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1緒論
1.1設(shè)計專用精壓機(jī)的目的和意義
設(shè)計的目的是為了更實用，精壓機(jī)構(gòu)運(yùn)動更科學(xué)，科技和技術(shù)含量提高，運(yùn)動效率更高，更節(jié)省成本。隨著科學(xué)技術(shù)的提高，各種復(fù)雜專業(yè)場合對精壓機(jī)提出了更高或者更專門的要求。因此對專用精壓機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計具有極大的現(xiàn)實意義。設(shè)計的目的是為了實用，面對激烈的市場競爭，只有技術(shù)性能更加進(jìn)步、更加符合生產(chǎn)實際需要的產(chǎn)品才能贏得市場。
1.2本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析
我國今年來隨著工業(yè)的發(fā)展，對壓力機(jī)械的要求也逐漸提高，尤其是其精度，效率，社會效益，經(jīng)濟(jì)性等各方面。精壓機(jī)的發(fā)展就有了很大的研究空間。各種環(huán)境下的品種繁多。萬變不離其宗，歸根結(jié)底還是對其組成機(jī)構(gòu)的優(yōu)化。目前國內(nèi)主要科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校研發(fā)中心、工業(yè)企業(yè)等主要的工作是從其運(yùn)動學(xué)的角度對機(jī)構(gòu)的優(yōu)化工作進(jìn)行可行性分析。隨著國內(nèi)基本建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國的建設(shè)機(jī)械市場已經(jīng)成為國際設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，精壓機(jī)械行業(yè)也不例外，外資的進(jìn)入，進(jìn)一步加劇了市場的競爭程度，國內(nèi)破碎機(jī)械企業(yè)要想在競爭的大潮中取得先機(jī)，其首要問題就是要提高現(xiàn)有精壓設(shè)備的質(zhì)量和技術(shù)含量，盡快縮小與國外先進(jìn)水平的差距，創(chuàng)造自己的品牌，爭取市場主動。
1.2.2國外研究現(xiàn)狀及分析
國外關(guān)于精壓機(jī)方面的研究比之國內(nèi)要深入和寬廣的多，并且多以理論聯(lián)系實驗綜合進(jìn)行分析考慮，經(jīng)過總結(jié)所查閱的文獻(xiàn)，大致可將國外所做關(guān)于精壓機(jī)的研究工作歸納為對其運(yùn)動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，對干殼體所作的改進(jìn) ，包括從材料方面入手。精壓機(jī)械在國外已受到政府部門、企業(yè)界、高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視。美國MIT、Berkeley、Stanford\AT&T的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末機(jī)械加工提出"小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域--微動力學(xué)的報告"的國家建議書，聲稱"由于動力學(xué)(微系統(tǒng))在美國的緊迫性，應(yīng)在這樣一個新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國家的競爭中走在前面"，建議中央財政預(yù)支費(fèi)用為五年5000萬美元，得到美國領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視。日本通產(chǎn)省1991年開始啟動一項為期10年、耗資250億日元的精壓機(jī)械大型研究計劃，研制兩臺樣機(jī)。該計劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國家也相繼對微型系統(tǒng)的研究開發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資。
1.3完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
1了解精壓機(jī)及其整個精壓機(jī)行業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)。
2確定設(shè)計方案：參考資料，進(jìn)行設(shè)計，問詢老師、同學(xué)。
3確定各種組成機(jī)構(gòu)：上網(wǎng)和圖書館查閱，到學(xué)校工廠進(jìn)行實際測量
4畫裝配圖：利用運(yùn)用AutoCAD軟件制圖
5計算校核：參考資料書中的計算方法和公式等進(jìn)行計算校核
2、工作原理及工藝動作過程
專用精壓機(jī)是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝，它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖1（a）所示，上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成形工作，以后，上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。它的主要工藝動作有：
（1） 將新坯料送至待加工位置；
（2） 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出膜腔。
(a) （b）
圖1 加工工件及上模運(yùn)動規(guī)律
3、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求
（1） 動力源是電動機(jī)，作轉(zhuǎn)動；沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模，作上下往復(fù)直移運(yùn)動，其大致運(yùn)動規(guī)律如圖1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。
（2） 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。
（3） 上模移動總行程為280 mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100 mm。
（4） 行程速比系數(shù)K≥1.3。
（5） 坯料輸送的最大距離200 mm。
（6） 上?；瑝K總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 N，且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡；
（7） 設(shè)最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm，繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量為2 kg??m2/mm，質(zhì)心簡化到桿長的中點(diǎn)。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量均忽略不計；
