毕业论文-j23-100机械压力机设计

本科毕业设计（论文）J23100机械压力机设计说明书学院（系）机械工程学院专业学生姓名学号指导教师答辩日期2013624摘要锻压机械在工业中占有极其重要的地位，广泛应用于几乎所有的工业部门，如机械、电子、国防等。然而，在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。曲柄压力机是以曲柄滑块机构作为运动机构，依靠机械传动将电动机的运动和能量传给工作机构，通过滑块给模具施加力，从而使毛坯产生变形。本次设计为J23100型开式可倾压力机，参照国内现有相关型号压力机，进行了1000KN机械压力机主要工作系统设计。设计分三步进行首先，拟定总传动方案；其次，设计主要零部件；最后，进行经济评估。本设计中主要包括以下设计部分曲柄滑块机构的设计计算、传动系统的设计计算、离合器和制动器的设计计算、电动机的选择和飞轮的设计以及支撑附属装置的设计。本次设计方案均采用同类设计中最新的零件类型及布置方式。通过离合器和制动器进行气动连锁控制。用手动调节连杆的长度来达到调节装模高度的目的，以适应不同高度的模具。采用四面调节导轨，提高了压力机的精度，并装有过载保护装置、滑块平衡装置等，使机器更加安全、可靠。关键词锻压机械；曲柄滑块机构；开式可倾压力机ABSTRACTFORGEANDPRESSMACHINEISVERYIMPORTANTININDUSTRY,ITISUSEDINALMOSTANYINDUETRYDEPARTMENT,SUCHASMACHINE,ELECTRON,NATIONALDEFENSEANDSOONITISCRANKFORGEANDPRESSMACHINETHATISMOSTIMPORTANTINFORGEANDPRESSMACHINECRANKPRESSMACHINEUSESCRANKSLIDEBLOCKMECHANISMASWORKINGMECHANISM,MACHINEDRIVINGSYSTEMPASSESTHEMOVEMENTANDENERGYOFELECTROMOTORTOWORKINGMECHANISM,BRINGINGFORGETOTHEDIEBYSLIDEBLOCK,INORDERTOLETROUGHCASTENGENDERTRANSMUTATIONINTHISPAPER,THESUBJECTISTHEJ23100OPENEDTYPEINCLINABLEPUNCHINGMACHINE,ITISDESIGNEDINACCORDANCEWITHTHERELATEDMACHINENOWANDDESIGNEDTHEWORKINGSYSTEMOF1000KNPUNCHINGMACHINETHEDESIGNHASBEENDONETHROUGHTHREESTEPSFIRSTLY,DRAWUPTOTALTRANSMISSIONSECONDLY,DESIGNEACHPARTATLAST,ECONOMYESTIMATIONINTHISPAPER,THEDESIGNMAINLYCONSISTSOFSOMEPARTSCRANKSLIDEMECHANISM,GEARDERIVINGSYSTEM,CLUTCHANDDETENT,ELECTROMOTORANDFLYWHEEL,SUPPORTINGANDAPPERTAINEQUIPMENTTHEDESIGNPROGRAMUSEDTHENEWPARTSTYPEANDARRANGEMENTTHEMACHINEWORKSBYTHECONTROLOFTHEFRICTIONALCLUTCHANDDETENTELECTROMOTORDRIVESTHELINKSCREWTOFITTHEDIFFENTHEIGHTOFDIEUSINGFOURSIDEREGULATIVEGUIDER,IMPROVESTHEPRECISIONOFTHEPUNCHINGMACHINETHEMACHINEHASINSTALLEDOVERLOADINGPROTECTOR,SLIDEBLOCKBALANCEEQUIPMENT,PLEDGINGTHEMACHINEWORKSAFETYANDDEPENDABLEKEYWORDFORGEANDPRESSMACHINE；CRANKSLIDEBLOCKMECHANISM；OPENEDTYPEINCLINABLEPRESSMACHINE目录摘要IABSTRACTII第1章曲柄压力机概述111曲柄压力机的用途、特点、分类1111曲柄压力的用途1112曲柄压力的特点112曲柄压力机工作原理及结构2121工作原理2122曲柄压力机的组成4第2章曲柄滑块机构的运动分析和受力分析521运动分析5211滑块位移与曲柄转角关系5212滑块速度与曲柄转角关系6213滑块加速度与曲柄转角关系722受力分析7221连杆及导轨受力7222曲轴所受扭矩9第3章曲柄压力机偏心轴机构设计1131偏心机构的分类及特点1132偏心轴设计的经验尺寸1233偏心轴材料选择1334拐轴行程调节装置13第4章离合器和制动器的设计计算1541离合器的位置选择1542浮动镶块式离合器的特点1543离合器的设计1644摩擦制动器设计计算20第5章能源系统的设计计算2551电动机功率的计算2552电动机型号的选择2753飞轮的确定28第6章曲柄压力机相关机构设计3361齿轮传动设计33611第一级齿轮传动设计33612第二级齿轮传动设计3762传动轴的设计3963连杆的设计40631连杆的比较选取40632连杆强度计算4064滑块与导轨的设计44第7章支承、辅助及附属装置的设计4571支承部件机身的设计4572机身变形的计算4573压塌快4674其他辅助设计47参考文献49致谢51附录153附录259附录367第1章曲柄压力机概述11曲柄压力机的用途、特点、分类111曲柄压力的用途曲柄压力机俗称冲床，是材料成型中广泛应用的冲压设备。