畢業(yè)論文-機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)

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i摘要本主題是機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。在機(jī)器設(shè)計(jì)中考慮的主要因素是曲柄機(jī)構(gòu)的力分析和負(fù)載的檢查，以及曲柄的加熱。此外，通過設(shè)計(jì)飛輪以加強(qiáng)機(jī)器的平穩(wěn)性，降低了電機(jī)功率，即滿足了設(shè)計(jì)要求，并且設(shè)計(jì)更加簡化和合理化。通過了兩級(jí)換檔，電機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的低速運(yùn)動(dòng)，從而大大提高了機(jī)械負(fù)載能力。開式曲柄壓力機(jī)是一種鍛造機(jī)，它通過曲柄滑動(dòng)機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成滑塊的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以使坯料成形。曲柄壓力機(jī)穩(wěn)定可靠，廣泛應(yīng)用于沖壓，擠壓，鍛造和粉末冶金工藝。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性能可靠。關(guān)鍵詞：電機(jī)功率，壓力機(jī)，曲柄機(jī)構(gòu)iiAbstractCrank 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 convenient.Keywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturingiii目錄摘要 iAbstract.ii目錄 iii第一章 開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)主要參數(shù)的確定 1第一節(jié) 主要參數(shù)的確定 1第二節(jié) 開式曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)的基本要求 3第二章 電動(dòng)機(jī)的選擇以及飛輪的設(shè)計(jì) 3第一節(jié) 壓力機(jī)的電力拖動(dòng)特點(diǎn) 3第二節(jié) 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 5第三節(jié) 壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量 6第四節(jié) 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 9第五節(jié) 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .10第六節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算以及飛輪尺寸計(jì)算 .11第三章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) .13第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的類型和系統(tǒng)分析 .13第二節(jié) V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 16第三節(jié) 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .18第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) .20第五節(jié) 直軸的設(shè)計(jì) 20第四章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) .23第一節(jié) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 .23第二節(jié) 曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .26第三節(jié) 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置 .29第四節(jié) 滾動(dòng)軸承的選擇 .33第五節(jié) 滑動(dòng)軸承 .34第五章 離合器與制動(dòng)器 .36第一節(jié) 離合器與制動(dòng)器的作用原理 .36第二節(jié) 離合器的設(shè)計(jì) .37第三節(jié) 制動(dòng)器的設(shè)計(jì) .40第六章 機(jī)身的設(shè)計(jì) .42第一節(jié) 機(jī)身結(jié)構(gòu) .42第二節(jié) 機(jī)身計(jì)算 .43第三節(jié) 過載保護(hù)裝置設(shè)計(jì) .45第七章 潤滑系統(tǒng) .48第一節(jié) 曲柄壓力機(jī)常用潤滑劑 .48致 謝 .51iv參考文獻(xiàn) .531第 1 章 開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)主要參數(shù)的確定第一節(jié) 主要參數(shù)的確定1、首先，開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)決定了其工藝性能和應(yīng)用范圍，也是設(shè)計(jì)壓力機(jī)的重要依據(jù)。開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)描述如下：l、公稱壓力 F公稱壓力是壓力機(jī)的主要參數(shù)，當(dāng)滑塊距離下死點(diǎn)一定距離時(shí)，這是滑塊上允許的最大力。F=1000KN。 2、滑塊行程 s壓力機(jī)滑塊從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離。它的大小將反映出印刷機(jī)的工作范圍。它是曲柄半徑的兩倍，或者是偏心齒輪和偏心軸銷的偏心距的兩倍。 尺寸隨壓制工藝應(yīng)用和標(biāo)稱壓力而變化。 S=10--120mm。3、滑塊行程次數(shù) n它指的是滑塊每分鐘從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)然后再回到上止點(diǎn)的次數(shù)?