曲柄壓力機設計與運動仿真

XXX大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設計（論 文）說明書論文題目 曲柄壓力機設計與運動仿真 學 號 學生姓名 專業(yè)班級 指導教師 總評成績 2012年05月30日III目 錄摘要IIAbstractIII第一章 緒論11.1曲柄壓力機的發(fā)展過程11.2 壓力機簡介31.3 壓力機的特點和用途31.4 曲柄壓力機的基本參數(shù)61.5 壓力機工作原理7第二章 曲柄滑塊機構的運動分析與受力分析92.1曲柄滑塊機構的運動分析92.2滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系92.3滑塊的速度和曲柄轉角的關系102.4滑塊的加速度和曲柄轉角的關系112.5曲柄滑塊機構的受力分析12圖2-2為結點正置的曲柄滑塊機構滑塊的受力簡圖13第三章 曲軸受力分析143.1理想扭矩143.2摩擦扭矩16第四章 芯軸設計計算18第五章 傳動系統(tǒng)的布置與設計265.1傳動系統(tǒng)的布置26圖5-2 JH31-63壓力機傳動系統(tǒng)圖275.2傳動級數(shù)和各級速比分配28第六章 傳動零件的設計計算306.1齒輪306.2傳動軸32第七章 電動機的選擇與飛輪設計387.1功能組成387.2飛輪轉動慣量計算及尺寸確定40總結43致謝44參考文獻45附錄46摘 要鍛壓機械在工業(yè)中占有極其重要的地位， 廣泛應用于幾乎所有的工業(yè)部門， 如機械、電子、 國防等。 然而， 在鍛壓機械中， 又以曲柄壓力機最多， 占一半以上。 曲柄壓力機是以曲柄滑塊機構作為運動機構， 依靠機械傳動將電動機的運動和能量傳給工作機構， 通過滑塊給模具施加力， 從而使毛坯產(chǎn)生變形。通過對機械壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀的分析，以及參考JH31-63機械壓力機的設計，確定了本課題的主要設計內(nèi)容。在確定了機械壓力機初步設計方案后，決定采用傳統(tǒng)理論方法對JH31-63機械壓力機傳動系統(tǒng)進行設計、計算、強度校核；采用AutoCAD設計軟件對傳動系統(tǒng)中各主要零部件及總裝圖進行了工程繪圖；在參考了某公司生產(chǎn)的閉式單點機械壓力機傳動系統(tǒng)以及查閱了大量關于傳動系統(tǒng)設計的書籍后，確定傳動系統(tǒng)的設計方案，繪制了傳動系統(tǒng)原理圖，給出了傳動系統(tǒng)的工作說明書，并對其進行了可行性分析，最后對整個設計進行系統(tǒng)分析，得出整個設計切實可行。關鍵詞: 機械壓力機 ；運動及受力分析；傳動系統(tǒng)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.Through the development of mechanical press on the analysis of current situation and reference for the J31-63 mechanical press design, identified the main design elements of this issue. It is determined that the preliminary design of the mechanical press will be used the traditional mechanical press drive system to design the J31-63 .The decision theory method is used the calculation, strength check and AutoCAD design software on the drive system in all major components and assembly diagram engineering drawing. In reference to a closed two-point produced by mechanical press drive system and a large amount of books on the transmission system after the design to determine the transmission system design, schematic drawing of the transmission system, given the transmission system, job description and analysis of its feasibility, and finally a systematic analysis of the entire design, draw the design is feasible.Keywords: Mechanical press Movement and Force Analysis Transmission system第一章 緒論機械壓力機屬于機械工業(yè)重點產(chǎn)品，是機械工業(yè)中量大面廣的工作母機，廣泛用于沖裁、落料、彎曲、折邊、淺拉伸及其他冷沖壓工序，是汽車、家用電器、儀器儀表、摩托車、輕工、拖拉機、國防工業(yè)、化工容器、電子等行業(yè)必備的關鍵設備。