3211-60吨压力机机械结构设计

郑州雨辰学院本科生毕业设计（论文）题 目： 60吨压力机机械构造设计 指引教师： 职称： 讲师 学生姓名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 院 （系）： 机电工程学院 答辩日期： 20 年06月18日 20 年06月14日摘要压力机是一种构造精致的通用性压力机，具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺，通过对金属坯件施加压力使金属发生塑性变形来加工成零件。本文设计的压力机重要应用于中小型公司，用于完毕简朴的冲压工作，具有构造简朴、操作以便、生产效率高等特点。本文参照JH31-63机械压力机的设计，需要请征询学号数字企鹅设计了60吨压力机。该压力机采用曲柄滑块机构作为执行机构完毕冲压工作。本文通过对压力机的控制规定和工况分析，决定采用了齿轮的二级减速传动，运用老式理论措施对压力机传动系统进行设计、计算、强度校核，拟定了传动系统的设计方案，并且绘制了传动系统原理图，给出了传动系统的工作阐明书，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出整个设计切实可行。 核心词：压力机传动系统执行机构带传动齿轮传动AbstractExquisite general press, press is a kind of structure has a wide range of USES, production efficiency is high, the press can be widely used in cutting, punching, blanking, bending, riveting and forming process, through to put pressure on the metal ware metal plastic deformation occurred to processed into zero.In this paper, design of the pressing machine is mainly used in small and medium enterprises, to complete a simple punching, has simple structure, convenient operation, high production efficiency, etc.In this paper, the design of the reference JH31-63 mechanical press, 60 tons of press is designed.The press adopts the slider-crank mechanism as the executing agency to complete the punching.In this paper, by analyzing the control requirements and working condition of the press, decided to adopt the double reduction gear transmission, on the basis of the theory of traditional method to press the transmission system design, calculation, strength check, make sure the design of the drive system, and draw the transmission system principle diagram, drive system is given the job description, and carries on the feasibility analysis, finally, the whole design system analysis, it is concluded that the whole design is feasible.Key words: PressTransmission systemActuatorTape driveGear transmission目录1 绪论12 使用分析与方案的确定32.1 压力机结构设计任务32.2 