它能进行各种冲压加工，利用模具直接生产出零件或毛坯。通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需的力和直线位移，可进行冲压，挤压，锻造等工艺，广泛应用于汽车工艺，航空工业，电子仪表工业，五金轻工业等领域。112曲柄压力的特点（1）曲柄压力机的工作机构为刚性连接，滑块具有强制运动的性质，机身组成封闭的受力系统，飞轮可在其空载时储存能量。（2）材料的利用率高，金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。（3）改善金属的组织、提高力学性能金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。（4）毛坯或零件的精度较高应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需精度。（5）较高的生产率塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。113曲柄压力的分类1按工艺用途分类按工艺用途，曲柄压力机可分为通用压力机和专用压力机2大类。通用压力机适用于多种工艺用途，如冲裁、弯曲、成形、浅拉深等。而专用压力机用途较单一，如拉深压力机、板料折弯机、剪切机、挤压机、精压机等，都属于专用压力机。（2）床身结构形式的不同，曲柄压力机按机身可分为开式曲柄压力机或闭式曲柄压力机。开式压力机床身呈“C”形，机身前面和左右面敞开，便于模具安装调整和成型操作，但机身刚度较差，受力变形后影响制件精度和降低模具寿命，适用于小型压力机，常用在1000KN以下；闭式压力机机身为框架结构，机身前后敞开，两侧封闭，在前后两面进行模具安装和成型操作，机身受力变形后产生的垂直变形可以用模具闭合高度调节量消除。对制件精度和模具运行不产生影响，适用于中大型曲柄压力机。（3）按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机。（单点压力机，双点压力机和四点压力机）。“点”数是指压力机工作机构中的连杆数，对较大台面的通用压力机，为了提高滑块运动平稳性和抗偏载能力设置多个连杆。（4）按滑块数是一个还是两个可分为单动压力机或双动压力机。单动是指在工作机构中只有一个滑块，双动是指在工作机构中有两个滑块，分内外滑块，内欢快安装在外滑块内，各种机构分别驱动。双动压力机适合用于大型制件拉伸，多用于汽车车身制造。（5）按传动系统所在位置分，可将曲柄压力机分为上传动式和下传动式2类。下传动压力机的传动机构设于工作台的下面，其重心低、稳定性好，但安装不方便且维修较困难。长行程拉伸压力机均采用下传动方式。12曲柄压力机工作原理及结构121工作原理曲柄压力机的工作原理包括压力机的传动原理、功能学原理以及工作机构运动学，静力学原理等。传动原理以曲柄滑块机构作为工作机构，电动机通过传动系统将运动和能量传给工作机构，使滑块对模具施加压力，板料在压力下成型，获得产品。（通过曲柄滑块机构，将电动机的旋转运动转变为冲压加工生产所需要图11曲柄压力机原理图往复直线运动，从而使坯料获得确定的变形，制成所需的零件）曲柄压力机的功能学特点是采用电动机飞轮拖动系统。这是因为曲柄压力机工作载荷具有不均匀行。工作时当上模接触工件毛坯后出现很大的工作载荷，大量消耗能量。而在上模接触毛坯前（空程和回程）能量消耗很少。采用电动机飞轮拖动可利用飞轮的调速作用调节电动机的机械载荷。这样可以减小电动机的安装功率，提高能源利用效率。工作机构的静力学原理是利用曲柄连杆机构具有力的放大性质，产生足以克服材料变形抗力的工作原理，并被机身的弹性变形抗力平衡而不传往地基。同时由于曲柄连杆机构的运动学特性，滑块运动到下止点运动速度很低，故曲柄压力机的工作载荷具有准静态特性。综上所述，曲柄压力机的工作原理是利用曲柄滑块机构产生往复运动满足冲压加工的运动需要，利用机构力放大性质和飞轮的力矩放大和快速释放能量的作用，满足曲柄压力机的峰值压力和能量需要，从物理本质上看，曲柄压力机乃是一种压力和功率放大的装置。122曲柄压力机的组成由曲柄压力机工作原理图知，曲柄压力机由以下几部分构成。（1）工作机构设备的工作执行机构一般为曲柄滑块机构，由曲轴（拐轴，偏心轴，偏心齿轮），连杆，滑块等零件组成，将旋转运动转换为直线运动。（2）传动系统包括皮带传动和齿轮传动，将电动机的能量和运动传递给工作机构，起能量传递作用和速度转换作用。（3）操作机构包括离合器，制动器以及相应电气系统。用以控制工作机构的工作和停止。（4）能源系统由电动机和飞轮组成。机器运行的能源由电动机提供，开机后电动机对飞轮进行加速，压力机短时工作时能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的作用。