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i J31-125 閉式單點(diǎn)曲柄壓力機(jī) 摘 要 制造業(yè)的發(fā)展是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證,同時(shí)又是評判一個(gè)國家科技實(shí)力和國 防實(shí)力是否領(lǐng)先的重要標(biāo)準(zhǔn)。在機(jī)械制造業(yè)中，鍛壓制造是目前全世界應(yīng)用最為廣 泛的制造方法之一-。而在鍛壓機(jī)械中，曲柄壓力機(jī)又占有很大的比重。曲柄壓力機(jī) 主要是通過飛輪將電機(jī)的能量存儲,在工作的瞬間通過曲軸及與其相連的滑塊對特定 的模具做功而釋放能量。如今，隨著汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機(jī)以及其他鍛壓設(shè) 備得到了迅速發(fā)展。眾所周知，由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高， 質(zhì)量好，能量省和成本低的優(yōu)點(diǎn)。所以，工業(yè)先進(jìn)的國家越來越多地采用鍛壓工藝 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削工藝和其他工藝。近年來，機(jī)械壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁，落料，彎 曲，折邊，淺拉伸及其他冷沖壓工序，是汽車，摩托車，家用電器，儀器儀表，輕 工，國防工業(yè)，化工容器,電子等行業(yè)必備的關(guān)鍵設(shè)備。伴隨著工業(yè)的發(fā)展，壓力機(jī) 的種類和數(shù)量越來越多，質(zhì)量要求越來越大，能力越來越大，它在機(jī)械制造業(yè)和其 它相關(guān)行業(yè)中的作用日趨顯著。因此對壓力機(jī)的精度和生產(chǎn)率等的要求也就越來越 高，所以對壓力機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的，對壓力機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)， 附屬裝置以及輔助系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)出具有高效率，高精度，低成本，自動(dòng)化 等現(xiàn)代化制造特點(diǎn)的壓力機(jī)，是值得研究和探討的。 關(guān)鍵詞：鍛壓制造；曲柄壓力機(jī)；鍛壓工藝 ii J31-125 Closed single point crank press Abstract The development of manufacturing industry is an important guarantee of national economic development, and it is also an important criterion for judging whether a countrys scientific and technological strength and national defense strength are ahead. Forging manufacturing is one of the most widely used manufacturing methods in the world at present in the machinery manufacturing industry. In forging press, crank press occupies a large proportion. The crank press mainly stores the energy of the motor through the flywheel, and releases energy through the crankshaft and the slider connected to it at the moment of operation. Today, with the rise of the automotive industry, crank presses and other forging equipment have developed rapidly. It is well known that the modern forging process has the advantages of high efficiency, good quality, low energy saving and low cost. Therefore, more and more advanced industrial countries are using forging techniques instead of traditional cutting techniques and other techniques. In recent years, mechanical presses have been widely used in stamping, dressing, bending, folding, shallow stretching and other cold stamping processes. They are essential for automobiles, motorcycles, household appliances, instrumentation, light industry, national defense industry, chemical containers, and electronics. Key equipment. With the development of industry, there are more and more types and quantities of pressure machines, and more and more quality requirements and capabilities. Its role in machinery manufacturing and other related industries has become increasingly prominent. Therefore, the requirements for the accuracy and productivity of the press are also getting higher and higher. Therefore, it is very necessary to optimize the design of the press. The fuselage structure, transmission system, accessories, and auxiliary systems of the press are optimized. The production is iii highly efficient. High precision, low cost, automation and other modern manufacturing characteristics of the press, is worth studying and discussing. Key words: Forging and compression manufacturing; Crank press; Forging process ... 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................I ABSTRACT..........................................................................................................................II 1 曲柄壓力機(jī)概述 .............................................................................................................1 1.1 曲柄壓力機(jī)的構(gòu)件以及工作原理 .......................................................................1 1. 