使用分析32.3 方案确定33 执行机构的设计与计算63.1 执行机构的计算63.2 电动机的选型84 传动装置的设计与计算94.1 带传动的设计与计算94.1.1 带传动的设计及计算94.1.2 V带轮的设计104.2 齿轮传动和齿轮的结构设计124.2.1 齿轮传动计算和校核124.2.2 齿轮的结构设计154.3 轴的计算及校核164.3.1 后轴的计算及校核164.3.2 曲轴的计算及校核225 润滑方式的选择26结 论27致 谢28参考文献29附录30附录A 压力机装配图30附录B 齿轮30附录C 直轴30附录D 曲轴301 绪论压力机在国防工业和民用工业中占有极其重要的地位。压力机广泛应用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门，随着着工业的发展，压力机的品种和数量越来越多，质量规定越来越高，能力越来越大，它在机械制造工业以及其她工业生产中的作用越来越明显，因此对压力机的精度和生产率等各方面的规定也就越来越高1。国内压力机在十几年里不断进行技术改造和扩建，生产大大提高。设计科研队伍日益扩大，以往的产品亦不断进行更新换代。进入21世纪，在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车制造业飞速发展，面对这一形势，国内的板材加工工艺及相应的冲压设备均有了长足的进步。进入21世纪以来，中国锻压机床行业通过技术引进、合伙生产及合资等多种方式的运作，迅速地提高了国内冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在合用性方面也获得了长足进步2。由于压力机可以用于弯曲、拉深、胀形、扩口、缩口、旋压、压印、整形、翻边等成形工序，因此压力机的发展,已经影响到市场需求,它的意义已经越来越重大。现代制造技术的发展规定压力机不仅可以高速度、高精度、大负载的运转，并且应具有更大的柔性，能迅速、以便的变化输出运动规律。但老式的机械式压力机的运动特性单一、工艺合用性差。压力机重要技术优势体目前控制系统更加自动化和智能化，操作方式更加灵活以便，能实现多种工艺参数自动调节。卸料设备构成纵列串行冲压生产线实现自动生产等从而更能适应现代生产工艺和生产节拍的规定。在机械传动方面重要体目前设计领域，随着计算机技术的发展CADCAE 技术、有限元分析、3D设计和多连杆参数化设计等新技术被广泛应用在压力机的设计过程中，大大提高了压力机机械设计的效率。控制系统随着自动控制技术和智能传感技术的发展，现代机械压力机的控制系统也更加自动化和智能化。目前机械压力机的主电机重要采用直流电机和交流电机两种形式。对拉深压力机，由于其速度变化规定高，以往多需要请征询学号数字企鹅采用调速性能较好的直流调速驱动方式。近年来，随着电力电子技术的发展，交流调速的性能也越来越接近直流调速的性能。国外压力机近几十年来重要以批量生产在板冲和模锻中广泛使用，专门化限度越来越高，朝着高速度、高精度、自动化方向发展，普遍采用CNC控制。但近几年，多品种少量生产势头在国外越益强劲，要满足其经济上的合理性，就规定生产具有更高的柔性，工艺设备具有更大的通用性。在这种背景下，国外压力机设计、制造者们，在老式的机械压力机上经反复多种尝试，终于设计制造出某些具有新创见的压力机面市。这些压力机，在构造上各有其独到之处，可适应多变的工艺过程，通用性大，具有更高的柔性。其中机械驱动源的液压化，兼容机械压力机和液压机双方长处，体现了将来压力机的突出特性3。2 使用分析与方案的拟定2.1 压力机构造设计任务本文重要针对压力机的执行机构和传动装置进行设计。压力机的技术参数：滑块行程：120mm，工程压力：60吨，行程次数：50次/分，冲压厚度：d=8mm。需要设计的构造参数有带传动的构造设计、齿轮传动的构造设计和轴的构造设计。2.2 使用分析在机器进行设计初期，就应当对机器将要进行的工作进行使用分析。其中最重要的是机器的使用功能的规定，另一方面是机器在设计、制造及后来的使用过程中可以实现人力和物力的规定。下面对这些规定进行某些分析。(1)使用功能的规定：机器应具有设计里估计的功能，就是要对的选择机器的工作原理，对的的机构设计，传动装置和电动机以及合理的配备、必要的辅助系统来实现的。(2)经济性的规定：机器的经济性贯穿于整个机床设计、制造、使用的过程中，设计机器时要综合的进行考虑，设计成本应当尽量的低，同步机器在使用过程中应当有高的生产率、高效率，较少的能源损耗，原材料和辅助材料以及低的管理和维修费用等4。