小型薄壁零件沖壓機(jī)動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要第1章緒論1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)自1978年以來(lái)，正規(guī)的機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)廠商有23個(gè)，總產(chǎn)量占據(jù)了49%的行業(yè)份額，其中開(kāi)式壓力機(jī)的比重占了大概70%,大型還有重型壓力機(jī)比重有將近3%,在新國(guó)外目前的情況，在過(guò)去的30年中，曲柄壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于板料沖壓的大規(guī)模生產(chǎn)的合理性，要求其生產(chǎn)線具有較高的柔性還有強(qiáng)調(diào)工藝設(shè)備的萬(wàn)能性。我國(guó)在近10～15構(gòu)看起來(lái)緊湊一點(diǎn)。各傳動(dòng)級(jí)數(shù)的速比分配要恰當(dāng)。通常一級(jí)皮帶傳動(dòng)比在2～4范圍內(nèi)不超過(guò)5,一級(jí)齒輪傳動(dòng)的范圍是2～4,不超過(guò)5。傳動(dòng)比分配時(shí)，要考慮到飛輪的轉(zhuǎn)速2.2確定離合器和制動(dòng)器安裝位置所以，根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)對(duì)這次設(shè)計(jì)課題給出的數(shù)據(jù)的一些分析，決定設(shè)計(jì)一個(gè)一級(jí)帶傳動(dòng)，一級(jí)齒輪傳動(dòng)的壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪是不對(duì)稱(chēng)放置，剛性離合器和制動(dòng)器都會(huì)設(shè)計(jì)安裝曲軸上，總體傳動(dòng)方案如圖2-1所示電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪，然后皮帶輪帶動(dòng)高速軸，經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪減速器，在離合器控制的情況下，曲軸帶動(dòng)連桿滑塊，鏈接上模進(jìn)行沖壓。2.3曲柄壓力機(jī)基本參數(shù)公稱(chēng)力：5KN;滑塊行程：40mm;滑塊行程次數(shù)：220次/分；最大封閉高度：240mm;模柄孔尺寸：25×40mm;工作臺(tái)尺寸：320×300mm;2.4總體方案分析計(jì)算圖2-2為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位移簡(jiǎn)圖，滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角的情況可以通過(guò)圖顯示計(jì)算出來(lái)，他們之間的關(guān)系可表達(dá)為：180”180”90”w曲柄半徑R=20mm,連桿長(zhǎng)度L=200mm(連桿系數(shù))當(dāng)β=180時(shí)(上死點(diǎn))S=20×[(1+1)+0.1÷4×(1-1)]=40mm當(dāng)β=270時(shí)S=20×[(1-0)+0.1÷4×(1+1)]=2.4.2滑塊速度分析計(jì)算W-曲柄角速度①=220×2π=440πrad/m滑塊行程次數(shù)220spm公稱(chēng)當(dāng)量力臂計(jì)算：第3章沖壓機(jī)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)選擇與飛輪設(shè)計(jì)：A?=0.315Ph=0.315×5000×0.00A?=1/6P×1/6S=1/6×5000×1/6×A?=0.5m,Pgag=0.5×11.1×5×24.6對(duì)于連續(xù)行程工作的壓力機(jī)，一個(gè)周期消耗的能量為所以，電動(dòng)的功率為(3-6)統(tǒng)傳動(dòng)比范圍是i總=4~16滑塊行程次數(shù)為每分鐘220次，所以曲軸轉(zhuǎn)速為220r/min通過(guò)計(jì)算，電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速范圍，是880r/min~~3520r/min所以，我們擇中選取1500r/min的電動(dòng)通過(guò)以上條件，我選擇Y10012-4電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速(滿載轉(zhuǎn)速)為1500r/min。通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們可以得到系統(tǒng)各部分的傳遞效率。