；瑝K的行程數(shù)反映了印刷機(jī)的生產(chǎn)效率。 n=75 次/min。4.按下機(jī)器高度 H 和調(diào)節(jié)量 H.最大模具高度是指從滑塊底面到下死點(diǎn)臺(tái)墊表面的最大距離（滑塊調(diào)整到上限位置）最大和最小模具高度之間的差異是調(diào)整量。要布置的閉合模具高度應(yīng)在模具高度的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。對于小于 2000KN 的壓力機(jī)：H=44.4 -0.32(0.1Pg+2)21.0?Pg=44.4 -0.32(0.1*1000+2)*.=415mm5 、壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸 BXL 及喉口深度 C2喉口深度是從滑塊的中心線到機(jī)身的距離。喉口深度和工作臺(tái)尺寸是與安裝模具的最大平面尺寸相關(guān)的重要因素。從擴(kuò)大印刷機(jī)工藝范圍的角度來看，系數(shù)越大越好。然而，這些大尺寸會(huì)降低壓力機(jī)的剛性并增加壓力機(jī)結(jié)構(gòu)的尺寸。所以要取的適中。一般壓力機(jī)的公式得 B=625mm，L=886mm，壓力機(jī)的喉口深度為 20Omm 。對于小于 2000KN 的壓力機(jī)，工作臺(tái)的前后尺寸：B=100+52 20.1Pg?=100+52 *.=625mm對于小于 2000KN 的壓力機(jī)，工作臺(tái)的左右尺寸:L=300+58 21.0?Pg=300+58 *.=886mm6、傾斜角 θ傾斜角度是指傾斜式壓力臺(tái)的傾斜角度，即壓力機(jī)向后傾斜的角度。利用這種傾斜角度，沖壓的工件（或廢料）可以通過自身或其他因素通過兩個(gè)柱中間移除到壓力機(jī)的后部。壓力機(jī)機(jī)身最大可傾角為 30°。這種設(shè)計(jì)是一種沒有傾斜角度的固定曲柄壓力機(jī)。7、滑塊尺寸 X1BL舊壓力機(jī)的滑塊底面尺寸很小，大部分是方形的，隨著大尺寸模具的采用，滑塊底面尺寸逐漸加大，且左右方向大于前后方向尺寸。但是滑塊尺寸如果太大，壓力機(jī)左右尺寸也會(huì)增加?；瑝K底面的尺寸是指可用于導(dǎo)軌的模具的有效尺寸。根據(jù)計(jì)算一般壓力機(jī)的公式得 =454mm， =525mm。1B1L對于小于 2000KN 的壓力機(jī)，滑塊的前后尺寸：=45 mm12.0?Pg=45 mm*.=454mm3對于小于 2000KN 的壓力機(jī)，滑塊的左右尺寸：=52 mm1L2.0?Pg=52 mm*.=525mm注：Pg 為壓力機(jī)公稱力 KN第二節(jié) 開式曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)的基本要求1、參數(shù)和精度可以滿足工藝要求；2、具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性、持久性能，可長期保持加工性能；3、操作安全、省力、簡單易記，并且外形美觀，給工作人員提供了良好的工作條件；4、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，體積??；5、每天一班，工作八小時(shí)，有防塵，壽命為 10 年，小批量生產(chǎn)。第二章 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪的設(shè)計(jì)第 1 節(jié) 壓力機(jī)電力拖動(dòng)特點(diǎn)壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)與電動(dòng)機(jī)的速度和滑塊的每分鐘行程數(shù)有關(guān)，并且行程數(shù)越低，則總速比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)應(yīng)更多，否則每級(jí)速比會(huì)過大，結(jié)構(gòu)不緊湊。相反行程數(shù)高，總速比小，并且傳動(dòng)級(jí)數(shù)可以更小?，F(xiàn)有的開式壓力機(jī)傳動(dòng)級(jí)的數(shù)量通常不超過三級(jí)。行程次數(shù)在 40—80 次/分的用二級(jí)傳動(dòng)。選擇電機(jī)速度時(shí)，電機(jī)速度越低，總速比和齒輪級(jí)數(shù)越低。然而，電動(dòng)機(jī)的尺4寸越大，價(jià)格越昂貴，電動(dòng)機(jī)的效率也低，這可能是不合適的。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱異步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、操作方便、可靠、易于控制和維修、價(jià)格低廉。因此在工作中得到廣泛的應(yīng)用。目前，開式曲柄壓力機(jī)常用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)。在壓力機(jī)的操作期間，作用在滑塊上的負(fù)載在急劇增加和急劇減小之間交替，并具有短的峰值負(fù)載時(shí)間和長的死區(qū)時(shí)間，如果根據(jù)工作時(shí)間選擇電動(dòng)機(jī)的功率，則其功率將很大。電動(dòng)機(jī)的功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置飛輪。當(dāng)滑塊不移動(dòng)時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，從而保留能量，并且在沖壓工作的瞬時(shí)，飛輪主要釋放能量。沖壓工件后，負(fù)載減小，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，使其在沖壓下一個(gè)工件之前恢復(fù)到原始角速度。以這種方式?jīng)_壓工件所需的能量不是由電動(dòng)機(jī)直接提供的，而是主要由飛輪提供，因此可以大大降低電機(jī)所需的功率。電機(jī)的功率小于壓力機(jī)工作行程的瞬時(shí)功率，所以在壓力機(jī)進(jìn)入工作行程時(shí)，工作機(jī)構(gòu)受到很大的阻力，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大，滑差率隨之增大。一旦電機(jī)的瞬時(shí)滑差率大于電動(dòng)機(jī)臨界滑差率，電機(jī)轉(zhuǎn)矩就會(huì)下降，甚至?xí)杆偻Ｖ梗@種現(xiàn)象稱為電動(dòng)機(jī)顛覆。另一方面，電動(dòng)機(jī)在過載情況下會(huì)被嚴(yán)重加熱。