棘輪型手動壓力機的設計

棘輪型手動壓力機的設計,棘輪型手動壓力機的設計,棘輪,手動,壓力機,設計 任務書 I、設計題目：棘輪型手動壓力機的設計 II、設計使用的原始資料(數據)及設計技術要求： 設計原始資料：模型圖紙一份及要求說明書 工作壓力2000kg 底座尺寸208mm*455mm 最大工作行程 205mm 壓機高度 302mm 設計技術要求 確立總體設計方案 繪制總裝配圖和零件圖 遠動分析 強度受力分析計算 成本核算 箱體工藝規(guī)程設計 III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間： 1．查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報告 2周 2.總體設計繪制總圖 7周 3.箱體工藝規(guī)程 2周 4.成本核算 1周 5.編寫說明書 2周 6.畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 1周 Ⅳ 、主 要參考資料： ［1］. 沈紉秋主編《工程材料與制造工藝教程》 北京：航空工業(yè)出版社，1991.5. ［2］. 張鼎承主編 沖壓機械化與自動化 北京:機械工業(yè)出版社，1982. ［3］.濮良貴、紀名剛主編《機械設計》第八版 北京：高等教育出版社，2006.5. ［4］.中國機械工程協會 王少懷主編《機械設計師手冊》 北京：電子工業(yè)出版社，2006.7 ［5］.德國 OPTIMA 夾緊技術公司產品樣本 沖鍛壓模具的快速夾緊，2001. ［6］. [日]日本塑性加工學會編 壓力加工手冊 北京:機械工業(yè)出版社，1984. ［7］.王昆等主編《機械設計、機械設計基礎課程設計》 北京：高等教育出版社，1996. ［8］.Pearce,R.Sheet Matal Forming,Bristol、philadelphia:Adam hilger，1991. 航空工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè)類 0681053 班 學生（簽名）： 日期： 自 2010 年 3 月 1 日至 2010年 7 月 2 日 指導教師（簽名）： 助理指導教師(并指出所負責的部分)： 航空工程 系（室）主任（簽名）： 附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 棘輪型手動壓力機的設計 學 院： 科技學院 專業(yè)名稱： 機械設計制造及其自動化 班級學號： 068105332 學生姓名： 楊 冰 指導教師： 袁 寧 二O一O年 六 月 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 棘輪手動壓機設計 專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 068105332 學 生 姓 名 楊 冰 指 導 教 師 袁 寧 填 表 日 期 2010 年 3 月 15 日 一、選題的依據及意義： 畢業(yè)設計（論文）選題的原則要根據教學計劃中所制定的培養(yǎng)目標要求，能達到綜合訓練為目的，有利于培養(yǎng)學生獨立工作能力，鞏固和提高所學知識。應盡量選擇既滿足教學基本要求，又結合生產、科研實際的題目。可根據學生的特點，結合個人的實際工作選擇題目。機械產品設計類型依據特點分為開發(fā)型、改進型、技術引進等三種類型。機械產品設計要求具有有效性、經濟性、工藝性和外觀質量。 題目類型 主要包括:機械設計類、工藝工裝設計類、機電產品設計、液壓系統(tǒng)及裝置設計、電氣控制系統(tǒng)設計等。 (所有專業(yè)課程的內容，結合生產實際都行) 題目示例 60噸壓力機液壓系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設計 　　 壓力機機械結構設計，液壓系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計。 由于我國壓力機技術相比國外落后點，大型的壓力機和用于數控的比較欠缺，作為在校大學生，我就選棘輪式手動壓力機。手動壓力機制造簡單，操作方便，造價費用低廉。在更多的方面大型的壓力機起不到作用。所以選棘輪式的是對棘輪機構有所掌握。 依據： （1）體現我國機械加工中冷壓工藝的實際發(fā)展需要 　　直接面向我國機械加工的當前實際，考慮今后發(fā)展趨向；壓力機在制造領域和應用領域的重要地位，努力實現標準化與自動化。 　 （2）滿足畢業(yè)設計的內容規(guī)定要求 　　機械專業(yè)畢業(yè)設計內容包含初步設計和技術設計兩大部分。畢業(yè)設計不是相關課程設計內容的簡單組合與重復，否則將對完成基本訓練和培養(yǎng)獨立工作能力極為不利。設計題目具有較完整的設計原始資料，包括所要設計的設備的原始數據（工作壓力、底座尺寸、壓力機高度、最大工作行程等）相關使用要求、運動分析、總體強度受力分析、齒條工藝規(guī)程設計、成本核算等，這些原始資料都來自實有機械設備的設計實踐。 　 （3）適應專業(yè)科技知識的實際水平 　　由于學時有限，在校所學專業(yè)課程知識的深、廣度難以滿足中型、大型設備設計工作的需要。畢業(yè)設計題目的規(guī)模和內容幅度，是從大多數學生能掌握的專業(yè)科技知識的實際水平出發(fā)，所要設計的設備型號以小型為主，工作壓力也在考慮范圍內，以中小負荷為主等。 意義： （1）培養(yǎng)理論聯系實際的設計思想，通過課題研究回顧、總結大學三年所學。在以后工作中, 能更快速地提高專業(yè)技術； （2）綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決一個問題。使自己的實踐動手、動筆能力得到 鍛煉； （3）為工作時候的產品開發(fā)、改進打下基礎； （4）掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識的能力。 二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢： 棘輪型手動壓力機是機械壓力機中具有代表性的一類加工設備，該類設備結構堅固，提高生產效率，且具有操作方便、動作靈活，經久耐用等特點。它廣泛應用于家電業(yè)、電子工業(yè)、電器端子、鐘表工業(yè)、照相機、微型馬達等制造及零部件裝配，最適用小零部件之壓入、成型、裝配、鉚合、打印、沖孔、切斷、彎曲、印花等工作要求。它的用戶幾乎包羅了國民經濟各部門，量大面寬?，F在我國經濟建設蓬勃發(fā)展，壓力機的使用從大型工廠到私人手工作坊，幾乎在涉及到零件冷壓工藝的地方都可以見到。壓力機種類繁多，型式多樣，工作壓力小到幾十公斤，大到幾噸；精密程度也有很大的差別，價值由幾百元到上萬元不等。 棘輪機構　　棘輪機構 　　ratchet and pawl 　　由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構。 　　它將連續(xù)轉動或往復運動轉換成單向步進運動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉動。為了確保棘輪不反轉，常在固定構件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構、齒輪機構和擺動油缸等實現，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅動棘爪的。