2 J31-125 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) ........................................................................3 1.2.1 公稱壓力 ...................................................................................................3 1.2.2 滑塊行程 ...................................................................................................3 1.2.3 滑塊每分鐘行程次數(shù) ...............................................................................3 1.2.4 裝模高度 ...................................................................................................3 1.2.5 壓力機(jī)工作臺面尺寸及滑塊底面尺寸 ...................................................4 1.2.6 漏料孔尺寸 ...............................................................................................4 1.2.7 模柄孔尺寸 ...............................................................................................4 1.2.8 立柱間距離 ...............................................................................................5 2 J31-125 壓力機(jī)的方案對比和選擇 ..............................................................................7 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................................7 2. 2 計(jì)算總功 ..............................................................................................................8 2.2.1 工作變形功 A1 .........................................................................................8 2.2.2 拉延墊工作功 A2......................................................................................8 2.2.3 工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量 A3 ......................9 2.2.4 工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量 A4 ..........9 2.2.5 壓力機(jī)空程向下和空程向上時(shí)所消耗的能量 A5 ................................10 2.2.6 滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量 A6................................................10 2.2.7 單次行程時(shí)，離合器接合所消耗的能量 A7 ........................................11 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的對比和設(shè)計(jì) .....................................................................................12 2.3.1 確定滑塊上加力點(diǎn)的數(shù)目及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 .....................................13 2.3.2 確定傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式 .....................................................................16 2.3.3 確定傳動(dòng)級數(shù)和各傳動(dòng)比的分配 ...........................................................17 2.3.4 選擇離合器和制動(dòng)器的類型 ...................................................................18 3 主要零件的設(shè)計(jì)與校核 ...............................................................................................23 3.1 V 帶和帶輪設(shè)計(jì) ..................................................................................................23 3.1.1 確定計(jì)算功率 Pca ...................................................................................23 3.1.2 選取窄 V 帶帶型 .....................................................................................23 3.1.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 .................................................................................23 3.1.4 確定窄 V 帶的基準(zhǔn)直徑和傳動(dòng)中心距 .................................................23 3.1.