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刀杆式手动压机设计【刀杆手动压力机】,刀杆式,手动,设计,压力机
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南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文1 前言1.1课题研究的目的及意义1.1.1 手动压力机的研究目的 1.应用大学所学的基础理论知识，进行刀杆手动压力机的常规设计。设计过程是对大学所学理论知识的应用，并在设计中不断发现问题、分析问题、解决问题，从而在具体的实践中巩固、拓展理论知识。 2.在设计过程中，要求了解相关机械产品的知识，尤其是国内外这种机械产品的发展状况、发展前景等。这就要求我们有较好的语言功底，应用所学知识，还可能涉及专业英语知识等，通过互联网等工具，搜索国外大学、研究所等一些最新的前缘论文。这一过程无形中提高了我收集、整理信息的能力。 3.在压力机的设计中，要查阅很多相关书籍，图表等，这是整个机械行业的一大特点。机械专业有着五、六百年的辉煌发展历史，许多的实践经验已经成为国标，这给机械设计带来了很大的便利。我们在从事设计过程中，提高了查阅资料、应用工具书的能力。 4.压力机的设计还要求绘制一些装配图和零件图，这就要用到一些画图软件。通过画图，提高了我们的动手能力，为以后工作打下了坚实基础。1.1.2 手动压力机的研究意义 手动压力机作为一种常用的机械动力增压装置，它能克服大吨位液压机体积大、重量大，不便携带的缺点，手动压力机是机械压力机中具有代表性的一类加工设备，该类设备结构坚固，能提高生产效率，且具有操作方便、动作灵活，经久耐用等特点。它的用户几乎包罗了国民经济各部门，量大面宽。现在我国经济建设蓬勃发展，压力机的使用从大型工厂到私人手工作坊，几乎在涉及到零件冷压工艺的地方都可以见到。因此设计满足符合生产实践要求的，能保证加工精度与要求的压力机很有必要。1.2 国内外研究现状机械在国民经济中占有重要地位，在我国，机械制造是我国经济的战略重点。自新中国成立以来，尤其是改革开放30年来，我国的机械行业飞速发展，各种机械产品相继问世。在设计机械产品时，首先要满足一定的要求，其次机械产品的设计也要按照一定的方法。机械产品的基本要求取决于其所处的地位、作用及工作条件，主要考虑以下几个方面的要求：功能要求、寿命要求、工艺性要求、价格要求、可靠性要求以及维护要求和标准化要求。目前国内生产的一些大型机械压力机及其生产线已跨出国门，走向世界。冷压设备质量的好坏，它直接影响到设备的安全和合理使用，也关系到生产中产品质量、生产效率及成本，以及模具寿命等一系列重要问题。随着科学技术的发展，压力机的精度也有了相当大的提高。手动压力机作为一种常用的机械动力增压装置，广泛应用与各种产品的包装、维修，提供更精确，更方便的服务，是工厂必备的工具之一。许多的零件已经形成标准件，这为零件和产品的生产专业化带了便利。各个企业按照统一标准安排生产，便于组织管理。产品的标准化也推动了机床标准化的发展。小型手动压力机也呈现标准化趋势。这种不仅表现在手动压机本身各个零件的标准化，还体现在它所能施力的各种产品。这就使其维修和零部件的更新有统一的参考标准。同时，设计手动压机的工程师也根据产品的要求与相应的国家标准，兼顾手动压机的工作压力，底座尺寸、压机高度、最大工作行程设计符合生产实践要求的手动压力机。1.3 本课题研究内容本文的探讨内容是有关小型压力机的设计，包括其传动装置和执行部分。其中包括齿轮设计、轴的设计、齿条工艺的编制和各标准件的选用等，是对大学所学知识的综合运用。此研究的目的是用一种合理的机械设计方法，设计出一种能保证加工精度，同时成本较低的手动压力机。 2 总体方案的确定 根据设计任务书的要求，刀杆式手动压力机的设计需要完成以下内容：最大工作压力为1000kg，最大工作行程为121.5mm，齿条下降速度可由手动控制等方面的要求。此种类型的压力机采用齿轮齿条进行传动，其动力为人手动提供。人施加于手柄上的力通过轴及齿轮传递到齿条上，使与齿轮啮合的齿条上下运动，从而实现对放置在工作台上的工件的压制。另外，传动轴并不是与箱体直接接触，而是通过加装轴承，从而减小了传动轴与箱体的摩擦，使得机器工作更加的平稳。下图为压力机的一个简单结构示意图。图2-1 手动压力机结构示意图1工作台2箱体3轴承盖4齿条 5压盖3 齿轮的设计 齿轮传动是机械传动中的最重要的传动之一,应用广泛。