J23-100開式雙柱可傾曲柄壓力機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

J23-100開式雙柱可傾曲柄壓力機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對學(xué)生在畢業(yè)之前所進(jìn)行的一次綜合設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練,是為社會培養(yǎng)合 格的工程技術(shù)人員最后而又及其重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步的培養(yǎng) 和鍛煉我們的分析問題能力和解決問題的能力,這對我們今后走向工作崗位有很大的幫 助。 我們這次是一般選型和專題設(shè)計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì),涉及內(nèi)容廣泛,幾乎四年所學(xué)知識 或多或少涉及到。這次設(shè)計(jì)我們將本著:獨(dú)立分析,相互探討,仔細(xì)推敲,充分吃透整 體設(shè)計(jì)的整體過程,使這次設(shè)計(jì)反映出我們的設(shè)計(jì)水平,并充分發(fā)揮個(gè)人的創(chuàng)新能力。 作為一名未來的工程技術(shù)人員,應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)在開始做起,學(xué)好知識,并不斷的豐富自 己的專業(yè)知識和提高實(shí)際操作能力。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下,我們較為圓滿的完成了 這次設(shè)計(jì)工作,由于學(xué)識和經(jīng)驗(yàn)的不足,其中定會出現(xiàn)很多問題,不足之處懇請各位老 師加以批評和指導(dǎo)。i?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?摘 要 曲柄壓力機(jī)是通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn) 動,對胚料進(jìn)行成行加工的鍛壓機(jī)械。曲柄壓力機(jī)動作平穩(wěn),工作可靠,廣泛用于沖 壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。其結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,性能可靠。 關(guān)鍵詞:壓力機(jī),曲柄機(jī)構(gòu),機(jī)械制造ii?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?Abstract Crank 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 convenientKeywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturingiii?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?目 錄 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書1 第一節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)的目的.1 第二節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容.1 第三節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟.1 第二章 電動機(jī)選擇和飛輪設(shè)計(jì)2 第一節(jié) 壓力機(jī)電力拖動特點(diǎn)2 第二節(jié) 電動機(jī)的選擇3 第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動慣量及尺寸的計(jì)算5 第三章 機(jī)械傳動設(shè)計(jì)10 第一節(jié) 傳動系統(tǒng)分析.10 第二節(jié) V帶傳動設(shè)計(jì)11 第三節(jié) 齒輪傳動設(shè)計(jì).13 第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)16 第五節(jié) 平鍵連接19 第六節(jié) 滾動軸承的選擇20 第四章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)22 第一節(jié) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和受力分析.22 第二節(jié) 曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.23 第三節(jié) 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置.26 第四節(jié) 滑動軸承的設(shè)計(jì)30 第五節(jié) 滑塊與導(dǎo)軌的形式.32 第五章 機(jī)身設(shè)計(jì).33 第一節(jié) 機(jī)身結(jié)構(gòu)33 第二節(jié) 機(jī)身計(jì)算34 第六章 離合器與制動器.38 第一節(jié) 離合器與制動器的作用原理.38 第二節(jié) 離合器的選用.39 第三節(jié) 制動器的選用.41 第七章 過載保護(hù)裝置43 第八章 潤滑系統(tǒng).49 外文資料52 中文翻譯59 總 結(jié).64 參考文獻(xiàn)65iv?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 第一節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)的目的 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)和部分非機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一次較全面的機(jī)械設(shè)計(jì) 訓(xùn)練,是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程重要的綜合性與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),其基本目的是: 一、 通過曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì),綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他有關(guān)先修課程的理 論,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐知識,培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力,并使所說知識,得 到進(jìn)一步鞏固,深化和擴(kuò)展。 