曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)論文

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(jì)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(jì)方案的確定84設(shè)計(jì)過程論述104.1壓力機(jī)中主體機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定及運(yùn)動分析104.1.1對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運(yùn)動分析104.1.2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運(yùn)動分析144.2壓力機(jī)主體機(jī)構(gòu)的選擇184.3電動機(jī)的選擇214.3.1壓力機(jī)功能組成及總功214.3.2電動機(jī)型號的選擇234.4壓力機(jī)傳動裝置的總體設(shè)計(jì)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(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算234.5壓力機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算244.5.1飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算244.5.2 V帶輪的設(shè)計(jì)254.5.3齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算284.5.4曲軸尺寸參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核334.5.5曲軸軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算354.5.6傳動軸的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的比較486 潤滑方式的選擇527結(jié)束語548參考文獻(xiàn)559 附錄56摘要 曲柄壓力機(jī)是以曲柄傳動的鍛壓機(jī)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(dāng)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(jī)構(gòu)，則可以推行半自動沖壓工作，一般用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、電氣工業(yè)、汽車、拖拉機(jī)工業(yè)等用途較為廣泛。這篇論文介紹了設(shè)計(jì)壓力機(jī)的設(shè)計(jì)過程，從確定傳動方案開始，到壓力機(jī)主體機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)確定和運(yùn)動分析，在到電動機(jī)選擇，最后壓力機(jī)傳動系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。此次通過對對心、正偏置、負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及相互之間的比較，選則合適的機(jī)構(gòu)來達(dá)到設(shè)計(jì)目的。電動機(jī)的選擇采用了比較好的計(jì)算方法，通過對計(jì)算壓力機(jī)在一個工作周期所消耗的能量A以及各部分能量消耗的組成來選擇電動機(jī)。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(jì)過程，還有借助AUTOCAD，ANSYS等輔助分析軟件，就能設(shè)計(jì)出比較合理的壓力機(jī)。關(guān)鍵詞 曲柄壓力機(jī)；沖壓；結(jié)點(diǎn)偏置；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；變位系數(shù)；強(qiáng)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，metal 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，electric 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 , Finally ,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 selection 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 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(jī)是采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作機(jī)構(gòu)的一類 鍛壓機(jī)器。開式曲柄壓力機(jī)是曲柄壓力機(jī)的一個類別，其特點(diǎn)是具有開式機(jī)身（即C形機(jī)身）。開式曲柄壓力機(jī)因具有開式機(jī)身，與閉式壓力機(jī)相比具有其突出的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)械化和自動化提供了良好的條件。但是，開式壓力機(jī)具有其缺點(diǎn)，由于機(jī)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(jī)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(jī)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、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、軸承、儀表、農(nóng)機(jī)、農(nóng)具、自行車、縫紉機(jī)、醫(yī)療器械、日用五金等部門中，開式曲柄壓力機(jī)的年產(chǎn)量約占整個鍛壓機(jī)械年產(chǎn)量的49.5%，而在通用曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)中，約占95% 。眾所周知，制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平和國防實(shí)力。壓力機(jī)是機(jī)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(jī)床設(shè)計(jì)要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機(jī)床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。因此，對壓力機(jī)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(jī)進(jìn)行進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如對壓力機(jī)主體機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)、運(yùn)動分析、傳動系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出低成本、高精度、高效率、節(jié)能的曲柄壓力機(jī)，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(shí)際2.2研究目的與意義曲柄壓力機(jī)是以曲柄傳動的鍛壓機(jī)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(dāng)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(jī)構(gòu)、則可以推行半自動沖壓工作，一般用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、電氣工業(yè)、汽車、拖拉機(jī)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(jì)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(jī)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(jìn)，設(shè)備的性能（包括生產(chǎn)率）的改善，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(jìn)。所以提高生產(chǎn)率，改進(jìn)沖壓件質(zhì)量（首先是他的形狀和尺寸精度），實(shí)現(xiàn)自動化，以及根本改善操縱條件和工作地點(diǎn)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(jī)械壓力機(jī)的正規(guī)專業(yè)和兼業(yè)生產(chǎn)廠共23個，1978年機(jī)械壓力機(jī)品種（只包括一機(jī)械系統(tǒng)的正式產(chǎn)品）共30個系列達(dá)160余種，產(chǎn)量占整個鍛壓機(jī)械年產(chǎn)量的49%，其中開式壓力機(jī)占70%，大、重型機(jī)械壓力機(jī)占3%。在這期間，上海鍛壓機(jī)床廠、上海第二鍛壓機(jī)床廠、濟(jì)南第二機(jī)床廠及徐州鍛壓機(jī)床廠等機(jī)械壓力機(jī)制造廠進(jìn)行了技術(shù)改造和擴(kuò)建，生產(chǎn)能大大提高。