曲柄壓力機設(shè)計論文

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1、1前言12選題背景22.1課題來源22.2研究目的與意義22.3國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢22.3.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22.3.3發(fā)展趨勢42.3.3存在主要問題及今后看法53 方案論證73.1設(shè)計原理73.1.1傳動系統(tǒng)的布置方式73.1.3傳動級數(shù)和各速比的分配73.1.3確定離合器和制動器的安裝位置83.2總體設(shè)計方案的確定84設(shè)計過程論述104.1壓力機中主體機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定及運動分析104.1.1對心曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運動分析104.1.2偏置曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運動分析144.2壓力機主體機構(gòu)的選擇184.3電動機的選擇214.3.1壓力機功能組成及總功214.3.2電

2、動機型號的選擇234.4壓力機傳動裝置的總體設(shè)計234.4.1確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比234.4.2傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算234.5壓力機主要零部件的設(shè)計計算244.5.1飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算244.5.2 V帶輪的設(shè)計254.5.3齒輪的設(shè)計計算284.5.4曲軸尺寸參數(shù)的確定及強度校核334.5.5曲軸軸承的設(shè)計計算354.5.6傳動軸的設(shè)計計算365 曲軸有限元分析445.1模型的簡化445.2模型的生成455.3單元的選擇455.4網(wǎng)格的劃分455.5約束條件475.6力的施加475.7ANSYS計算結(jié)果與理論計算結(jié)果的比較486 潤滑方式的選擇527結(jié)束語548參考文

3、獻559 附錄56摘要 曲柄壓力機是以曲柄傳動的鍛壓機械，適用于板料的沖孔、落料彎曲、線拉伸及成型等工作。床身可作適當傾斜，以便于把沖壓的成品或鐵屑等物，依靠自重滑落，若裝上自動送料機構(gòu)，則可以推行半自動沖壓工作，一般用于農(nóng)業(yè)機械、電氣工業(yè)、汽車、拖拉機工業(yè)等用途較為廣泛。這篇論文介紹了設(shè)計壓力機的設(shè)計過程，從確定傳動方案開始，到壓力機主體機構(gòu)的尺寸參數(shù)確定和運動分析，在到電動機選擇，最后壓力機傳動系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計計算。此次通過對對心、正偏置、負偏置曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析及相互之間的比較，選則合適的機構(gòu)來達到設(shè)計目的。電動機的選擇采用了比較好的計算方法，通過對計算壓力機在一個工作周期所消耗

4、的能量A以及各部分能量消耗的組成來選擇電動機。由于沖壓工件時沖擊較大，傳動系統(tǒng)中采用了變位齒輪，提高了齒輪的承載能力和耐磨性能。通過這些前期的設(shè)計過程，還有借助AUTOCAD，ANSYS等輔助分析軟件，就能設(shè)計出比較合理的壓力機。關(guān)鍵詞 曲柄壓力機；沖壓；結(jié)點偏置；曲柄滑塊機構(gòu)；變位系數(shù)；強度校核Abstract Crank press is a metal forming machinery which is driven by crank，and it apply to sheet-metal press working，blanking blending，line drawing，met

5、al forming etc. Bed may lean by adjustment appropriate angle in order to make the presswork，iron chippings and so on, slip by their gravity. if crank press is equipped with automatic feed mechanism, you can implement semi-automatic punching. Generally this press is used for agriculture machinery，ele

6、ctric industrial automotive，tractor industrial and so on. This article describes the design process about the press design. From the beginning of determining the transmission scheme, and then to determine presss main bodies of the size parameters and motion analyze, next to the motor selection , Fin

7、ally ,the main components of transmission system design calution .This time have conducted a thorough research on centric, positive offset, negative offset slider-crank mechanisms motion analysis and comparison each other ,and then choose the appropriate mechanism to achieve the goal. Motors selecti

8、on has used a relatively good method, calculated by the press in a working cycle of the energy consumption A and the composition of the various parts to select motor.As the impact of large stamping parts ,drive system used the profile modified gear, increased gear bearing capacity and wear-resiting

9、property.Through these early process, as well as with the help of the AUTOCAD, ANSYS, and other auxiliary design analysis software, we can design a very reasonable press .Keywords Crank press Stamping Node offset Slider-crank mechanism Modification coefficient Strength check1前 言曲柄壓力機是采用曲柄滑塊機構(gòu)作為工作機構(gòu)的

