压力机计算设计方案

压力机计算设计方案

二压力机运动学与动力学计算

三电动机功率与飞轮的转动惯量的计算

四、飞轮部分实际转动惯量

五、齿轮啮合及齿轮强度的验算

六、皮带轮传动的计算

七离合器与制动器部分的计算

八滑块部分计算

九机身强度计算

一压力机要紧技术参数

序号名称单位技术参数

1公称力kN6300

2公称力行程mm13

3滑块行程mm500

•_i

4滑块行程次数mm10

5最大装模高度mm1000

6装模高度调节量mm340

7接油盒之间的距离mm3320

8滑块底面尺寸（左右X前后）mm3300X1600

9工作台面尺寸（左右义前后）mm3450X1600

10工作台板厚度mm200

11滑块打料行程mm200

12气垫力kN1000

13气垫个数单顶冠(双气缸)

14气垫行程mm240

15电动机功率kW75

16转速r/min1395

二压力机运动学与动力学计算

1、滑块行程与转角的关系

滑块行程S由下式求得

2

S=R[(l-cosa)H——(1-cos2a)]

4

式中：R一曲轴半径R=250mm

a一曲轴转角0-360度

L一连杆长度L-1050mm

4一连杆系数

250

4___=

--1050

在不一致a值求得S值列于下表:单位(毫

米)

0.001.000.001.000.000.00000.0000

10.000.980.020.940.060.00364.6951

20.000.940.060.770.230.013918.5569

30.000.870.130.500.500.029740.9311

40.000.770.230.170.830.049270.7809

50.000.640.36-0.171.170.0698106.7611

60.000.500.50-0.501.500.0892147.3125

70.000.340.66-0.771.770.1051190.7649

80.000.170.83-0.941.940.1154235.4409

90.000.001.00-1.002.000.1190279.7500

S-a曲线

度

当发生公称力时，曲轴转角由下式求得:

22

R+(R+L-Sp)-I?

cosa=-------------------------------

pn

2R(R+L-Sp)

式中：S。一发生公称力时，滑块离下死点距离

Sp=\3rnm

代入得

2502+(250+1050-13)2-10502

cosa=0.9565

p2x250x(250+1050-13)

ap=cos"0.9565=16.70°

2、滑块速度与转角的关系

2

V=69•/?(sin^z+—sin2«)

式中V一滑块的速度

。一曲柄等速旋转时的角速度，啰==0.105”

〃一滑块每分钟行程次数

当滑块每分钟行程次数为10次/分

。=0.105〃=0.105X10=1.05弧度/秒

wR=1.05x250=262.5毫米/秒

根据上式可列下表：单位(毫米/秒)

asinasin2a人sin2a/2V(mm/s)

0.00000.00000.00000.00000.0000

10.00000.17360.34200.040756.1163

20.00000.34200.64280.0765109.5661

30.00000.50000.86600.1031157.8800

40.00000.64280.98480.1172198.9622

50.00000.76600.98480.1172231.2308

60.00000.86600.86600.1031253.7052

70.00000.93970.64280.0765266.0364

80.00000.98480.34200.0407268.4774

90.00001.00000.00000.0000261.7994

s-v曲线

30O.

28O.

.

26O.►----------4

24O.v—

O.

22.

20O.

18O.

会.

16O.

/.

米O

14.

醐O.

12./

10O.

8O./

6O./

4O.

.F

2O.

A」/

0102030405060708090

度

3、滑块的加速度与曲转角的关系

J=-co2•/?(cosa+acos2a)

a一曲柄旋转角度0-360度

。一曲柄等速旋转时的角速度，啰=~=0.105〃

30

n一滑块每分钟行程次数10次/分

J一滑块加速度米/秒2'

acosacos2a入cos2aJ

0.00001.00001.00000.2380-339.4047

10.00000.98480.93970.2236-331.3047

20.00000.93970.76600.1823-307.6057

30.00000.86600.50000.1190-270.0503

40.00000.76600.17360.0413-221.3458

50.00000.6428-0.1736-0.0413-164.8935

60.00000.5000-0.5000-0.1190-104.4533

70.00000.3420-0.7660-0.1823-43.7831

80.00000.1736-0.93970.223613.7074

90.00000.0000-L0000-0.238065.2490

a-J关系曲线

100.0000

0.0000

£-loo.oooo

o

J-200.0000

-300.0000

-400.0000

由上式可知：当a=0度与a=180度时具有最大加速度J。

1

Jmax=-co•R(cosa+%cos2a)