（5）支承部件由机身，工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。承受全部工作变形力和各种装置的重力，并保证整机要求的精度和强度。（6）辅助系统包括气路系统，润滑系统，过载保护装置，气垫，快换模，打料装置，监控装置等。它提高压力机的安全性和操作方便性。对新型压力机此系统成本所占比例有提升趋势。第2章曲柄滑块机构的运动分析和受力分析曲柄滑块机构是曲柄压力机工作机构中的主要类型。这种机构将旋转运动变为往复运动，并直接承受工件变形力。它代表曲柄压力机的主要特征，是设计曲柄压力机的基础。21运动分析211滑块位移与曲柄转角关系曲柄滑块机构的运动简图如图21所示。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，OA为曲柄半径，AB为连杆长度。当OA以角速度W绕O点作旋转运动时，B点则以速度V作直线运动。下面分别讨论滑块的位移、速度和加速度与曲柄转角之间的关系。图22为结点正置的曲柄滑块机构的运动关系的计算简图所谓结点正置，是指滑块和连杆的连结点B的运动轨迹位于曲柄旋转中心0相连结点B的连线上。根据如图32所示的曲柄滑块机构运动关系，取滑块下死点B0为行程的起点，滑块从B0点到B0点为滑块位移S代入公式整理得（21）2COS14COS1R故只要知道半径R和连杆系数时，便可以求出对应不同角和S值。式中滑块位移，从下死点算起，向上方向为正，以下均同；S曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下均同；曲柄半径；R连杆系数。，其中L是连杆长度，当连杆长度可调时，取最短时数R值图21曲柄滑块机构运动简图图22曲柄滑块机构运动关系计算简图212滑块速度与曲柄转角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DSDDVRCOSCOS2TT4TAA（1）（1）因为WT所以（22）2SINI式中V滑块速度，向下方向为正W曲柄角速度，W；30N曲柄每分钟转速，即滑块运每分钟行程次数。213滑块加速度与曲柄转角关系求出滑块速度与曲柄转角关系后，将速度V对时间T求导数就可得到滑块的速度A即ADTVDT2SINIRWDTR（23）2COS2W式中A滑块加速度，向下方面为正。22受力分析221连杆及导轨受力分析曲柄滑块机构能不能满足工艺的要求，除了检验其运动规律是否符合要求之外，必需校核其强度。为了校核强度，必需首先确定机构中主要零件的受力情况。图23曲柄滑块机构受力简图其中是坯料抵抗变形的反作用力，N是导轨对滑块的约束反力，是连杆对滑块的1PABP约束反力，这三个力交于B点，组成一个平衡的汇交力系根据力的平衡原理，从力三角形中可以求得力，N和之间的关系1PAB（24）1PCOSABN（25）1TG由上式知，当时，达到最大值。一般曲柄压力机03，负荷达到SINI90公称压力时的曲柄转角仅左右，因此曲柄压力机负荷最重时，角小，可以认为31，上面两式便成为COISINTG（26）PAB（27）1SINN式中为连杆对滑块的约束反力，也等于连杆所受的作用力；AB为坯料抵抗变形的反作用力；1PN为导轨对滑块的约束反力，也等于滑块对导轨的正压力；为连杆系数；为曲柄转角。图24曲轴受力简图222曲轴所受扭矩（1）不考虑摩擦如图24所示，在连杆力的作用下，曲轴上所受理想扭矩（28）MNPRMT3924SIN2I由式（28）可知，在曲柄压力机所受变形抗力一定时，曲柄所受的扭矩随曲柄转角变化而变化。在行程下死点附近，小，也小；在行程中点附近大，也大。TMTM（2）考虑摩擦时曲柄压力机在工作时，在曲柄滑块机构各运动副之间是有摩擦存在的，由此而增加的摩擦扭矩是不可忽略的。曲柄滑块机构中的摩擦组要发生在一下四个部分分别为滑块与导轨之间的摩擦，曲轴两支承出的摩擦，连杆大端和曲柄颈之间的摩擦和连杆小端处的摩擦。经过计算整理得（29）MNDPMBAU1935120式中连杆大端直径或偏心套外直径D曲拐轴小头处球头直径BD曲轴支承处直径0第3章曲柄压力机偏心轴机构设计31偏心机构的分类及特点曲轴是曲柄压力机传递运动和动力的主要零件，它与滑块的行程和允许作用力有关，因此设计压力机时都从曲轴开始。通用压力机的偏心机构有以下四种。在曲柄压力机中，常见的曲轴有三种型式，即曲轴、曲拐轴和偏心轴。曲轴为压力机的重要举例，受力复杂，故制造条件要求较高，一般用45号钢锻制而成。锻比一般取253。有些中大型压力机的曲轴则用合金钢锻制，如40CR、37SIMNZMOV、18CRMNN。B，锻比需要大于3。对于小型压力机的曲轴，国内有些制造厂用球墨铸铁QT602铸造。锻制的曲轴加工后应进行调质处理，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，提高机械性曲轴支承颈和曲柄颈或曲拐颈需加以精车或磨光。为了延长曲轴寿命，在各轴颈特是圆角处，最好用滚子辗压强化。这四种曲轴的特点分别是（1）曲轴式在支承颈与曲柄颈之间的曲柄臂，曲柄半径R较大，适用于较大行程的压力机，按曲柄数目又可分为单曲柄和双曲柄，后者适用于工作台面较大的压力机，纯曲轴毛坯为锻件，机械加工比较困难。（2）偏心轴曲轴颈粗而短，支承座间距小，结构紧凑，刚性好。