800 d Lmm 计算实际中心距a mmmm LL aa dd 6 730 2 8 27382800 700 2 0 5 核算小带轮包角 1 7 14460 6 730 200630 180 3 57180 12 1 a dd dd 满足要求 120 7 144 6 计算皮带的绕行次数 次 20 次 42 3 8 2738 386 1510001000 d L ss 7 确定 V 带的根数 L c kkPP P z 00 式中 单根 V 带的基本额定功率 见 机械设计 表 8 9 为 0 P 0 P 3 06 KW 时传递功率的增值 见边表 8 11 为 0 22 0 P 1 i 0 P KW 按小带轮包角查得的包角系数 见表 8 8 为 0 92 k 1 k 长度系数 见表 8 3 为 0 92 L k L k 所以 根 取 z 3 根 86 2 05 1 92 0 22 0 06 3 9 z 8 计算带的张紧力和压轴力 单根带的张紧力为 2 0 1 5 2 500 q kz P F c 带 N smmKg sm KW 6 349 5 7 17 0 92 0 92 0 5 2 3 5 7 9 500 2 轮轴的压轴力 NNzFF 8 204372sin 6 34932 2 sin2 1 0 9 确定带轮的结构尺寸 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 17 节宽 槽间距mmbP 0 14 mme19 基准线上槽深 基准线下槽深mmha5 3 min mmhf 8 10 min 最小轮缘厚度 外径mm5 7 min mmhdd adW 2222 带轮宽 mmfezB63 5 122191321 第三节第三节 齿轮传动的设计齿轮传动的设计 直尺圆柱齿轮的几何尺寸计算 由上述计算得出 JA21 35 开式双柱曲柄压力机齿轮传动的主动轴的转速 从动轴转速 输入功率 每天工作 8 小时 min 232 1 rn min 50 2 rn KWP9 6 寿命为 10 年 一 选择齿轮材料 热处理 齿轮精度等级和齿数一 选择齿轮材料 热处理 齿轮精度等级和齿数 选择小齿轮材料钢 调质处理 硬度 241 286HBS 686 490 r C40 B a MP S 大齿轮材料铸钢 调质处理 硬度 190 240HBS 686 a MP orM CZG35 B a MP 539 精度 8 级 S a MP 二 开式齿轮按齿轮弯曲疲劳强度设计二 开式齿轮按齿轮弯曲疲劳强度设计 3 2 1 1 2 F SaFa d YYY z KT m 轴的转矩 即小齿轮转矩 TmN 4 296 为了提高开式齿轮的耐磨性 要求有较大的模数 因而齿数应少一些 一般取 17 20 1 z 取齿数20 传动比 4 1 zi80204 12 ziz 由 机械设计 表 6 10 硬齿面齿轮 悬臂布置 取齿宽系数 由35 0 d 表 6 7 查得使用系数 1 75 由图 6 6 a 试取动载系数 1 由图 6 8 按 A K V K 齿轮悬臂布置 取 1 17 由 机械设计 表 6 8 齿面硬化 8 级精度 K 取 bFK tA mmN 100 2 1 K 457 2 2 117 1 175 1 K KKKK VA 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 18 由 机械设计 图 6 18 查得 小齿轮齿形系数 大齿轮的齿形系数8 2 1 Fa Y 23 2 2 F Y 由 机械设计 图 6 19 查得 小齿轮应力修正系数 大齿轮应力修55 1 1 Sa Y 正系数77 1 2 Sa Y 由 机械设计 图 6 12 6 20 查得 代入038 0 1 1 z 011 0 2 2 z 20 得 1 z80 2 z76 0 1 1 1 2 86 11 176 0 21 63 0 Y 计算弯曲疲劳许用应力 F STXNF F S YYY lim 按 机械设计 图 6 24i 查得齿轮材料弯曲疲劳极限应力 aF MP300 1lim aF MP240 2lim 由 机械设计 表 6 13 计算弯曲疲劳强度计算的寿命系数 N Y 8 11 108 41025081min 4006060 rrtnN h 7 22 106 91025081min 806060 rrtnN h 903 0 108 4 103 103 02 0 8 6 02 0 1 6 1 N YN 933 0 106 9 103 103 02 0 7 6 02 0 2 6 2 N YN 由 机械设计 图 6 25 查取尺寸系数 由式 6 14 取弯曲1 X Y0 2 ST Y 疲劳强度系数 按 