薄壁零件沖床機構設計(公式WORD手寫)

1、機械設計課程設計計算說明書設計題目： 薄壁零件沖床機構設計 機械自動化學院 設 計 者： 指導教師： xxxx年x月xx日北京航空航天大學目錄一、 設計任務書 11、 設計題目：薄壁零件沖床的設計 12、 設計背景： 13、 設計參數： 24、 設計任務 2二、 總體方案設計 21、 傳動法案的擬定 22、 電動機的選擇 43、 傳動系統的運動和動力參數 5三、 傳動零件的設計 61、 斜齒圓柱齒輪的設計 6（1） 高速及齒輪設計 6（2） 低速級齒輪設計 112、傳送帶的設計 163、軸的設計 17(1 高速軸的設計 17(2 中速軸的設計 21(3 低速軸的設計 254、 軸承的設計和校核

2、 295、鍵連接設計 31四、 減速器箱體及附件的設計 321. 減速器尺寸 322. 減速器的潤滑 333. 密封件的選擇 34五、 其他 34六、參考資料 35前言機械設計綜合課程設計是針對機械設計系列課程的要求，由原機械原理課程設計和機械設計課程設計綜合而成的一門設計實踐性課程：是繼機械原理與機械設計課程后，理論與實踐緊密結合，培養(yǎng)工科學生機械工程設計能力的課程。此次著重對薄壁零件沖床機構進行了設計，涉及到了沖床的尺寸，選材，熱處理方式，工作條件，應力校核等多方面。對前面所學的知識進行了回顧以及綜合的運用，主要涉及到材料力學，機械原理，機械設計，工程材料等課程。一、 設計任務書1、 設計

3、題目：薄壁零件沖床的設計2、 設計背景：（1） 工作原理： 薄壁零件沖床的組成框圖如圖1所示。圖1 薄壁零件沖床的組成框圖工作原理如圖2a所示。在沖制薄壁零件時，上模（沖頭）以較大的速度接近坯料，然后以勻速進行拉延成形工作，接著上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料機構從側面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。圖2 薄壁零件沖制工作原理圖（2） 設計條件與要求動力源為電動機，上模做上下往復直線運動，其大致運動規(guī)律如圖2b所示，要求有快速下沉、勻速工作進給和快速返回的特征。上模工作段的長度L=40100mm,對應曲柄轉角=60º90º；上模行程長度

4、必須大于工作段長度的兩倍以上，行程速比系數K1.5。上模到達工作段之前，送料機構已將坯料送至待加工位置（下模上方），如圖2a所示。送料距離L=60250mm。要求機構具有良好的傳力特性，特別是工作段的壓力角應盡可能小，一般取許用壓力角=50º。生產率為每分鐘70件。按平均功率選用電動機。需要5臺沖床。室內工作，載荷有輕微沖擊，動力源為三相交流電動機。使用期限為10年，每年工作250天，每天工作16小時。每半年保養(yǎng)一次，每三年大修一次。（3） 生產狀況：中等規(guī)模機械廠，可加工7、8級精度的齒輪、蝸輪。3、 設計參數：沖床載荷5500N，上模工作段長度L=90，工作段對應的曲柄轉交= 。

5、4、 設計任務（1） 機構系統總體運動方案；畫出系統運動簡圖，完成運動方案設計論證報告。（2） 成傳動系統或執(zhí)行系統的結構設計，畫出傳動系統或執(zhí)行系統的裝配圖。（3） 設計主要零件，完成2張零件工作圖。（4） 編寫設計說明書。二、 總體方案設計1、 傳動法案的擬定根據設計任務書，該傳動方案的設計分成原動機、傳動機構和執(zhí)行機構三部分。（1） 原動機的選擇按設計要求，動力源為三相交流電動機。（2） 傳動機構的選擇可選用的傳動機構類型有：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動。帶傳動平穩(wěn)性好，噪音小，有緩沖吸震及過載保護的能力，精度要求不高，制造、安裝、維護都比較方便，成本也較低，但是傳動效率低，傳

6、動比不恒定，壽命短；鏈傳動雖然傳動效率高，但會引起一定的震動，且緩沖吸震能力差；蝸輪蝸桿傳動對然平穩(wěn)性好，但效率低，沒有緩沖吸震和過載保護的能力，制造要求精度高；而齒輪傳動傳動效率高，使用壽命長，傳動比恒定，工作平穩(wěn)性好，完全符合設計要求，故選用齒輪傳動?？倐鲃颖?3.857，不是很高，也無傳動方向的變化，所以初步決定采用二級圓柱斜齒輪減速器，以實現在滿足傳動比要求的同時擁有較高的效率和比較緊湊的結構，同時封閉的結構有利于在粉塵較大的工作環(huán)境下工作。簡圖如下：（3） 執(zhí)行機構的選擇工作機應采用往復移動機構。可選擇的有：連桿機構、凸輪機構、齒輪齒條機構、螺旋機構。本設計是要將旋轉運動轉換為往復運

