J11-5单柱固定台曲柄压力机设计含4张CAD图
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J11-5单柱固定台曲柄压力机设计含4张CAD图,J11,固定,曲柄,压力机,设计,CAD
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J11-5单柱固定台曲柄压力机设计摘 要 曲柄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，对胚料进行成行加工的锻压机械。曲柄压力机动作平稳，工作可靠，广泛用于冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。其结构简单，操作方便，性能可靠。关键词：压力机，曲柄机构，机械制造AbstractCrank pressure machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport, Carries the formed processing to the semifinished materials the forging and stamping machinery. The crank press movement is steady, the work is reliable, widely uses in crafts and so on ramming, extrusion, drop forging and powder metallurgy. Its structure is simple ,the ease of operation , the performance is reliable .The coupling part uses the rigidity to transfer the key type coupling, the use service is convenient.Keywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturin目 录前 言3第一节 开式曲压力机的特点和用途3第二节 J115开式曲柄压力机的基本参数3第三节 开式压力机设计的基本要求4第一章 电动机的选择和飞轮设计6第一节 压力机电力拖动特点6第二节 电动机的选择6一、选择电动机的类型6二、选择电动机的功率7三、确定电动机的转速7四、计算传动比7五、计算传动装置的运动和动力参数8第三节 飞轮转动惯量及尺寸计算9一、压力机一次工作循环所消耗的能量9二、飞轮转动惯量计算10三、飞轮尺寸计算11四、飞轮轮缘线速度验算13第二章 机械传动系统14第一节 传动系统的类型及系统分析14一、传动系统类型14二、传动系统的布置方式14三、离合器和制动器的位置15四、传动级数和各级传动比的分配15第二节 V带传动设计16第三节 平键连接18第三章 曲柄滑块机构20第一节 曲柄滑块机构的运动和受力分析20一、曲柄滑块机构20二、曲轴扭矩计算21第二节 曲柄轴的设计22一、曲轴的结构示意图22二、曲柄轴强度设计计算22第三节 连杆和封闭高度调节装置24一、连杆和封闭高度调节装置的结构24二、连杆的计算24三、连杆及球头调节螺杆的强度计算25四、调节螺杆的螺纹计算27五、连杆上的紧固螺栓27第四节 滑动轴承27一、滑动轴承的结构27二、滑动轴承的润滑及轴瓦结构28三、滑动轴承的计算28第四章 离合器与制动器30第一节 离合器与制动器的作用原理30第二节 离合器的设计31一、离合器的类型、工作特性及其选用原则31二、 双转键离合器的结构32第三节 制动器的设计34一、制动器的类型、工作特性及其选用原则34二、带式制动器的结构35第五章 机身设计36第一节 机身结构36第二节 机身计算37第六章 过载保护装置设计40第一节 剪切破坏式过载保护装置的结构40第二节 剪切块的设计计算41第七章 润滑系统43曲柄压力机常用润滑剂43一、稀油润滑43二、干油润滑44结束语45参考文献46前 言 1、 开式曲柄压力机的特点和用途 曲柄压力机是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器。 开式压力机是曲柄压力机的一个类别，其特点是具有开式机身（即C型机）。开式压力机因为具有开式机身，与闭式压力机相比有其突出的优点，工作台在三个方向是敞开的，装、模具和操作都比较方便，同时为机械化和自动化提供了良好的条件。但是，开式压力机也有其缺点，由于机身呈C型，工作是变形较大，刚性较差，这不但会降低制品精度，而且由于机身有角变形会使上模轴心线与工作台面不垂直，以至破坏了上、模具间隙的均匀性，降低模具的使用寿命。由于开式曲柄压力机使用上最方便，因而被广泛采用。它是板料冲压生产中的主要设备，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成型等工序，并广泛应用于国防、航空、汽车、拖拉机、电机、电器、轴承、仪表、农机、农具、自行车、缝纫机、医疗器械、日用五金等部门中。