缺点是偏心直径大，摩擦耗损多，制造困难，适用于行程小的压力机。（3）曲拐轴曲拐颈在轴的一端，行程悬臂，刚性较差。随着曲柄半径的增加，轴颈D02增加，摩擦耗损也增大，因此，曲柄半径R不能取得太大。但其结构简单，制造方便，若设偏心套行程可以调节，适用于开式单柱压力机。（4）偏心齿轮偏心齿轮安装在芯轴上并绕芯轴转动，通过偏心齿轮与芯轴的偏心距实现曲柄机构动作，应用于大中型压力机芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受扭矩作用，负荷分配合理，加工制造业方便，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。但偏心部分直径较大工作时摩擦耗损增加，若采用悬臂结构可以减少摩擦损失，但刚度下降，超载时比曲轴式容易发生卡死现象。综上可选偏心轴。32偏心轴设计的经验尺寸31曲拐轴根据经验公式支撑颈直径D027MFG小端支撑颈02015DD偏心颈直径（065068）D02A为公称压力（KN）GF根据以上经验公式求得MPDG41870702取整得90205207719099144MM02015D取整得M10（065073）19012351387MM0268DA）（取整得A3533偏心轴材料选择偏心轴材料采用优质炭素结构钢或合金结构钢，如45、40等，要求使用锻造毛坯，CR粗加工后调质处理，重要的曲轴和芯轴要在毛坯端部取式样做力学性能检测，表面粗糙度要求达到RA008010微米，各圆角半径要严格保证圆样尺寸和表面质量，最后采用滚压强化表面以提高疲劳寿命。根据资料选择得以下数据40钢调质，硬度为241286HBS,抗拉强度为，屈服强度，弯MPAB685MPAS490曲疲劳强度极限，剪切疲劳极限为，许用弯曲应力为MPA3511。PA70134拐轴行程调节装置为了适应不同的冲压工艺要求，许多开式压力机行程的大小是可以调节的如轴行程调节装置，如图32所示，偏心套1相对于轴3的轴颈有一偏心距，而连杆套在偏心套上，因此，转动偏心套，即能调整行程的大小。偏心套的端面开有沟槽，与调节套2端面的沟槽相互咬合。当调节行程时，松开锁紧套5，即可拉出法蓝4及调节套2，使沟槽脱开，此时即可利用偏心套圆周上的扳手孔旋转调节套来调节转动偏心套至所需位置，然后按相反方向转动锁紧套，使调节套与偏心套的端面沟槽重新咬合。321偏心套2调节套3轴4法兰5锁紧套第4章离合器和制动器的设计计算41离合器的位置选择采用摩擦离合器时，对于具有两级或两级以上的压力机，离合器可以置于转速较低的曲轴上，也可置于中间传动轴上。当摩擦离合器安装在低速轴上时，加速压力机从动部分所需的功和离合器结合时所消耗的摩擦功都比较小，因此能量消耗较小，离合器工作条件也好。但是低速轴上的离合器需要传递较大的扭矩，因而结构尺寸较大；此外，从传动系统布置来看，闭式通用压力机的传动系统近年来多封闭在机身内，并用偏心齿轮，致使离合器不便安装在偏心齿轮轴上，通常置于转速较高的传动轴上。行程次数较高的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，离合器工作条件也好。行程次数较低的压力机，由于曲轴转速较低，最后一级大齿轮的飞轮作用已不明显。为了缩小离合器尺寸，降低制造成本，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。故本压力机离合器安装在飞轮上。42浮动镶块式离合器的特点采用浮动嵌块式摩擦制动器和离合器。制动器悬在支撑左端，离合器安装在两支撑中间。摩擦离合器具有刚性离合器不具备的许多优点离合器和制动器动作协调，能随时接合和或分离，容易实现寸动行41离合器结构图程，便于调整模具和安装人身保护装置；结合平稳，能在较高转速下工作；能传递较大扭矩。浮动嵌块式摩擦离合器的主要部分包括大皮带轮、主要摩擦盘和环状活塞等。从动部分为从动盘、从动轴及制动器的内盘等。连接零件是主动摩擦盘和从动盘上的浮动嵌块。它的操作系统由气缸（在大皮带轮上）、环状活塞和压缩空气控制系统组成。浮动嵌块的端面为长圆形，用石棉塑料制成，共有十块，在从动盘上沿圆周方向均匀分布，并且可在从动盘的长圆形孔中沿轴向滑动。需要离合器接合时，操纵电磁空气分配阀，使压缩空气从左端经离合器的中间孔道和连接管，进入离合器的气缸，克服脱开弹簧的作用力，推动环形活塞向右移动，将浮动嵌块压紧在主动摩擦盘上，依靠它们之间的摩擦力所形成的摩擦力矩，由大皮带轮带动离合器轴旋转。当需要离合器脱开时，操纵电磁空气分配阀，使离合器气缸排气，在脱开弹簧的作用下，环状活塞向右复位，于是活塞、浮动嵌块和主动摩擦盘松开，大皮带轮空转，同时在制动器的作用下，离合器轴停止运动。43离合器的设计（1）确定摩擦副平面尺寸摩擦半径3QIBC4MGR式中偏心齿轮上公称扭矩G储备系数离合器轴至曲轴速比I传动效率摩擦系数摩擦副上压强Q摩擦环相对宽度B由之前公式可得MN178539241MTG查表可得30PA0Q550BC971942代入公式得M17094703210548R36摩擦环宽度及嵌块排列方式RBB3491705查表，选用长圆形嵌块，有关尺寸为，CM73RCL1CM5H2IC35F04157329LRBL1决定用单行排列，但实际的摩擦环宽度为CM9LR1，嵌块数目569350172FBRIZ取Z10修正系数530CM179RBB82ZFCI保证摩擦半径不变，即QCBPA108495031CBQ5（2）确定摩擦副厚度尺寸摩擦盘厚度JZLRMHTP式中MNJ5103代入上式得C210310798H64P摩擦材料厚度CM26P选H2CM，符合嵌块厚度的工厂标准。