皮帶輪的傳遞效率一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速器軸承傳遞效率離合器傳遞效率曲柄連桿傳遞效率連桿滑塊傳遞效率η3=0.98(3對(duì))η4=0.99(1個(gè))沖壓工件時(shí)，主要靠飛輪釋放能量，如果忽略電動(dòng)機(jī)在這時(shí)所輸出的能量即可得出0),W----沖壓工作開(kāi)始前和結(jié)束后飛輪的角速度引進(jìn)飛輪的平均角速度i----電動(dòng)機(jī)軸至飛輪軸的速比-----在額定轉(zhuǎn)矩下皮帶滑動(dòng)時(shí)當(dāng)量滑差率；(見(jiàn)表3-2)k---電動(dòng)機(jī)實(shí)際選用功率與平均功率的比值；表3-1E值kE壓力及結(jié)構(gòu)形式不帶拉伸墊壓力機(jī)帶拉伸墊壓力機(jī)知道飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I,=4.74kg.m2,我們就可以設(shè)計(jì)出飛輪的尺寸，飛輪大體上有兩種，一種是輪輻式，一種是圓盤(pán)式，本次設(shè)計(jì)選用輪輻式飛輪。(見(jiàn)圖3-1)由圖3-1分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有三部分組成，輪緣的一部分，輪輻的一部分，輪轂的一部分，但因?yàn)檩喚壍霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)，所以在設(shè)計(jì)飛輪尺寸的過(guò)程中，我們可以忽略輪輻的以及輪轂的那部分，我們可以近似的，把飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量看成輪緣造成的。3.2各級(jí)傳動(dòng)比的分配系統(tǒng)總傳動(dòng)比初取皮帶輪級(jí)i=2,齒輪級(jí)為i=3.41確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比并且將傳動(dòng)比分配到系統(tǒng)的各級(jí)：初步分配傳動(dòng)比滯=2,i3.3皮帶輪的選擇皮帶輪的圓周速度小于20m/s時(shí)，可用HT150,皮帶輪的圓周速度在25~~30m/s范圍內(nèi)，時(shí)，可用HT200,皮帶輪的圓周速度大于35m/s時(shí)，直徑較大、功率較大時(shí)，用35鋼或40鋼；如果皮帶輪的性質(zhì)是高速而且功率比較小時(shí)，材料可以選擇工程塑料，如果皮帶輪的生產(chǎn)批量比較大時(shí)，材料可以選擇壓鑄鋁合金或其他合金。鑄造帶輪不允許有砂眼、所以皮帶輪傳動(dòng)比計(jì)算帶長(zhǎng)初取中心距a=300mm中心距小輪包角求帶根數(shù)：傳動(dòng)比帶根數(shù)P?=0.37,Ka=0.964,K,=1.08,△P?=0.03大帶輪轉(zhuǎn)求帶根數(shù)：帶速傳動(dòng)比帶根數(shù)。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》求軸上載荷數(shù)據(jù)2)軸上載荷：輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。大帶輪采用四孔板輪式結(jié)構(gòu)。參數(shù)V帶輪設(shè)計(jì)結(jié)果槽型A型帶長(zhǎng)根數(shù)中心距小帶輪直徑大帶輪直徑帶輪結(jié)構(gòu)形式(輻板厚度S=15,孔徑中30mm)通過(guò)對(duì)皮帶輪的確定，我們就可以知道了各級(jí)系統(tǒng)中的功率，轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)速等等，所以，分析各級(jí)系統(tǒng)，有助于對(duì)接下來(lái)的設(shè)計(jì)指明方向。電動(dòng)機(jī)軸：功率P=3kw,輸出轉(zhuǎn)矩第4章芯軸的設(shè)計(jì)計(jì)算軸上的裝備零件以及軸的基本結(jié)構(gòu)如下圖4-1所示AA皮帶輪B軸承C軸肩DE大齒輪F軸承軸4-1軸基本結(jié)構(gòu)圖高速軸，主要受扭矩，取材料為40Cr。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，取A=112~97件，大皮帶輪、小直齒輪都有產(chǎn)生軸向力，所以可以選用軸向承受力的圓錐滾子軸承。因?yàn)槭禽S承成對(duì)使用的，徑向負(fù)荷Fr產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fa相互抵消。首先確定各段直徑：B段L2=100(要大于一對(duì)軸承寬度2B=36mm,考慮采用套筒及軸承端蓋，取C段L3=20(定位軸肩)D段L4=150(根據(jù)裝配確定)E段L5=28(小齒輪裝載軸，小齒輪的輪轂為33mm,齒輪在軸端考慮其軸向定位，軸段長(zhǎng)度L5略小于齒輪輪轂的長(zhǎng)度，取L5=28mm)F段L6=120(要大于一對(duì)軸承寬度2B=36mm,考慮采用套筒及軸承端蓋，取L6=120)所以軸的具體尺寸如下圖4-2軸上受到了軸承的支撐力，皮帶輪的轉(zhuǎn)矩，齒輪的作用力，齒輪作用力：圓周力4.2高速軸軸承的選用校核初步選取圓錐滾子軸承。因傳動(dòng)軸上零件，大皮帶輪、小直齒輪都有產(chǎn)生軸向力，所以可以選用軸向承受力大的圓錐滾子軸承。