10、一類 鍛壓機器。開式曲柄壓力機是曲柄壓力機的一個類別，其特點是具有開式機身（即C形機身）。開式曲柄壓力機因具有開式機身，與閉式壓力機相比具有其突出的優(yōu)點，工作臺在三個方向是敞開的，裝、卸模具和操作都比較方便，同時為機械化和自動化提供了良好的條件。但是，開式壓力機具有其缺點，由于機身呈C形，工作時變形較大，剛性較差，這不但會降低制品精度，而且由于機身有角變形會使上模軸心線與工作臺面不垂直，以至破壞了上、下模具間隙的均勻性，降低模具的使用壽命。由于開式曲柄壓力機使用上最方便，因而被廣泛采用。它是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)備，可由于沖孔、落料、切邊、彎曲、淺拉伸和成形等工序，并廣泛應(yīng)用于國防、航空、汽車

11、、拖拉機、電機、電器、軸承、儀表、農(nóng)機、農(nóng)具、自行車、縫紉機、醫(yī)療器械、日用五金等部門中，開式曲柄壓力機的年產(chǎn)量約占整個鍛壓機械年產(chǎn)量的49.5%，而在通用曲柄壓力機的生產(chǎn)中，約占95% 。眾所周知，制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家的經(jīng)濟實力、科技水平和國防實力。壓力機是機械制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。隨 著社會需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機床設(shè)計要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。因此，對壓力機的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高。有必要對壓力機進行進行優(yōu)化設(shè)計，例如對壓力機主體機構(gòu)尺寸參數(shù)、運動分析、傳動系統(tǒng)等進行優(yōu)化，設(shè)計出低成本

12、、高精度、高效率、節(jié)能的曲柄壓力機，這些都是我們值得探討的。2選題背景2.1課題來源生產(chǎn)實際2.2研究目的與意義曲柄壓力機是以曲柄傳動的鍛壓機械，適用于板料的沖孔、落料彎曲、線拉伸及成型等工作，床身可作適當傾斜，以便于把沖壓的成品或鐵屑等物，依靠自重滑落、若裝上自動送料機構(gòu)、則可以推行半自動沖壓工作，一般用于農(nóng)業(yè)機械、電氣工業(yè)、汽車、拖拉機工業(yè)等用途較為廣泛。為了滿足小批量和單件生產(chǎn)經(jīng)濟上的合理性，要求生產(chǎn)具有更大的柔性、工藝設(shè)備具有萬能性。近1015年內(nèi)，曲柄壓力機仍是大批量或大量生產(chǎn)的企業(yè)體積模鍛和板沖車間的主要設(shè)備，但在總臺數(shù)中的相對數(shù)量未必會增加。設(shè)備的改進，設(shè)備的性能（包括生產(chǎn)率）的

13、改善，以及設(shè)備價格的提高，但是仍然要用不同的方法加以改進。所以提高生產(chǎn)率，改進沖壓件質(zhì)量（首先是他的形狀和尺寸精度），實現(xiàn)自動化，以及根本改善操縱條件和工作地點的舒適性等都是需要研究和優(yōu)化的。2.3國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2.3.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)目前現(xiàn)狀，機械壓力機的正規(guī)專業(yè)和兼業(yè)生產(chǎn)廠共23個，1978年機械壓力機品種（只包括一機械系統(tǒng)的正式產(chǎn)品）共30個系列達160余種，產(chǎn)量占整個鍛壓機械年產(chǎn)量的49%，其中開式壓力機占70%，大、重型機械壓力機占3%。在這期間，上海鍛壓機床廠、上海第二鍛壓機床廠、濟南第二機床廠及徐州鍛壓機床廠等機械壓力機制造廠進行了技術(shù)改造和擴建，生產(chǎn)能大大提高。設(shè)計科

14、研隊伍日益擴大，開展了機械壓力機的三化及科研工作，老產(chǎn)品亦不斷進行更新?lián)Q代。例如，濟南第二機床廠對13中產(chǎn)品至今共進行了23次更新，有的產(chǎn)品以前后更新多次，如160噸閉式雙點壓力機共更新了三次，產(chǎn)品性能及質(zhì)量精益求精?，F(xiàn)在已具備各有設(shè)計和制造大型復(fù)雜機械壓力機的能力，某些產(chǎn)品以接近或趕上世界先進水平。在汽車、航空航天、電子和家用電器領(lǐng)域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車行業(yè)要求生產(chǎn)規(guī)?；?、車型個性化和覆蓋件大型一體化。進入21世紀，我國汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長足的進步。汽車覆蓋件是標志汽車質(zhì)量的最重要鈑金零件，是大型沖壓件的典型件，其生產(chǎn)目

