曲柄压力机传动机构创新设计

1、山东建筑大学综合创新训练总结报告专业综合训练周总结报告题 目： 曲柄压力机传动机构设计院 （部）： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 姓 名：学 号： 指导教师： 完成日期： 摘 要锻造是人类所知的最古老的金属加工工艺之一，早在公元前2000年，锻造即被用于生产武器、工具盒珠宝。这一工艺是手工使用简单的锤子完成的。随着科技的进步，机械压力机的出现，大大减少了劳动力。机械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，对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机一般由工作机构、传动系统、操纵部分、能源系统和支撑部件组成。除上述基本部分外，还有多种辅助系统与附属装置，

2、如润滑系统，过载保护装置以及气垫等。机械压力机传动系统尤为重要，包括齿轮传动和皮带传动等机构，将电机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。 关键词：机械压力机，双肘杆，冲压，闭式目 录摘 要II1前 言11.1课题名称11.2 选题背景11.2.1压力机的分类11.2.2国内外现状及发展趋势31.3 设计方案的可行性分析和预期目标51.4设计方案的技术参数72 锻压机传动系统的设计72.1电动机的选择72.1.1压力机功能组成及总功72.1.2电动机型号的选择92.3 传动装置的运动和动力参数的计算92.4 带传动零件设计112.4.1 飞轮转动惯量的计算112.4.2

3、 V带轮的设计122.5齿轮传动零件设计142.5.1齿轮设计142.6 .1 传动轴设计192.6.2 输出轴设计233 肘杆系统的设计293.1 肘杆结构与尺寸初步设计293.1.2 受力分析与杆件横截面计算313.2 销轴孔横截面计算323.3 两齿轮进行尺寸计算333.4 计算滑板尺寸384 离合器及制动器的选用404.1 离合器的选用404.2 制动器的选用43结 论46参考文献47致 谢48山东建筑大学综合创新训练总结报告1前 言众所周知，制造业是一个国家经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家的经济实力、科技水平和国防实力。压力机是机械制造业的基础设备。随 着社会需求和科学技术

4、的发展，对机床设计要求越来越高。尤其是模具制造的飞速出现，使机床向高速、精确，智能化的方向发展。因此，对压力机的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高。有必要对压力机进行进行优化设计，例如对压力机主体机构尺寸参数、运动分析、传动系统等进行优化，设计出低成本、高精度、高效率、节能的压力机，这些都是我们值得探讨的。 本次设计主要对传动系统进行创新设计，以实现低成本、高精度、高效率、节能的要求。本次设计的主要创新点是滑块驱动装置采用对称布局的双肘杆二级增力系统。1.1课题名称锻造的传动结构1.2 选题背景1.2.1压力机的分类压力机是最主要的压装设备之一。但是从大的方向上来分类的话，可以分为两类。使

5、用液体传动压力的被称为“液压压力机”，使用机械传动压力的被称为“机械压力机”。在详述压力机之前，首先了解一下机械压力机做哪些工作是很有必要的。因此，让我们简单地介绍一下金属压力加工。将材料加工成所需形状或给予材料某种特性的加工方法有如下6种：铸造、塑性加工、切削、压接、表面处理、热处理。在上述加工方法中属于压力加工的是塑性加工。所谓塑性加工，原则上是不产生切屑的加工，与其它加工方法比较，是最适于大量生产的一种加工方法。塑性加工中虽然有如图那样的各种加工方法，但主要以压力机进行的加工为压力加工。压力加工如图所示，有剪切加工、弯曲加工、深冲加工、压缩加工和特殊加工。而且每种加工方法又根据加工前是否

6、将材料加热分成热加工和冷加工两种方法。另外，还有在热加工和冷加工中间温度状态下进行的加工。据此，还有温热加工的分类方法。液压压力机，行程较长，压力可调节，加工速度稳定，不会产生超负荷等等，这些都是它的特征。因此，由不同的加工内容来看，更能显示出液压压力机比机械压力机有更多的优点。但是，机械压力机比液压压力机效率高，维修容易，所以现在的板料加工大都使用机械压力机。液压压力机和机械压力机相比，不仅结构不同，而且很多技术问题也不相同。因此，在此不打算论及液压压力机，而仅就机械压力机加以论述。压机的基本型号由一个汉语拼音字母和几个阿拉伯数字组成，汉语拼音字母代表锻压机械的大类成为类别。同一锻压机械中分