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 1 ......................................................................24 3.1.6 計(jì)算窄 V 帶的根數(shù) z ..............................................................................24 3.1.7 計(jì)算預(yù)緊力 ........................................................................................240F 3.1.8 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 ................................................................25P 3.2 齒輪的設(shè)計(jì) .........................................................................................................25 3.2.1 概述 .........................................................................................................25 3.2.2 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) ...................................................................................26 3.3 軸的設(shè)計(jì) .............................................................................................................30 3.3.1 大皮帶輪軸的設(shè)計(jì) .................................................................................30 3.3.2 偏心齒輪軸的設(shè)計(jì) .................................................................................32 3.4 滑塊與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .............................................................................................35 3.5 連桿的設(shè)計(jì) .........................................................................................................36 3.5.1 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) .....................................................................36 3.5.2 連桿及調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度校核 .................................................................36 3.5.3 滑動(dòng)軸承的校核 .....................................................................................37 4 機(jī)身的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................39 4.1 機(jī)身的比較和選擇 .............................................................................................39 4.2 機(jī)身的強(qiáng)度計(jì)算 .................................................................................................40 4.2.1 立柱和拉緊螺栓強(qiáng)度校核 .....................................................................40 5 輔助裝置的選擇 ...........................................................................................................45 5.1 過載保護(hù)裝置的選擇 .........................................................................................45 5.2 拉延墊 .................................................................................................................45 5.3 滑塊平衡裝置 .....................................................................................................45 5.4 潤滑系統(tǒng) .............................................................................................................46 總結(jié) ....................................................................................................................................49 附錄 ....................................................................................................................................50 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................51 外文文獻(xiàn) .............................................................................................................................52 中文翻譯 .............................................................................................................................62 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 曲柄壓力機(jī)概述 曲柄壓力機(jī)是一種最常用的冷沖壓設(shè)備，用作冷沖壓模具的工作平臺。其結(jié)構(gòu) 簡單，使用方便。 在曲柄壓力機(jī)中，滑件安裝在曲柄軸上，由于曲柄軸的旋轉(zhuǎn)而在一定行程內(nèi)豎 直往復(fù)，并且向沖模沖壓工件以成形所需產(chǎn)品。本發(fā)明的曲柄壓力機(jī)包括具有 V 形 縮進(jìn)部分的滑件以在兩邊框間進(jìn)行豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng);和導(dǎo)軌(G1、G2) ，其表面對應(yīng)縮進(jìn) 部分突出，從而，滑件可沿邊框上的導(dǎo)軌無空隙地上下滑動(dòng)。 