其有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比较平稳等优点。同时，齿轮机构也有制造和安装的精度要求较高，成本较高，不适应于两轴距离较远时的传动等不足。齿轮传动可分开式、半开式、及闭式。一些齿轮没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外面是开式齿轮传动，这种齿轮传动轮齿易磨损，只适用于低速传动。半开式齿轮传动有简单的防护罩，但不能严密地做到防止外界杂物侵入。闭式齿轮传动装在经过精确加工而且封闭严密的箱体内，与开式和半开式齿轮相比，润滑和防护条件最好，多用于重要的场合。在本论文中，根据齿轮传动的现场条件，符合半开式齿轮传动的要求。3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数压力机是齿轮与齿条啮合的机构，通过杠杆使压力增大，可以冲一些小型零件模型，齿轮是直齿圆柱齿轮传动。该机械为一般工作机械，速度不高，选择7级精度。材料的选择与轴有关，因为轴的直径和齿轮分度圆直径相差不大，所以齿轮和轴联成一体，做成齿轮轴。齿轮的尺寸较小，相对承受较大的载荷，对材料的要求较高，所以选用40Cr。齿数Z初选为20。1、结构示意图一，由齿轮、齿条确定传动方案，选用直齿圆柱齿轮进行传动。2、由参考文献【2】表10-8各类机器所用齿轮传动的精度等级范围，选取齿轮传动的精度等级。手动压力机属于一般工作机器，速度及精度要求都不是很高，故选用7级精度，由参考文献【2】表10-1常用齿轮材料及其力学特性，选取传动件的材料。选择齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为50-55HRC。3.2 齿轮的设计 根据参考文献【2】第十章，有关齿轮传动的设计，齿轮的设计可按齿面接触强度设计和齿根弯曲强度设计。根据以上两种方法，确定齿轮的最小分度圆半径和最小模数。3.2.1 按齿面接触强度设计公式为 1）假设齿轮的分度圆直径为d, 则齿轮的扭矩为： 2）齿轮工作寿命为三年，一天工作八小时，两班制，齿轮齿数为20。则许用应力循环次数为： 根据参考文献【2】图1021的接触疲劳寿命系数为： 3)按齿面硬度查的小齿轮接触疲劳强度极限为750MPa,安全系数S=1所以，接触疲劳许用应力为 4)查参考文献【2】表107，齿宽系数取 5)查参考文献【2】表106，材料的弹性影响系数为 6）齿轮与齿条啮合的传动比 7）计算齿轮分度圆直径 mm 8）计算齿宽余齿高之比 齿宽 齿高 所以 9）计算载荷系数 因为压力机的转数较慢，并且设计时采用的数据是压力最大时情况，查参考文献【2】表10-2，所以使用系数。对于直齿轮， 齿轮的转速较低，精度为七级，查参考文献【2】图10-8动载系数 由参考文献【2】表10-4用插值法得七级精度、相对支承对称布置时 由， 查参考文献【2】图10-13的;故载荷系数 =1.36410） 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径， 3.2.2 按齿根弯曲强度设计公式为： 1）参考文献【2】10-20c取齿轮弯曲强度疲劳极限2）参考文献【2】图10-18取弯曲疲劳寿命系数 3）计算弯曲疲劳许用应力 安全系数S=1.4，得 4）查参考文献【2】，表10-5齿形系数 5）计算 6）设计计算 对比上述计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的的模数m=2.32就近圆整为m=2.5,按接触强度算的的分度圆直径为d=50mm,算出齿轮齿数 3.3 齿轮的几何尺寸计算 1）计算齿数：由公式：代入数据d=50及m=2.5，计算得： =20 2）压力角压力角取国家标准（GB/T 1356-1988）：=20 3）齿顶高ha：由公式：ha=ha*m代入数据m=2.5，ha*（=1）为齿顶高系数，计算得： ha=ha*m=12.5=2.5 4）齿根高hf：由公式： hf=(ha*+c*)m代入数据m=2.5，c*为顶隙系数（=0.25），计算得： hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2.5=3.125mm 5）齿全高h： 由公式：h=ha+hf=(2ha*+c*)m代入数据，计算得： h=ha+hf=(2ha*+c*)m=5.625mm 6）齿顶圆直径da： 由公式：da=d+2ha=(z+2ha*)m代入数据z=12，计算得： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(20+21)2.5=54mm 