=-1.0472X1.0472X250X(1+0.238)=-339.4m/s2

4、曲柄上最大扭矩的计算

3.1摩擦力臂的计算

M=p(mf+mu)

式中：pl公称压力，〃=630000tg

，乙一摩擦当量力臂

%=夕(1+丸)".+^-dB+d0]

=0.03x[(l+0.238)x0.86+0.238x0.15+0.26]

=0.M081m

〃一摩擦系数，/j=0.06

dA一曲轴颈直径，dA=860/mt

dB—球头直径，dB=\5Qnvn

d0一曲轴支承颈直径，d°=260mm

加,一理想当量力臂

A

mt=/?(sin«+—sin2a)

0.238

=0.25(sinl67°+sin(2xl6.7)°)

2

0.08822777/

将以上数值代入上式:

曲轴传递的扭矩：

Mk=P(mt+mJ

=630000x(0.04081+0.08827)

=81270K，利

入

Usinasin2asin2a/2m=mM+mt

0.00000.00000.00000.00000.000040.8100

10.00000.17360.34200.040753.587194.3971

20.00000.34200.64280.0765104.6280145.4380

30.00000.50000.86600.1031150.7643191.5743

40.00000.64280.98480.1172189.9949230.8049

50.00000.76600.98480.1172220.8091261.6191

60.00000.86600.86600.1031242.2706283.0806

70.00000.93970.64280.0765254.0461294.8561

80.00000.98480.34200.0407256.3770297.1870

90.00001.00000.00000.0000250.0000290.8100

a-J关系曲线

350.0000

300.0000►'—'1-----------♦

T250.0000

§200.0000r

笈150.0000J

*100.0000r

50.0000,r

0.0000__i

0102030405060708090

更

对双点压力机，每个齿轮承受的扭矩为总扭矩的5/8=0.625

每个齿轮承受的扭矩M单

单个曲轴传递的扭矩：

5p

M单=丁(机,+〃%)

O

=-X630X103X0.129

8

=50800奴/1•/〃

5、传动轴上的扭距

M81270

M0K=16558依/■.加

"低0.97x5.06

取Me=16560必加1

6、离合器轴的扭距

16560

=2219.780■加

0.97x7.69

取用乙=222Qkgf.m

7、滑块上同意的载荷的确定

传动系统的零部件是以曲轴上最大扭距/K=P&•W设计的.滑

块上同意负载在滑块行程范围内变化的，滑块行程在下死点13mm处滑块的同意

压力称其公称力，即滑块的公称力P=Ps=6300000KN,当二＞17°时，

a(度)16.72030405060708090

m(cm)12.914.5419.1623.0826.1628.329.4929.7229.08

Pg(KN)630558.941424.16352.123310.665287.17275.585273.45279.47

（吨）630559424352310287276273280

三电动机功率与飞轮的转动惯量的计算

1、连续行程时，一次行程功的计算

根据“曲柄压力机设计”一书中的公式:

1.57m/z

式中：

Pg—公称压力（吨）Pg=630吨

S一滑块行程（毫米）S=500mm

Sp一滑块公称力行程（毫米）SP=13mm

m“一摩擦当量力臂（毫米）mP=40.814mm

K一经验系数。对闭式压力机K尸6

1.57吗,

E=^L5既一。9*+]

S

630x50013131.57x40.8114

[1.54--0.973X—+

6V500500500

=52500x[0.24832-0.02530+0.12815]