通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對坯料進(jìn) 行成形加工的鍛壓機(jī)械。機(jī)械壓力機(jī)動(dòng)作平穩(wěn),工作可靠 ,廣泛用于沖壓、擠壓、模鍛 和粉末冶金等工藝。機(jī)械壓力機(jī)在數(shù)量上約占各類鍛壓機(jī)械總數(shù)的一半以上。機(jī)械 壓力機(jī)的規(guī)格用公稱工作力( 千牛) 表示，它是以滑塊運(yùn)動(dòng)到距行程的下止點(diǎn)約 1015 毫米處(或從下止點(diǎn)算起曲柄 轉(zhuǎn)角 約為 1530時(shí) )為計(jì)算基點(diǎn)設(shè)計(jì)的最大工作力。 1.1 曲柄壓力機(jī)的構(gòu)件以及工作原理 1.1.1 曲柄壓力機(jī)的原理 曲柄壓力機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳遞給曲軸，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，并通過連桿使滑塊產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)通過小齒輪、大齒輪（飛輪）和離合器帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，再通過連桿使滑 塊在機(jī)身的導(dǎo)軌中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。將模具的上模固定在滑塊上，下模固定在機(jī)身工作 臺上，壓力機(jī)便能對放置在上、下模之間的被沖壓材料進(jìn)行加壓，依靠模具將其沖 制成工件，實(shí)現(xiàn)壓力加工。離合器由腳踏板通過操縱機(jī)構(gòu)控制，實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動(dòng)或停止。制動(dòng)器與離合器密切配合，可在離合器脫開后將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)停止 在一定的位置上（一般是指滑塊處于上死點(diǎn)的位置）。大齒輪還起飛輪的作用，使 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，并有效地儲存和釋放能量。 圖 1-1 曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu) 曲柄壓力機(jī)由以下幾部分組成： 1)床身 床身是壓力機(jī)的骨架，承受全部沖壓力，并將壓力機(jī)所有的零、部件連接起來， 保證全機(jī)所要求的精度、強(qiáng)度和剛度。床身上固定有工作臺，用于安裝沖模的下模。 2)工作機(jī)構(gòu) 即為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由曲軸、連桿和滑塊組成。電動(dòng)機(jī)通過 V 形帶把能量傳給 帶輪，通過傳動(dòng)軸經(jīng)小齒輪、大齒輪傳給曲軸，并經(jīng)連桿把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成滑 塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。沖模的上模就固定在滑塊上。帶輪兼起飛輪作用，使壓力機(jī)在 整個(gè)工作周期里負(fù)荷均勻，能量得以充分利用。 3)操縱系統(tǒng) 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 由制動(dòng)器、離合器等組成。離合器是用來啟動(dòng)和停止壓力機(jī)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。制動(dòng) 器是在當(dāng)離合器分離時(shí)，使滑塊停止在所需的位置上。離合器的離、合，即壓力機(jī) 的開、停是通過操縱機(jī)構(gòu)控制的。 4)傳動(dòng)系統(tǒng) 包括帶輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 5)能源系統(tǒng) 包括電動(dòng)機(jī)、飛輪（帶輪）。 除了上述幾大基本部分外，曲柄壓力機(jī)還有多種輔助裝置，如潤滑系統(tǒng)、保險(xiǎn) 裝置、計(jì)數(shù)裝置及氣墊等。 1.2 J31-125 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺壓力機(jī)的工作能力，所能加工零件的尺 寸范圍，以及有關(guān)生產(chǎn)效率等指標(biāo)。J31-125 壓力機(jī)的各主要參數(shù)如下： 1.2.1 公稱壓力 通用壓力機(jī)的公稱壓力指滑塊至下死點(diǎn)前某一特定距離或者曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死 點(diǎn)前某一特定角度，滑塊能承受的最大作用力。J31-125 壓力機(jī)的公稱壓力為 1250 千牛。 1.2.2 滑塊行程 它是指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)歷過的距離，它的大小隨工藝用途和公稱壓 力的不同而不同。J31-125 壓力機(jī)的滑塊行程為 150mm。 1.2.3 滑塊每分鐘行程次數(shù) 它是指滑塊每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，然后再回到上死點(diǎn)所往復(fù)的次數(shù)。J31- 125 壓力機(jī)的滑塊的行程次數(shù)為 40 次/min。 1.2.4 裝模高度 它是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。當(dāng)裝模高度調(diào) 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最高位置時(shí)，裝模高度達(dá)最大值，稱為最大裝模高度。上下模 具的閉合高度應(yīng)小于壓力機(jī)的最大裝模高度。所謂封閉高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)， 滑塊下表面到工作臺上表面的距離。它和裝模高度之差恰是墊板的厚度。J31-125 壓力機(jī)的最大封閉高度為 430 毫米，封閉高度調(diào)節(jié)量為 120 毫米。 1.2.5 壓力機(jī)工作臺面尺寸及滑塊底面尺寸 壓力機(jī)工作臺面尺寸 AB 與滑塊底面尺寸 JK 是與模座平面尺寸有關(guān)的工藝 尺寸，它反映了壓力機(jī)工作臺面與滑塊底面的長度和寬度尺寸,表示壓力機(jī)允許安裝 模具的水平尺大小。通常,對于閉式壓力機(jī)這兩項(xiàng)尺寸大致相同。當(dāng)采用壓板和 T 形 螺栓固定上、下模座時(shí),這兩項(xiàng)尺寸應(yīng)比模座尺寸大出安裝壓板等零件的空間尺寸。 對于小脫模力的模具,通常上模只利用模柄固定到滑塊上 .可不考慮加壓板空間。當(dāng)模 具采用 T 形螺栓直接固定模座時(shí)，雖不考慮留壓板空間，但必須考慮工作臺面及滑 塊底面上放 T 形螺栓的 T 形槽大小及分布位置。 1.2.6 漏料孔尺寸 當(dāng)制件或廢料由下模向下漏料時(shí)，工作臺或工作臺墊板漏料孔的尺寸應(yīng)使制件 或廢料順利漏下。如果工作臺或工作臺墊板漏料孔的尺寸小于制件或廢料尺寸，而 又需要由下模向下漏料時(shí)，應(yīng)該增加附加墊板支承下模,兩件等高附加墊板的間距大 于制件或廢料的尺寸即可。模具下模座的外形尺寸應(yīng)該大于漏料孔尺寸,否則應(yīng)增加 附加墊板。此兩種情況都要考慮增加附加墊板后對壓力機(jī)裝模高度的影響。漏料孔 的形狀有圓形、長方形和圓形與長方形的復(fù)合形狀三種。工作臺墊板漏料孔尺寸小 于工作漏料臺孔尺寸。當(dāng)模具下模需要安裝通用彈頂器時(shí),通用彈頂器的外形尺寸應(yīng) 該小于漏料孔尺寸。 