機械壓力機常用于由鋼毛坯或工件生產(chǎn)沖壓的汽車零件。通常，壓力機驅動裝置和動力傳遞系統(tǒng)或運動部件經(jīng)由飛輪驅動。據(jù)統(tǒng)計，全國目前機械壓力機的產(chǎn)量約6萬臺，使用壽命約15年，社會保有量約100萬臺。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的機械壓力機普遍沒有配置齊全的安全裝置，且在設計和制造過程中沒有充分考慮機器在使用過程中出現(xiàn)的危險；同時由于我國目前的沖壓工藝及裝備水平還比較低，隨機附帶的自動送料裝置很少，工件的送料、卸料基本上都是由操作者手工進行，而機械壓力機的工作頻率又比較高，操作工人在高頻次的重復緊張工作中，便存在安全隱患。國外常規(guī)鍛壓機械的品種早已發(fā)展齊全，規(guī)格完備，結構成熟，輔機完整。在這些方面多少年來不見有多大變化。1.1曲柄壓力機的發(fā)展過程 在鍛壓機械中，機械壓力機是一種品種多、產(chǎn)量大的設備，廣泛地用于航空、汽車、拖拉機、造船、電機電器、無線電、輕工業(yè)等部門。據(jù)有關資料介紹，用機械壓力機生產(chǎn)的零件，在汽車行業(yè)中，對卡車占總零件數(shù)的4555%多，對轎車、大卡車為6076%，在電機電器行業(yè)中占6080 %，在無線電行業(yè)中占85%，在日用制品行業(yè)中占98%。隨著新工藝新設備的不斷出現(xiàn)，一些形狀復雜的特殊零件可以直接成形。用機械壓力機加工的板料沖壓件代替的鑄件和鍛件，根據(jù)零件結構和形狀的不同，其生產(chǎn)成本可降低5070%，零件重量減輕3050%，材料消耗量減少3060%。但是在解放前，只有上海、天津、營口等地幾個小廠生產(chǎn)小噸位的手動和腳踏式的開式壓力機，結構陳舊，沒有專業(yè)生產(chǎn)廠，而且生產(chǎn)也極不固定，生產(chǎn)技術極端落后，全是手工修配作業(yè)。鍛壓機械行業(yè)從無到有，從小到大迅速發(fā)展。條件最好的上海地區(qū)利用原有幾個小廠的設備能力，陸續(xù)生產(chǎn)了36噸、60式噸可傾壓力機、60150噸單柱固定臺壓力機等，由于當時制造廠零星分散，設備簡陋，場地狹小，各廠僅有機械加工及裝配，鑄鍛件及熱處理均需依靠外包協(xié)作，再加上技術力量薄弱，產(chǎn)品質量不保證，無條件制造較大型機械壓力機。通過對企業(yè)進行社會主義改造，建立了以專業(yè)分工的機械壓力機制造廠上海鍛壓機床廠及上海第二鍛壓機床廠，擴充了生產(chǎn)能力，工廠生產(chǎn)組織逐步健全，為生產(chǎn)大型機械壓力機創(chuàng)造了條件，至一九五九年已為國家生產(chǎn)了20余個品種的機械壓力機。營口鍛壓機床廠是一九四九年建立發(fā)展起來的，以生產(chǎn)開式壓力機為主。濟南第二機床廠是在一九五五年開始生產(chǎn)機械壓力機的兼業(yè)生產(chǎn)廠，由于該廠設備能力強，以生產(chǎn)閉式壓力機為主。JA36-160型160噸閉式雙點壓力機為該廠一九五九年試制成功的我國第一臺自行設計的寬臺面壓力機。通過試制，對以后設計和試制寬臺面壓力機積累了經(jīng)驗，至一九五九年該廠已生產(chǎn)各種機械壓力機近10個品種，其中包括250噸閉式雙點壓力機及700噸精壓機。通過十年的努力，各機械壓力機制造廠相繼建立，初具規(guī)模并形成生產(chǎn)能力，設計隊伍日益壯大。五十年代初期產(chǎn)品大多為測繪仿制國外三十、四十年代產(chǎn)品，結構陳舊，機器笨重，使用性能差，生產(chǎn)效率低。至五十年代后期產(chǎn)品由測繪仿制逐步進入改進設計階段。一九五九年機械壓力機品種為50余個，且建立了近10個以生產(chǎn)機械壓力機產(chǎn)品為主的兼業(yè)和專業(yè)制造廠，但是，由于鍛壓機械行業(yè)仍很年輕，在產(chǎn)品品種及產(chǎn)量上仍遠遠跟不上國家建設的需要。踏入六十年代，我國遭受了三年特大自然災害，再加上蘇修背信棄義，給我們造成了很大困難。在黨的奮發(fā)圖強，自力更生方針指引下，通過調整、鞏固、充實、提高，又以新的步伐向前邁進了。各機械壓力機制造廠一方面積極發(fā)展新品種，另一方面不斷改革老產(chǎn)品。一九五九年以上海機械制造工藝研究所為主，對量大面廣的開式雙柱可傾式壓力機進行了系列設計，產(chǎn)品的性能有了較大提高，外形美觀，這是第一歡嘗試，對開展鍛壓機械行業(yè)的三化工作起了積極的推動作用。J23-25型25噸開式雙柱可傾式壓力機，為系列設計產(chǎn)品，一九六一年由上海第二鍛壓廠試制成功。一九六三年后發(fā)展速度迅速，上海、濟南、營口、內(nèi)江、徐州等地均試制了不少機械壓力機新品種。至六十年代末，十年來共發(fā)展通用機械壓力機新品種近80個，僅濟南第二機床廠就試制了20余個。