棘輪每次轉過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅動機構的結構參數或遮齒罩的位置等方法調節(jié)，也可以在運轉過程中加以調節(jié)。如果希望調節(jié)的精度高于一個棘齒所對應的角度，可應用多棘爪棘輪機構。棘輪機構工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。棘輪機構常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉工作臺的轉位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機構用于單向驅動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉。 　　棘輪機構基礎知識 　　 　　1棘輪機構(ratchet mechanism)的基本型式和工作原理 　　圖示為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅動棘爪用轉動副相聯。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。 　　2 棘輪機構的分類方式有以下幾種： 　　按結構形式分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構 　　齒式棘輪機構結構簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合適的驅動機構實現。該機構的缺點是動程只能作有級調節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。 　　齒式棘輪機構 摩擦式棘輪機構 　　摩擦式棘輪機構是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。特點是傳動平穩(wěn)、無噪音；動程可無級調節(jié)。但因靠摩擦力傳動，會出現打滑現象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高。適用于低速輕載的場合。 　　按嚙合方式分外嚙合棘輪機構和內嚙合棘輪機構 　　外嚙合式棘輪機構的棘爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內嚙合棘輪機構的棘爪或楔塊均在棘輪內部。外嚙合式棘輪機構由于加工、安裝和維修方便，應用較廣。內嚙合棘輪機構的特點是結構緊湊，外形尺寸小。 　　外嚙合式棘輪機構 內嚙合式棘輪機構 　　按從動件運動形式分單動式棘輪機構、雙動式棘輪機構和雙向式棘輪機構 　　單動式式棘輪機構當主動件按某一個方向擺動時，才能推動棘輪轉動。雙動式棘輪機構，在主動搖桿向兩個方向往復擺動的過程中，分別帶動兩個棘爪，兩次推動棘輪轉動。 　　雙動式棘輪機構常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數較少，而主動擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。 　　雙動式棘輪機構 　　以上介紹的棘輪機構，都只能按一個方向作單向間歇運動。雙向式棘輪機構可通過改變棘爪的擺動方向，實現棘輪兩個方向的轉動。圖示為兩種雙向式棘輪機構的形式，雙向式棘輪機構必須采用對稱齒形。 　　雙向式棘輪機構 　　3 棘輪機構的應用 　　棘輪機構的主要用途有：間歇送進、制動和超越等，以下是應用實例。 　　1)間歇送進 　　圖示為牛頭刨床，為了切削工件，刨刀需作連續(xù)往復直線運動，工作臺作間歇移動。當曲柄1轉動時，經連桿2帶動搖桿5作往復擺動；搖桿5上裝有雙向棘輪機構的棘爪3，棘輪4與絲杠6固連，棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉動，從而使螺母（即工作臺）作間歇進給運動。若改變驅動棘爪的擺角，可以調節(jié)進給量；改變驅動棘爪的位置（繞自身軸線轉過180°后固定），可改變進給運動的方向。 　　2)制動 　　圖示為杠桿控制的帶式制動器，制動輪與外棘輪2固結，棘爪3鉸接于制動輪4上A點，制動輪上圍繞著由杠桿5控制的鋼帶6。制動輪4按逆時針方向自由轉動，棘爪3在棘輪齒背上滑動，若該輪向相反方向轉動，則4輪被被制動。 　　3)超越 　　圖示的棘輪機構可以用來實現快速超越運動。運動由蝸桿傳到蝸輪，通過安裝在蝸輪上的棘爪3驅動棘輪固連的輸出軸5按圖示方向慢速轉動。當需要軸快速轉動時，可按輸出軸的方向快速轉動輸出軸上的手柄，這時由于手動轉速大于蝸輪轉速，所以棘爪在棘輪齒背滑過，從而在蝸輪繼續(xù)轉動時，可用快速手動來實現輸出軸超越蝸輪的運動。 　　4 棘輪機構的設計要點 　　棘輪機構的設計主要應考慮：棘輪齒形的選擇 、模數齒數的確定 、齒面傾斜角的確定 、行程和動停比的調節(jié)方法 　　現以齒式棘輪機構為例，說明其設計方法 　　1)棘輪齒形的選擇 　　圖示為常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當棘輪機構承受的載荷較小時，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構。 　　2)模數、齒數的確定 　　與齒輪相同，棘輪輪齒的有關尺寸也用模數m作為計算的基本參數，但棘輪的標準模數要按棘輪的頂圓直徑da來計算。 　　m = da/z 　　棘輪齒數z一般由棘輪機構的使用條件和運動要求選定。對于一般進給和分度所用的棘輪機構，可根據所要求的棘輪最小轉角來確定棘輪的齒數（z ≤250，一般取z = 8～30），然后選定模數。 　　3)齒面傾斜角的確定 　　棘輪齒面與徑向線所夾α稱為齒面傾斜角。棘爪軸心O1與輪齒頂點A的連線O1A與過A點的齒面法線nn的夾角β稱為棘爪軸心位置角。 　　為使棘爪在推動棘輪的過程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應滿足棘齒對棘爪的法向反作用力N對O1軸的力矩大于摩擦力Ff沿齒面）對O1軸的力矩，即 　　N·O1Asinβ > Ff·O1Acosβ 　　則 Ff/N < tanβ 　　因為 f = tan = Ff/N 　　所以 tanβ > tan 　　即 β > 　　式中f和分別為棘爪與棘輪齒面間的摩擦系數和摩擦角，一般f取0.13 ～0.2。 　　5. 行程和動停比的調節(jié)方法 　　1）采用棘輪罩 　　通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實現棘輪轉角大小的調整。 　　2）改變擺桿擺角 　　通過調節(jié)曲柄搖桿機構中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，從而實現棘輪機構轉角大小的調整。 　　3） 采用多爪棘輪機構 　　要使棘輪每次轉動的角度小于一個輪齒所對應的中心角γ時，可采用棘爪數為m的多爪棘輪機構。 　　如n=3的棘輪機構，三棘爪位置依次錯開γ/3 ，當擺桿轉角Ф1在γ≥Ф1≥γ/3 范圍內變化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉動相應角度Ф2為 γ≥Ф2≥γ/3 范圍內γ/3 整數倍。 