小型氣動沖壓機設計【說明書+CAD】

小型氣動沖壓機設計【說明書+CAD】,說明書+CAD,小型氣動沖壓機設計【說明書+CAD】,小型,氣動,沖壓機,設計,說明書,仿單,cad 12 屆畢業(yè)設計 小型氣動沖壓機 設計說明書 學生姓名 姜自樂 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 班 級 指導教師 日 期 塔里木大學教務處制 小型氣動沖壓機設計 目 錄 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2沖壓機設計目的及要求 1 3小型沖壓機的結(jié)構 1 4沖壓機的工作原理 2 5沖壓機機構設計 3 5.1對氣缸的使用要求 3 5.2氣缸的設計與選擇的流程圖 3 5.3氣缸設計計算 4 5.4氣缸內(nèi)徑的確定 4 5.5活塞桿直徑的確定 4 5.6缸筒長度的確定 4 5.7氣缸筒的壁厚的確定 5 6蝸桿蝸輪的設計計算 5 6.1選擇蝸桿傳動類型、精度等級 5 6.2選擇蝸桿蝸輪材料 5 6.3按齒面接觸疲勞強度進行設計 6 6.4確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 6 6.5確定載荷系數(shù)K 6 6.6確定彈性影響系數(shù) 6 6.7確定接觸系數(shù) 6 6.8確定許用接觸應力 6 6.9 計算中心距 7 6.10 計算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 7 6.11 校核齒根彎曲疲勞強度 7 6.12當量摩擦角 9 7齒輪齒條的設計 9 7.1選精度等級、材料及齒數(shù) 8 7.2按齒面接觸強度設計 9 7.3計算 10 8計算齒輪軸 11 致謝 15 參考文獻 15 前 言 目前 ,在國內(nèi)大多數(shù)中小企業(yè)中 ,沖壓設備以傳統(tǒng)的機械式?jīng)_床為主。機械式?jīng)_床一般具有外形尺寸較大、工作環(huán)境噪聲高、沖壓力不可隨時調(diào)整以及能源的利用率低等缺點。同時 ,為了提高沖床的能量利用率以及增大沖床的工作沖擊慣性 ,一般都配備有巨大的飛輪 ,但事實上 ,設備運行時單位重量的輸出力低。另外在加工小尺寸的液壓和氣動元件時 ,能源浪費嚴重 ,而且由于沖擊過程的不穩(wěn)定性 ,經(jīng)常造成嚴重的人身事故。,因此研究和設計一種新型的沖壓機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式?jīng)_床是具有現(xiàn)實意義的。 一些金屬和非金屬微型薄板件沖制主要采用兩種方法：一是在排樣設計中采用多排策略，增大模具尺寸以滿足大型壓力機的需求。并將設計和制造好的模具安裝在機械壓力機上來實施沖壓，其缺點是：設各投資大、模具設計和制造復雜，總成本高，且必須采用機械壓力機；二是采用小型模具，在小噸位壓力機上實施沖壓。雖然模具設計、制造比較容易，但仍擺脫不了機械壓力機固有的缺陷：笨重、噪音大．操作不方便、安全，浪費能源等問題．本文結(jié)合微型薄板件的企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和實際情況，設計了一種新型微型件氣動沖壓一體化機(直接采用活塞桿和凸模連接的形式)．減輕了床身重量．并進行了結(jié)構優(yōu)化.采用該一體化結(jié)構，沖壓機結(jié)構簡易、可靠．操作安全和方便．這為沖壓提供了一種新設計方法． 因此需要一臺沖壓直接成型的機器，我通過研究和考驗試圖設計一臺氣動沖壓機來沖壓馕，代替人工生產(chǎn)，來滿足人們的需求，個人的經(jīng)驗有限，希望你們能夠提出寶貴的意見。 1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著氣動和液壓技術的發(fā)展,以及氣動技術中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動元件安裝方便、靈活等特點。而大部分沖壓設備以傳統(tǒng)的機械式?jīng)_床為主。機械式?jīng)_床一般具有外形尺寸較大、工作環(huán)境噪聲高、沖壓力不可隨時調(diào)整以及能源的利用率低等缺點。同時 ,為了提高沖床的能量利用率以及增大沖床的工作沖擊慣性 ,一般都配備有巨大的飛輪 ,但事實上 ,設備運行時單位重量的輸出力低。另外在加工小尺寸的液壓和氣動元件時 ,能源浪費嚴重 ,而且由于沖擊過程的不穩(wěn)定性 ,經(jīng)常造成嚴重的人身事故。因此研究和設計一種新型的沖壓機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式。氣壓傳動是以壓縮空氣為介質(zhì)，以壓縮空氣為動力，無噪音，無污染，環(huán)保。也不需要承擔介質(zhì)方面成本。所以我設計的以空氣為介質(zhì)進行傳動——氣動沖壓機，它的設計輕巧，不占用空間，可任意放在工作臺上或流水線上；結(jié)構簡單，性能穩(wěn)定，可根據(jù)產(chǎn)品的大小調(diào)整工作高度；改變模具；氣缸行程調(diào)整簡單，配有空氣節(jié)流閥，氣缸上、下行速度均可根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)； 2沖壓機設計目的及要求 功能設計：沖壓機的基本功能就是設計一個氣缸，并使得有足夠的力可以沖壓食品成型. 氣缸以壓縮空氣作為動力源．帶動活塞傳動到主軸上使主軸形成向下運動，從而形成沖力．使食品在模具中產(chǎn)生規(guī)定的變形而達到加工的目的．它與普通沖壓機不同的是，行程可以任意調(diào)節(jié)，壓力可以調(diào)節(jié)，最大的特點是氣動壓力機壓力?？梢栽趬旱焦ぜ笮纬杀憾瓿晒ぜ某尚危? 結(jié)構設計：可以小型件氣動沖壓機由機架、模具、控制箱構成．機架包括氣缸、底座、工作臺。氣缸通過其上的法蘭與上固定板用螺釘固定連接．