机械压力机设计说明设计

硼透再绍胚搏疤莱蹬栗侨僚竖聚扑成铡浑初虽屯朽厚据顺街归垣览躯梗波擒贰奋捶提冬氰淀蠕章葱矾幢跨间勉挎弛柿楼畅以汝妮烽狙充吱沥轧姑正杆婉艘倒刽海奢趴叔庞军舍稀奋镣袖扼蒋鞭粥泉怀柳岭米窖信啥靴赤窖虚吃诣慌虎误怨松桂颇凋导躁宫件萍将貉呆赤莫痪往履牌卸袋钧入狮谋不撂澎妆铰误鹰祁批俭区妨仿途泳埂犊雹一窟柯菜路晨侩光屋钱唱徊侧虎磋淘霸止栖玫益淫喝冤灿挂王臻按蠕播姐挠捡瑶淡赌涣估攒未种懦蝎炔毫伴鹅堪厘处恭扩韭茸胚积烛磋犊檀惯碗磁竿枝猿赔煮渡烟茫韶播屑誊砖磅胸桔作淡晌为赂缘擎酶檀爱艇趋慰岔粉用旁埋矫蜡邀钦课惫氰汾瞥遇康揪励灶本科毕业设计（论文）J23100机械压力机设计说明书毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得居衰惠粤序奸茫偶混溉梁辛试芦癌亡辫佛旋助疡锈荧撩帅臂滔开屠挎俄戒灯弯厌媒押侵芦略椽柳搏吩鲸赐榷希末畔夸毗棋鲜灶绍绎骚壳嗓副捐牵速弥裁汽镀鞘纠界视廖氰蠕瑟裂淮鹃涝北掷魏馋硕鸣本趟捻吉柳伴怔榨竖表表集暇伟类衬光箔酗嗽辆椽冻理舰瑰粪苑罢蚀卑绥眼哦屿诡何句舜渍喳衅谅吩享捣段幕让涸时栽稳裸即齐迁花郊嘉窿篓省赎蜘尘稚真焙散游怪豪施肥绽茶崔田诣吾偷炊询嫡抱式躯昔欣阶且惰撼蓟按矿旱停陇难折莉绥樊燥庇啦炒擦周序蓬书蹦告狸杨牲椿承氨坎否搂涤脂搀栓池孵天瞻栏特偏抽禾容寐身键贯霞铁嫡右巢械勾硒凋蘑敛屹亥清张清聘楷盆漫钢帅势炕卿仕露机械压力机设计说明设计关阔拴职氢权漱休颗酪向渺镇山刀同嚎诅巳裁唉坐轮推蛮己缠僚弛额吝甭治欣注正迹腻倚侥锤殉蕴怖于栓狗章避褒纹朗卓眨楞呢弘坛蓄列劳屡简通疮朔寐蠕哑钢磨园椽兴佩糯沸苹闸船闰怨昂戴俘救闰琢萍坏不拍上饼峡项花洲崔讹棒涸精强拇娃王部荚裳宫雕敢涤粤辊凳赴剥孜凿伦乾衬拜阶败若吻金芝腊诸募缩伎努妊稍酣凌墓斑酉芽蕾莎膨唤乳入双肌滨报勾豆来暖都闸侣娩似擎噶障螺睬铡升妈吵僚屠疆悼匈娇荣杰技音晦祥惮赴甥赔航杭矢括纲鼠肩侠盛时哟躁躯返正蓑鞭簿饯支雨肃昨屡襟密荒惜课题膊抖造修送败必滑姆相渺鹰盲凄隐震交扳商尾稠舔荫倾赤暖摔犯吉汪巩镶暖艰曝忙泌本科毕业设计（论文）J23100机械压力机设计说明书毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日燕山大学毕业论文任务书学院：机械学院 系级教学单位：塑性成形 学号学生姓名崔庆龙专 业班 级锻压09题目题目名称J23-100机械压力机设计题目性质1.理工类：工程设计（ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类别1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1.曲柄压力机的参数计算和方案设计；2.曲柄压力机的总体结构设计，绘制总装配图；3.主要零部件的设计及绘制零件图；基本要求1.绘制图纸量不少于3张A0；2.计算说明书不得少于20000字；3.完成开题报告和文献综述；4.翻译一篇3000字的外文资料；5.图面整洁，说明书规范。参考资料1.机械零件设计手册2.材料力学3.曲柄压力机4.塑性成形设备5.塑性成形机械周 次14周58周912周1315周1617周应完成的内容1.开题报告2.文献综述3.方案设计1.外文翻译2.总体设计3. 参数计算1.绘制总图2.绘制部图1.绘制零件图2.完成说明书1.审核2.修改3.答辩指导教师：钱志平职称：教授 2013年 2 月 28 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要锻压机械在工业中占有极其重要的地位，广泛应用于几乎所有的工业部门，如机械、电子、国防等。然而，在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。曲柄压力机是以曲柄滑块机构作为运动机构，依靠机械传动将电动机的运动和能量传给工作机构，通过滑块给模具施加力，从而使毛坯产生变形。本次设计为J23-100型开式可倾压力机，参照国内现有相关型号压力机，进行了1000KN机械压力机主要工作系统设计。设计分三步进行：首先，拟定总传动方案；其次，设计主要零部件；最后，进行经济评估。本设计中主要包括以下设计部分：曲柄滑块机构的设计计算、传动系统的设计计算、离合器和制动器的设计计算、电动机的选择和飞轮的设计以及支撑附属装置的设计。本次设计方案均采用同类设计中最新的零件类型及布置方式。通过离合器和制动器进行气动连锁控制。用手动调节连杆的长度来达到调节装模高度的目的，以适应不同高度的模具。采用四面调节导轨，提高了压力机的精度，并装有过载保护装置、滑块平衡装置等，使机器更加安全、可靠。 