新品種中有80%為自行設計，產(chǎn)品水平有較大提高，其中開式壓力機占30%，此外還包括不少大、重型機械壓力機。例如：J31-1250型1250噸閉式單點壓力機、JA88-200型200噸肘桿式金屬擠壓機、JA84-2000型2000噸精壓機等，填補了空白，對支援社會主義建設做出了貢獻。J31-1250型1250噸閉式單點壓力機為濟南第二機床廠于1964年試制成功的，該機構緊湊，采用了閥門控制聯(lián)鎖的摩擦離合器制動，結構簡單，維修方便。JA88-200型200噸肘桿式金屬擠壓機為上海鍛壓機床廠一九六四年試制成功的，這是我國試制的第一臺冷擠壓設備，帶自動送料裝置，生產(chǎn)率高，用于無線電、電訊、電氣、儀器制造及日用品等工業(yè)。JA84-2000型2000噸精壓機是濟南第二機床廠一九六五年試制成功的，該壓力機力量大，剛性好，精度高，速度高，用于冷精壓、壓印、波形沖壓及沖壓后的校平等。壓力機床身采用鑄鐵組合式結構，連桿式受拉型式，滑塊在下死點位置有一段保壓時間，采用稀油循環(huán)潤滑及濃油手動泵集中潤滑，離合器結構作了改進，性能提高，維修方便，曲柄肘桿機構中的軸瓦采用特殊青銅，消除了肘軸擠傷現(xiàn)象，機器剛性亦由298.5噸/毫米提高至664.5噸/毫米。十年來，除致力于自行設計和制造新型的機械壓力機外，還引進了國外名牌樣機，通過仿制及改進設計，發(fā)展成我國自己的系列。六十年代初期，我們開始了試驗研究工作，材料及Z-64型石棉塑料摩擦材料；單圓盤鑲塊式小慣量摩擦離合器制動器；多種方案的摩擦離合器、摩擦材料及滑塊液壓超負荷保險裝置等進行了試驗，研制了銅基粉末摩擦材料及Z-64型石棉塑料摩擦材料；單圓盤鑲塊式小慣量摩擦離合器制動器；多種方案的滑塊液壓超負荷保險裝置，科研成果很快得到推廣應用，提高了產(chǎn)品性能，解決了離合器發(fā)熱等關鍵問題。1.2 壓力機簡介1.3 壓力機的特點和用途壓力機在機械行業(yè)中占有重要位置，對國民經(jīng)濟發(fā)揮重要作用，和人們的生活息息相關。手上帶的手表、用的鋼筆、金屬發(fā)卡和鈕扣、人們騎的自行車、聽的收音機、看電視或用縫紉機，還有大家乘做的飛機、火車、汽車、輪船等等，這些工具都有壓力機的一份功勞。壓力機少切削，無切削，節(jié)約原材料，提高勞動效率，增加經(jīng)濟效益，因而被廣泛采用。鍛壓機械的比例越來越大，它是衡量一個國家機械工業(yè)先進程度的重要標志。曲柄壓力機是壓力機的一個類別，是采用曲柄滑塊機構作為工作機構的一類鍛壓機器。它是板料沖壓生產(chǎn)的主要設備，可用于沖孔、落料、切邊、彎曲、淺拉伸和成形等工序，并廣泛應用于國防、航空、汽車、拖拉機、電機、電器、軸承、儀表、農(nóng)機、農(nóng)具、自行車、手表、縫紉機、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質量好、重量輕和成本低的特點。目前鍛壓機械再機床中所占的比重也越來越大。而在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。因此，發(fā)展前景廣闊?，F(xiàn)就不同類型的機械壓力機分述如下：1.開式壓力機 開式壓力機品種很多，產(chǎn)量極大，但技術參數(shù)雜亂，結構陳舊，性能差，三化水平低，沒有無級調速裝置、自動送料裝置和安全保護裝置，噪音振動大。產(chǎn)品相當于國外四十年代的水平，個別的還只是三十年代水平，應盡快進行更新?lián)Q代，淘汰陳舊產(chǎn)品。開式壓力機系列設計規(guī)定可傾式壓力機從4 160噸共11個品種，其中4100噸為曲軸橫放結構，采用剛性離合器，25160噸為曲軸縱放結構，采用摩擦離合器。固定臺壓力機從4 400噸共15個品種，其中4 100噸為曲軸橫放結構，采用剛性離合器，25200噸為曲軸縱放結構，采用摩擦離合器。產(chǎn)品結構緊湊，性能良好，外形美觀，相當于國外六十年代水平，通過試制證明系列設計是成功的，能滿足國內(nèi)需要，應組織推廣應用，提出相應措施，更換現(xiàn)有落后產(chǎn)品。另外，為適應開式壓力機的使用特點，還需繼續(xù)進行通用性高的自動化送料裝置的研制，包括開卷、校平在內(nèi)的一次送料裝置和適用于各種坯料的二次送料裝置，組織專業(yè)生產(chǎn)。對現(xiàn)有產(chǎn)品要提高壓力機剛性，采用鋼板焊接床身，提高剛性離合器的動作可靠性，防止連沖，提高制造質量，解決轉鍵斷裂問題;繼續(xù)研制剛性離合器的寸動，提高 r力機的使用性能;要研制連桿和滑塊采用柱塞連接的高精度高速壓力機，提高壓力機的生產(chǎn)效牢。 2.閉式壓力機 目前生產(chǎn)的閉式單、雙點壓力機使用性能較差，生產(chǎn)效率較低，相當于國外六十年代初期水平，由于制造質量及裝配質量不過關，影響用戶使用性能，為此必須提高制造裝配技術，建立嚴格的科學管理制度，與此同時還必須繼續(xù)對關鍵部件進行研制，以提高使用性能。應進行新型摩擦材料的研究，提高摩擦塊的使用壽命。液壓超負荷保險裝置國內(nèi)很多制造廠已研制過，但動作不穩(wěn)定，還須進行總結提高。大、重型閉式壓力機的振動和剛度問題要進行研究，這是保證壓力機正常使用的關鍵之一，通過研究尋找提高剛度的合理途徑，減低動力載荷，研制理想的減振裝置。