模具包括上模板、圓柱銷、凸模與氣缸活塞桿用螺紋固定連接．并通過卸料螺釘與模板連接，凹模通過內(nèi)六角螺釘和圓柱銷與模板定位緊固連接．下模板用螺栓、螺母固定在機架的工作臺上．凸模通過錐面與氣缸活塞桿配合連接： 外觀及尺寸：由于尺寸相對較小，氣動元件安裝方便，不受空間限制。使得整體比較美觀，占地面積小。 用Solidwork軟件對上述機構進行建模，對其運動進行仿真分析。 3小型沖壓機的結(jié)構 小型沖壓機的三維效果圖如下： 圖3-1 小型沖壓機的三位效果圖 小型氣動沖壓機由機架、升降、模具、控制箱構成．機架包括可調(diào)緩沖氣缸、底座、工作臺。 氣缸安裝在升降架上，并通過螺栓夾緊。凸模與氣缸的活塞桿通過螺紋連接，活塞帶動凸模工作。凹模放在底座上，通過螺栓連接。升降包括升降架、齒條、升降裝置（齒輪軸、蝸輪、蝸桿）升降機構可以調(diào)節(jié)凸模與凹模之間的高度，以便進行工作?？刂葡涞臍鈩影粹o按下，機器開始工作，打開氣源，可調(diào)緩沖氣缸工作，活塞帶動凸?？焖傧蛳逻\動到壓縮物體時，活塞減慢速度，將物體慢慢的壓縮成型，當碰到形成開關時，活塞收回。 1-底座 2-手搖桿 3升降箱 4-銷 5夾緊螺栓 6-管接頭 7-緩沖氣缸 8-控制箱 9-升降架 10凸模 11-凹模 12行程開關 13齒條 14-蝸桿 15-軸套 16-蝸齒 17-鍵 18-軸承 19-齒輪軸 21-擋板 圖3-2 沖壓機的結(jié)構圖 4沖壓機的工作原理 沖壓過程可以分為如下幾個步驟 ,用框圖表示如圖4-1所示。 圖4-1 小型沖壓機沖壓過程框圖 由于氣動和液壓技術的發(fā)展,以及氣動技術中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動元件安裝方便、靈活等特點 ,因此本文探討的沖壓機采用氣動沖壓。將所沖的毛坯放在凹模板上．開動控制箱開關旋鈕．電磁閥3得電，使氣缸5接通氣源1，氣缸活塞桿帶動凸模下行，節(jié)流閥4調(diào)節(jié)沖壓速度，凸模進入凹模沖壓．凸模上的擋板碰到行程開關后換向電磁閥3得電，使得氣缸收回，沖壓完成。根據(jù)上述沖壓過程框圖 ,設計氣壓系統(tǒng)回路如圖 1-減壓閥 2-氣罐 3電磁閥 4-溢流閥 5-氣缸 6-形成開關 圖4-2 氣動回路圖 5沖壓機機構設計 5.1對氣缸的使用要求 （１）氣缸正常的工作條件：介質(zhì)、環(huán)境溫度一般為－２０～８０℃，工作壓力一般為０.１～１.０ＭＰａ。 （２）安裝前，應在１.５倍工作壓力下進行試驗，不應漏氣。 （３）安裝的氣源進口處需設置油霧器，以利工作中潤滑。氣缸的合理潤滑極為重要，往往因潤滑不好而產(chǎn)生爬行，甚至不能正常工作。 （４）安裝時，要注意動作方向，活塞桿不允許承受偏心負載或橫向負載。 （５）負載在行程中有變化時，應使用有足夠輸出力的氣缸，并要附加緩沖裝置。 （６）不使用滿行程，特別活塞桿伸出時，不要使活塞與缸蓋相碰擊。否則容易引起活塞和缸蓋等零件損壞。 5.2氣缸的設計與選擇的流程圖 圖5-1 氣缸設計選擇流程圖 氣缸按供氣方向分，可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側(cè)輸入壓縮空氣，靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓縮空氣，活塞的正反向運動均靠氣體壓力完成。由于單作用氣缸僅向單向運動，有外力使活塞反向運動，而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動下可以像兩個方向運動但兩個方向的輸出力不同，所以該方案采用雙作用單活塞缸。 5.3氣缸設計計算 由設計任務可以知道，根據(jù)考查，正常青年人的臂力大約50-70kg，而正常生產(chǎn)時兩手同時進行，在加工時可能由于其他原因影響，綜合考慮氣缸要驅(qū)動的負載大小180Kg，考慮到氣缸未加載時實際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響，并考慮到凸模的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率β： 由《液壓與氣壓傳動技術》表 表5-1 氣缸的運動狀態(tài)與負載率 阻性負載(靜負載) 慣性負載的運動速度v 〈100mm/s 100﹣500mm/s >500mm/s β=0.8 ≤0.65 ≤0.5 ≤0.3 運動速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60，所以實際液壓缸的負載大小為：F=F0/=2713.85N 5.4氣缸內(nèi)徑的確定 表5-2 氣缸缸徑的計算 項目 推力 拉力 缸 徑 雙 作 用 氣 缸 則： D= =83.15mm F—氣缸的輸出拉力 N； P —氣缸的工作壓力Pa 按照GB/T2348-1993標準進行圓整，取D=100 mm 表5-3 氣缸缸徑尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 5.5活塞桿直徑的確定 表5-4 活塞桿直徑系列 （mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 7 80 90 100 110 125 140 60 180 200 220 250 280 320 360 400 由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=30 mm 5.6缸筒長度的確定 缸筒長度S=L+B+30 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=(0.6 1.0)D= 0.7X100=70mm 由于氣缸的行程L=350mm ,所以S=350+70+30=450mm 導向套滑動面長度A: 一般導向套滑動面長度A，在D<100mm時，可取A=(0.6 1.0)D；在D>80mm時, 可取A=d。 