（3）确定气缸活塞面积及行程传递扭矩所需压紧力为N1045310849ZFQQI1克服弹性力为N50312总的压紧力为N10984540Q321气缸活塞面积为254LLM17098PKF活塞行程取为23MM。（4）工作能力核算摩擦系数核算NCFAK2CWI11S7294608I由于离合器转速较高，系数取17，20MKG65I，2CKG68071，J195248A32IC4ZF2取650CN所以MIN/J4826501479K23C查表KCMJ,IN/502所以该浮动镶块式离合器合适。摩擦元件使用寿命核算以每班实际工作7H，每天工作两班计算，则寿命为CM210253CH21P0）（查表MN/58DD462074108按每年300工作日计算，约为115年，大于6个月，故合格。44摩擦制动器设计计算设计制动器的出发点是使制动力矩所作的功以吸收离合器脱开后从动系统的动能，即在规定的制动角下使滑块停止运动。即CZEA制动力矩所作的功ZCE从动系统的动能从动轮的动能21WIC制动力矩所做的功为ZMDA0用最大的制动力矩表示为42制动器结构图ZZMKA1制动器轴上最大制动力矩Z力矩增大系数制动器轴上制动角ZIWIKIIQCZQCZ2M芯轴上制动角。Q制动器扭矩的计算（1）确定制动力矩，所以。4205NQ71KZ26871MKGIC17940SIWMNIIKMQCZ3220815（2）确定摩擦副的摩擦直径及平面尺寸摩擦半径34QBCRZU选，50530A105PQ所以23143875MR根据相关标准选取CM2摩擦环宽度及镶块排列方式RBB则651202350CM查表55，选用长圆形镶块有关尺寸为2137,4FCMHLCMRI则154261LBL决定用一行排列，但此时实际的摩擦环宽度变为CMB10镶块数目81037510242CMFCBRZI取Z10修正有关参数由于实际摩擦环宽度变小，镶块数目选少，B,C的值改变较多，故需修正并重算Q值。460231RBB510237ZFCI又34QBCMRZ要保证不变，则需B,C,Q的乘积不变，即QCB式中为修正后的数值，,C所以A10490341555PQB（3）确定摩擦副厚度尺寸JZPZLRMH则MPC16031205875选CMH按工厂标准，镶块厚度选35CM。（4）制动器弹簧设计每个弹簧最小工作载荷1QPZNPAFQI44510985371074设01ZN10578610985341P最大工作载荷5332弹簧压缩量变化M1CF0（5）气缸活塞面积计算PZFZ21选A504253079167MZ（6）工作能力核算磨损系数核算IN/48215607923CMJNCFAK查表KCJ,IN/2所以设计的该制动器合适。摩擦元件使用寿命核算以每班实际工作7H，每天工作两班计算，则寿命为KTJD0CMCHP71210查表N/538代入上式得DD549126074810按每年300工作日计算，约为16年，大于6个月，故合格。第5章能源系统的设计计算曲柄压力机的负载属于冲击负载，即在一个工作周期内在较短的时间内承受负荷，而较长时间是空程运转。如果按此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则电动机的功率将会很大。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，电动机带飞轮旋转，使其储备动能，在冲压工件的瞬间时主要靠飞轮释放能量。工件冲压后，负载减小，于是电动机带动飞轮加速转动，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度。冲压工件时所需的能量不是直接由电机供给，而主要由飞轮供给。所以电动机功率便可大大减小。飞轮起着储存和释放能量的作用。曲柄压力机装上飞轮后，电动机输出功率或输出扭矩是不可能不变的，因此，电动机的能量大小与飞轮的能量大小也不成线形的比例关系。当电动机的功率小到一定程度后，飞轮的能量就将急剧增加。51电动机功率的计算压力机一工作周期所消耗的能量A为7654321AA式中工件变形功；1拉伸垫工作功，即进行拉伸工艺时压边所需的功；2工作行程中由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的功；3A工作行程中由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量；4压力机空行程向下和空程向上时所消耗的能量；5单次行程时滑块停顿飞轮空转所消耗的能量；6单次行程时离合器结合所消耗的能量。