7、为若干列，称为列别。由第一位阿拉伯数代表。同一列锻压机械中分为若干组，称为组别，由第二位阿拉伯数字代表，第二位阿拉伯数字后的阿拉伯数字，代表锻压机械的主要参数、并一律用实际数字表示。第二位阿拉伯数字与规格部分的阿拉伯数字之间以一短横线“”隔开。汉语拼音字母一律用大写。本次设计选用机械压力机。机械压力机的种类如下：按滑块数划分，可分为单动（JL21系列、JD31-400、JF36-250、J36-300）、双动（J46-400/250）和三动压力机三种。本次设计选用单点压力机。按机身形状划分，可分开式压力机（JL21系列）、闭式压力机（JD31-400、JF36-250、J36-300、J46-

8、400/250）两种。由于吨位限制，选用闭式压力机。按滑块和传动机构连接划分，可分为单点（JD31-400）、双点（JF36-250、J36-300）和四点压力机三种。本次设计选用双点压力机。按滑块的传动机构划分，可分为曲柄压力机（JH23-100D）、非曲柄压力机（偏心齿轮）压力机（400T、300T）、肘杆压力机、连杆式压力机、摩擦式压力机及其它。选用肘杆压力机。机械压力机的基本结构包括：工作机构：由曲柄（偏心轮、曲轴）、连杆、滑块、滑块调整机构、过载保护装置等组成。传动系统：包括齿轮传动和皮带传动等机构。操纵系统：离合器和制动器能源系统：如电动机和飞轮支承部件：机身润滑系统：油箱、润滑电

9、机、油泵、管路等空气管路系统：气罐、管路、气动三联件、气阀等电气系统：电柜、按钮站等。1.2.2国内外现状及发展趋势 国外整机发展趋势近年来，欧美、日本等发达国家的锻压机械在锻造、冲压和钣金三个领域分别具有以下发展趋势：锻造设备：整体大型化、高精度和高效率；冲压设备：多工位、全自动和柔性化；钣金设备：以激光切割机和数控剪折卷机床组成柔性自动生产线。我国锻压机械行业发展迅猛锻造等体积成形设备和钣金加工设备平行发展，呈现规格品种齐全、数量增长迅速、新兴产品和技术不断得到应用等景象，产品整体技术水平和数控化率持续提高，并大量实现出口，满足了我国经济发展的需要。据分析，2010年，我国锻压机械行业总产

10、值约400亿元人民币，同比增长42%以上，创历史新高。根据分会40家锻压机械企业产品数据统计，数控产品数量占全部产品的6%，产值占全部产值的40%。数控产品数量占比增长缓慢。2010年，锻压机械行业生产锻压机床超过20万台，同比增长18.0%。2010年，我国锻压机床出口5.69亿美元，同比增长24.48%；数控锻压机床出口1.1亿美元，同比增长34.4%；锻压机床进口19.0亿美元，同比增长42.4%；其中，数控锻压机床进口10.1亿美元，同比增长43.0%。我国锻压机械行业企业规模不断扩大，许多企业在市场竞争中脱颖而出，由此也形成了一些锻压产业特色集聚区。例如江苏省，在我国锻压机械行业地位

11、突出，地区产量占到全国的1/3。主要分布在扬州、南通、无锡三地。江苏省锻压企业大小约1000家，总产值估计超过100亿元（2010年江苏仅12家重点联系企业销售就达70亿元）。其中，仅江苏扬力一家就贡献了20亿元。再如安徽马博望镇，估计有200家锻压行业企业，以板材剪折为主，总规模约30亿元以上，最大的企业年产值已达1亿元以上。济南及周边地区也已形成锻压产品的集聚区，以济南二机床集团、济南铸锻所有限公司等为代表，总规模约50亿元。其中济南二机床集团以24亿元排名锻压分会规模第一。另外，青岛及周边地区有超过20亿元的摩擦压力机及板材加工设备集群；浙江宁波地区的精密机械压力机、高速压力机产品也早已

12、形成规模和特色。钣金加工设备方面，由于我国卷材使用量激增，卷材预处理设备如开卷矫平纵剪收卷生产线、开卷矫平横剪板料码垛生产线等，在规格、品种、数量等方面增长迅速，技术水平快速提高，基本满足国内市场需求。这些设备除最终用户采购外，大量供应板材配送中心。可处理板材厚度0.3mm25mm。机械压力机、液压机、高速压力机、卷板机、数控转塔冲床、剪折机床、辊弯成形生产线等钣金加工设备在加工精度、可靠性、技术指标、节能减排、宜人性等方面都有明显进步，新产品开发能力及市场竞争力都大大提高。尤其是薄板加工设备，许多企业能提供复合加工机、加工单元、自动化生产线和柔性生产线；量大面广的钣金三大件数控转塔冲床、折弯