如下几点可提高压力机的设计经济性指标：最大限度的采用原则化、系列化及通用化的零件、零部件机构，尽量采用原则化机构及尺寸。采用AUTOCAD技术可以加快产品开发速度，减少产品设计的各项成本。机床的经济性受材料、构造、工艺和技术影响，因此要尽量采用先进的技术，新的工艺、构造和材料。力求完善构造的工艺性,使原材料用量少、易加工、零件易装配。设计和制造过程的合理化。提高压力机的使用经济性指标的重要途径有:合理提高机器的机械化和自动化水平，以提高机器生产率及产品的质量。选用高效率的传动系统，尽量减少传动的中间环节，减少能源消耗和生产成本。采用合适的防护及润滑措施，延长机器的使用寿命。(3)其她规定：一部机器除应具有上述的几点规定外，还应有某些其她的规定，如劳动保护的规定。对于在不同工作环境工作的机器尚有某些为该机器所特有的规定。虽然这些规定常常被忽视，但也非常重要，在平常生活中也起着很大的作用。2.3 方案拟定(1)执行机构的方案拟定方案一：采用对心曲柄滑块机构为执行机构用曲柄和滑块来实现转动和移动互相转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构如图2.3-1。曲柄滑块机构中与机架构成移动副的构件为滑块，曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中5。图2.3-1曲柄滑块机构方案二：采用凸轮机构为执行机构凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件构成的高副机构如图2.3-2。凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为积极件。凸轮机构广泛应用于多种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构得到广泛应用重要是由于凸轮机构可以实现多种复杂的运动规定，并且构造简朴、紧凑。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，顶杆易断，导致失去动作，因此凸轮机构多用在传力不大的场合6。 图2.3-2 凸轮机构通过对两种方案的比较，连杆机构具有诸多长处：运动副一般均为低副。低副的两运动副之间为面接触，压强较小，可承受较大的载荷；且有助于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简朴，便于加工制造。可实现多种形式的运动变换和运动规律。在连杆机构中，当原动件的运动规律不变，可用变化各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律7。最后选择方案一：对心曲柄滑块机构为该压力机的执行机构。(2)传动方案的拟定带传动和齿轮传动是传动中常用的两种形式。齿轮传动又可分为直齿和斜齿等几种。带传动承载能力小，在传动相似转矩时，构造尺寸比其他传动形式大，但带传动平稳，并且能吸振缓冲，因此，带传动一般布置在高速级；斜齿圆柱齿轮传动平稳性比直齿好，常用在高速级或传动平稳的场合；开式直齿圆柱齿轮传动一般在较差的环境下工作，润滑条件也不好，因此磨损严重，寿命短，一般布置在低速级；圆锥齿轮传动只用于需要变化轴的布置方向的场合8。结合本次所设计的压力机的工作环境和它自身特点，选择带传动和直齿圆柱齿轮传动。本次设计的压力机是一种典型的冲压机械，一方面通过带传动，使大带轮转动，同步大带轮具有飞轮的作用，可以存储能量。然后大带轮的储能作用带动小齿轮，通过大小齿轮间的减速传动，最后使大齿轮带动执行机构进行冲压工作。总体传动方案示意图如图2.3-3所示，压力机装配图见附录A。 图2.3-3 总体传动方案示意图3 执行机构的设计与计算3.1 执行机构的计算设计参数：滑块行程：120mm，工程压力：60吨，行程次数：50次/分，冲压厚度：d=8mm。对心曲柄滑块机构曲柄存在的条件为： 因此可初步拟定曲柄长度a=12120=50mm，连杆长度b=600mm。拟定曲柄转速，当滑块完毕一种行程时，曲柄正好旋转一周，则滑块完毕40次/分的行程，曲柄就旋转了40周。故可得曲柄的转速w=50260=5.23987667rad/s。曲柄滑块机构如图3.1所示。 图3.1 曲柄滑块机构O为曲柄的旋转中心点，A点为曲柄与连杆的连结点，B 点为连杆与滑块的连结点。OA是曲柄，长度为R，称R 为曲率半径，也就是曲柄的偏心距。