為電動(dòng)機(jī)配置飛輪，相當(dāng)于增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在曲柄壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)中，飛輪的慣性阻力占總扭鉅的 85 ％以上，所以沒有飛輪電機(jī)就無法工作。飛輪可以儲(chǔ)存能量，其尺寸、質(zhì)量和速度對能量有很大影響。飛輪材料采用鑄鐵或鑄鋼．由于飛輪轉(zhuǎn)速過高會(huì)使其自身破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉(zhuǎn)速應(yīng)小于或等于 25 m/s， 最高不超過 30 m/s；鑄鋼飛輪圓周速度小于或等于 40 m/s，最大不超過 50 m/s 。 使用飛輪時(shí)還應(yīng)注意兩點(diǎn)：在下個(gè)周期工作開始之前，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能使飛輪恢復(fù)到應(yīng)有的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪起動(dòng)的時(shí)間不得超過 20s 。否則，如果時(shí)間過長，由于電機(jī)電流過大，線圈過熱會(huì)加速絕緣老化，縮短電機(jī)壽命，甚至導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的燒壞或跳閘。5第 2 節(jié) 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算JD21-100 的傳動(dòng)系統(tǒng)包括皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸和軸承。JD21-100傳動(dòng)示意圖如圖所示圖 2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理圖1：電動(dòng)機(jī)；2：大帶輪（飛輪）；3：齒輪；4：曲軸；5：連桿；6：滑塊；7：導(dǎo)軌總之，如果通過一個(gè)工作循環(huán)的平均能量選擇電動(dòng)機(jī)，其功率 Nm 為：Nm=A/（1000t） KW式中：A—一次工作循環(huán)所需的總能量 J A=8648.8Jt—循環(huán)時(shí)間 sec t=60/(nCn) sec t=2N—壓力機(jī)滑塊的行程數(shù) n=75 次/分鐘Cn—壓力機(jī)行程利用系數(shù) Cn=0.4為了讓飛輪的尺寸不太大，選擇電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該大于平均功率，即 N=KNm6一般取 K=1.2。行程次數(shù)較低的取下限，行程次數(shù)較高的取上限。代入得電動(dòng)機(jī)功率：N=KA/（1000t） KW N=1.2*8648.8/（1000*2）=5.19KW根據(jù)計(jì)算值 N 選擇額定功率 Ne 接近 N 值的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)所選的 Ne 重新計(jì)算 K值，并在下一步計(jì)算飛輪時(shí)使用。 K=Ne/NM根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的一些開式壓力機(jī)的統(tǒng)計(jì)，電機(jī)的額定功率以及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過以下公式來進(jìn)行選擇： Ne=（0.7—1.1）Pg KW飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=（0.03—0.07）Pg kgm2由于壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，工作行程 Sg，滑塊的行程數(shù) n 等不同，即使按照相同的規(guī)格，Ne 和 J 值亦會(huì)不同。所以，上述示例公式只能用作初定參數(shù)。第 3 節(jié) 壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量 A 為：A= ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋1A234567式中： ——工件變形功?！?dú)鈮|工作功，即壓接時(shí)所需的功。2——在工作沖程期間曲柄滑塊機(jī)構(gòu)磨擦消耗的能量。3A——工作行程中由于受力系統(tǒng)彈性變形消耗的能量。4——壓力機(jī)構(gòu)向下、向上空行程消耗的能量。5——單沖程滑塊可停止飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量。6A——單次行程離合器接合消耗的能量。7在一個(gè)工作時(shí)間內(nèi)，一個(gè)周期所消耗的能量為：7A= ＋ ＋ ＋1A234=6300+0+1098.8+1250=8648.8J1 、工作變形功 1對不同的沖壓工藝，在工作行程內(nèi)工件變形力是變化的。 0g15.3A?P?式中：—壓力機(jī)公稱壓力，單位：KN gP—板料厚度，單位：mm0?對于慢速壓力機(jī)來說 mPg.40??所以 JA6301.135.01??2 、氣墊工作功 無氣墊壓緊裝置，所以 為 0。2 2A3 、在工作行程時(shí)=期間，由于摩擦而由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)所消耗的能量為 ，并3A且在實(shí)際機(jī)器的曲柄機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動(dòng)存在摩擦。電機(jī)在拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)．為克服摩擦消耗能量。在工作期間．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦所消耗的能量 ，按3下式計(jì)算： gaPmA3087.??式中， ——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦當(dāng)量力臂（mm) , ? m4.21??― 摩擦當(dāng)量力臂； ????01rBA????—曲柄主軸承半徑0r?—連桿系數(shù)8——壓力機(jī)公稱壓力（kN )。gP——公稱壓力角（° ) ＝30° aga∴ J8.1093104.287.0A3 ????4、壓力系統(tǒng)在工作行程中彈性形變所消耗的能量 。