7）齿根圆直径df：由公式：df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m代入数据，计算得：df=(z-2ha*-2c*)m=(20-21-20.25)*2.5=43.75mm 8）齿厚s：由公式：s=m/2代入数据，计算得：s=m/2=3.142.5/2=3.925mm 9）齿槽宽e：由公式：e=m/2代入数据，计算得：e=m/2=3.144/2=3.925mm 10）计算齿轮宽度b： 由公式：b=d 代入数据，=0.9及d=50mm计算得：b=0.950=45mm表3-1 齿轮主要尺寸计算结果各部分名称代号公式及结果模数m2.5mm齿数Z20分度圆直径d齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿距p 4 轴的设计一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。此处选择的轴属于转轴。但是，在工作中该轴主要承受的是扭矩，弯矩相当的小。在多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。轴的材料主要是碳钢和合金钢。刚轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。考虑到该齿轮轴上的齿是在轴上加工出来的，同时根据参考文献【1】表15-1轴的常用材料及其主要力学性能，选取该齿轮轴的材料。选取此齿轮轴的材料为40Cr，调质处理。4.1 初步确定轴的最小直径大小 扭矩，由公式： ，可得 查参考文献【2】表15-3，40Cr的许用扭转应力为35至55MPa之间,代入，求的 方案采用齿轮轴结构，齿轮的的分度圆直径为，轴上钻有一个直径为20mm的孔，所以取最小直径大小38mm，并在最小直径处装有轴承。查轴承相关图表，参考文献【5】表格15-3，得：轴承的宽度为B=15mm,外径大小为D=68mm.4.2 齿轮轴的结构设计1、拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。选用的装配方案是：右端轴承、垫圈、轴承端盖依次从轴的右端向左端安装；左端从右到左依次安装轴承、垫片、垫圈及轴承盖。这样就对各轴段的粗细顺序做了初步安排。 2、根据轴向定位要求确定轴的各段直径与长度 1）选择所要使用的轴承为深沟球轴承。因轴承主要承受径向载荷，初步选择深沟球轴承。深沟球轴承可用于双支点各单向固定的支承。此种轴承在安装时，通过调整端盖面与外壳之间的垫片厚度，使轴承外圈与端盖间存在很小的轴向间隙，以适当补偿轴受热所引起的变化。为了使轴的直径与轴承孔径相适应，需要选取轴承型号：参照工作要求，查参考文献【5】表15-3（GB276-89）得:d=40mm 由轴承产品目录中，初步选取特轻（1）系列，深沟球轴承6008，其尺寸为：dDB=40mm68mm15mm 2）为了满足左端与右端的滚动轴承的定位，可采用轴肩进行轴向定位。定位轴肩高度h一般取为h=（0.07-0.1）d，d为与零件相配处轴的直径。查得6008型轴承定位轴肩的高度为：h=3mm则轴间处的直径大小为46mm，大于齿轮的齿根圆半径（43.75mm）。所以，两边轴承的内圈定位不使用轴肩，可以使用套筒定位。同时，查阅参考文献【5】表4-1，轴承端面至箱体内壁的距离为3mm，齿轮端面至箱体内壁的距离为10mm,所以，这一端轴的长度为两者之和为13mm。同理，轴的轴承关于齿轮对称布置，另一端的长度和直径一样。在安装手柄一侧的轴承右端面，有一轴肩。这一设计减小了轴的重量和轴的加工精度，其直径是38mm。3）因齿轮宽b=d=0.950=45mm，则轴上加工齿轮的部位应与齿轮宽度一致。故取 L=45mm4）在轴的安装手柄的一侧，考虑安装端盖的宽度，L=22mm，和端盖距离手柄中心的长度，23mm。设计这一轴的的长度为45mm。5）在手柄的右侧，还安有一螺钉，其作用是调整手柄的松紧。在轴上其长度设计为10mm。 3、轴上零件的轴向定位滚动轴承与轴的轴向定位，是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。 根据以上数据，设计轴的各部分尺寸如下：图4-1 齿轮轴的各部分尺寸4.3 轴的校核 在完成轴的初步结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还要校核轴的振动稳定性。