二、 學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法,掌握通用機(jī)械零件,機(jī)械傳動裝置或簡單機(jī)械 的設(shè)計(jì)原理和過程。 三、 運(yùn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練,如計(jì)算、繪圖,熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料(手 冊、圖冊、 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等)以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。 第二節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 內(nèi)容包括:選擇電動機(jī)型號,V帶傳動設(shè)計(jì),齒輪傳動設(shè)計(jì),曲柄滑塊傳動設(shè)計(jì), 壓力機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì),繪制裝配圖及零件圖,在設(shè)計(jì)中完成了以下工作: 一、 壓力機(jī)裝配圖 二、 零件工作圖五張(連桿、軸、齒輪、曲軸、滑塊) 三、 設(shè)計(jì)說明書一份 第三節(jié) 曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟 它通常是根據(jù)任務(wù)書擬訂若干方案并進(jìn)行分析比較然后確定一個(gè)真確、 合理的設(shè)計(jì) 方案,進(jìn)行必要的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),最后用圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果,用設(shè)計(jì)書明書表示設(shè)計(jì) 結(jié)果。曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)可按照以下所述的幾個(gè)階段進(jìn)行: 一、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 1、分析設(shè)計(jì)任務(wù)書,明確工作條件,設(shè)計(jì)要求的內(nèi)容和步驟。 2、了解設(shè)計(jì)對象,閱讀有關(guān)資料,圖紙,觀察事物或模型以進(jìn)行減速器裝拆1?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?試驗(yàn)等。 3、熟悉機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方案和步驟。 4、準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要的圖紙,資料和用具,并擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。 二、傳動裝置總體設(shè)計(jì) 1、確定傳動方案 2、計(jì)算電定機(jī)的功率,轉(zhuǎn)速,選擇電動機(jī)的型號 3、確定總傳動比和分配各級傳動比 4、計(jì)算各軸的功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距 三、各級傳動零件設(shè)計(jì) 四、壓力機(jī)裝配草圖設(shè)計(jì) 1、選擇比例尺,合理布置試圖,確定壓力機(jī)和零件的相對位置。 2、確定軸上立作用點(diǎn)及支點(diǎn)距離,減速器箱體,曲柄系統(tǒng)及其附件的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)。 五、零件工作圖設(shè)計(jì) 1、壓力機(jī)裝配圖 2、連桿零件圖 3、軸的零件圖 4、齒輪零件圖 5、曲軸零件圖 6、滑塊零件圖 第二章 電動機(jī)選擇和飛輪設(shè)計(jì) 第一節(jié) 壓力機(jī)電力拖動特點(diǎn) 壓力機(jī)的負(fù)載為一沖擊載荷,即在一個(gè)工作周期內(nèi)只在較短的時(shí)間內(nèi)承受工作負(fù) 荷。而在較長的時(shí)間內(nèi)為空運(yùn)轉(zhuǎn)。若按此短暫的工作時(shí)間來選擇電動機(jī)的功率,則電動 機(jī)的功率會很大。 為了減少電動機(jī)功率,在傳動系統(tǒng)中設(shè)置了飛輪,可以大大減少電動機(jī)功率。采用2?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?飛輪后,當(dāng)滑塊不動時(shí),電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn),使其儲備能量。而在沖壓工作的瞬時(shí), 主要靠飛輪釋放能量。工件沖壓后,負(fù)荷減少,電動機(jī)帶動飛輪加速旋轉(zhuǎn),使其在下一 個(gè)沖壓工作前恢復(fù)到原有角速度,節(jié)蓄能量。所以沖壓時(shí)所需的能量不是直接由電動機(jī) 供給,而是主要由飛輪供給,這樣電動機(jī)功率可大大減少。 第二節(jié) 電動機(jī)的選擇 一、選擇電動機(jī)型號 根據(jù)原始數(shù)據(jù)可知工作機(jī)的工作阻力F 300KN 300000N,運(yùn)輸帶的速度n 110 ×90×2mm/min 0.33m/s。 1、選擇電動機(jī)功率 工作機(jī)所需的電動機(jī)輸出功率為 (采用飛輪機(jī)構(gòu))?p F? n w?P? ×15%? ×15% d?h 1000 h h W?由電動機(jī)至工作機(jī)之間的總效率為?2?h h h h h h h w 1 2 3 4 5?式中?h 、h、h、h分別為聯(lián)軸器、帶傳動、一對軸承、齒輪傳動的效率。取?h 0.99、?1 2 3 4 1 h 0.96、?h 0.98、?h 0.97、?h 0.98 ,則?2 3 4 5?2?h h ? 0.99? 0.96?0.98 ? 0.97? 0.98?0.89 w 所以?F? n P? ? ×15% 16.7KW d?1000 h h W?2、確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 曲軸轉(zhuǎn)速? n? 45r/min w?