在中、小型压力机中，开式压力机得到了广泛的发展，目前在我国机器制造业中，开式曲柄压力机的年产量约占整个锻压机械年产量的49.5%，而在通用曲柄压力机的生产中约占95%。 二、J115开式曲柄压力机的基本参数开式曲柄压力机的基本参数，决定了它的工艺性能和应用范围，同时也是设计压力机的重要依据。现将J115开式曲柄压力机基本参数分别叙述如下：1、 公称压力F：公称压力是压力机的主参数，是指滑块离下止点前某一特定距离时，滑块上所允许的最大作用力。F=50KN2、 滑块行程S：滑块行程是指压力机滑块从上止点到下止点所经过的距离，它是曲柄半径的两倍，或是偏心齿轮、偏心轴销偏心距的两倍。其大小随压力机工艺用途和公称压力的不同而不同。S=40mm3、 滑块行程次数N：它是指滑块每分钟从上止点到下止点，然后再回到上止点的往复次数。滑块行程次数的高低反映了压力机冲压的生产效率。N=150次/min4、 压力机装模高度H和封闭高度：压力机装模高度是指压力机滑块处于下止点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最高位置（即连杆调至最短）时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。当装模高度调节装置将滑块调整到最低位置（即连杆调至最长）时，装模高度达最小值，称为最小装模高度。压力机装模高度调节装置所能调节的距离称为装模高度调节量（H）。有了装模高度调节量，就可以满足不同闭合高度模具安装的需要。模具的闭合高度应该介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间。所谓封闭高度，是指滑块在下止点时滑块下表面到工作台上表面的距离。它和装模高度之差恰是工作台垫板的厚度。5、模柄孔尺寸：中小型压力机的滑块底面都设有模柄孔，它是用于安装固定上模和确定模具压力中心的。当模具用模柄与滑块相连时，滑块模柄孔的直径和深度应与模具模柄尺寸相协调。中小型压力机模柄孔的形状有圆柱形和方柱形。 三、开式压力机设计的基本要求压力机设计应满足以下基本要求： （一）使用要求：1、参数和精度都能满足工艺用途的要求；2、具有足够的强度、刚度和耐磨、耐久性能，能长期稳定地保持工艺能力；3、操作安全、省力、简单而又便于记忆，并且外形美观，给操作者提供良好的工作条件；4、生产效率高、更换模具等辅助工时少，传动效率高，具有高度的使用经济性。 （二）制造要求：1、结构简单、紧凑，体积小；2、采用性能好，价格低，易于购买的材料，并充分发挥材料的性能使压力机重量轻；3、具有良好的结构工艺性，加工简单，装配方便，并且能与制造厂的设备条件相适应；4、提高“三化”（系列化、通用化和标准化）程度，减少设计、制造劳动量，以缩短制造周期和降低压力机成本。 （三）其他要求：1、运输容易； 2、安装简单； 3、维修方便。 51第一章 电动机的选择和飞轮设计 第一节 压力机电力拖动特点压力机工作过程中，作用在滑块上的负荷是剧增和剧减的周期交替变化着，并且有很短的高峰负载时间和较长的空载时间，若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则其功率将会很大。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，电动机带动飞轮旋转，使其储备能量，而在冲压工作的瞬时，主要靠飞轮释放能量。工件冲压完毕后负载减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度。这样冲压工件所需的能量，不是直接由电动机供给，而是主要由飞轮供给，所以电动机所需的功率便可大大减小。由于电动机的功率小于压力机工作行程的瞬时功率，所以在压力机进入工作行程时，工作机构受到很大的阻力，电动机的负载增大，转差率随之增大。一旦电动机瞬时转差率大于电动机临界转差率，电动机转矩反而下降，甚至迅速停止转动，这种现象称为电动机颠覆。另一方面，电动机在超载条件下会严重发热。给电动机配置一个飞轮，相当于增大了电动机转子的转动惯量。在曲柄压力机传到中，飞轮的惯性拖动的扭矩占总扭矩的85%以上，故没有飞轮电动机就不能正常工作。飞轮是储存能量的，它的尺寸、质量和转速对能量有很大的影响。飞轮材料采用铸铁或铸钢。由于飞轮转速过高会使飞轮破裂，因此铸铁飞轮圆周转速应小于或等于25m/s，最高不超过30m/s；铸钢飞轮圆周转速小于或等于40m/s，最高不超过50m/s。第二节 电动机的选择一、选择电动机的类型 感应电动机又称异步电动机，具有结构简单、坚固、运行方便、可靠、容易控制与维护、价格便宜等优点。因此在工作中的到广泛的应用。目前，开式曲柄压力机常用三相鼠笼转子异步电动机。J11-5的传动系统主要是皮带传动。 二、选择电动机的功率工作机所需的电动机输出功率为:因为工作机所需功率为：，所以 由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 式中分别为V带传动、一个弹性联轴器、工作机的效率。