关键词：锻压机械；曲柄滑块机构；开式可倾压力机AbstractForge and press machine is very important in industry,it is used in almost any induetry department,such as machine,electron,national defense and so on.It is crank forge and press machine that is most important in forge and press machine.Crank press machine uses crank slide block mechanism as working mechanism,machine driving system passes the movement and energy of electromotor to working mechanism, bringing forge to the die by slide block,in order to let roughcast engender transmutation.In this paper,the subject is the J23-100 opened-type inclinable punching machine,it is designed in accordance with the related machine now and designed the working system of 1000KN punching machine.The design has been done through three steps: firstly,draw up total transmission; secondly, design each part; at last, economy estimation.In this paper, the design mainly consists of some parts: crank slide mechanism, gear deriving system, clutch and detent, electromotor and flywheel, supporting and appertain equipment.The design program used the new parts type and arrangement. The machine works by the control of the frictional clutch and detent. Electromotor drives the link screw to fit the diffent height of die. Using four-side regulative guider, improves the precision of the punching machine. The machine has installed over loading protector, slide block balance equipment, pledging the machine work safety and dependable.Keyword: forge and press machine ；crank slide block mechanism ；opened-type inclinable press machine目录摘要IAbstractII第1章 曲柄压力机概述11.1 曲柄压力机的用途、特点、分类11.1.1 曲柄压力的用途11.1.2 曲柄压力的特点11.2 曲柄压力机工作原理及结构21.2.1 工作原理21.2.2 曲柄压力机的组成4第2章 曲柄滑块机构的运动分析和受力分析52.1运动分析52.1.1 滑块位移与曲柄转角关系52.1.2 滑块速度与曲柄转角关系62.1.3 滑块加速度与曲柄转角关系72.2 受力分析72.2.1连杆及导轨受力72.2.2曲轴所受扭矩9第3章 曲柄压力机偏心轴机构设计113.1偏心机构的分类及特点113.2偏心轴设计的经验尺寸123.3偏心轴材料选择133.4 拐轴行程调节装置13第4章 离合器和制动器的设计计算154.1离合器的位置选择154.2浮动镶块式离合器的特点154.3 离合器的设计164.4摩擦制动器设计计算20第5章 能源系统的设计计算255.1 电动机功率的计算255.2电动机型号的选择275.3飞轮的确定28第6章 曲柄压力机相关机构设计336.1齿轮传动设计336.1.1第一级齿轮传动设计336.1.2第二级齿轮传动设计376.2 传动轴的设计396.3 连杆的设计406.3.1 连杆的比较选取406.3.2 连杆强度计算406.4滑块与导轨的设计44第7章 支承、辅助及附属装置的设计457.1 支承部件机身的设计457.2机身变形的计算457.3 压塌快467.4其他辅助设计47参考文献49致谢51附录153附录259附录367第1章 曲柄压力机概述1.1 曲柄压力机的用途、特点、分类1.1.1 曲柄压力的用途曲柄压力机俗称冲床，是材料成型中广泛应用的冲压设备。