按推薦的合理傳動比范圍, 取V帶傳動的傳動比?i?' 4-6, 單級齒輪傳動比?i?' 5-7, 1? 2?則合理總傳動比的范圍為i'20-42,故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為?n?' i?n? (2042)×45r/min 9001890r/min d? w?符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速由1000 r/min 和1500r/min, 再根據(jù)計(jì)算出的容量, 由 機(jī) 械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書附表8.1查出的電動機(jī)型號,其技術(shù)參數(shù)如表2-13?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?額定功率 電動機(jī)功率(r/min) 電動機(jī)型號 Ped/kW 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 Y225M-6 30 980 1000 Y200L-4 30 1470 1500 表2-1 3、選擇電動機(jī)型號 選用的電動機(jī)型號為Y200L-4 二、計(jì)算總傳動比和分配傳動比 由選定電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速?n? 和工作機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速?n?,可得傳動裝置的總傳動比為?m? w?n? 1470?d?i? ? ? 32.67?總 n? 45?w?32.67?i i i 取i? 5 則i? ? 6.53 總 帶 齒 帶 齒 5?三、計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 1、各軸轉(zhuǎn)速?n? 1470r/min?d?n ?n? 1470r/min?I d?n?1470?I n r / min 294r?/ min?II i 5?帶?n? 294?II n r / min 45r?/ min?曲 i 6.53?齒 2、各軸的輸入功率?p? 16.7KW?d?p p h 16.7?0.99KW ?16.53?KW I d? 1?KW ?15.55?KW II I 2 3?p p h h 15.55?0.98?0.97KW 14.78?KW II 5 4?曲 3、各軸輸入轉(zhuǎn)矩4?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?p?16.7?d?T 9550? 9550? N m 108.49?N m?d?n? 1470?d?p? 16.53?I T 9550? 9550? N m 107.39?N m?I n? 1470?I p? 15.55?II T 9550? 9550? N m 505.11? N m?II n? 294?II p?14.78?曲 T 9550? 9550? N m 3136.64?N m?曲 n 45?曲 運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于下表2-2 h 軸號 P/KM T/N?mm n/r/min?i 電動機(jī)軸 16.7 108.49 1470 軸 16.53 107.39 1470 0.99 軸 15.55 505.11 294 5 0.94 曲軸 14.78 3136.64 45 6.53 表 2-2 第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動慣量及尺寸的計(jì)算 一、曲柄壓力機(jī)一工作周期所消耗的能量 A S 隨著離合器的單次和連續(xù)結(jié)合,滑塊的行程有單次和連續(xù)行程。 A ?A 單次行程時(shí)所需的周期能量?d? S A A + A + A + A + A + A + A + A d p u- p t y u - o ch L f?連續(xù)行程時(shí)所需的周期能量?A ?A c? S A A + A + A + A + A + A c p m - p t y m - o ch?式中?A?單次行程周期能量;?d?A?連續(xù)行程周期能量;?c?A? ?工件成形能量;?p?A ?工作行程時(shí),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量;?m - p?A?受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量; t?5?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?A?滑塊克服氣墊壓緊力所消耗的能量;?y?A ?滑塊空行程時(shí)所消耗的能量;?m - o?A? ?中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量;?ch?A?離合器結(jié)合所消耗的能量;?L?A? ?滑塊停頓,飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量。 f?1. 工件成形所需能量?A p?A 0.315?P d J ?p g? 0?式中? P?壓力機(jī)公稱壓力( kN?);?g?d ?板料厚度( mm),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,對于慢速壓力機(jī)?d 0.4P 17.89?mm 。?0 0? g?A 0.315?800?17.89 4508.28?J p?2. 工作行程時(shí),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量?A u- p?實(shí)際機(jī)器的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動副之間,存在著摩擦。電動機(jī)在拖動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn) 動時(shí),為克服摩擦消耗能量。在工作行程時(shí),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦所消耗的能量?A ,建 u- p?議按下式計(jì)算: A 0.0087am P J ?m - p g m g?式中? a ?公稱壓力角(°),?a 30? ;?g g m ?曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦當(dāng)量力臂(mm),由第三章得出?m 8.23mm ;?m m P?壓力機(jī)公稱壓力( kN?)