由机械设计课程设计指导书表24查得：取，则 所以 选取电动机的额定功率，使，查Y系列三相异步电动机型号选择表取。 三、确定电动机的转速Y系列三相异步电动机型号选择表，选电动机型号Y180L-6 ，满载转速970 r/min四、计算传动比传动比： 查机械课程设计设计指导书表2-3，V带的传动比的一般范围为，故初选带的传动比 五、计算传动装置的运动和动力参数 （1）各轴转速 轴 曲轴 （2） 各轴的输入功率 轴 曲轴 （3）各轴输入转矩 计算电动机轴的输出转矩 轴 曲轴 运动和动力参数的计算结果列表如下：参数轴名 电动机轴 轴 曲轴转速 970 149.23 149.23功率 11.12 10.68 10.57转矩 72.24 453.90 449.36转动比 6.5 1效率 0.96 0.99 第三节 飞轮转动惯量及尺寸计算 一、压力机一次工作循环所消耗的能量 +式中工件变形功。 气垫工作功，即压边时所需的功。 工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量。 工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量。 压力机构向上、向下空行程所消耗的能量。 单次行程滑块停顿飞轮空转所消耗的能量。 单次行程离合器接合所消耗的能量。用于连续行程的压力机，一循环所消耗的能量为：在工作行程一次时间里，一循环所消耗的能量为：下面分别叙述各项能量的计算。1、 工作变形功对不同的冲压工艺，在工作行程内工件变形力是变化的。 J式中压力机公称压力（KN） 板料厚度(mm) 对慢速压力机= 所以2、 气垫工作功在进行拉伸工作时，气垫压紧工件边缘，随压力机滑块一起向下移动，消耗的能量取决于气垫的压紧力和工作行程，其值相应为压力机公称力的1/6及滑块行程的1/6，即： J式中压力机公称压力（KN） S 滑块行程 （mm）所以3、 工作行程时由于曲柄滑块机构得摩擦所消耗的能量 实际机器的曲柄滑块机构运动副之间，存在着摩擦。电动机在拖动曲柄滑块机构运动时，为克服摩擦消耗能量。在工作行程时，曲柄滑块机构摩擦所消耗的能量，建议按下式计算： 式中，曲柄滑块机构的摩擦当量力臂（mm）， 压力机公称压力（KN）, 公称压力角（）,小型压力机取所以4、 工作行程时由于压力机受力系统弹性变形所消耗的能量完成工序时，压力机受力系统产生的弹性变形是封闭高度增加，受力零件储藏变形位能对于冲裁工序将引起能量损耗，损耗的多少与压力机刚度、被冲裁的零件材料性质等有关。从偏于安全出发损耗的能量可按下式计算： 式中压力机总的垂直刚度（），() 压力机垂直刚度,对于开式压力机 所以综上所述，则 二、飞轮转动惯量计算 电动机选定后，设计飞轮。这时有两个假设： 1、 工作行程时所需能量全部由飞轮供应。2、 工序结束时，电机轴负载扭矩达到最大值，但不大于电机最大允许转矩。 实际上，冲压时电动机放出一部分能量，所以飞轮转动惯量应按下式计算： 式中: 工作行程时所需能量（250.495J） 电动机在额定转速下飞轮的角速度 飞轮转速相对波动情况的转速不均匀系数 其中: k实际电机系数，；电机额定转差率（0.02）；在额定转矩下皮带的当量滑差率（0.05）；修正系数（0.9）。 公称压力角（30） 压力机行程次数利用系数（0.3） 三、飞轮尺寸计算 根据求得的折算到飞轮轴上的转动惯量设计飞轮。曲柄压力机上，一般飞轮形状如图11所示，图中： 是轮缘部分，其转动惯量为； 是轮辐部分，其转动惯量为;是轮毂部分，其转动惯量为。由第二章已知，轮缘部分宽度。飞轮本身的转动惯量，其中轮缘部分是主要的，要比、大的多。故在近似计算中只考虑更趋于安全。 而所以式中 金属密度（），对铸钢：。;；。 图11 四、飞轮轮缘线速度验算飞轮是回转体，为避免回转时产生坏裂，必须验算轮缘线速度：式中：飞轮最大直径； 飞轮转速；许用线速度，对铸钢飞轮。 第二章 机械传动系统 第一节 传动系统的类型及系统分析 一、传动系统类型开式曲柄压力机的传动系统由皮带传动、齿轮传动、轴和轴承等组成。按传动级数，传动系统可分为一级传动、二级传动、三级传动和四级传动。四级传动很少采用。按曲轴的布置形式，传动系统又可以分为垂直于压力机正面布置和平行于压力机正面布置。 二、传动系统的布置方式曲柄压力机传动系统的布置，应使机器便于制造、安装和维修，同时结构紧凑，外形美观。开式曲柄压力机传动系统布置主要包括以下四方面：1、传动系统的位置 开式曲柄压力机大多采用上传到，很少采用下传动。上传动压力机与下传动压力机相比，优点是：（1） 重量较轻，成本低。（2） 安装和维修较方便。（3） 地基较简单。 上传动的缺点是压力机地面高度较大，运行不够平稳。现在通用压力机多数为上传动。 2、曲轴的布置方式 曲轴分为横放和纵放两种布置方式。采用曲拐轴的开式曲柄压力机，曲拐轴是纵放的，传动零件如飞轮、齿轮等置于压力机背面。采用曲轴时，曲轴横放的形式应用很普遍。这种形式的传动系统，传动零件分置于压力机两侧，制造、安装和维修都比较方便。近年来，曲轴纵放的形式得到应用。