这里主要考虑轴的强度校核。在进行轴的强度校核时，应该根据轴的具体受载及应力分析情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭矩强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件计算；需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。根据第二章的齿轮设计和第三章的轴的设计，可以做出轴的受力图（图4-2），轴的扭矩为:是手作用在轴上的力，L为轴的实际有效长度。L=500mm。代入数据，求的T=245Nm。根据轴的受力图和力矩平衡的知识，求的在轴的支撑处的分别为531Kg和419Kg。 做轴的受力图：图4-2 齿轮轴的受力图 根据轴的受力图，做出轴的扭矩和弯矩图，并合成如下：图4-3 齿轮轴的弯矩和扭矩图4.3.1 按轴的扭矩强度条件计算 按扭转强度校核 在上文，已经用扭转强度条件初步估算了轴的最小直径，这里由于轴上开有一孔，使轴的抗扭强度有所减小，所以还要进行一次轴的扭转强度校核，其条件为：式中,扭转应力，MPa; T轴所受的扭矩，Nm； 轴的抗扭截面系数，在轴的最右端，直径最小，并开有一直径为20mm的孔径。其视图如下:抗扭截面系数： 图4-4 齿轮轴的最小端截面图代入数据算的： 代入上面数据：扭转应力 而40cr的许用扭转应力为3555Mpa，符合要求。4.3.2 按弯扭合成强度条件校核 在最大弯矩处，弯矩为： 扭矩为： 根据第三强度理论,轴的弯扭组合应力为： 由于压力机的转速很慢，所以把扭转切应力假定为静应力，取 代入得： 其中40cr的许用静应力为，所以强度有富余，可以满足强度要求。5 轴承的选用和布置 轴承分为滑动轴承和滚动轴承，它们的作用都是支承旋转轴及承受轴上载荷。滚动轴承因其具有摩擦阻力小，结构紧凑，旋转精度高等优点而被广泛采用。滚动轴承种类很多，其结构大致相同，一般由外圈、内圈（上圈、下圈）、滚动体和保持架等组成。按照滚动轴承的承受载荷方向的不同，滚动轴承可分为：径向接触轴承、轴向接触轴承、角接触轴承。径向接触轴承主要承受径向载荷，轴向接触轴承主要承受轴向载荷，角接触轴承同时承受径向载荷和轴向载荷。5.1 轴承的选用与校核 分析该机构的受力，轴上主要承受径向力，轴向力基本忽略不计。选择深沟球轴承，其内径为40，简化画法如下：图5-1 轴承的结构简图当量动载荷计算公式为：和分别为径向载荷和轴向载荷。轴向载荷约等于.径向载荷为 对于球轴承查参考文献【5】表15-3，有，.齿轮的转速较低，取轴承的动载荷，查表的：取.代入一下公式：算的（）。查参考文献【2】表13-3，推荐的一般此种工作条件的轴承工作机械寿命为1200020000h.，在其范围之内。所以，轴承的寿命能满足要求，很适合工作需要。5.2 滚动轴承的配置一般来说，一根轴需要有两个支点，每个支点可由一个或一个以上的轴承组合。合理的配置是要考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因素。深沟球轴承也可用于双支点各单向固定的支承。其轴的支承跨距较小，故较常采用双支点各单向固定的支撑。这种轴承在安装时，通过调整端盖面与外壳之间的垫片厚度，使轴承外圈与端盖间存在很小的轴向间隙，以适当补偿轴受热所引起的变化。此外，对于固定间隙轴承（深沟球轴承），可在轴承盖与箱体轴承座端面之间或在轴承盖与轴承外圆之间设置调整垫片，以此在装配时通过调整来控制轴向间隙大小。5.3 滚动轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要的意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。选用的润滑方式与轴承的速度有关，手动压力机属于低速设备，滚动轴承的dn(d为轴承的内径，n为轴承的转速）值较小，适用于用脂润滑。润滑脂形成的润滑强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方，这种润滑方式十分适宜。且这种润滑方式只适用于较低的dn值。所以说，此滚动轴承采用润滑脂进行润滑是比较合适的。 滚动轴承的装脂量一般以轴承内部空间容积的1/32/3为宜。5.4 滚动轴承的密封装置在压力机的传动轴的外伸段，应在轴承盖的轴孔内设置密封件。轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式和非接触式两大类。