我國許多企業(yè)自“八五” 以來，通過技術攻關、自行設計，以及從德國舒勒、美國維爾森、日本小松等著名公司引進設計制造技術，或采取與國外廠商合作生產的方式，將國內壓力機的技術水平提升到了國際先進水平。目前國內生產的一些大型機械壓力機及其生產線已跨出國門，走向世界。小型手動壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和制件質量。但是它成本低、操作方便，容易安裝機械化裝置。并且由于手動壓力機總體處于質量穩(wěn)定、大批量廉價市售狀態(tài)，由國情決定，其市場需求量仍將保持在一個較高的水平。 冷壓設備質量的好壞，它直接影響到設備的安全和合理使用，也關系到生產中產品質量、生產效率及成本，以及模具壽命等一系列重要問題。隨著科學技術的發(fā)展，壓力機的精度也有了相當大的提高： （1）小型高速精密壓力機主要用于生產電傳打字機、復印機、照相機等較厚的精密制件。其制件的種類、材料厚度、沖壓工藝的難度、形狀及尺寸各異，種類較多?？倝毫σ话悴怀^2500kN。該壓力機采用滑塊式機械傳動，剛性好，導向精度高，適應性強，工作可靠，操作維修方便，應用較廣。法因圖爾（Feintool AG LYSS）公司是目前世界上最大的精密壓力機生產廠商。 （2）步沖壓力機是由計算機數控，并帶有模具庫的數控壓力機，它不但能自動進行板料制作，而且還可以利用步沖輪廓的特性，突破傳統(tǒng)加工離不開專用模具的概念，具有很大的通用性。目前已發(fā)展到帶有激光切削，進一步降低了對于模具的依賴。日本的天田、村田公司和德國的通快機械公司更生產的設備都是集切、步沖、成形和等離子切割于一體的通用數控壓力機。 （3）BEAT系列高速壓力機。由日本京利公司制造的BEAT系列高速壓力機，其結構特點為四柱框架式結構，送料器按壓力機的大小專門配備，送料精度高。適用于集成電路、接插件、高頻頭及小型、超小型電機的定子、轉子等制件的生產。 （4）A2系列高速壓力機。德國舒勒公司制造的A2系列高速壓力機，A2系列壓力機共有從500～4000kN十個規(guī)格，采用框架式機架，結構緊湊。壓力機設有凸輪式精密自動送料裝置。適用于電器小零件的加工，不適宜于淺拉深。 （5）BSTA與FP系列高速壓力機。日本三井公司生產的BSTA系列高速壓力機和山田公司生產的FP系列高速壓力機結構類似，精度高。適用于中、小型制件的彎曲、淺拉深等較精密的工藝。當與材料開卷機、矯平機及自動送料裝置、以及收卷機等聯合使用后，對于像集成電路的引線框架一類的平板型制件，此類壓力機具有很高的生產率。 （6）SP系列高速壓力機。日本山田公司生產的SP系列高速壓力機為小型壓力機，適用與電子工業(yè)的接插件、電位器、電容器等小型電子元件的制件生產。 （7）脈沖星型（普爾薩型）超高速精密壓力機。美國明斯特公司生產的脈沖星型（普爾薩型）超高速壓力機，其結構特點是：機架為框架式，運動平穩(wěn)，精度高，模具的閉合高度調整用數字顯示等。該壓力機不僅速度高，而且運動精密，可制作出高精密的制件。它是專門為集成電路引線框等導線板和終端接頭等精密制件設計的。 （8）多工位自動傳遞壓力機。我國目前引進的大多是日本旭精機公司生產的TP系列多工位自動傳遞壓力機，其特點是結構緊湊，集約程度高。該型壓力機還可配置多種附屬裝置，以滿足不同類型的精密、復雜制件的自動連續(xù)加工，主要加工小型拉深件。 三、研究內容及實驗方案： 內容： （1）開題報告； （2）總體設計； （3）常規(guī)設計； （4）成本核算； （5）箱體工藝規(guī)程設計； （6）編寫畢業(yè)設計說明書； （7）外文資料翻譯。 方案： （1）獨立思考，繼承和創(chuàng)新 設計時，要認真閱讀參考資料，繼承或借鑒前人的設計經驗和成果，但不能盲目地全盤抄襲，應根據具體的設計條件和要求，獨立思考，大膽地進行改進和創(chuàng)新。只有這樣，才能做出高質量地設計。 （2）全面考慮機械零部件地強度、剛度、工藝性、經濟性和維護等要求 任何零部件的機構和尺寸，除去考慮它的強度剛度外，還應該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經濟性要求、使用要求等才能確定。 （3）采用“三邊”設計方法 機械設計中，多數零件可以由計算確定零件的基本尺寸，再通過草圖設計決定其具體結構和尺寸；而有些零件，則需先經初算和繪草圖，得出初步符合設計條件的基本結構尺寸，然后再進行必要得計算，根據計算的結果，再對結構和尺寸進行修改。因此，計算和畫圖互為依據，交叉進行。這種邊計算、邊畫圖、邊修改的“三邊”設計方法是經常采用的方法。 （4）使用標準和規(guī)范 設計時應盡量使用標準和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設計工作量、節(jié)省設計時間，對于國家標準或部門規(guī)范，一般都要嚴格遵守和執(zhí)行。因此，課程設計中，凡是有標準或規(guī)范的，應該盡量采用。 四、目標、主要特色及工作進度 目標： （1）通過畢業(yè)設計，提高并鞏固所學的理論知識； （2）通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)自己科學，嚴謹，實務和創(chuàng)新的 工作作風； （3）通過畢業(yè)設計，綜合利用自己所學的理論知識，分析解決工作中遇到的問題； （4）為工作時候的產品開發(fā)、改進打下基礎； （5）培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的態(tài)度。 特色： （1）協調性 整個機器由許多零件組成，雖然各零件的功能不同、性能各異，但它們在組合時必須按照機器整體功能的需要。因各個零件都是為了共同實現整體的目標，所以，各零件應該有機地聯系在一起。一個系統(tǒng)的好壞，最終要由其整體功能來體現。若各個子系統(tǒng)設計合理、能協調工作，系統(tǒng)運行后的整體功能會大于各子系統(tǒng)功能的簡單代數和，即符合系統(tǒng)的增益規(guī)律。若各個子系統(tǒng)設計不合理，導致各部分間存在矛盾，組成的系統(tǒng)運行后會出現內耗，從而造成整體功能小于各部分的功能之和。因此，性能不匹配或達不到整體目標的設計，無論其局部的功能和性能設計的多么好，都是失敗的設計。 （2）相關性 構成整個系統(tǒng)的各要素之間也是互相關聯的，它們之間有著相互作用、相互制約的特定關系。某個要素性能的變化將影響對相關要素的作用，從而對整個系統(tǒng)產生影響。 （3）內外結合性 任何系統(tǒng)必定存在于一定的社會和物質環(huán)境中，機械系統(tǒng)也不例外。環(huán)境的變化必將引起系統(tǒng)輸入的變化，從而也將導致其輸出的變化。應在調查研究的基礎上，搞清外部環(huán)境對該機械系統(tǒng)的作用和影響。如市場對該機械的要求（功能、價格、數量、尺寸、重量、工期和外觀等）和約束條件（基金、材料、設備、技術、使用環(huán)境、基礎和地基以及法律與政策等），這些都對內部設計有直接的影響，影響其可行性、經濟性、可靠性和使用壽命等指標，在進行總體方案設計時，必須考慮這些影響。否則，可能導致設計失敗。同時，也不能忽略內部系統(tǒng)對外部環(huán)境的作用和影響，如系統(tǒng)運行后或產品投產后對周圍環(huán)境的影響，對操作人員的影響等。內部系統(tǒng)與外部環(huán)境相一致是系統(tǒng)設計的另一特點。