OA是连杆，长度为L，它的一端与滑块连结，能表达滑块的运动状况。曲柄OA转动时，从上死点A1转到下死点A0，滑块从D降到C，全程为S=2R。为了计算以便，拟定曲柄转至下死点时曲柄转角为零度，曲柄逆运动方向转至上死点时曲柄转角=180。连杆中心线与滑块运动方向的夹角为，曲柄转角与滑块行程s的关系体现如下：S=OD-OB=L+R-Rcos+Lcos （3.1）别重要。因此选择好的材料对曲轴至关重要。(1)材料的选择曲轴材料选用40Cr，热解决方式为调质解决，其硬度为241-286HBS，材料屈服极限为500MPa，许用弯曲应力为140200MPa，许用切应力为100150MPa。(2)曲轴的计算及校核作用在大齿轮上的力转速n=50r/min转矩T=600103cos5760103=1.96104Nm齿轮的周向力FT=2Td2=21.96107876=44748.9N齿轮的径向力Fr=FTtan=44748.9tan20=16287.3N由于齿轮为直齿圆柱齿轮，因此没有受到轴向力的作用，既Fa=0N。初步拟定轴的最小直径由于T=9550PN，可得PN=2.05。A0=97112，取A0=97带入式4.10中，得dmin123.19mm，故dmin125mm。初步拟定轴的尺寸支撑径直径： d0=4.45Pgmm （4.13） 式中 Pg 工程压力(KN)； d0=4.45609.8=106.7121.25。由于 dmin123.19mm，因此取d0=125mm。曲柄径直径：dA=1.11.4d0=137.5175mm，取dA=150mm；支撑径长度：l0=1.52.2d0=187.5275mm，取l0=200mm；曲柄两臂外侧面间长度：lq=2.53.0d0=312.5375mm，取lq=350mm；曲柄径长度：la=1.31.7d0=162.5212.5mm，取la=190mm；圆角半径：r=0.080.1d0=1012.5mm，取r=10mm；曲柄壁的宽度：=1.31.8d0=162.5225mm，取=218mm。曲轴的构造设计曲轴按生产形式可分为整体锻造曲轴，整体锻造曲轴和组合曲轴等形式。整体锻造曲轴的加工性能好，金属切削量少，成本低，并可以获得合理的机构形式，从而使应力分布均匀，对提高曲轴的疲劳强度有明显效果，因此设计选用整体锻造曲轴19。曲轴和后轴同样，轴向载荷几乎为零，都是只承受径向载荷，且由于载荷过大，存在动载荷，因此采用滑动轴承的形式，既对开式径向轴承。曲轴的构造示意图如图4.3.2 所示，曲轴零件图见附录D。 图4.3.2 压力机曲轴构造示意图选轴承的宽径比：取左、右轴承的宽径比B/d=1.54。计算轴承的宽度：B左=B右=1.54130=200mm。计算轴径圆周速度：左轴承速度V1，右轴承速度V2。 V1=V2=d1n601000=3.1413050601000=0.34mm/s计算轴承的工作压力：左轴承工作压力P1，右轴承工作压力P2。 P1=P2=Fd1b=601039.820.130.2=11.3MPa选择轴承的材料在保证PP，VV，PVPV的状况下，选定轴承的材料为ZCuSn10P1 ，该材料用于中速、重载及受变载荷的轴承。已知支架的总宽，可初选l=205mm，初选曲柄的直径d=125mm，l=190mm，偏心=30mm，初选曲柄两端轴肩长l=l=80mm，d=d=205mm,偏心距=30mm。至此，已初步拟定轴的各段长度和直径。拟定轴的圆角及倒角取轴端倒角为345，为易于装配和易于加工，取处的倒角为345。由于曲轴横截面沿轴线方向急剧变化，使应力分布不均匀，特别在曲柄臂和轴径的过渡圆角部分及附近会产生严重的应力集中。在循环应力的作用下，在应力集中区也许产生疲劳破坏20。实践证明：弯曲和扭转疲劳断裂是曲轴的重要破坏形式，因此，必须选择合适大的曲轴和过渡圆角R=8mm，并加工完善过渡圆角。软化解决曲轴，提高抗疲劳强度的效果，同步提高轴径的耐磨性。曲轴的校核对于大行程的压力机，不能忽视扭矩的影响，这时 C-C 截面的应力计算为： =Pg14lq-la+8r2+12Rsin+2sin220.1dA2 （4.14）式中 R 曲柄半径（60mm）； 连杆系数（取 0.1）； 曲柄转角(=30)。带入得=80.4MPa。在 B-B 截面上受到的弯矩的联合伙用，但与 C-C 截面的受力状态相反，扭矩不小于弯矩，故可忽视弯矩的影响。B-B 截面的扭矩为Mg=Pgmg。剪应力 =MgW=Pgmg0.2d03 （4.15）式中 Pg公称压力（kN）； d0支撑颈直径（mm）； Mg当量力臂； W抗扭截面系数。