。?g?A 0.0087 ?8.23?30?800 1718.42?J m - p?3. 彈性變形所消耗的能量?A?t?完成工序時(shí),壓力機(jī)受力系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形是封閉高度增加,受力零件儲藏變形 位能對于沖裁工序?qū)⒁鹉芰繐p耗,損耗的多少與壓力機(jī)剛度、被沖裁的零件材料性質(zhì) 等有關(guān)。從偏于安全出發(fā)損耗的能量?A可按下式計(jì)算: t?A P Y 2? J ?t g c?式中:?P?壓力機(jī)公稱壓力 kN?;?g?Y?壓力機(jī)總的垂直剛度( mm)。c?6?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?Y ?P C mm ?c g H?C? ?壓力機(jī)垂直剛度,對于開式壓力機(jī)?C 400kN /?mm 。?H? H?2?800?A 800?J t?2? 400?4. 滑塊克服氣墊壓緊力所消耗的能量?A?y?無氣墊壓緊裝置,?A 0?J y?5. 空行程時(shí)所消耗的能量?A m - o?壓力機(jī)空行程中能量消耗與壓力機(jī)零件結(jié)構(gòu)尺寸、表面加工質(zhì)量、潤滑情況、皮帶 拉緊程度、制動器調(diào)整情況等有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)。通用壓力機(jī)連續(xù)行程所消耗的平均功率 約為壓力機(jī)額定功率的?10 - 35% 。根據(jù)通用壓力機(jī)空行程損耗的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?A 2150?J 。 m - 0?6. 中間傳動環(huán)節(jié)所消耗的能量?A?ch?在傳遞能量時(shí),皮帶、齒輪等中間環(huán)節(jié)因存在摩擦而引起能量損耗。中間環(huán)節(jié)所消耗的 能量?A? ,可按下式近似計(jì)算:?ch?2?A 1-h h h A + A + A + A + A ?ch 2 3 4 P m - P t y? L?式中:?A? ?工件成形能量;?p?A ?工作行程時(shí),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量;?m - p?A?受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量;?t?A?滑塊克服氣墊壓緊力所消耗的能量;?y?A?離合器結(jié)合所消耗的能量;?L?h h ?考慮到齒輪傳動的效率。其中:h?齒輪嚙合效率;h?一對軸承 3 4 4 3 傳動的效率;?h h ?考慮到皮帶傳動的效率。其中:h?皮帶效率;h?一對軸承傳動 2 3 2 3 的效率; 2?ch?7. 離合器結(jié)合所消耗的能量?A?L?剛性離合器,?A 0?J L?7 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?8. 滑塊停頓,飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量?A?f?根據(jù)測試,單動壓力機(jī)滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)時(shí),電機(jī)所需功率?N? 約為壓力機(jī)額定功率的 f?6-30%,剛性離合器一般安置在曲軸上,且常用滑動軸承。所以,對于具有剛性離合器 的開式曲柄壓力機(jī),此值偏高。飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量?A? 為:?f?1 1?A 61200N? - 1?f f?C n n?式中? N? ?飛輪空轉(zhuǎn)所需功率( )?N 4.5?KW ;?kW?f? f?C? ?壓力機(jī)行程次數(shù)利用系數(shù)(%),連續(xù)行程時(shí),?C? 100%。 n? n?對手工送料時(shí),行程利用系數(shù)按表2-3選取: 壓力機(jī)行程 15 20-40 40-70 70-100 200-500 次數(shù) 行程利用系數(shù) 0.7-0.85 0.5-0.65 0.45-0.55 0.35-0.45 0.2-0.4 表2-3?n?壓力機(jī)行程次數(shù)(次/min)。?1 1?A 61200? 4.5? -1? 6120?J f?0.5 45?該設(shè)計(jì)壓力機(jī)沒有拉伸墊裝置,具有剛性離合器的通用開式曲柄壓力機(jī)。按單次行 程工作方式計(jì)算:?A A A + A + A + A + A + A + A + A? d p m - p t y m - o ch L f?二、飛輪軸上轉(zhuǎn)動慣量 電動機(jī)選定后,設(shè)計(jì)飛輪。這時(shí)有兩個(gè)假設(shè): 1、工作行程時(shí)所需能量全部由飛輪供應(yīng)。 2、工序結(jié)束時(shí),電機(jī)軸負(fù)載扭矩達(dá)到最大值,但不大于電機(jī)最大允許轉(zhuǎn)矩。 實(shí)際上,沖壓時(shí)電動機(jī)放出一部分能量,所以飛輪轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)按下式計(jì)算:?a A?g?2?o?J 1-? C ? kgm?f n?2?360? w d e?式中? A?工作行程時(shí)所需能量?0?A A + A + A + A 5486.7?J 0? p m - p t y?8?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?w ?電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度?e p n? 3.14? 1470?d?w 30.77rad /?s?e?30?i 30? 5?帶 ?飛輪轉(zhuǎn)速相對波動情況的轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)?d '?d 2x K S + S ?e pi?'?其中? K?實(shí)際電機(jī)系數(shù);?N 30kW , n 1500r min, n 1470 r min?e c d?N? 30?'? '?d?實(shí)際電機(jī)系數(shù)?K? K? ?3.77?N 7.96?m?S?電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率,?S 0.06?;?e? e?S? ?電機(jī)軸到飛輪軸用三角皮帶傳動時(shí),三角皮帶的當(dāng)量滑動系 pi?數(shù),?S 0.04?; pi?x ?修正系數(shù),?x 0.95 。 d 2? 0.95?3.77 ? 0.06 + 0.04 ?0.72 ?a ?公稱壓力角(°);?g C? ?