J31-315曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】
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院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
分院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班級
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
設(shè)計(jì)（論文）起止日期
教研室主任
題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求
1. 題目名稱：J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
2. 要求：
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)。J31-315壓力機(jī)的各主要參數(shù)如下：
（1）公稱壓力 曲柄壓力機(jī)的公稱壓力是指滑塊離下死點(diǎn)前某一特定距離或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)前某一特定角度時(shí)，滑塊上所容許承受的最大作用力。J31-315壓力機(jī)的公稱壓力為3150千牛。
（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。J31-315壓力機(jī)的滑塊行程為315毫米。
（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)。J31-315壓力機(jī)的滑塊的行程次數(shù)為20次∕分。
論文開題報(bào)告（設(shè)計(jì)方案論證）
應(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容：
1、 本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會調(diào)查）情況總結(jié)；3、查閱文獻(xiàn)資料情況（列出主要文獻(xiàn)清單）；4、擬采取的研究路線；5、進(jìn)度安排。
1. 本課題研究的意義：
J31-315曲柄壓力機(jī)是先進(jìn)國家工廠中常用的一種鍛壓設(shè)備。用鍛壓工藝替代切削工藝來生產(chǎn)工件具有高效率、質(zhì)量好、重量輕、成本低的特點(diǎn)，所以，工業(yè)先進(jìn)的國家越來越多地采用鍛壓設(shè)備。與工業(yè)先進(jìn)的國家相比，我國的曲柄壓力機(jī)制造業(yè)還很落后，因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要。
2. 調(diào)研情況總結(jié)：
為了更好的完成本設(shè)計(jì)，我們參觀了長春第一汽車制造廠，并在網(wǎng)上查閱了大量有關(guān)資料，對壓力機(jī)的功能、原理及結(jié)構(gòu)有了直觀的了解，對順利完成本設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用。
3. 參考文獻(xiàn)：
[1] 蘇翼林主編《材料力學(xué)》(第二冊 上冊) [M] 北京 高等教育出版社 1987年
[2] 濮良貴,紀(jì)名剛主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》(第七版)[M] 北京 高等教育出版社 2001年
[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)書冊編寫組主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 [M] 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1981年
[4] 何德譽(yù)主編《曲柄壓力機(jī)》（第一版） [M] 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981年
[5] 華中工學(xué)院編寫組《機(jī)械傳動及壓力機(jī)》 [M] 北京 人民教育出版社 1999年
[6] 申永勝主編《機(jī)械原理教程》（第二版） [M] 北京 清華大學(xué)出版社 2005年
4.擬采取的研究路線：
指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)→充分理解本課題要解決的問題→查閱文件和素材（圖書館、上網(wǎng)）→翻譯英文資料（達(dá)新校區(qū)主樓教室）→到長春一汽參觀→撰寫論文（達(dá)新校區(qū)主樓教室）→CAD繪圖→指導(dǎo)教師審查→修改、完善、定稿→準(zhǔn)備答辯。
5．進(jìn)度安排：
3月 2日—3月 15日 查閱文件，書籍材料。
3月 16日—3月 29日 翻譯英文材料。
3月 30日—4月 26日 寫課題論文，寫初稿。
4月 27日—5月 17日 完善論文，定稿。
5月 18日—6月 7日 繪制設(shè)計(jì)草圖、打印。
6月 8日—6月 21日 整理，熟悉文件。
指導(dǎo)教師審閱意見：
年 月 日
記事：
教師審閱意見：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
姓名
學(xué)號
畢業(yè)屆別
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
學(xué) 歷
職 稱
具體要求：J31-315曲柄壓力機(jī)是先進(jìn)國家工廠中常用的一種鍛壓設(shè)備。采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件有效率高、質(zhì)量好、重量輕和成本低的特點(diǎn)。所以，現(xiàn)在工業(yè)先進(jìn)的國家越來越多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機(jī)的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量越來越高，壓力也越來越大。
J31-315壓力機(jī)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：
（1） 確定壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)；
（2） 進(jìn)行傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；
（3） 初步確定主要零部件的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸，繪制總裝配草圖和主要草圖；
（4） 核算主要零部件的參數(shù)和尺寸；
（5） 繪制零部件圖和總圖。
參考資料：1）《曲柄壓力機(jī)》
2）《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
時(shí)間安排：
2019年2月25日-----2019年4月1日 完成開題報(bào)告
2019年4月 2 日-----2019年4月12日 完成論文提綱
2019年4月13日-----2019年5月13日 完成論文初稿
2019年5月14日-----2019年6月8日 論文修改、定搞、打印
2019年6月18日-----2019年6月20日 論文答辯
指導(dǎo)教師簽字：
2019年 2 月 25 日
教研室意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
題目發(fā)出日期
2018.12.28
設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間
2019.2.25～2019.5.30
附注：
開題報(bào)告書
課題名稱
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
課題來源
課題類型
AY
導(dǎo) 師
學(xué)生姓名
學(xué) 號
專 業(yè)
開題報(bào)告內(nèi)容：
一、 目的及意義：
J31-315曲柄壓力機(jī)是先進(jìn)國家工廠中常用的一種鍛壓設(shè)備。用鍛壓工藝替代切削工藝來生產(chǎn)工件具有高效率、質(zhì)量好、重量輕、成本低的特點(diǎn)，所以，工業(yè)先進(jìn)的國家越來越多地采用鍛壓設(shè)備。與工業(yè)先進(jìn)的國家相比，我國的曲柄壓力機(jī)制造業(yè)還很落后，因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要。
二、 研究的主要內(nèi)容：
（1）確定壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)；
（2）進(jìn)行傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；
（3）初步確定主要零部件的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸，繪制總裝配草圖和主要草圖；
（4）核算主要零部件的參數(shù)和尺寸；
（5）繪制零部件圖和總圖。
方法及預(yù)期目的：
通過對壓力機(jī)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算以及查閱相關(guān)資料,按照經(jīng)驗(yàn)類比的方法來完成壓力機(jī)的設(shè)計(jì)。J31-315是一種單點(diǎn)、閉式的曲柄壓力機(jī)，利用電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)兩級齒輪減速后，再通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的上下運(yùn)動，從而對工件進(jìn)行鍛造加工。
通過設(shè)計(jì)方案的對比，傳動系統(tǒng)采用三級傳動的形式，且最后一級用偏心齒輪代替曲軸傳動，傳動系統(tǒng)放在機(jī)身內(nèi)且為上傳動，曲柄軸和傳動軸垂直放置在壓力機(jī)的正面，完成了離合器、制動器、偏心齒輪等主要零部件的選用和設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題類型： （1）A—工程設(shè)計(jì)；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評閱書(1)
姓名
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師評語：
得分
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
評閱人評語：
得分
評閱人簽字：
年 月 日
等級
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評閱書(2)
姓名
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
答辯小組評語：
等級
組長簽字：
年 月 日
答辯委員會綜合評語：
等級
答辯委員會主任簽字：
年 月 日（學(xué)院公章）
注：答辯小組根據(jù)評閱人的評閱簽署意見、初步評定成績，交答辯委員會審定，蓋學(xué)院公章。
“等級”用優(yōu)、良、中、及、不及格五級制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績評定辦法評定最后成績）。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄
姓名
畢業(yè)屆別
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)
題目
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
答辯時(shí)間
答辯組成員（簽字）：
答辯記錄：
記錄人（簽字）：
年 月 日
答辯小組組長（簽字）：
年 月 日
附注：
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
壓力機(jī)是工業(yè)上一種用來鍛壓的設(shè)備，采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低的特點(diǎn)。因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要。
J31-315是一種單點(diǎn)、閉式的曲柄壓力機(jī)。它是利用電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)兩級齒輪減速后，再通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的上下運(yùn)動，從而對工件進(jìn)行鍛造加工。在設(shè)計(jì)中，通過設(shè)計(jì)方案的對比，傳動系統(tǒng)采用三級傳動的形式，且最后一級用偏心齒輪代替曲軸傳動。完成了皮帶輪 、離合器、制動器、偏心齒輪和軸等主要零部件的選用和設(shè)計(jì)以及壓力機(jī)的機(jī)身的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度的校核，計(jì)算結(jié)果表明設(shè)計(jì)合乎要求。壓力機(jī)的運(yùn)動與停止選用浮動嵌塊式摩擦離合器和制動器來控制。
關(guān)鍵詞：曲柄壓力機(jī)；曲柄滑塊；鍛壓設(shè)備
The design of J31-315 Crank Press
ABSTRACT
The press is used for forging industrial equipment, forging a productive part of a high efficiency, good quality, light weight, low cost features. Therefore, we must vigorously develop the crank presses, to meet the needs of China's modernization drive.