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 1.2.7 模柄孔尺寸 中小型壓力機(jī)的滑塊底面都設(shè)有模柄孔，它是用于安裝固定上模和確定模具壓 力中心的。當(dāng)模具用模柄與滑塊相連時(shí),滑塊模柄孔的直徑和深度應(yīng)與模具模柄尺寸 相協(xié)調(diào)。中小型壓力機(jī)模柄孔的形狀有圓柱形和方柱形。大型壓力機(jī)的滑塊上沒有 模柄孔，滑塊底面設(shè)有 T 形槽安裝固定上模。 1.2.8 立柱間距離 立柱間距離是指雙柱式壓力機(jī)兩個(gè)立柱內(nèi)側(cè)表面的距離。對于閉式壓力機(jī)，也 稱為導(dǎo)軌間距離,其尺寸限制了模具的外形尺寸。除上述技術(shù)參數(shù)外，還有壓力機(jī)許 用負(fù)荷曲線圖、喉口深度、滑塊頂桿橫梁過孔尺寸、氣墊尺寸、電動(dòng)機(jī)功率、氣源 壓強(qiáng)等工藝技術(shù)參數(shù)，它們也是設(shè)計(jì)模具所必須考慮的。在模具設(shè)計(jì)時(shí),僅僅依靠設(shè) 計(jì)手冊查閱技術(shù)參數(shù)是不夠的，必須查閱壓力機(jī)樣本說明書，才能夠得到確切的、 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 全面的工藝技術(shù)參數(shù)。 圖 1-1 壓力機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖 圖 1-2 是壓力機(jī)與模具安裝尺寸有關(guān)的結(jié)構(gòu)參考圖。 圖中: FF滑塊模柄孔徑向尺寸; S滑塊行程; L滑塊模柄孔深度尺寸; M連桿調(diào)節(jié)長度;滑塊模柄孔中心到機(jī)身的距離; D工作臺墊板漏料孔尺寸; ab工作臺漏料孔尺寸; 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 E工作臺墊板厚度; H壓力機(jī)最大裝模高度; H2壓力機(jī)最小裝模高度 HM模具閉合高度; I模具模柄長度; 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 2 J31-125 壓力機(jī)的方案對比和選擇 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 曲柄壓力機(jī)的負(fù)荷屬于沖擊負(fù)載，即在一個(gè)工作周期內(nèi)只在較短的時(shí)間內(nèi)承受 負(fù)載，而較短時(shí)間是空程運(yùn)轉(zhuǎn)。 按一循環(huán)的平均能量來選擇電動(dòng)機(jī)，其功率為： (2-1)tANm10 式中：N m 平均功率（kW）； A 工作循環(huán)所需的總能量（J ）； t 工作循環(huán)時(shí)間（S）； (2-2)nCt60 式中: n 壓力機(jī)滑塊行程次數(shù)（次/分）；n 40； Cn壓力機(jī)行程利用系數(shù)，采用手工送料 Cn=0.65； 則 st3.26504 為了使飛輪尺寸不致過大，以及電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)等因素，故需將電動(dòng)機(jī)的平均 功率選得大些，即： (2-3)mkN 式中：k為電動(dòng)機(jī)選用功率與平均功率比值，一般為 1.21.6，取 k=1.2； 壓力機(jī)一工作循環(huán)所消耗的能量 A 為： (2-4)7654321 A 式中: A1工作變形功（屬有效能量）； 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 A2拉延工作功（氣墊工作功），即進(jìn)行拉延工藝時(shí)壓邊所需要的功（屬有 效能量）； A3工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩檫所消耗的功； A4工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力機(jī)構(gòu)的摩檫所消耗的功； A5壓力機(jī)空程向下和空程向上時(shí)所消耗的摩檫； A6單次行程時(shí)滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的功； A7單次行程時(shí)離合器接合所消耗的功量。 2.2 計(jì)算總功 2.2.1 工作變形功 A1 曲柄壓力機(jī)由于沖載、拉延、模鍛、擠壓等工藝，不同的工藝，工件變形所需 要的能量亦不同，沖載時(shí)的工件變形功為： （2-gPA7.01 5） 的大小隨板料的塑性和沖模間隙的大小而變化。通常?。? （2-045. 6） 式中：P g 壓力機(jī)公稱壓力為 ；N123 切斷厚度（m）； 0板料厚度（m）； 對于慢速壓力機(jī)（兩級及兩級以上傳動(dòng)的壓力機(jī)） m （2-gP4.0 7） 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 故有： J59061235.01. gPA 2.2.2 拉延墊工作功 A2 帶拉延的壓力機(jī)，在進(jìn)行淺拉延工藝時(shí)，拉延墊壓緊工件的邊緣，并隨壓力機(jī) 的滑塊向下移動(dòng)。因此消耗一部分能量。消耗能量的大小決定于拉延墊的壓緊力和 工作行程，根據(jù)資料推薦，可相應(yīng)取為壓力機(jī)額定壓力的 1/6 及滑塊行程的 1/6，即： （2-3616002SPAgg 8） 式中：S 0壓力機(jī)滑塊行程長度 ,S0=0.15m。 )J(142365.123A 2.2.3 工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦所消耗的能量 A3 由于壓力機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生彈性變形，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為平援變化。故可 近似的將工作行程曲柄轉(zhuǎn)角 P 取為壓力機(jī)的公稱壓力角 g，即： P = g。 這樣，對于通用壓力機(jī)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦功可以用下述公式表示： （2-9）1803gmA 式中：P m工作行程中平均工作變形力（ N）； 625105..033g g 工作行程曲柄轉(zhuǎn)角（度），公稱壓力角 P = g =20 0； m摩擦當(dāng)量力臂（m），m =26mm 故有： (J)562015026.87.087. 33 gpA 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 2.2.4 工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量 A4 壓力機(jī)在工作行程時(shí)，機(jī)身、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等受力系統(tǒng)因受載產(chǎn)生彈性變形， 因而引起能量消耗。對于在工作行程中，變形力逐步下降的沖載工藝和拉延工藝， 有時(shí)一部分的彈性變形能量可以轉(zhuǎn)化為有用能量，因此得出： （2-cgyPA214 10） 式中：y c壓力機(jī)總的垂直變形（m） （2-ChPygc 11） Ch壓力機(jī)垂直剛度（ kN/mm），參考文獻(xiàn) 7表 7-3；取 Ch=700 kN/mm 。 