設(shè)計(jì)科研隊(duì)伍日益擴(kuò)大，開展了機(jī)械壓力機(jī)的三化及科研工作，老產(chǎn)品亦不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。例如，濟(jì)南第二機(jī)床廠對13中產(chǎn)品至今共進(jìn)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(diǎn)壓力機(jī)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(jì)和制造大型復(fù)雜機(jī)械壓力機(jī)的能力，某些產(chǎn)品以接近或趕上世界先進(jìn)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)?；④囆蛡€性化和覆蓋件大型一體化。進(jìn)入21世紀(jì)，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(jìn)步。汽車覆蓋件是標(biāo)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)目前主要有兩種方法：一是由多臺大重型機(jī)械壓力機(jī)配以自動化機(jī)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(jī)生產(chǎn)。國外目前現(xiàn)狀，曲柄壓力機(jī)，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(qiáng)勁，要滿足其經(jīng)濟(jì)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(jī)設(shè)計(jì)、制造者們、在傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)上經(jīng)反復(fù)各種嘗試，最近終于設(shè)計(jì)制造出一些具有新創(chuàng)見的壓力機(jī)面市。這些壓力機(jī)，在結(jié)構(gòu)上各有其獨(dú)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(jī)械驅(qū)動源的液壓化、兼容機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)雙方優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了未來壓力機(jī)的突出特征，例如球頭連桿壓力機(jī)，機(jī)械液壓壓力機(jī)，液壓機(jī)械壓力機(jī)等。2.3.3發(fā)展趨勢在鍛壓裝備中曲柄壓力機(jī)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(jī)、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(jī)械壓力機(jī)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(jī)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。用機(jī)械壓力機(jī)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(jì)前期，由于汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機(jī)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(jī)的發(fā)展。傳動系統(tǒng)是曲柄壓力機(jī)的重要組成部分，其作用是將電機(jī)的運(yùn)動和能量按照一定要求傳給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國鍛壓機(jī)床行業(yè)經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運(yùn)作，快速地提升了我國沖壓設(shè)備整體水平。近年設(shè)計(jì)制造的許多產(chǎn)品，其技術(shù)性能指標(biāo)已經(jīng)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，在宜人性方面也取得了長足進(jìn)步。但由于大家都在進(jìn)步，所以國內(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(dāng)前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2.3.3存在主要問題及今后看法三十年來，機(jī)械壓力機(jī)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(diǎn)，機(jī)械壓力機(jī)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(jì)的需要。存在的主要問題有：1.品種短缺嚴(yán)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(jī)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(jī)械壓力機(jī)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(jī)械壓力機(jī)；2.加強(qiáng)科研隊(duì)伍及試驗(yàn)基地建設(shè)，3.加強(qiáng)沖壓工藝的研究；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(jì)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(diǎn)：（1）壓力機(jī)重心低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能減少震動和噪聲，勞動條件較好；（2）壓力機(jī)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(yùn)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(diǎn)是：（1）壓力機(jī)平面尺寸較大，而總高度和上傳動相差不多，故壓力機(jī)總重量比上傳動的約大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(jī)居多，但下傳動壓力機(jī)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(jī)傳動系統(tǒng)的曲軸平行于壓力機(jī)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(jī)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(jī)上也采取這種型式。曲軸橫放主要適用于大臺面壓力機(jī)（通常為雙點(diǎn)壓力機(jī)）。采取曲軸縱放和橫放沒有嚴(yán)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(jī)的傳動級數(shù)與電動機(jī)的的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關(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(jī)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(dāng)。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(dāng)?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(dāng)。3.1.3確定離合器和制動器的安裝位置單級傳動壓力機(jī)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(jī)，離合器應(yīng)置于曲軸上，這是因?yàn)閯傂噪x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(jī)，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(dāng)摩擦離合器安裝在低速軸上時，加速壓力機(jī)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(jī)器的具體情況而定。一般來說，行程次數(shù)較高的壓力機(jī)（如模鍛壓力機(jī)）離合器最好安裝在曲軸上，因?yàn)檫@樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器工作條件也較好。行程次數(shù)較低的壓力機(jī)（如中大型通用壓力機(jī)），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?yàn)閭鲃虞S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(jì)方案的確定根據(jù)以上設(shè)計(jì)原理及此次設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)綜合考慮，曲柄壓力機(jī)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(jī)總體傳動方案 4設(shè)計(jì)過程論述4.1壓力機(jī)中主體機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定及運(yùn)動分析設(shè)計(jì)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(jī)主體結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)中的主要類型，這種機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)各種沖壓加工工藝，并直接承受工件變形力。