The J31-315 is a single point, closed crank press. It is the use of motor driven pulley rotation, the two gear reducer, and then through the slider-crank mechanism to rotate into a slider up and down movement, thereby forging the workplace for processing. In the design, by contrast design, drive system used in the form of three transmission, and the last one to replace the eccentric crankshaft gear transmission. Completed a pulley, clutch, brakes, gears and eccentric shaft, and other major components of the selection and design of the fuselage and press the design, and the strength and stiffness of the check, the results showed that with the design requirements. The movement and stop of The Press is optional floating inlay block friction clutch and brake to control.
Key words: crank press; crank slide block; the equipment of forging and stamping
目錄
摘要 viii
ABSTRACT ix
緒論………………………………………………………………………………...1
1 J31-315壓力機(jī)概述………………………………………………………….2
1.1 J31-315壓力機(jī)工作原理及構(gòu)件……………………………………………2
1.2 J31-315壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)………………………………………………3
2 J31-315壓力機(jī)的方案對比及選擇……………………………………………4
2.1 電動機(jī)的選擇………………………………………………………………..4
2.2 傳動系統(tǒng)的對比和設(shè)計(jì)………………………………………………………7
2.2.1確定滑塊加力點(diǎn)的數(shù)目及機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析…………………………………7
2.2.2確定傳動系統(tǒng)的布置方式…………………………………………………9
2.2.3確定傳動比及各傳動比的分配……………………………………………10
2.2.4選擇離合器和制動器的類型………………………………………………11
3 主要零件的設(shè)計(jì)與校核………………………………………………………14
3.1帶和帶輪設(shè)計(jì)……………………………………………………………….14
3.2齒輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………15
3.2.1齒輪概述……………………………………………………………………15
3.2.2一級齒輪傳動的設(shè)計(jì)………………………………………………………15
3.2.3偏心齒輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………18
3.3軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………21
3.3.1大皮帶輪軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………21
3.3.2中間軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………23
3.3.3偏心齒輪軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………24
3.4滑塊與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)…………………………………………………………...26
3.5連桿的設(shè)計(jì)… ………………………………………………………….…..27
3.5.1連桿及裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)…………………………………………………27
3.5.2連桿及調(diào)節(jié)螺桿的校核……………………………………………………27
3.5.3滑動軸承的校核…………………………………………………………29
4 機(jī)身的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………. 30
4.1 機(jī)身的比較和選擇………………………………………………………….30
4.2 機(jī)身的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………….30
4.2.1立柱和拉緊螺栓校核………………………………………………………30
4.2.2上梁的強(qiáng)度校核……………………………………………………………32
4.2.3底座的強(qiáng)度校核……………………………………………………………33
5 輔助裝置的選擇 ……………………………………………………………. 33
5.1 過載保護(hù)裝置的選擇……………………………………………………….33
5.2 拉延墊……………………………………………………………………….33
5.3 滑塊平衡裝置……………………………………………………………….33
5.4 潤滑系統(tǒng)…………………………………………………………………….33
總結(jié)……………………………………………………………………………….36
謝辭……………………………………………………………………………… 37
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………38
附錄A 外文翻譯－原文部分…………………………………………………..39
附錄B外文翻譯－譯文部分…………………………………………………..46
9
對六連桿機(jī)械壓力機(jī)碰撞噪聲的調(diào)查報(bào)告
摘要:傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)由曲柄和滑塊構(gòu)成，是一種最常用的沖壓機(jī)。但它不能滿足深拉操作，其中長時(shí)間停留在BDC是可取的，以避免裂紋或皺紋。這種動機(jī)的機(jī)械壓力機(jī)是一六桿機(jī)構(gòu)。然而,工作引入新機(jī)制產(chǎn)生噪聲。本文提出一種研究機(jī)械壓力機(jī)的噪音的分類學(xué)。調(diào)查噪聲的根源采用噪聲特征分析、剛體動力學(xué)分析和有限元法(FEM)。發(fā)現(xiàn)噪聲是由齒輪的排序造成的。最后提出一種改進(jìn)的設(shè)計(jì)，給出了一些建議,以減少噪音。
關(guān)鍵詞：六桿機(jī)械壓力機(jī)，特征分析，沖擊噪聲，有限元法（FEM）
1.介紹
常規(guī)機(jī)械壓力機(jī)包括裂紋和滑塊是一種最常用的沖壓。其軌跡是不可控的下死點(diǎn)（BDC），因此它不能滿足多種需求[1]。例如，在BDC長的停留時(shí)間是可取的，以避免裂紋或皺紋深沖操作[2]。這個(gè)機(jī)械壓力機(jī)的動機(jī)被設(shè)計(jì)成五，六，九桿結(jié)構(gòu)[3，4]。一般而言，在機(jī)械金屬成型壓機(jī)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師大多關(guān)注的是運(yùn)動學(xué)[5]。很少有人研究了動力學(xué)的動態(tài)，但它是非常重要的性能[6]當(dāng)設(shè)計(jì)和建造一個(gè)商業(yè)印刷機(jī)時(shí)，那就有必要探討其性能和持續(xù)改進(jìn)。
在這項(xiàng)研究中，一個(gè)六連桿（包括四連桿和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）已經(jīng)建立一個(gè)通過300噸的最大負(fù)載能力的商業(yè)機(jī)械壓力機(jī)。設(shè)計(jì)工程師們仔細(xì)檢查了壓力機(jī)的運(yùn)動學(xué)和制造裝配,均在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)完成，因此，按工作正常。不過壓力機(jī)產(chǎn)生噪音和不加載。聲音強(qiáng)度大于90分貝，這會導(dǎo)致各種問題，如機(jī)器的可靠性和操作者的安全性。
傳動系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示于圖1（a），其CAD模型示于圖1（b）。它包括七個(gè)部分：一馬達(dá)（圖中未示出），連接到飛輪通過高速軸，減速齒輪組（其中包括高速齒輪和所述低速齒輪），其控制所述接合的聯(lián)接器的齒輪組和曲柄，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，和一個(gè)連接到滑塊上的四桿機(jī)構(gòu)。其中，四桿機(jī)構(gòu)是關(guān)鍵，因?yàn)樗鼔毫C(jī)的動態(tài)性的理論。
L1=45mm L2= 165mm L3=208 mm L4= 260mm L5=800~10000mm e= 80mm
圖1（一）插圖的六桿聯(lián)動機(jī)制，該機(jī)制（二）物理模型
本文旨在找出噪音的根源（次）。所提出的研究將調(diào)查噪音的各個(gè)方面，并提供完善的解決方案。本文的其余部分安排如下。在第2節(jié)中，噪聲的特征分析。在第3節(jié)中，系統(tǒng)的動力學(xué)研究了剛體動力學(xué)分析和有限元分析。在第4節(jié)，一個(gè)改進(jìn)的設(shè)計(jì)建議，以減少沖擊噪音。最后，結(jié)論在第5節(jié)給出。
2.噪聲信號的特征分析
2.1.實(shí)驗(yàn)裝置