所以A=30mm 最小導向長度H： 根據(jù)經(jīng)驗，當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：H 代入數(shù)據(jù) 即最小導向長度H==50 mm 活塞桿的長度l=L+B+A+80=450+70+30+50=600 mm 5.7氣缸筒的壁厚的確定 由《液壓氣動技術手冊》可查氣缸筒的壁厚 可根據(jù)薄避筒計算公式進行計算： 式中 —缸筒壁厚（mm）； D—缸筒內(nèi)徑（mm）； P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）； —缸筒材料的許用應力（MPa）； 實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的7倍；重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。 參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核 缸體的材料選擇ZG310-570，=600 MPa， ==120 MPa n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa) P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當工作壓力p≤16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p＞16 MPa時，P=1.25p 由此可知工作壓力0.5 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.5=0.75 MPa =0.3mm 參照下表 氣缸筒的壁厚圓整取 =4 mm 表5-5氣缸筒的壁厚 缸徑 材料 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 鋁合金2Al2 壁 2.5 2.5～3 3.5～4 4.5～5 20鋼無縫鋼管 厚 2.5 3 3.5 4.5～5 5.5～6 6蝸桿蝸輪的設計計算 6.1選擇蝸桿傳動類型、精度等級 由于傳動的功率不大，速度也不高，故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動，精度為：8C-GB10089-88。 6.2選擇蝸桿蝸輪材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度中等，故蝸桿用45號鋼表面淬火，硬度為45～55HRC，蝸輪邊緣采用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而齒芯用45鋼。 6.3按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： 6.4確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 按,估取效率η=0.8 ,由于蝸桿不經(jīng)常，靠人力轉(zhuǎn)動，根據(jù)機械傳動書冊得：,P=18.65W 28497.2 6.5確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)；由表6-1 使用系數(shù)選取使用系數(shù).由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)； 表6-1 使用系數(shù) 工作類型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時啟動次數(shù) <25 25-50 >50 啟動載荷 小 較大 大 1 1.15 1.2 則 K= 6.6確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故 6.7確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值,從教材機械設計圖11-5中可查得=2.9. 6.8確定許用接觸應力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,可從教材機械設計表11-7中查蝸輪的基本許用應力=268 應力循環(huán)次數(shù) (為蝸輪轉(zhuǎn)速) ,(為工作壽命) j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1 所以壽命系數(shù)為 則 ： =[]`=0.7=187.6 6.9 計算中心距 ==64.85mm 取中心距a=80mm，因i=14.5，取m=2mm，=35.5mm。這時/ a=, 取接觸疲勞系數(shù)為’=2.8，因為Zρ’50 啟動載荷 小 較大 大 1 1.15 1.2 則 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故 確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 ,從教材機械設計圖11-5中可查得 =2.9. 確定許用接觸應力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,蝸輪的基本許用應力 =268 應力循環(huán)次數(shù) (為蝸輪轉(zhuǎn)速) ,(為工作壽命) j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1 所以壽命系數(shù)為 則=[]`=0.7=187.6 計算中心距 ==64.85mm 取中心距a=80mm，因i=14.5， m=2mm， =35.5mm。這時/a=接觸疲勞系數(shù)為’=2.8，因為Zρ’

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