=18436kgf.加

取18400口/.加

2、主电机功率的确定

“6120

式中：

n1一滑块每分钟行程次数nT=10次/分

及一电机过载系数K2=1.5

KnE1.5x10x18400

32T=45.1后w

61206120

考虑到双点压力机拉延的工序等因素，取主电机N„=75KW

YH280M-41395r.p.m

3、当滑块行程次数为7次/分时，单次行程按滑块同意的功计算

滑块单次行程时，离合器消耗的功

E从=2A”=2x3730=7460kgf.m

6120x75x0.75

耳=岑-4、-7460=25326kgf.m

nrK-,7x1.5

取Ej=25000kgf.m

4、电机恢复时间的计算

60E.60x25000

=4.35s〈20s

A-612076120x75x0.75

5、飞轮所需转动惯量的计算

2E_2x18400

=(35.2kgf.rn.s~

W2K3-41.362x0.33

式中：

3一飞轮轴的角速度

7m.3.14x395

co=--=41.36md/s

3030

及一飞轮速度降系数，受电动机临界转差率的影响。

a=5屋2-SQ=018x(2—0.18)=0.33

对通用鼠笼式异步电动机，5长通常为0.08-0.12,故SK=0.15-0.19

对线绕式异步电机，在转子电路中串入电阻，故（=0.23-0.27

高转差率电机，SK值通常不小于0.3,故取（=0.33

四、飞轮部分实际转动惯量

1、飞轮实际惯量的计算

G=0.785(1.252-0.872)x0.48x7200=2186kgf0.785?