因?yàn)槭禽S承成對(duì)使用的，徑向負(fù)荷Fr產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fa相互抵消，所以，根據(jù)d2=40mm,由軸承產(chǎn)品目錄中，初步選取0基本游隙d×D×B=40mm×80mm×18mm,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)盈配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。傳動(dòng)軸上的一對(duì)30208圓錐滾子軸承。計(jì)算軸承型號(hào)30208圓錐滾子軸承，計(jì)算軸承的徑向載荷：所以取P=P1校核軸承壽命4.3高速軸上鍵連接的設(shè)計(jì)校核小齒輪軸的圓周方向定位選用平鍵連接，由于帶輪在軸端所以選用單圓頭平鍵，按d1=30mm查手冊(cè)得平鍵截面b×h=10mm×8mm,皮帶輪輪轂60mm,取鍵長(zhǎng)為40mm,帶輪與軸的配合為(過(guò)渡配合)。E段，軸徑d5=42,查的平鍵截面b×h=12mm×8mm,軸的長(zhǎng)度為28,鍵長(zhǎng)略短于輪轂和軸段的長(zhǎng)度，可取鍵長(zhǎng)度L=24mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合具有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為(過(guò)盈配合);因?yàn)槎际擎I4.3.1皮帶輪與傳動(dòng)軸的鍵位校核皮帶輪要求一定的定心性，因此選用平鍵，由于是靜鏈接，且位置在軸端，選用普通參考皮帶輪轂長(zhǎng)選鍵長(zhǎng)1=40mm,鍵的接觸長(zhǎng)度l`=l-b=40-10=30mm4.3.2小齒輪與傳動(dòng)軸的鍵位校核8級(jí)精度的齒輪要求一定的定心性，因此選用平鍵，由于是靜鏈接，選用普通平鍵，圓頭。T=36.750N/m,手冊(cè)查的d=38~44mm時(shí)，鍵的截面尺寸為寬b=12mm,高h(yuǎn)=8mm,參考小齒輪輪轂長(zhǎng)以及軸段長(zhǎng)選鍵長(zhǎng)1=22mm,鍵的接觸長(zhǎng)度l`=1-b=22-12=10mm4.4低速軸的設(shè)計(jì)校核軸上的裝備零件以及軸的基本結(jié)構(gòu)如下圖4-3所示低速軸，主要受扭矩，取材料為40Cr。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，,取A=112~97初步選取圓錐滾子軸承。因傳動(dòng)軸上零件，大直齒輪，都沒(méi)有產(chǎn)生軸向力，離合器產(chǎn)生軸向力，所以可以選用圓錐滾子軸承。首先確定各段直徑確定各段距離A段L1=50(裝載離合器)B段L2=60(要大于一對(duì)軸承寬度2B=46mm,考慮采用彈性擋圈，取L2=60)C段L3=20(定位軸)D段L4=30(大齒輪裝載軸，大齒輪的輪轂為33mm,齒輪在軸端考慮其軸向定位，軸段長(zhǎng)度L4略小于齒輪輪轂的長(zhǎng)度，取L4=30mm)E段L4=120(要大于一對(duì)軸承寬度2B=46mm,考慮采用套筒及軸承端蓋，取L4=120)所以設(shè)計(jì)的低速軸的尺寸如下圖4-4經(jīng)過(guò)校核，軸的強(qiáng)度剛度完全符合要求4.5低速軸上鍵連接的設(shè)計(jì)校核b×h=16mm×10mm,軸的長(zhǎng)度為30,鍵長(zhǎng)略短于輪轂和軸段的長(zhǎng)度，可取鍵長(zhǎng)度L=28mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合具有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為(過(guò)盈為軸的直徑，h為鍵的高度，I'為鍵的接觸長(zhǎng)度[σ,]為許用擠壓應(yīng)力，鍵、軸和輪轂的材8級(jí)精度的齒輪要求一定的定心性，因此選用平鍵，由于是靜鏈接，選用普通平鍵，圓頭。T=120.243N/m,手冊(cè)查的d=50~58mm時(shí)，鍵的截面尺寸為寬b=16mm,高h(yuǎn)=10mm,參考小齒輪輪轂長(zhǎng)以及軸段長(zhǎng)選鍵長(zhǎng)1=25mm,鍵的接觸長(zhǎng)度I'=1-b=25-16=9mm4.6曲軸的設(shè)計(jì)校核曲柄壓力機(jī)中，常見(jiàn)的曲軸有三種類(lèi)型，曲軸式、曲拐軸式和偏心軸式。曲軸是壓力機(jī)中重要的傳遞零件，因?yàn)榍S受力比較復(fù)雜，所以制造條件要求比較高，材料一般選用45號(hào)鋼，鍛制而成。鍛比一般取2.5~3。對(duì)于小型的壓力機(jī)的曲軸，國(guó)內(nèi)的一些制造廠用球磨鑄鐵QT60—2鑄造。鍛制的曲軸加工后應(yīng)進(jìn)調(diào)質(zhì)處理，曲軸支承頸和曲柄頸(或曲拐頸)需要精車(chē)或磨光，為了延長(zhǎng)曲軸壽命，在各軸頸特別是圓角處，最好用滾子碾壓強(qiáng)化。