它可以使設計盡量做到周密、合理，少走彎路，避免不必要的返工和浪費。從而，以盡可能少的投資獲取盡可能大的效益。 進度：畢業(yè)設計（論文）工作內容及完成時間： 1)查閱資料，英文資料翻譯（6000字符）撰寫開題報告； 2 周 2)總體設計繪制總圖 7 周 3)箱體工藝規(guī)程 2 周 4)成本核算 1 周 5)編寫設計說明書（畢業(yè) 論文） 2 周 6)畢業(yè)設計審查，畢業(yè)答辯 1 周 五、參考文獻 （1）機械設計手冊 第4卷 液壓、氣動與液力傳動與控制 北京：機械工業(yè)出版社 2004 （2）沈紉秋主編《工程材料與制造工藝教程》 北京：航空工業(yè)出版社 1991.5 （3）張鼎承主編 沖壓機械化與自動化 北京:機械工業(yè)出版社 1982 （4）[日]日本塑性加工學會編 壓力加工手冊 北京:機械工業(yè)出版社 1984 （5）德國 OPTIMA 夾緊技術公司產品樣本 沖鍛壓模具的快速夾緊 2001 （6）Pearce,R.Sheet Matal Forming,Bristol、philadelphia:Adam hilger c1991 （7）青島市機械系統(tǒng)翻譯網譯 青島市機械工業(yè)局科技情報站 1985 （8） 濮良貴、紀名剛主編《機械設計》第八版 北京：高等教育出版社，2006.5. （9） 孟憲源 姜琪編著?機構構型與應用? 機械工業(yè)出版社 （10）清華大學何德譽主編?專用壓力機? 機械工業(yè)出版社 （11） 趙呈林主編?鍛壓設備? 西北工業(yè)大學出版社 棘輪型手動壓力機的設計 1 引言 1.1課題研究的目的及意義 機械設計是機械工業(yè)的基礎技術?？蒲谐晒D變成有競爭里的新產品，設計起著關鍵性的作用。設計工作的質量和水平，直接關系到產品的質量、性能和技術經濟效益。工業(yè)發(fā)達的國家都十分重視機械設計工作，依靠先進的技術和數字化的電控部件不斷的研制出適應市場需求的機電產品，有力的促進全球經濟的蓬勃發(fā)展。機械工業(yè)的水平是一個國家現代化建設水平的主要標志之一。人們之所以要廣泛使用機器是由于機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產改進產品的質量，能夠大大提高勞動生產率和改善勞動條件。 手動壓力機是機械壓力機中具有代表性的一類加工設備，該類設備結構堅固，提高生產效率，且具有操作方便、動作靈活，經久耐用等特點。它廣泛應用于家電業(yè)、電子工業(yè)、電器端子、鐘表工業(yè)、照相機、微型馬達等制造及零部件裝配，最適用小零部件之壓入、成型、裝配、鉚合、打印、沖孔、切斷、彎曲、印花等工作要求。它的用戶幾乎包羅了國民經濟各部門，量大面寬。現在我國經濟建設蓬勃發(fā)展，壓力機的使用從大型工廠到私人手工作坊，幾乎在涉及到零件冷壓工藝的地方都可以見到。壓力機種類繁多，型式多樣，工作壓力小到幾十公斤，大到幾噸。 我國許多企業(yè)自“八五” 以來，通過技術攻關、自行設計，以及從德國舒勒、美國維爾森、日本小松等著名公司引進設計制造技術，或采取與國外廠商合作生產的方式，將國內壓力機的技術水平提升到了國際先進水平。目前國內生產的一些大型機械壓力機及其生產線已跨出國門，走向世界。小型手動壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和制件質量。但是它成本低、操作方便，容易安裝機械化裝置。并且由于手動壓力機總體處于質量穩(wěn)定、大批量廉價市售狀態(tài)，由國情決定，其市場需求量仍將保持在一個較高的水平。 這次所設計的棘輪式手動壓力機屬于中小型壓力機，其中主要以人力為主，通過齒輪帶動齒條運動，用棘輪實現自鎖，用手輪回復齒條，其中主要設計了各個系統(tǒng)傳動的零部件，結構比較簡單，屬于典型的手動壓力機。 2 棘輪型手動壓力機的設計 2.1總體方按的確定 根據設計的要求，本次設計內容為棘輪式手動壓力機，設計所要完成的內容為：最大工作壓力2000kg；最大工作行程205mm；齒輪帶動齒條傳動；以棘輪達到自鎖目的；手輪控制齒條的回反運動；根據各方面的考慮，最終確定了下圖所示的結構方案。 該機器放置在工作臺上，動力為人力，工作時齒條通過齒輪帶動做用在零件上，齒條與齒輪軸為一體，齒輪軸通過螺母與手柄固定，齒輪軸不直接固定在箱體上，而是通過軸承來減小軸與箱體之間的摩擦力，延長機器的使用壽命，提高機器的精度。 圖2-1 總體方按圖 1.定位盤 2.齒輪軸 3.手輪 4.軸承 5.齒條 6.手柄 7.端蓋 8.棘輪 9.棘爪 2.2齒輪的設計 2.2.1齒輪材料及精度的選擇 本課題所要設計的壓力機采用齒輪傳動，齒輪材料及其熱處理方法直接影響齒輪的強度、耐磨性等性能，因而直接影響齒輪的承載能力和使用壽命。選擇齒輪材料要根據齒輪的載荷大小、工作要求、工作環(huán)境、加工精度及加工成本等綜合考慮。 根據要求，所設計的是手動壓力機，所以在齒輪工作情況下，必須具有足夠的、相應的工作能力，保證在整個工作壽命期間不致失效。因此，齒輪精度的選擇，必須根據用途、工作條件等確定。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的設計計算方法及設計數據，所以目前設計一般使用的齒輪傳動，通常只按保證齒根疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。 1、按上圖的壓力機總體結構示意圖，由齒輪、齒條、棘輪確定傳動方案，選用直齒圓柱齒輪進行傳動。 2、根據參考文獻[3]表10-8各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍，選取齒輪傳動的精度等級。 手動壓力機屬于一般工作機器，速度及精度要求都不是很高，故選用7級精度（GB-10095-88）。 3、根據參考文獻[3]表10-1常用齒輪材料及其力學特性，選取傳動件的材料。 選擇齒輪、齒條的材料均為40Cr，并經調質及表面淬火，齒面硬度為48-55HRC。 2.2.2齒輪的設計計算 根據參考文獻[9]，人的力量在10-50kg之間，所以取作用于壓力機手柄處的力為50kg。初定壓力機手柄的長度為1000mm，但是實際的作用力臂長度不足，去掉手握位置及其他因素構，最后取實際在壓力機手柄上產生的力臂約為950mm。根據設計任務書中的數據，壓力機的最大工作壓力為2000kg。 根據計算式帶入數據： 其中：=50 =0.95 =2000 50×9.8×0.95=2000×9.8× 所求得： =24mm 所以可確定分度圓直徑為： d=2=2×24=48(mm) 選擇齒數：=18 根據計算式帶入數據： 其中：=12，d=46 =2.67 所求得： m=2.67 2.2.3齒輪的校核 根據齒根彎曲強度 由于齒面硬度很高，赤芯強度又很低的齒輪40Cr調質淬火，通常保證齒根彎曲疲勞強度為主。 效核彎曲強度： 1、確定公式的各個計算數值 1）根據參考文獻[3]表10-7圓柱齒輪的齒寬系數，選取齒寬系數 因齒輪、齒條均為硬齒面，故宜選擇稍小的齒寬系數，故取=1 2）根據參考文獻[3]圖10-20（d）滲碳淬火鋼和表面硬化（火焰或感應淬火）剛的彎曲疲勞強度極限，選取齒輪的彎曲疲勞強度極限 查取580Mpa 3）根據參考文獻[3]圖10-18彎曲疲勞壽命系數，查取彎曲疲勞壽命系數 查得彎曲疲勞壽命系數:=0.87 4）計算彎曲疲勞許用應力 根據設計要求取彎曲疲勞安全系數S=1.4， 根據計算式： = 其中580Mpa，=0.87，S=1.4代入上式得： ===360.43MPa 5）計算載荷系數K。 