同時，機(jī)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(jī)瞬時峰值力的要求。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)代表曲柄壓力機(jī)的主要特征，它的運(yùn)動分析是設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，也是靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)根據(jù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的布置特征，一般分為對心、正偏置、負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。這三種不同的結(jié)構(gòu)類型，由于其具有不同的運(yùn)動速度特征，而分別應(yīng)用于不同的壓力機(jī)中。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖如圖2所示，0點(diǎn)表示曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，A點(diǎn)表示連桿與曲柄的連接點(diǎn)，B點(diǎn)表示連桿與滑塊的連接點(diǎn)，OA表示曲柄半徑R，AB表示連桿長度。當(dāng)OA以角速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，B點(diǎn)則以速度V作直線運(yùn)動。4.1.1對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運(yùn)動分析1.滑塊位移圖4.2為對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系簡圖。（所謂對心，是指滑塊和連桿的連結(jié)點(diǎn)B的運(yùn)動軌跡位于曲柄旋轉(zhuǎn)中心O和連結(jié)點(diǎn)的連線上。）滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn) 角之間的關(guān)系可表達(dá)為 而 令 而 整理得 （1）由于一般小于0.3，對于通用壓力機(jī)，一般在0.10.2范圍內(nèi)，故公式（1）可進(jìn)行簡化。根號部分可用泰勒級數(shù)展開略去高階項(xiàng)得 公式（1）變?yōu)?（2） 圖4.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 圖4.2對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系簡圖式中滑塊位移，從下死點(diǎn)算起，向上方向?yàn)檎?，以下均相同；曲柄半徑；曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點(diǎn)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(dāng)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?yàn)檎?；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?yàn)檎?，下同?.參數(shù)確定由上述分析，結(jié)合運(yùn)動關(guān)系簡圖可知， 當(dāng) ；時； =50 mm 取 則 5.滑塊的運(yùn)動分析詳細(xì)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(jī)構(gòu)滑塊位移速度及加速度曲線4.1.2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)確定及運(yùn)動分析1.滑塊運(yùn)動分析圖5、6分別為正偏置、負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(fù)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(diǎn)偏置率（ ）； 結(jié)點(diǎn)偏置值。順便指出，當(dāng)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(diǎn)偏置后， 滑塊的速度曲線就不對稱，具有急回或急進(jìn)特性。 圖5正偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 圖6負(fù)偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖例如，采用負(fù)偏置的擠壓機(jī)，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(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定 以正偏置為例計(jì)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， 圓整為 37 mm； 圖7正偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)處極限位置計(jì)算簡圖 =0.734. B1下死點(diǎn)B2上死點(diǎn)負(fù)偏置情況時的計(jì)算與正偏置一樣，所以機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)相同，只是曲柄滑塊的運(yùn)動特性存在差別。3.偏置滑塊的運(yùn)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(jī)構(gòu)的滑塊位移速度及加速度曲線圖9負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊位移速度及加速度曲線4.2壓力機(jī)主體機(jī)構(gòu)的選擇將三種情況的位移，速度及加速度，分別在坐標(biāo)系中做出來，觀察并分析運(yùn)動特性，如圖10、11、12所示。圖10對心、正偏置負(fù)、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊位移曲線圖11對心、正偏置、負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊速度曲線圖12對心、正偏置、負(fù)偏置曲柄滑塊機(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(jī)構(gòu)具有急進(jìn)的特征3。在工作區(qū)間（），負(fù)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(jī)構(gòu)具有急回的特征。由以上分析可知，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的偏置特征可以改善壓力機(jī)的運(yùn)動特性（同時也可以改善其受力狀況），從而提高壓力機(jī)的運(yùn)動精度，特別是能適應(yīng)不同的工藝要求。正偏置即急進(jìn)機(jī)構(gòu)，常在平鍛機(jī)中采用，負(fù)偏置即機(jī)會機(jī)構(gòu)常在擠壓機(jī)中采用。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，JB2335A型35噸開式雙柱可頃壓力機(jī)設(shè)計(jì)采用正偏置的具有急進(jìn)的特征的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。4.3電動機(jī)的選擇4.3.1壓力機(jī)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(dāng)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 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(jī)型號的選擇電動機(jī)平均功率 (29)電動機(jī)實(shí)際功率 (30)查表611 得 K取1.3實(shí)際選用功率 (31) 又因?yàn)?，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(jī)，單級傳動系統(tǒng)一般采用1000r/min的電動機(jī)1。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5 ， 同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定功率Ne為2.2KW的電動機(jī)型號為Y100L14，滿載轉(zhuǎn)速nm=1430r/min。