正如前面提到的，噪聲是設(shè)計(jì)的主要問題。第一步是噪聲信號的分析。使用麥克風(fēng)緊密放置在壓力機(jī)的聲音信號進(jìn)行了測量。圖2示出的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主要包括一個(gè)麥克風(fēng)（制造商：的Brüel＆KJR，型號：型號4191），信號放大器（百靈達(dá)，型號：XENYX802），信號采集系統(tǒng)（聲卡）和一臺PC電腦。麥克風(fēng)的頻率范圍為3.15赫茲?40千赫。
圖2實(shí)驗(yàn)裝置
2.2.噪聲信號和特征分析
在實(shí)驗(yàn)過程中，壓力機(jī)的運(yùn)行速度設(shè)定為每分鐘（SPM）（因此，其工作頻率為1.67赫茲）100行程，無負(fù)荷施加和采樣頻率為48千赫。圖3（a）示出了一個(gè)典型的噪聲信號。圖3（b）是放大在三個(gè)周期，從中可以看出，每個(gè)周期包括兩個(gè)大峰，AB。
圖3一個(gè)典型的噪聲信號 圖4噪聲信號的頻譜
圖5噪聲信號的包絡(luò)譜 圖6噪聲信號的能量的時(shí)間 - 頻率譜
圖4示出在圖的信號的FFT頻譜。 從圖3中可以看出，該噪音信號具有三個(gè)主要組成部分，分別是157赫茲，781赫茲和1255赫茲。在157赫茲的組分是對應(yīng)于齒輪嚙合頻率和它的能量是相當(dāng)小的。在781赫茲的分量具有最大的振幅和負(fù)責(zé)的噪音。這將是研究的重點(diǎn)。
圖5顯示了包絡(luò)譜。從圖中可以看出，主要的頻率為23赫茲，這是峰值的發(fā)。這表明該噪音是由一系列的影響每個(gè)工作循環(huán)生頻。圖6示出了信號的時(shí)間 - 頻率頻譜。從圖中，可以看出，沿781赫茲一系列峰的出現(xiàn)，以及它們的幅度變化時(shí)。然而，主要有兩種高峰（圖3對應(yīng)的峰A和B）出現(xiàn)在每一個(gè)時(shí)期。此外，山頂A的振幅比B峰的大。
基于以上的研究中，可以看出是（a）有對應(yīng)于A和B分別在每個(gè)周期中兩個(gè)大的影響，（b）該噪聲的主要頻率為780赫茲和（c）的沖擊頻率為23赫茲。有必要分析驅(qū)動系統(tǒng)的動力學(xué)找到噪聲的根源。
3.動態(tài)分析
3.1.影響力分析
為了研究噪聲的來源，系統(tǒng)的動態(tài)模型是必要的進(jìn)一步機(jī)械調(diào)查，這可能反映真實(shí)的工作條件，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的負(fù)荷分析構(gòu)造。在本研究中，壓力機(jī)的動態(tài)分析使用商業(yè)軟件RecurDyn的系統(tǒng)進(jìn)行。該鍵之間的所有關(guān)節(jié)力由該模擬獲得的，其中的齒輪之間的接觸力引起了我們的興趣。圖7示出了齒輪之間的接觸力（黑色），并且其分化（橙色）。檢查力量的分化，可以看出，接觸力迅速改變兩倍方向，在A和B，當(dāng)沖頭向上移動。這很容易讓人產(chǎn)生兩個(gè)大的沖擊。因此，一個(gè)響亮的噪音就會產(chǎn)生。
圖7齒輪之間的沖擊力
為了進(jìn)一步調(diào)查噪聲信號中的頻率成分，但是，有限元分析（FEA）是必要。
3.2.機(jī)械部件的自然頻率
振動通常是由結(jié)構(gòu)的振動引起的這是眾所周知的，因此，有必要找到該結(jié)構(gòu)的固有頻率。該分析方法可用于發(fā)現(xiàn)固有振動頻率。然而，這是因?yàn)榧僭O(shè)的不準(zhǔn)確。在實(shí)用中，F(xiàn)EA是一個(gè)變量的方法來找到精確解微分方程用于驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的振動。有用于有限元分析等的Abaqus，ANSYS，Nastran軟件，等一些商業(yè)軟件[7，8]。在這個(gè)研究中，我們使用的Abaqus找到如表1中所示的機(jī)械部件的自然頻。
此外，該高速軸的第一模式形狀是扭轉(zhuǎn)，這是在轉(zhuǎn)矩相同的方向。據(jù)認(rèn)為，這種模式是負(fù)責(zé)對23赫茲的重復(fù)頻率。和高速齒輪和低速齒輪的第二個(gè)自然第四固有頻率接近的主要頻率的噪音。此外，相應(yīng)的模式形狀是彎曲的齒輪齒。因此，齒輪的齒應(yīng)該進(jìn)一步調(diào)查。
圖8（a）示出低速齒輪的有限元分析模型。負(fù)載被施加到齒中的一個(gè)。所施加的負(fù)載量為1個(gè)單位的歸一化力，在頻率范圍為1赫茲至1500赫茲。圖8（b）示出了頻率響應(yīng)的結(jié)果。從圖中可以看出，該齒輪具有在480Hz的，740H頻率是負(fù)責(zé)巨響。有限元分析的頻率（740赫茲）和實(shí)際噪聲頻率（780赫茲）之z分別三個(gè)主要的頻率，和1350赫茲。最大頻率分量是在740赫茲。據(jù)認(rèn)為，這一間的差異可以歸因于該有限元分析模型的簡化。在結(jié)論中，我們相信，咋是由齒輪的碰撞產(chǎn)生的，而噪聲可以通過消除齒輪間隙的減小。
表1模型的主要組成部分模態(tài)頻率（HZ）
模型
1
2
3
4
5
6
高速軸
24.2
29.7
54.8
285.3
581.0
1035.4
高速齒輪
67.3
360.5
466.1
753.0
892.9
1189.0
低速齒輪
593.1
619.0
1147.8
1205.3
1278.0
1477.0
上鏈接
67.0
74.7
80.5
102.6
185.2
282.4
4.一種改進(jìn)設(shè)計(jì)
圖8（a）有限元的齒輪小齒輪的模型（二）頻率響應(yīng)
據(jù)較早提出的分析結(jié)果，聯(lián)系的長度不應(yīng)該改變，以保持設(shè)計(jì)的軌跡。另外，飛輪的慣性
和高速的剛性軸等，也可以進(jìn)行微調(diào)，以降低噪音。然而，這些解決方案是因?yàn)闄C(jī)械部件的不具有有效的小室用于改進(jìn)設(shè)計(jì)，由于強(qiáng)度的限制。這是一個(gè)選項(xiàng)，通過消除齒輪之間的間隙，提高了設(shè)計(jì)。所提出的設(shè)計(jì)示于圖9有兩個(gè)齒輪安裝在高速軸上，以消除齒輪間隙。
在這個(gè)設(shè)計(jì)中，2組齒輪對的被利用和一個(gè)螺旋彈簧將安裝在齒輪之間，以消除齒輪間隙。所述第一組齒輪對將扭矩傳遞到用于轉(zhuǎn)矩的情況下，曲柄軸在順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)扭矩方向改變時(shí)，第二組齒輪對的工作原理。因此，它認(rèn)為，該設(shè)計(jì)將有效地降低噪音。然而，需要一種新的設(shè)計(jì)模型在未來的動力學(xué)分析。
圖9該齒輪對的一個(gè)改進(jìn)的設(shè)計(jì)以消除齒輪間隙
結(jié)論
本文對一個(gè)六桿機(jī)械壓力機(jī)的噪聲提出研究。根據(jù)上面的討論，以下結(jié)論可以得出：壓力機(jī)的機(jī)械噪聲包含了許多對應(yīng)于壓力機(jī)的各種部件的固有頻率成分。當(dāng)沖擊發(fā)生時(shí)會產(chǎn)生噪聲。噪聲在操作過程中產(chǎn)生影響，變成變速四桿機(jī)構(gòu)。變速產(chǎn)生變力，引起對方的齒輪沖擊。它是一個(gè)選項(xiàng)，以避免對齒輪副之間的間隙，以減少噪音。簽名分析，機(jī)械動力學(xué)分析和有限元法的組合是分析機(jī)器故障的根本原因的有效方法。除了上面給出的應(yīng)用，它可用于涉及機(jī)械運(yùn)動的其它許多應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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[8]Junhong Z,Jun H.CAE process to simulate and optimise engine noise and vibration.Signal Process 2006;20:1400-1409
7
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目申報(bào)表
院 別 機(jī) 電 工 程 分 院
教 研 室 機(jī) 械 工 程 教 研 室
指導(dǎo)教師
職稱
年 月 日
題目名稱
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
題目類別
設(shè)計(jì)類
√
題目性質(zhì)
結(jié)合實(shí)際
√
專業(yè)
機(jī) 械
設(shè) 計(jì)
參加本題目學(xué)生人數(shù)
1人
論文類
虛擬題目
題目來源、教師準(zhǔn)備情況、主要培養(yǎng)學(xué)生哪些能力
1．本題目來源于指導(dǎo)教師的命題。
2．指導(dǎo)教師對此課題有深厚的理論基礎(chǔ)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設(shè)計(jì)。
3．本課題主要培養(yǎng)學(xué)生對已有知識的運(yùn)用能力、查找資料和閱讀能力、英譯漢的能力、工程機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力。
題 目 內(nèi) 容 及 要 求
一、內(nèi)容：
J31-315是一種單點(diǎn)、閉式的曲柄壓力機(jī)。它是利用電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)兩級齒輪減速后，再通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的上下運(yùn)動，從而對工件進(jìn)行鍛造加工
二、要求：
1.寫出1～1.5萬字的論文，繪制總裝圖和重要的零件圖。
論文內(nèi)容包括:
（1）曲柄壓力機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀。
（2）曲柄壓力機(jī)的特點(diǎn)及分類。
（3）曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。
（4）曲柄壓力機(jī)系統(tǒng)分析及確定。
（5）曲柄壓力機(jī)的合理設(shè)計(jì)。
2.將一篇與本課題有關(guān)的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。
實(shí)
踐
環(huán)
節(jié)
安
排
實(shí)習(xí)
長春第一汽車廠
實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)應(yīng)用
計(jì)算機(jī)繪圖