这种系统的优点是，曲轴可以缩短，刚度有所提高，全部传动零件封闭在机身内部，润滑良好，外形美观。但制造、维修不及前者方便。 三、离合器和制动器的位置 通用压力机的离合器有刚性离合器和摩擦离合器两种。对于单级传动的压力机，由于刚性离合器不宜在高速下工作，所以离合器和制动器只能安置在曲轴上。摩擦离合器与飞轮通常安装在同一传动轴上，制动器的位置和离合器同轴。对于多级传动的压力机，摩擦离合器可以安装在低速轴上，也可以安装在高速轴上。摩擦离合器安装在低速轴上，接合时消耗的摩擦能量小，离合器磨损小。但是低速轴的扭矩大，要增大离合器的尺寸。另外，由于通用压力机的传动系统大多封闭在机身内，不便于离合器的安装和调整，也不便于散热，所以摩擦离合器一般安装在转速较高的传动轴上。此时，由于所需传递扭矩小，压力机结构比较紧凑，但是主动部分和从动部分的初速度相差太大，对传动系统冲击大，摩擦损耗也较大。 四、传动级数和各级传动比的分配传动级数的选取主要与以下三方面有关：1、 滑块每分钟行程次数 每分钟行程次数高，总传动比小，传动级数少；每分钟行程次数低，总传动比大，传动级数多。2、 压力机做工的能力 一级传动的曲柄压力机，飞轮装置在曲轴上，转速与滑块每分钟行程次数相同，而飞轮结构尺寸又不可能太大，飞轮所能释放的能量因此受到限制。所以，在同样公称压力下，一级传动的曲柄压力机做工的能力，要比二级和二级以上传动的曲柄压力机低。3、 对机器结构紧凑性的要求 当传动级数较少，每级传动比较大时，由于小皮带轮和小齿轮结构尺寸不能过小，致使大皮带轮和大齿轮外形庞大，结构不够紧凑，所以设计中，用增加传动级数或采用双边齿轮传动的方法，来缩小传动系统的结构尺寸。各级传动比分配应恰当，使传动系统得到合理布置，不仅安装维修方便，而且结构紧凑美观。一般，三角皮带传动的传动比不超过68，齿轮传动比不超过79.分配传动比时，还应使飞轮有适当转速。飞轮转速过低，外形尺寸增大；过高，飞轮轴上的离合器和轴承工作条件恶化。开式曲柄压力机飞轮的转速通常在240470转/分之间。 第二节 V带传动设计上述计算得出J115型开式曲柄压力机的电动机功率为11.12，满载转速为970r/min，V带传动比为i=6.51、 确定计算功率由机械设计表8.6查得工作情况系数=1.3由式（8.18）=1.311.12=14.52、 选择V带的型号开式曲柄压力机上常用的三角皮带有A、B和C三种型号。由=14.5，转速=970r/min和图8.15，确定选用B型普通V带。3、 确定带的基准直径（1） 按设计要求，由表8.7查得，B型小带轮的最小直径为125（2） 验算带速 ，在525m/s之间满足带速要求。（3）计算从动大带轮基准直径 ，取，则： 按带轮的基准直径系列取 实际传动比： 传动比误差相对值5（一般允许误差），所选大带轮直径可用。4、 确定中心距和带的基准长度 根据公式，查表8.5得 则，初取中心距 由（式8.1）,得带长： 由机械设计表8.3，选取带的基准长度为3550， 由式（8.2）得实际中心距： 5、核算小带轮包角 由式 得： ,满足要求。 6、计算皮带的绕行次数 次/20次/7、确定V带的根数 式中：单根V带所能传递的功率，查机械设计表8.9，为 2.20。 时传动功率的增量，查机械设计表8.11， 为 0.30 包角系数，查机械设计表8.8，为0.85。 长度系数，查机械设计表8.3，为1.09。 所以根，取z=7根。8、 计算带的张紧力和压轴力 由式（8.19）知单根带的张紧力为： 查机械设计表8.5得：，则： 由式（8.21）知带轮轴上的载荷： 9、 确定大带轮的结构尺寸 查机械设计表8.5得： 节宽 槽间距 基准线上槽深 基准线下槽深 最小轮缘厚度 带轮外径 第一槽对称面至端面的最小距离 带轮宽 第五节 平键连接在J11-5开式曲柄压力机上，皮带轮和轴的联接常采用普通平键联接。为避免联接中较弱零件（一般是轮毂）压坏，应验算挤压应力： 式中：键所传递的转矩，（）； 键与轮毂的接触高度（mm）,； 键的接触长度（mm），圆头平键； 轴的直径（mm）。 平键联接的许用挤压应力，轮毂材料为钢时，=120150；轮毂材料为铸铁时，=7080。大皮带轮的材料为45钢，查机械设计表5.1得;键宽，键高，键的接触长度，键与轮毂大皮带轮的接触高度，轴的直径。则：,满足要求。 第三章 曲柄滑块机构 第一节 曲柄滑块机构的运动和受力分析 一、曲柄滑块机构在设计、使用和研究曲柄压力机时，往往需要确定滑块位移和曲柄转角之间的关系，验算滑块的工作速度是否小于加工件塑性变形所允许的合理速度。在计算曲柄滑块机构的受力情况时，由于目前常用的曲柄压力机每分钟的行程次数不高，惯性力在全部作用力中所占的百分比很小，可以忽略不计。同样，曲柄滑块机构的重量也只占公称压力的百分之几，也可忽略不计。如图1-1所示：,S滑块全行程（40mm）,R曲柄半径（）,L-连杆长度(100mm) ,滑块的位移，由滑块的下死点算起；曲柄转角，由曲柄轴颈最低位置沿曲柄旋转的相反方向算起。