13、机、剪板机，其性能均达到国际先进水平。2010年数控转塔冲床年销售量超过2000台，年增长20%以上。我国输油管线建设、大型工程机械、船舶制造、车辆制造等推动了我国大重型数控剪折设备、型材弯曲设备、重型卷板机、船板压机、大型多工位压力机等一大批具有国际先进水平的新、特、大锻压设备的问世。如大型树脂砂铸造生产成套设备，已基本可以满足国内市场需求，改变了过去主要依赖进口的局面；已经能够生产出具有较高水平的铸造自动生产线，达到可部分替代进口的水平，部分改变了轿车发动机缸体、缸盖等铸件毛坯需要进口的情况；此外，高水平自动制芯机、自动铸件清理机、自动砂处理机、大型自动压铸机以及精密铸造设备等铸造机械，国

14、内铸机企业基本都能生产制造。1.3 设计方案的可行性分析和预期目标本课题研究的内容为锻压机的传动系统设计，其工作原理为：由电动机通过三角皮带驱动大带轮（通常兼作飞轮），然后通过齿轮传动，带动输出轴旋转，通过连杆带动滑块机构上下往复移动。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器脱开，同时制动器接通，使滑块停止在上止点附近。 工作原理如下图所示。图1-1 传动系统分布图电动机1通过三角皮带将运动传给大皮带轮3，然后经过齿轮传动将运动传给输出轴上的齿轮，两齿轮反方向转动，是肘杆运动，从而带动滑块上下运动。由于工艺操作的需要，滑块时而运动，时而停止，因此装有离合器7和制动器4，压力机在整个工作周期内进行工艺

15、操作时间很短，既有负荷的工作时间很短，无负荷的空程很多。为了使电动机的负载均匀，有效的利用能量，因而装有飞轮，大皮带轮3即起飞轮作用。此次设计细化为开式锻压的传动设计，包括带传动和齿轮传动，分析滑块行程，行程次数等问题采用一级带传动，一级齿轮传动，离合器与制动器的安装位置在输出轴上，且为联动装置。这样就较容易实习电机的转动转为滑块的上下移动，保证制动时电机的动能传递不到曲柄轴上。锻压机的传动系统的作用是将电动机的运动和能量传递给曲柄滑块机构，在传递过程中，对电动机的转速按照一定的传动比进行减速，以满足行程次数对其的要求。在设计参数选定后，还需要考虑了3个问题，即布置方式、传动级数与速比分配、离

16、合器-制动器安装位置。1.4设计方案的技术参数根据GB/T14347-1993，选用参数如下：标称压力Pg=2000KN，公称力行程12mm,滑块行程S=160mm,行程次数n40r/min，一班制工作。2 锻压机传动系统的设计2.1电动机的选择2.1.1压力机功能组成及总功1工件变形功A1 2.拉伸垫工作功A 3.工作行程摩擦A3 摩擦当量力臂 取 4.弹性变形功A 4 5.滑块空程功A5 查表得 A5=4233.33J6.飞轮空转功A6 查表得 N0=3KW 查表得 Cn=0.50 t1=1n=1次40次/min =1.50 s t=1nCn=1次40次/min*o.5 = 3s A6=1

17、.5 KW*1.5S=1750J7.离合器接合功A7 A7=0.2A8.总功 解得A=103961.5J 2.1.2电动机型号的选择电动机平均功率 Nm=At=103961.5J1.50s=69307.67W 电动机实际功率 查表61 得 K取1.3实际选用功率 N=1.3*63907.67W=90099.97W =90KW 又因为，两级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， 同步转速为1000r/min，额定功率Ne为90KW的电动机型号为Y280M-6，满载转速nm=986r/min。2.2 确定传动装

18、置的总传动比和分配传动比电动机型号为Y280M-6，满载转速nm=986r/min。1.总传动比 ia=nmn=98640=24.65 2.分配传动装置的传动比前面传动方案已确定，采用两级传动，一级带传动，一级齿轮传动 式中分别为带传动和齿轮传动的传动比。查表1常见机械传动的主要性能，表41,现有通用压力机传动参数，为使V带传动外廓尺寸不致过大，取i0=3.86，则齿轮传动比为：i1=ii0=6.472.3 传动装置的运动和动力参数的计算传动装置如图1-1所示1各轴转速电动机轴n0= nm=986r/min传动轴n1=nmi0=9863.86=259.5r/min 输出轴 n2=n1i1=40

19、r/min 2各轴输入功率电动机轴输出功率Pd=90KW 传动轴 1*=900.95=85.5KW 输出轴 P2=P1*2=85.50.95=81.225KW传动轴、输出轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.97，例如传动轴输出功率 P1=P10.97=82.935KWP2=73.31KW2各轴输入转矩电动机轴输出 Td=9550Pdnm=955090986=871N*m 传动轴 曲柄轴 传动轴、曲柄轴输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.97运动和动力参数计算结果整理于下表：表1运动和动力参数计算结果轴 名功率P（KW）扭矩T（Nm）转速n/min传动比i效率输入输出输入输出电动机轴