中、外文參考資料：
[1] 蘇翼林主編《材料力學(xué)》(第二冊 上冊) [M] 北京 高等教育出版社 1987年
[2] 濮良貴,紀(jì)名剛主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》(第七版)[M] 北京 高等教育出版社 2001年
[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)書冊編寫組主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 [M] 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1981年
[4] 何德譽(yù)主編《曲柄壓力機(jī)》（第一版） [M] 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981年
[5] 華中工學(xué)院編寫組《機(jī)械傳動及壓力機(jī)》 [M] 北京 人民教育出版社 1999年
[6] 申永勝主編《機(jī)械原理教程》（第二版） [M] 北京 清華大學(xué)出版社 2005年
教研室主任
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分 院 院 長
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注：題目類別和題目性質(zhì)請用符號√填在相應(yīng)欄內(nèi)。
J31-315曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
The design of J31-315 Crank Press
ABSTRACT
47
摘 要
壓力機(jī)是工業(yè)上一種用來鍛壓的設(shè)備，采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低的特點(diǎn)。因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要。
J31-315是一種單點(diǎn)、閉式的曲柄壓力機(jī)。它是利用電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)兩級齒輪減速后，再通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的上下運(yùn)動，從而對工件進(jìn)行鍛造加工。在設(shè)計(jì)中，通過設(shè)計(jì)方案的對比，傳動系統(tǒng)采用三級傳動的形式，且最后一級用偏心齒輪代替曲軸傳動。完成了皮帶輪 、離合器、制動器、偏心齒輪和軸等主要零部件的選用和設(shè)計(jì)以及壓力機(jī)的機(jī)身的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度的校核，計(jì)算結(jié)果表明設(shè)計(jì)合乎要求。壓力機(jī)的運(yùn)動與停止選用浮動嵌塊式摩擦離合器和制動器來控制。
關(guān)鍵詞：曲柄壓力機(jī)；曲柄滑塊；鍛壓設(shè)備
The design of J31-315 Crank Press
ABSTRACT
The press is used for forging industrial equipment, forging a productive part of a high efficiency, good quality, light weight, low cost features. Therefore, we must vigorously develop the crank presses, to meet the needs of China's modernization drive.
The J31-315 is a single point, closed crank press. It is the use of motor driven pulley rotation, the two gear reducer, and then through the slider-crank mechanism to rotate into a slider up and down movement, thereby forging the workplace for processing. In the design, by contrast design, drive system used in the form of three transmission, and the last one to replace the eccentric crankshaft gear transmission. Completed a pulley, clutch, brakes, gears and eccentric shaft, and other major components of the selection and design of the fuselage and press the design, and the strength and stiffness of the check, the results showed that with the design requirements. The movement and stop of The Press is optional floating inlay block friction clutch and brake to control.
Key words: crank press; crank slide block; the equipment of forging and stamping
目 錄
緒論 5
第一章 J31-315壓力機(jī)概述 6
1.1 J31-315壓力機(jī)的工作原理及構(gòu)件 6
1.2 J31-315壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 7
第二章J31-315壓力機(jī)的方案對比和選擇 8
2.1電動機(jī)的選擇 8
2.2傳動系統(tǒng)的對比和設(shè)計(jì) 12
第三章 主要零件的設(shè)計(jì)與校核 21
3.1 V帶和帶輪設(shè)計(jì) 21
3.2齒輪的設(shè)計(jì) 23
3.3軸的設(shè)計(jì) 31
3.4滑塊與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 38
3.5連桿的設(shè)計(jì) 38
第四章 機(jī)身的設(shè)計(jì) 41
4.1 機(jī)身的比較和選擇 41
4.2 機(jī)身的強(qiáng)度計(jì)算 42
第五章 輔助裝置的選擇 47
5.1 過載保護(hù)裝置的選擇 47
5.2 拉延墊 47
5.3 滑塊平衡裝置 47
5.4 潤滑系統(tǒng) 48
總 結(jié) 48
謝辭 49
參考文獻(xiàn) 50
緒論
鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、重量輕和成本低的特點(diǎn)。所以，工業(yè)先進(jìn)的國家愈來愈多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。鍛壓機(jī)械在機(jī)床中所占的比重也愈來愈大。近年來，鍛壓機(jī)械的擁有量日本為34%，美國為32.4%。在鍛壓機(jī)械中，又以曲柄壓力機(jī)最多，占一半以上。用曲柄壓力機(jī)可以進(jìn)行沖壓、模鍛等工藝，廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機(jī)的品種和數(shù)量愈來愈多，質(zhì)量要求愈來愈高，壓力愈來愈大。它在機(jī)械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中的作用愈來愈顯著。因此，大量制造和使用曲柄壓力機(jī)，已經(jīng)成為工業(yè)先進(jìn)國家的發(fā)展方向之一。
我國在解放以前，曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)非常落后，只能制造一些手動沖床。解放以后，才有了飛速的發(fā)展，到目前為止，我們已經(jīng)制造了80000千牛的熱模鍛壓力機(jī)，40000千牛的雙點(diǎn)壓力機(jī)以及其他各種型號的壓力機(jī)。但是，與工業(yè)先進(jìn)的國家比較，我國的曲柄壓力機(jī)制造業(yè)還很落后，主要表現(xiàn)在質(zhì)量不高、數(shù)量不足、品種不全等幾個(gè)方面，特別是缺乏大型高效的設(shè)備。因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機(jī)，以滿足富民強(qiáng)國的需要。
壓力機(jī)的類型很多，按照工藝用途分類如下：
（1）板料沖壓壓力機(jī)
1）通用壓力機(jī)，用來進(jìn)行沖裁、落料、彎曲、成形和淺拉延等工藝。
2）拉延壓力機(jī)，用來進(jìn)行拉延工藝。
3）板沖高速自動機(jī)，適用于連續(xù)級進(jìn)送料的自動沖壓工藝。
4）板沖多工位自動機(jī)，適用于連續(xù)傳送工件的自動沖壓工藝。
（2）體積模鍛壓力機(jī)
1）冷擠壓機(jī)，用來進(jìn)行冷擠壓工藝。
2）熱模鍛壓力機(jī)，用來進(jìn)行熱模鍛工藝。
3）精壓機(jī)，用來進(jìn)行平面精壓、體積精壓和表面壓印等工藝。
4）平鍛機(jī)，用來進(jìn)行平鍛工藝。
5）冷鐓自動機(jī)，用于制造如螺釘螺母等各種標(biāo)準(zhǔn)件。
6）精鍛機(jī)，用來精鍛各種軸類工件。
（3）剪切機(jī)
1）板料剪切機(jī)，用于裁剪板料。
2）棒料剪切機(jī)，用于截裁棒料。
第一章 J31-315壓力機(jī)概述
1.1 J31-315壓力機(jī)的工作原理及構(gòu)件
曲柄壓力機(jī)是以曲柄傳動的鍛壓機(jī)械，用圖1-1來說明它的工作原理及結(jié)構(gòu)。
電動機(jī)1通過三角皮帶把運(yùn)動傳給大皮帶輪3，再經(jīng)過兩級齒輪減速后把運(yùn)動傳給偏心齒輪9，連桿12的上端裝在凸輪上，下端與滑塊13連接，這樣通過連桿把偏心齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榛瑝K的上下直線往復(fù)運(yùn)動。上模14裝在滑塊上，下模15裝在墊板16上。因此，當(dāng)材料放在上下模之間時(shí)，即能進(jìn)行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于生產(chǎn)工藝的需要，滑塊有時(shí)運(yùn)動，有時(shí)停止，所以裝有離合器5和制動器4。壓力機(jī)在整個(gè)工件周期內(nèi)進(jìn)行工藝操作的時(shí)間很短，也就是說，有負(fù)荷的工作時(shí)間短，大部分時(shí)間為無負(fù)荷的空間時(shí)間。為了使電動機(jī)的負(fù)荷均勻，有效地利用能量，因而裝有飛輪。大皮帶輪3即起飛輪作用。