（8） 傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量（以曲柄為等效構(gòu)件，其轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為30 kg??m2，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)[δ]為0.05）
（9） 機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能小，傳動角大于或等于許用傳動角
4、模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖
根據(jù)此設(shè)計的運(yùn)動基本原理模擬此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)過程，通過下圖表示：
圖2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖
由上圖可知：上模運(yùn)動在它的正行程時，推桿和上頂機(jī)機(jī)構(gòu)在一個運(yùn)動周期內(nèi)，當(dāng)機(jī)構(gòu)都在回程中；當(dāng)上模沖壓完成之后，推桿開始將胚料輸送至待加工位置，上頂機(jī)構(gòu)也同時將成品頂出下模，實現(xiàn)一個工作周期。
5、機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的評定和選擇
5.1提出設(shè)計方案:
該專用精壓機(jī)包含有沖壓和送料兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在沖壓機(jī)構(gòu)的工作段要求從動件能夠等速運(yùn)動，在回程階段應(yīng)具有急回特性，此外對機(jī)構(gòu)的動力性能也有一定的要求，傳動角與壓力角需符合標(biāo)準(zhǔn)。同時送料機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確的在一定時間內(nèi)將坯料送至待加工位置。則有以下三種方案。三種可能的方案輪控制其運(yùn)動方式，無太大的受力，需要的傳動結(jié)構(gòu)簡單，通過倒置法能夠確定凸輪的大致輪廓。送料機(jī)構(gòu)是由擺桿滑塊機(jī)構(gòu)完成。
方案一：凸輪—連杠沖壓機(jī)構(gòu)＋擺桿—滑塊送料機(jī)構(gòu)（見圖3）。沖壓機(jī)構(gòu)由凸構(gòu)組成的，按機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖可確定搖桿工作位置和從動件的運(yùn)動規(guī)律，使其能在規(guī)定時間內(nèi)將工件送至待加工位置。
圖3凸輪—連杠沖壓機(jī)構(gòu)＋擺桿—滑塊送料機(jī)構(gòu)
方案二：凸輪—連桿沖壓送料機(jī)構(gòu)（見圖4）送料和沖壓機(jī)構(gòu)都是由凸輪連桿機(jī)構(gòu)組成。連桿機(jī)構(gòu)可通過對桿長的計算設(shè)計，當(dāng)選擇好適當(dāng)?shù)臈U長尺寸后，能實現(xiàn)所需的行程速比以及運(yùn)動要求。通過鉸鏈點(diǎn)與桿長的適當(dāng)選擇，能使機(jī)構(gòu)具有較小的壓力角和較為理想的傳動角，使其達(dá)到運(yùn)動功能，滿足傳動要求。凸輪輪廓線可根據(jù)運(yùn)動的要求用機(jī)構(gòu)倒置法求出，從而使送料、沖壓和上頂同時完成，并也能滿足急回與勻速這一運(yùn)動要求，在完成預(yù)定運(yùn)動的同時，使整個加工效率提高。
圖4凸輪—連桿沖壓送料機(jī)構(gòu)
方案三：擺動導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu) + 曲柄-滑塊送料機(jī)構(gòu)。沖壓機(jī)構(gòu):參考《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》中的有關(guān)連桿機(jī)構(gòu),并且經(jīng)過改進(jìn)，將其凸輪機(jī)構(gòu)高副低代后得到了由搖桿和滑塊組成的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸確定可按給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計，上模將具有急回的特性，搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合可按照要求使上模在工作段接近于勻速。送料機(jī)構(gòu)：搖桿滑塊送料機(jī)構(gòu)通過齒輪與上部曲柄軸相連。可調(diào)節(jié)其在整個運(yùn)動中的初始位置使推桿在預(yù)定時間將胚料送至待加工的位置。如取一定的偏距，則其也具有急回的特性。如下:
圖5擺動導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu) + 曲柄-滑塊送料機(jī)構(gòu)
5.2最終方案的確定
考慮到配料被沖壓成形之后如果還留有切邊，則成品就不能從下模的下部離開，而在第3方案的設(shè)計基礎(chǔ)上，成品只可由一機(jī)構(gòu)垂直將其頂出上模，然后同時由下一個送來的配料將其橫向地推出下模工作臺面。這樣就在第3方案的基礎(chǔ)上增加了一個”上頂“機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向基本和上模相同，上模在回程時呈現(xiàn)出急回的特性，而”上頂”機(jī)構(gòu)為了能迅速的將在下模中的成品頂出，其需要急速向上運(yùn)動的特性。所加“上頂機(jī)構(gòu)”如下圖6：
圖6上頂機(jī)構(gòu)
所以，綜上可以得到整體的機(jī)構(gòu)簡圖，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：穩(wěn)定性良好，傳動平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)比較簡單，經(jīng)濟(jì)性較好，易于流水線生產(chǎn)，可以形成規(guī)模；加工成本也是相對而言比較少的?？v觀以上幾點(diǎn)在加上“上頂機(jī)構(gòu)”的添加，此總體這樣是最為合適的，則設(shè)計此機(jī)構(gòu)的總體簡圖如下圖7：
圖7最終方案
5.3最終決定方案的工作原理
參見機(jī)械運(yùn)動簡圖7：搖桿-滑塊送料機(jī)構(gòu)JHG用推板K將待加工工件推到預(yù)定加工位置（D、Q的正下方）。在送料機(jī)構(gòu)JHG送料后回程時，上?；瑝K沖壓機(jī)構(gòu)CBA已經(jīng)進(jìn)入工作階段，D處滑塊先快速接近原料，再以等速對其進(jìn)行沖壓，同時下?；瑝K沖壓機(jī)構(gòu)PNM恰好到達(dá)最低極限位置頂住工件。當(dāng)沖壓完成后，上模沖壓機(jī)構(gòu)CBA滑塊急回向上退回，而下模沖壓機(jī)構(gòu)PNM由最低位置急速向上運(yùn)動頂出工件。此時，送料機(jī)構(gòu)JHG再次送料，新的待加工工件在成品被完全頂出時到達(dá)預(yù)定位置，將成品推下工作臺，這樣就完成了一個周期的動作。