壓力機(jī)行程次數(shù)利用系數(shù)(%)?n?30 5486.7? 2?J 1- ? 0.5 7.71? kg m f? 2?三、飛輪尺寸計(jì)算 根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量?J? 設(shè)計(jì)飛輪。曲柄壓力機(jī)上,一般飛輪形狀 f?如圖2?1所示,圖中: 是輪緣部分,其轉(zhuǎn)動慣量為 J ; I 是輪輻部分,其轉(zhuǎn)動慣量為 J ; II 是輪轂部分,其轉(zhuǎn)動慣量為 J 。 III 飛輪外徑?D?由小皮帶輪和速比決定,由第二章已知?D 1000?mm ,輪緣部分寬度?2? 2?。B 108.5?mm 9?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯? B L 圖 2-1 飛輪本身的轉(zhuǎn)動慣量?J J + J + J ,其中輪緣部分是主要的,J 要比 J 、J 大 f? I II III I II III 的多。故在近似計(jì)算中只考慮 J 更趨于安全。 I 2 2? 2 2?J m D + D / 8? 而 m rp B D - D / 4? ?I 1 2 3? 1 2 3?32?J? 32? 7.71?4 4?I 4?4?所以?D D - 1 - m 0.976m 976?mm?3 2?3 - 3?pr B 3.14? 7.8?10 ?108.5? 10?2? 3 2?式中 r ?金屬密度(?kg m? ),對鑄鋼:?r 7.8? 10 kg /?m 。 四、飛輪輪緣線速度驗(yàn)算 飛輪是回轉(zhuǎn)體,為避免回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生壞裂,必須驗(yàn)算輪緣線速度?v? : f?1470?-2 - 2?v 5.2?10 D n 5.2?10 ?0.98? 14.98m /?s v ?f f f?5?式中:?D? ?飛輪最大直徑;?f?n? ?飛輪轉(zhuǎn)速; f?v? ?許用線速度,對鑄鋼飛輪 v 40?m s 。 ? ?第三章 機(jī)械傳動設(shè)計(jì) 第一節(jié) 傳動系統(tǒng)分析 J23-80的傳動系統(tǒng)由皮帶傳動、齒輪傳動、軸和軸承等組成。J23-80傳動示意圖 如圖3-1 10?D 4 d D 3D 2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?圖3-1 n? 1470?d?此傳動系統(tǒng)采用上傳動,J23-80總傳動比為:? 32.67?n 45?采用剛性離合器,離合器將放在曲軸上。 第二節(jié) V 帶傳動設(shè)計(jì) 已知電動機(jī)功率為26.3KW,轉(zhuǎn)速?n?1470r/min,設(shè)備要求帶的傳動比i? 51?帶 1、確定計(jì)算功率?p?c?由機(jī)械設(shè)計(jì)表5-8查得工作情況系數(shù)?K? 1.2 A?×26.3KW31.56KW c A?2、選擇V帶型號 由?p?31.56KW,?n? 1470r/min和機(jī)械設(shè)計(jì)圖5-10,確定選用C型普通V帶。 c? 1?3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑 1、按設(shè)計(jì)要求,由機(jī)械設(shè)計(jì)表5-2,C型帶輪的最小直徑為200mm,再參看機(jī) 械設(shè)計(jì)圖5-10及表5-6,選擇小帶輪?d? 200mm。 d?1?2、驗(yàn)算帶速v?p n d? p ?1470? 200?1 1?v m / s ?15.39m /?s 60000 60000?v在525m/s之間,滿足帶速要求。11?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?3、計(jì)算從動帶輪基準(zhǔn)直徑?d?d?2?i 5,取e 0.02,由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-17)得?)×5×200mm980mm,按帶輪基準(zhǔn)直徑系列取?d? 1000mm。 d?2? d?1? d?2?由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-17),實(shí)際傳動比?d? 1000?'?d?2?i? 5.1?1- e d 1- 0.02? 200?d?1?'?i - i? 5.1- 5?傳動比誤差相對值?Di? 2%?i 5?一般允許誤差5?,所選大帶輪直徑可用。 4、確定中心距a0和帶的基準(zhǔn)長度Ld 由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-22)? 0.55d + d a2d +?d ?d1 d 2 d1 d?2?a? d + d 200+1000mm1200mm,? 660a2400mm?1 d1 d?2? 0?取?a 1600mm。由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-23), 0?2?p d - d? ?d 2 d?1?帶長?L'd2a + d + d + 5184?mm?0 d1 d?2?2 4?a 0?由機(jī)械設(shè)計(jì)表5-4,選取帶的基準(zhǔn)長度為?L? 5000mm。 d?由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-24)計(jì)算實(shí)際中心距a?'?L - L? 5000 - 5184?d d?a a + 1600 + mm 1508?mm 0?2 2?5、校核小帶輪包角? a 1 d - d?d 2 d?1?由機(jī)械設(shè)計(jì)式5-25? a180 - ?57.3 149.6? ?1?a a 149.6 120 ,滿足要求。 1?6、確定V帶的根數(shù) p?c?由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-26)? z? p + Dp ?k k 0 0? a l?由機(jī)械設(shè)計(jì)表5-6,?p 9.15?kw ;由機(jī)械設(shè)計(jì)表 5-9,?Dp 1.28?0? 0?由機(jī)械設(shè)計(jì)表5-11,?k 0.92? 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 5-12? k ?1.07?a l?31.56?z 3.07?9.15 +1.28?0.92?1.07?12?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?取Z4根 7、計(jì)算帶的張緊力和壓軸力 由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-27)單根帶的張緊力為?p? 2.5?2?c?F 500 -1?