手动冲床设计

1、第一章 前言1.1.1 手动冲床的研究目的 1.应用大学所学的基础理论知识，进行手动冲床的常规设计。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.在冲床的设计中，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

2、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.冲床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 手动冲床的研究意义 手动冲床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，手动冲床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

3、，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

4、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。手动冲床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

5、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冲床的设计，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冲床。第二章 总体方案的确定 根据设计任务书的要求，手动冲床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

6、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 手动冲床结构示意图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

7、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

8、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【1】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【1】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

9、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 mm8）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

10、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 10） 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，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

11、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=1× 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)× 5）齿全高h： 由公式：h=ha+hf=(2ha*+c*)m代入数据，计算得： 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+2×1)×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=(20-2×1-2