6、傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計
6.1電動機(jī)的計算與選擇
電動機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中的驅(qū)動部分。工作機(jī)對起動、過載、運(yùn)轉(zhuǎn)平整性、調(diào)速和控制要求較高，且專用精壓機(jī)要求潔凈的工作平臺，所以它要求不能污染成品與工作臺而且便于清洗，因而液壓傳動不符合條件，同時氣壓和液壓的成本都較高，最終選擇電動機(jī)傳動。通過對機(jī)構(gòu)的分析和實際情況的綜合考慮，對電機(jī)的各個參數(shù)做出如下計算：
首先，考慮到電機(jī)輸出功率的傳遞效率問題，電機(jī)應(yīng)該安裝在靠近工作件的齒輪軸上，又由于大齒輪輸入動力時可以傳遞較大的扭矩，故選擇將電機(jī)安裝在與齒輪F的軸線上，且根據(jù)任務(wù)書的要求；每分鐘生產(chǎn)70個工件，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以確定為35r/min，故齒輪A的角速度就可以算得：ω=3.6rad/s，那么由此首先可以確定A輪的轉(zhuǎn)動慣量:
1/2mv12=1/2jω2
這里V1取半個行程的速度平均值V1=0.32m/s，上模塊質(zhì)量m=40kg,由此可以推算齒輪A的轉(zhuǎn)動慣量為：J=40*0.322/3.62kg*m2=0.32kg*m2
從而可以推出其他齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：JF=JL=2.56kg*m2,JA=JG=JM=0.32kg*m2
從而由此根據(jù)能量守恒定律在沖壓成形的過程中，可以估算出電機(jī)的功率：
P=（1/2mv2+1/2J1ω12*3+1/2J2ω2*2+Ff*d）/t
代入數(shù)據(jù)可得：P=746w
考慮到齒輪傳輸中的機(jī)械損失，取功率為1.1KW的電機(jī)。查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》選擇三相交流異步電動機(jī)，其型號為Y90L-6。
Y90L-6型電動機(jī)的基本參數(shù)為：轉(zhuǎn)速910r/min,W額=1.1KW，最大轉(zhuǎn)矩2.2N*mm，電機(jī)軸的直徑D=24mm，鍵槽F=8mm。
6.2減速箱的計算與選擇
根據(jù)生產(chǎn)成品的速率可知主軸轉(zhuǎn)速為35r/min，則公稱傳動比i=n1/n2=26，查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》選擇標(biāo)準(zhǔn)三級圓柱齒輪減速器，其型號為ZSY。其公稱傳動比范圍：22.4—100，總中心距范圍：352—1570，重量150—10800kg。具體選擇型號ZSY（低速級中心距），傳動比i=20—35.5，中心距160，輸入軸d1=24mm m6；輸出軸d2=75mm n6
6.3聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)實際需要，以及電動機(jī)軸和減速箱輸入軸的數(shù)據(jù)，查閱《機(jī)械設(shè)計實用手冊》選擇齒式聯(lián)軸器，型號GⅡCL1,公稱轉(zhuǎn)矩355N*m，許用轉(zhuǎn)速4000r/min，軸孔直徑24mm。減速箱輸出軸和齒輪軸F之間的減速器同樣為齒式聯(lián)軸器，其型號為GⅡCL5，公稱轉(zhuǎn)矩2800N*m，許用轉(zhuǎn)速4000r/min，軸孔直徑40mm;75mm。
6.4機(jī)械系統(tǒng)傳動方案
當(dāng)電動機(jī)、減速箱、聯(lián)軸器，選擇確定以后，本方案選擇齒輪傳動動力，整體傳動方案為：電動機(jī)提供原動力，通過減速箱，輸出設(shè)計需要的轉(zhuǎn)速，在通過齒輪傳動，最后沖壓機(jī)構(gòu)完成動作。則整體傳動系統(tǒng)圖為下圖：
圖8精壓機(jī)傳動系統(tǒng)
7、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計
7.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計
7.1.1上模沖壓機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計
因上模沖壓機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊的傳動機(jī)構(gòu)，且根據(jù)任務(wù)書的要求行程速比系數(shù)K取1.8，則級位夾角=180°(K-1)/(K+1)=52°。且要求上模沖壓的總行程為280mm，則沖模錘的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的距離H為140mm；則考慮兩個極限位置時可以算出
2*CD*Sin/2=280
CD=320mm
取曲柄AB=250mm，得知AC=513mm。
7.1.2下模頂出機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計
下模采用與上模相稱的設(shè)計方案，K值與上移距離均與上模相同。即曲柄MN=AB=250mm，機(jī)架PM=AC=513mm。
7.2傳動系統(tǒng)的尺寸設(shè)計
為了方便運(yùn)算以及統(tǒng)一性，且在保證大于沖錘的沖程范圍。取三個小齒輪的分度圓直徑d=160mm，大齒輪分度圓直徑D=320mm，所有齒輪模數(shù)相同m=8mm。則小齒輪的齒數(shù)z=20，大齒輪的齒數(shù)Z=40。GL水平距離取200mm，與此同時，為了保證推桿送料機(jī)構(gòu)具有急回特性，且方便計算，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)輸送原料。根據(jù)輸送原料時的推桿最大行程以及四連桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.8，考慮兩處極限位置，可以算出曲柄NG=78mm，連桿JN=164mm。
8、齒輪的設(shè)計計算與校核
根據(jù)設(shè)計要求需要5個齒輪。齒輪對稱布置，軟齒面。三個相同的小齒輪，兩個相同的大齒輪。
8.1確定許用應(yīng)力
設(shè)計小齒輪采用40MnB調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1知：齒面硬度為241-286HBS，σ=730MPa，σFE=600MPa；大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為241-269HBS，σ=620 MPa，σFE2=510MPa。繼續(xù)查閱《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-5，取SH=1.1，SF=1.25，故：
= （8-1）
= （8-2）
== （8-3）
= （8-4）
8.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
設(shè)齒輪按8級精度制造，取載荷系數(shù)K=1.5(表11-3)，齒寬系數(shù)φd=0.8（表11-6）。