完成工序時(shí)，壓力機(jī)受4A力系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形是封閉高度增加，受力零件儲(chǔ)藏變形位能對于沖裁工序?qū)⒁鹉芰繐p耗，損耗量與壓力機(jī)剛度、被沖裁部分材料性質(zhì)等有關(guān)。從偏于安全出發(fā)損耗的能量 可按下式計(jì)算：4AJ2/cgYP?式中 ——壓力機(jī)的總垂直剛度〔mm）。c(mm) HgC/c——壓力機(jī)垂直剛度。HC對于開式壓力機(jī) 。mkNH/40?JPAhg12524??5 、壓力機(jī)構(gòu)向上、向下空行程所消耗的能量 5A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(dòng)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％一 35％。 當(dāng)壓力機(jī)的公稱壓力為 KN 時(shí)，推薦的空行程消耗能量為 350J。106、單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量 6A根據(jù)測試，當(dāng)壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)所消耗的功率約為壓力機(jī)額定功率的 60%一30%，剛性離合器通常放置在曲軸上，通常用滑動(dòng)軸承。因此，對于帶有剛性離合器的開式曲柄壓力機(jī)，該值很高。飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量A6=1000N6（t-t1）=1000*1.12*（1/0.4-1）*1/75*609=1344J——飛輪空轉(zhuǎn)消耗的功率。按推經(jīng)驗(yàn)薦取值為 0.5KW。6Nn——壓力機(jī)行程次數(shù)?！谐汤孟禂?shù)， =0.4。CnC壓力機(jī)行程次數(shù)。壓力機(jī)行程次數(shù)＜15 20～40 40～7070～100200～500行程利用系數(shù) nC0.7～0.850．5～0.650.45～0.550.35～0.450.2～0.47、 單沖程離合器接合所消耗的能量 7A所使用的離合器是一種不消耗能量的剛性離合器。 為 0。7A根據(jù)電動(dòng)機(jī)常用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，兩級(jí)和三級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)通常使用同步轉(zhuǎn)速為 1500 轉(zhuǎn)/分的電機(jī)。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》查表得；選擇 Y132M—4 的異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為 5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為 1440 r/min。第 4 節(jié) 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比曲軸的工作轉(zhuǎn)速為 75r/min，各級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)適當(dāng)分布，通常 V 帶傳動(dòng)比不超過 2—4，齒輪傳動(dòng)速比不超過 3—5。當(dāng)分配減速比時(shí)，確保飛輪具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。也要注意布置得盡可能緊湊、美觀，長、寬、高尺寸比例恰當(dāng)。萬能壓力機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速通常為 380—450 轉(zhuǎn)/分。因?yàn)檗D(zhuǎn)速太低會(huì)使飛輪作用力消弱。若轉(zhuǎn)速過高，飛輪軸上的離合器會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，可能會(huì)損害離合器和軸承?？倐鲃?dòng)比 i= =1440/75=19.2 wmn10V 帶傳動(dòng)比 84.3i1??齒輪傳動(dòng)比 =52第 5 節(jié) 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)一、各軸轉(zhuǎn)速 I 軸 r/min140nm??Ⅱ軸 in/3758.1ri??曲軸 =75r/minin2??曲二、各軸的輸入功率 I 軸 KW34.597.0P01d???Ⅱ軸 K97.4.0642 ???????曲軸 58.3?曲三、各軸輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩m4.31409.5T?????NMdⅠ軸 mN???? 4.3970T1dd?Ⅱ軸 ???? .19.68.i21曲軸 ???? 505433曲運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果列表如下：11電動(dòng)機(jī)軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 曲軸轉(zhuǎn)速 n ( r/min ) 1440 1440 375 75輸入功率 P/KW 5.5 5.34 4.97 4.58輸入轉(zhuǎn)矩 T（N?m ) 34.4 33.4 119.43 550.3傳動(dòng)比 i 3.84 5效率 η 0.97 0.93 0.92第 6 節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算和飛輪尺寸計(jì)算電動(dòng)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)的最大允許轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，沖壓時(shí)電動(dòng)機(jī)放出一部分能量，所以飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)按下式計(jì)算：kg㎡?2e0f w)361(ACaJng??式中： ——工作行程時(shí)所需能量0= + + + =8648.8JA1234A—電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度ewsin/rad25.3984.0131e?????—飛輪轉(zhuǎn)速相對波動(dòng)的轉(zhuǎn)速非均勻系數(shù)?）（ piSK???e2?