7A（1）工件变形功A1035PGHM624033110984ANJ（2）拉伸垫工作功A2由于该压力机没有拉伸垫，所以02A（3）工作行程摩擦A3摩擦当量力臂012ABMD04AD05PG取04738DM1256A041082560182547362MM2033035718APGJ（4）弹性变形功A412H10254/PGKNMC23334102AJ（5）滑块空程功A5查表641得JA2105（6）飞轮空转功A601NT查表641得KW3012NTC查表561得CN04517BGD1345TSN1296NTSC0362185AJ（7）离合器接合功A70（8）总功1234567AA98021082A解得6J52电动机型号的选择电动机平均功率1360518MAJNKWTS电动机实际功率查表611MN得K取13实际选用功率506NW又因为，两级或两级以上的传动系统采用同步转速为1500或1000R/MIN的电动机，单级传动系统一般采用1000R/MIN的电动机1。查机械设计手册5，同步转速为1500R/MIN，额定功率NE为75KW的电动机型号为Y160M6，满载转速NM1440R/MIN。53飞轮的确定（1）飞轮转动惯量的计算冲压工件时，主要靠飞轮释放能量，忽略电动机在这时输出的能量可得0221AWIIFF式中工作行程时压力机所消耗的能量0A飞轮转动惯量FI冲压工作开始前和结束后飞轮的角速度21,W可写成0212AIMF20FWI式中飞轮平均角速度。M不均匀系数，数值越大，表示飞轮角速度的波动越大。MW21从压力机的工作特性及实验曲线得知，在与之间，可以认为MW12INM602电动机额定功率N电动机轴至飞轮轴速比I由于电动机到飞轮一般为三角皮带传动，皮带传动是有滑动，相当于加大了电动机的滑差率，故不均匀系数为TSK2电动机额定滑差率S在额定转矩下皮带滑动时当量滑差率T修正系数，与K有关电动机实际选用功率与平均功率比值K对于JA23100型压力机，所需飞轮的转动惯量JAA6714250148039432101586SW查表得出，取08S02TS41830K950则26952TK22078653MKGWAIF（2）飞轮尺寸的计算1飞轮的直径根据传动功率，查机械传动设计手册，飞轮皮带选型号的普通带，查表得小带轮直径MD2401飞轮外径MI5324081飞轮材料选铸钢。上述所得的转动惯量实际上不仅包括飞轮本身的转动惯量还包括其他转动零件的转动惯量。FFII908飞轮转动惯量由三部分组成，即轮缘、轮辐和轮毂。即321IIF其中轮缘部分是主要的，故在近似计算时只考虑轮缘部分的转动惯量，即可以用代替。1IF2318DMI而4231BF所以123FI其中金属密度，铸钢3/1087MKG飞轮轮缘宽度FB故D572041874392604332带轮的材料常用的带轮材料为HT150或HT200。转速较高的可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。小功率时可用铸铝或塑料。该带轮选用HT2003带轮的结构形式V带轮由轮缘，轮辐和轮毂组成。根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式，腹板式，孔板式，和椭圆轮复式。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径DD25DD为安装轮的轴的直径，MM,可以采用实心式；当DD300MM时，可以采用腹板式；当DD300MM,同时D1D1100MM时，可以采用孔板式；当DD300MM时，可以采用轮辐式。4V带轮的轮槽V带轮的轮槽与选用的V带的型号相对应V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面夹角发生变化。为使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40V带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应该与轮槽底部接触。为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度。第6章曲柄压力机相关机构设计61齿轮传动设计611第一级齿轮传动设计二级齿轮传动中高速轴上的齿轮传动计算（1）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数为了保证运动平稳性，本次设计选择斜齿传动；曲柄压力机属于锻压设备，根据资料显示选取精度等级为八级；由机械设计课本查得，小齿轮材料可选为40CR调质，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。（2）初选小齿轮齿数Z117,大齿轮Z243。（3）选取螺旋角斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大，常在820之间选择，初选14。（4）模数的计算TM32582ZMNT式中大齿轮所需传递的扭矩（）；2NMN32IGN齿宽系数，（为齿宽），对于两级齿轮传动，MBMM可取1013；大齿轮齿数。2Z代入数据得MZMNT59772538267450138238）（）（由于COSTN查表可得8代入上式可得MT248所以MZDT081471T235282其中心距为MDA1427351校核对于该齿轮，需核算其弯曲强度，其计算公式为WNDJWBYMMKC21式中齿轮齿根处弯曲应力（）；PA小齿轮所受的扭矩（）；1NMN21IN第一级齿轮的传动比；2I弯曲应力设计；WCCOS21ZW小齿轮齿数；1Z齿轮压力角；齿形系数，对于斜齿轮，择选当量齿数来查，当量齿数为Y3COSZD螺旋角；齿轮模数，当为斜齿轮时，用法向模数；MNM齿宽（）；B载荷集中系数；JK动载系数；D许用弯曲应力。