15、前主要有兩種方法：一是由多臺大重型機械壓力機配以自動化機械手，組成自動化柔性沖壓生產(chǎn)線；二是應(yīng)用大型多工位壓力機生產(chǎn)。國外目前現(xiàn)狀，曲柄壓力機，近30年來主要以批量生產(chǎn)在板沖和模鍛中被廣泛使用，專門化程度越來越高，朝著高速度、高精度、自動化方向發(fā)展，普遍采用CNC控制。但今年，多品種少量生產(chǎn)勢頭在國外越益強勁，要滿足其經(jīng)濟上的合理性，就要求生產(chǎn)具有更高的柔性，工藝設(shè)備具有更大的通用性。在這種背景下，國外壓力機設(shè)計、制造者們、在傳統(tǒng)的機械壓力機上經(jīng)反復(fù)各種嘗試，最近終于設(shè)計制造出一些具有新創(chuàng)見的壓力機面市。這些壓力機，在結(jié)構(gòu)上各有其獨到之處，可適應(yīng)多變的工藝過程，通用性大，具有更高的柔性。其中機

16、械驅(qū)動源的液壓化、兼容機械壓力機和液壓機雙方優(yōu)點，體現(xiàn)了未來壓力機的突出特征，例如球頭連桿壓力機，機械液壓壓力機，液壓機械壓力機等。2.3.3發(fā)展趨勢在鍛壓裝備中曲柄壓力機最多，占全部的50%以上，是板料沖壓生產(chǎn)的主打設(shè)備。它們主要用于沖裁、落料、切邊、彎曲、拉延和成形等加工工序，在汽車農(nóng)機、電子。電器儀表、國防工業(yè)及日用平等航和有廣泛的市場。據(jù)有關(guān)質(zhì)料介紹，用機械壓力機生產(chǎn)的零件，在汽車行業(yè)中，對卡車占總零件數(shù)的4555%，對轎車、大卡車為6075%，在電機電器行業(yè)中占6080%，在無線電行業(yè)中占85%，在日用制品行業(yè)中占98%。隨著新工藝新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，一些復(fù)雜的特殊零件可以直接成形。用

17、機械壓力機加工的板料沖壓代替的鑄件和鍛件，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和形狀的不同，其生產(chǎn)成本可降低5070%，零件重量減輕3050%，材料消耗量減少3060%。20世紀前期，由于汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機以及其他鍛壓設(shè)備得到了迅速發(fā)展，在逐漸融入新技術(shù)、新材料后，更推動了曲柄壓力機的發(fā)展。傳動系統(tǒng)是曲柄壓力機的重要組成部分，其作用是將電機的運動和能量按照一定要求傳給曲柄滑塊機構(gòu)。進入21世紀以來，中國鍛壓機床行業(yè)經(jīng)過技術(shù)引進、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運作，快速地提升了我國沖壓設(shè)備整體水平。近年設(shè)計制造的許多產(chǎn)品，其技術(shù)性能指標已經(jīng)接近或達到世界先進水平，在宜人性方面也取得了長足進步。但由于大家都在進步，所

18、以國內(nèi)產(chǎn)品與國外名牌產(chǎn)品的差距并無明顯縮短。因此，我國沖壓設(shè)備行業(yè)和企業(yè)需以戰(zhàn)略的思路和有效的措施應(yīng)對當前的機遇和挑戰(zhàn)。2.3.3存在主要問題及今后看法三十年來，機械壓力機行業(yè)發(fā)展是很快的，但由于原有基礎(chǔ)差，再加上工作中存在的缺點，機械壓力機在產(chǎn)品品種、產(chǎn)量及技術(shù)水平還不能滿足國民經(jīng)濟的需要。存在的主要問題有：1.品種短缺嚴重，關(guān)鍵產(chǎn)品產(chǎn)需矛盾大；2.產(chǎn)品技術(shù)水平低；3.制造質(zhì)量差，配套件質(zhì)量差；4.產(chǎn)品機械化、自動水平低、成套性差；根據(jù)上述存在的問題及國外機械壓力機目前發(fā)展動向，對今后工作提出如下看法：1.大力發(fā)展新品種，尤其是大、重型機械壓力機；2.加強科研隊伍及試驗基地建設(shè)，3.加強沖壓