m8.17025cy)J(12501334 A 2.2.5 壓力機(jī)空程向下和空程向上時(shí)所消耗的能量 A5 壓力機(jī)空程時(shí)的能量損耗與壓力機(jī)零件的結(jié)構(gòu)尺寸、表面加工量、潤滑情況， 皮帶的拉緊程度、制動(dòng)器調(diào)整情況等因素有關(guān)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通用壓力機(jī)連續(xù)行 程所消耗的平均功率約為該壓力機(jī)額定功率的 10%35%，參考文獻(xiàn) 7圖 7-6 或表 7- 4 所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供概略計(jì)算通用壓力機(jī)空程損耗之用，由圖 7-6 得：(J)3105A 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 圖 2-1 一次工作循環(huán)所消耗的能量 2.2.6 滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量 A6 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通用壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)所消耗的功率約為額定功率的 6%30%。 通用壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量： （2-)(10166tNA 12） 式中：N 6壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)所需的功率，由參考文獻(xiàn) 7圖 7-7 得 N6=1.35kW； 圖 2-2 單次行程滑塊停頓飛輪所消耗的功 t-壓力機(jī)單次行程時(shí)的循環(huán)周期(S)； t1曲柄回轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間(S)。 nt601 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 nCt60)S(5.141t3.26.0t 故有： )J(108)5.(16A 2.2.7 單次行程時(shí)，離合器接合所消耗的能量 A7 離合器接合時(shí)所消耗的能量： （2-A2.07 13） 總功 A： 7654321 AA2.018560459)J(2.1798 電動(dòng)機(jī)功率： (kW)184.1035tANmw2k 查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊選用 Y160L-4 電動(dòng)機(jī)；N e=15kw，n e=1460r/min。 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的對比和設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)曲柄壓力機(jī)時(shí)，確定傳功系統(tǒng)型式的主要任務(wù)，在于選擇合理的傳動(dòng)方式 和合理的布置傳功系統(tǒng)。使壓機(jī)在使用可幕的前提下，結(jié)構(gòu)紫湊，重量減輕，制造 容易，維修方便，以及工作中噪音小。很多事創(chuàng)說明改進(jìn)機(jī)器的傳動(dòng)系統(tǒng)，能獲得 役大經(jīng)濟(jì)性,目前閉式單、雙點(diǎn)壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)很虎大，有得于在實(shí)踐中加以改進(jìn)。 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 閉式單、雙點(diǎn)壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.沒有飛輪, 故稱飛輪傳動(dòng)。壓力機(jī)的飛 輪起儲蓄能量的作用,它處于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。2. 設(shè)有離合器和制功器，以操縱和控制 壓力機(jī)。3.設(shè)有由柄連桿機(jī)構(gòu)使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行沖醫(yī)工作。4.有多種行程規(guī)范: 即單次行程、連續(xù)行程、和寸勁行程。 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題：傳動(dòng)級數(shù)和各級傳功比的分配閉式單，雙點(diǎn) 壓力機(jī)的傳動(dòng)級數(shù)，依滑塊每分鐘行程次數(shù)而定, 30 次分至 10 次/分多用三級傳動(dòng)。 10 次/ 分以下多用周級傳功?？偟恼f來，減少傳動(dòng)級數(shù)，能簡化機(jī)器的結(jié)構(gòu)和提高 傳動(dòng)效率。但傳動(dòng)緩數(shù)過于減少。往往會使傳動(dòng)系統(tǒng)的輪席尺寸過大。對三、四級 傳動(dòng)的壓力機(jī), 第一級皮帶的傳動(dòng)比，主要保證實(shí)現(xiàn)飛輪的轉(zhuǎn)速養(yǎng)飛即為馬達(dá)轉(zhuǎn)速。 第二級及以后各級齒輪的傳動(dòng)比，系按照下述原則來分配的: 1.應(yīng)避免一級售輪傳動(dòng)有過大的傳動(dòng)比。故主功輪直徑一定時(shí)，傳動(dòng)比越大， 從動(dòng)輪直輕也越加大，致使齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)龐大。 2.各級傳動(dòng)比應(yīng)按傳動(dòng)比值遞減法分配: 即 i=iqi%。按 “傳動(dòng)比遞減法分配。i 降連比較大，可使中間軸獲得較高轉(zhuǎn)數(shù)。由于功率是力矩和轉(zhuǎn)速的乘積，所以當(dāng)中 間軸有較高轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，則作用在上扭矩及齒輪 上圓周力都較小，因此軸和軸承上受的 載荷也較小。為了減少噪音，動(dòng)載荷，和提高齒輪的承載能力有建付宜采用斜齒輪 和人字肯輪傳動(dòng)低連付用直齒輪。 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把電動(dòng)機(jī)的能量傳給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，并對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行減 速，使滑塊獲得所需的行程次數(shù)。曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)有四個(gè)比較突出的問題需 在設(shè)計(jì)前加以分析和確定，以便使整個(gè)壓力機(jī)能達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，性能良 好和外形美觀。下面就傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題進(jìn)行比較。 2.3.1 確定滑塊上加力點(diǎn)的數(shù)目及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 按壓力機(jī)滑塊上加力點(diǎn)的數(shù)目（即連桿的數(shù)目），分為單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 機(jī)。（1）滑塊前后、左右尺寸小于 1700mm；墊板前后尺寸小于 2000mm，采用單 點(diǎn)。（2）滑塊和墊板的前后尺寸大于 2000mm，采用雙點(diǎn)。（3）滑塊前后、左右 尺寸和墊板前后尺寸都大于 2000mm，采用四點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用單點(diǎn)式。 通用壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)大多采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)簡圖如圖所示 O 點(diǎn)表示 曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，A 點(diǎn)表示連桿與曲柄的連結(jié)點(diǎn)，B 點(diǎn)表示連桿與滑塊的連結(jié)點(diǎn)， OA 表示曲柄半徑，AB 表示連桿長度。