軸 名參 數(shù)12其中 —實(shí)際電機(jī)系數(shù)， ;K? 06.19.5ed??PK—電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率， ；eSeS—電機(jī)軸到飛輪軸由 V 型皮帶傳動(dòng)時(shí)，V 帶的當(dāng)量滑動(dòng)系數(shù)， ;pi 4.0pi?S——修正系數(shù)， ＝0.95。??＝ 2x0.95x x(0.06+0.04)=0.2?06.1——標(biāo)稱壓力角（30°） ga——壓力機(jī)行程的利用系數(shù)〔0.4〕nC22f 1.7.05.39864).061( kgmJ?????根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 設(shè)計(jì)飛輪。曲柄壓力機(jī)上，一般fJ飛輪形狀如圖 l 一 1 所示，13圖中： I 是輪緣部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ;1JⅡ是輪輻部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ; ?Ⅲ是輪轂部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 。?J飛輪外徑 由小皮帶輪和速比決定，由第二章已知 =1120mm，輪緣部2D2D分寬度 B=81mm。 飛輪本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，其中輪緣部分是主要的, 要比 、??????JJf ?J?大的多。故在近似計(jì)算中只考慮 更趨于安全。??J ?而 8/)(m2321D??? 4/)(231DBm???所以 mBJ 1076.081743.44123 ???????式中 ρ——金屬密度〔 kg／㎡) ，對鑄鋼： 。23/7kg?3、飛輪輪緣線過度驗(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 ：fV??vsmnDvff ???????? /23751.02.5102.5式中： ——飛輪最大直徑；f——飛輪轉(zhuǎn)速；fn——允許線速度，對鑄鋼飛輪 =40m/s。??v??v第三章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)第 1 節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的類型和系統(tǒng)分析141、傳動(dòng)系統(tǒng)類型開式曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)包括軸和軸承，皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)級(jí)數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)包括一級(jí)傳動(dòng)、二級(jí)傳動(dòng)、三級(jí)傳動(dòng)和四級(jí)傳動(dòng)，很少使用四級(jí)傳動(dòng)。根據(jù)曲軸的布置，傳動(dòng)系統(tǒng)可進(jìn)一步分為垂直于壓力機(jī)正面布置和平行于壓力機(jī)正面布置的兩種形式。2、傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置應(yīng)該使機(jī)器易于制造、安裝和維護(hù)，同時(shí)緊湊且美觀。開式曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布局主要包括以下四個(gè)方面：傳動(dòng)系統(tǒng)的位置開式 曲柄壓力機(jī)大多采用上傳動(dòng)，很少采用下傳動(dòng)。上傳動(dòng)壓力機(jī)與下傳動(dòng)壓力機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)是：(1）重最較輕，成本低。(2）安裝和維修較方便。（3）地基較簡單。上傳動(dòng)的缺點(diǎn)是壓力機(jī)地面高度大，操作不夠平穩(wěn)?，F(xiàn)在通用壓力機(jī)多數(shù)為上傳動(dòng)。曲軸的布置方式 曲軸的布置方式分為兩種；水平和垂直。開式曲柄壓力機(jī)采用曲軸，曲軸縱向放置，傳動(dòng)部件飛輪和閃光輪等放置在壓力機(jī)的背面。在曲軸的情況下，曲軸橫軸的應(yīng)用是很常見的。這種傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)部件放置在壓力機(jī)的側(cè)面，便于制造、安裝和維修。最近幾年，已經(jīng)應(yīng)用了曲軸縱放的形式。該系統(tǒng)有曲軸可以縮短．剛度有所提高，全部傳動(dòng)零件封閉在機(jī)身內(nèi)部，潤滑良好的優(yōu)點(diǎn)，并且外形美觀。但相比前者不便于制造、維修。最后一級(jí)齒輪傳動(dòng)的形式 齒輪傳動(dòng)的最后階段末級(jí)齒輪傳動(dòng)可采用一側(cè)驅(qū)動(dòng)或雙側(cè)驅(qū)動(dòng)。單側(cè)驅(qū)動(dòng)方便制造和安裝，但有較大的齒輪模數(shù)和外形尺寸。雙邊驅(qū)動(dòng)可以縮小齒輪的尺寸，但不便于制造和安裝。齒輪的開式安放和閉式安放 齒輪有安放于機(jī)身之外和機(jī)身之內(nèi)兩種情況，齒輪放于機(jī)身之外稱為開式安放，齒輪放于機(jī)身之內(nèi)稱為閉式安放。閉式齒輪擁有較好的工作條件，較美觀的外形；如果齒輪放置在油底殼內(nèi)，齒輪傳動(dòng)的聲噪可以大15大降低，但不便于安裝后的維護(hù)。大型壓力機(jī)多采用閉式安放。開式齒輪工作條件較差，傳動(dòng)聲噪大，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。3、離合器和制動(dòng)器的位置 萬能壓力機(jī)的離合器兩種；剛性離合器和摩擦離合器。對于單級(jí)變速器壓力機(jī)，離合器和制動(dòng)器只能放在曲軸上，因?yàn)閯傂噪x合器不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)。摩擦離合器和飛輪通常安裝在同一驅(qū)動(dòng)軸上，制動(dòng)器的位置與離合器同軸。對于多級(jí)變速器壓力機(jī)，摩擦離合器可安裝在低速軸或高速軸上。摩擦離合器安裝在低速軸上，嚙合過程中消耗的摩擦能量小，離合器磨損小。然而，低速軸的扭矩較大，并且離合器的尺寸增大。另外，由于萬能壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)大多封閉在機(jī)身內(nèi)，因此安裝和調(diào)節(jié)離合器不方便。