圖1-1 J31-315壓力機(jī)運(yùn)動原理圖
從上述的工作原理并參考結(jié)構(gòu)圖，曲柄壓力機(jī)一般有以下幾個(gè)組成部分：
1工作結(jié)構(gòu)，一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由偏心齒輪、連桿、滑塊等零件組成。
2 傳動系統(tǒng)，包括齒輪傳動、皮帶傳動等機(jī)構(gòu)。
3 操縱系統(tǒng)，如離合器、制動器。
4 能源系統(tǒng)，如電動機(jī)、飛輪。
5 支承部件，如機(jī)身。
除了上述的基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護(hù)裝置以及氣墊等。
1.2 J31-315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)。J31-315壓力機(jī)的各主要參數(shù)如下：
1公稱壓力 曲柄壓力機(jī)的公稱壓力是指滑塊離下死點(diǎn)前某一特定距離或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)前某一特定角度時(shí)，滑塊上所容許承受的最大作用力。J31-315壓力機(jī)的公稱壓力為3150千牛。
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。J31-315壓力機(jī)的滑塊行程為315毫米。
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)。J31-315壓力機(jī)的滑塊的行程次數(shù)為20次∕分。
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)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最上位置時(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。J31-315壓力機(jī)的最大裝模高度為490毫米，裝模高度調(diào)節(jié)量為200毫米。
第二章J31-315壓力機(jī)的方案對比和選擇
2.1電動機(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機(jī)，其功率為：
(2-1)
式中：Nm ——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)
式中: n ——壓力機(jī)滑塊行程次數(shù)（次/分）；
Cn——壓力機(jī)行程利用系數(shù)，采用手工送料Cn=0.65；
為了使飛輪尺寸不致過大，以及電動機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)等因素，故需將電動機(jī)的平均功率
選得大些，即：
(2-3)
式中：k——為電動機(jī)選用功率與平均功率比值，一般為1.2～1.6，取k=1.2；
壓力機(jī)一工作循環(huán)所消耗的能量A為： (2-4)
式中: A1——工作變形功（屬有效能量）；
A2——拉延工作功，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)的摩檫所消耗的能量；
A4——工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力機(jī)構(gòu)的摩檫所消耗的能量；
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)滑塊停頓所消耗的能量；
A7——單次行程時(shí)離合器接合所消耗的能量。
（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：
（2-5）
δ的大小隨板料的塑性和沖模間隙的大小而變化。通常?。?
（2-6）
式中：Pg ——壓力機(jī)公稱壓力為；
δ——切斷厚度（m）；
δ0——板料厚度（m）。
對于慢速壓力機(jī)（兩級及兩級以上傳動的壓力機(jī)） （2-7）
故有：
（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。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：
（2-8）
式中：S0——壓力機(jī)滑塊行程長度,S0=0.315m。
（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)動規(guī)律為平援變化。故可近似的將工作行程曲柄轉(zhuǎn)角αP取為壓力機(jī)的公稱壓力角αg，即：αP = αg。
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）
式中：Pm——工作行程中平均工作變形力（N）；
αg ——工作行程曲柄轉(zhuǎn)角（度），公稱壓力角αP = αg =20 0；
mμ——摩擦當(dāng)量力臂（m），mμ=26mm；
故有：
（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：
（2-10）
式中：yc——壓力機(jī)總的垂直變形（m）。
（2-11）
Cn1——壓力機(jī)垂直剛度（kN/mm），參考文獻(xiàn)[7]表7-3；取Cn1=700 kN/mm 。
（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：
（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：
（2-12）
式中：N6——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=3.5kW；
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)。
故有：
（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：
（2-13）
（8）總功A
電動機(jī)功率：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用JR-72-4電動機(jī)；Ne=30kw，ne=1460r/min。
2.2傳動系統(tǒng)的對比和設(shè)計(jì)
傳動系統(tǒng)的作用是把電動機(jī)的能量傳給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，并對電動機(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。下面就傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題進(jìn)行比較。
2.2.1 確定滑塊上加力點(diǎn)的數(shù)目及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析
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O(shè)A以角速度ω作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，B點(diǎn)則以速度v作直線運(yùn)動。
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。
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2-1為結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(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)動軌跡位于曲柄旋轉(zhuǎn)中心O和連結(jié)點(diǎn)B的連線上）?；瑝K的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達(dá)為：
圖2-1 結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
（2-14）
而
令
則
而
所以
代入式（1-13）整理得：
（2-15）
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
代入式（2-14）整理得：
（2-16）
式中：S ——滑塊行程，從下死點(diǎn)算起，以下均同；
α ——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）。
S0——為滑塊行程315mm；
所以
因?yàn)? ；其中取；
則
因?yàn)棣嗽?.1-0.2范圍內(nèi)，所以L=1450mm符合要求。
2.2.2 確定傳動系統(tǒng)的布置方式
在確定傳動系統(tǒng)的布置方式時(shí)，通常著重考慮以下三個(gè)方面：傳動系統(tǒng)的安放位置、曲柄軸和傳動軸的布置方式、曲柄軸上齒輪傳動形式和安裝部位。
（1）傳動系統(tǒng)的安放位置
曲柄壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)可置于工作臺之上或工作臺之下，前者稱為上傳動，后者稱為下傳動。上傳動的主要優(yōu)點(diǎn)為：①重量較輕，成本較低；②安裝維修都比較方便；③地基較為簡單。上傳動的主要缺點(diǎn)是壓力機(jī)的地面以上部分較高，運(yùn)行不夠平穩(wěn)。下傳動的主要優(yōu)點(diǎn)：①壓力機(jī)的重心低，運(yùn)行平穩(wěn)，振動和噪音較小；②能提高滑塊的運(yùn)動精度，延長模具的使用壽命，改善工作的質(zhì)量；③壓力機(jī)地面以上的部分減小，可用于高度較低的車間；④立柱和上梁的受力情況較好。傳動的缺點(diǎn)是：①體積較大，總重量大；②維修步方便，摩擦離合器和制動器的散熱條件比較差；③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)，故采用上傳動方式。
（2）曲柄軸和傳動軸的布置方式
曲柄軸和傳動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)的曲柄軸和傳動軸平行于壓力機(jī)正面放置時(shí)，曲軸和傳動軸都較長，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。