大齒輪上的轉(zhuǎn)矩T=9.55×10×=9.55×10×=271N*m （8-5）
取＝188（表11-4）
＝376.4mm （8-6）
齒數(shù)： Z=40 Z= =20；
模數(shù)m=8mm；
齒寬b=，取302mm；
則b1=302mm,b2=312mm
則實際的d1=z*m=40*8=320mm，d2=20*8=160mm；
中心距：===240mm；
取a=240mm。
8.3驗算輪齒彎曲強(qiáng)度
齒形系數(shù)YFa1=2.56，（圖11-8），YSa1=1.63（圖11-9），查閱《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》獲得
同理YFa2=2.13，YSa2=1.81
== （8-7）
（8-8）
安全，故符合設(shè)計要求。
8.4齒輪的圓周速度
（8-9）
對照《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2可知選用8級精度是合宜的。
9軸的設(shè)計計算與校核
9.1軸的材料的選擇
此設(shè)計中用到了五根齒輪軸，根據(jù)設(shè)計要求兩根大齒輪軸相同，三根小齒輪軸相同。而軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以熱處理或化學(xué)處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。所以我們用的是45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
9.2大齒輪軸最小直徑的計算
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》公式（14-6）可得大齒輪軸的最小直徑
（9-1）
而為當(dāng)量彎矩，其中是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，其含義是將非對稱循環(huán)變化的扭矩轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化的當(dāng)量扭矩切應(yīng)力。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求當(dāng)量彎矩時，必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取=1。為軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按參考資料[6]表11.4選用。
根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求，又由于軸上有鍵槽或過盈配合時，為了補(bǔ)償軸的削弱，按上式計算的軸徑應(yīng)增大，一個鍵槽增大4﹪～6%，兩個鍵槽增大7%～13%
所以圓整后取軸的最小直徑為40mm。
9.3大齒輪軸的設(shè)計
軸上零件的定位、固定、裝配：如下圖9
Ⅰ：，；
Ⅱ：，；
Ⅲ：，；
Ⅳ：，。
Ⅴ：，。
Ⅵ：，。
Ⅶ：，。
所以軸的總長度為
圖9 大齒輪軸
9.4小齒輪軸的最小直徑的計算
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》公式（14-6）可得小齒輪軸的最小直徑
（9-2）
而為當(dāng)量彎矩，其中是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，其含義是將非對稱循環(huán)變化的扭矩轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化的當(dāng)量扭矩切應(yīng)力。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求當(dāng)量彎矩時，必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取=1。為軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按參考資料[6]表11.4選用。
根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求，又由于軸上有鍵槽或過盈配合時，為了補(bǔ)償軸的削弱，按上式計算的軸徑應(yīng)增大，一個鍵槽增大(4﹪～6%)，兩個鍵槽增大(7%～13%)
所以圓整后取軸的最小直徑為30mm。
9.5小齒輪軸的設(shè)計
軸上零件的定位、固定、裝配：如下圖10
Ⅰ：，；
Ⅱ：，；
Ⅲ：，；
Ⅳ：，；
Ⅴ：，；
Ⅵ：，；
Ⅶ：，。
所以軸的總長度為
圖10 小齒輪軸
9.6大齒輪軸的校核
9.6.1軸的疲勞強(qiáng)度校核
軸的疲勞強(qiáng)度校核是在軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后進(jìn)行的，目的是校驗軸對疲勞損壞的抵抗能力，方法是校核危險截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S。軸的疲勞強(qiáng)度校核是根據(jù)作用在軸上的最大載荷來計算的。危險截面的位置應(yīng)是受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重即實際應(yīng)力較大的若干截面。其安全系數(shù)公式如下：
（9-3）
軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其。
⑴求作用在齒輪上的力
（前面已算）
⑵求作用在軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力
垂直面內(nèi)支反力
⑶求出水平面和垂直面內(nèi)各力產(chǎn)生的彎矩
總彎矩
⑷求出計算彎矩
由于是平穩(wěn)工作，所以選取循環(huán)特性系數(shù)，代入求得，
⑸較核軸的強(qiáng)度
已知軸的彎矩后，即可針對危險截面做強(qiáng)度較核計算。通常只較核軸上承受最大計算彎矩的截面，代入公式，得
故大齒輪軸安全。
9.7小齒輪軸的校核
9.7.1軸的疲勞強(qiáng)度校核
軸的疲勞強(qiáng)度校核是在軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后進(jìn)行的，目的是校驗軸對疲勞損壞的抵抗能力，方法是校核危險截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S。軸的疲勞強(qiáng)度校核是根據(jù)作用在軸上的最大載荷來計算的。危險截面的位置應(yīng)是受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重即實際應(yīng)力較大的若干截面。其安全系數(shù)公式如下：
（9-3）
軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其。
⑴求作用在齒輪上的力
（前面已算）
⑵求作用在軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力
垂直面內(nèi)支反力
⑶求出水平面和垂直面內(nèi)各力產(chǎn)生的彎矩
總彎矩
⑷求出計算彎矩
由于是平穩(wěn)工作，所以選取循環(huán)特性系數(shù)，代入求得，