W有上述公式可得弯曲应力系数072COS17CS21ZCW当量齿数34O33ZD齿宽MMB8921605891D齿周速度SNV/1432由上述数据，查表可得，0Y03JK1D代入公式可求PAW69212/578130894107查表可得PAW5所以，设计的该齿轮符合弯曲强度校核要求。对于该齿轮还应该核算齿面的接触强度，其计算公式为CNDJCCBMKACA1式中齿宽（）；M两齿轮间的中心距（）；接触应力系数；CC齿轮形式系数，斜齿圆柱齿轮；A9308A计算接触应力（）；CP许用接触应力（）。计算接触应力系数，其计算公式为IECC312SIN590）（代入数据得149522502SIN15903CC查表得A由此可求得计算接触应力PAC982163/35170891014275903查表可得PAC7所以，设计的该齿轮符合接触强度校核要求。C由此可知，该齿轮符合强度要求。612第二级齿轮传动设计（1）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数为了保证运动平稳性，本次设计选择斜齿传动；曲柄压力机属于锻压设备，根据资料显示选取精度等级为八级；由机械设计课本查得，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HB，小齿轮为齿轮轴，材料为45钢（调制），硬度为260HB（2）初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。17Z7215312IZ（3）选取螺旋角斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大，常在820之间选择，初选14。（5）模数的计算TM1364M90721583825382）（ZMNT由于COSTN查表可得M12代入上式可得MNT3714COS所以MZMDT291073121T6482其中心距为MDA46502821校核对于开始传动的齿轮，一般核算其弯曲强度即可，其计算公式为WNDJWBYMMKC21有公式可得弯曲应力系数1062COS17CS21ZW当量齿数34O33ZD齿宽MMB1268014D由上述数据，查表可得，35Y041JK1D代入公式可求PAW692247810354107查表可得PAW所以，设计的该齿轮符合弯曲强度校核要求。对于该齿轮还应该核算齿面的接触强度，其计算公式为CNDJCCBMKACA1计算接触应力系数，其计算公式为IEC312SIN590）（代入数据得34612402SIN1590CC查表得A由此可求得计算接触应力PAC1703924581043105369查表可得PAC72所以，设计的该齿轮符合接触强度校核要求。C由此可知，该齿轮符合强度要求。62传动轴的设计（1）高速轴的设计求出输出轴上的功率1NMMNIMGN9426745831带入公式可得DN1062501520353101可选取M01（2）二级传动轴的设计求出输出轴上的功率NMMNIMGN47985264132DN378010502可选取M80263连杆的设计631连杆的比较选取连杆是曲柄滑块机构中的重要构件，将曲柄和滑块连在一起，并通过其运动将曲柄旋转运动转换为滑块的往复直线运动，在这个过程中，连杆相对于曲柄转动而相对滑块摆动。球头式连杆不是一个整体，而是由连杆体和调节螺杆组成。调节螺杆下部的球头与滑块连接，连杆上部的轴瓦与曲轴连接。在实际生产中，一台压力机适用于各种模具，为了适应不同闭合高度的模具，压力机的装木高度必须能够调节。球头式连杆通过调节螺杆调节。调整时，转动调节螺杆（不论手动还是电动）就可将调节螺杆旋进或旋出连杆体，则连杆长度减小或增大，装模高度随之增大或减小。在冲压过程中，装模高度应该保持不变。否则，若装模高度变大，可能造成工件报废；若装模高度变小，可能造成模具损坏或压力机过载。为防止压力机在冲压过程中自行改变，在装模高度调节机构中设置有锁紧装载。本设计的锁紧装置又锁紧块和锁紧螺钉组成，两个锁紧块内分别开有正反扣螺纹，锁紧螺钉也以相同的正反螺纹与之配合，为使螺纹副的受力状况合理，螺纹一般为锯齿形或T形螺纹。拧紧锁紧螺钉，可使两锁紧块压紧调节螺钉，达到防松的目的。球头式的连杆结构较紧凑，压力机高度可以降低，但连杆的调节螺杆容易弯曲，且球头加工困难。632连杆强度计算对以上各种连杆类型的比较，为实现连杆长度可调，现选择球头式连杆。调节螺杆材料为45钢调质，1800XPA。Y5101根据检验公式计算有B204图52连杆结构图球面直径MPDABB2518031075937593）（可取MDB150螺杆螺纹外径MDB51248503908359可取D10螺杆最小直径1102可取M92连杆直径MDD85804可取1704螺纹最小工作长度H23013210可取M2（2）连杆强度校核连杆在工作载荷的作用下，有可能最小截面受压缩破坏，螺纹牙的破坏等。因此设计时，应对这几方面进行校核。1）调节螺杆最大压缩应力校核上传动压力机在工作时连杆受压力作用。由于调节螺杆截面较小，故一般校核调节螺杆的压缩应力即可YMIN0AF式中连杆上的作用力；0调节螺杆的最小截面积；MIN许用压缩应力。