从图中的几何关系可以得出滑块位移的计算公式： 取公称压力角时，将上式对时间t微分，可求的滑块的速度： 式中:曲柄的角速度(), 曲柄的每分钟次数（即滑块每分钟行程次数N）当压力计主要用于拉伸时，滑块的最大速度应小于板料的最大拉伸速度（对钢取25m/min），曲柄在时，滑块速度最大。 25m/min二、曲轴扭矩计算曲柄所传递的扭矩可以看成由两部分组成：无摩擦机构所需的扭矩和由于存在摩擦所引起的附加扭矩，即： 式中：连杆作用力（KN）; 理想当量力臂（mm），； 摩擦当量力臂(mm)，； 曲轴主轴承半径(mm); 曲柄半径(mm); 连杆球头半径（mm);曲柄连杆机构摩擦系数（开式：取0.04） 。 曲轴扭矩为： 如果上式取，由R=20mm,则 =10mm; 由，取则=17mm;由，取则=19mm.则曲柄压力机所允许传递的最大扭矩为： =1510.3NM 第二节 曲柄轴的设计 一、曲轴的结构示意图图32 二、曲柄轴强度设计计算 1、曲柄轴尺寸经验数据 由前面计算知曲柄支承颈直径=34mm, 其他各部分尺寸见下表3-1 表3-1曲轴尺寸经验数据曲轴各部分尺寸名称代号经验数据实际尺寸（）曲柄颈直径44支承颈长度70曲柄两臂外侧面间的长度100曲柄颈长度50圆角半径3曲柄臂的宽度25曲柄臂的高度70 2、曲轴强度计算(材料选45调质钢)曲轴的危险截面为曲柄颈中央的截面和支承颈端部的截面。截面为弯扭联合作用，但由于弯矩比扭矩大得多，故忽略扭矩计算出来的应力。弯矩：弯曲应力及强度条件： =140 由上式可以导出滑块上许用负荷： 截面为扭弯联合作用，但扭矩比弯矩大得多，故可以只计算扭矩的作用，扭矩： 剪切应力及强度条件： 滑块上许用负荷： 曲轴的刚度一般不进行计算。 第三节 连杆和封闭高度调节装置 一、连杆和封闭高度调节装置的结构由设计条件知连杆长度可调，就用改变连杆长度的方法改变压力机的封闭高度。如图15所示连杆和封闭高度调节装置的结构，这种连杆由连杆盖1、连杆2和球头调节螺杆3等零件组成。其上端套在曲柄轴颈上，下端以球头和滑块6中的球座5及球头压盖4连接。借扳手或用铁棍拨动棘爪转动球头螺杆，就可以改变连杆长度，从而改变压力机的封闭高度。 二、连杆的计算 1、 连杆的作用力: 单点压力机： 2、确定连杆及调节螺杆主要尺寸的经验公式： （1）球头式调节螺杆主要尺寸的经验公式见下表32： （2）连杆长度L（） 计算部位代号经验公式实际尺寸球头调节螺杆mm30222820连杆mm8050 三、连杆及球头调节螺杆的强度计算图3-31、连杆盖 2、连杆 3、调节螺杆 4、球头压盖 5、球头下座 6、滑块 7、螺钉 8、锁紧块 9、锁紧块 连杆及因两端有摩擦力矩存在，连杆及球头调节螺杆受到压应力和弯曲应力的联合作用，应当演算其危险截面AA的合成力使： 危险截面的压应力： 式中 : 危险截面AA的面积（）； 危险截面的弯曲应力: 式中；危险截面的截面模数，圆形截面， ； 危险截面的弯矩（）， 式中 ： 摩擦系数，取； 曲柄轴颈同连杆下支承端轴颈的半径（）， ，； X危险截面到连杆下支承轴颈中心的距离（）， 则 所以 球头调节螺杆用45钢调质处理，=180220，球头表面淬火，硬度为42；连杆采用35,正火处理,=。调节螺杆的螺纹，常采用普通螺纹。 四、调节螺杆的螺纹计算 由于连杆体的材质较螺杆差，调节螺纹的抗弯强度均比挤压强度、剪切强度低，所以只需验算连杆体螺纹的弯曲应力。即： 式中: 、螺纹的外径(22mm)和内径(20.917mm); S螺距(1mm)； H螺纹连接的最小工作高度，； h螺纹牙根处高度，对于普通螺纹； 连杆体螺纹的许用应力，对铸钢ZG35 ,。 ,满足要求。 五、连杆上的紧固螺栓 连杆上端分成两部分，应用紧固螺栓连接。紧固螺栓承受的载荷较为复杂，一般不予计算。查阅相关资料并参考，螺栓个数4个，螺栓直径M16. 第五节 滑动轴承滑动轴承承受冲击载荷的能力强，主要用于曲轴的主轴承，连杆大小端支撑等。一、滑动轴承的结构压力机中常用的滑动轴承有整体式和剖分式两种。整体式轴承结构简单，但磨损后无法调节轴承间隙，轴只能从端部装入，这会给粗重的轴或阶梯轴的安装造成困难。剖分式轴承磨损后，可用改变垫片厚度的方法调节轴承的间隙，装配也较方便。剖分式的轴承中，轴承所承受的径向载荷方向不得超过轴承中心线35左右，否则就应采用斜剖分式滑动轴承。 二、滑动轴承的润滑及轴瓦结构滑动轴承必须可靠地润滑。因此必须正确选择润滑剂和润滑方式。轴和轴承之间要有一定的配合间隙。在轴瓦上要开设油孔和油槽，油孔和油槽应开在压力最小的位置，不宜开在承载区，以免降低油膜的承载能力。轴瓦必须用销或螺钉定位，防止它在轴向和圆周方向窜动。 三、滑动轴承的计算 曲柄连杆机构中的滑动轴承，速度较低，承受短时高峰负荷，轴承处在边界摩擦的状况下工作，设计中应演算轴承轴瓦上的单位压力p使 式中：轴承上的单位压力（）； 作用在该轴承上的压力（N）； 轴瓦的许用单位压力（）； 轴承的支承投影面积（），与轴承的结构、尺寸相关。 1、 验算滑动轴承的单位压力p: （1） 曲轴支承轴瓦： （2） 连杆大端轴承： （3） 连杆小端轴承（球头式）： 2、滑动轴承轴瓦上的速度： （1） 曲轴轴承的速度： （2）连杆大端支承处的速度： 式中各项数据均是前面计算的。 