+ qv?0?vz k?a 31.56kw? 2.5?2?500? ? -1 + 0.07kg / m? 15.39m / s?15.39m / s? 4 0.92?由機(jī)械設(shè)計(jì)式(5-28)帶輪軸的壓軸力為?a 149.6? 1?F 2zF sin 2? 4? 456.81?sin N 3526.63?N 0?2 2?8、C型V帶小帶輪的基本尺寸 基準(zhǔn)寬度?b 19?mm d?基準(zhǔn)線上槽深?h 4.8?mm a?min?基準(zhǔn)線下槽深?h 14.3mm f?min?槽間距?e 25.5 ? 0.3mm 第一槽對稱面至端面的最小距離?f 16?mm min?最小輪緣厚?d 10mm min?帶輪的基準(zhǔn)直徑?d 200?mm d?外徑?d d + 2h 200 + 2? 4.8mm 209.6?mm a d a?孔徑?d ?55?mm d 1.8 2d 1.8 2?55mm105?mm L 1.5 2d 1.5 2?55mm110?mm 1?1 1 1 1?C ' B ?108.5mm25?mm 7 4 7 4?第三節(jié) 齒輪傳動設(shè)計(jì) 已知:主軸轉(zhuǎn)速?n 294r / min?,從動軸轉(zhuǎn)速 n 45r/min?,輸入功率 P24.5KW?,每 2? 曲 天工作8小時(shí),壽命10年,每年工作250天 1、選擇材料,熱處理,齒輪精度等級和齒數(shù)13?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表6-5、 6-6, 選擇小齒輪材料40Cr鋼, 調(diào)制處理, 硬度241286HBS,?s 686?MP ,s 490?MP ; 大齒輪材料ZG35CrMo鑄鐵, 調(diào)制處理, 硬度179241HBS,?B a? s a?s 686?MP ,?s 539?MP ;精度8級。 B a? s a?按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)公式(6-20) 2?KT Y Y Y?1? Fa Sa? e m n?2?y z s ?d? 1?F?已知? T 795.83N m 795830?N mm II 取齒數(shù)?z 20?,?z iz 6.53? 20 130.6? 取?z 131?1? 2 1? 2?z? 131?'?2?實(shí)際傳動比?i? 6.55?z 20?1?'?i - i6.55 - 6.53?傳動比相對誤差? 0.3% 5%?i 6.53?齒數(shù)選擇滿足要求 由機(jī)械設(shè)計(jì)表6-10,軟齒面齒輪,懸臂安裝,取齒寬系數(shù)?y 0.35?d 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 6-7 查得,使用系數(shù)?K 1.75?;參照圖 6-6b,試取動載系 A?數(shù)?K 1.05?;由圖 6-8a,按齒輪懸臂布置,取齒向載荷分布系數(shù)?K 1.105?。由 V? b 表6-8, 按齒面未硬化, 直齒輪,KF / b 100N /?mm 齒間載荷分配系數(shù)?K 1.1?。 A t? a 由式(6-4)載荷系數(shù)?K K K K K 1.75?1.05?1.105?1.1 2.23?A V? b a 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖6-18查得小齒輪齒形系數(shù)?Y 2.8?,大齒輪齒形系數(shù)。?Fa? 1?Y 2.18?。由圖6?19查得,小齒輪應(yīng)力修正系數(shù)?Y 1.53?,大齒輪應(yīng)力修正系 F?a?2?Sa?1?數(shù)?Y 1.8?Sa?2?e e a 1 a 2由 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖6?12、 圖6?13查得? ,? 0.0085?, 代入 z? ?20,?0?038?1?z z 1? 2?z 131?得,?e 0?.76 ,?e ?1.11 2?a 1 a 2?e e + e 0.76 +1.11 1.87 a a1 a 2?由機(jī)械設(shè)計(jì)圖6-20查得,重合度系數(shù)?Y 0.63?e 14?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?s Y? Y? Y?F?lim N? X? ST?按機(jī)械設(shè)計(jì)式(6-14)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力s ? F?S?F?按圖 6?24i、g,查得齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力?s 300?MP?,?F?lim1a?s 270?MP F lim 2? a?由機(jī)械設(shè)計(jì)表6?13計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)?Y?N?8?小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?N 60n rt 60? 294r / min?1?10? 250?8 3.5? 10?1 2? h?7?N 60n rt 60? 45r / min?1?10? 250?8 5.4? 10?大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?2? 曲? h?6 6?3?10 3? 10?0.02 0.02?Y? 0.91?N?1?8?N 3.5?10?1?6 6?3?10 3? 10?0.02 0.02?Y? 0.94?N?2?7?N 5.4? 10?2?由機(jī)械設(shè)計(jì)圖6?25查取尺寸系數(shù),?Y? ?1 X?由機(jī)械設(shè)計(jì)式(6?14)取?Y? ?2. 0ST?S 1.25?彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù)?S? ,按機(jī)械設(shè)計(jì)表6?12,取?F?F?s Y Y Y? 300? 0.91?1? 2?F lim1 N1? X ST?s 436.8?MP? ?a?F?1?S 1.25?F?s Y Y Y? 270?0.94?1? 2?F lim 2 N 2? X ST?s 406.08?MP? ?a?F?2?S 1.25?F?Y Y 2.8? 1.55? Y Y 2.18? 1.82?Fa1 Sa?1 Fa2 Sa?2?0.0099? 0.0098?比較 , s 436.8? s ? 406.08? ?F?1? F?2?應(yīng)按大齒輪計(jì)算齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 2?KT? Y Y Y? 2? 