（3）曲柄軸上齒輪的傳動形式和安裝部位
曲柄軸上齒輪傳動可以設(shè)計(jì)成單邊傳動或雙邊傳動。采用雙邊傳動時(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)動同步，加工和裝配要求較高。曲柄軸上的傳動齒輪，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，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，而且齒輪放在機(jī)身內(nèi)。
2.2.3 確定傳動級數(shù)和各傳動比的分配
曲柄壓力機(jī)傳動級數(shù)和各級傳動比的分配，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；70～28 次/分的用兩級傳動；28～10次/分的用三級傳動。各級傳動比的分配要恰當(dāng)，使傳動系統(tǒng)有可能布置得合理而且緊湊。一般三角皮帶傳動的傳動比步超過6～8，齒輪傳動的傳動比不超過7～9。根據(jù)本設(shè)計(jì)的工作參數(shù)要求，選用三級傳動。選用電動機(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帶傳動效率η1= 0.96，滾動軸承傳動效率η2= 0.99，閉式圓柱齒輪傳動效率η3= 0.97，偏心齒輪滑動軸承效率η4= 0.96。
1） 傳動裝置的總傳動比
壓力機(jī)滑塊的轉(zhuǎn)速：nω =20r/min
總傳動比：
2） 分配各級傳動比
根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]表1-3推薦傳動比的范圍，選V帶傳動i1= 3.25,一級圓柱齒輪傳動的傳動比為：i2 = 4.78；則二級齒輪傳動比為：
3） 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)
0軸——電動機(jī)軸：
r/min
1軸——高速軸：
kW
r/min
2軸——低速軸：
kw
r/min
3軸——偏心齒輪軸：
kw
r/min
將計(jì)算的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)列表1-1：
表1-1運(yùn)動和動力參數(shù)表
軸 名
參 數(shù)
0 軸
1 軸
2 軸
3 軸
轉(zhuǎn) 速
（r / min）
1460
449.2
93.98
20
輸入功率(kW)
30
28.8
26.03
24.74
輸入轉(zhuǎn)矩(N.m)
196.23
612.3
2645.1
11813.4
傳 動 比i
3.25
4.78
4.7
2.2.4 選擇離合器和制動器的類型
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)，離合器和制動器應(yīng)裝置在曲軸上。剛性離合器和制動器只適用于小型壓力機(jī)。
采用摩擦離合器時(shí)，對于具有兩級和兩級以上傳動的壓力機(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)的傳動系統(tǒng)，都封閉在機(jī)身內(nèi)并采用偏心齒輪傳動，在結(jié)構(gòu)上限制了離合器和制動器的安放位置，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)采用三級傳動，最后一級采用偏心齒輪傳動，故用浮動嵌塊式摩擦離合器和制動器，且裝在大皮帶輪軸上。
曲柄壓力機(jī)的離合器都有主動部分、從動部分、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——制動器的結(jié)構(gòu)，其結(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、浮動嵌塊式和圓錐式等型式。目前常用的式盤式和浮動嵌塊式摩擦離合器——制動器。離合器的主動部分包括大皮帶輪、主動摩擦盤和環(huán)狀活塞等。從動部分為從動盤、從動軸以及制動器的內(nèi)盤等。接合件式主動摩擦盤和從動盤上的嵌塊。它的操縱機(jī)構(gòu)由氣缸、環(huán)狀活塞和壓縮空氣控制系統(tǒng)所組成。制動器懸置在支承外面，氣缸與制動器座相聯(lián)，活塞通過導(dǎo)向銷與制動盤連接。浮動嵌塊的斷面為長圓形，用石棉塑料制成。離合器和制動器各有十塊，在從動盤和內(nèi)盤上沿圓周方向均勻分布。摩擦面間的間隙由墊片調(diào)整。
需要離合器接合時(shí)，操縱電磁空氣分配閥，使壓縮空氣先進(jìn)入制動器氣缸，活塞向左移動，壓縮制動彈簧，制動器失去制動作用；隨后壓縮空氣由從動軸的中間孔道和連接管，進(jìn)入離合器氣缸，克服脫開彈簧的作用力，環(huán)狀活塞向右移動，將浮動嵌塊壓緊在主動摩擦盤上，依靠他們之間的摩擦力所形成的摩擦力矩，由大皮帶輪帶動從動軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)需要離合器脫開時(shí)，操縱電磁空氣分配閥，使離合器氣缸先排氣，在脫開彈簧的作用下，環(huán)狀活塞向左復(fù)位，于是活塞、浮動嵌塊和主動摩擦盤松開，大皮帶輪空轉(zhuǎn)；隨后制動器氣缸排氣，在制動彈簧的作用下，制動盤將浮動嵌塊壓緊在制動座上，從動軸停止運(yùn)動。
離合器和制動器的動作應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)，他們之間的順序動作由連鎖控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。如果連鎖失靈，會引起摩擦材料的發(fā)熱和急劇磨損，甚至還可能造成設(shè)備和人身事故。因此對離合器和制動器連鎖控制系統(tǒng)的基本要求是：連鎖可靠，動作迅速。
連鎖方式有兩類：剛性連鎖和非剛性連鎖。
離合器和制動器剛性連鎖，工作可靠，操縱系統(tǒng)簡單，動作迅速。結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)離合器接合時(shí)，氣缸除了保證壓緊摩擦盤所需的壓力外，還需要克服制動彈簧的阻力，氣缸的制動力不能在飛輪和離合器之間形成封閉力系，滾動軸承要承受與壓縮彈簧相等的軸向推力；此外，離合器和制動器要做成空心軸，有時(shí)推桿直徑也會受到軸孔尺寸的限制。
（1） 離合器的選擇
離合器所需要的扭矩：
（2-17）
式中：β——儲備系數(shù)，考慮在壓縮空氣壓力波動和摩擦系數(shù)不穩(wěn)定等情況下仍能使離合器正常工作，取β =1.1~1.3；
Mq——偏心齒輪所需要傳遞的扭矩，Mq=231636.35N·m；
i ——安裝離合器的軸至偏心齒輪的傳動比，i=22.5；
η ——離合器至偏心齒輪之間的傳動效率，對二級齒輪傳動取η =0.94；
由參考文獻(xiàn)[5]選取公稱扭矩為Ml=13200N·m的浮動嵌塊離合器。
（2） 制動器的選擇
制動器所需要的扭矩：
（2-18）
式中：At——制動器的摩擦功，At =8118J；
φzh——制動器的制動角，應(yīng)以偏心齒輪的轉(zhuǎn)角來度量，φzh=50×л /1800=0.087；
ωzh——制動器軸的角速度，ωzh=3.14×449.2/30 =47r/s；
由參考文獻(xiàn)[5]選取公稱扭矩為Mzh=6180N·m的浮動嵌塊制動器。
第三章 主要零件的設(shè)計(jì)與校核
3.1 V帶和帶輪設(shè)計(jì)
1）確定計(jì)算功率Pca
由參考文獻(xiàn)[2]表8-6查得工作情況系數(shù)K=1.2，故
kW
2）選取窄V帶帶型
根據(jù)Pca、n由參考文獻(xiàn)[2]圖8-9確定選用SPA型。
3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由參考文獻(xiàn)[2]表8-3和表8-7取主動基準(zhǔn)直徑dd1=280mm。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]式（8-15），從動輪基準(zhǔn)直徑dd2；
mm
按參考文獻(xiàn)[2]式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
m/s<35m/s
帶的速度合適。
4）確定窄V帶的基準(zhǔn)直徑和傳動中心距
根據(jù)，初步確定中心距mm。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]式（8-20）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
=3668.3mm
由參考文獻(xiàn)[5]表13-1-3選帶的基準(zhǔn)長度mm。
按參考文獻(xiàn)[2]式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距
mm
取a=845mm。
5）驗(yàn)算主動輪上的包角α1
由參考文獻(xiàn)[2]式（8-6）得
主動輪上的包角合適。
6）計(jì)算窄V帶的根數(shù)z
由參考文獻(xiàn)[2]式（8-22）知
由n1=1460r/min、dd1=280mm、i=3.25，查參考文獻(xiàn)[2]表8-5c和表8-5d得：
kW， kW
查參考文獻(xiàn)[5]表8-8得Kα=0.97，表8-2得KL=1.06，則
取根。
7）計(jì)算預(yù)緊力
由參考文獻(xiàn)[2]式（8-23）知
查表8-4得kg/m，故
N
8）計(jì)算作用在軸上的壓軸力
由參考文獻(xiàn)[2]式（8-24）得
N
3.2齒輪的設(shè)計(jì)
3.2.1概述
由于壓力機(jī)的壓力較大，如果采用直齒輪，它的尺寸較大，但它只產(chǎn)生徑向力，而不產(chǎn)生軸向力；而如果采用斜齒輪，雖然可以減小一定的尺寸，但是它會產(chǎn)生很大的軸向力，這樣會對偏心齒輪產(chǎn)生變向，增大它對機(jī)箱的摩擦力，使壓力機(jī)不能正常工作。現(xiàn)在工廠制造的壓力機(jī)大多數(shù)都采用直齒輪，所以直齒輪作為壓力機(jī)的傳動件。
舊壓力機(jī)多采用曲軸作為傳動系統(tǒng)的最后一級，但是其摩擦很大，現(xiàn)在的大、中型壓力機(jī)上采用偏心齒輪來代替曲軸作為最后一級傳動，優(yōu)點(diǎn)如下：
（1） 制造偏心齒輪較容易，成本較低。
（2） 偏心齒輪機(jī)構(gòu)的受力情況較好。
（3） 壓力機(jī)的傳動部分便于采用封閉式結(jié)構(gòu)。