机械设计 表 6 12 取 F S60 1 F S 625 338 6 1 21903 0300 1lim 1 F STXNF F S YYY 9 279 6 1 21933 0 240 22lim 2 F STXNF F S YYY 比较 0133 0 625 338 55 19 2 1 11 F SaFaY Y 0141 0 9 279 77 1 23 2 2 22 F SaFa YY 应按大齿轮计算齿轮弯曲疲劳强度 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 19 87 2 2 3404001 1077 1 23 2 4 296 4 1 2 3 3 3 2 22 2 1 1 F SaFa d m YY z KT Am 取 m 5 mm zzm a250 2 8020 5 2 21 分度圆直径 mmmzd100 11 mmmzd400 22 齿顶圆直径 mmzmda110 2 11 mmzmda410 2 22 齿根圆直径 mmzmd f 5 87 5 2 11 mmzmd f 5 387 5 2 22 按计算结果校核前面的假设 齿轮节圆速度 sm nd 35 3 60000 40016014 3 60000 11 sm z 67 0 100 2035 3 100 1 查得 与原值一致 1 v K 齿宽mmdb d 3535 0 100 1 小齿轮齿宽取 70 大齿轮齿宽取 65 mmmm 齿顶高 齿根高 mmmha5 mmmhf25 6 25 1 齿高 齿距 mmmh25 1125 2 mmmP7 15 齿原 齿槽高 mmms85 7 2 mmme85 7 2 中心距 mmzz m a250 2 21 第四节第四节 转轴的设计转轴的设计 一 轴的概述一 轴的概述 轴是组成机器的重要零件之一 其功用是主要是支承回转零件及传递运动和动 力 因此大多数轴都要承受转矩和弯矩的作用 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 工作中既受 弯矩又受扭矩的轴称为转轴 这类轴在机器中最为常见 只承受弯矩而不传递转矩 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 20 的轴称为心轴 心轴又分为转动的心轴和不转动的心轴两种 只承受转矩而不承受 弯矩或弯矩很小的轴称为传动轴 2 轴的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢 碳素钢比合金钢价廉 对应力集中的敏感 性小 又可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度 故应用较为广泛 其中最常用的 是 45 号优质碳素钢 为保证力学性能 一般应进行调质或正火处理 合金钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能 可以在传递大功率并要求减小 尺寸与质量和提高轴颈耐磨性时采用 必须注意 在一般工作温度 低于 下 各种碳素钢和合金钢的弹性模量C 200 相差不多 热处理对它的影响也很小 因此 如选用合金钢 只能提高轴的强度和耐 磨性 而对轴的刚度影响很小 轴的毛坯可用轧制圆钢和锻件 有的则直接用圆钢 形状复杂的轴 也可采用铸钢 合金铸铁或球墨铸铁 经过铸造成型 可得到 更合理的形状 铸铁具有价廉 良好的吸振性和耐磨性 对应力集中的敏感性较低 等优点 但品质不易控制 故可靠性不如钢轴 二 二 JA21 35 开式双柱曲柄压力机的转轴设计开式双柱曲柄压力机的转轴设计 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 表 2 6 和表 2 5 得 许用扭转应力 30 40 抗拉强 T a MP 度 屈服强度 弯曲疲劳极限 剪切疲劳极 aB MP640 aS MP355 a MP275 1 限 与轴材料有关的系数 118 106 a MP155 1 C 2 初步计算 由上述计算的转轴传递的转矩 输入的功率 mNT 29 431 KWP07 18 按许用切应力计算 实心轴的迁都条件为 T T T d n P W T 2 0 1055 9 3 6 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 21 写成设计公式为 3 3 6 2 0 1055 9 n P C n P d T 式中 切应力 T a MP 轴所受的转矩 TmmN 轴的抗扭截面系数 T W 3 mm 轴的转速 nmin r 轴传递的功率 PKW 轴的计算直径 dmm 