根據計算式： 根據參考文獻[3]表10-2使用系數，選取使用系數。 查取使用系數=1 根據參考文獻[3]表10-3齒間載荷分配系數、，選取齒間載荷分配系數。 查取齒間載荷分配系數==1 根據參考文獻[3]圖10-8動載系數Kv值，確定動載系數。 查取動載系數=1.05 根據參考文獻[3]表10-4接觸疲勞強度計算用齒向載荷分布系數KHb，確定接觸疲勞強度計算用齒向載荷分布系數。 用插值法查得6級精度、齒輪相對支承對稱布置時，的值： =1.297 考慮到齒輪為7級精度，取=1.297 根據計算式： b=d 其中=1，d=48，代入上式得： b=1×48=48mm h=(2ha*+c*)m=(2×1+0.25)×3=6.75 根據b/h=48/6.75=7.11，=1.297 根據參考文獻[3]圖10-13查得： =1.423 計算載荷系數K 根據計算式： 其中=1，=1.297，=1.423，==1得： =1×1.05×1.423×1=1.4942 6）取齒形系數 根據參考文獻[3]表10-5齒形系數及應力校正系數，確定齒形系數。 查得齒形系數： =2.91 7）取應力校正系數 根據參考文獻[3]表10-5齒形系數及應力校正系數，確定應力校正系數。 查得應力校正系數： =1.53 8）根據計算式代入數據： ==0.01235 9）齒輪傳遞的轉矩： ==50×9.8×950=4.655×N.mm 2、設計計算： 按照齒根彎曲強度進行設計計算 根據計算式： 其中數據由上可知，代入數據： 所求得：3.757 由于齒輪模數m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，只與齒輪直徑有關，因此可以根據由彎曲強度算得的模數并就進圓整為標準值m=4。 2.2.4齒輪的幾何尺寸計算 1、齒數： 根據計算式： 其中d=46，m=4，代入上式得： ===12 取整數12 2、壓力角 壓力角取國家標準（GB/T 1356--1988）： α=20° 3、齒頂高ha： 根據計算式： ha=ha*m 其中m=4，ha*為齒頂高系數ha*=1，代入上式得： ha=ha*m=1×4=4 4、齒根高hf： 根據計算式： hf=(ha*+c*)m 其中m=4，c*為頂隙系數c*=0.25，代入上式得： hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×4=5 5、齒全高h： 根據計算式： h=ha+hf=(2ha*+c*)m 其中m=4，ha*=1，c*=0.25代入上式得： h=ha+hf=(2ha*+c*)m=4+5=9 6、齒頂圓直徑da： 根據計算式： da=d+2ha=(z+2ha*)m 其中z=12，m=4，ha*=1，代入上式得： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(12+2×1)×4=56 7、齒根圓直徑df： 根據計算式： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m 其中z=12，ha*=1，c*=0.25，代入上式得： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(12-2×1-2×0.25)=9.5 8、齒厚s： 根據計算式： s=πm/2 其中m=4，π取3.14，代入上式得： s=πm/2=3.14×4/2=6.28 9、齒槽寬e： 根據計算式： e=πm/2 其中m=4，π取3.14，代入上式得： e=πm/2=3.14×4/2=6.28 10、計算齒輪寬度b： 根據計算式： b=d 其中=1及d=48計算得： b=1×48=48mm 2.3齒輪軸的設計 2.3.1齒輪軸材料的選擇 軸的材料種類很多，選擇時應主要考慮如下因素：? ??? 1.軸的強度、剛度及耐磨性要求；? ??? 2.軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求；? ??? 3.軸的材料來源和經濟性等?！　? ??? 此處選擇的軸屬于轉軸。但是，在工作中該軸主要承受的是扭矩，彎矩相當的小。在多數情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。剛軸的毛坯多數用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 考慮到該齒輪軸上的齒是在軸上加工出來的， 根據參考文獻[3]表15-1軸的常用材料及其主要力學性能，選取該齒輪軸的材料。 選取此齒輪軸的材料為40Cr，調質處理。 2.3.2確定齒輪軸的最小直徑 1、計算在齒輪上的力： 齒輪上傳遞的扭矩為： ==50×9.8×950=4.655×N.mm 2、初步確定齒輪軸的最小直徑： 因為選取軸的材料為40Cr，調質處理。根據參考文獻[3]表15-3軸常用幾種材料的[τ]T及A0值,確定齒輪軸的[τ]T及A0值。 查取值為45。 由于此齒輪軸主要承受扭矩，按扭轉強度條件進行計算，軸的扭轉強度條件為： 推導出： ≥ 其中T=4.655×N.mm，=45，代入上式得： ≥==37.25mm 為方便計算，取軸的最小直徑為38mm。 此齒輪軸的最小直是尺寸為44mm部分的直徑，如下圖所示： 圖2-2 軸的零件圖 2.3.3齒輪軸上零件的裝備方式 軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。選用的裝配方案是：右端軸承、墊圈、軸承端蓋依次從軸的右端向左端安裝；左端從右到左依次安裝軸承、墊片、墊圈及軸承蓋。這樣就對各軸段的粗細做了初步安排，根據設計要求選擇下圖所示的裝配方案。 圖2-3軸的裝配圖 2.3.4齒輪軸的校核 1、按軸所受扭矩來校核軸的強度： 軸的扭轉強度條件為： 代入數值，計算得: =MPa=9.2MPa 已經選定軸的材料為40Cr，調質處理。查參考文獻[2]表15-3軸常用幾種材料的[τ]T及A0值，確定此齒輪軸的[τ]T及A0值。 查得，=35Mpa。 因為=9.2MPa <,所以此齒輪軸滿足強度要求。 2、校核軸的疲勞強度： 1）判斷危險截面： 根據上圖軸的零件圖所示進行分析，齒輪兩端15mm處截面只受扭矩的作用，雖然軸肩及過渡配合所引起的應力集中均會削弱軸的強度，但是由于此軸的最小直徑是按照扭轉強度較為寬裕確定的，所以這兩個截面不需要進行校核。 從受載的情況來看，44mm截面上最小。因為該截面只受到手輪的力，而手輪作為回升齒條的零件所用的里較小，軸的最大直徑處也不必校核。 截面受扭矩作用的同時，還存在由軸肩引起的應力集中，并且此處軸的直徑最小，因此該軸只需校核截面兩側即可。? 2）16 mm截面： 選取計算式進行計算： 抗扭截面系數： =0.2× 根據計算式帶入數據得： =0.2×=0.2×=6553.6 截面上的扭矩為： T=225400N.mm 截面上的扭轉切應力為： 根據已知數據帶入上式得： MPa=34.40Mpa 配合處的，根據參考文獻[3]附表3-8用插值法求出，并?。? =0.8， 根據已知數據帶入上式得： =0.8=0.8×3.02=2.416 軸按磨削加工，根據參考文獻[3]附表3-4得表面質量系數為： =0.92 得綜合系數為： =+-1 根據已知數據帶入上式得： =+-1=2.416+-1=2.50 所以軸在截面的安全系數為： = 根據已知數據代入上式得： ===4.56≥S=1.5 故該軸在截面強度足夠。此齒輪軸因無大的瞬時過載及嚴重的應力不對稱性，故可以省略靜強度的校核。 