另外根據(jù)閉式單、雙點壓力機的生產(chǎn)情況，應組織進行系列設計，以提高產(chǎn)品的三化程度。 3.多工位自動壓力機 現(xiàn)有多工位自動壓力機品種少，質量未過關，結構陳舊，自動送料裝置的送料精度不補定，缺乏可靠的自動檢測和安全保護裝置。多工位自動壓力機小型和大、重型尚缺門，應優(yōu)先發(fā)展。多工位自動壓力機價格昂貴，工藝用途狹窄，應解決擴大機器的萬能性問題。采用移動工作臺及模具快速夾緊裝置;采用雙列卷料架，落料滑塊能作交錯落料;工位間距可變;配置附件進行橫向加工等。應研究適用于多工位壓力機及模具的保險機構、動作檢測裝置及報警信號系統(tǒng)等，以提高壓力機的可靠性及安全性。要對夾板縱向送料裝置的傳動型式進行研究，提高其運動精度及平穩(wěn)性。要發(fā)展三座標夾板送料裝置的多工位自動壓力機。 4.冷擠壓壓力機冷擠壓工藝是少無切削先進工藝之一，但還未完全推廣應用，冷擠壓壓力機無論在品種和數(shù)量上均不能滿足需要，且產(chǎn)品參數(shù)混亂，使用性能差，沒有自動化送料裝置。產(chǎn)品結構型式很多，應盡快組織制訂冷擠壓壓力機的系列參數(shù)及產(chǎn)品的定型工作。對現(xiàn)有緩沖裝置及超負荷保險裝置的結構要進行改進，使其動作穩(wěn)定可靠;應研制新的傳動系統(tǒng)，使滑塊的運動曲線更符合冷擠壓工藝的要求;為提高壓力機的利用率，應配置通用性高的自動送、卸料裝置。多工位冷擠壓壓力機由于模具簡單、結構緊湊、易實現(xiàn)自動化、不需中間退火、生產(chǎn)率高，應組織研制，大力發(fā)展。溫擠工藝出現(xiàn)后，引起了普遍重視，應研制帶自動送料裝置、加熱設備、潤滑和冷卻裝置的多工位溫擠壓力機。 5.回轉頭壓力機在滑塊與工作臺之間設有可裝置數(shù)十組模具的回轉頭，可按需要選用模具。坯料放在模具上而不再移動。每次行程完畢，回轉頭轉動一個位置，完成一道工序。這種壓力機定位精度高，便于調整產(chǎn)品，一機多用，多用于沖制儀器底板和面板等。回轉頭壓力機可配上數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)編好的指令選用模具和板材成形部位，自動完成復雜的沖壓工作。 6.熱模鍛壓力機用于模鍛件生產(chǎn)。機身剛度大，導向面長,承受偏載能力強。過去多用曲柄連桿機構, 為提高剛性多已改用雙滑塊式和楔式。雙滑塊式結構較簡單，重量輕；楔式結構支承面積大，但傳動效率低。模鍛時滑塊在下止點附近容易卡死（俗稱悶車），所以設有脫出裝置。機械中有上下頂出裝置，能實現(xiàn)多模膛鍛造,鍛件精度較高，適于大批量生產(chǎn)。最大規(guī)格為160兆牛。通用曲柄壓力機的型號和技術參數(shù)曲柄壓力機的型號（如表1-2）按照JBGQ200384型譜，曲柄壓力機的型號用漢語拼音字母、英文字母和數(shù)字表示，例如JA31l 60B型號的意義是：現(xiàn)將型號的表示方法敘述如下：第一個字母為類代號，代表八類鍛壓設備中某類設備。在八類鍛壓設備中，與曲柄壓力機有關的有五類。機械壓力機用拼音字母J表示，線材成形自動機、鍛機、剪切機和彎曲校正分別用Z、D、Q和W表示。第二個字母代表同一型號產(chǎn)品的變型順序號，凡主參數(shù)與基本型號相同，但其他某些基本參數(shù)與基本型號不同的，稱為變型，用字母A、B、C表示第一、第二、第三種變型產(chǎn)品。第三、四個數(shù)字為組、型代號。在型譜中，每類鍛壓設備分為10組，每組分為10型第一個數(shù)字代表“組”，第二個代表“型”。“31”在型譜中查得為“閉式單點壓力機”。橫線后面的數(shù)字代表主參數(shù)。一般用壓力機的公稱壓力(見下面敘述)作為主參數(shù)。型譜中的公稱壓力用工程單位制的“噸”表示，故轉化為法定單位制的“千?！睍r，應把此數(shù)字乘以10。例如此處160代表160 t，乘以10即為1600kN。最后一個字母代表產(chǎn)品的重大改進順序號，凡型號已確定的鍛壓機械，若結構和性能上與原產(chǎn)品有顯著不同，則稱為改進，用字母A、B、C代表第一、第二、第三次改進。有些鍛壓設備，緊接組、型代號的后面還有一個字母，代表設備的通用特性，如字母K代表數(shù)控，G代表高速等。1.4曲柄壓力機的基本參數(shù)曲柄壓力機的基本參數(shù)，決定了它的工藝性能和應用范圍，也是購置何種型號壓力機的重要依據(jù)。現(xiàn)將開式壓力機基本參數(shù)分別敘述如下：公稱力：是指滑塊離下死點前某一特定距離（公稱壓力行程）時，滑塊上所允許的最大作用力。公稱壓力是壓力機的主參數(shù)。滑塊行程：系指滑塊由上死點到下死點所走過的路程。公稱力行程：是壓力機強度允許發(fā)生公稱壓力的一段滑塊行程?；瑝K行程次數(shù)：指連續(xù)行程時滑塊每分鐘的行程次數(shù)。我國機械部頒布的標準中是以Sg作為標準的，開式壓力機Sg=316mm，閉式壓力機Sg=13mm。最大封閉高度：指封閉高度調節(jié)機構處于上極限位置和滑塊處于下死點時，滑塊底面至工作臺面（去掉工作臺墊板）之間的距離。