22

G2=0.785(0.5-0.31)x0.332x7200=289kgf

22

G3=0.785(78-0.5)x0.112x7200=227依/

22

G4=0.785(0.87-0.78)x0.22x7200=185人财

，=5(0：+42)=(1.252+0.872)=64.67kgf.m.s2

18gl18x9.8

J2+d；)=^^(0S+0.312)=1.27^酎.机$2

22

J3+d；)=^^(0.782+0.5)=2.4Skgf.m.s

4=£(D：+d：)=(0.872+0.782)=3.22kgf.m.s2

+J2+J3+J4=71.64版f/ns2

2、离合器活塞体转动惯量的计算（对零件进行简化）

G=0.785(0.72-0.532)x0.045x7200=53kgf

22

G2=0.785(0.78-0.7)x0.171x7200=114kg/

22

G3=0.785(0.7-0.44)x0.045x7200=75kgf

，=色(。；+d：)=-^―(1.252+o872)=1.57kgf.m.s2

8g8x9.8

（噬（氏+外）=就五（0.782+0.72）=1.6好心2

人+/)=-^—(0.72+0.442)=0.65版/皿2

38g33/8x9.8

J2工=/]+(+)3=3.82kgfjTLs2

3、离合器接合盘实际惯量的计算

4。

G,=0.785(1.052-0.4352)x0.04x7200=207kgf

J]=%(。:+片)=(1.052+0.4352)=3.36kgf.m.s2

8g8x9.8

J3、—J\—3.36kgf.m.s,

4、飞轮实际转动惯量的计算

2

J±=Ji£+J2Z+J32=71.63+3.82+3.4=7S.S5kgf.m.s

故：飞轮的实际转动惯量大于飞轮所需的转动惯量。

五、齿轮啮合及齿轮强度的验算

1、双点压力机偏心齿轮安装位置的定位计算

对双点压力机的齿轮传动系统，若使用整体式偏心齿轮，在设计时，务必

保证两偏心同步。在设计中，若齿轮齿数，两曲柄中心位置，各齿轮中心位置布

置不当，将导致齿轮不能良好啮合。比如在保证两偏心同步的情况下，会出现齿

顶对齿顶的情况发生，因此，务必计算偏心齿轮安装的位置。

低速传动参数：m=22,z小=17,Z大=86,A=1149.71

两偏心轮同心旋转。

yy

a

设&=Z大-旃（Z大+Z小）

由于z大为一整数，因此，两偏心齿轮能否同步要紧决定于第二项

急（Z大+Z小）是否为整数或者者整数加1/2。a角的大小可由齿轮中心距求得

sina=—,因此当两齿轮都以齿厚中心定位时，上式最后一项务必等于某一正

2A

数m

m=（Z大+Z小）或

即180

180m

B2Asin

Z大+Z小

滑块悬挂式布置，B为滑块导轨左右尺寸的3/5左右即B=2014.33

2014.33

=0.87754

2A2x1149.71

a=61.347°

丝岑。大+Z小）=（86+17）61.347

m-=35.104

180

取整

m=35

180/nix

故:B=2Asin=2x1149.71sin(—~~—)=2014.32mm

Z大+z小103

因此两齿轮中心距务必满足2014.32mm,才能保证两偏心齿轮同步转动。

2、低速齿轮副的强度核算

2.1低速齿轮副的弯曲强度核算

637KM阜

Q=-------------------

"T.z大.B大y大cos«

式中：

M单一每个偏心齿轮承受的扭矩“单=50800kgf.m

m-齿轮模数m=22mm

Z大一大齿轮的齿数Z大二86

K一载荷系数

K=K］.K2.K3

KL载荷集中系数当^^=。［22查表KE

及一动载荷系数当齿轮的线速度丫=亚=0.945根/S时K2=l.1

60

限一当量载荷系数，对闭式双点压力机不是长期满载工作K;i=0.8

K=K1.K2.K3=1X1.1X0.8=0.88

总之K在设计时能够预先选择，假如设计时做到传动零件的比例协调，相

互位置安排合理，精度选择恰当，则

K=l.05-1.2

B大一大齿轮的宽度B大=230mm

Y大一大齿轮的齿形系数y大=0.183,当&=0.2时

Y小小轮的齿形系数y小=0.167,当d=0.6时

6.37K.M单6.37x0.88x5080000

1

◎大=1729kgf/mm?=1729^/7cin

〃/2大^大y大cosa222x86x230x0.183xcos20"

o小==1729-i895Zg/7。/

%、0167

小齿轮材料40Cr调质［。］=2400-3400kgf/cm2

大齿轮材料ZG45［。］=2560kgf/cm2

2.2低速副接触应力核算

C.C,/K.M2(i+l)