由于偏心齒輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)顯著，近年來在中型和大型板料沖壓機(jī)上得到了普遍的應(yīng)用，由于J31-315是一種中型的壓力機(jī)，所以，選用了偏心齒輪作為壓力機(jī)的最后一級傳動。
3.2.2 一級傳動齒輪的設(shè)計(jì)
（1）確定齒輪精度等級及材料
1）材料選擇:：小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì))硬度280HBS，
大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度240HBS；
2）精度由參考文獻(xiàn)[2]表10-1：壓力機(jī)為通用機(jī)械，選取7級精度；
3）選取齒輪齒數(shù)為：大齒輪齒數(shù)：，取Z2=86；
（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按參考文獻(xiàn)[2]式(10-21)算得:
確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1）試選:Kt =1.3；
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩: T1=7.5×105N.m
3）由參考文獻(xiàn)[2]表10-7選取齒寬系數(shù)：Φd =1；
4）由參考文獻(xiàn)[2]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù):ZE =189.8MPa1/2；
5）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-21d按齒面硬度查得:
小齒輪的接觸疲勞極限為σHlim1=600MPa；
大齒輪的接觸疲勞極限為σHlim2=550MPa；
6）由參考文獻(xiàn)[2]式(10-13)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):
7）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù):kHN1 =0.92，kHN2 =0.97；
8）計(jì)算接觸許用應(yīng)力: 取失效概率為,安全系數(shù)S=1；
由參考文獻(xiàn)[2]式(10-12)得:
計(jì)算：
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t:
2）計(jì)算圓周速度:
3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)mn:
4）計(jì)算載荷系數(shù)k：
已知使用系數(shù): KA=1；根據(jù)ν=2.67m/s，7級精度；由參考文獻(xiàn)[2]圖10-8查得動載系數(shù)
Kv =1.1；
由參考文獻(xiàn)[2]表10-4查得KHβ的計(jì)算公式為:
由參考文獻(xiàn)[2]圖10-13查得: KFβ=1.3；
由參考文獻(xiàn)[2]表10-3查得: KHα= KFα=1.2；
故載荷系數(shù)：
5）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由參考文獻(xiàn)[2]式(10-10a)得:
6）計(jì)算模數(shù)m:
故查參考文獻(xiàn)[5]取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù): m=14mm。
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核:
確定公式內(nèi)個(gè)計(jì)算數(shù)值:
1）
2）
3）
4）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限：σFE1=500MPa，σFE2=380MPa；
5）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)kFN1=0.85，kFN2=0.88；
6）許用彎曲應(yīng)力：取S=1.4
7）查取齒形系數(shù)由[1]表10-5查得YFa1=2.91，YFa2=2.18；Ysa1=1.53，Ysa2=1.79；
比較可知 。
8）計(jì)算 代入數(shù)值得:
故彎曲強(qiáng)度符合要求。
（4）幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心矩:
則圓整后取a =730mm。
2）計(jì)算大,小齒輪分度圓直徑:
3）計(jì)算齒輪寬度:
圓整后取，.
4）驗(yàn)算:
,合適。
3.2.2偏心齒輪的設(shè)計(jì)
（1）確定齒輪精度等級及材料
1）材料選擇：小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì))硬度280HBS
大齒輪材料為40cr調(diào)質(zhì))硬度280HBS
2）精度由參考文獻(xiàn)[2]表10-1 ：壓力機(jī)為通用機(jī)械，選取7級精度；
3）選取齒輪齒數(shù)為： ，大齒輪齒數(shù)：，取Z2=80；
（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按參考文獻(xiàn)[2]式(10-21)算得:
確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1）試選:Kt =1.3；
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩: T1=2.6×106N.m；
3）由參考文獻(xiàn)[2]表10-7選取齒寬系數(shù)：Φd =1；
4）由參考文獻(xiàn)[2]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù):ZE =189.8MPa1/2；
5）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-21d按齒面硬度查得:
小齒輪的接觸疲勞極限為σHlim1=600MPa；
大齒輪的接觸疲勞極限為σHlim2=600MPa；
6）由參考文獻(xiàn)[2]式(10-13)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):
7）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù):kHN1 =0.96，kHN2 =0.98；
8）計(jì)算接觸許用應(yīng)力: 取失效概率為,安全系數(shù)S=1；
由參考文獻(xiàn)[2]式(10-12)得:
計(jì)算：
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t:
2）計(jì)算圓周速度:
3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)mn:
4）計(jì)算載荷系數(shù)k：
已知使用系數(shù): KA=1；根據(jù)ν=0.89m/s，7級精度；由參考文獻(xiàn)[2]圖10-8查得動載系數(shù)
Kv =1.05；
由參考文獻(xiàn)[2]表10-4查得KHβ的計(jì)算公式為:
由參考文獻(xiàn)[2]圖10-13查得: KFβ=1.28；
由參考文獻(xiàn)[2]表10-3查得: KHα= KFα=1.2；
故載荷系數(shù)：
5）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由參考文獻(xiàn)[2]式(10-10a)得:
6）計(jì)算模數(shù)m:
故查參考文獻(xiàn)[5]取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù): m=20mm。
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核:
確定公式內(nèi)個(gè)計(jì)算數(shù)值:
1）
2）
3）
4）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限：σFE1=500MPa，σFE2=500MPa；
5）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)kFN1=0.91，kFN2=0.91；
6）許用彎曲應(yīng)力：取S=1.4
7）查取齒形系數(shù)由參考文獻(xiàn)[2]表10-5查得YFa1=2.97，YFa2=2.19；Ysa1=1.52，Ysa2=1.785；
比較可知 。
8）計(jì)算 代入數(shù)值得:
故彎曲強(qiáng)度符合要求。
（4）幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心矩:
2）計(jì)算大,小齒輪分度圓直徑:
3）計(jì)算齒輪寬度:
圓整后取，。
4）驗(yàn)算:
，合適。
3.3軸的設(shè)計(jì)
3.3.1 大皮帶輪軸的設(shè)計(jì)
（1）確定軸的直徑
開始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩預(yù)選傳動軸的直徑，由參考文獻(xiàn)[7]式（5-5）有：
（3-1）
式中：Mn ——作用在軸上的最大扭矩（N·m），Mn=13200 N·m；
[τ]——許用剪應(yīng)力，參考文獻(xiàn)[7]取如下值：
45鋼調(diào)質(zhì) [τ]=500×105Pa
輸出軸受扭最大處的直徑為安裝離合器處，試取d=110mm；軸的設(shè)計(jì)及校核見圖3-1和圖3-2。
圖3-1 大皮帶輪軸
圖3-2 軸的載荷分析圖
（2）軸的強(qiáng)度校核
從軸的的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先將計(jì)算出的截面C處的MH、MV及M的值列于下表3-1：
表3-1危險(xiǎn)截面載荷參數(shù)
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH1=3193.74N
FNH2=1663.40N
FNV1= -219.22N
FNV2=1596.29N
彎矩M
MH=0
MV1= -50420.6N·mm
MV2= 798145N·mm
總彎矩
M1=0，M2=799736N·mm
扭矩T
T3=13200000 N·mm
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度可根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]式（5-6）及上表中的數(shù)值，軸的計(jì)算應(yīng)力：