7、動，所以連桿機構、凸輪機構、齒輪齒條機構均可，凸輪機構能夠較容易獲得理想的運動規(guī)律，而齒輪齒條機構加工復雜、成本高，所以不采用。同時由于不考慮送料機構，同時考慮到凸輪尺寸以及運動規(guī)律實現的可行性，結合前輩的經驗和自己的思考，最終決定一種方案。簡圖如下：1> 改進方案2> 傳統方案（4） 方案評價傳統方案和改進方案都滿足設計要求，但是和傳統方案相比，改進方案中由于利用的杠桿原理，工件端傳遞力矩和運動規(guī)律更簡單的通過兩平行杠桿傳遞到傳動機構端，同時壓力角更易計算，而且傳動更平穩(wěn)。綜上所述，最終決定使用改進后的方案。2、 電動機的選擇（1） 選擇電動機類型按工作要求，選用Y系列全封閉自扇

8、冷式籠型三相異步電動機，電壓380V。（2） 選擇電動機容量電動機所需工作效率為 = 沖壓載荷F=5500N，上模工作段長度L=90mm,上模工作段對應的曲柄= ，n=70r/min上模工作時間t= × =0,2024工作機所需功率 = = = =2.46kw傳動裝置的總效率 = 其中：聯軸器效率 閉式齒輪傳動效率 滾動軸承效率 （一對）鏈傳動效率 凸輪曲柄滑塊效率 計算得 所需電動機功率 = =5.59kw因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率 大于 即可。根據所查數據，選電動機的額定功率為7.5kw（3） 選擇電動機轉速工作轉速 ，通常，耳機圓柱齒輪減速器減速比為840，則電動機轉速可選范圍

9、 （840）×70r/min=5602800r/min。進行綜合考慮價格、重量、傳動比等因素，選用同步轉速為1000r/min,選定電機型號為Y160M-6，額定功率 ,滿載轉速為 970。3、 傳動系統的運動和動力參數（1） 分配傳動比A、 總傳動比 B、 分配傳動裝置各級傳動比取兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比 則低速級得傳動比 （2） 參數的計算A、 O軸（電動機軸）B、 軸（高速軸）C、 軸（中速軸）D、軸（低速軸）軸名功率P/kw轉矩T/ 轉速r/min傳動比i效率 輸入輸出輸入輸出電機軸5.5955.0497010.99軸5.535.4854.4953.959704.40

10、50.96軸5.365.31232.62230.29220.23.1460.96軸5.105.05695.92688.9670三、 傳動零件的設計1、 斜齒圓柱齒輪的設計（1） 高速及齒輪設計計算項目計算內容計算結果1.選擇材料和精度等級考慮到主動輪輪速不是很高，故采用斜齒，小齒輪用40Cr，調制處理，硬度241286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調制處理，硬度為229286HB平均取240HB。8級精度。2初步計算小齒輪直徑 因為采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?，按齒面接觸強度初步估算小齒輪分度圓直徑， ，初取 ， ，動載荷系數K=1.4，轉矩 ，齒寬系數 查表基礎疲勞強度 ， 則 初步計算許用

11、接觸應力 ,估算 初取 K=1.43.確定基本參數校核圓周速度v和精度等級圓周速度 ，精度等級取8級精度合理確定齒數 ， ,取 （互質）確定模數 ，查表取 確定螺旋角 （與估計值接近）小齒輪直徑 大齒輪直徑 初步齒寬 校核傳動比誤差：因齒數未做圓整，傳動比不變。4.校核齒面接觸疲勞強度由校核齒面解除疲勞強度。計算齒面接觸應力 節(jié)點區(qū)域系數 彈性系數 重合度系數 由端面重合度 和縱向重合度 確定，其中：端面重合度 由于無變位，端面嚙合角 解得 縱向重合度為 故 螺旋角系數 使用系數 =1.50 動載荷系數 =1.15齒間載荷分布系數，其中：對稱支承，調質齒輪精度等級8級齒面接觸應力 計算許用接觸