由于已经选定了轴承的润滑方式为脂润滑，所以选定该轴承的密封装置为毡圈油封。在轴承上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形或带形，放置在梯形槽中以与轴密切接触；或者在轴承上开缺口放置毡圈油封，然后用另外一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡与轴的密合程度，从而提高密封效果。采用毡圈油封主要用于脂润滑的场合，它的结构简单，但摩擦较大，只用于滑动速度小于45m/s的地方。当与毡圈油封相接触的轴表面经过抛光且毛毡质量高时，可用到滑动速度达78m/s的地方。基于毡圈密封和机器运行速度较低等特点，采用此种密封方式是比较合适的。6 压力机箱体及附件的设计6.1 箱体的结构设计 箱体起着支承轴系、保证传动件和轴系正常运转的重要作用。箱体按其结构形状不同分为剖分式和整体式；按照制作方式的不同有铸造箱体和焊接箱体。本次课题所设计的箱体为整体式，制造方法为铸造箱体。为了保证箱体的刚度，要设有加强肋。箱体底座要有一定的宽度和厚度，以保证安装的稳定性和刚度。整体式箱体重量轻，零件少、机体的加工量也少。压力机的箱体一般多用HT150、HT200制造。本次设计采用HT200材料。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，成本低。在已确定箱体结构形式整体式和箱体毛坯制造方法（铸造箱体）的基础上，可进行箱体的结构设计。 （1）箱体的壁厚箱体要有合理的壁厚,轴承座、箱体底座等处承受的载荷较大，其壁厚应该更厚些。其数值可查阅参考文献【5】表4-1确定。箱座壁厚，查参考文献【5】表118，铸钢的最小壁厚在10与12mm之间。选择=10mm 符合要求。 （2）地脚螺钉直径df查参考文献【5】表3-1，由公式：df=0.036a+10A取90mm。代入数据，计算得：df=13.24mm取df=16mm （3）地脚螺钉数目n 查参考文献【5】表3-1，确定n=2。 （4）压盖、箱体联结螺栓直径d1 查参考文献【5】表3-1，由公式：d1=（0.6-0.8）df且有，螺栓间距L150200代入数据，计算得：d1=9.6mm，取标准为10mm。6.2 轴承盖的设计 1）轴承盖的结构 轴承盖的作用是固定轴承、承受轴向载荷、密封轴承座孔、调整轴系位置和轴承间隙等。其类型有凸缘式和嵌入式两种。本课题中所选用的轴承盖为凸缘式。凸缘式轴承盖用螺钉固定在箱体上，调整轴系位置或轴系间隙时不需要开箱盖，密封性也较好。2）轴承盖参数的确定 （1）轴承盖螺钉直径和数目d3、n查参考文献【5】表9-9，确定：螺钉直径为6mm，螺钉数为n=4。 （2)轴承盖（轴承座端面）外径D2查参考文献【5】凸缘式轴承盖，由公式：D2=D0+2.5d3，D0=D+2.5d3d3为螺钉直径，D为轴承外径。根据已知数据，代入公式，计算得：D0=83mm,D2=98mm 6.3 手柄的设计与强度校核1、材料的选用手柄是压力机上传力构件，查参考文献【1】表12-6，可选用合金结构钢制造，牌号：40。此种材料广泛应用于齿轮、轴、曲轴、连杆螺栓等。2、长度的确定初定压力机手柄的长度为620mm，考虑到手的实际作用点及机器本身结构的特点，取实际在压力机手柄上产生的力臂约为500mm。3、弯曲应力的校核手柄的材料：40，调质，许用静应力为400MPA。手柄的受弯长度为550mm，最大弯矩为： 最大弯矩出的应力： 40Cr的许用弯矩为400Mpa。所以，手柄的材料满足受力强度要求。7 齿条和其工艺规程的设计7.1齿条参数的确定 1）、模数m与齿轮相同，即模数：m=2.5 2）、压力角处处相等，且等于齿形角，压力角取国家标准（GB/T 1356-1988）即： =20 3）、齿顶高ha： 由公式： ha=ha*m代入数据m=4，ha*为齿顶高系数（=1），计算得：ha=ha*m=12.5=2.5 4）、齿根高hf：由公式：hf=(ha*+c*)m代入数据m=4，c*为顶隙系数（=0.25），计算得：hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2.5=3.125mm 5）、齿厚s： 由公式：s=m/2 代入数据，计算得：s=m/2=3.142.5/2=3.925mm 6）、齿槽宽e： 由公式：e=m/2 代入数据，计算得：e=m/2=3.144/2=3.925mm 7）、齿条长度：根据任务书上的数据：压力机的整体高度297mm，和最大工作行程121.5mm， 定齿条的长度为300mm。 