3、验算值：为防止发热过于厉害，还应验算它的值，即 式中： 轴承上的单位压力； 轴承工作表面见的滑动速度。 许用的值，与材料有关。对材料，。 （1）曲轴轴承:,符合要求。 （2）连杆大端轴承：，也符合要求。 第四章 离合器与制动器 第一节 离合器与制动器的作用原理 在曲柄压力机的传动系统中，一般在飞轮传动的后面都设有离合器和制动器，用来控制滑块的运动和停止。离合器和制动器一般是设在飞轮轴上或主轴上。压力机开动后，电动机和起蓄能作用的飞轮是在一直不停地旋转着。每当滑块需要运动时，则离合器接合，主动部分的飞轮通过离合器使从动部分零件（如传动轴、齿轮、曲轴和滑块等）得到运动并传递工作时所必要的扭矩；当滑块需要停止在所需的位置上（滑块行程的上死点或行程中的任意位置），则离合器脱开，主动部分的飞轮和从动部分零件即不发生联系，因而不能再传递运动和扭矩。但是离合器脱开后，离合器部分从动部分以后的零件还储有一定的能量，会使曲轴继续旋转。因此，制动器是用来在一个较短的时间内吸收从动部分零件的能量，以使滑块停止在所需要的位置上。所以，在压力机传动系统中的离合器和制动器是保证压力机正常工作的必要部件，而两者又必须是密切的配合和协调地工作；或当离合器接合前的瞬时，制动器应该松开，这个工作关系是由操纵系统来实现的。一般压力机在不工作时，离合器总是处在脱开状态，而制动器则总是处在制动状态中。由此可见，离合器和制动器部件是用于电动机和飞轮不停地转动情况下，使压力机的曲柄连杆机构开动或停止。因此，对任何压力机而言，离合器和制动器不仅是极其重要而不可缺少的部件，而且还决定着压力机的操作规范。由于工作上和使用上的要求，要求压力机有下列操作规范：如单次行程、连续行程、自动连续行程和寸动行程。离合器和制动器部件的设计必须尽量满足上述的操作规范，同时还应充分考虑以下的具体要求：1、 工作可靠性 在保证离合器各工作部分零件强度和持久性的前提下。传递压力机曲轴所必要的最大扭矩。2、 操作安全性 为了确保操作者的安全，在手工送料时，不允许发生连冲现象，则离合器要能允许压力机有单次行程的可能。其次，为了避免使操作者的双手伸入危险工作区城，必须相应采用开动连锁装置，如双手按钮激活多按钮的电气操作及安全联锁装置等。3、 使用方便性 为了安装和调整模具的方便，特别是较大的压力机应该就具有寸动行程的可能；对于某些工作，或者在自动送料时，则要求有连续的或自动连续的行程。显然，离合器和制动器是在很大程度上决定着压力机的工作可靠性、操作安全性和使用方便性的重要部件。 第二节 离合器的设计 一、离合器的类型、工作特性及其选用原则在开式压力机上广泛采用的离合器有刚性离合器和圆盘摩擦离合器，其主要类型如下：离合器刚性离合器圆盘摩擦离合器嵌牙式滑销式转键式单盘式（嵌块式）多盘式（圆盘式）目前，常见的刚性离合器有嵌牙离合器、滑销离合器和转键离合器。刚性离合器主要的优点是结构简单紧凑、制造维修方便。但是由于受到爪齿、滑销和转键等连接件零件强度的限制，因而能传递的扭矩不大；其次，在离合器轴转速处于较高的情况下，刚性离合器在接合时会产生很大的冲击，离合器的连接零件常常易于磨损或损坏；此外，刚性离合器只能允许滑块停止在上止点的位置，而不能进行寸动行程。显然刚性离合器是有很多不足之处，在应用上有一定的局限性。但是对于小型低速开式压力机来说，相应这些矛盾并不十分突出。因为：其一、传递扭矩并不大；其二、在安装和调整模具时，用人工转动飞轮还是比较容易实现的；其三、为了减低离合器结合时的冲击速度，刚性离合器一般直接装在低速的主轴上，同时离合器的连接零件尽可能靠近轴心的位置。更主要的是由于刚性离合器的结构比较简单，便于制造和维修，又离合器操纵无需压缩空气能源，所以刚性离合器是比较广泛应用在压力100吨以下和滑块行程次数（即曲轴转速）200次/分以下的开式曲柄压力机上。通过上述所述，结合所设计压力机的型号和功用，选择采用转键离合器。 二、 双转键离合器的结构双转键离合器中，转键之一是主键（又称工作键）用以传递工作扭矩；转键之二是副键（又称辅助键）用以防止曲轴对飞轮的超前，以及调整模具时可使曲轴反转。如图41所示，离合器是安装在曲轴的右端上。离合器的主动部分有飞轮2，中套3（用7键固定在飞轮上）和青铜衬套5、6（各压入飞轮端孔内）等组成。从动部分有曲轴和内外轴套1、4（用键固定在曲轴上）等组成。中套的内孔有四个半圆槽。内外轴套内控和曲轴上亦各有两个轴线互相垂直的半圆槽，两个半圆槽组合成为安插两转键（主键8和副键9）用的孔。转键的两端为圆柱形，可在轴与轴套所形成的圆孔内转动；转键中段截面为半圆形，键的里边与轴上的半圆槽配合，外边与轴形成一个整圆。主键和副键传动的方向是相反的，它们的动作是互相联锁的，因此在转键的右端各装有尾板12和14，两键用拉杆13连接成为联动，主键的左端装有键尾11，与装在内轴套的拉簧10联结。拉簧的作用使主键和副键各绕其轴线转过45（转键的转动角度由内轴套喇叭口所限位），于是两转键的背部突出于曲轴圆周之外，以便与中套的半圆槽相结合，起到使离合器相结构的状态。离合器在未接合时，主键和副键刚好全部卧入曲轴的半圆槽内，因此，飞轮在内外轴套上空转。