19、工藝的研究；4.組織專業(yè)生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的成套性，解決原材料的生產(chǎn)和供應(yīng)。3 方案論證3.1設(shè)計原理3.1.1傳動系統(tǒng)的布置方式傳動系統(tǒng)的布置方式包括兩個方面1， 2：1上傳動/下傳動傳動系統(tǒng)布置在工作臺之上稱為上傳動，反之為下傳動。下傳動的優(yōu)點：（1）壓力機重心低，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能減少震動和噪聲，勞動條件較好；（2）壓力機地面高度較少，適宜于高度較矮的廠房；（3）從結(jié)構(gòu)上看，有增加滑塊高度和導(dǎo)軌長度的空間，因而易于提高滑塊的運動 精度，延長模具的壽命，改善工件質(zhì)量；（4）潤滑系統(tǒng)布置于工作臺下，潤滑油不會沾到工件上。其缺點是：（1）壓力機平面尺寸較大，而總高度和上傳動相差不多，故壓力機總重量比上傳

20、動的約大1020%；（2）檢修傳動部件時不便于使用車間內(nèi)的吊車；（3）放置傳動部件的地坑深，地基龐大；總體造價較高。 目前市場上已上傳動壓力機居多，但下傳動壓力機在個別領(lǐng)域仍占有優(yōu)勢，如食品、橡膠等行業(yè)。2曲軸橫放/縱放壓力機傳動系統(tǒng)的曲軸平行于壓力機正面的為曲軸橫放，垂直于正面的為曲軸縱放，一般在中大型壓力機上采取曲軸縱放（偏心齒輪結(jié)構(gòu)），甚至在個別小型壓力機上也采取這種型式。曲軸橫放主要適用于大臺面壓力機（通常為雙點壓力機）。采取曲軸縱放和橫放沒有嚴格的要求，要綜合考慮零件的沖壓工藝，成本等因素來選擇。3.1.3傳動級數(shù)和各速比的分配壓力機的傳動級數(shù)與電動機的的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有

21、關(guān)。行程次數(shù)越低，總速比大，傳動級數(shù)就應(yīng)多些否則每級的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊；行程次數(shù)高，總速比小，傳動級數(shù)可少些，現(xiàn)有壓力機傳動系統(tǒng)的級數(shù)一般不超過四級。行程次數(shù)在70次/min以上的用單級傳動，7030次/min的用兩級傳動，3010次/min的用三級傳動，10次/min一下的用四級傳動1。各傳動級數(shù)的速比分配要恰當。通常三角皮帶傳動的速比不超過68，齒輪傳動部超過79。速比分配時，要保證飛輪有適當?shù)霓D(zhuǎn)速，也要注意布置得盡可能緊湊、美觀和長、寬、高尺寸比例適當。3.1.3確定離合器和制動器的安裝位置單級傳動壓力機的離合器和制動器只能置于曲軸上2。采用剛性離合器的壓力機，離合器應(yīng)置于曲軸上，這

22、是因為剛性離合器不宜在高速下工作，而曲軸的轉(zhuǎn)速較低，故離合器置于曲軸上比較合適。在此情況下，制動器必然也置于曲軸上。采用摩擦離合器時，對于具有兩級和兩級以上傳動的壓力機，離合器可置于轉(zhuǎn)速較低的曲軸上，也可置于中間傳動軸上。當摩擦離合器安裝在低速軸上時，加速壓力機從動部分所需要的功和離合器結(jié)合時所消耗的摩擦功都比較小，因而能量消耗較少，離合器工作條件也比較好。但是低速軸上的離合器需要傳遞較大的扭矩，因而結(jié)構(gòu)尺寸較大。因此，摩擦離合器的合理位置應(yīng)視機器的具體情況而定。一般來說，行程次數(shù)較高的壓力機（如模鍛壓力機）離合器最好安裝在曲軸上，因為這樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器工作條件也

23、較好。行程次數(shù)較低的壓力機（如中大型通用壓力機），由于曲軸轉(zhuǎn)速低，最后一級大齒輪的飛輪作用已不顯著為了縮小離合器尺寸，降低其制造成本，并且由于結(jié)構(gòu)布置的要求，離合器多置于轉(zhuǎn)速較高的傳動軸上，一般是飛輪軸。制動器的位置則隨離合器位置而定。因為傳動軸上制動力矩較小，可縮小制動器的結(jié)構(gòu)尺寸。3.2總體設(shè)計方案的確定根據(jù)以上設(shè)計原理及此次設(shè)計原始數(shù)據(jù)綜合考慮，曲柄壓力機傳動系統(tǒng)選擇2級傳動，一級帶傳動，大帶輪兼做飛輪用，一級齒輪傳動，齒輪懸臂放置，剛性離合器和制動器均在曲軸上，曲軸橫放，大帶輪兼做飛輪用，齒輪懸臂放置?？傮w傳動方案如圖1所示。圖3.1 曲柄壓力機總體傳動方案 4設(shè)計過程論述4.1壓力機