它也不容易散熱，因此摩擦離合器通常安裝在具有較高轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)軸上。此時(shí)，由于所需的傳動(dòng)扭矩小，壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)相對緊湊，但有源部分和被驅(qū)動(dòng)部分的初始速度差別太大，對傳動(dòng)系統(tǒng)的影響很大，而且摩擦力大。4、傳動(dòng)級(jí)數(shù)以及各級(jí)傳動(dòng)比的分配傳動(dòng)系列的選擇主要涉及以下三個(gè)方面：（1）滑塊的每分鐘行程數(shù)高，每分鐘行程數(shù)高，總傳動(dòng)比小，傳動(dòng)級(jí)數(shù)少;每分鐘的行程數(shù)低，總傳動(dòng)比大，并且傳動(dòng)級(jí)的數(shù)量大。（2）壓力機(jī)一級(jí)傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)，飛輪裝置在曲軸上，速度與滑塊每分鐘的行程數(shù)相同，并且飛輪的結(jié)構(gòu)不能太大。飛輪所能釋放的能量因此受到限制。因此，在相同的標(biāo)稱壓力下，一級(jí)傳動(dòng)的曲軸壓力機(jī)的做功能力低于二級(jí)和二級(jí)以上傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)。（3）對機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊性的要求當(dāng)傳動(dòng)級(jí)數(shù)較小時(shí)，每級(jí)傳動(dòng)比較大時(shí)，因?yàn)樾』喓托↓X輪的結(jié)構(gòu)尺寸不能太小。該結(jié)構(gòu)不夠緊湊，因此在設(shè)計(jì)中，通過增加傳動(dòng)級(jí)的數(shù)量或通過使用雙向齒輪傳動(dòng)來減少傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。每級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)適當(dāng)分布，使傳動(dòng)系統(tǒng)布局合理，不僅易于安裝和維護(hù)，而且結(jié)構(gòu)緊湊美觀。通常，V 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不超過 2-4，齒輪傳動(dòng)比不超過 3-5。在分配傳動(dòng)比時(shí)，飛輪也應(yīng)具有適當(dāng)?shù)乃俣?。飛輪速度太低，外形尺寸增大;太高，飛輪軸上的離合器和軸承工作條件惡化。開式曲柄壓力機(jī)飛輪的速度通常在 240 至 470 轉(zhuǎn)/分鐘之間。16第二節(jié) V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)上述計(jì)算表明 JD21—100 型開式曲柄壓力機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為 5.5KW，轉(zhuǎn)速為1440 轉(zhuǎn)/分，V 帶的傳動(dòng)比為 i=3.84l、確定計(jì)算功率 cP由《 機(jī)械設(shè)計(jì)》 表 11.5 獲取工作條件系數(shù) =l.2 K由式 11.19 WKA6.5.21c ????其中 P 為電動(dòng)機(jī)的額定功率,由第一章得 P=5.5KW2、選擇 V 帶的型號(hào)通常用于開式曲柄壓力機(jī)的 V 型皮帶有 Z、A、B 和 C 四種型號(hào)。由 =6.6KW,轉(zhuǎn)速 =1440r/min，確定選用 A 型普通 V 帶。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖c1n11.15、表 11.6 得 =300mmD3、驗(yàn)算帶速 V在 5 ～25m/s 之間，滿足帶速要求。smd/.26031460n1?????4、計(jì)算從動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑 di=3.84,ε=0.02 , = ( l-ε)· i· = ( l-0.02) x 3.84 x 300＝1128mm2d1d按帶輪的基準(zhǔn)直徑系列取 =1120mm。2實(shí)際傳動(dòng)比 8.30).1()(2????di?5 、確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度0adL????dh2121.0???=300+1120=1420mmmm, ,d ma840789?17取 =1100mm,0a由式 11.2 得：帶長mmadddL4582)10482*(10(211????????由《 機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 11.4，選取帶的基準(zhǔn)長度為 ，m50?Ld計(jì)算實(shí)際中心即 a= + =1309mm0a2??Ld6、核算小帶輪包角場 ?1，滿足要求。???????????? 1204601398601802 ?ad7 、計(jì)算皮帶的繞行次數(shù) μ 秒次秒次 //.5vd?L?8 、確定 V 帶的根數(shù)（式 11.22）KPLcZ?)(0???式中： ——單個(gè) V 帶的基本額定功率，見《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 11.8， 為P01.32KW。——i≠1 時(shí)傳遞功率的增值，見邊表 11.10， 為 0.17KW0 ?0——按小帶輪包角 查得的包角系數(shù)，見表 11.7， 為 0.92。.ka?1 ka——長度系數(shù)，見表 11.12, 為 1.01。L kL所以， 根，取 5 根。8.401.92)17.032.(6????Z9、計(jì)算帶的張緊力和壓軸力單根帶的張緊力為18（式 11.21）NsmKgKWqZVvPFac2.19 )/65.(/1.095.2m/s65.0).( 22???????????帶輪軸的壓軸力 QF(式 11.23）NZFQ 645)80sin52.6(2sin10 ??????10 、確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 查表 11.4 得:節(jié)寬 =11.0mm，槽間距 e = 15 0.3mmPb?基準(zhǔn)線上槽深 =2.75mm 基準(zhǔn)線下槽深 ＝8.7mm minha minhf最小輪緣厚度 =6mm 外徑i?da1302Do??