Y代入数据可得1284XPA1800XPAMIN0AFY）（41093510510故设计的该连杆满足强度要求。（2）调节螺纹的强度校核调节螺纹一般采用特种止推螺纹或梯形螺纹。由于螺母（对球头式的连杆，它就是连杆体）的材料一般比调节螺杆差，因此，检验螺母上的螺纹强度即可。螺纹的损坏有3种可能性，即牙齿根部的弯曲、剪切损坏和牙齿表面的挤压损坏。只需校核弯曲强度即可。由于螺纹可以看成是作用在螺纹中劲处的悬臂梁，所以螺母的螺纹牙根处的最大弯曲应0F力为WMY式中螺纹根部的弯矩；WW螺纹根部的截面系数。WMNF20D1NF041D式中连杆上的作用力；0螺纹的外径；D螺纹的内径；1N螺纹的最少工作圈数。NSH式中H螺纹的最小工作高度，即在装模高度调节到最小时的螺纹工作高度；S螺距。W620HD式中H螺纹压根处的高度，对于特种锯齿形螺纹H08S。2015FHND查锻压设备理论与控制得螺杆外径100MM，螺杆内径925MM，截面面积0D1DF12537，螺杆及螺母螺距S10MM,中径1340MM，螺母外径100MM，螺母内2CMM0径925MM。H08S08108MM02D所以2015FHND230814286054265XPA550XPA55满足该杆符合强度要求。64滑块与导轨的设计滑块是压力机上作往复直线运动的部件，结构比较复杂，精度要求比较高。它的上部安装连杆及调节装置，下部固定模具，中间安装保险装置和顶料器等。压力机上的滑块式一个箱型结构，它的上部与连杆连接，滑块的地面开有T型槽或有模柄孔，用于固定上模。模具上模的模柄安装在滑块的模柄孔中，用压紧螺钉压紧。滑块运动带动上模运动，完成冲压工作。滑块沿着机身上的导轨做上下直线运动。由于导轨的导向作用，使得滑块运动平稳，一般情况下压力机滑块的底平面具有一定的垂直度。为了使滑块在工作不致倾斜，受力状态良好，连杆对滑块的力和滑块中心线是重合的。滑块的精度对冲压件的精度和冲模寿命有很大影响。第7章支承、辅助及附属装置的设计71支承部件机身的设计该压力机选用开式机身，如71所示，机身材料选HT200。71开式曲柄压力机机身72机身变形的计算由于模具装在底座或垫板上，因此，底座的变形直接影响工件的精度和模具的寿命。一般计算机身下部的变形即可。下部总挠度FGLPEJLGG1670703公称压力GPL拉紧螺栓间距E弹性模量J底座中央截面惯性矩F底座中央截面面积G剪切模量最大剪应力与平均剪应力的比值由已知条件和计算得，KNPG10ML53121/02MNE401J2170MF，2/8GH46E1B3所以312210461030724211MMEBJFMNMK1730/18170562/202413ML25019586，故设计的机身安全。73压塌快曲柄压力机的工作负荷超过许用负荷称之为过载引起过载的原因很多,如压力机选用不当,模具调整不正确,坯料厚度不均匀,两个坯料重叠或杂物落入模腔内等过载会导致压力机损伤,职连杆螺纹破坏,螺杆弯曲,曲轴弯曲,扭曲或断裂,机身变形或开裂等等，也可能由于材料、模具、设备、操作等问题出现超载；由于滑块和上模的自重导致下降速度过快，对零件产生击；或由于制动器失灵、连杆折断，导致滑块坠落而引发事故。而曲柄压力机是比较容易发生过载的机器，为了防止过载,现已开发了各种各样的过载保护装置,由于100吨压力机属于中小型压力机,可以使用压塌块式保护装置。72过载装置压塌块式保护装置通常装在滑块部件中，压力机工作时，作用在滑块上的工作压力全部通过压塌块付给连杆。压塌块过载保护装置结构紧凑，制造方便，价格低谦。但压塌块不能准确地限制过载力，因为压塌块超载破坏不仅与作用在滑块上的工作压力有关，还与材料的疲劳程度有关。此外，更换压塌块需要一定的时间。压塌块使用的材料可用45钢。74其他辅助设计压力机所有有配合相对运动的部分必须进行润滑，以减少机器零件的磨损，提高机器的使用寿命，保证正常的工作精度，降低能量消耗和维修费用。本压力机偏心齿轮连杆滑块部件采用稀油集中润滑，其优点是内摩擦系数小，因而消耗于克服摩擦力的能量较小；流动性好，易进入摩擦表面的各个润滑点；采用循环润滑系统时冷却作用好，并可将粘附在磨擦表面上的杂质和由研磨产生的金属微粒带走。另外，滚动轴承定期用油枪注入稠油；空气分配阀、离合器的活塞和平衡缸的活塞是自动润滑；传动齿轮、装模高度调解机构中的涡轮蜗杆长期浸油润滑。参考文献1孙志礼，何雪浤，何韶君机械设计M，冶金工业出版社，199822巩云鹏，孙德志，喻子建机械设计课程设计M，冶金工业出版社，199973何德誉曲柄压力机M，机械工业出版社，199174何德誉曲柄压力机M，机械工业出版社，199765华中工学院等五院编写组机械传动及曲柄压力机（上、下）M，人民教育出版社，19766李树军机械原理M，东北大学出版社，2000127机械传动设计手册（上、下）M，煤炭工业出版社，19908中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会中国机械设计大典（3、4）M，江西科学技术出版社，20029范宏才现代锻压机械M，机械工业出版社，199410何德誉专用压力机M，机械工业出版社，199011苏BH符拉索夫锻造冲压曲柄压力机M，上海科学技术文献出版社，12李忠民，卢喜，刘雨耕等热模锻压力机M，机械工业出版社，13王卫卫金属与塑料成型设备M，机械工业出版社，1996514林道盛锻压机械及其有限元计算北