7-

0mzkVB

式中：

帆一齿轮模数(cm)Mn=2.2cm

B—齿轮宽度(mm)B=23cm

K一载荷系数。K=KVK2.K3KkK2的叙述同前。

%—当量载荷系数，通常压力机％=0.8,自动压力机％=1.0

C一弹性模数系数C=2140

G一承载能力系数Cl=l.1

i一低速副传动比i=5.06

C.C|K.M,(i+l)2140x1.1/l.04x5080000(5.06+1)，，

o=----1J----=----=--------J-------------------=14679x5//cm2

[oj]=12600kgf/cm2

3、高速副齿轮弯曲应力的核算

4.13K.M,cos4

O=-7--------------

式中：

Me—中间轴上的扭矩Mc=—=16560kgf.m

i

Mn—齿轮模数Mn=14mm

z大一大齿轮的齿数z=123

K-载荷系数

K=K1&.K3

K厂-载荷集中系数当O=WS=0.11查表Kl=l

/1892

当齿轮的线速度丫=.=0.945m/s时K2=l.1

心一动载荷系数

60

%—当量载荷系数,对闭式双点压力机不是长期满载工作(=0.8

K=Kt.K2.K3=lXl.1X0.8=0.88

B大一大齿轮的宽度B*=210mm

Y大一大齿轮的齿形系数y大=0.183

Y小小轮的齿形系数y产0.167

4.13K.Mcosy0o4.13x0.88x1656000xcos20〃

G大=~=6.456kgf/mm?=645.6kgf/cm2

2

m'z大・B大y大cos。。”14x123x210x0.183xcosaon

。=b"=645.6-^^=707^/7cm2

小大队0.167

高速副齿轮强度比较富裕，安全系数比较大

tga°n=tgaosXcos£o=吆20。xfg20。=0.3420

aon=18.88°«19°

七、皮带轮传动的计算

1、已知条件：

①电机功率75KW,转速n=1395r/min

②小皮带轮直径：。小=350mm

③大皮带轮直径：。大=1235mm

④皮带轮传动比：i皮=品1735=3.53

⑤两班制，起动负荷为正常负荷的L25倍。

2、选择三角皮带：根据功率与工作情况，选择D型皮带

3、飞轮转速

n1395

〃飞=395r/min

i皮3.53

4、飞轮轮缘线速

nDn,3.14x1250x395…,

v=-----£=----------------=25.9/72/s

6000060000

5、根据实际尺寸，确定中心距为1200mm

6、计算皮带长度

71（。大—D小）2

/=2a()+,(。大+D小)+

4ao

TT(1235-350)2

=2x1200+—(1235+350)+

24x1200

=5052.88mm

取皮带内周长为Lp=5000mm即D5000

7、计算小带轮包角

a=180。+口大一D小.=18()o-1235二35°义6Go=⑶万°

A1200

a>120°

8、皮带扰曲次数

〃=工=生2=5.18次/秒<15次/秒

Lp5

9、皮带根数

Pd

Z2

(耳+AP)KLKa

式中：

Pd—计算功率

Pd=K“.NH

鼠一工况系数Ka=l.2

Pd=KM=1.2X75=9OZW

Pl一单根皮带功率Pl=16.77KW

△P一单根皮带额定功率增量△P=l.88KW

Ka一包角修正系数Ka=0.88

K1一带长修正系数Kl=0.96

Pa90

Z>=5.7根

CP,+AP)KLKa(16.77+1.88)x0.88x0.96

取皮带根数为5根

10、单根皮带的初张紧力F。

F°=500x&（至-D+q/

记Ku

式中：

q一单位长度质量q=0.6

Pd-计算功率Pd=90kw

Ka-包角修正系数K“=0.88

R=500x^-(--l)+^v2=500(--1)90+0.6x25.92

°vZKu"0.885x25.9

=1(M2N

11、作用在轴上的力

F^2ZF0Sin(a/2)=2X5X1042Xsin(135.75/2)=9653N

七离合器与制动器部分的计算

1,离合器部分计算

1.1离合器轴上的工作扭矩MK

M

MK=—（公斤.米）

K4

式中：ML曲轴工作扭矩（公斤.米）MQ=81720kgf.m

12386

i—曲轴至离合器轴的传动比1=---x-=38.9

1617

n—齿轮传动效率n=0.96

V—齿轮传动对数V=2

MQ81720

MK=2266kgf.m

l\彳-38.9x0.962

1.2离合器计算扭矩MKP

MKP=MK0（公斤.米）

式中：MK-离合器轴上的工作扭矩（公斤.米）

MQ=3712.8（公斤.米）

B—储备系数，考虑摩擦系数变动，气压波动与

其它阻力对扭矩的影响。B=l.l

1.3计算参数的选用

摩擦表面数n：n=2

摩擦块块数m：m=10

平均摩擦半径RCP:RCP=30（厘米）

摩擦块面积F：F=148（厘米2）

摩擦块摩擦系数P：u=0.3-0.4取u=0.4

1.4单位压力qm计算

M“

<3,„=-^―Z,—

f.iKcptmn

249200

-0.4x30x148x2x10

=1.02kgfIcm2

1.5压紧摩擦块所需要的轴向力Pm

pm-m.qmF=10x7.02x148=103896kgf

1.6离合器脱开弹簧所产生的轴向力P弹

设计选用4根10X60X130

根据图纸设计，使用新的摩擦块时，压缩量为23mm,当摩擦后磨损

10mm后，压缩量为33mm

查弹簧标准：GB2089-80得知：弹簧刚度P=8.42kgf/mm

最大压缩量Fi=49.7mm

P弹=33X8.42=278kgf

1.7所需要的空气压力p

y（亿"+4〃弹）

0785（方“）<[p]

式中：Y—考虑到汽缸漏损、脱开弹簧阻力与摩擦损耗等系数丫=1.1

D、d—离合器汽缸外径与内径（厘米），

D=78厘米

D=50厘米

YP,„1.1x(10389.6+4x278)

=4.4969kgf.cm2<[p\

0.785(D2-J2)~~0.785(782-502)

空气压力[p]W4（公斤/厘米2）

2,制动器部分计算

2.1计算折算到离合器轴上的各从动件的总转动惯量J

总转动惯量是由偏心齿轮、中间轴与离合器轴的转动惯量构成

2.1.1偏心齿轮的转动惯量J偏及其计算简图如下

27。36。

"I"