帶輪寬 B=(z-1)e+2f=(5-1)x15.3+2x10=81.2mm 第三節(jié) 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)根據(jù)以上計(jì)算，JD21 一 100 開式曲柄壓力機(jī)齒輪傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速=375r/min,從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 ＝75r/min，輸入功率 P=4.97KW，每天工作 8 小時(shí)，壽1n2n命為 10 年。1、齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級(jí)和齒數(shù)的選擇選擇小齒輪材料 鋼，淬火回火，硬度 240—286HB,平均 260HB, r40C=700MPa,B?=500MPa；大齒輪材料 45 鑄鋼，淬火回火，硬度 229—286HB ,平均取為S240HB ，=580MPa， =290MPa；精度 8 級(jí)。B?S192、根據(jù)齒面彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)開式齒輪（式 12.17）??321FSadYzKTm?????Ⅱ軸的轉(zhuǎn)矩 = ，即小齒輪的轉(zhuǎn)矩。?mN?43.9為了提高開式齒輪的耐磨性，需要較大的模數(shù)，因此齒數(shù)應(yīng)該更少。初取齒數(shù) = 40，傳動(dòng)比 i=5, = 5* =5x40＝2001Z2Z1硬齒面齒輪，懸臂布置，查表 12.13，取齒寬系數(shù) = 0.35 ，按照 K=d?，查表 12.9、圖 12.9、表 12.10 得 K=1.8??KVA由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 12.21 查得，小齒輪齒形系數(shù) = 2.9，大齒輪的齒形系數(shù)Fa1Y=2.23 F2Y由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 12.22 查得，小齒輪應(yīng)力修正系數(shù) =1.55 ，大齒輪應(yīng)力修Sa1正系數(shù) =1.77。Sa2由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ，由式 12.19 查得??FXNFYminl??按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖 12.23、表 12.14、圖 12.24、圖 12.25,檢查齒輪材料彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力 =250MPa, =180MPa1liF?2limF按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 表 10—5 ，取 =1.60 S??2.16.0lim1??FS?58li2F齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)小齒輪計(jì)算 ??03.12.5405.3968)1(432 ?????FYuZKTmd??20取 m=5 mzma602)4(52)(1 ?????分度圓直徑 = =200mm = ＝1000mm 1d2dz齒頂圓直徑 za0)(??ma10)2(??齒根圓直徑 m5.187.1f?z5.987).df?按計(jì)算結(jié)果校核前面的假設(shè)齒輪節(jié)圓速度 smnd/2.360724.360v1????，查得 ，與原值一致。smvz/784.1096.??1Kv齒寬 d20.b?小齒輪齒寬取 290mm，大齒輪齒寬取 280mm.齒頂高 齒根高 m5ha? m25.6.1hf??齒高 齒距 2.1.2? 7P?齒厚 齒槽寬 87s?8.2e中心距 za60)(221??第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)一、軸的概述軸是構(gòu)成機(jī)器的主要部件之一，其功能主要是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因此大多數(shù)軸都要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。l、軸的分類按照軸承受彎、扭載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。在操作中經(jīng)受彎矩和扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，并且這種軸在機(jī)器中最常見。僅承受彎矩并且不傳21遞扭矩的軸稱為心軸，并且心軸分為兩種類型：旋轉(zhuǎn)心軸和、非旋轉(zhuǎn)心軸。僅承受扭矩而不受彎矩或彎矩影響的軸稱為傳動(dòng)軸。2、軸的材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。碳鋼比合金鋼便宜，對應(yīng)力集中的敏感性較小，并且可以通過熱處理提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度。因此，它被廣泛使用，最常用的是 45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳鋼。為了確保機(jī)械性能，通常應(yīng)進(jìn)行淬火或正火處理。合金鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能，可用于提供高功率和要求減小尺寸和質(zhì)量以及提高軸頸耐磨性。必須注意：在正常工作溫度（低于 200℃）下，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量相似，熱處理對其影響不大。因此，如果使用合金鋼，則只能提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，并且軸的剛度小。軸坯可以軋制成圓形鋼和鍛造，有些直接使用圓鋼。對于復(fù)雜的軸，也可以使用鑄鋼，合金鑄鐵或球墨鑄鐵。經(jīng)過鑄造成型，可得到更合理的形狀。 {70%：鑄鐵具有成本低，吸振和耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感性低等優(yōu)點(diǎn)，但質(zhì)量不易控制，可靠性不如鋼軸。二、JD21—100 開式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)1、材料選擇根據(jù)上述分析選擇軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 16 一 1 和表 16 一 2 得：允許的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ，??a40~3TMP??