24、中主體機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定及運動分析設(shè)計原始數(shù)據(jù)：滑塊行程H=100mm，滑塊行程次數(shù)n=40次/分。壓力機主體結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是曲柄壓力機工作機構(gòu)中的主要類型，這種機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥鶑?fù)直線運動運動，實現(xiàn)各種沖壓加工工藝，并直接承受工件變形力。同時，機構(gòu)具有放大作用（即工作載荷大于傳動系統(tǒng)輸入的作用力），滿足壓力機瞬時峰值力的要求。曲柄滑塊機構(gòu)代表曲柄壓力機的主要特征，它的運動分析是設(shè)計和強度校核的基礎(chǔ)，也是靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)。曲柄滑塊機構(gòu)根據(jù)運動機構(gòu)的布置特征，一般分為對心、正偏置、負偏置曲柄滑塊機構(gòu)。這三種不同的結(jié)構(gòu)類型，由于其具有不同的運動速度特征，而分別應(yīng)用于不同的壓力機中。曲柄滑塊機構(gòu)

25、的運動簡圖如圖2所示，0點表示曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，A點表示連桿與曲柄的連接點，B點表示連桿與滑塊的連接點，OA表示曲柄半徑R，AB表示連桿長度。當OA以角速度作旋轉(zhuǎn)運動時，B點則以速度V作直線運動。4.1.1對心曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運動分析1.滑塊位移圖4.2為對心的曲柄滑塊機構(gòu)的運動關(guān)系簡圖。（所謂對心，是指滑塊和連桿的連結(jié)點B的運動軌跡位于曲柄旋轉(zhuǎn)中心O和連結(jié)點的連線上。）滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn) 角之間的關(guān)系可表達為 而 令 而 整理得 （1）由于一般小于0.3，對于通用壓力機，一般在0.10.2范圍內(nèi)，故公式（1）可進行簡化。根號部分可用泰勒級數(shù)展開略去高階項得 公式（1）變?yōu)?（2）

26、圖4.1曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖 圖4.2對心曲柄滑塊機構(gòu)的運動關(guān)系簡圖式中滑塊位移，從下死點算起，向上方向為正，以下均相同；曲柄半徑；曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正，以下均相同；連桿系數(shù)。（ ，其中是連桿長度，當連桿長度可調(diào)時，取最短時數(shù)值。）2滑塊速度 （3）式中 滑塊速度，向下方向為正；下同。曲柄角速度；曲柄轉(zhuǎn)速，亦即滑塊行程次數(shù)。3滑塊加速度 （4） 式中 滑塊加速度，向下方向為正，下同。4.參數(shù)確定由上述分析，結(jié)合運動關(guān)系簡圖可知， 當 ；時； =50 mm 取 則 5.滑塊的運動分析詳細分析數(shù)據(jù)見附件2。曲柄旋轉(zhuǎn)一周的過程中，從0開始每增加15，由公式（2）（4）得，位

27、移S，速度V，加速度隨角度變化的情況，如圖4所示。圖4.3對心曲柄滑塊機構(gòu)滑塊位移速度及加速度曲線4.1.2偏置曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運動分析1.滑塊運動分析圖5、6分別為正偏置、負偏置曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖，1）正偏置情況圖5所示：滑塊位移 ： （5）滑塊速度： （6）滑塊加速度： （7）2)負偏置情況如圖6所示：只需把上述三式e換成-e代入即得滑塊位移 ： （8）滑塊速度： （9）滑塊加速度： （10） 在（5）（10）中 結(jié)點偏置率（ ）； 結(jié)點偏置值。順便指出，當曲柄轉(zhuǎn)角等于零度時，滑塊位移和速度并不等于零。結(jié)點偏置后， 滑塊的速度曲線就不對稱，具有急回或急進特性。 圖5正偏置的

28、曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖 圖6負偏置的曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖例如，采用負偏置的擠壓機，滑塊就有急回特性。其工作行程速度較小，有利于冷擠壓工藝。2曲柄連桿機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定 以正偏置為例計算尺寸參數(shù)。圖7所示，曲柄與連桿重合的兩極限位置，原動件OA處于兩極限位置之間的夾角為極位夾角。通過EXCEL尺寸分析，見附件1，行程速度變化系數(shù)K值優(yōu)解為1.0112，對應(yīng)于。 在中OB2=，OB1=，B1B2=H=100mm，L=，。由余弦定理： （11）由勾股定理： （12）化簡得 （13）由（11）（13）解得: L=460.629，圓整為460 mm； R=49.840， 圓整為50 mm；e=36.579