当压力机工作时，必须使操纵结构的凸轮当块（虚线画出）转离主键的键尾，主键在拉簧10的作用下，转出曲轴半圆槽之外（转过45），由于连锁的关系，副键亦同样转出，这样连续旋转的飞轮中套半圆槽便于主键相结合，则飞轮便带动曲轴转动。如凸轮档块转回复位，则主键的键尾碰到凸轮当块，由此弹簧拉长，主键和副键又转回（45）并卧入曲轴的半圆槽内，由此，离合器即处于脱开状态，则飞轮仍在内外轴套上空转。 转键在离合器接合时承受很大的冲击载荷，为了保证有足够的冲击韧性和耐磨性，转键用T7，经热处理淬火硬度为RHC=5257,两端回火至RHC=3540。主键的键尾和凸轮当块的材料同样用合金钢40Cr。内、外轴套和中套的材料一般用45钢。转键离合器所能传递扭矩的大小，即取决于转键（主键）的强度。 图41 双转键离合器 第三节 制动器的设计 一、制动器的类型、工作特性及其选用原则在曲柄压力机上的制动器有两个作用：1. 当离合器脱开后，将正运转着的传动零件（如滑块、曲轴等）的动能立即转化为消耗在制动器上的摩擦功，并且相当在曲轴转角515的范围内将滑块、曲柄连杆机构和传动零件停止运动。 图42 偏心轮带式离合器 2. 当滑块运动停止后，防止滑块由于自重而下降。在开式压力机上常用的制动器有三种结构形式：闸瓦式制动器、带式制动器和圆盘式制动器。按其制动器工作表面相互作用来看，在这些制动器中有连续制动器和周期制动器的两种工作情况。在周期制动的制动器中，制动作用仅仅发生在滑块行程的某一部分，或者当滑块接近回到上死点相当于曲柄转角515的范围内，在这里选用偏心式带式制动器。 二、带式制动器的结构偏心带式制动器结构图如下图42，制动器设置在曲轴左端上。制动轮1对轴线装成偏心e，用键紧固在曲轴左端上。轮缘上包有钢带2，其内层铆有石棉铜摩擦带3.钢带的一端铆接在摇板7上，另一端铆在拉杆板4上。摇杆7可以绕固定在机身上的轴6回转，借其制动弹簧8的张力拉紧制动带，张力的大小可通过螺帽9调节其弹簧的压缩量。制动的周期性是借其制动轮的偏心e来实现的。即当曲轴转动时，利用偏心e使制动轮有时张紧制动轮，有时放松制动轮。当滑块向下运动时，偏心逐渐减小，则制动轮松开；当滑块向上运动时，偏心主键向上方增大，则制动带张紧而起制动作用，并将滑块停止在上死点的位置上。 第五章 机身设计 机身是压力机的一个最基本部件。所有零部件都装在它上面，工作时要承受全部工作变形力（某些下传动压力机除外）。因此，机身的合理设计对减轻压力机重量，提高压力机精度，以及减少制造工时，都具有直接的影响。 第一节 机身结构 开式压力机的机身有铸造结构和焊接结构两种。铸造结构多用灰铸铁制造，也有球墨铸铁制造。焊接结构多用Q235钢板制造。铸造结构的材料比较容易供应，消震性能较好，但重量较重，刚度较差，目前，较适合于成批生产。焊接结构与上相反，适于单件小批生产，重量较轻，刚度较好，外形比较美观， 但消震性能较差。因此选用焊接机身，材料为Q235-A钢板。 焊接结构设计的一般原则： （1）尽量设计成具有对称的截面和对称的焊缝位置，以减少焊接变形，特别是扭曲变形； （2）要合理布置筋板，数量不易过多； （3）焊缝应尽量远离应力集中区域，尽量避免用焊缝直接承受主要工作载荷； （4）焊缝避免交义与聚集； （5）为工人创造良好的工作条件。 开式压力机的主要优点是操作方便。而主要问题是刚度较差，特别是有角变形存在，影响工件精度和模具寿命。因此提高压力机和机身刚度就成为机身设计的重要问题。提高机身刚度的途径有三：（1） 合理设计截面。为了提高机身刚度，减少角变形，例如尽量加大截面高度，加大喉口壁厚等。（2） 采用高弹性模数材料。如孕育铸铁球墨铸铁、钢板焊接等。（3） 改进机身结构形式 。喉口内侧加拉杆的开式机身可以大大减小角变形。 第二节 机身计算开式压力机由于是三面敞开的悬臂结构，刚度差，特别是存在角变形，影响冲压件精度及模具寿命。为便于设计，主要进行强度计算，然后进行刚度校验。机身危险截面在喉口的横切面上，如图51所示：危险截面上受到弯矩M和拉力的作用。弯矩M为： 式中 压力机公称压力（N），50； 喉口深度（），； 喉口内缘到截面形心的距离； 图51 机身强度计算简图截面面积序号宽高面积各块面积形心坐标面积与形心坐标乘积各块面积形心至整个危险截面形心的距离各块面积对本身形心的惯性矩1212.5174258.53612.58.53070010235222.56532532.510562.515.578080114430323.52.517.563.751083.7546.75382479.1合计767.515258.75147027124674危险截面惯性矩：危险截面截面积：危险截面最大计算拉应力： 最大实际拉应力：式中; 截面形状系数，取；动载系数，取1.5； 许用系数，对于钢板。 危险截面最大压应力： 式中: 许用压应力（），对于钢板。由于机身刚度计算一般比较复杂，这里就不计算了。第六章 过载保护装置设计 曲柄压力机在使用过程中，由于种种原因可能产生过载现象，如压力机吨位选用不当，模具安装调整不正确，模具刃口变钝，材料厚度增大，同时进行两块坯料等等，结果导致压力机连杆螺纹破坏、调节螺杆弯曲、曲轴弯曲或断裂、机身变形甚至断裂等主要零件的破坏，给生产带来损失。