45\

\1N

3

困

岭4=

勺1

63

8

N

低速大齿轮转动惯置计算简图

G=0.785x(1.8922-1,722)x0.27x7800=1027^

G,=0.785x(1.722-0.472)x0.09x7800-0.5x0.39x0.45x0.09x7800x6=1139kgf

G3=0.04xO.llx().535x7800x6=11Okgf

3

G=0.785X(0.862-0.712)x0.395x7800x-=427的

44

22

G5=0.785X(0.71-0.47)x0.05x7800x|=5?,kgf

22

Gb=0.785x(0.47-0.29)xO.82x7800=687kgf

「1027

Ji+[2)=(1.8922+1.72?)=85.557452

1139,2,2,2

J2=^^x(1.72+0.47)=46.14^./^

8g

2

J3=—x(1.54+0.292)=3.443加.52

8g

222

J4=(0.86+0.71)+=13.051Sksf.m.s

8gg

22

J5=—(0.72+0.47)+=0.91489左4.加.$2

'8gg

687、、、

J=---------X(0.2352+0.1452)=0.6614Skgf.m.s2

b8x9.81

/偏=85.557+46.14+3.44+13.0518+0.91489+0.66748=149.77kgf.m/

因为是双点压力机有两个偏心齿轮

J媪=2x149.77=299.54kgf.nts2

折算到离合器轴上的檄惯量：

偏299.54

J=0.19784奴/■.加V

偏折一.2.222

‘低,高5.06X7.69

2.1.2中间轴上转动惯量的计算J中

G,=0.785x0.272x0.3x7800=134的

2

G2=0.785x0.43x0.28x7800=31Ikgf

2

G3=0.785xO33x0.45x7800=3Q0kgf

22

G4=0.785x(1.832-1.56)x0.23x7800=1299kgf

2

G5=0.785X(1.562-0.4)x0.07x7800-0.5x0.39x0.45x0.07x7800x6681kgf

Ga=0.785x0.42x0.23x7800=225kgf

G7=0.04x0.09x0.49x7800x6=82.56攵”

2

G8=0.785x0.22x0.125x7800=37kgf

Goo134)i

J.=一(。2+"2)=----------X0.272=0A245kgf.m.s2

18g8x9.81

317

J,=——X0.432=0.74686依/ms2

8g

300,2,2

J3=—xO.33=0A\63kgf.m.s

8g

IOgg

2

JA=——(1.832+1.56?)=95.833上对.加丁

8g

八只7

J=——(1.562+0.42)=22.7039kgf.m.s2

5'8g

225

J《=———x0.42=0.4587

68x9.81

QO5

22

J7=^-^(1.38+0.4)=2.17kgfms?

8g

/中=J1+J2+J3+J4+J5+J6+J7

=0.1245+0.7486+0.4163+95.833+22.7039+0.4587+2.17

=122.453261qgf.m.s2

折算到到离合器轴上的转动惯量：

J中122.453262

/中折=定=节武=20707的皿

问

2.1.3离合器轴的转动惯量

离合器轴上被动惯量计算简图

G=0.785x(0.812-0.242)x0.025x7800=92kgf

22

G2=0.785x(0.24-0.185)xO.135x7800=19.320

2

G3=0.785x0.185x1.466x7800=307a

22

G4=0.785x(0.81-0.27)x0.025x7800=S9kgf

2

G5=0.785x(0.27-0.1852)x0.16x7800=38的

2

G6=0.785x0.26x0.23x7800=95.2kgf

G92

J,=—(D2+解)=898]X(S8F+0.242)=0.836653〃.1

io39

22

J2=3-X(0.24+0.185)=0.0226奴/必2

8g

307,2,

J3=—xO.185=0.13388应皿2

8g

QO

2

J4=—(0.81+0.272)=0.82672必/.〃/

8g

QQ

人=—(0.272+0.1852)=0.051^kgf.m.s2

8g

95222

J6=X0.26=0.0S2kgf.m.s

8g

J离=L+」2+13+L+j5+16

=0.83665+0.0226+0.13388+0.82672+0.05187+0.082

=1.98972咐2

2.1.4离合器的总转动惯量的计算

J=J偏折+J中折+J离

=0.19784+2.0707+1.98972

=4.25826奴/'.机/

2.2离合器轴的角速度w

m3.14x395..

co=——=--------=41.364sec

3030

〃-离合器轴的转速n=395rpm