29、， 圓整為 37 mm； 圖7正偏置曲柄滑塊機構(gòu)處極限位置計算簡圖 =0.734. B1下死點B2上死點負偏置情況時的計算與正偏置一樣，所以機構(gòu)尺寸參數(shù)相同，只是曲柄滑塊的運動特性存在差別。3.偏置滑塊的運動分析有關(guān)滑塊的數(shù)據(jù)見附件2圖8，圖9所示偏置滑塊位移速度及加速度曲線圖8正偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊位移速度及加速度曲線圖9負偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊位移速度及加速度曲線4.2壓力機主體機構(gòu)的選擇將三種情況的位移，速度及加速度，分別在坐標系中做出來，觀察并分析運動特性，如圖10、11、12所示。圖10對心、正偏置負、偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊位移曲線圖11對心、正偏置、負偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊速度曲

30、線圖12對心、正偏置、負偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊加速度曲線從位移圖，速度曲線圖和加速度曲線圖可以看出，結(jié)點偏置后，其位移、速度、加速度曲線不在對稱。這種位移、速度和加速度特征，對其受力特征同樣會有影響。速度V是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，從速度曲線可以看出，在工作區(qū)間（，結(jié)點正偏置后，其速度比相應(yīng)的對心的速度大。這時在回程（其速度比相應(yīng)的對心的速度小，這種速度特征使得正偏置后的結(jié)構(gòu)在工作時速度快而在回程時速度慢，也就是機構(gòu)具有急進的特征3。在工作區(qū)間（），負偏置后速度比相應(yīng)的對心的速度小，同時在回程中（，其速度比相應(yīng)的對心的速度大。這種速度特征使得偏置后的結(jié)構(gòu)在工作時速度慢而在回程時速度快，也就是機構(gòu)具有急回的

31、特征。由以上分析可知，曲柄滑塊機構(gòu)的偏置特征可以改善壓力機的運動特性（同時也可以改善其受力狀況），從而提高壓力機的運動精度，特別是能適應(yīng)不同的工藝要求。正偏置即急進機構(gòu)，常在平鍛機中采用，負偏置即機會機構(gòu)常在擠壓機中采用。此次畢業(yè)設(shè)計，JB2335A型35噸開式雙柱可頃壓力機設(shè)計采用正偏置的具有急進的特征的曲柄滑塊機構(gòu)。4.3電動機的選擇4.3.1壓力機功能組成及總功1工件變形功A1 （14） （15） 2.拉伸墊工作功A2 （16）3.工作行程摩擦A3 摩擦當量力臂 （17） （18） 取 (19) (20) 4.彈性變形功A 4 (21) (22) (23)5.滑塊空程功A5 查表641

32、得 A5=423.333J6.飛輪空轉(zhuǎn)功A6 (24)查表641 得 N0=3KW (25)查表561 得 Cn=0.50 (26) (27) 7.離合器接合功A7 A7=0.2A8.總功 (28) 解得 4.3.2電動機型號的選擇電動機平均功率 (29)電動機實際功率 (30)查表611 得 K取1.3實際選用功率 (31) 又因為，兩級或兩級以上的傳動系統(tǒng)采用同步轉(zhuǎn)速為1500或1000r/min的電動機，單級傳動系統(tǒng)一般采用1000r/min的電動機1。查機械設(shè)計手冊5 ， 同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定功率Ne為2.2KW的電動機型號為Y100L14，滿載轉(zhuǎn)速nm=1430r/mi

33、n。4.4壓力機傳動裝置的總體設(shè)計 4.4.1確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比電動機型號為，滿載轉(zhuǎn)速。1.總傳動比 (32)2.分配傳動裝置的傳動比前面?zhèn)鲃臃桨敢汛_定，采用兩級傳動，一級帶傳動，一級齒輪傳動，傳動方案如圖1所示。 式中分別為帶傳動和齒輪傳動的傳動比。查表15常見機械傳動的主要性能，表411 ,現(xiàn)有通用壓力機傳動參數(shù)，為使V帶傳動外廓尺寸不致過大，取，則齒輪傳動比為： (33)4.4.2傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算傳動裝置如圖1所示1各軸轉(zhuǎn)速電動機軸 傳動軸 (34)曲柄軸 2各軸輸入功率電動機軸輸出功率 傳動軸 (35)曲柄軸 (36)傳動軸、曲柄軸的輸出功率則分別為輸入功