为了防止因压力机过载而产生的设备事故，在压力机上装有过载保护装置。在压力机过载时，保护装置即发生作用，使得作用在压力机上的载荷不继续增加，从而保证压力机的主要零件免遭破坏。过载保护装置的种类很多，按其工作性质可以分为两大类：一类是限制滑块上的作用力，另一类是限制传动系统上的传动扭矩的。前者装在连杆或滑块内，当滑块力超过某一数值后它就发生作用，而与曲柄转角数值无关。后者装在传动系统中，因传动扭矩是滑块力与曲柄转角的函数，所以这类保护装置发生作用的条件是取决于滑块力及曲柄转角两个因素的。在选择保护装置种类时，应根据压力机结构、工艺用途、主要零件的允许负荷曲线等因素。对于小行程的压力机，主要是用于冲孔、落料、浅拉伸等工序，要求工作行程短、通常只采用压力保护装置。对于行程大的压力机，主要是用于深拉延工序，工作行程较长，同时也要考虑冲孔、落料等工序，故应同时采用两种保护装置。开式压力机属于前一种情况，通常只装置着压力保护装置。压力保护装置按其结构的作用原理，可以分为：剪切破坏式、液压式、气动液压自动恢复式、弹簧滚柱自动恢复式等。这里选择剪切破坏式过载保护装置，采用单剪切面式剪切块。 一、剪切破坏式过载保护装置的结构单剪切面式剪切块过载保护装置，其结构如图61所示。这种装置的基本零件是装在连杆下支承座b下面的剪切块a。压力机连杆c所承受的连杆力是通过下支承座b剪切块a传递给滑块d的。当压力机过载时剪切块就剪切破坏，于是连杆c连同下支承座b对滑块d产生相对位移，而不传递力量，使得连杆力不再增加，保证压力机各主要零件免遭破坏。在设计前切块时，必须使高度尺寸大于压力机的公称压力行程，尺寸应大于，以使在剪切块破坏后曲轴能带动连杆转过下死点不与滑块发生顶死现象。剪切块破坏后，必须更换新的剪切块才能重新工作。 二、剪切块的设计计算 图61 剪切破坏式保护装置 剪切块； 连杆下支承座； 连杆； 滑块 1. 剪切块计算力的确定假设剪切块在剪切面上受均匀分布的剪应力，在新的剪切块开始工作时，其破坏是由短时高峰静力超载超载造成，其剪切力为： 式中 剪切断面积（） 静剪切强度极限（）但是，压力机是在脉动载荷下工作的，长期使用后，剪切块是受疲劳破坏，此时，剪切力已降为： 式中 疲劳剪切强度极限（）所以剪切块的剪切力并非恒定。即： 值代表剪切块静剪切强度极限与疲劳剪切强度极限之比，值越小，越接近1。剪切块的保险精度越高。通过疲劳试验，其剪切强度极限有所降低。对用50钢制造的剪切块降低了20，对铸钢HT200剪切块降低了30，其值分别为1.25和1.43，所以目前剪切块均不用铸铁的。因为压力机是在脉动载荷下进行工作的，剪切块的强度很快地就由疲劳而降低，为了充分发挥压力机的工作能力，剪切块的强度应按疲劳破坏的条件考虑，即 式中 压力机的公称压力（kN） 2. 剪切块强度极限的确定确定疲劳剪切强度极限，可用试棒测出，再求出，除以即： 或用试样实测力求出值。 3. 剪切块剪切断面尺寸的确定剪切块外径应小于球座外径; 式中： 下球座外径（），。剪切面间隙（上、下直径差）： 式中： 剪切面高度（mm）。钢制单剪切面剪切块剪切面直径及剪切断面厚度: 式中 材料抗拉强度（），对钢材料。 第七章 润滑系统 润滑系统是保证曲柄压力机正常工作所必不可少的辅助装置。通过润滑可以减少零部件运动中的磨损，提高压力机寿命，保证压力机精度，降低能量损耗，减少维修费用，所以在曲柄压力机上除了摩擦离合器及各种类型制动器的摩擦面之外，一切有相对运动的部位都必须进行润滑。润滑系统有两种分类方法：按照所采用的润滑剂种类可分为稀油润滑和干油润滑，按照润滑的方式可分为分散润滑和集中润滑。在实际应用中，一台压力机上的不同摩擦副之间，根据各自的运动特点和受力状况采用不同的润滑剂和润滑方式。 曲柄压力机常用润滑剂 一、稀油润滑 曲柄压力机常用的稀油为20号至50号机械油（GB44364），它的主要性质见表7-1；稀油润滑的优点是：内摩擦系数小，所以克服摩擦力的能量消耗少，适用于高速运转的零部件；稀油流动性好，易进入各润滑点的摩擦表面，当采用循环供油时有良好的冷却作用，并可将粘附在摩擦表面上的杂志和由于研磨而产生的金属微粒带走。表7-1 曲柄压力机常用润滑油主要性质 代号50时的粘度 闪点（开式） （） 厘沲 （） 机械油（GB44364） HJ20 17232.63.11 -15 170 HJ30 27333.814.59 -10 180 HJ40 37435.115.89 -10 190 HJ50 47536.427.2 -10 200 稀油润滑的缺点是油膜不能承受大的单位压力，否则润滑油将会从摩擦表面挤走变成了干摩擦，起不到润滑作用；由于稀油的流动性好，对密封的要求就高，而且不宜用于润滑处于垂直位置的摩擦面，在这种情况下应该采用循环供油。选用某种牌号的机械油应根据具体情况，粘度大的机械油流动时内部阻力大，所以对于高速运转
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