2.3.5齒輪軸的零件圖 見齒輪軸的零件圖紙。 3滾動軸承的選擇 3.1滾動軸承類型的選擇 壓力機所采用的軸承為滾動軸承。各類滾動軸承的結構性質不同，可適應不同的載荷速度和使用、安裝情況，應根據具體的要求選用。一般應考慮如下幾個因素，進行比較選擇。 1、 載荷情況 2、 運轉速度情況 3、 選擇軸承時，需要考慮裝在軸兩端的軸承有一端能在發(fā)熱時可自由移動。 4、 一般軸直徑小時，選用球軸承，因為軸尺寸小，承載能力也小。軸徑尺寸大時，選用滾子軸承。如果軸承孔的尺寸受限，可考慮選用滾針軸承。 5、 若考慮軸承安裝或者更換方便，可選用分離型軸承。 深溝球軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。當其僅承受純徑向載荷時，接觸角為零。當深溝球軸承具有較大的徑向游隙時，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 。深溝球軸承的摩擦系數很小，極限轉速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運轉工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。因此，比較適合用在手動壓力機上。 根據軸承在齒輪軸上所處位置的軸的直徑的大小，參照工作要求，根據參考文獻[7]表15-3（GB276-89），由軸承產品目錄中，初步選取特輕（1）系列，深溝球軸承型號為6009，其尺寸為： dDB=40mm68mm15mm 3.2滾動軸承的配置 由于滾動軸承內徑與軸的配合采用基孔制，而軸承外徑與殼體孔的配合采用機軸制，因此，必須根據載荷大小、載荷作用的方向及性質，以及工作溫度、軸承精度、軸與外殼材料、拆裝要求等因素，合理正確的選擇與軸承內外圈配合的軸和外殼孔的公差，以便得到正確的配合。一般來說，一根軸需要有兩個支點，每個支點可由一個或一個以上的軸承組合。合理的配置是要考慮軸在機器中有正確的位置、防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后不致將軸承卡死等因素。 深溝球軸承是滾動軸承中最為普通的一種類型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個外圈，一個內圈、一組鋼球和一組保持架構成。 這種軸承在安裝時，通過調整端蓋面與外殼之間的墊片厚度，使軸承外圈與端蓋間存在很小的軸向間隙，以適當補償軸受熱所引起的變化。 此外，對于固定間隙軸承（深溝球軸承），可在軸承蓋與箱體軸承座端面之間或在軸承蓋與軸承外圓之間設置調整墊片，以此在裝配時通過調整來控制軸向間隙大小。 本次設計采用深溝球軸承的雙支點單向固定，固定方式如下圖 深溝球軸承的雙支點各單向固定 3.3滾動軸承的潤滑 為見效滾動軸承的摩擦、防止磨損、燒傷及升溫，必須對滾動軸承進行潤滑。選擇滾動軸承的潤滑方式和潤滑劑的類型必須考慮軸承的類型、尺寸及運轉條件（如載荷大小、轉速、允許的升溫等）。 常用的潤滑方式有：脂潤滑；油潤滑。選擇脂潤滑還是油潤滑沒有一個界限標準。潤滑效果的好壞集中表現在軸承溫升上。 潤滑對于滾動軸承具有重要的意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。 由于所設計的手動壓力機轉速較小，所以選擇脂潤滑，脂潤滑與油潤滑相比有很多優(yōu)點：不易泄露，維護簡單，可防止灰塵、冷卻液及其他雜質進入，油膜強度高，可長時間不必更換潤滑脂，密封的支承結構簡單，不需專門的潤滑裝置。對于垂直軸尤為適合。 軸承中填充潤滑脂不宜過量，以填滿軸承空間的1/3 - 1/2為宜。 3.4滾動軸承的密封裝置 密封的作用是防止?jié)櫥蛷妮S承中泄露出來，并防止灰塵、冷卻液、雜質等進入軸承。如果密封不好，將使軸承潤滑得不到保證，造成溫升、軸承燒傷等情況，使軸承和軸系統(tǒng)無法工作。 一般的密封方式分為兩種：接觸是密封和非接觸式密封。根據設計的要求分析，我們選擇接觸式密封中的氈封圈密封。 氈封圈主要用于使用潤滑脂且工作環(huán)境較清潔的忠誠部件內。氈封圈與軸接觸速度一般不超過4—5m/s如果軸徑拋光且氈封質量好，則速度可達7—8m/s。 在軸承上開出梯形槽，將毛氈按標準制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中以與軸密切接觸；或者在軸承上開缺口放置氈圈油封，然后用另外一個零件壓在氈圈油封上，以調整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。 3.5鍵的選擇 根據設計的要求以及裝卸方便，此次設計選擇普通圓頭平鍵，分別裝在手輪固定，和棘輪固定上，具體裝置位置見圖 圖2-4鍵的裝置位置圖 3.5.1鍵的尺寸，型號 根據要求，手輪位置和棘輪位置的軸尺寸相差不大，可以選擇同樣的鍵 用。 1、公稱直徑：d=30 2、公稱尺寸：b×h=10×8 3、其他具體尺寸如圖： 圖2-5 4、鍵的尺寸極限偏差：b為h9，h為h11，L為h14。 5、軸槽及輪轂槽對軸及輪轂的對稱度公差根據參考文獻[7]表10-18，一般在7到9級選取。 6、平鍵的材料通常為45鋼 3.6棘輪機構的設計 3.6.1棘輪機構的基本結構和工作原理 1、棘輪的組成： 棘輪的基本組成，擺桿、棘輪、棘爪。 2、棘輪的工作原理： 擺桿往復擺動，棘爪推動棘輪間歇轉動。 3.6.2棘輪裝置的優(yōu)缺點 1、優(yōu)點： 結構簡單、制作方便、運動可靠、轉角可調。 2、缺點： 工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。使用于速度較低和載荷不大的場合。 3.6.3棘輪機構中的主要問題 正壓力—Pn 摩擦力—F 要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。 3.6.4棘輪幾何尺寸的計算 1、齒數：選擇棘輪齒數 16 2、模數：模數 4 3、頂圓直徑： 根據計算式： da=mz 帶入數據得： da=56 4、齒間距： 根據計算式： p=πm 代入數據得: p=12.6 5、齒頂高： 根據計算式: h=0.75m 得: h=3 6、齒頂弦長： 根據計算式: a=m 得: a=4 7、棘爪工作面長度： 根據計算式: a1=0.6a 得: a1=2.4 8、齒偏角： α=20° 9、棘輪寬： 根據計算式: b=4m 得: b=16 10、棘爪斜高、齒斜高： 根據計算式: h1=h’≈h/cosα 代入數據得: h1=h’=2.4 11、棘輪齒根圓角半徑： rf =1.5 12、棘爪尖端圓角半徑： r1=2 13、棘爪長度: 根據計算式: L=2p 代入數據得: L=25.2 3.6.5棘輪機構零件圖 圖2-6 棘輪的零件圖 3.7手輪和手柄的設計 3.7.1手輪和手柄的材料選擇 1、手輪通過鍵連接到齒輪軸上，作用于通過手輪的轉動調節(jié)齒條的位置，所以只需要鑄造后開鍵槽，不需要過于復雜的設計。 2、手柄是壓力機上傳力構件，根據參考文獻[7]表12-5，可選用碳素結構鋼制造，材料牌號為：Q235。這種材料廣泛應用于普通金屬構件，吊鉤、拉桿等。所以完全可以用于手柄的制造。 3.7.2 手柄長度的設定 初定壓力機手柄的長度為1000mm，但考慮到手的實際作用點及機器本身結構的特點，取實際在壓力機手柄上產生的力臂約為950mm。 