⑸較核軸的強(qiáng)度
已知軸的彎矩后，即可針對危險截面做強(qiáng)度較核計算。通常只較核軸上承受最大計算彎矩的截面，代入公式，得
故小齒輪軸安全。
10滾動軸承的選擇與計算
本設(shè)計中有五處使用到了軸承，在兩個相同大齒輪軸和三個相同小齒輪軸上，已知大齒輪軸徑d=40mm，所以選內(nèi)徑為40mm的深溝球軸承，在機(jī)械設(shè)計手冊中，查表6-1，選擇型號為6008的深溝球軸承。另小齒輪軸徑為d=30mm，所以選內(nèi)徑為30mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計手冊中選擇深溝球軸承；查表6-1，選擇型號為6006的軸承。
（1）計算軸承的當(dāng)量動載荷
（10-1）
（2）計算軸承壽命
（10-2）
其中：
-----基本額定壽命
------基本額定動載荷
------當(dāng)量動載荷
-------壽命指數(shù)，對深溝球軸承=3
查機(jī)械設(shè)計手冊軸承6006的基本額定動載荷為13.2KN，軸承6008的基本額定動載荷為17.0KN。
計算后知：
=4000—8000h，選用軸承都可用
11鍵的選擇與驗算
11.1選擇鍵的類型和尺寸
本設(shè)計中有五處要求使用鍵聯(lián)接，即兩大齒輪和三個小齒輪與軸的連接處需要鍵連接。大齒輪軸的直徑D=40mm，小齒輪軸的直徑d=30mm。一般8級以上的精度要有定心精度的要求，所以選擇用平鍵聯(lián)接，故選用圓頭普通平鍵（A）型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，從機(jī)械設(shè)計手冊，表4-1中查得大軸鍵的截面尺寸為：寬度b=12mm，高度h=8mm，可以確定取此鍵的長度L=50mm。查得小齒輪鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。同理取此鍵的長度L=56mm。
11.2校核鍵的強(qiáng)度
大齒輪軸連接鍵處：鍵、軸的材料是45號鋼，且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)1的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=100-120MPa,取其平均值，[σp]=110MPa。鍵的工作長度為l=L-b=50mm-12mm=38mm，鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為k=0.5h=0.5×8mm=4mm。由文獻(xiàn)1的式6-1可得
= （11-1）
可見聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即該鍵可以正常工作。
小齒輪軸連接鍵處：鍵、軸的材料是45號鋼，且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)1的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=100-120MPa,取其平均值，[σp]=110MPa。鍵的工作長度為l=L-b=56mm-10mm=46mm，鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為k=0.5h=0.5×8mm=4mm。由文獻(xiàn)1的式6-1可得
= （11-2）
可見聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即該鍵可以正常工作。
自此齒輪軸中的所有的鍵均以校核完畢，所有的鍵均滿足設(shè)計要求。
總 結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計，我深深的體會到自己在理論知識方面和實際操作方面的欠缺，同時也感到自己在知識的運(yùn)用上不夠靈活，這也說明我在學(xué)習(xí)知識的過程中存在著一些缺點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)計過程中出現(xiàn)許多的失誤和差錯。再加上時間非常的緊迫，沒有做到意想的最佳效果。總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
1.在初定方案過程中，由于自己所見實物過少，零部件的尺寸不能確定，使方案進(jìn)行了多次修改，耽誤了大量時間。在計算過程中，對于傳動齒輪、軸和曲柄滑塊的基本尺寸，計算結(jié)果與實際生產(chǎn)加工有偏差，也相應(yīng)作了修改。
2.在專用精壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于沒有相應(yīng)的精壓機(jī)參考。計算量過大，導(dǎo)致專用精壓機(jī)的結(jié)構(gòu)布置不是很合理，而且機(jī)架尺寸的確定也比較麻煩，在畫圖過程中，發(fā)現(xiàn)圖上尺寸與理論的差距存在嚴(yán)重，不得不重新進(jìn)行尺寸的修改。
4.在軸的設(shè)計過程中，其基本尺寸進(jìn)行了多次修改，由于工作量太大，軸的校核部分計算混亂。
總體來說，在這次畢業(yè)設(shè)計中，收獲很大，平時在學(xué)習(xí)知識的時候，總是認(rèn)為好多知識用不到，所以就沒有更深一步去理解。在此次設(shè)計中，我感到自己的知識面很窄，對知識掌握得不夠，在設(shè)計時，考慮問題太片面，導(dǎo)致零部件進(jìn)行多次修改。由于工作量較大和時間緊張。畫圖過程是積累經(jīng)驗的過程，細(xì)節(jié)把我的不是很好?？傊瓿蛇@次畢業(yè)設(shè)計就算成功了一半，至于好壞就可以體現(xiàn)出水平問題了。希望以后的畢業(yè)生能做到更好。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計的完成，首先感謝母校---塔里木大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我將以前學(xué)到的知識又重新回顧了一遍，知道了學(xué)習(xí)的可貴與獲取知識的辛勤。承蒙指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計。在此，深深地感謝劉媛媛指導(dǎo)老師，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助，體現(xiàn)出了她對工作高度負(fù)責(zé)的精神，在代非畢業(yè)班的課程，有很多的不方便，但老師總能給我們答復(fù)，對我們的問題耐心的指導(dǎo)。在整個設(shè)計的過程中，她耐心的指導(dǎo)，才使我的設(shè)計順利完成，同時也感謝在這幾年中給予我知識的各位老師。
對于這次畢業(yè)設(shè)計，由于時間倉促和自己所學(xué)軟件掌握熟練程度等因素，設(shè)計的總體來說不盡人意，不過，至少啟發(fā)了我的思維，提高了我的動手能力和知識的綜合運(yùn)用，同時，使我將以前所學(xué)的書本知識又重新復(fù)習(xí)了一遍，這為我在今后的工作崗位上發(fā)揮自己的才能奠定了堅實的基礎(chǔ)。
最后，再一次衷心的感謝學(xué)校能夠給予我這次機(jī)會，使我將所學(xué)理論知識與實踐相結(jié)合，以及在這次設(shè)計中給予我指導(dǎo)的所有老師。你們傳授的知識使我受用一生，你們的恩情我會銘記一生。