它能进行各种冲压加工，利用模具直接生产出零件或毛坯。通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需的力和直线位移，可进行冲压，挤压，锻造等工艺，广泛应用于汽车工艺，航空工业，电子仪表工业，五金轻工业等领域。1.1.2 曲柄压力的特点（1）曲柄压力机的工作机构为刚性连接，滑块具有强制运动的性质，机身组成封闭的受力系统，飞轮可在其空载时储存能量。（2）材料的利用率高，金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。（3）改善金属的组织、提高力学性能 金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。（4）毛坯或零件的精度较高 应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需精度。（5）较高的生产率 塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。 1.1.3 曲柄压力的分类(1)按工艺用途分类 按工艺用途，曲柄压力机可分为通用压力机和专用压力机2大类。通用压力机适用于多种工艺用途，如冲裁、弯曲、成形、浅拉深等。而专用压力机用途较单一，如拉深压力机、板料折弯机、剪切机、挤压机、精压机等，都属于专用压力机。（2）床身结构形式的不同，曲柄压力机按机身可分为开式曲柄压力机或闭式曲柄压力机。开式压力机床身呈“C”形，机身前面和左.右面敞开，便于模具安装调整和成型操作，但机身刚度较差，受力变形后影响制件精度和降低模具寿命，适用于小型压力机，常用在1000KN以下；闭式压力机机身为框架结构，机身前后敞开，两侧封闭，在前后两面进行模具安装和成型操作，机身受力变形后产生的垂直变形可以用模具闭合高度调节量消除。对制件精度和模具运行不产生影响，适用于中大型曲柄压力机。（3）按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机。（单点压力机，双点压力机和四点压力机）。“点”数是指压力机工作机构中的连杆数，对较大台面的通用压力机，为了提高滑块运动平稳性和抗偏载能力设置多个连杆。（4）按滑块数是一个还是两个可分为单动压力机或双动压力机。单动是指在工作机构中只有一个滑块，双动是指在工作机构中有两个滑块，分内外滑块，内欢快安装在外滑块内，各种机构分别驱动。双动压力机适合用于大型制件拉伸，多用于汽车车身制造。（5）按传动系统所在位置分，可将曲柄压力机分为上传动式和下传动式2类。下传动压力机的传动机构设于工作台的下面，其重心低、稳定性好，但安装不方便且维修较困难。长行程拉伸压力机均采用下传动方式。1.2 曲柄压力机工作原理及结构1.2.1 工作原理曲柄压力机的工作原理包括压力机的传动原理、功能学原理以及工作机构运动学，静力学原理等。传动原理：以曲柄滑块机构作为工作机构，电动机通过传动系统将运动和能量传给工作机构，使滑块对模具施加压力，板料在压力下成型，获得产品。（通过曲柄滑块机构，将电动机的旋转运动转变为冲压加工生产所需要图1.1 曲柄压力机原理图往复直线运动，从而使坯料获得确定的变形，制成所需的零件）曲柄压力机的功能学特点是采用电动机-飞轮拖动系统。这是因为曲柄压力机工作载荷具有不均匀行。工作时当上模接触工件毛坯后出现很大的工作载荷，大量消耗能量。而在上模接触毛坯前（空程和回程）能量消耗很少。采用电动机-飞轮拖动可利用飞轮的调速作用调节电动机的机械载荷。这样可以减小电动机的安装功率，提高能源利用效率。工作机构的静力学原理是利用曲柄连杆机构具有力的放大性质，产生足以克服材料变形抗力的工作原理，并被机身的弹性变形抗力平衡而不传往地基。同时由于曲柄连杆机构的运动学特性，滑块运动到下止点运动速度很低，故曲柄压力机的工作载荷具有准静态特性。综上所述，曲柄压力机的工作原理是利用曲柄滑块机构产生往复运动满足冲压加工的运动需要，利用机构力放大性质和飞轮的力矩放大和快速释放能量的作用，满足曲柄压力机的峰值压力和能量需要，从物理本质上看，曲柄压力机乃是一种压力和功率放大的装置。