吨压力机机械结构设计.doc

郑州华信学院毕业设计（论文） 设计（论文）题目郑州雨辰学院本科生毕业设计（论文）题 目： 60吨压力机机械结构设计 指导教师： 职称： 讲师 学生姓名： 学号： 1334095854 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日郑州雨辰学院毕业设计（论文）60吨压力机机械结构设计摘要压力机是一种结构精巧的通用性压力机，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。本文设计的压力机主要应用于中小型企业，用于完成简单的冲压工作，具有结构简单、操作方便、生产效率高等特点。本文参考JH31-63机械压力机的设计，需要请咨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成冲压工作。本文通过对压力机的控制要求和工况分析，决定采用了齿轮的二级减速传动，运用传统理论方法对压力机传动系统进行设计、计算、强度校核，确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说明书，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。 关键词：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30141 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，伴随着工业的发展，压力机的品种和数量越来越多，质量要求越来越高，能力越来越大，它在机械制造工业以及其他工业生产中的作用越来越显著，因此对压力机的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高1。我国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，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。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，在适用性方面也取得了长足进步2。由于压力机能够用于弯曲、拉深、胀形、扩口、缩口、旋压、压印、整形、翻边等成形工序，所以压力机的发展,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要求压力机不仅能够高速度、高精度、大负载的运转，而且应具有更大的柔性，能迅速、方便的改变输出运动规律。但传统的机械式压力机的运动特性单一、工艺适用性差。压力机主要技术优势体现在控制系统更加自动化和智能化，操作方式更加灵活方便，能实现多种工艺参数自动调整。卸料设备组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要求。在机械传动方面主要体现在设计领域，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主要采用直流电机和交流电机两种形式。对拉深压力机，由于其速度变化要求高，以往多需要请咨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主要以批量生产在板冲和模锻中广泛使用，专门化程度越来越高，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，就要求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，在传统的机械压力机上经反复各种尝试，终于设计制造出一些具有新创见的压力机面市。这些压力机，在结构上各有其独到之处，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优点，体现了未来压力机的突出特征3。2 使用分析与方案的确定2.1 压力机结构设计任务本文主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。需要设计的结构参数有带传动的结构设计、齿轮传动的结构设计和轴的结构设计。2.2 使用分析在机器进行设计初期，就应该对机器将要进行的工作进行使用分析。其中最主要的是机器的使用功能的要求，其次是机器在设计、制造及日后的使用过程中能够实现人力和物力的要求。下面对这些要求进行一些分析。(1)使用功能的要求：机器应具有设计里预计的功能，就是要正确选择机器的工作原理，正确的机构设计，传动装置和电动机以及合理的配置、必要的辅助系统来实现的。(2)经济性的要求：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，设计成本应该尽可能的低，同时机器在使用过程中应该有高的生产率、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。以下几点可提高压力机的设计经济性指标：最大限度的采用标准化、系列化及通用化的零件、零部件机构，尽可能采用标准化机构及尺寸。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、结构、工艺和技术影响，所以要尽可能采用先进的技术，新的工艺、结构和材料。力求完善结构的工艺性,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主要途径有: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，尽可能减少传动的中间环节，降低能源消耗和生产成本。采用适当的防护及润滑措施，延长机器的使用寿命。(3)其他要求：一部机器除应具有上述的几点要求外，还应有一些其他的要求，如劳动保护的要求。对于在不同工作环境工作的机器还有一些为该机器所特有的要求。虽然这些要求经常被忽略，但也非常重要，在日常生活中也起着很大的作用。2.3 方案确定(1)执行机构的方案确定方案一：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相互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组成的高副机构如图2.3-2。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构得到广泛应用主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、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，所以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，连杆机构具有很多优点：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；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简单，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，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律7。最终选择方案一：对心曲柄滑块机构为该压力机的执行机构。(2)传动方案的确定带传动和齿轮传动是传动中常见的两种形式。齿轮传动又可分为直齿和斜齿等几种。带传动承载能力小，在传动相同转矩时，结构尺寸比其它传动形式大，但带传动平稳，而且能吸振缓冲，所以，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改变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，首先通过带传动，使大带轮转动，同时大带轮具有飞轮的作用，能够存储能量。