8）、齿条宽度： 已经求出齿轮的宽度b=45mm，考虑到齿轮与齿条之间的啮合关系，两者之间的宽度之差为5至10mm，取整40mm作为齿条的宽度.9）齿条长度的确定根据任务书要求，确定齿条的长度为300mm,齿条的有齿啮合部分长度为L=260mm.表7-1 齿条各部分尺寸的计算结果各部分名称代号公式及计算结果模数m2.5齿顶高齿根高齿全高h压力角20齿距p齿厚sS=1.5708m=3.925mm齿槽ee=1.5708m=3.925mm径向间隙cC=0.25m=0.625mm7.2 齿条工艺设计分析 制定工艺路线是一个反复斟酌、修改的过程，主要是根据被加工零件表面的几何特征，应用常见的机械加工方法，如车削、铣削、刨削、镗削、钻削、磨削等，依据加工经济精度原则预订工艺路线，然后在将相识或相同的加工方法组合起来，逆向递推到毛胚设计为止的反复修改完善的过程。工艺路线制订要考虑的问题有：1.始终考虑的是经济性即制造成本低；一般来讲要制造成本低，主要是从现有资源的重复利用和提高加工效率两方面出发。齿条有狭长平面组成，其相当于分度圆无限增大的齿轮。从结构尺寸可见其刚性不好，加工中保证平面度是主要任务，四个相互垂直的平面也应重视。齿条固定在床身上，安装后齿向要与底面保持垂直，否者影响齿轮与齿条的啮合精度。工艺分析：齿条是一种直径无限增大的齿轮，它的外圆与根圆已变成直线。中批量生产齿条上齿形，一般可在插齿机上配以专用夹具插削而成，若无插齿机或少量单件生产可采用齿轮铣刀，其精度较插齿差。图样中要求齿顶面有平面度要求实际加工中需要交替定位，所以四个平面均加以磨削，而且保证相互垂直。这样插齿时，与底面定位在夹具中加工出的齿向能保证垂直度要求。7.2.1 确定毛坯制造方法 本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的载荷，要求有较高的强度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断。又由于是单件小批量生产、且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采用自由锻。7.2.2 各平面加工方法的确定齿条的左右端面粗糙度要求是12.5，可以选择先粗车后半精车。对齿条的四个狭长的侧面，粗糙度要求是3.2，通过先粗铣后精铣可以达到要求。表7-2 平面的各种加工方案及能达到的经济精度及表面粗糙度序号加工方法公差等级 表面粗糙度 1粗车IT13IT1112.550 2粗车半精车IT10IT83.26.3 3粗车半精车精车IT8IT70.81.6 4粗车半精车磨削IT8IT60.20.8 5粗刨IT13IT116.325 6精铣IT13IT116.325 7粗刨精刨（精铣）IT10IT81.66.3 8粗铣精铣（或精刨）IT10IT81.66.3 9粗刨精刨（或精铣）刮研IT7IT60.10.8 10粗铣精铣（或精刨）刮研IT7IT60.10.8 11粗刨精刨（或精铣）宽刃精刨IT70.20.8 12粗铣精铣（或精刨）宽刃精刨IT70.20.8 13粗刨精刨（或精铣）磨削IT70.20.8 14粗铣精铣（或精刨）磨削IT70.20.8 15粗铣精铣磨削研磨IT50.0060.1 16粗铣拉削IT9IT70.81.67.2.3 各平面加工余量的确定 工序间加工余量是相邻两工序的工序尺寸之差，有双边和单边余量。工序间加工加工余量的确定原则：1.加工余量应尽可能小，余量小可以缩短加工时间，提高加工效率，降低制造成本，延长机床、刀具的使用寿命；2.加工余量应能保证按此余量加工后能达到零件图样要求的尺寸、形状、位置公差和表面粗糙度，工序公差不应超出经济加工精度范围，本工序的余量应大于上工序留下的尺寸公差、形状公差和表面切削层厚度；3.本工序的余量还应考虑装夹误差、加工中的变形、热处理变形和加工方法可能带来的误差。确定方法：1.分析计算法：在可靠的实际数据资料基础上进行计算，目前应用较少；2.经验估算法：根据工艺人员的实际经验确定工序余量，通常都比较偏大，一般用于单件小批量生产中;3.查表法：应用广泛的方法，查阅有关的手册，在结合工厂的实际情况适当修正使用。工艺基准与设计基准重合时，由最后一道工序依次向前推算工序基本尺寸，直到毛胚尺寸（本工序的余量=前工序的工序尺寸本工序的工序尺寸）。工序尺寸的公差按各工序采用的加工方法的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差；毛胚和两孔中心距按双向对称偏差标注。