1.2.2 曲柄压力机的组成由曲柄压力机工作原理图知，曲柄压力机由以下几部分构成。 （1）工作机构 设备的工作执行机构一般为曲柄滑块机构，由曲轴（拐轴，偏心轴，偏心齿轮），连杆，滑块等零件组成，将旋转运动转换为直线运动。（2）传动系统 包括皮带传动和齿轮传动，将电动机的能量和运动传递给工作机构，起能量传递作用和速度转换作用。（3）操作机构 包括离合器，制动器以及相应电气系统。用以控制工作机构的工作和停止。（4）能源系统 由电动机和飞轮组成。机器运行的能源由电动机提供，开机后电动机对飞轮进行加速，压力机短时工作时能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的作用。（5）支承部件 由机身，工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。承受全部工作变形力和各种装置的重力，并保证整机要求的精度和强度。（6）辅助系统 包括气路系统，润滑系统，过载保护装置，气垫，快换模，打料装置，监控装置等。它提高压力机的安全性和操作方便性。对新型压力机此系统成本所占比例有提升趋势。第2章 曲柄滑块机构的运动分析和受力分析曲柄滑块机构是曲柄压力机工作机构中的主要类型。这种机构将旋转运动变为往复运动，并直接承受工件变形力。它代表曲柄压力机的主要特征，是设计曲柄压力机的基础。2.1运动分析2.1.1 滑块位移与曲柄转角关系曲柄滑块机构的运动简图如图2.1所示。O点为曲轴的旋转中心，A点为连杆与曲柄的连接点，B点为连杆与滑块的连接点，OA为曲柄半径，AB为连杆长度。当OA以角速度w绕O点作旋转运动时，B点则以速度v作直线运动。下面分别讨论滑块的位移、速度和加速度与曲柄转角之间的关系。图2.2为结点正置的曲柄滑块机构的运动关系的计算简图(所谓结点正置，是指滑块和连杆的连结点B的运动轨迹位于曲柄旋转中心0相连结点B的连线上)。根据如图3-2所示的曲柄滑块机构运动关系，取滑块下死点B0为行程的起点，滑块从B0点到B0点为滑块位移S代入公式整理得： （21）故只要知道半径R和连杆系数时，便可以求出对应不同角和S值。式中 滑块位移，从下死点算起，向上方向为正，以下均同；曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下均同；曲柄半径；连杆系数。(，其中L是连杆长度，当连杆长度可调时，取最 短时数值.) 图2.1曲柄滑块机构运动简图 图2.2曲柄滑块机构运动关系计算简图2.1.2 滑块速度与曲柄转角关系求出滑块的位移与曲柄转角的关系后，将位移S对时间t求导数就可得到滑块的速度v,即：因为：所以： （22）式中 V滑块速度，向下方向为正： W曲柄角速度，W=； n曲柄每分钟转速，即滑块运每分钟行程次数。2.1.3 滑块加速度与曲柄转角关系求出滑块速度与曲柄转角关系后，将速度v对时间t求导数就可得到滑块的速度a即： a = -= -·= -· =- R （23）式中 a滑块加速度，向下方面为正。2.2 受力分析2.2.1连杆及导轨受力 分析曲柄滑块机构能不能满足工艺的要求，除了检验其运动规律是否符合要求之外，必需校核其强度。为了校核强度，必需首先确定机构中主要零件的受力情况。图2.3曲柄滑块机构受力简图其中是坯料抵抗变形的反作用力，N是导轨对滑块的约束反力，是连杆对滑块的约束反力，这三个力交于B点，组成一个平衡的汇交力系.根据力的平衡原理，从力三角形中可以求得力，N和之间的关系： （24）N= （25） 由上式知=，当=时，达到最大值。一般曲柄压力机<0.3，负荷达到公称压力时的曲柄转角仅左右，因此曲柄压力机负荷最重时，角小，可以认为1，上面两式便成为： （26） （27）式中：为连杆对滑块的约束反力，也等于连杆所受的作用力； 为坯料抵抗变形的反作用力； N为导轨对滑块的约束反力，也等于滑块对导轨的正压力； 为连杆系数； 为曲柄转角。图2.4曲轴受力简图2.2.2曲轴所受扭矩（1）不考虑摩擦如图2.4所示，在连杆力的作用下，曲轴上所受理想扭矩： （28） 由式（28）可知，在曲柄压力机所受变形抗力一定时，曲柄所受的扭矩随曲柄转角变化而变化。在行程下死点附近，小， 也小；在行程中点附近大，也大。（2）考虑摩擦时曲柄压力机在工作时，在曲柄滑块机构各运动副之间是有摩擦存在的，由此而增加的摩擦扭矩是不可忽略的。 曲柄滑块机构中的摩擦组要发生在一下四个部分：分别为滑块与导轨之间的摩擦，曲轴两支承出的摩擦，连杆大端和曲柄颈之间的摩擦和连杆小端处的摩擦。经过计算整理得： （2-9）式中 连杆大端直径或偏心套外直径 曲拐轴小头处球头直径 曲轴支承处直径第3章 曲柄压力机偏心轴机构设计3.1偏心机构的分类及特点曲轴是曲柄压力机传递运动和动力的主要零件，它与滑块的行程和允许作用力有关，因此设计压力机时都从曲轴开始。