34、率乘軸承效率0.98，例如傳動軸輸出功率2各軸輸入轉(zhuǎn)矩電動機軸輸出 (37)傳動軸 (38)曲柄軸 (39)傳動軸、曲柄軸輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率0.98，例如傳動軸的輸出轉(zhuǎn)矩。運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理于下表：表1運動和動力參數(shù)計算結(jié)果軸 名功率P（KW）扭矩T（N）轉(zhuǎn)速n/min傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電動機軸2.1914.631430傳動軸2.102.0666.7165.38301.05曲柄軸2.01.96397.61389.66484.5壓力機主要零部件的設(shè)計計算4.5.1飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算1電動機在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度 (40)2電動機的額定滑差率 該異步電動機的

35、同步轉(zhuǎn)速，實際轉(zhuǎn)速 (41)3速度不均勻系數(shù)考慮該壓力機需進行拉伸工藝，需要較大的工作能量，故在轉(zhuǎn)子中串如電阻，使0.11，查表671，皮帶當量滑差率，系數(shù)K=1.3，修正系數(shù)，則 (42)5最大盈虧工 (43)4飛輪轉(zhuǎn)動慣量 (44)4.5.2 V帶輪的設(shè)計設(shè)計原始數(shù)據(jù)：電動機額定功率,轉(zhuǎn)速，傳動比，每天工作8小時。1確定計算功率 由表879，查得工作情況系數(shù)，故 (45)2選擇V帶的帶型根據(jù)Pca 、ne由圖8119選用Z型3確定帶輪的基準直徑dd1并驗算帶速v1) 初選小帶輪的基準直徑。由表869表889，取小帶輪的基準直徑dd1=80mm。2) 驗算帶速v 。按式（813）9 驗算帶的

36、速度 (46) 因為5m/s 30 m/s ，故帶速合適。3）計算大帶輪的基準直徑，根據(jù)式（815a）9 ，計算大帶輪的基準直徑dd2 (47) 根據(jù)表889，圓整為400mm。4確定V帶的中心距a和基準長度Ld 1）根據(jù)式（820）9得，336a0960，初定中心距a0=500mm。2）由式（822）9計算帶所需要的基準長度 （48） 由表829選帶的基準長度Ld=1800mm。3）按式（823）9計算實際中心距a （49）中心距的變化范圍為493a574mm。5驗算小帶輪包角 （50）6計算帶的根數(shù)Z1）計算單根V帶的額定功率Pr 。由dd1=90mm和ne=1430r/min，查表84a

37、9得P0=0.346KW。根據(jù)nm=1430r/min，i0=4.75和Z型帶查表84b9得。查表859得，查表829得，于是 （51）2）計算V帶的根數(shù)Z （52）取7根。7計算單根V帶的初拉力的最小值由表839得A型帶的單位長度質(zhì)量，所以（53）應(yīng)使帶的實際初拉力 。8計算壓軸力壓軸力的最小值為 （54） 9V帶設(shè)計結(jié)果如下表所示 表2帶輪設(shè)計結(jié)果槽型Z型帶長Ld=1800mm根數(shù)7根中心距a=520mm小帶輪直徑dd1=80mm大帶輪直徑dd2=400mm帶輪結(jié)構(gòu)形式小帶輪采用實心式，大帶輪輪輻式4.5.3齒輪的設(shè)計計算1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）按圖1所示傳動方案，選用變位

38、直齒圓柱齒輪傳動。3）壓力機一般為機床類，速度不高，故選用7及精度（GB1009588）。2）材料選著。由表1019選著小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。4）選小齒輪齒數(shù)z1=13，則大齒輪齒數(shù)z2=i，取z2=822按齒面強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（109）9進行計算，即 （55）l 確定公式類各計算數(shù)字1） 試選載荷系數(shù)。2） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由表1中小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3） 由表1079，小齒輪做懸臂布置，選取齒寬系數(shù)。4） 由表1069，查的材料的彈性影響系數(shù)。5） 由圖1021d9，按齒面硬度查