工艺基准与设计基准不重合时，应用工艺尺寸链分析计算。查参考文献【1】，端面的最大尺寸小于等于50mm的平面最大尺寸,查表的自由锻第一次粗加工余量1.01.4mm,取1.0mm，半精车端面余量是1.0mm。在四个狭长平面，先粗铣后精铣，可以达到粗糙度要求。参考文献【1】，表7-24,表7-25，粗铣的加工余量是1.5mm，精铣的加工余量是0.781.0mm，取1.0mm。齿条的毛胚宽度取45mm,一次粗铣后精铣可与达到精度要求和粗糙度要求。7.2.4 绘制毛坯图 根据上文确定的各平面加工余量，可以得出毛胚的尺寸。图7-1 毛胚的尺寸图7.2.5 背吃刀量的选择 对粗加工，根据工件的加工余量来确定，除留下精加工余量外，一次进给尽可能切除全部余量。背吃刀量可达8810mm。当切削加工余量过大、工艺系统刚度过低、机床功率不足、刀具强度不够或断续切削的冲击振动较大时，可分多次进给。切削表面有硬皮的铸、锻件时，应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀具。对半精加工和粗加工，此时一般加工余量较小，可一次切除。为了保证加工精度和表面质量，也可多次进给，第一次进给的背吃刀量一般为加工余量的2/3以上。半精加工（表面粗糙度为6.33.2）时，背吃刀量可取0.52mm，精加工（表面粗糙度为1.60.8）时，背吃刀量取为0.10.4mm。 所以，在车端面时粗车和半精车背吃刀量均取1.0mm，粗铣齿条的四个狭长表面时背吃刀量取1.5mm，精铣是取1.0mm。7.2.6 加工齿条的机床和刀具选择 车端面，可以选择普通车床，如C6140，铣床可选择X52K，插齿要在专用的插齿机上进行。 加工齿条可以用齿轮铣刀、滚刀、插齿刀等。方案一用铣的方法加工齿条，齿轮铣刀分为指形齿轮铣刀和盘形齿轮铣刀，其中指形齿轮铣刀主要用以加工大模数的齿轮，盘形齿轮铣刀分为盘形齿轮铣刀和盘形锥齿轮铣刀，前者用于加工直齿或斜齿圆柱齿轮和齿条；后者齿形的制造误差比较大，因此只能用于粗加工和加工低精度的直齿锥齿轮。方案二采用的的是插齿加工，插齿法加工齿轮比较方便，插齿刀包括盘形直齿插齿刀、碗形直尺插齿刀、锥柄斜齿插齿刀。盘形插齿刀主要用于加工内外啮合的直齿或斜齿圆柱齿轮、人字齿轮；碗形插齿刀主要用于加工带台肩及阶梯的内、外啮合的直齿齿轮；锥柄插齿刀主要用于加工内啮合直齿或斜齿齿轮。 插齿刀精度有AA级、A级、级三种级可以加工六级精度齿轮，级可以加工七级精度齿轮、级可以加工八级精度齿轮。插齿刀的模数范围为0.212，其中18为中模数插齿刀，模数小于的为小模数插齿刀，模数大于的为大模数插齿刀。综上所述，加工齿条的铣刀可以选用盘形齿轮铣刀，如果用插齿加工齿条，可以选用盘形直齿插齿刀，因为齿条的精度为八，所以插齿刀精度选择级。7.2.7 选择定位基准 （1）定位精基准的选择 齿条的设计基准是如图7-1的零件图所示的齿条底面。考虑定位稳定可靠，所以选取底面作为定位精基准。加工时还要设定定位粗基准：第一个面铣平后，工件转90。已加工面靠在固定钳口一侧，重新装夹工件，再铣第二面，这样依次将四平面铣完，可保证平面之间的垂直度要求。（2）定位粗基准选择主要考虑装夹方便、可靠，在加工四个表面的时候，选取已经加工好的表面靠在固定钳口的一侧作为定位粗基准。7.2.8 拟定零件加工工艺路线齿条工艺方案有如下两种：1.单件小批量生产(铣齿)工序00 下料工序05 调度工序10 粗铣后精铣下端面工序15 粗铣后精铣后端面工序20 粗铣后精铣上端面工序25 粗铣后精铣前端面工序30 车端面工序35 车端面工序40 检验工序45 铣齿工序50 热处理：高频感应加热淬火工序55 钳工序60 检验工序65 入库a) 小批量生产（插齿）工序00 下料工序05 调度工序10 车端面工序15 车端面工序20 铣工序25 铣工序30 铣工序35 铣工序40 检验工序45 插齿工序50 热处理：高频感应加热淬火工序55 修毛刺工序60 检验工序65 入库注：齿条有齿的端面设为上表面，其对面为下表面，正对面为前端面，依此其背面为后端面。 两种方案的比较：第一种方案是采用铣齿的加工方法，齿形要逐个加工，这种加工方法加工适合小批量生产，加工效率低下；第二种方案用插齿的加工方法，加工的效率较高，并且加工精度较第一种方案得到提高。所以根据生产单位的具体情况选择加工方案。8成本校核8.1成本校核概念和意义 成本是企业为生产产品、提供劳务而发生的各种经济资源的耗费。生产经意过程同时也是资产的耗费过程。例如，为生产产品需要耗费材料、磨损固定资产、用现金向职工支付工资等职工薪酬。