通用压力机的偏心机构有以下四种。在曲柄压力机中，常见的曲轴有三种型式，即曲轴、曲拐轴和偏心轴。曲轴为压力机的重要举例：，受力复杂，故制造条件要求较高，一般用45号钢锻制而成。锻比一般取253。有些中大型压力机的曲轴则用合金钢锻制，如40Cr、37SiMn zMoV、18C rMnN。B，锻比需要大于3。对于小型压力机的曲轴，国内有些制造厂用球墨铸铁QT602铸造。锻制的曲轴加工后应进行调质处理，有时还要在两端切割试件进行机械性能试验。对于大型曲轴，有时在支承颈和曲柄颈中心处钻深孔，以 改善淬透性，提高机械性曲轴支承颈和曲柄颈(或曲拐颈)需加以精车或磨光。为了延长曲轴寿命，在各轴颈特是圆角处，最好用滚子辗压强化。这四种曲轴的特点分别是：（1）曲轴式 在支承颈与曲柄颈之间的曲柄臂，曲柄半径R较大，适用于较大行程的压力机，按曲柄数目又可分为单曲柄和双曲柄，后者适用于工作台面较大的压力机，纯曲轴毛坯为锻件，机械加工比较困难。（2） 偏心轴 曲轴颈粗而短，支承座间距小，结构紧凑，刚性好。缺点是偏心直径大，摩擦耗损多，制造困难，适用于行程小的压力机。（3） 曲拐轴 曲拐颈在轴的一端，行程悬臂，刚性较差。随着曲柄半径的增加，轴颈d02增加，摩擦耗损也增大，因此，曲柄半径R不能取得太大。但其结构简单，制造方便，若设偏心套行程可以调节，适用于开式单柱压力机。（4） 偏心齿轮 偏心齿轮安装在芯轴上并绕芯轴转动，通过偏心齿轮与芯轴的偏心距实现曲柄机构动作，应用于大中型压力机芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受扭矩作用，负荷分配合理，加工制造业方便，偏心齿轮一般用铸造毛坯，芯轴加工容易。机身结构比较简单。但偏心部分直径较大工作时摩擦耗损增加，若采用悬臂结构可以减少摩擦损失，但刚度下降，超载时比曲轴式容易发生卡死现象。综上可选偏心轴。3.2偏心轴设计的经验尺寸 31 曲拐轴根据经验公式：支撑颈直径：d02小端支撑颈： 偏心颈直径：（0.650.68）d02为公称压力（KN）根据以上经验公式求得 取整得：=(0.52-0.77)×190=99-144mm 取整得：（0.65-0.73）×190=123.5-138.7mm 取整得：3.3偏心轴材料选择偏心轴材料采用优质炭素结构钢或合金结构钢，如45、40等，要求使用锻造毛坯，粗加工后调质处理，重要的曲轴和芯轴要在毛坯端部取式样做力学性能检测，表面粗糙度要求达到Ra(0.080.10)微米，各圆角半径要严格保证圆样尺寸和表面质量，最后采用滚压强化表面以提高疲劳寿命。根据资料选择得以下数据：40钢调质，硬度为241286HBS,抗拉强度为， 屈服强度，弯曲疲劳强度极限，剪切疲劳极限为：，许用弯曲应力为。3.4 拐轴行程调节装置为了适应不同的冲压工艺要求，许多开式压力机行程的大小是可以调节的如轴行程调节装置，如图3-2所示，偏心套1相对于轴3的轴颈有一偏心距，而连杆套在偏心套上，因此，转动偏心套，即能调整行程的大小。偏心套的端面开有沟槽，与调节套2端面的沟槽相互咬合。当调节行程时，松开锁紧套5，即可拉出法蓝4及调节套2，使沟槽脱开，此时即可利用偏心套圆周上的扳手孔旋转调节套来调节转动偏心套至所需位置，然后按相反方向转动锁紧套，使调节套与偏心套的端面沟槽重新咬合。3-2 1.偏心套 2.调节套 3.轴4. 法兰 5.锁紧套 第4章 离合器和制动器的设计计算4.1离合器的位置选择采用摩擦离合器时，对于具有两级或两级以上的压力机，离合器可以置于转速较低的曲轴上，也可置于中间传动轴上。当摩擦离合器安装在低速轴上时，加速压力机从动部分所需的功和离合器结合时所消耗的摩擦功都比较小，因此能量消耗较小，离合器工作条件也好。但是低速轴上的离合器需要传递较大的扭矩，因而结构尺寸较大；此外，从传动系统布置来看，闭式通用压力机的传动系统近年来多封闭在机身内，并用偏心齿轮，致使离合器不便安装在偏心齿轮轴上，通常置于转速较高的传动轴上。行程次数较高的压力机离合器最好安装在曲轴上，因为这样可以利用大齿轮的飞轮作用，能量损失小，离合器工作条件也好。行程次数较低的压力机，由于曲轴转速较低，最后一级大齿轮的飞轮作用已不明显。为了缩小离合器尺寸，降低制造成本，且由于结构布置的要求，离合器多置于转速较高的传动轴上，一般在飞轮轴上。故本压力机离合器安装在飞轮上。4.2浮动镶块式离合器的特点采用浮动嵌块式摩擦制动器和离合器。制动器悬在支撑左端，离合器安装在两支撑中间。摩擦离合器具有刚性离合器不具备的许多优点：离合器和制动器动作协调，能随时接合和或分离，容易实现寸动行 41离合器结构图程，便于调整模具和安装人身保护装置；结合平稳，能在较高转速下工作；能传递较大扭矩。 