12、應力 總工作時間： 應力循環(huán)次數： 接觸強度壽命系數： , 接觸強度壽命系數： , 齒面工作硬化系數： 接觸強度尺寸系數： 潤滑油膜影響系數： 接觸最小安全系數取解得許用接觸應力： ， 驗算： 接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調整。5. 確定主要尺寸中心距： 圓整取 由公式 可求得精確的螺旋角合理端面模數 小齒輪直徑 大齒輪直徑 齒寬 小齒輪當量齒數 大齒輪當量齒數 6.齒根彎曲疲勞強度驗算計算齒根彎曲應力使用系數 動載荷系數 齒間載荷分配系數 齒向載荷分配系數 重合度系數： 齒形系數： , 應力修正系數： ， 螺旋角系數： , 計算需用彎曲應力齒根彎曲疲勞極限, 彎曲強度最小安全系數：彎曲

13、強度尺寸系數： 彎曲壽命系數： , 應力修正系數： 相對齒根圓攪敏感及表面狀況系數：， 彎曲疲勞強度的校核7.靜載荷校核無嚴重過載，無需靜載荷校核。（2） 低速級齒輪設計計算項目計算內容計算結果1.選擇材料和精度等級考慮到主動輪輪速不是很高，故采用斜齒，小齒輪用40Cr，調制處理，硬度241286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調制處理，硬度為229286HB平均取240HB。8級精度。2初步計算小齒輪直徑 因為采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?，按齒面接觸強度初步估算小齒輪分度圓直徑， ，初取 ， ，動載荷系數K=1.4，轉矩 ，齒寬系數 查表基礎疲勞強度 ， 則 初步計算許用接觸應力 ,估算 初取

14、 K=1.43.確定基本參數校核圓周速度v和精度等級圓周速度 ，精度等級取8級精度合理確定齒數 ， ,取 （互質）確定模數 ，查表取 確定螺旋角 （與估計值接近）小齒輪直徑 大齒輪直徑 初步齒寬 校核傳動比誤差：因齒數未做圓整，傳動比不變。4.校核齒面接觸疲勞強度由校核齒面解除疲勞強度。計算齒面接觸應力 節(jié)點區(qū)域系數 彈性系數 重合度系數 由端面重合度 和縱向重合度 確定，其中：端面重合度 由于無變位，端面嚙合角 解得 縱向重合度為 故 螺旋角系數 使用系數 動載荷系數 齒間載荷分布系數，其中：對稱支承，調質齒輪精度等級8級齒面接觸應力 計算許用接觸應力 總工作時間： 應力循環(huán)次數： 接觸強度

15、壽命系數： , 接觸強度壽命系數： , 齒面工作硬化系數： 接觸強度尺寸系數： 潤滑油膜影響系數： 接觸最小安全系數取解得許用接觸應力： ， 驗算： 接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調整。5. 確定主要尺寸中心距： 圓整取 由公式 可求得精確的螺旋角合理端面模數 小齒輪直徑 大齒輪直徑 齒寬 小齒輪當量齒數 大齒輪當量齒數 6.齒根彎曲疲勞強度驗算計算齒根彎曲應力使用系數 動載荷系數 齒間載荷分配系數 齒向載荷分配系數 重合度系數： 齒形系數： , 應力修正系數： ， 螺旋角系數： , 計算需用彎曲應力齒根彎曲疲勞極限, 彎曲強度最小安全系數：彎曲強度尺寸系數： 彎曲壽命系數： , 應力修正

16、系數： 相對齒根圓攪敏感及表面狀況系數：， 彎曲疲勞強度的校核7.靜強度校核無嚴重過載，無需靜載荷校核。2、傳送帶的設計1.確定計算功率 2.確定帶型根據 和n選取普通V帶型號：C型帶小帶輪直徑 3.確定帶輪直徑和帶速C型帶 大帶輪直徑 取208mm小帶輪轉速 4.計算帶傳動中心距a和帶的基準長度 取 計算帶的初步基準長度 選取基準長度 求實際中心距a取 5.計算小帶輪包角滿足要求6.確定帶根數 包角系數 長度系數 取7條7.確定帶的初拉力8.計算傳動帶在軸上的作用力 9.確定帶寬外徑 3、軸的設計(1 高速軸的設計項目設計計算過程計算結果1.選擇材料和熱處理根據軸的使用條件，由于是齒輪軸故選