所以 OA 以角速度 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，B 點(diǎn)則以 速度 v 作直線運(yùn)動(dòng)。 圖 2-3 壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)簡圖 曲柄滑塊的結(jié)構(gòu)主要由偏心齒輪、芯軸、連桿和滑塊組成。偏心齒輪的偏心頸 相對于芯軸有一定的偏心距，相當(dāng)于曲柄半徑。芯軸兩端緊固在機(jī)身上。偏心頸在 芯軸上旋轉(zhuǎn)，就相當(dāng)于曲柄在旋轉(zhuǎn)，通過連桿使滑塊上下運(yùn)動(dòng)。 1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的選擇 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的類型有結(jié)點(diǎn)正置和結(jié)點(diǎn)偏置兩種；本設(shè)計(jì)采用結(jié)點(diǎn)正置的曲柄 滑塊機(jī)構(gòu)。圖 2-4 為結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系計(jì)算簡圖（所謂結(jié)點(diǎn)正置， 是指滑塊和連桿的連結(jié)點(diǎn) B 的運(yùn)動(dòng)軌跡位于曲柄旋轉(zhuǎn)中心 O 和連結(jié)點(diǎn) B 的連線上）。 滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達(dá)為： 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 圖 2-4 節(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) （2-14 ）)cos(LRLS 而 insi 令 L 則 sini 而 21co 所以 2sins 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 代入式（1-13）整理得： （2-2sin1cos1RS 15） 由于 一般小于 0.3，對于通用壓力機(jī)， 一般在 0.1-0.2 范圍內(nèi)，故式可進(jìn)行 簡化。根據(jù)二項(xiàng)式定理，取 22sin1sin1 代入式（2-14）整理得： （2-2cos14cos1RS 16） 式中：S 滑塊行程，從下死點(diǎn)算起，以下均同； 曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點(diǎn)算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正，以下均 同； R 曲柄半徑； L 連桿長度（當(dāng)連桿可調(diào)時(shí)取最短時(shí)數(shù)值）。 RS20 S0為滑塊行程 150mm； 所以 m75210R 因?yàn)?；其中取 ；LRm5L 則 136.075R 因?yàn)? 在 0.1-0.2 范圍內(nèi)，所以 L=1450mm 符合要求。 2.3.2 確定傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式 在確定傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式時(shí)，通常著重考慮以下三個(gè)方面：傳動(dòng)系統(tǒng)的安放 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 位置、曲柄軸和傳動(dòng)軸的布置方式、曲柄軸上齒輪傳動(dòng)形式和安裝部位。 2.3.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的安放位置 曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可置于工作臺之上或工作臺之下，前者稱為上傳動(dòng)，后 者稱為下傳動(dòng)。上傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：重量較輕，成本較低； 安裝維修都比 較方便；地基較為簡單。上傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是壓力機(jī)的地面以上部分較高，運(yùn)行 不夠平穩(wěn)。下傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：壓力機(jī)的重心低，運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音較小； 能提高滑塊的運(yùn)動(dòng)精度，延長模具的使用壽命，改善工作的質(zhì)量； 壓力機(jī)地 面以上的部分減小，可用于高度較低的車間；立柱和上梁的受力情況較好。下傳 動(dòng)的缺點(diǎn)是： 體積較大，總重量大；維修步方便，摩擦離合器和制動(dòng)器的散 熱條件比較差；地基龐大，造價(jià)高。 綜合考慮、比較以上的各優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)是一種通用壓力機(jī)，故采用上傳動(dòng)方 式。 2.3.2.2 曲柄軸和傳動(dòng)軸的布置方式 曲柄軸和傳動(dòng)軸可以垂直于壓力機(jī)的正面放置，也可以平行于正面放置。 當(dāng)壓力機(jī)的曲柄軸和傳動(dòng)軸平行于壓力機(jī)正面放置時(shí)，曲軸和傳動(dòng)軸都較長， 受力點(diǎn)和支撐軸間的距離也較大，因而剛度較差。垂直于壓力機(jī)正面的放置形式， 克服了前一種形式的缺點(diǎn)，曲軸和傳動(dòng)軸剛度較好。本設(shè)計(jì)是一種中型壓力機(jī)，采 用了偏心齒輪，故采用垂直于壓力機(jī)正面的放置形式。 2.3.2.3 曲柄軸上齒輪的傳動(dòng)形式和安裝部位 曲柄軸上齒輪傳動(dòng)可以設(shè)計(jì)成單邊傳動(dòng)或雙邊傳動(dòng)。采用雙邊傳動(dòng)時(shí)，齒輪尺 寸減小，壓力機(jī)高度降低，機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，還可以改善受力情況，但兩對齒輪要精 確加工，裝配時(shí)要保證運(yùn)動(dòng)同步，加工和裝配要求較高。曲柄軸上的傳動(dòng)齒輪，可 放在機(jī)身外，也可放在機(jī)身內(nèi)。前一種形式，齒輪的工作條件較差，機(jī)器外形不夠 美觀，但安裝檢修比較方便；后一種形式，齒輪的工作條件較好，外觀也較美觀， 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 但安裝、檢修比較困難；現(xiàn)在越來越傾向于后一種。 本設(shè)計(jì)是一種中型壓力機(jī)，而且又是一種通用的經(jīng)濟(jì)型壓力機(jī)，綜合考慮其壓 力與造價(jià)，采用單邊齒輪傳動(dòng)，而且齒輪放在機(jī)身內(nèi)。 2.3.3 確定傳動(dòng)級數(shù)和各傳動(dòng)比的分配 曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)級數(shù)和各級傳動(dòng)比的分配，取決于滑塊每分鐘行程次數(shù)和所選 擇的飛輪轉(zhuǎn)速。一般滑塊行程次數(shù)在 70 次/分以上的，采用單級傳動(dòng)；7028 次/ 分的用兩級傳動(dòng)；2810 次/ 分的用三級傳動(dòng)。各級傳動(dòng)比的分配要恰當(dāng)，使傳動(dòng) 系統(tǒng)有可能布置得合理而且緊湊。一般三角皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比步超過 68，齒輪傳 動(dòng)的傳動(dòng)比不超過 79。