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，最终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： 所以可初步确定曲柄长度a=12120=50mm，连杆长度b=600mm。确定曲柄转速，当滑块完成一个行程时，曲柄正好旋转一周，则滑块完成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，能表示滑块的运动状况。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。为了计算方便，确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的关系表达如下：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，热处理方式为调质处理，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因为齿轮为直齿圆柱齿轮，所以没有受到轴向力的作用，既Fa=0N。初步确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。初步确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，所以取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。曲轴的结构设计曲轴按生产形式可分为整体锻造曲轴，整体铸造曲轴和组合曲轴等形式。整体铸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显著效果，所以设计选用整体铸造曲轴19。曲轴和后轴一样，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。曲轴的结构示意图如图4.3.2 所示，曲轴零件图见附录D。 图4.3.2 压力机曲轴结构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的情况下，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，已初步确定轴的各段长度和直径。确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，尤其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，在应力集中区可能产生疲劳破坏20。实践证明：弯曲和扭转疲劳断裂是曲轴的主要破坏形式，因此，必须选择适当大的曲轴和过渡圆角R=8mm，并加工完善过渡圆角。软化处理曲轴，提高抗疲劳强度的效果，同时提高轴径的耐磨性。曲轴的校核对于大行程的压力机，不能忽略扭矩的影响，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作用，但与 C-C 截面的受力状态相反，扭矩大于弯矩，故可忽略弯矩的影响。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。因为-1，,所以满足要求。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，降低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。稀油润滑的优点是内摩擦系数较小，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咨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。还有些部位是自动润滑的，如空气分配阀，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。还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)首先对压力机的总体方案进行了确定，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成运动。(2)其次对执行机构进行了分析和计算，计算出执行机构应该消耗的最大能量为5.20KJ,确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)然后主要是对各个传动器件的设计和校核。其中包括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、齿轮的结构设计、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，还有些部位是自动润滑的，如空气分配阀，还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不足之处，由于自身的知识储备很浅薄，所以在执行机构和传动装置的设计中还有一些漏洞。致 谢本次毕业设计是在张老师的指导下完成的，如果没有老师的精心指导是很难顺利完成的。在设计过程中老师们给了我很大的帮助，不仅解答了我遇到的知识结构方面的困难，如机构分析、精确计算等专业难题，在此向我敬爱的老师们表示衷心的感谢。在本次论文全套图纸和论文咨询企鹅壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的写作过程中得到许多同学的帮助，同时也向我提出了许多的宝贵意见，在此也表示衷心的感谢。而且教会了我如何实地考察机器、查资料、方案论证等方法。特别是我的指导老师为我解决达了我遇到的很多难题，使我受益非浅。在此，对各位老师给予的帮助表示衷心的感谢。通过这次毕业设计我学到了许多东西，并且树立了信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力。参考文献1 尚久浩.自动机械设计M.北京:中国轻工业出版社,20092 巩云鹏,田万禄.机械设计课程设计M.沈阳:东北大学出版社,20003 濮良贵.纪名刚. 机械设计M.上海:高等教育出版社,20064 邹慧君.机械原理教程S.北京:机械工业出版社,20015 孙桓,陈作模.机械原理M.北京:高等教育出版社,20006 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.机械设计基础M.北京:电子工业出版社,20108 吴宗泽.机械结构设计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,200011 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,200112 高泽远,王金.机械设计基础课程设计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,201114 王世刚.机械设计实践M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,200915 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,200016 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,201018 黄华梁,彭文生.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,200719 王旭,王积森.机械设计课程设计M.北京:机械工业出版社;200320 杨可桢,李仲生.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,200621 齐秀丽.机械设计基础M.徐州,中国矿业大学出版社,2007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