另外，感謝我身邊的所有幫助我的同學(xué)們，謝謝同學(xué)們在設(shè)計過程給予我的建議和問題，也就是在不斷的解決同學(xué)們給我的設(shè)計提出的問題的同時我完成了我大學(xué)生崖的最后一課的作業(yè)。
感謝各位老師和同學(xué)在大學(xué)的生活給我的關(guān)心和幫助，讓我在完成自己學(xué)業(yè)的同時也學(xué)到很多的生活技能，為我走向社會提供了基石。四年的專業(yè)學(xué)習(xí)，使我真正掌握了一種學(xué)習(xí)的方法，這是大學(xué)給我的最寶貴的東西，也是各位老師給我的最寶貴的東西，在這里向辛勤工作的各位老師表示由衷的感謝。
最后，祝愿我們的老師和同學(xué)們在事業(yè)上蒸蒸日上，在生活上和和美美。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊克,趙小東.工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)(Ⅰ).北京:高等教育出版社,2005.
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[6]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[7]鄒慧君等.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社，1999.
[8]鄭文煒，吳克堅.機(jī)械原理.第7版.北京:高等教育出版社，1997.
[9]王芮，淺談精壓機(jī)沖壓機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)方案設(shè)計.四川，西南交通大學(xué)學(xué)報,2011.
[10]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計.第4版.北京:高等教育出版社，1997.
18
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級
農(nóng)機(jī)12-1
學(xué)生姓名
杜永升
學(xué)號
8031208125
課題名稱
專用精壓機(jī)
起止時間
年 月 日—— 年 月 日（共 周）
指導(dǎo)教師
劉媛媛
職稱
講師
課題內(nèi)容
1專用精壓機(jī)工藝的研究目的和意義2專用精壓機(jī)相關(guān)問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析3專用精壓機(jī)的工作原理及其工藝動作過程4專用精壓機(jī)設(shè)計所需的原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求5專業(yè)精壓機(jī)中的有關(guān)送料機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)構(gòu)、飛輪等方案的設(shè)計思路，討論關(guān)鍵問題及解決思路6根據(jù)專用精壓機(jī)的設(shè)計要求對相關(guān)設(shè)計任務(wù)進(jìn)行選定7編寫說明書
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第1-2周：準(zhǔn)備階段，搜集有關(guān)資料，準(zhǔn)備參考資料。
第3-4周：完成開題報告交老師批閱。
第5-6周：完成論文大綱及論文一稿交由老師批閱。
第7-8周： 完成論文二稿交老師批閱。
第9-11周 完成三稿完成相關(guān)論文簡介、答辯提綱，準(zhǔn)備答辯階段。
主要參考文獻(xiàn)
1孫恒，葛文杰，機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006
2王芮，淺談精壓機(jī)沖壓機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)方案設(shè)計.四川，西南交通大學(xué)學(xué)報,2011
3 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計.第四版.北京:高等教育出版社，1997
4成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
5徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊.第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000
6鄒慧君等.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社，1999
7鄭文煒，吳克堅.機(jī)械原理.第七版.北京:高等教育出版社，1997
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的提高，各種復(fù)雜專業(yè)場合對精壓機(jī)提出了更高或者更專門的要求。因此對 專用精壓機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計具有極大的現(xiàn)實意義。設(shè)計的目的是為了實用，面對激烈的市場 競爭，只有技術(shù)性能更加進(jìn)步、更加符合生產(chǎn)實際需要的產(chǎn)品才能贏得市場。我國今年來 隨著工業(yè)的發(fā)展，對壓力機(jī)械的要求也逐漸提高，尤其是其精度，效率，社會效益，經(jīng)濟(jì) 性等各方面。精壓機(jī)的發(fā)展就有了很大的研究空間。各種環(huán)境下的品種繁多。萬變不離其 宗，歸根結(jié)底還是對其組成機(jī)構(gòu)的優(yōu)化。目前國內(nèi)主要科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校研發(fā)中心、工業(yè)企 業(yè)等主要的工作是從其運(yùn)動學(xué)的角度對機(jī)構(gòu)的優(yōu)化工作進(jìn)行可行性分析。隨著國內(nèi)基本建 設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國的建設(shè)機(jī)械市場已經(jīng)成為國際設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，精 壓機(jī)械行業(yè)也不例外，外資的進(jìn)入，進(jìn)一步加劇了市場的競爭程度，國內(nèi)破碎機(jī)械企業(yè)要 想在競爭的大潮中取得先機(jī)，其首要問題就是要提高現(xiàn)有精壓設(shè)備的質(zhì)量和技術(shù)含量，盡 快縮小與國外先進(jìn)水平的差距，創(chuàng)造自己的品牌，爭取市場主動。國外關(guān)于精壓機(jī)方面的 研究比之國內(nèi)要深入和寬廣的多，并且多以理論聯(lián)系實驗綜合進(jìn)行分析考慮，經(jīng)過總結(jié)所 查閱的文獻(xiàn)，大致可將國外所做關(guān)于精壓機(jī)的研究工作歸納為對其運(yùn)動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，對干 殼體所作的改進(jìn) ，包括從材料方面入手。精壓機(jī)械在國外已受到政府部門、企業(yè)界、高等 學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視。