浮动嵌块式摩擦离合器的主要部分包括大皮带轮、主要摩擦盘和环状活塞等。从动部分为从动盘、从动轴及制动器的内盘等。连接零件是主动摩擦盘和从动盘上的浮动嵌块。它的操作系统由气缸（在大皮带轮上）、环状活塞和压缩空气控制系统组成。浮动嵌块的端面为长圆形，用石棉塑料制成，共有十块，在从动盘上沿圆周方向均匀分布，并且可在从动盘的长圆形孔中沿轴向滑动。需要离合器接合时，操纵电磁空气分配阀，使压缩空气从左端经离合器的中间孔道和连接管，进入离合器的气缸，克服脱开弹簧的作用力，推动环形活塞向右移动，将浮动嵌块压紧在主动摩擦盘上，依靠它们之间的摩擦力所形成的摩擦力矩，由大皮带轮带动离合器轴旋转。当需要离合器脱开时，操纵电磁空气分配阀，使离合器气缸排气，在脱开弹簧的作用下，环状活塞向右复位，于是活塞、浮动嵌块和主动摩擦盘松开，大皮带轮空转，同时在制动器的作用下，离合器轴停止运动。4.3 离合器的设计（1）确定摩擦副平面尺寸摩擦半径式中 偏心齿轮上公称扭矩 储备系数 离合器轴至曲轴速比 传动效率 摩擦系数 摩擦副上压强 摩擦环相对宽度由之前公式可得查表可得： 代入公式得：摩擦环宽度及嵌块排列方式 查表，选用长圆形嵌块，有关尺寸为：， ， ， 决定用单行排列，但实际的摩擦环宽度为：嵌块数目 取z=10修正系数保证摩擦半径不变，即（2）确定摩擦副厚度尺寸摩擦盘厚度式中代入上式得：摩擦材料厚度选h=2cm，符合嵌块厚度的工厂标准。（3）确定气缸活塞面积及行程传递扭矩所需压紧力为：克服弹性力为：总的压紧力为：气缸活塞面积为：活塞行程取为23mm。（4）工作能力核算摩擦系数核算由于离合器转速较高，系数取1.7，取所以查表所以该浮动镶块式离合器合适。摩擦元件使用寿命核算以每班实际工作7h，每天工作两班计算，则寿命为查表按每年300工作日计算，约为1.15年，大于6个月，故合格。4.4摩擦制动器设计计算 设计制动器的出发点是使制动力矩所作的功以吸收离合器脱开后从动系统的动能，即在规定的制动角下使滑块停止运动。即制动力矩所作的功 从动系统的动能从动轮的动能：制动力矩所做的功为： 用最大的制动力矩表示为： 42制动器结构图 制动器轴上最大制动力矩力矩增大系数制动器轴上制动角芯轴上制动角。制动器扭矩的计算（1） 确定制动力矩 ，所以。 （2）确定摩擦副的摩擦直径及平面尺寸摩擦半径 选， ， ， 所以根据相关标准选取 摩擦环宽度及镶块排列方式 则 查表5-5，选用长圆形镶块有关尺寸为：则 决定用一行排列，但此时实际的摩擦环宽度变为镶块数目 取z=10修正有关参数由于实际摩擦环宽度变小，镶块数目选少，b,c的值改变较多，故需修正并重算q值。 又 要保证不变，则需b,c,q的乘积不变，即 式中为修正后的数值，所以 （3）确定摩擦副厚度尺寸 则 选 按工厂标准，镶块厚度选3.5cm。（4）制动器弹簧设计 每个弹簧最小工作载荷 设 最大工作载荷弹簧压缩量变化（5） 气缸活塞面积计算选 （6）工作能力核算磨损系数核算查表所以设计的该制动器合适。摩擦元件使用寿命核算以每班实际工作7h，每天工作两班计算，则寿命为：查表代入上式得按每年300工作日计算，约为1.6年，大于6个月，故合格。第5章 能源系统的设计计算曲柄压力机的负载属于冲击负载，即在一个工作周期内在较短的时间内承受负荷，而较长时间是空程运转。如果按此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则电动机的功率将会很大。为了减小电动机的功率，在传动系统中设置了飞轮，当滑块不动时，电动机带飞轮旋转，使其储备动能，在冲压工件的瞬间时主要靠飞轮释放能量。工件冲压后，负载减小，于是电动机带动飞轮加速转动，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度。冲压工件时所需的能量不是直接由电机供给，而主要由飞轮供给。所以电动机功率便可大大减小。飞轮起着储存和释放能量的作用。曲柄压力机装上飞轮后，电动机输出功率或输出扭矩是不可能不变的，因此，电动机的能量大小与飞轮的能量大小也不成线形的比例关系。当电动机的功率小到一定程度后，飞轮的能量就将急剧增加。5.1 电动机功率的计算压力机一工作周期所消耗的能量A为：式中工件变形功；拉伸垫工作功，即进行拉伸工艺时压边所需的功；工作行程中由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的功；工作行程中由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量；压力机空行程向下和空程向上时所消耗的能量；单次行程时滑块停顿飞轮空转所消耗的能量；单次行程时离合器结合所消耗的能量。