（JE系列為最大裝模高度I，裝模高度指調節(jié)機構處于上極限位置和滑塊處于下死點時，滑塊底面至工作臺板面（不是到機身工作臺面）之間的距離）封閉高度調節(jié)量：是擴大壓力機封閉高度使用范圍的一個主要參數(shù)，在該調節(jié)量的范圍內(nèi)調節(jié)壓力機封閉高度與模具閉合高度相適應。工作臺板厚度：工作臺板也具有調節(jié)壓力機封閉高度使用范圍的作用，同時還具有便于安裝底面較小的模具和保護工作臺面的作用。工作臺孔：工作臺孔用于落料或安裝氣墊裝置。立柱間距離：是指雙柱壓力機的立柱間距離，是在前后方向送料時決定排出工件（或廢料）最大尺寸的一個參數(shù)。傾斜角：是指可傾壓力機工作臺面的傾斜角度，也就是機身后傾的角度。利用這個傾斜角使沖壓后的工件（或廢料）能借其自重或其他因素通過兩立柱中間從壓力機后方排出。工作臺墊板面積和喉口深度：滑塊中心到機身間的距離叫做喉口深度。喉口深度和工作臺墊板面積是關系到模具的最大平面尺寸的重要參數(shù)。表1-1 JH31-63主要技術參數(shù)項目名稱 符號單位JH31-63公稱壓力 Pgt640公稱壓力行程Spmm15滑塊行程Smm420滑塊行程次數(shù)n次/min60最大裝模高度H1mm900裝模高度調節(jié)量H1mm400導軌間距離Amm1480滑塊底面尺寸Blmm1300工作臺板尺寸左右Lmm1400前后Bmm900表1-2通用曲柄壓力機型號組型鍛壓機械名稱單柱壓力機11單柱固定臺壓力機12單柱活動臺壓力機13單柱柱形臺壓力機開式壓力機21開式固定臺壓力機22開式活動臺壓力機23開式可傾壓力機24開式轉臺壓力機25開式雙點壓力機28開式柱形臺壓力機29開式底傳動壓力機閉式壓力機31閉式單點壓力機32閉式單點切邊壓力機33閉式側滑塊壓力機36閉式雙點壓力機37閉式雙點切邊壓力機39閉式四點壓力機1.5 壓力機工作原理壓力機是采用機械傳動的鍛壓機器，通過傳動系統(tǒng)把電機的運動和能量傳給工作機構，從而使坯料獲得預期的變形，制成所需的工件。具體的說：是以曲柄連桿機構作為工作機構，滑塊是強制運動的，傳動系統(tǒng)為一級、兩級或三級等傳動，一級傳動由電機通過三角皮帶傳動，帶動飛輪旋轉，通過控制離合器接合，經(jīng)過齒輪傳動，再帶動曲軸旋轉，通過連桿機構把回轉運動轉化為滑塊的往復直線運動。機械壓力機工作時， 由電動機通過三角皮帶驅動大皮帶輪，經(jīng)過齒輪副和離合器帶動曲柄滑塊機構,使滑塊和凸模直線下行。鍛壓工作完成后滑塊回程上行,離合器自動脫開，同時曲柄軸上的自動器接通，使滑塊停止在上止點附近。 每個曲柄滑塊機構稱為一個“點”。最簡單的機械壓力機采用單點式，即只有一個曲柄滑塊機構，有的大工作面機械壓力機，為使滑塊底面受力均勻和運動平穩(wěn)而采用雙點或四點的。 機械壓力機的載荷是沖擊性的，即在一個工作周期內(nèi)鍛壓工作的時間很短。短時的最大功率比平均功率大十幾倍以上，因此在傳動系統(tǒng)中都設置有飛輪。按平均功率選用的電動機啟動后，飛輪運轉至額定轉速，積蓄動能。凸模接觸坯料開始鍛壓工作后，電動機的驅動功率小于載荷，轉速降低，飛輪釋放出積蓄的動能進行補償。鍛壓工作完成后，飛輪再次加速積蓄動能，以備下次使用。工作機構：曲柄滑塊機構。傳動系統(tǒng)：皮帶傳動和齒輪傳動。操縱系統(tǒng)：離合器制動器。能源系統(tǒng)：電動機和飛輪。支承部件：機身。附屬裝置和輔助系統(tǒng)。運動方式：電動機-皮帶輪-飛輪-齒輪傳動-曲柄連桿。第二章 曲柄滑塊機構的運動分析與受力分析2.1曲柄滑塊機構的運動分析 曲柄滑塊機構的運動簡圖如圖2-1所示。O點表示曲軸的旋轉中心，A點表示連桿與曲柄的連結點，B點表示連桿與滑塊的連結點，OA表示曲柄半徑，AB表示連桿長度當OA以角速度作旋轉運動時，B點則以速度v作直線運動。今討論滑塊的位移、速度和加速度與曲柄轉角之間的關系。曲柄滑塊機構可分為節(jié)點正置與節(jié)點偏置，JH31-63壓力機采用單邊節(jié)點偏置結構。運動簡圖可簡化如下圖2-1所示。圖2-1曲柄滑塊機構運動簡圖2.2滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系可表達為：而 令 則 而 所以 則 由于一般小于0.3，對于通用壓力機，一般在0.10.2范圍內(nèi)，故式子可進行簡化。根據(jù)二項式定理，?。捍胧阶樱淼茫?式（2.1）式中 滑塊行程，從下死點算起，以下均同；曲柄轉角，從下死點算路與曲柄旋轉方向相反者為正；曲柄半徑； 連桿系數(shù)； L連桿長度(當連桿長度可調時取最短時數(shù)值)。因此，已知曲柄半徑R和連桿系數(shù)時，則可從式中求出對應于不同的角的S值。2.3滑塊的速度和曲柄轉角的關系求出滑塊的位移與曲柄轉角的關系后，將位移S對時間t求導數(shù)就可得到滑塊的速度，即： 而 式（2.2）式中 滑塊速度； 曲柄的角速度。又 則 式（2.3） 式中 曲柄的每分鐘轉數(shù)，亦即滑塊每分鐘行程次數(shù)。2.4滑塊的加速度和曲柄轉角的關系對于高速壓力機，滑塊運動的慣性力必需予以足夠注意。為此，需要求出滑塊的加速度和曲柄轉角的關系，將上式對時間求導數(shù)即得： 式（2.4） = =式中 滑塊加速度。