抗拉強(qiáng)度 ， ，彎曲疲勞極限 ，與軸材料有a60MPB??a30PS??a2751??關(guān)的系數(shù) C=107。2 、初步計(jì)算初步計(jì)算由上述計(jì)算軸傳遞的扭矩 ，輸入的功率m43.19???NTKWP97.4??根據(jù)允許的剪切應(yīng)力計(jì)算，實(shí)心軸強(qiáng)度條件為（式 16.1）??TTdnP?????362.015寫成設(shè)計(jì)公式為（式 16.2）??3362.0159nPCdT????22式中：一 切應(yīng)力，MPa;T?T 一 軸所受的轉(zhuǎn)矩，N?mm；一軸的抗扭截面系數(shù)， ;W3mn 一軸的轉(zhuǎn)速，r/min;P 一軸傳遞的功率，KW;d 一軸的計(jì)算直徑，mm;一許用切應(yīng)力，MPa；??T?C 一 與軸材料有關(guān)的系數(shù)。C=110代入上式得 。m263759.4)10~8(??d整取 50mm3 、按彎扭聯(lián)合作用核算強(qiáng)度齒輪的法向作用力為： ??costnF其中分度圓的圓直徑 NdT386.25110.2691t ??分度圓的壓力角 ，則 cosα=cos20°=0.94???20所以求得 NF6934.8531V 帶作用力比齒輪作用力小得多，所以忽略不計(jì)。由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為： MPaaNMW32.1052693d1.093 ?????由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力為： aPcn 8.41052.9d.033?????當(dāng)彎曲應(yīng)力為： MPanWd 1.378.432.22??????23軸的材料是 45 鋼（調(diào)質(zhì)），，符合要求。?? ??d,2507.18350)6.1~4(1 ?? ?因 此—MPansd ????第五節(jié) 直軸的設(shè)計(jì)連接大帶輪和小齒輪的軸叫直軸，考慮到其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如下：根據(jù)之前的計(jì)算可知，大帶輪的輪寬為 81.4mm，因此 L1 為 80mm，并且蓋安裝在L2，長度為 20mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求在 L3 上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承，查機(jī)械手冊可知，其寬度為 43.5，故 L3 的長度為 127mm，L4 為一起定位作用的軸肩，將其長度定為20mm，L6 作用與 L3 相同，故 L6 為 127mm，L7 作用與 L2 相同，取 L7 為 20mm，L8上安裝小齒輪，有前面計(jì)算知，小齒輪寬度為 190mm，所以取 L8 為 185mm。由 (式 16.2)mNPCd5.26379.4*13min ???其中 C 為與軸材料有關(guān)的系數(shù)，因?yàn)椴捎玫?45 鋼，所以取 C 為 112；由上式取 D1 為 Φ110mm，D2 為 Φ115mm，D3 為 Φ120mm，D4 為 Φ140mm，D5為 Φ130mm，D6 為 Φ120mm，D7 為 Φ110mm。圖 3.1 直軸24第四章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第一節(jié) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)，使用和研究曲柄壓力機(jī)時(shí)，通常需要確定滑塊位移和曲柄角之間的差異。關(guān)系。當(dāng)計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的力時(shí)，當(dāng)前使用的曲柄壓力機(jī)的每分鐘行程數(shù)不高，所有力的慣性力百分比很小，可以忽略不計(jì)。類似地，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的重量僅為標(biāo)稱壓力的百分之幾，可忽略不計(jì)。如圖 3-1 所示，L— 連桿長度； R ― 曲柄半徑： S― 滑塊全行程； 滑塊的位移從滑塊的下死點(diǎn)開始計(jì)算;曲柄角是從曲柄軸頸的最低位置開始的曲軸旋轉(zhuǎn)的相反方向。從圖中的幾何關(guān)系，可以得到計(jì)算滑塊位移的公式： ??????????????2cos-14cos-1SR滑塊速度由下式計(jì)算 ??????????2siniV式中 ― 連桿系數(shù);LR― 曲柄的角速度。曲柄在 90°時(shí)滑塊速度最大，Vmax=WR=0.105nrn—滑塊行程為了計(jì)算在公稱轉(zhuǎn)角 )(2cos21SgLRg?????25曲柄傳遞的扭矩可以看作分為兩部分：無摩擦機(jī)構(gòu)所需的扭矩 和由0M于存在摩擦所引起的附加扭矩 ，即?M，qqPm???M0式中 ― 理想當(dāng)量力臂：R??????????2sinim0式中 ― 摩擦系數(shù)， = 0.04～0.06; ??和 ― 連桿上、下支承的半徑。ArB圖 4.1 曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)簡圖― 摩擦當(dāng)量力臂； ?m????01rrBA???—曲柄主軸承半徑。0r26則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的當(dāng)量力臂為： ????0k 12sini rRMBA?????????????曲軸扭矩為： ????8.3612sinim0k ??????? ????????? rPBAq ?如果上式取 P= 和 ( —公稱壓力， —公稱壓力角)，則曲柄壓gg?Pga力機(jī)所允許傳遞的最大扭矩為：mm。????368012sini 0g ??????? ????????? rRPMBA???第二節(jié) 曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算一、曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖圖 4.2二、曲柄軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算1、曲柄軸尺寸經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 支承頸直徑式 0d