美國 MIT、Berkeley 、StanfordAT&T 的 15 名科學(xué)家在上世 紀(jì)八十年代末機(jī)械加工提出小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域-- 微動力學(xué)的報告的國家建議 書，聲稱由于動力學(xué) (微系統(tǒng) )在美國的緊迫性，應(yīng)在這樣一個新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國 家的競爭中走在前面，建議中央財政預(yù)支費(fèi)用為五年 5000 萬美元，得到美國領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重 視。日本通產(chǎn)省 1991 年開始啟動一項為期 10 年、耗資 250 億日元的精壓機(jī)械大型研究計 劃，研制兩臺樣機(jī)。該計劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通 研究所等幾十家單位參加。歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國家也相繼對微型系統(tǒng)的研究開發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投 資。 目 錄 1 緒 論 .................................................................................................................................................................1 1.1 設(shè) 計專 用精壓 機(jī)的 目的和意義 ..............................................................................................................1 1.2 本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 .........................................................................1 1.3 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 .....................................................................................1 2 工作原理及工藝動作過程 ........................................................................................................................2 3 原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求 ..................................................................................................................................2 4 模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖 ..................................................................................................................................2 5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的評定與選擇 ...................................................................................................................3 5.1 提出設(shè)計方案 ............................................................................................................................................3 5.2 最終方案的確定 ........................................................................................................................................5 5.3 最終決定方案的工作原理 .......................................................................................................................6 6 傳動 系統(tǒng)方 案的設(shè)計 ..................................................................................................................................6 6.1 電動機(jī)的計算與選擇 ...............................................................................................................................6 6.2 減速箱的計算與選擇 ...............................................................................................................................7 6.3 聯(lián)軸器的選擇 ............................................................................................................................................7 6.4 機(jī)械系統(tǒng)傳動方案 ...................................................................................................................................7 7 機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計 ...........................................................................................................................................8 7.