根據(jù)本設(shè)計(jì)的工作參數(shù)要求，選用二級傳動(dòng)。選用電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速為 1460 轉(zhuǎn)/ 分。 根據(jù)參考文獻(xiàn) 4表 1-2 確定各部分效率為： V 帶傳動(dòng)效率 1= 0.96，滾動(dòng)軸承傳 動(dòng)效率 2= 0.99，閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率 3= 0.97，偏心齒輪滑動(dòng)軸承效率 4= 0.96。 2.3.3.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 壓力機(jī)滑塊的行程頻率（轉(zhuǎn)速）：n =40r/min 總傳動(dòng)比： 5.3640/1/nim總 2.3.3.2 分配各級傳動(dòng)比 根據(jù)參考文獻(xiàn) 4表 1-3 推薦傳動(dòng)比的范圍，選 V 帶傳動(dòng) i1= 6.2（7 推薦 25）, 圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為： )63直 齒(9.526/.3/1總2 i 2.3.3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 0 軸電動(dòng)機(jī)軸： kW150dP 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 r/min14600mnmN1.9859500 PT 1 軸齒輪軸： kW461501 P r/min.2341inmN95895011 T 2 軸偏心齒輪軸： kw 82.13970.432121 PP r/min2952inmN.306810922 PT 將計(jì)算的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)列表 1-1： 表 2-1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表 軸 名 參 數(shù) 0 軸 1 軸 2 軸 轉(zhuǎn) 速 （r / min） 1460 233.5 39.92 輸入功率 (kW) 15 14.4 13.82 輸入轉(zhuǎn)矩 (N.m) 98.11 583.9 3306.2 傳 動(dòng) 比 i 6.2 5.9 2.3.4 選擇離合器和制動(dòng)器的類型 剛性離合器不宜在高轉(zhuǎn)速下工作，采用剛性離合器的壓力機(jī)，離合器和制動(dòng)器 應(yīng)裝置在曲軸上。剛性離合器和制動(dòng)器只適用于小型壓力機(jī)。 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 采用摩擦離合器時(shí)，對于具有兩級和兩級以上傳動(dòng)的壓力機(jī)，離合器既可以放 在曲柄軸上，也可以放在中間軸上。近年來，閉式通用壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，都封閉 在機(jī)身內(nèi)并采用偏心齒輪傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上限制了離合器和制動(dòng)器的安放位置 9，因 而大多將其置于飛輪軸上，僅少數(shù)壓力機(jī)裝置在中間軸上。 本設(shè)計(jì)采用二級傳動(dòng)，最后一級采用偏心齒輪傳動(dòng)，故用圓盤式摩擦離合器離 合器和制動(dòng)器，且裝在大皮帶輪軸上。 曲柄壓力機(jī)的離合器都有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、連接零件以及操縱機(jī)構(gòu)組成。 本壓力機(jī)選用摩擦離合器。制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式按其工作情況分為干式和濕式兩種。 干式離合器和制動(dòng)器的摩擦面露在空氣中，而濕式則放在油里。按其摩擦面的形狀， 又有圓盤式、浮動(dòng)嵌塊式和圓錐式等型式。目前常用的式盤式和浮動(dòng)嵌塊式摩擦離 合器 制動(dòng)器。摩擦離合器是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上 是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組點(diǎn)成。主、從動(dòng)部分和壓 緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動(dòng)動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu) 主要是使離合器分離的裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪是離合器的主動(dòng)件，帶有摩擦片的從動(dòng)盤 和從動(dòng)轂借滑動(dòng)花鍵與從動(dòng)軸(即變速器的主動(dòng)軸)相連。壓緊彈簧則將從動(dòng)盤壓緊 在飛輪端面上。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與從動(dòng)盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動(dòng)盤 上，再由此經(jīng)過從動(dòng)軸和傳動(dòng)系中一系列部件傳給驅(qū)動(dòng)輪。壓緊彈簧的壓緊力越大， 則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 2-5 圓盤式制動(dòng)離合器-制動(dòng)器 主動(dòng)部分:由大帶輪(飛輪)7、離合器內(nèi)齒圈 8、主動(dòng)摩擦片 9、氣缸 1、活塞 2 和推桿 5 等組成。在大帶輪上固接離合器內(nèi)齒圈,離合器內(nèi)齒圈與主動(dòng)摩擦片的輪齒 相嚙合。只要壓力機(jī)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，大帶輪.離合器內(nèi)齒圈、主動(dòng)摩擦片就不停旋轉(zhuǎn)。 從動(dòng)部分：由空心傳動(dòng)軸 4、從動(dòng)摩擦片 6、離合器外齒圈 13 和摩擦片 12 等組 成?？招膫鲃?dòng)軸上固接離合器外齒圈，離合器外齒圈與從動(dòng)摩擦片的輪齒相嚙合。 大帶輪并不直接與空心傳動(dòng)軸裝在一起,而是支承在滾動(dòng)軸承上 ,因此平時(shí)大帶輪 旋轉(zhuǎn)時(shí)空心傳動(dòng)軸并不旋轉(zhuǎn)。 接合件是主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩擦片。摩擦片的材料多為銅基粉末冶金摩擦材料。 動(dòng)作過程:電磁空氣分配閥通電開啟后,壓縮空氣進(jìn)人離合器氣缸 ,向右推動(dòng)活塞, 使離合器主從動(dòng)摩擦片被壓緊,大帶輪便可以帶動(dòng)空心傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng) ;同時(shí)空心傳動(dòng)軸內(nèi) 的推桿向右移動(dòng)，帶動(dòng)制動(dòng)器外齒圈壓縮制動(dòng)彈簧，于是制動(dòng)器在離合器接合之前 已經(jīng)脫開。電磁空氣分配閥斷電后,離合器氣缸與大氣相通，氣缸排氣，在制動(dòng)彈簧 作用下，空心傳動(dòng)軸內(nèi)的推桿推動(dòng)活塞向左移動(dòng),離合器脫開 ;同時(shí)制動(dòng)彈簧釋放，于 是制動(dòng)器摩擦片被壓緊，產(chǎn)生制動(dòng)作用，從而迫使從動(dòng)部分停止運(yùn)動(dòng)。 山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 操縱機(jī)構(gòu)由氣缸活塞