2.23?795830? 2.8?1.55? 0.63?1? Fa 2 Sa?2? e 3?m3? 5.41?2 2?y z s 0.35? 20 ? 436.8? ?d? 1?F?2?按機(jī)械設(shè)計(jì)表6-1 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m6mm mz + z? ?6? 20 + 131?1 2?中心距?a 453mm 2 2?d mz 786?mm 分度圓直徑?d? ?mz? 120?mm?2 2?1 1?齒頂圓直徑?d? ?m?z? + 2? 132?mm? d mz + 2 798?mm a11? a?2 2?齒根圓直徑?d? ?m?z? - 2?5 105mm? d mz - 2.5 771mm f?1 1? f?2 2?15?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?按計(jì)算結(jié)果校核前面的假設(shè) p d n?3.14?120? 294?1 1?齒輪節(jié)圓速度? n ?1.85m /?s 60000 60000?n z? 1.85? 20?1?0.37m /?s 100 100?查得?K 1.05?,與原值一致。 v?齒寬?b? d?y 120? 0?.35 42?mm?1 d?小齒輪齒寬取50 mm,大齒輪齒寬取45 mm。 齒頂高? h? m? 6 mm? 齒根高? h? 125m? 7?5mm?a? f?齒高? h? 225m? 13?5mm? 齒距? P? p m? 1884?mm?p p 齒原? s? m? 9?42mm? 齒槽高? e? m? 9?42mm?2 2 第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì) 1、轉(zhuǎn)軸的初步設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)軸所需傳遞的扭矩:?M?g?M? c?ih 式中? M? ?曲軸在公稱壓力角?a 下的扭矩;?g? g ?從所計(jì)算轉(zhuǎn)軸至曲軸的傳動比,? ; i i 6.53?h?從所計(jì)算轉(zhuǎn)軸至曲軸各級齒輪傳動的傳動效率(包括軸承的摩擦損 耗),?h h h h 0.98? 0.97?0.98 0.93 3 4 5?其中滾動軸承?h 0.98 、齒輪傳動?h 0.97 、滑動軸承?h 0.98 ;?3? 4? 5?4942.66?M 813.89?N m c?6.53? 0.93?軸選用45鋼制造,調(diào)制處理,許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力t 40?MPa 。所以軸的初步計(jì) n?算最小直徑為:?M? 813.89?c?3?3?d 0.047m 47?mm 7?0.2t 0.2? 4?10?n?16?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?考慮軸上零件的固定方式,將初步確定的最小直徑d適當(dāng)加大,取?d 50mm 。 2、按彎鈕聯(lián)合作用核算轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度 經(jīng)過初算和進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的轉(zhuǎn)軸,各段的直徑和長度已初步確定。但在此 基礎(chǔ)上,還須進(jìn)一步按彎鈕聯(lián)合作用核算軸的強(qiáng)度,以便判斷初步設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)。 齒輪的法向作用力為:?2.13?M? 2.13?813.89?N m?c?P 14446.55?N?n?mz 0.006m ? 20?1?皮帶作用力比齒輪作用力小得多,所以可以忽略不計(jì)。 根據(jù)?P?和扭矩?M? 繪制轉(zhuǎn)軸的受力圖3-2: n? c?R2 R1 Mc 彎矩圖 Mn 扭矩圖 圖 3-2 由于?截面的彎矩和扭矩最大,直徑又比較小(?d 55mm ),所以此截 I-I 面最危險(xiǎn)。下面核算?截面的強(qiáng)度。 由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為: M? 14446.55N ? 0.15?m?6?w?s 130.24? 10? Pa?w?3? 3?0.1d?0.1? 0.055?m ?由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力為:17?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?M? 813.89?N m?6?c?t 24.46? 10? Pa?n?3? 3?0.2?d?0.2? 0.055?m ?當(dāng)量彎曲應(yīng)力為: 2 2?2 2 6 6 6?s s + 3t 130.24?10 + 3? 24.46?10 43.31? 10? Pa ?d w n?由于曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸不是長期滿載工作,許用當(dāng)量彎曲應(yīng)力可取為: 1 1 1? 6 6?ss ? 400?10 Pa 250 286? 10? Pa? ?d s? 式中? s ?轉(zhuǎn)軸材料屈服極限( Pa),軸的材料是45鋼(調(diào)質(zhì)),屈服極限?s 6?s 400? 10? Pa ;?s?n?安全系數(shù),一般取?n 1.4 : 1.6?。 因此 s s ,符合要求。 ?d d 3、核算軸的疲勞強(qiáng)度 由于?截面有臺階, 應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重, 且直徑最小 (?d 50?mm ), II-II 彎矩又比較大,但扭矩和其他截面相同,因此核算此截面的疲勞強(qiáng)度。 由機(jī)械設(shè)計(jì)表2?5查得軸材料的彎曲和剪切疲勞極限?s 275MPa,t 155?MPa ; -1 - 1?由機(jī)械設(shè)計(jì)表2?2查得彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)材料對循環(huán)載荷的敏感系數(shù)?y 0.1,y 0.05 ; s t 由機(jī)械設(shè)計(jì)附表3,?r d 2 50 0.04?,查得彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)圓角處的有效 應(yīng)力集中系數(shù)?k 1.673, k 1.438?; s t 由機(jī)械設(shè)計(jì)附表4,材料為碳鋼,毛皮直徑4050,彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的絕 對尺寸影響系數(shù)?e 0.84,e 0.78 ; s t 由機(jī)械設(shè)計(jì)附表5,查得表面質(zhì)量系數(shù)?b b 0.94 。 