由JH31-63壓力機的行程S=420 mm，連桿長度L=1850 mm，曲柄轉速n=15轉/min，則 mm代入以上公式，得運動數(shù)據(jù)如（表2-1）：表2-1 滑塊與曲柄的運動數(shù)據(jù)01020304000.01690.06710.14850.258003.54914.09131.18554.1800.34460.66340.9331.13520113.976219.420308.590375.46750607080900.39120.54350.70920.88271.05882.152114.135148.932185.367222.181.25841.2991.26111.15581416.2158429.644417.109382.281330.752.5曲柄滑塊機構的受力分析 圖2-2為結點正置的曲柄滑塊機構滑塊的受力簡圖?；瑝K上受到工件變形抗力P的作 用，在忽略摩擦力的情況下，P力由連桿上給予滑塊的作用力及導軌給予滑塊上的反作用力Q相平衡。根據(jù)力的平衡原理得：由前推導得知，若=0.3，當時， 0。當時， ，在通常情況下，特別是對通用壓力機，遠小于0.3，故遠小于。由于角較小，因此，可以認為，故上述二式寫成： 圖2-2節(jié)點正置的曲柄滑塊機構受力簡圖第三章 曲軸受力分析3.1理想扭矩圖3-1是曲軸上受力簡圖。是連桿給予曲軸上的力。它的大小和相等，但方向相反。在作用下，曲軸上所受扭矩為：圖3-1 曲柄滑塊機構受力簡圖圖3-2 滑塊受力簡圖圖3-3 偏心齒輪受力簡圖有 則 又 所以 此式為理想狀態(tài)下(即忽略摩擦時)曲軸上所受扭矩的公式。從公式可以看出，雖然所受的工件變形力P一定，但曲軸所受的扭矩卻隨曲柄轉角變化而變化，越大，M1越大，即在較大的曲柄轉角下工作時，曲鈾上所受的扭矩較大。當曲柄轉角等于公稱壓力角即時，曲軸上所受的理想扭矩稱為理想公稱扭矩。即 式（3.1）此公稱扭矩是設計曲軸、齒輪和離合器的基礎。由公式可計算出JH31-63壓力機在各轉角下的理想扭矩已知：P=640KN， R=210 mm， =0.116則由公式可計算得下表：表3-1 JH31-63壓力機各轉角下的理想扭矩（度）010203040506070809000.460.890.691.251.691.751.751.691.34（度）1001101201301401501601701801.090.830.580.370.200.090.030.00303.2摩擦扭矩 1）、滑塊導軌面的摩擦 摩擦力的大小為： 式（3.2） 2）、芯軸支承頸和軸承之間的摩擦阻力距為： 式（3.3）3）、曲軸頸和連桿大端軸承之間的摩擦阻力距為： 式（3.4）4)、連桿梢與連仟小端軸底之間的摩擦 阻力距為： 式（3.5）圖3-4 軸頸與軸承的摩擦作用圖因此，摩擦扭矩可用以下公式計算： 式（3.6）式中 曲軸支承頸直徑；曲軸曲柄頸直徑；連桿銷或球頭直徑；摩擦系數(shù)，對開式壓力機=0.040.05，閉式壓力機=0.0450.055。則JH31-63壓力機偏心齒輪上的摩擦力矩為：將理想扭矩與摩擦扭矩相加即得總扭矩為：=+=第四章 芯軸設計計算壓力機采用芯軸的形式較多，除了圖4-1所示整體芯軸的型式以外，還有圖4-2的結構。圖4-1所示結構為常用結構，其優(yōu)點是芯軸是一個整體，剛度較好，且結構簡單，其缺點是偏心部分和連桿大端的結構尺寸較大，故曲柄滑塊機構中的摩擦扭矩較大。因此，該結構只宜用于行程不大的壓力機。圖4-2所示的結構其優(yōu)缺點與上述的相反。芯軸分成兩段，且不穿過偏心部分，因此，偏心部分和連桿大端的結構尺寸減小，曲柄滑塊機構的摩擦扭矩也隨之減小。但芯軸如同一懸臂梁，剛度較差。因此，該結構從適用于行程較大的大型壓力機。芯軸一般采用45號鋼或40C r、18crMnMoB等合金鋼鍛制而成，需經(jīng)調質處理。對于大型芯軸，有時沿軸線鉆通孔，以改善淬透性，提高機械性能。與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工。圖4-1 JH31-63壓力機上的芯軸結構1偏心套齒圈 2機身 3芯軸 4連桿 5偏心套圖4-2 分段式芯軸結構 1軸承 2芯軸 3連桿 4大齒輪 5偏心部分設計時先根據(jù)經(jīng)驗公式預選芯軸直徑，進行結構設計，然后進行強度核驗。當芯軸的材料為45號鋼時，芯軸直徑(與偏心齒輪內(nèi)軸承配合處)的經(jīng)驗公式是： （mm） 式（4.1）式中 P。連桿上的作用力(kN)。P。的大小與壓力機公稱壓力和曲柄滑塊機構中的連桿數(shù)目有關。對于單點壓力機 (為公稱壓力)；對于雙點壓力機，由于作用在滑塊上的載荷可能有偏心(圖33)，故某一連桿所受到的力可能比另一連桿的大，因此，每根連桿所受到的力就可能比0.5大，在這里取P。0.6 (根據(jù)資料)；對于四點壓力機，取。 圖4-3 單點壓力機受載荷情況對于裝有液壓過載保護裝置的壓力機，總的保險壓力是按壓力機的公稱壓力設計的。對多點壓力機，此保險壓力平均分配在各個連桿上，因此，對于這樣的壓力隊每根連桿所承受的力如下：單點壓力機，雙點壓力機；四點壓力機。以后對于這類問題，均用此法處理，不另述。 對于計其曲軸的經(jīng)驗公式(見表4-1)，也有單點壓力機和雙點壓力機的問題，如遇到曲軸式的雙點壓力隊亦應用此法處理。 在式中，對于整體的芯軸系數(shù)可以取較小的值。