3.7.3手柄直徑的確定 手柄直徑的大小d按彎曲強度條件確定，即 σ=≤ 式中為材料的許用彎曲應力，取 = 根據參考文獻[7]表12-5，查得：Q235的min=225MPa。 代入數據：F=2000kg，L=950mm，=225MPa，計算得： d≥19.6mm 取d=20mm，即手柄的直徑為20mm。 3.8齒條的設計 3.8．1零件的特點及材料的選擇 齒條是由狹長平面組成的，加工過程中要保證零件的平面度，齒條固定在機箱上，安裝上齒向要與齒條底面保持垂直，否則會影響到齒輪和齒條的契合和傳動的精度。 根據設計內容，本次設計的手動壓力機屬于閉式齒輪傳動，由手柄帶動齒輪軸，帶動齒條，從而實現機器工作目的，所以設計中要以考慮齒面的接觸疲勞強度為主，但對于齒面硬度很高，齒芯強度低的齒輪則要考慮齒根的彎曲疲勞強度。 40Cr這種材料，經過調質和表面淬火后，加工出來的零件表面硬度很高，芯部硬度較低，所以用其作為齒輪和齒條的材料較為適合。兩種零件相互配合提高效率。 3.8．2齒條參數的設定 1、模數： 選擇與齒輪相同的模數 z=4 2、壓力角： 取國家標準GB/T 1356—1988 α=20° 3、齒頂高： 根據計算式 ha=ha*m 其中ha*為齒頂高系數，取ha*=1，m=4，代入上式得， ha=4 4、齒根高： 根據計算式 hf=（ha*+c*）m 其中c*為頂隙系數，取c*=0.25，m=4，代入上式得， hf=5 6、 齒厚： 根據計算式 s=πm/2 其中π=3.14，m=4，代入上式得， s=6.28 7、 齒槽寬： 根據計算式 e=πm/2 其中π=3.14，m=4，代入上式得， e=6.28 3.8.3齒條基本尺寸的設定 1、齒條長度： 根據設計說明書，壓力機的最大行程為205mm，壓力機的整體高度為320mm， 定為齒條長度為280mm。 2、齒條寬度： 因為前面已求出齒輪的寬度為d=48，齒輪的倒角為2×2mm，所以齒輪的最小寬度為44mm，取齒條寬度為40mm。 3.9箱體的設計 3.9．1零件的特點及材料的選擇 1、零件的特點： 箱體一般承受的外力為： 1） 與箱壁垂直的力，如止推軸承或徑向軸承所承受的軸向力； 2） 與箱壁同一平面的力，如徑向軸承的徑向力； 3） 軸兩邊箱壁上承受的扭轉力矩。 造成箱壁變形的外力，主要是垂直與箱壁的力，其他兩種外力造成的變形很小。箱體的剛度指的是箱壁所受垂直方向的力與箱壁上的著力點同方向變形量的比值。 2、材料的選擇： 對于鑄造箱體，一般采用灰鑄鐵HT150，HT200和HT300，鑄鐵箱體的壁厚，在保證足夠剛度的前提下應盡量選取較小厚度。根據本次設計的內容，箱體為較小箱體，所選用的材料為HT150。 3.9.2箱體的結構設計 1、箱體的壁厚 箱體要有合理的壁厚。軸承座、箱體底座等處承受的載荷較大，其壁厚應該更厚些。箱座、箱蓋、軸承座、底座凸緣等的壁厚查參考文獻5表3-1確定。 1）箱座壁厚δ 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： δ=0.025a+Δ≥8 a為低速級圓柱齒輪傳動中心距，Δ=1（單級），代入數據得： δ=10.5mm 2）箱蓋δ1 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： δ1=0.02a+Δ≥8 這里a為低速級圓柱齒輪傳動中心距，Δ=1（單級），代入數據得： δ1=16mm 3）箱體凸緣厚度b 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： b=1.5δ 把所查得已知數據代入上式得： b=15.75mm，取16mm。 2、 箱蓋外輪廓的設計 箱蓋外輪廓常以圓弧和直線組成。箱蓋外輪廓圓弧半徑應根據結構作圖確定。 3、 箱體凸緣尺寸 軸承座外端面應向外凸出5—10mm，以便切削加工。箱體內壁至軸承座孔外端面的距離L1為： L1=δ+C1+C2+（5—10）mm 其中C1+C2=27mm，代入上式得： L1=42.5mm 4、地腳螺釘直徑df 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： df=0.036a+10 代入數據得： df=12mm 5、地腳螺釘數目n 根據參考文獻[7]表3-1，選定 n=2 6、箱蓋、箱體聯結螺栓直徑d1 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： d1=（0.6--0.8）df 且有，螺栓間距L≤150—200 代入數據得： d1=9.6mm，取標準為10mm。 7、軸承蓋的設計 1）軸承蓋的結構 軸承蓋的作用是固定軸承、承受軸向載荷、密封軸承座孔、調整軸系位置和軸承間隙等。其類型有凸緣式和嵌入式兩種。 本課題中所選用的軸承蓋為凸緣式。如下圖所示凸緣式軸承蓋用螺釘固定在箱體上，調整軸系位置或軸系間隙時不需要開箱蓋，密封性也較好。 圖2-7軸承蓋結構簡圖 2）軸承蓋參數的確定 （1）軸承蓋螺釘直徑和數目d3、n 根據參考文獻[7]表9-9，確定： 螺釘直徑為10mm，螺釘數為4。 （2）軸承蓋外徑D2 根據參考文獻[7]表9-9凸緣式軸承蓋，根據計算式： D2=D0+2.5d3，D0=D+2.5d3 d3為螺釘直徑，D為軸承外徑。根據計算式代入數據得： D2=84mm 8、df、d1至箱外壁距離；df、d1至凸緣邊緣的距離C1、C2 根據參考文獻[7]表3-1，查得： C1min=14mm，C2min=13mm。 9、箱體外壁至軸承座端面距離 根據參考文獻[7]表3-1，根據計算式： =C1+C2+（5--10） 代入數據，計算得： =32 4箱體的工藝規(guī)程設計 4.1設計任務 所要加工的零件為一箱體，如下圖所示， 圖2-8 零件材料：HT150 零件生產類型：單件小批量 4.2零件工藝性分析 1、零件的功用 箱體是機械或部件的基礎零件，它將機器或部件中的軸、套、齒輪等有關零件組裝成一個整體，使他們之間保持正確的小戶位置，并按照一定的傳動關系協調的傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。 2、零件的結構特點 箱體的形狀復雜、壁薄且不均勻，內部成腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求低的緊固孔。 3、零件工藝分析 　 　箱體的主要表面有平面和軸承支承孔。 　　 主要平面的加工，對于中、小件，一般在牛頭刨床或普通銑床上進行。對于大件，一般在龍門刨床或龍門銑床上進行。刨削的刀具結構簡單，機床成本低，調整方便，但生產率低；在大批、大量生產時，多采用銑削；當生產批量大且精度又較高時可采用磨削。單件小批生產精度較高的平面時，除一些高精度的箱體仍需手工刮研外，一般采用寬刃精刨。當生產批量較大或為保證平面間的相互位置精度，可采用組合銑削和組合磨削。 　　 箱體支承孔的加工，對于直徑小于50mm的孔，一般不鑄出，可采用鉆－擴(或半精鏜)－鉸(或精鏜)的方案。對于已鑄出的孔，可采用粗鏜－半精鏜－精鏜(用浮動鏜刀片)的方案。由于主軸軸承孔精度和表面質量要求比其余軸孔高，所以，在精鏜后，還要用浮動鏜刀片進行精細鏜。對于箱體上的高精度孔，最后精加工工序也可采用珩磨、滾壓等工藝方法。 4.3毛坯的選擇 1、確定毛坯制造方法 箱體材料一般選用HT200~400的各種牌號的灰鑄鐵，而最常用的為HT200。灰鑄鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產或某些簡易機床的箱體，為了縮短生產周期和降低成本，可采用鋼材焊接結構。