17、與齒輪相同的材料40Cr,調制處理，硬度241286HB,平均260HB40Cr調制處理2.按扭轉強度估算軸徑按聯軸器的標準系列，取軸徑 軸孔長度 3.初步設計周的結構初選3尺寸系列深溝球軸承6308一對，d=40mm,D=90mm,B=23mm初步設計軸的結構如下圖：深溝球軸承6308一對4.軸的空間受力分析該軸所受的外載荷為轉矩，小齒輪上的作用力，由于外部連接聯軸器故忽略皮帶輪的壓軸力，空間受力圖如下：輸入轉矩 小齒輪的圓周力 小齒輪的徑向力 小齒輪的軸向力 5.計算軸承支撐點的支反力垂直面支反力和彎矩計算受力圖和彎矩圖如下：水平面支反力及彎矩 6.計算并繪制合成彎矩圖合成彎矩圖圖：7.計

18、算并繪制轉矩圖轉矩圖：8.計算并繪制當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)考慮，取 C為危險截面，當量彎矩為：當量彎矩圖：9.按彎扭合成應力校核軸的強度危險截面處的彎曲應力： 安全(2 中速軸的設計項目設計計算過程計算結果1.選擇材料和熱處理根據軸的使用條件，選擇40Cr,調制處理，硬度241286HB,平均260HB40Cr調制處理2.按扭轉強度估算軸徑取軸徑 3.初步設計周的結構初選3尺寸系列深溝球軸承6308一對，d=40mm,D=90mm,B=23mm初步設計軸的結構如下圖：深溝球軸承6308一對4.軸的空間受力分析該軸所受的外載荷為轉矩，小齒輪上的作用力，由于外部連接聯軸器故忽略皮帶輪的壓軸力，空

19、間受力圖如下：輸入轉矩 小齒輪的圓周力 大齒輪的圓周力 小齒輪的徑向力 大齒輪的徑向力 小齒輪的軸向力 大齒輪的軸向力 5.計算軸承支撐點的支反力垂直面支反力和彎矩計算受力圖和彎矩圖如下：水平面支反力及彎矩6.計算并繪制合成彎矩圖合成彎矩圖圖：7.計算并繪制轉矩圖轉矩圖：8.計算并繪制當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)考慮，取 為危險截面，當量彎矩為：當量彎矩圖：9.按彎扭合成應力校核軸的強度危險截面處的彎曲應力： 安全(3 低速軸的設計項目設計計算過程計算結果1.選擇材料和熱處理根據軸的使用條件，選擇 40Cr,調制處理，硬度241286HB,平均260HB40Cr調制處理2.按扭轉強度估算軸徑按聯軸

20、器的標準系列，取軸徑 3.初步設計周的結構初選3尺寸系列深溝球軸承6311一對，d=55mm,D=120mm,B=29mm初步設計軸的結構如下圖：深溝球軸承6311一對4.軸的空間受力分析該軸所受的外載荷為轉矩，小齒輪上的作用力，由于外部連接聯軸器故忽略皮帶輪的壓軸力，空間受力圖如下：輸入轉矩 小齒輪的圓周力 小齒輪的徑向力 小齒輪的軸向力 5.計算軸承支撐點的支反力垂直面支反力和彎矩計算受力圖和彎矩圖如下：水平面支反力及彎矩6.計算并繪制合成彎矩圖合成彎矩圖圖：7.計算并繪制轉矩圖轉矩圖：8.計算并繪制當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)考慮，取 C為危險截面，當量彎矩為：當量彎矩圖：9.按彎扭合成應力

21、校核軸的強度危險截面處的彎曲應力： 安全4、 軸承的設計和校核（1） 高速軸軸承深溝球軸承6308一對項目設計計算依據和過程計算結果查相關機械手冊，該軸承基本額定動載荷C=40.8kN,額定靜載荷， 脂潤滑的極限轉速軸承的受力情況如下圖：當量動載荷：查表可得：軸承壽命：深溝球軸承 按壽命短的軸承計算符合壽命要求（2） 中速軸軸承深溝球軸承6308一對項目設計計算依據和過程計算結果查相關機械手冊，該軸承基本額定動載荷C=40.8kN,額定靜載荷， 脂潤滑的極限轉速軸承的受力情況如下圖：當量動載荷：查表可得：軸承壽命：深溝球軸承 按壽命短的軸承計算符合壽命要求(3 低速軸軸承深溝球軸承6311一對