20、90871986i0=3.86i1=6.47传动 轴85.582.93531943098259.5输出轴81.22573.3190428770402.4 带传动零件设计2.4.1 飞轮转动惯量的计算1电动机在额定转速下飞轮的角速度 w=2nei=29863.86=1604r/min 2电动机的额定滑差率 该异步电动机的同步转速n0=1000r/min，实际转速nm=986r/min S=n0-nmn0=1000-9861000=0.14 3速度不均匀系数考虑该压力机需进行拉伸工艺，需要较大的工作能量，故在转子中串如电阻，使0.11，查表671，皮带当量滑差率S=0.01，系数K=1.3，修正系

21、数，则=2kS+St=20.91.30.01+0.14=0.35 5最大盈亏工 4飞轮转动惯量 Je=A0W2=2241.50.3516041604=0.003 2.4.2 V带轮的设计设计原始数据：电动机额定功率p=90kw,转速n=986r/min，传动比i=3.86，每天工作8小时。1确定计算功率 由表879，查得工作情况系数，故P=KaP=1.2x90=108 2选择V带的带型根据Pca 、ne由图8119选用D型3确定带轮的基准直径dd1并验算带速v1) 初选小带轮的基准直径。由表869表889，取小带轮的基准直径dd1=425mm。2) 验算带速v 。按式（813）9 验算带的速度

22、 v=dd1n601000=22m/s 因为5m/s 30 m/s ，故带速合适。3）计算大带轮的基准直径，根据式（815a）9 ，计算大带轮的基准直径dd dd2=idd1=3.86425=860(47) 根据表889，圆整为900mm。4确定V带的中心距a和基准长度Ld 1）根据式（820）9得，98.25a02050，初定中心距a0=500mm。2）由式（822）9计算带所需要的基准长度 Ld025002425900(900425)245002725 由表829选带的基准长度Ld=2740mm。3）按式（823）9计算实际中心距a aa0+Ld-Ld02=500+12.5=512.5 中

23、心距的变化范围为493mma574mm。5验算小带轮包角 1=180-dd2-dd157.3=180-900-42557.3512.5=148 6计算带的根数Z1）计算单根V带的额定功率Pr 。由dd1=425mm和ne=986r/min，查表84a9得P0=26.71KW。根据nm=986r/min，i0=3.86和Z型带查表84b9得P0=3.75KW。查表859得，查表829得，于是Pr=P0+P0KKL= (26.71+3.75)0.911.18=32.72）计算V带的根数Z z=PcaPr=10832.7=3.2 取3根。7计算单根V带的初拉力的最小值由表839得A型带的单位长度质量

24、q=0.63kg/mF0=500(2.5-K)Pcakzv+qv2=500(2.5-0.91)1080.913.322+0.63222=1603N应使带的实际初拉力 。8计算压轴力压轴力的最小值为 Fp=2zF0sin12=23.21603sin14802 =9848N 9V带设计结果如下表所示 表2带轮设计结果槽型D型带长Ld=2740mm根数3根中心距a=512.5mm小带轮直径dd1=425mm大带轮直径dd2=900mm带轮结构形式小带轮采用实心式，大带轮轮辐式2.5齿轮传动零件设计2.5.1齿轮设计根据总体的设计方案，执行机构是由齿轮传入的。由于传递的力较大，结合已有的设计方案，确定

25、本传动采用双边齿轮传动。为了达到传动平稳和足够承载能力。本设计采用的是直齿圆柱齿轮。参考同类型的柄压力机的传动齿轮设计。有传动比i为6.47初步确定齿轮的相关参数方案如下： 方案一齿轮摸数m=12mm, 标准直齿轮为不发生根切， 小齿轮齿数,那么大齿轮齿数为：. 方案二齿轮摸数m=12mm，采用变位齿轮。由于采用了变位齿轮，可不考虑根切，这时可暂定小齿轮齿数，那么大齿轮齿数为： 从以上两种齿轮的参数比较可知，诺用直齿圆拄标准齿轮比变位齿轮中心距增加了90毫米，分度圆增加了156毫米。为了传动系统机构尺寸减小，相应减轻机器的重量和节约材料。结合近年来曲柄压力机和其它这种设备中变位齿轮的广泛应用，本次设计曲柄压力机采用变位直齿圆柱轮传动。相关参数如下：模数 m= 12 压力角 a =变位系数 齿数 1齿轮的尺寸初步计算 有以上数据根据齿轮设计时的相关尺寸计算公式，计算齿轮的相关尺寸如下：分度圆直径 D =