此外，精度要求較高的坐標鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵。負荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。 2、確定加工余量,毛坯尺寸和公差 毛坯的加工余量與生產批量、毛坯尺寸、結構、精度和鑄造方法等因素有關。有關數據可查有關資料及根據具體情況決定。 3、繪制毛坯圖 圖4-9箱體毛胚圖 4.4擬定零件加工工藝路線 根據箱體的結構特點，可得這個零件加工典型工藝路線如下： 這里制定出兩種工藝路線方案，并進行比較，從中選出最合適的一種方案。 方案一： 工序00：標準鑄件 工序05：銑底座下底面 工序10：銑底座上端面凸臺 工序15：銑左端面 工序20：鉆齒輪軸孔 工序25：鉆定位盤螺栓孔 工序30：鉆地腳螺釘孔 工序35：鉆螺紋孔 工序40：車螺紋孔內螺紋 工序45：鏜齒輪軸孔 工序50：銑齒條槽 工序55：去毛刺 工序60：檢驗 工序65：入庫 方案二： 工序00：標準鑄件 工序05：鉆齒輪軸孔 工序10：鏜齒輪軸孔 工序15：鉆定位盤螺栓孔 工序20：鉆地腳螺釘孔 工序25：鉆螺紋孔 工序30：車螺紋孔 工序35：銑左端面 工序40：銑齒條槽 工序45：銑底座上端面 工序50：去毛刺 工序55：檢驗 工序60：入庫 方案比較：方案一和方案二相比而言，方案二中由于先鉆孔而沒有銑端面，所以由于鑄件的粗糙度較高，不能準確的定位，所以選用方按一做為本箱體加工工藝的路線。 4.5制定零件工藝規(guī)程 1、選擇表面加工方法 （1）、主要表面加工方法的選擇 　 　箱體的主要表面有平面和軸承支承孔。 　　 主要平面的加工，對于中、小件，一般在牛頭刨床或普通銑床上進行。對于大件，一般在龍門刨床或龍門銑床上進行。刨削的刀具結構簡單，機床成本低，調整方便，但生產率低；在大批、大量生產時，多采用銑削；當生產批量大且精度又較高時可采用磨削。單件小批生產精度較高的平面時，除一些高精度的箱體仍需手工刮研外，一般采用寬刃精刨。當生產批量較大或為保證平面間的相互位置精度，可采用組合銑削和組合磨削。 （2）、由于兩端面表面粗糙度要求不是很高，采用銑削的加工方法。 2、選擇刀具： 據不同的工序選擇刀具。 3、量具的選擇： 量具的選擇主要取決與生產類型和所要檢驗的精度。盡量選用通用量具。 4.6手動壓力機的成本核算 4.6.1成本概念 成本是企業(yè)為生產產品、提供勞務而發(fā)生的各種經濟資源的耗費。生產經意過程同時也是資產的耗費過程。例如，為生產產品需要耗費材料、磨損固定資產、用現金向職工支付工資等職工薪酬。材料、固定資產和現金都是企業(yè)的固定資產。這些資產的耗費，在企業(yè)內部表現為一種資產轉變成另一種資產，是資產內部的相互轉變，不會導致企業(yè)所有者權益的減少，不是經濟利益流出企業(yè)，因此不是企業(yè)的費用。 4.6.2產品生產成本項目 根據生產特點和管理要求，企業(yè)一般設立以下3個成本項目： 一直接材料 直接材料是指企業(yè)在生產產品和提供勞務過程中所耗費的直接用于產品生產并購成產品實體店原料、主要材料、外購半成品成品以及有助于產品形成的輔助材料等。 二直接人工 直接人工是指企業(yè)在生產產品和提供勞務過程中，直接參加產品生產的工人工資以及其他各種形式的職工薪酬。 三制造費用 制造費用是指企業(yè)為生產產品和提供勞務而發(fā)生的各項間接費用，包括生產車間管理人員的工資等職工薪酬、折舊費、機物料消耗、勞動保護費等費用。 4.6.3生產成本的核算 直接材料成本的核算 本壓力機要用到的材料有45號鋼、Q235鋼板、軸承8號槽鋼、40Cr、齒輪及棘輪以及一些標準件，在裝配過程中還要用到焊條，經咨詢得各種材料及標準件的價格如下： 45號鋼：3650元/噸；Q235：3180元/噸；；軸承：3元/個 ；螺栓：1元/個；彈簧墊片：1元/個；緊定螺釘：1元/個；齒輪150元/個，棘輪200元/個。所以材料成本為4000元 直接人工成本的核算 經咨詢得機械行業(yè)工人的工資在大約在2000—2500元左右，本文中取2300元，該廠有100位工人，棘輪式手動壓力機月產10000臺，則應向每臺壓力機派23元； 經咨詢相關行業(yè)人士知工人的福利（五險一金等)250-300元左右，本文取270元 則應向每臺壓力機派發(fā)27元.所以直接人工成本費為50元/臺 制造成本的核算 經咨詢的機械行業(yè)管理人的工資在大約在2500—3000元左右，本文中取2700元，壓力機月產量為10000臺，設該廠有10位管理人員，所以每臺攤派2.7元；攤派折舊費按每臺5元攤派；機物料費按每臺10攤派；勞動保護費按每臺1元攤派；水電費按每臺10元攤派。所以直接人工成本為80元每臺 總成本為4080元。 5結論 手動壓力機是機械壓力機中具有代表性的一類加工設備，該類設備結構堅固，提高生產效率，且具有操作方便、動作靈活，經久耐用等特點。它廣泛應用于家電業(yè)、電子工業(yè)、電器端子、鐘表工業(yè)、照相機、微型馬達等制造及零部件裝配，最適用小零部件之壓入、成型、裝配、鉚合、打印、沖孔、切斷、彎曲、印花等工作要求。它的用戶幾乎包羅了國民經濟各部門，量大面寬?，F在我國經濟建設蓬勃發(fā)展，壓力機的使用從大型工廠到私人手工作坊，幾乎在涉及到零件冷壓工藝的地方都可以見到。 為了能夠自動化、機械化地生產零件，需要使用現有的標準化的夾具。這樣才能夠很好的理解產品的工藝流程設計將有助于依據夾具設計零件及其尺寸。機床，裝配站，自動傳送設備和自動裝配設備必須在接下來的操作中能夠在設定好的位置上準確地抓住和夾緊零件。這就要求零件在被傳送 、制造、加工和裝配的過程中，能夠被專門的夾具夾緊和固定。零件加工的過程取決于公差，每一道工序都有它實際的“等級”，以用來確定公差和現行的生產線上所采用的加工精度的接近程度。如果此時的公差和限定的等級相當的接近，那么接下來就要采取十分精密的（同時也是十分昂貴的）加工方法。因此，設計師們必須明確公差的階梯性變化，同時還要知道每一道工序的公差等級。 通過本次設計，查找各方面資料讓我進一步了解了目前國內外在機械方面的成就，也知道了機械設計在社會經濟發(fā)展中的重要性，在這次設計中，也更明確了自己的不足之處，機械設計方面的知識很廣，我也只了解了其中的一部分，在知道老師細心的教導和同學的幫助下完成了這次設計，但是還是在一些細節(jié)方面還有很多需要加強的地方，總之，這次設計讓我打開了設計方向的大門，對自己今后的工作發(fā)展起了一個很好的開端。 主要參考文獻 1 沈紉秋主編《工程材料與制造工藝教程》 北京：航空工業(yè)出版社，1991.5. 2 張鼎承主編 沖壓機械化與自動化 北京:機械工業(yè)出版社，1982. 3 濮良貴、紀名剛主編《機械設計》第八版 北京：高等教育出版社，2006.5. 4 中國機械工程協會 王少懷主編《機械設計師手冊》 北京：電子工業(yè)出版社，2006.7 5 德國 OPTIMA 夾緊技術公司產品樣本 沖鍛壓模具的快速夾緊，2001. 6 [日]日本塑性加工學會編 壓力加工手冊 北京:機械工業(yè)出版社，1984. 7 王昆等主編《機械設計、機械設計基礎課程設計》 北京：高等教育出版社，1996. 6 [日]日本塑性加工學會編 壓力加工手冊 北京:機械工業(yè)出版社，1984. 8 Pearce,R.Sheet Matal Forming,Bristol、philadelphia:Adam hilger，1991. 9 青島市機械系統(tǒng)翻譯網譯 青島市機械工業(yè)局科技情報站，1985. 33