材料、固定资产和现金都是企业的固定资产。这些资产的耗费，在企业内部表现为一种资产转变成另一种资产，是资产内部的相互转变，不会导致企业所有者权益的减少，不是经济利益流出企业，因此不是企业的费用。成本核算是成本管理工作的重要组成部分，它是将企业在生产经营过程中发生的各种耗费按照一定的对象进行分配和归集，以计算总成本和单位成本。成本核算过程，是对企业生产经营过程中各种耗费如实反映的过程，也是为更好地实施成本管理进行成本信息反馈的过程，因此，成本核算对企业成本计划的实施、成本水平的控制和目标成本的实现起着至关重要的作用。：完整地归集与核算成本计算对象所发生的各种耗费。正确计算生产资料转移价值和应计入本期成本的费用额。科学地确定成本计算的对象、项目、期间以及成本计算方法和费用分配方法，保证各种产品成本的准确、及时。成本核算的实质是一种数据信息处理加工的转换过程，即将日常已发生的各种资金的耗费，按一定方法和程序，按照已经确定的成本核算对象或使用范围进行费用的汇集和分配的过程。正确、及时地进行成本核算，对于企业开展增产节约和实现高产、优质、低消耗、多积累具有重要意义。8.2 产品生产成本项目 根据生产特点和管理要求，企业一般设立以下3个成本项目： 1.直接材料成本 直接材料是指企业在生产产品和提供劳务过程中所耗费的直接用于产品生产并购成产品实体店原料、主要材料、外购半成品成品以及有助于产品形成的辅助材料等。 2.直接人工成本 直接人工是指企业在生产产品和提供劳务过程中，直接参加产品生产的工人工资以及其他各种形式的职工薪酬。 3.制造费用 制造费用是指企业为生产产品和提供劳务而发生的各项间接费用，包括生产车间管理人员的工资等职工薪酬、折旧费、机物料消耗、劳动保护费等费用。8.3生产成本的核算 压力机中，箱体是铸造而成，其占整个机身的大部分重量，对价格的影响最大，这里把它单独核算。所以，可以把成本核算归为两部分：1.箱体铸造过程的成本（包括原材料）；2. 产品生产成本项目，包括轴的加工，齿条的加工以及箱体的铸造完成后的加工。8.3.1铸件的成本核算定价时往往只能根据每公斤的平均价格乘以相应的浮动系数来确定。浮动系数的确定通常是参照典型铸件进行对比，铸件成本可分为直接成本和期间成本。直接制造成本又可分为直接材料、直接人工、燃料和动力等。为将制造过程消耗的燃料和动力、辅助材料等计为过程成本，以区别于会计中的制造成本概念。把折旧、房屋租金、财务费用等并入企业管理费（即成本会计通常的制造成本核算）作为期间成本。这样直接材料和过程成本构成了铸件的直接成本，这个成本也是铸件的变动成本。直接材料费取决于合金的种类和配料成本，是社会上比较透明的成本项目。因此，把铸件的成本更详细的分成三部分：直接制造成本、过程成本、期间成本。直接制造成本计算：HT200铸件的价格是4300元/吨，铸件的质量估算为26.5至28.3Kg之间，取它的质量为27Kg，一台压力机铸件的材料费用为116.1元。过程成本的核算：严格来讲，不同铸件在每个工序的制造成本是不完全相同的，但有的环节差异很小可以按照平均水平核算，我们所要关注的是那些对铸件成本影响比较大的因素。导致铸件过程成本差异的主要因素是工艺出品率。工艺出品率也叫收得率，是实际得到的铸件重量占浇注重量的百分比，对具体铸件来说工艺出品率可能在30%至60%的范围内变化，一般多在40-50%之间。每公斤铸件的成本与工艺出品率成反比，工艺出品率越低单位重量的铸件成本就越高，而且工艺出品率越低影响的程度越显著。浇注每公斤钢水的成本为6元，当工艺出品率为45%时，每公斤铸件的成本为13.33元；工艺出品率为30%时铸件成本为20元/公斤，比平均水平高6.7元，使过程成本上升37.6%。这里取平均水平，当工艺出品率为45%时，每公斤铸件的成本为13.33元，则过程成本为359.91元。期间成本的核算：这部分费用归在制造成本里，即8.3.4节。8.3.2直接材料成本的核算压力机要用到的材料有45号钢、HT200铸件、40Cr以及一些标准件，经咨询得各种材料及标准件的价格如下：45号钢：5800元/吨；HT200：4300元/吨；Q235 4350元/吨；40Cr：6500元/吨；轴承（6008）：10.8元/个 ；轴套：2元/个；垫片：1元/个；螺钉：1元/个；套筒：2元/个。轴的材料：40Cr，直径是60mm，长度175mm, 质量是0.50Kg，价格是3.25元手柄的材料：40Cr，直径24mm，长度630mm.质量是2.22Kg ，价格是14.43元齿
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