對于分成兩段的芯軸，則應取較大的值。由圖4-1、4-2得知，芯軸只承受彎矩，而扭矩由偏心齒輪來承受。 圖4-4為芯軸強度計算簡圖。偏心齒輪受到連桿的作用力作用以后，分別以及兩個集中力作用在芯軸上。由于芯軸在機身上的配合較長較緊，故可以認為兩端插入受集中載荷、作用的梁(由于齒輪的作用力較小，可忽略)。這樣就可以用靜不定梁的方法解題。也可視為兩端為簡支及外加反力偶和的簡支梁。由變形協(xié)調條件可知，兩端轉角應等于零，于是可以寫出下述兩個方程式： 式（4.2） 式（4.3）式中 E彈性模量； J慣性矩。解此聯(lián)立方程式，即可求出、。因而可以求出此靜不定梁的彎矩圖。在圖4-4中，有關數(shù)值如下:圖4-4 芯軸強度計算簡圖因為JH31-63機械壓力機為單邊受力，所以假設：=0；=0上述四式中： 式（4.4） 式（4.5）式中 、芯軸軸瓦長度。上述始終，選取計算結果最大的數(shù)值作為最大彎矩。芯軸直徑為：一般是最大，故選即可。對于單邊傳動（見圖4-5），則式子變?yōu)椋?一般是 (或)最大，故(或)即可。圖4-5 芯軸強度計算簡圖（單邊傳動）用式計算現(xiàn)有壓力機的芯軸其應力見表。 參考上述的計算應力和資料，許用應力建議按如下選?。?式（4.6）式中 一許用彎曲應力；屈服極限；n安全系數(shù)n=2.53.5，剛度要求高的取上限。按照上式，計算出芯軸的作用應力如表4-1：表4-1 芯軸許用應力材料45調制剛36001000-140040調質50001400-200065001800-260070002100-3000JH31-63壓力機偏心齒輪結構如圖（4-6）所示，計算芯軸應力。圖4-6 JH31-63壓力機偏心齒輪計算簡圖=660 mm，=280 mmmm所以：又： 則：材料為45鋼，=(10001400)Pa，故安全。第五章 傳動系統(tǒng)的布置與設計5.1傳動系統(tǒng)的布置傳動系統(tǒng)的作用是將電動機的運動和能量按照一定要求傳給曲柄滑塊機構。它的設計任務在于截定傳動布置，傳動級數(shù)以及速比分配等問題。它的設計好壞將影響壓力機的外形尺寸、結構安排、能量損耗以及離合器的工作性能等各個方面，所以必須予以足夠的重視。圖5-2為JH31-63壓力機的傳動系統(tǒng)圖。此壓力機為三級上傳動，單邊驅動，主軸的安放位置垂直于壓力機正面，所有傳動齒輪都置于機身內(nèi)部，離合器制動器置于機身背面。圖5 -1 傳動示意圖 圖5-2 JH31-63壓力機傳動系統(tǒng)圖這是閉式單點壓力機的一種常用傳動結構。曲柄壓力機的傳動系統(tǒng)有三個比較突出的問題須在設計之前加以分析和確定，以便使整個壓力機能達到結構緊湊，維修方便，性能良好和外形美觀。傳動系統(tǒng)的布置方式包括三方面：采用上傳動還是采用下傳動? 主鈾相傳動軸全立于壓力機正面，還是平行于正面? 齒輪放任機身之內(nèi)還是放在機身之外？單邊驅動還是雙邊驅動？現(xiàn)分述如下：(1)壓力機的傳動系統(tǒng)可置于工作臺之上，也可置于工作臺之下。前者稱上傳動，后者稱下傳動。下傳動的優(yōu)點是壓力機的重心低，運轉平穩(wěn)，能減少振動和噪音，勞動條件較好；壓力機地面高度較小，適宜于高度較矮的廠房；從結構上看，有增加滑塊高度和導軌長度的可能性，因面能提高滑塊的運動精度，延長模具的壽命，改善工件的質量；由于拉桿承受工作變形力，故機身立柱和上梁的受力情況得到改善。下傳動的缺點是：壓力機平面尺寸較大，而總高度和上傳動相差不多，故壓力機總重員比上傳動的約大10-20，造價也較高。傳動系統(tǒng)置于地坑之中，檢修傳動部件時，不便于使用車間內(nèi)的吊車。拉仲墊夾在傳動部件和底座之間，維修不方便，且地坑深，基礎龐大，造價較高。因此是否采用下傳動結構，需經(jīng)全面的技術經(jīng)濟比較之后才能確定?，F(xiàn)有的通用壓力機采用上傳動較多，下傳動較少。通常認為在舊車間內(nèi)添置大型壓力機時，由于車間的高度受到限制，采用下傳動的優(yōu)點才比較明顯。(2)壓力機傳動系統(tǒng)的安放型式有垂直于壓力機正面的，也有平行于壓力機正面的。舊式通用壓力機多采用平行于壓力機正面的安放形式。這種布置，曲軸和傳動軸均比較長，受力點與支承軸承的距離比較大，受力條件惡化。壓力機平面尺寸較大，外形不夠美觀。近代中大型通用壓力機愈來愈多地采用垂直于壓力機正面安放的形式(特則是廣泛采用偏心齒輪結溝之后)，其至有些小型開式壓力機也采用這種結構。(3)齒掄可以放在機身之外，也可放在機身之內(nèi)。前一種形式，齒輪工作條件校差，機器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式，齒輪的工作條件較好，外形較美觀。如將齒輪浸入油池中，則大大降低齒輪傳功的噪音。但安裝維修較困難。近年來，許多壓力機制造廠都傾向后一種形式。齒輪傳動也可設計成單邊傳動或雙邊傳動。采用后一種形式，可以縮小齒輪的尺寸，但加工裝配比較困難(兩邊的齒輪必須精確加工，裝配時要保證對稱，否則可能發(fā)生運動不同布的情形)。5.2傳動級數(shù)和各級速比分配壓力機的傳動級數(shù)與電動機的轉速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關。