許用應(yīng)力：
因此σ<[σ]，故安全。
3.3.2 中間軸的設(shè)計(jì)
（1）確定軸的直徑
開始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩預(yù)選傳動軸的直徑，由參考文獻(xiàn)[7]式（5-5）有：
式中：Mn ——作用在軸上的最大扭矩（N·m），Mn=44248.78N·m；
[τ]——許用剪應(yīng)力，參考文獻(xiàn)[7]取如下值：
40Cr調(diào)質(zhì) [τ]=630×105Pa
輸出軸最小的直徑為安裝大齒輪處，試取d=155mm；軸的設(shè)計(jì)及各段長度見附圖。
（2）軸的強(qiáng)度校核
從軸的的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先將計(jì)算出的截面C處的MH、MV及M的值列于下表3-2：
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH1=-9270.07N
FNH2=4177.02N
FNV1= 2516.76N
FNV2=11476.28N
彎矩M
MH1=1002484.8 N·mm
MH2=-355005 N·mm
MV1= 975369.6N·mm，
MV2= 2754307.2N·mm
總彎矩
M1=2921909.31 N·mm，M2=1063486.87N·mm
扭矩T
T3=2645100N·mm
表3-2危險(xiǎn)截面載荷參數(shù)
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]式（5-6）及上表中的數(shù)值，軸的計(jì)算應(yīng)力：
許用應(yīng)力：
因此σ<[σ]，故安全。
3.3.3 偏心齒輪軸的設(shè)計(jì)
壓力機(jī)采用芯軸的形式較多，主要有整體式、兩段式和套筒式。整體式的優(yōu)點(diǎn)是芯軸是一個(gè)整體，剛度較好，且結(jié)構(gòu)簡單，其缺點(diǎn)是偏心部分和連桿大段的結(jié)構(gòu)尺寸較大，故曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的摩擦扭矩較大。因此，該結(jié)構(gòu)只適用于行程不大的壓力機(jī)。兩段式的特點(diǎn)與上述的相反，芯軸分成兩端，且不穿過偏心部分，因此，偏心部分和連桿大端的結(jié)構(gòu)尺寸減小，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)只適用于行程較大的壓力機(jī)。套筒式的芯軸是由兩個(gè)軸套和一個(gè)小軸組成，它的剛度較上一種結(jié)構(gòu)有所提高，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配比較復(fù)雜，因此用的不多。綜合上述各軸的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用整體式芯軸。
芯軸一般采用45號鋼，需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工，光潔度為▽7~8。
設(shè)計(jì)時(shí)先跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選芯軸直徑，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行強(qiáng)度核驗(yàn)。
1）當(dāng)芯軸的材料為45號鋼時(shí)，芯軸直徑（與偏心齒輪內(nèi)軸承配合處）的經(jīng)驗(yàn)公式是：
（3-2）
式中：P0——連桿上的作用力，P0=Pg=3150（kN）；
試取d0=260mm；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-3所示：
圖3-3 J31-315壓力機(jī)偏心齒輪計(jì)算簡圖
進(jìn)行強(qiáng)度校核，轉(zhuǎn)化為簡支梁的計(jì)算如圖3-4：
圖3-4 芯軸強(qiáng)度的計(jì)算簡圖
上述四式中：
lA1、lA2——芯軸軸瓦長度0.28m。
由結(jié)構(gòu)圖可知：l1= l2=140mm=0.14m； l3=220mm=0.22m；l =660mm=0.66m；
2）進(jìn)行強(qiáng)度校核
由強(qiáng)度計(jì)算公式有：
（3-3）
式中：Mmax——最大彎矩，一般是MB最大，所以選Mmax=MB=231636.35N.m；
[σ] ——許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)[7]表3-9選取[σ]=140MPa。
所以，強(qiáng)度滿足要求。
3.4滑塊與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
滑塊是一個(gè)箱型結(jié)構(gòu)，它的上端與連桿連接，下部安裝模具的上模，并在機(jī)身的導(dǎo)軌內(nèi)上下運(yùn)動。為了保證滑塊底平面和工作臺平面的平行度，保證滑塊運(yùn)動方向與工作臺的垂直度，因此，滑塊的導(dǎo)向面必須與底平面垂直。導(dǎo)軌和滑塊的導(dǎo)向面應(yīng)保持一定的間隙，而且進(jìn)行調(diào)整。四個(gè)導(dǎo)軌均能單獨(dú)調(diào)整，它是靠一組推拉螺釘來實(shí)現(xiàn)的。這種四面調(diào)節(jié)的導(dǎo)軌能提高壓力機(jī)的精度，但調(diào)節(jié)困難。有些壓力機(jī)的導(dǎo)軌做成兩個(gè)是固定的，兩個(gè)是可調(diào)的，并使固定的導(dǎo)軌承受滑塊側(cè)向力，調(diào)節(jié)容易，但精度受到一定影響。滑塊的高度與寬度的比值，在閉式單點(diǎn)壓力機(jī)上約為1.08~1.32。為了安裝模具，在滑塊的底平面開有“T”型槽。
小型壓力機(jī)的滑塊常用鑄鐵HT20-40制造。中型壓力機(jī)的滑塊常用鑄鐵HT20-40和稀土球鐵制造，或用A3鋼板焊接而成。大型壓力機(jī)的滑塊一般用A3鋼板焊接，焊后進(jìn)行退火處理。為了提高滑塊的耐磨性，有些壓力機(jī)的導(dǎo)向面上鑲有酚醛層壓布板。導(dǎo)軌動面的材料一般用鑄鐵HT20-40制造。速度高、偏心載荷大的則用鑄造青銅ZQZn6-6-3或鑄造黃銅ZHMn58-2-2制造。對于高速壓力機(jī)，有采用滾針導(dǎo)軌，以便減小摩擦，消除間隙，提高機(jī)器的耐用程度和滑塊運(yùn)動精度。
3.5連桿的設(shè)計(jì)
3.5.1連桿及裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
為了適應(yīng)不同高度的模具，壓力機(jī)的裝模高度需要能夠調(diào)節(jié)其大小。用調(diào)節(jié)連桿的長度來達(dá)到裝模高度的目的，即連桿不是一個(gè)整體，而是由連桿體和調(diào)節(jié)螺桿所組成。調(diào)節(jié)螺桿下部的球頭與滑塊連接，連桿體上部的軸瓦與偏心齒輪軸聯(lián)接。用手轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿，即可調(diào)節(jié)連桿的長度。滑塊和裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的主要數(shù)據(jù)看零件圖，滑塊部件重量：35.6kN，裝模高度調(diào)節(jié)速度：84.7mm/min，調(diào)節(jié)電動機(jī)功率：2.2kW，調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速：750r/min，采用單級渦輪蝸桿傳動，速比：i=85，蝸桿系數(shù)：q=12,齒寬：B=25mm。
3.5.2連桿及調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度校核
1）調(diào)節(jié)螺桿最大壓縮應(yīng)力校核
上傳動壓力機(jī)在工作時(shí)連桿受壓力作用。由于調(diào)節(jié)螺桿截面較小，故一般校核調(diào)節(jié)螺桿的壓縮應(yīng)力即可。連桿接頭材料為稀土球鐵，螺桿材料為45號鋼。
連桿尺寸如圖3-5所示：
圖3-5 J31-315壓力機(jī)連桿及螺紋圖
螺桿強(qiáng)度：
（3-4）
式中：d0——連桿上最小的直徑，d0=155mm。
由參考文獻(xiàn)[7]取[σy]=1800×105Pa。
所以，螺桿強(qiáng)度符合要求。
螺紋強(qiáng)度：
（3-5）
式中：S ——螺距；
h ——螺紋牙根的高度，對于特種鋸形螺紋；
對于梯形螺紋。
則：
因?yàn)檫B桿采用球鐵QT45-5材料，所以[σ]=700×105Pa；σ稍大于[σ]，認(rèn)為可以使用。
3.5.3滑動軸承的校核
在通用壓力機(jī)中，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)或擺動速度較低，但載荷較大，故應(yīng)檢驗(yàn)作用在滑動軸承（或叫軸瓦）上的壓強(qiáng)。
1）單點(diǎn)壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，連桿大端軸承的壓強(qiáng)為：
（3-6）
式中：dA——軸承直徑(m)；
lα——軸承長度(m)；
由參考文獻(xiàn)[7]表3-14選擇材料為ZQSn6-6-3。鑄錫鋅鋁青銅，[PA] =30MPa。
所以強(qiáng)度滿足要求。
2）芯軸軸承的強(qiáng)度為：
（3-7）
式中：d0——軸承直徑(m)；
l0 ——軸承長度(m)；
由參考文獻(xiàn)[7]表3-14，知[P0]=250MPa；
所以強(qiáng)度滿足要求
3）軸承座壓強(qiáng)：
（3-8）
式中：dB——軸承底度座軸瓦長度(m)；
由參考文獻(xiàn)[7]表3-14，知[PB]=650MPa；
所以強(qiáng)度符合要求。
第四章 機(jī)身的設(shè)計(jì)
4.1 機(jī)身的比較和選擇
機(jī)身是壓力機(jī)的一個(gè)基本部件，所有零部件都裝在機(jī)身上面，工作時(shí)要承受全部工作變形力。因此，機(jī)身的合理設(shè)計(jì)對減輕整機(jī)重量，提高整機(jī)剛度，以及減少制造工時(shí)，都具有直接的影響。機(jī)身分為兩大類型：即開式機(jī)身和閉式機(jī)身。前者三面敞開，操作方便，但剛度較差，適用于中小型壓力機(jī)；后者兩
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