4.4壓力機(jī)傳動裝置的總體設(shè)計(jì) 4.4.1確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比電動機(jī)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(jī)械傳動的主要性能，表411 ,現(xiàn)有通用壓力機(jī)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(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算傳動裝置如圖1所示1各軸轉(zhuǎn)速電動機(jī)軸 傳動軸 (34)曲柄軸 2各軸輸入功率電動機(jī)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(jī)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(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表：表1運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)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(jī)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(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.5.1飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算1電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度 (40)2電動機(jī)的額定滑差率 該異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)速 (41)3速度不均勻系數(shù)考慮該壓力機(jī)需進(jìn)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(dāng)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(jì)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：電動機(jī)額定功率,轉(zhuǎn)速，傳動比，每天工作8小時。1確定計(jì)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(zhǔn)直徑dd1并驗(yàn)算帶速v1) 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表869表889，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=80mm。2) 驗(yàn)算帶速v 。按式（813）9 驗(yàn)算帶的速度 (46) 因?yàn)?m/s 30 m/s ，故帶速合適。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式（815a）9 ，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)算帶所需要的基準(zhǔn)長度 （48） 由表829選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1800mm。3）按式（823）9計(jì)算實(shí)際中心距a （49）中心距的變化范圍為493a574mm。5驗(yàn)算小帶輪包角 （50）6計(jì)算帶的根數(shù)Z1）計(jì)算單根V帶的額定功率Pr 。由dd1=90mm和ne=1430r/min，查表84a9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(jì)算V帶的根數(shù)Z （52）取7根。7計(jì)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(shí)際初拉力 。8計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值為 （54） 9V帶設(shè)計(jì)結(jié)果如下表所示 表2帶輪設(shè)計(jì)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(shí)心式，大帶輪輪輻式4.5.3齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)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，選用變位直齒圓柱齒輪傳動。3）壓力機(jī)一般為機(jī)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(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（109）9進(jìn)行計(jì)算，即 （55）l 確定公式類各計(jì)算數(shù)字1） 試選載荷系數(shù)。2） 計(jì)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，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極；大齒輪的接觸疲勞極限。6） 由式10139計(jì)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(jì)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(diǎn)區(qū)域系數(shù) 按，由圖10811，查得l 計(jì)算1）試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入 中較小的值。2）計(jì)算圓周速度v。 （60）3）計(jì)算齒寬。 （61）4）計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) （62）齒高 （63） 5）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)，7級精度，由圖1089查得動載系數(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(shí)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(jì)算模數(shù)。 （66）3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（105）9得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (67)l 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1）由圖1020c9查得小齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；2）由圖10189取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；3）計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)計(jì)算 (73)對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)度算得的模數(shù)3.476并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)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(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4幾何尺寸計(jì)算。表3外嚙合直齒圓柱齒輪傳動計(jì)算結(jié)果(表中) (mm) 名稱符號計(jì)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(shí)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(qiáng)度校核曲柄壓力機(jī)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(jī)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(jī)的曲軸則用合金鋼鍛制，如40Cr，37SiMn2MoV、18CrMnNoV，鍛比需要大于3，對于小型壓力機(jī)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(jìn)調(diào)質(zhì)處理，有時還要在兩端切割試件進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。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(jī)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(qiáng)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(yàn)公式1及計(jì)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(yàn)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(qiáng)度校核曲軸強(qiáng)度計(jì)算存在不少問題，過去所沿用的方法與實(shí)際情況相差較大，有些在計(jì)算上亦感繁瑣?，F(xiàn)只介紹一種較精確校核的計(jì)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(jì)；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(diǎn)處），BB（右側(cè)曲柄臂右端面）。圖14曲軸計(jì)算簡圖（純彎梁法）危險截面計(jì)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(qiáng)度滿足。l BB截面公稱當(dāng)量力臂