曲軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4-5曲軸的設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)尺寸，見(jiàn)下表4-1圖4-6曲軸尺寸簡(jiǎn)圖圖4-7曲軸受力彎矩簡(jiǎn)圖離合器對(duì)曲軸的作用力相對(duì)于連桿來(lái)說(shuō)要小得多，所以可以忽略不計(jì)，連桿對(duì)曲軸的危險(xiǎn)截面C-C的彎矩L2—曲柄兩邊外側(cè)面間的距離L1—曲柄頸的長(zhǎng)度D1—曲柄頸的直徑W—彎曲截面系數(shù)曲柄頸上除受彎矩作用外，尚受到扭矩作用，應(yīng)按彎矩聯(lián)合作用計(jì)算，但由于彎矩比扭矩大得多，所以忽略扭矩計(jì)算，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角在公稱(chēng)壓力角的情況下兩者相差3%以下，及時(shí)在90°的情況下相差也僅達(dá)到5%,因此，對(duì)于一般壓力機(jī)，計(jì)算C-C截面曲軸在曲柄頸C-C截面上有可能破壞以外，在支撐頸的B-B截面也有可能破壞。B-B截面上，扭矩比彎矩大得多，所以可以忽略彎矩的影d0—支撐頸直徑m—公稱(chēng)當(dāng)量力臂wp扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)離合器安裝在曲柄與低速軸之間，那么,低速軸就是主動(dòng)部分，曲軸便是從動(dòng)部過(guò)分析選取牙嵌式離合器。通過(guò)選擇，上海隆亮機(jī)電設(shè)備有限公司氣動(dòng)齒式離合器LLTC-120,扭矩為120N.m,符合設(shè)計(jì)要求。離合器的結(jié)構(gòu)為圖5-1所示，尺寸為表5-1圖5-1離合器結(jié)構(gòu)圖為了適應(yīng)不同高度的模具，壓力機(jī)的裝模高度需要調(diào)節(jié)，所以，就設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)螺桿來(lái)調(diào)節(jié)裝模的高度，連桿不是一個(gè)整體，而是由連桿蓋，軸瓦，連桿體，調(diào)節(jié)螺桿組成的。調(diào)節(jié)螺桿下面的球頭和滑塊鏈接，連桿上面的軸瓦則是與曲軸鏈接，用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿即可調(diào)節(jié)高度，而在沖壓的過(guò)程中，裝模高度應(yīng)該是不變的，否則就會(huì)導(dǎo)致模具的損壞或者工件的不合格，為了防止出現(xiàn)這種情況，需要一個(gè)鎖緊的裝置，本次設(shè)計(jì)中，選用了鎖緊螺母。這種鎖緊方式只是針對(duì)小型的壓力機(jī)。連桿桿蓋的結(jié)構(gòu)尺寸圖如下5-2,5-3所示軸瓦應(yīng)該選用具備，摩擦相容性好，嵌入型性好，磨合性好，摩擦順應(yīng)性好，耐磨性好，耐蝕性好，耐疲勞性好，耐氣蝕性好，抗壓輕度好的材料，這里我們選用鋁基合金滑塊它是一個(gè)連接機(jī)構(gòu)，上端與調(diào)節(jié)螺桿(連桿)相連接，下端安裝上模，整體是在安裝導(dǎo)軌設(shè)計(jì)尺寸為下圖5-6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)，要承受全部的工作變形力，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的機(jī)身，對(duì)減輕壓力機(jī)的重量，提高壓力機(jī)的剛度，以及減少制造難度，都有著十分重大的影響。箱體應(yīng)該有一個(gè)合理的壁厚，軸承座，箱體底座等這些地方受到的載荷是比較大的，所以這些位置的壁厚應(yīng)該要大一些。箱體三維結(jié)構(gòu)1).箱座壁厚δ=0.025a+△≥8(取15)a為一級(jí)齒輪減速器圓柱齒輪傳動(dòng)的中心距△=1(單級(jí))2).箱蓋δ?=0.02a+△≥8(取15)a為一級(jí)齒輪減速器圓柱齒輪傳動(dòng)的中心距△=1(單級(jí))3).箱體凸緣厚度bb=1.5δ(取10)2.箱蓋外輪廓設(shè)計(jì)箱蓋外輪廓常以圓弧和直線組成，箱蓋外輪廓的具體尺寸，應(yīng)該由結(jié)構(gòu)和作圖兩部分軸承座外端面應(yīng)該想外突出5—10mm樣子，因?yàn)檫@樣能便于切削加工本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要完成了對(duì)曲柄壓力機(jī)動(dòng)力裝置的選擇，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。其中傳動(dòng)裝置包括了皮帶輪的計(jì)算選擇，一級(jí)齒輪減速器的計(jì)算選擇，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，滑塊導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用到了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的，工程分析方面等許許多多的各