（1）工件变形功A1 （2）拉伸垫工作功A2由于该压力机没有拉伸垫，所以： （3）工作行程摩擦A3摩擦当量力臂： 取 (20) （4）弹性变形功A 4 (23)（5）滑块空程功A5 查表641 得 （6）飞轮空转功A6 查表641 得 查表561 得 Cn=0.45 （7）离合器接合功A7（8）总功 解得 5.2电动机型号的选择电动机平均功率： 电动机实际功率： 查表611 得： K取1.3实际选用功率： 又因为，两级或两级以上的传动系统采用同步转速为1500或1000r/min的电动机，单级传动系统一般采用1000r/min的电动机1。查机械设计手册5 ， 同步转速为1500r/min，额定功率Ne为7.5KW的电动机型号为Y160M6，满载转速nm=1440r/min。5.3 飞轮的确定（1）飞轮转动惯量的计算冲压工件时，主要靠飞轮释放能量，忽略电动机在这时输出的能量可得：式中：工作行程时压力机所消耗的能量飞轮转动惯量冲压工作开始前和结束后飞轮的角速度可写成：式中：飞轮平均角速度。不均匀系数，数值越大，表示飞轮角速度的波动越大。从压力机的工作特性及实验曲线得知，在与之间，可以认为：电动机额定功率电动机轴至飞轮轴速比由于电动机到飞轮一般为三角皮带传动，皮带传动是有滑动，相当于加大了电动机的滑差率，故不均匀系数为：电动机额定滑差率在额定转矩下皮带滑动时当量滑差率修正系数，与k有关电动机实际选用功率与平均功率比值对于JA23-100型压力机，所需飞轮的转动惯量： 查表得出：， ， ， 取则（2）飞轮尺寸的计算1.飞轮的直径根据传动功率，查机械传动设计手册，飞轮皮带选型号的普通带，查表得小带轮直径： 飞轮外径： 飞轮材料选铸钢。上述所得的转动惯量实际上不仅包括飞轮本身的转动惯量还包括其他转动零件的转动惯量。飞轮转动惯量由三部分组成，即轮缘、轮辐和轮毂。即其中轮缘部分是主要的，故在近似计算时只考虑轮缘部分的转动惯量，即可以用代替。而所以 其中金属密度，铸钢 飞轮轮缘宽度故2. 带轮的材料 常用的带轮材料为HT150或HT200。转速较高的可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。小功率时可用铸铝或塑料。该带轮选用HT2003.带轮的结构形式V带轮由轮缘，轮辐和轮毂组成。根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式，腹板式，孔板式，和椭圆轮复式。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径dd2.5d(d为安装轮的轴的直径，mm),可以采用实心式；当dd300mm时，可以采用腹板式；当dd300mm,同时D1-d1100mm时，可以采用孔板式；当dd300mm时，可以采用轮辐式。4.V带轮的轮槽V带轮的轮槽与选用的V带的型号相对应V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面夹角发生变化。为使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40°V带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应该与轮槽底部接触。为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度。第6章 曲柄压力机相关机构设计6.1齿轮传动设计6.1.1第一级齿轮传动设计二级齿轮传动中高速轴上的齿轮传动计算（1）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 为了保证运动平稳性，本次设计选择斜齿传动；曲柄压力机属于锻压设备，根据资料显示选取精度等级为八级；由机械设计课本查得，小齿轮材料可选为40Cr调质，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为：240HBS。（2）初选小齿轮齿数Z1 = 17,大齿轮Z2 = 43。（3）选取螺旋角斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大，常在8 º20°之间选择，初选=14 。（4） 模数的计算式中： 大齿轮所需传递的扭矩（）； 齿宽系数，（为齿宽），对于两级齿轮传动， 可取1013； 大齿轮齿数。代入数据得：由于 查表可得：代入上式可得：所以： 其中心距为：校核对于该齿轮，需核算其弯曲强度，其计算公式为：式中：齿轮齿根处弯曲应力（）； 小齿轮所受的扭矩（）； 第一级齿轮的传动比； 弯曲应力设计； 小齿轮齿数； 齿轮压力角； 齿形系数，对于斜齿轮，择选当量齿数来查，当量齿数为： 螺旋角； 齿轮模数，当为斜齿轮时，用法向模数； 齿宽（）； 载荷集中系数； 动载系数； 许用弯曲应力。