许用切应力 T a MP 与轴材料有关的系数 C 代入上式得mmd48 30 400 9 6 106 118 3 考虑到轴的最小直径有键的存在 而且为单键 所以应增大 5 7 故取d 30 48 1 0 07 32 6 圆整为 50 dmmmm 3 按弯扭联合作用核算强度 齿轮的法向作用力为 cos t n F F 其中切于分度圆的圆周力NN d T Ft2964 200 29640022 1 1 分度圆压力角 则 20 94 0 20coscos 所以求得NNFn2 3153 94 0 2964 皮带作用力比齿轮作用力小得多 所以忽略不计 根据和扭矩绘出转轴的受力图 n F 1 T 由于 截面的弯矩和扭矩最大 直径又比较小 所以此截面最危险 下面 核算 截面的强度 由弯矩产生的弯曲应力为 aa W W MPP d M 0 69 10401 0 15 0 99 7646 1 0 933 由扭矩产生的剪应力为 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 22 aa c n MPP d M 96 12 10552 0 29 431 2 0 933 M c M n 431 29N m 1147 05N m R1 R2 当量弯曲应力为 anWd MP65 7296 123 0 693 22 22 轴的材料是 45 钢 调质 221 875 253 57 因此 符合要求 355 6 1 1 4 1 1 1 sd n a MP dd 4 核算疲劳强度 由于 截面有台阶 应力集中现象比较严重 且直径最小 50 dmm 弯矩有比较大 扭矩和其他截面相同 因此核算此截面的疲劳强度 由 开式压力机设计 表 2 19 查得 Error Reference source not found 0 1 0 05 由表 2 20 查得 0 75 0 73 由表 2 21 据 查得 d r 027 0 75 2 2 6 1 65 由表 2 23 查得 K K90 0 1 又因 a WW ma MP d M 0 46 1051 02 15 068 7664 1 022 633 a cn ma MP d M 63 8 1052 02 29 431 2 022 633 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 23 所以 51 1 461 046 75 0 9 0 6 2 275 1 ma K n 01 7 63 805 063 8 73 090 0 65 1 155 1 ma K n 3 1 1 196 2 01 7 51 1 01 751 1 2222 nn nn n 所以疲劳强度也符合要求 第五节第五节 平键连杆平键连杆 在开式曲柄压力机上 齿轮 皮带轮等零件和轴的联接常采用平键联接 为避 免联接中较弱零件 一般是轮毂 压坏 应验算挤压应力 j 1 2 n j M h LdZK 式中 键所需传递的总扭矩 n M n MmM 29 431 键与轮毂的接触高度 1 h 键的工作长度 对于圆头普通平键 因为两端的圆部头 L 部分与轮毂上的键槽不接触 所以 对于 C 型键 LBL 2 B LL 键的名义长度 考虑到受力不均匀的原因 其最大长度应限制为L DL 8 1 6 1 max 键的宽度 B 轴的直径 D 键的个数 为避免加工困难和过分削弱轴的强度 一般 Z2 Z 考虑键受载不均匀的系数 当 2 时 0 75 1 时 KZKZ 1 K 平键联接的许用挤压应力 由于曲柄压力机上的联接键不是经常 j 处于满载的情况下工作 所以可取得较高 轮毂材料为钢时 150 250 j j 有的压力机 轮毂材料为 高达 335 轮毂材料为铸铁时 a MP45ZG j a MP 80 100 j a MP 大学大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 24 大皮带轮的材料为 采用圆头普通平键 C 型 查表得键的宽度40 20HT 14 名义长度 键与轮毂大皮带轮的接触高度 轴的BmmmmL63 mmh5 4 1 直径 mmD50 1 ZmmL56763 满足要求 aaj MPMP53 1150565 4 1029 4312 3 j 对于齿轮 材料为钢制 采用 A 型键 查表得宽度 名义长度mmB14 mmL56 mmh5 4 1 mmD50 1 ZmmL49756 满足要求 aaj MPMP 4 44 1150495 4 1029 4312 3 j 第三章第三章 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 第一节第一节 曲柄滑块机