行程次數(shù)低，總速比大，傳動級數(shù)就應增多，否則每級的速比過大，結構不緊湊；行程次數(shù)向，總速比小，傳動級數(shù)可少些。現(xiàn)有壓力機傳動系統(tǒng)的級數(shù)一般不超過四級。行程次數(shù)在70次/mi n以上的用單級傳動，7030次/min的用兩級傳功，3010次/min的用三級傳動，10次/min以下的用四級傳動。采用低速電動機可以減少總速比和傳動級數(shù)，但這類電動機的外形尺小較大，成本較向高(與同功率的高速電動機比鉸)，因此不一定適合。通常兩級和兩級以上的傳動系統(tǒng)采用同步轉速為1500r/min或l000r/min的電動機，單級傳動系統(tǒng)一般采用1000r/min的電動機，行程次數(shù)小于80次/mi n的單級傳動才采用750r/min的電動機。各傳動級的速比分配要恰當。通常三角皮帶傳動的速比不超過68，齒輪傳動不超過79。速比分配時，要保證飛輪有適當?shù)霓D速，也要注意布置得盡可能緊湊、美觀和長、寬、高尺寸比例恰當。通用壓力機的飛輪轉速常取300400r/min左右。因為轉速太低，會使飛輪作用大大削弱；轉應太高，會使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴重，造成離合器和軸承的損壞。因此JH31-63機械壓力機傳動系統(tǒng)采用三級傳動，各級速比查表得：電動機轉速：1480 r/min滑塊每分鐘行程次數(shù)：15次/min總速比：90傳動級數(shù)：3第一級（皮帶傳動） 速比：4.03 ：400mm ：1600mm第二級（齒輪傳動） 速比：5.55 模數(shù)m：14 ：18 ：91第三級（齒輪傳動） 速比：5.88 模數(shù)m：17 ：19 ：94第六章 傳動零件的設計計算6.1齒輪齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動形式?？梢愿鶕?jù)下述公式項預選齒輪的模數(shù)： m2.83.5（mm） 式（6.1）式中 大齒輪所需傳遞的扭矩（Nm），在計算低速級時，對單點壓力機=（為曲軸上公稱扭矩），對雙點壓力機，沒有道載保護 裝置時，=0.6，有保護裝置時=0.5；齒寬系數(shù)，=B/m(B為齒寬)，目前國產(chǎn)壓力機，在818范圍內(nèi)，對一級齒輪傳動，可取1315，對兩級齒輪傳動，可取1013，對人字齒輪，可取1722。大齒輪齒數(shù)。上式的系數(shù)在一般情況下可取315，在齒輪材料及熱處理條件較好的情況下可取28，在條件較差時可取35。對于斜齒輪，按式(6-1)算得的模數(shù)是端面模數(shù)，需換算成法向模數(shù)( cos,為螺旋角)，再選取模數(shù)標準值。對于開式傳動的齒輪，一般核算其彎曲強度即可，其汁算公式為： =（Pa） 式（6.2）式中 齒輪齒根處彎曲應力(Pa)； 小齒輪所受扭炬(Nm)； = 式（6.3） 彎曲應力系數(shù)； 傳動速比； = 式（6.4） 小齒輪齒數(shù)； 齒輪壓力角，當=20時，可直接查出，對直齒圓柱齒輪查螺旋角=0的曲線，對于圓柱斜齒輪，可查圖中相應螺旋角的曲線； Y齒形系數(shù)，對于直齒輪，可直接查出，.對于斜齒輪，則需按當量齒數(shù)來查。當量齒數(shù)為，對于變位齒數(shù)，則按對應的變位系數(shù)查找。 螺旋角； M齒輪模數(shù)，當為斜齒輪時，用法向模數(shù)； 載荷集中系數(shù)； 動載系數(shù)，考慮齒輪嚙合過程中因嚙合誤差和運轉速度引起的內(nèi)部附加動載荷系數(shù)，如圖（6-1）； 許用彎曲應力，按齒輪不產(chǎn)生塑性變形或破壞的最大彎曲應力選取。圖6-1 動載系數(shù)齒輪輪齒表面的接觸強度公式為： 式（6.5） 式中： 兩齒輪中心距； 接觸應力系數(shù)； 式（6.6） 當量彈性模數(shù)； 齒輪嚙合角；當=20，=2.15N/時，可直接查出，當N/，即不是鍛鋼與鍛鋼接觸時，查出的C，還需乘以如下系數(shù)；與鑄鋼接觸時乘以0.944，與球墨鑄鐵接觸時乘以0.915，與鑄鐵接觸時乘以0.858；若20時(例如角變位齒輪)則還需乘以； 計算接觸應力； 許用接觸應力，可按輪齒表面不發(fā)生塑性變形的許用最大接觸應力選取。由上式可知壓力機齒輪的計算過程為： m(2.83.5) =3.5 m=17 符合要求6.2傳動軸傳動軸按扭矩預選傳動軸的直徑，其公式為： （m） 式（6.7）式中 作用在軸上的最大扭矩（Nm）； 許用剪應力，參考數(shù)值為：40Cr調質=640Pa則由公式（6-7）得：d= =0.393m然后按彎扭聯(lián)合作用核剪綜合應力： = （Pa） 式（6.8）式中 危險截面彎矩（Nm）； 危險截面扭矩（Nm）；D危險截面直徑（m）；許用彎曲應力，按如下數(shù)據(jù)選?。?= 式（6.9）材料屈服極限（Pa）。表6-1傳動軸常用材料和許用應力（1）鋼號熱處理硬度（HB）抗拉強度極限屈服極限許用應力45正火1632175800600029003000120045調質1802306500800035005600180040C