39、得小齒輪的接觸疲勞強度極；大齒輪的接觸疲勞極限。6） 由式10139計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 （56） （57）7） 由圖10199取接觸疲勞壽命系數(shù)；。8） 計算接觸疲勞需用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（1012）9得 （58） (59)9） 變?yōu)橄禂?shù)的選擇。采用,表21710，按耐磨性能最有利的條件制定的變位系數(shù)表取 。10）查取節(jié)點區(qū)域系數(shù) 按，由圖10811，查得l 計算1）試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入 中較小的值。2）計算圓周速度v。 （60）3）計算齒寬。 （61）4）計算齒寬與齒高之比。模數(shù) （62）齒高 （63） 5）計算載荷系數(shù)。根據(jù)，7級精度，由圖1089查得

40、動載系數(shù)，直齒輪；由表1029查得使用系數(shù)；由表1049用插值法查得7級精度，小齒輪相對支撐為懸臂布置 。由 ，查圖10139得；故載荷系數(shù) （64）6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（1010a）9得 （65）7）計算模數(shù)。 （66）3按齒根彎曲強度設(shè)計由式（105）9得彎曲強度的設(shè)計公式為 (67)l 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值1）由圖1020c9查得小齒輪的彎曲強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；2）由圖10189取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（1012）9得 (68) (69)4）計算載荷系數(shù)。 (70)5）查取齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)。按齒

41、數(shù)和變位系數(shù)，由圖101611和101711，查取，；按齒數(shù)和變位系數(shù)，由圖101711 和101711，查取，；6）計算大小齒輪的并加以比較。 (71) (72)大齒輪的數(shù)值比較大。l 設(shè)計計算 (73)對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)3.476并就近圓整為標準值，按接觸強度算得的分度圓直徑=66.956mm，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) ，取。這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了

42、齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4幾何尺寸計算。表3外嚙合直齒圓柱齒輪傳動計算結(jié)果(表中) (mm) 名稱符號計算公式小齒輪大齒輪模數(shù)m4齒數(shù)z變位系數(shù)x嚙合角 分度圓直徑d節(jié)圓直徑中心距a實際中心距中心距變動系數(shù)y齒頂高降低系數(shù)齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑齒輪寬度B4.5.4曲軸尺寸參數(shù)的確定及強度校核曲柄壓力機中，常見的曲軸有三種型式，即曲軸、曲拐軸和偏心軸1。曲軸為壓力機的重要零件，受力復(fù)雜，故制造條件要求較高，一般用45號鋼鍛制而成。鍛比一般取2.53。有些中大型壓力機的曲軸則用合金鋼鍛制，如40Cr，37SiMn2MoV、18CrMnNoV，鍛比需要大于3，對于小型壓

43、力機的曲軸，國內(nèi)有些制造廠用球磨鑄鐵QT602鑄造。鍛制的曲軸加工后應(yīng)進調(diào)質(zhì)處理，有時還要在兩端切割試件進行機械性能試驗。對于大型曲軸，有時在支承頸和曲柄頸中心處鉆深孔，以該善淬透性，提高機械性能，曲軸支承頸和曲柄頸（或曲拐頸）需加以精車或磨光，為了延長曲軸壽命，在各軸頸特別是圓角處，最好用滾子碾壓強化。1 圖13曲軸尺寸參數(shù)的確定，如表4。圖13曲軸示意圖 表4曲軸有關(guān)尺寸經(jīng)驗公式1及計算結(jié)果 (單位：mm ； Pg公稱壓力350KN)曲軸各部分名稱代號經(jīng)驗公式及數(shù)據(jù)支承頸直徑 取支承頸長度 取曲柄頸直徑 取曲柄頸長度 取曲柄兩臂外側(cè)間長度 取曲柄頸的寬度或直徑 取圓角半徑 取2曲軸的強度校核曲軸強度計算存在不少問題，過去所沿用的方法與實際情況相差較大，有些在計算上亦感繁瑣?，F(xiàn)只介紹一種較精確校核的計算方法1，這種方法對載荷和支承做了一些簡化，如圖14所示簡化模型。對載荷的簡化1：1）齒輪對曲軸的作用力比連桿比連桿對它的作用力小得多，可忽略不計；2）連桿對曲軸的作用力近似看成等于公稱壓力,并分別作用在距離曲柄臂處。對支承的簡化：兩支承也是在距離曲柄臂處，簡化成簡支梁。危險截面：CC（曲柄頸中點處），BB（右側(cè)曲柄臂右端面）。圖14曲軸計算簡圖（純彎梁法）危險截面計算：l CC截面 曲軸材料為40Cr調(diào)質(zhì)鋼，其許用應(yīng)力，可見，曲軸強度滿足。l BB截面公稱當量力臂