1?由于曲柄壓力機(jī)的軸所受載荷為脈動循環(huán)性質(zhì),所以?6?s M? 130.24? 10?6?w w?s s Pa 65.12? 10? Pa?a m?3?2 2? 0.1d? 2?6?t M? 24.46? 10?6?n c?t t Pa 12.23? 10? Pa?a m?3?2 2? 0.2d 2?所以18 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?s 275?MPa?- 1?S? 1.38?s k? 1.673?s s + y s ? 65.12MPa + 0.1? 65.12?MPa?a s m?0.90? 0.78?be s t 155?MPa?- 1?S? 6.3?t k? 1.438?t t + y t ?12.23MPa + 0.05? 12.23?MPa a t m?be 0.90? 0.74?t 復(fù)合安全系數(shù)?S S? 1.38? 6.3?s t S? 1.35?2 2 2 2?S + S 1.38 + 6.3?s t 查表查得許用安全系數(shù) S? ,對于通用壓力機(jī) S 1.2 1.3?,對于自動壓力機(jī) ? ? S ? 1.4 1.6?,因此 S S ?,軸的疲勞強(qiáng)度亦符合要求。 第五節(jié) 平鍵連接 在開式曲柄壓力機(jī)上,齒輪、皮帶輪等零件和軸的聯(lián)接常采用平鍵連接。為 避免聯(lián)接中較弱零件(一般是輪轂)壓壞,應(yīng)驗(yàn)算擠壓應(yīng)力:?2?M?n?s s ?j? j?'?h LdZK 1?式中? M? ? 鍵所需傳遞的總扭矩,?M 813.89?N ?m n? n?h? 鍵與輪轂的接觸高度,?h0.5?h ;?1? 1?bL?'?鍵的工作長度,對于C型普通平鍵?L L - ,對于A型普通平 2?鍵;?L L - b L?鍵的名義長度;?鍵的寬度;?bd?鍵的直徑;?Z?鍵的個(gè)數(shù)為避免加工困難和過分削弱軸的強(qiáng)度,一般?Z2?; K?考慮鍵受載不均勻的系數(shù),當(dāng)Z2時(shí)K0.75,當(dāng)Z1 時(shí)K1;s ? 平 鍵 連 接 的 許 用 擠 壓 應(yīng) 力 , 輪 轂 材 料 為 鋼 時(shí) ,?js 150 250?MPa 。 j對帶輪,材料為鑄鋼,采用C型鍵,19?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?查表得? b 20mm,h 12mm, L 100?mm ; h 6mm, L 90mm, d 50mm, Z ?1?1?2? 813.89?s 60.29?Mpa ?s,滿足要求。 j - 3? j6?90?50?1?1? 10?對齒輪,材料為鋼,采用A型鍵, 查表得?b 20mm,h 12mm, L ?125?mm h 6mm, L 105mm, d 50mm, Z ?1?1?2? 813.89?s 51.68?Mpa ?s,滿足要求。 j j?- 36?105?50?1?1? 10?第六節(jié) 滾動軸承的選擇 一、滾動軸承概述 滾動軸承具有滾動摩擦的特點(diǎn),因此它的優(yōu)點(diǎn)有:摩擦阻力小,啟動及運(yùn)轉(zhuǎn) 力矩小,啟動靈敏,功率損耗小且軸承單位寬度承載能力較大,潤滑、安裝及維 修方便等。與滑動軸承相比,滾動軸承的缺點(diǎn)是徑向輪廓尺寸大,接觸應(yīng)力高, 高速重載下軸承壽命較低且噪音較大,抗沖擊能力較差。 選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮多種因素。 1、載荷條件 載荷較大時(shí),一般選用線接觸的滾子軸承,反之選擇點(diǎn)接觸球軸承;軸承受 純徑向載荷或主要承受徑向載荷,通常選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸 承;受純軸向載荷時(shí)選用推力球軸承,軸向力大時(shí)選用推力滾子軸承;當(dāng)軸承同 時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)選用角接觸軸承或圓錐滾子軸承,當(dāng)軸向載荷較大時(shí), 通常選用四點(diǎn)接觸球軸承或推力球軸承與深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。 2、軸承轉(zhuǎn)速 通常軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速。否則會降低使用壽命。一般轉(zhuǎn)速較 高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí),宜選用極限轉(zhuǎn)速較高的球軸承。超過極限轉(zhuǎn) 速較多時(shí),應(yīng)選用特制高速滾動軸承。轉(zhuǎn)速低、載荷大獲沖擊載荷時(shí)應(yīng)選用滾子 軸承。3、調(diào)心性能20?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)通過答辯?各種軸承使用時(shí)允許的偏斜角應(yīng)控制在允許范圍內(nèi),否則會引起軸承的附加 載荷而降低軸承的壽命。 4、安裝和拆卸要求 為了便于軸承的安裝、拆卸和調(diào)整間隙,選用內(nèi)、外圈可分離的軸承。若軸 承裝在長軸上,為了便于裝拆和緊固,可選用帶內(nèi)錐孔或帶緊固套的軸承。 5、經(jīng)濟(jì)性 選用軸承時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。球軸承比滾子軸承便宜,同型號不同公差等級的 軸承比價(jià)為P0:P6:P5:P41:1.5:2:6。選用高精度軸承時(shí)應(yīng)慎重。 二、滾動軸承型號選擇 根據(jù)上述的選擇原則,在 J23?80 開式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸上選用一對圓錐滾 o 子軸承作支撐,軸承徑向力?F? F? tan a 13264? tan?20? 4827?7?N?,法向力為?r? t?F? 13264?t?F? 14115?14?N?,轉(zhuǎn)速?n 294r?/?min?,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有沖擊,軸頸直徑?n?o cos a cos?20?d50 mm?,要求壽命?L? '? 30000?h?,選擇軸承型號。 h?根據(jù)已知條件,預(yù)選32211