将数值代入得=55.5MPa。前面选定轴的材料为40Cr，曲轴的许用应力-1=140200MPa，=100150MPa。由于-1，,因此满足规定。5 润滑方式的选择压力机所有有配合相对运动的部分必须进行润滑，以减少零件的磨损，提高机器的使用寿命，保持正常的工作精度，减少能量消耗和维修费用。按照润滑油种类可以分为稀油和稠油润滑两种。稀油润滑的长处是内摩擦系数较小，因而消耗于克服摩擦力的能量较小；流动性较好，易进入摩擦表面的各个润滑点；采用循环润滑系统时冷却作需要请征询学号数字企鹅用好，并可将粘附在摩擦表面上的杂质和由于研磨产生的金属微粒带走21。本文压力机的设计中采用浓油集中润滑，采用集中润滑的压力机，有些部分是分散润滑的，如滚动轴承是定期用油枪注入稠油，开式齿轮是定期用人工涂上稠油。尚有些部位是自动润滑的，如空气分派阀，离合器的活塞和平衡缸的活塞等润滑油经油雾器随压缩空气自动喷入。尚有些部位是长期浸油润滑的，如闭式传动中的齿轮，装模高度调节机构中的蜗轮蜗杆等。结 论(1)一方面对压力机的总体方案进行了拟定，选择以带传动带动齿轮传动进行传动和储存能量，最后通过对心曲柄滑块机构完毕运动。(2)另一方面对执行机构进行了分析和计算，计算出执行机构应当消耗的最大能量为5.20KJ,拟定出连杆的最小直径为66mm。然后还进行了电动机的选择，型号为Y132M2-6，额定功率为5.5KW，满载转速为960r/min。(3)然后重要是对各个传动器件的设计和校核。其中涉及带传动的设计计算与校核、V 带轮的设计，V带轮型号为SPZ型、齿轮传动计算及校核、齿轮的构造设计、后轴的计算及校核、曲轴的计算及校核等。(4)最后是对压力机的润滑方式的选择，本文设计的压力机采用浓油集中润滑，其中有些部分是分散润滑的，如滚动轴承是定期用油枪注入稠油，尚有些部位是自动润滑的，如空气分派阀，尚有些部位是长期侵油润滑的，如闭式传动中的齿轮。 (5)本文设计的压力机也有局限性之处，由于自身的知识储藏很肤浅，因此在执行机构和传动装置的设计中尚有某些漏洞。致 谢本次毕业设计是在张教师的指引下完毕的，如果没有教师的精心指引是很难顺利完毕的。在设计过程中教师们给了我很大的协助，不仅解答了我遇到的知识构造方面的困难，如机构分析、精确计算等专业难题，在此向我敬爱的教师们表达衷心的感谢。在本次论文全套图纸和论文征询企鹅壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的写作过程中得到许多同窗的协助，同步也向我提出了许多的珍贵意见，在此也表达衷心的感谢。并且教会了我如何实地考察机器、查资料、方案论证等措施。特别是我的指引教师为我解决达了我遇到的诸多难题，使我受益非浅。在此，对各位教师予以的协助表达衷心的感谢。通过这次毕业设计我学到了许多东西，并且树立了信心，相信会对此后的学习工作和生活有非常重要的影响。并且大大提高了动手的能力。参照文献1 尚久浩.自动机械设计M.北京:中国轻工业出版社,2 巩云鹏,田万禄.机械设计课程设计M.沈阳:东北大学出版社,3 濮良贵.纪名刚. 机械设计M.上海:高等教育出版社,4 邹慧君.机械原理教程S.北京:机械工业出版社,5 孙桓,陈作模.机械原理M.北京:高等教育出版社,6 龚溎义.机械设计课程设计图册J.北京:高等教育出版社,19897 薛铜龙.机械设计基本M.北京:电子工业出版社,8 吴宗泽.机械构造设计M.北京:机械工业出版社,19889 蔡春源.机械零件设计手册S.北京:冶金工业出版社,199610 孙志礼,冷兴聚,魏严刚.机械设计M.沈阳:东北大学出版社,11 周元康,林昌华,张海兵.机械设计课程设计M.重庆:重庆大学出版社,12 高泽远,王金.机械设计基本课程设计M.沈阳:东北工学院出版社,198713 徐灏.机械设计手册S.北京:机械工业出版社,14 王世刚.机械设计实践M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,15 王大康,卢颂峰.机械设计课程设计M.北京:北京工业大学出版社,16 刘鸿文.材料力学J.北京:高等教育出版社,199117 林宋,田建军.机械系统设计M.北京:化学工业工业出版社,18 黄华梁,彭文生.机械设计基本M.北京:高等教育出版社,19 王旭,王积森.机械设计课程设计M.北京:机械工业出版社;20 杨可桢,李仲生.机械设计基本M.北京:高等教育出版社,21 齐秀丽.机械设计基本M.徐州,中国矿业大学出版社,附录附录A 压力机装配图附录B 齿轮附录C 直轴附录D 曲轴