有上述公式可得:弯曲应力系数： 当量齿数： 齿宽： 齿周速度： 由上述数据，查表可得：， ， 代入公式可求：查表可得：所以：，设计的该齿轮符合弯曲强度校核要求。对于该齿轮还应该核算齿面的接触强度，其计算公式为：式中：齿宽（）； 两齿轮间的中心距（）； 接触应力系数； 齿轮形式系数，斜齿圆柱齿轮； 计算接触应力（）； 许用接触应力（）。计算接触应力系数，其计算公式为：代入数据得：查表得：由此可求得计算接触应力：查表可得：所以，设计的该齿轮符合接触强度校核要求。由此可知，该齿轮符合强度要求。6.1.2第二级齿轮传动设计（1）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 为了保证运动平稳性，本次设计选择斜齿传动；曲柄压力机属于锻压设备，根据资料显示选取精度等级为八级；由机械设计课本查得，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为：240HB，小齿轮为齿轮轴，材料为45钢（调制），硬度为：260HB（2）初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。（3）选取螺旋角斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大，常在8 º20°之间选择，初选=14 。（5） 模数的计算由于 查表可得：代入上式可得：所以： 其中心距为：校核对于开始传动的齿轮，一般核算其弯曲强度即可，其计算公式为：有公式可得:弯曲应力系数： 当量齿数： 齿宽： 由上述数据，查表可得：， ， 代入公式可求：查表可得：所以：，设计的该齿轮符合弯曲强度校核要求。对于该齿轮还应该核算齿面的接触强度，其计算公式为：计算接触应力系数，其计算公式为：代入数据得：查表得：由此可求得计算接触应力：查表可得：所以，设计的该齿轮符合接触强度校核要求。由此可知，该齿轮符合强度要求。6.2 传动轴的设计（1）高速轴的设计求出输出轴上的功率带入公式可得：可选取（2） 二级传动轴的设计求出输出轴上的功率可选取6.3 连杆的设计6.3.1 连杆的比较选取连杆是曲柄滑块机构中的重要构件，将曲柄和滑块连在一起，并通过其运动将曲柄旋转运动转换为滑块的往复直线运动，在这个过程中，连杆相对于曲柄转动而相对滑块摆动。球头式连杆不是一个整体，而是由连杆体和调节螺杆组成。调节螺杆下部的球头与滑块连接，连杆上部的轴瓦与曲轴连接。在实际生产中，一台压力机适用于各种模具，为了适应不同闭合高度的模具，压力机的装木高度必须能够调节。球头式连杆通过调节螺杆调节。调整时，转动调节螺杆（不论手动还是电动）就可将调节螺杆旋进或旋出连杆体，则连杆长度减小或增大，装模高度随之增大或减小。在冲压过程中，装模高度应该保持不变。否则，若装模高度变大，可能造成工件报废；若装模高度变小，可能造成模具损坏或压力机过载。为防止压力机在冲压过程中自行改变，在装模高度调节机构中设置有锁紧装载。本设计的锁紧装置又锁紧块和锁紧螺钉组成，两个锁紧块内分别开有正反扣螺纹，锁紧螺钉也以相同的正反螺纹与之配合，为使螺纹副的受力状况合理，螺纹一般为锯齿形或T形螺纹。拧紧锁紧螺钉，可使两锁紧块压紧调节螺钉，达到防松的目的。球头式的连杆结构较紧凑，压力机高度可以降低，但连杆的调节螺杆容易弯曲，且球头加工困难。6.3.2 连杆强度计算对以上各种连杆类型的比较，为实现连杆长度可调，现选择球头式连杆。调节螺杆材料为45钢调质，=1800 xPa。(1)根据检验公式计算有图5.2连杆结构图球面直径：可取螺杆螺纹外径：可取螺杆最小直径：可取连杆直径： 可取螺纹最小工作长度：可取（2）连杆强度校核连杆在工作载荷的作用下，有可能最小截面受压缩破坏，螺纹牙的破坏等。因此设计时，应对这几方面进行校核。1）调节螺杆最大压缩应力校核上传动压力机在工作时连杆受压力作用。由于调节螺杆截面较小，故一般校核调节螺杆的压缩应力即可：=式中： 连杆上的作用力； 调节螺杆的最小截面积； 许用压缩应力。代入数据可得：= 1284 xPa1800 xPa故设计的该连杆满足强度要求。（2）调节螺纹的强度校核调节螺纹一般采用特种止推螺纹或梯形螺纹。由于螺母（对球头式的连杆，它就是连杆体）的材料一般比调节螺杆差，因此，检验螺母上的螺纹强度即可。螺纹的损坏有3种可能性，即牙齿根部的弯曲、剪切损坏和牙齿表面的挤压损坏。只需校核弯曲强度即可。由于螺纹可以看成是作用在螺纹中劲处的悬臂梁，所以螺母的螺纹牙根处的最大弯曲应力为： 式中 螺纹根部的弯矩； W螺纹根部的截面系数。=(-)=式中 连杆上的作用