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計 ...............................................................................................................................8 7.2 傳動機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計 ...............................................................................................................................8 8 齒輪的設(shè)計計算與校核 .............................................................................................................................8 8.1 確定許用應(yīng)力 ............................................................................................................................................8 8.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 ...............................................................................................................................8 8.3 驗證輪齒彎曲強(qiáng)度 ...................................................................................................................................9 8.4 齒輪的圓周速度 ........................................................................................................................................9 9 軸的設(shè)計計算與校核 ..................................................................................................................................9 9.1 軸的材料的選擇 ........................................................................................................................................9 9.2 大齒輪軸最小直徑的計算 .......................................................................................................................9 9.3 大齒輪軸的設(shè)計 ......................................................................................................................................10 9.4 小齒輪軸的最小直徑的計算 .................................................................................................................11 9.5 小齒輪軸的設(shè)計 ......................................................................................................................................11 9.6 大齒輪軸的校核 ......................................................................................................................................12 9.7 小齒輪軸的校核 ......................................................................................................................................13 10 滾動軸承的選擇與計算 ........................................................................................................................15 11 鍵的選擇與計算 .......................................................................................................................................15 11.1 選擇鍵的類型和尺寸 ...........................................................................................................................15 11.2 校核鍵的強(qiáng)度 ........................................................................................................................................15 12 總結(jié) ...............................................................................................................................................................16 致 謝 ..................................................................................................................................................................17 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................................18