22、項目設計計算依據和過程計算結果查相關機械手冊，該軸承基本額定動載荷C=40.8kN,額定靜載荷， 脂潤滑的極限轉速軸承的受力情況如下圖：當量動載荷：查表可得：軸承壽命：深溝球軸承 按壽命短的軸承計算符合壽命要求5、鍵連接設計項目計算內容計算結果1.高速軸與電機軸連接鍵的選擇和校核靜聯接,選用普通平鍵，圓頭，故應選用鍵10×8，鍵長56，標準GB/T1096-2003接觸長度 軸徑 故滿足要求2.中間軸與減速大齒輪連接鍵的選擇和校核靜聯接,選用普通平鍵，圓頭，故應選用鍵14×9，鍵長40，標準GB/T1096-2003接觸長度 軸徑 故滿足要求3.中間軸與減速小齒輪連接鍵的選

23、擇和校核靜聯接,選用普通平鍵，圓頭，故應選用鍵14×9，鍵長76，標準GB/T1096-2003接觸長度 軸徑 故滿足要求4.低速軸與二級減速大齒輪連接鍵的選擇和校核靜聯接,選用普通平鍵，圓頭，故應選用鍵18×11，鍵長70，標準GB/T1096-2003接觸長度 軸徑 故滿足要求5.低速軸與輸出聯軸器連接鍵的選擇和校核靜聯接,選用普通平鍵，圓頭，故應選用鍵14×9，鍵長70，標準GB/T1096-2003接觸長度 軸徑 故滿足要求四、 減速器箱體及附件的設計1. 減速器尺寸減速器箱體結構的尺寸名稱符號尺寸箱座壁厚二級：0.025a+38，8mm箱蓋壁厚二級：0.

24、025a+38，8mm箱座凸緣厚度b1.5,12mm箱蓋凸緣厚度1.5,12mm箱座凸緣厚度2.5,20mm地腳螺栓直徑0.036a+12,20mm軸承旁聯接螺栓直徑0.75,16mm箱蓋與箱座聯接螺栓直徑（0.50.6）,10mm聯接螺栓的間距150200mm軸承端蓋螺釘直徑（0.40.5）,8mm窺視孔蓋螺釘直徑（0.3-0.4）,6mm定位銷直徑d(0.7-0.8 ,6mm安裝螺栓直徑16mm外箱壁至軸承座端面距離,48mm大齒輪頂圓與內壁距離>1.2,10mm齒輪端面與內壁距離>,10mm2. 減速器的潤滑齒輪的潤滑閉式齒輪傳動，根據齒輪的圓周速度大小選擇潤滑方式。圓周速度

25、時，常選擇將大齒輪浸入油池的浸油潤滑。本減速箱中圓周速度最快的輸入級小齒輪，其圓周速度為2.53m/s，故采用浸油潤滑。對于圓柱齒輪而言，齒輪浸入油池深度至少為12個齒高，但浸油深度不得大于分度圓半徑的1/3。為避免齒輪轉動時將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，大齒輪齒頂距油池底面距離不小于3050mm。根據以上要求，減速箱使用前須加注潤滑油，使油面高度達到3371mm。從而選擇全損耗系統用油(GB 443-1989，牌號為L-AN10。 滾動軸承的潤滑滾動軸承的潤滑劑可以是脂潤滑、潤滑油或固體潤滑劑。選擇何種潤滑方式可以根據速度因數值來判斷。其中：為軸頸直徑，為工作轉速。當時宜用脂潤滑

26、；否則應使用其他方式的潤滑。輸入級一對軸承值為： 中間級一對軸承值為： 輸出級一對軸承值為： 由于各軸承的值均小于，所以均選擇脂潤滑。采用脂潤滑軸承的時候，為避免稀油稀釋油脂，需用擋油環(huán)將軸承與箱體內部隔開，且軸承與箱體內壁需保持一定的距離。在本箱體設計中滾動軸承距箱體內壁距離因為本設計的減速器為室內工作，環(huán)境較為穩(wěn)定，故選用通用鋰基潤滑脂（GB 7324-1987），它適用于寬溫度范圍內各種機械設備的潤滑，選用牌號為ZL-1的潤滑脂。3. 密封件的選擇為防止箱體內潤滑劑外泄和外部雜質進入箱體內部影響箱體工作，在構成箱體的各零件間，如箱蓋與箱座間、及外伸軸的輸出、輸入軸與軸承蓋間，需設置不同形式的密封裝置。對于無相對運動的結合面，常用密封膠、耐油橡膠墊圈等；對于旋轉零件如外伸軸的密封，則需根據其不同的運動速度和密封要求考慮不同的密封件和結構。本設計中由于密封界面的相對速度較小，故采用接觸式密封。輸入軸與軸承蓋間V <3m/s，輸出軸與軸承蓋間也為V <3m/s，故均采用半粗羊毛氈封油圈。五、 其他1. 減速器裝配前，必須按圖紙檢驗各個部分零件，然后需用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，