机械设计课程设计-薄壁设计冲床机构零件.doc

机械设计综合课程设计薄壁零件冲床机构设计机械设计综合课程设计说明书设计题目：薄壁设计冲床机构零件xxx设 计 者：xxx指导教师：xxx2010年5月15日北京航空航天大学- 31 -目录一、设计任务11、 设计题目12、 设计原理13、 设计原始技术参数14、 设计任务1二、机构运动设计21、 方案设计21）、原动机的选择22）、传动装置的选择22、 机构设计2三、结构设计31、 设计计算31）、运动和动力参数的计算32）、斜齿轮设计43）、斜齿轮设计94）、轴的设计和校核计算155）、轴承的选择与校核256）、键的设计与计算262、 减速器的结构设计251）、润滑和密封形式的选择、润滑油和润滑脂的选择282）、箱体设计293）、技术要求30四、总结30五、参考文献31一、 设计任务1. 设计题目：薄壁零件冲床机构设计，见图1-1。图1-1 薄壁零件冲床机构设计参考图2. 设计原理冲床工作原理如上图所示,在冲制薄壁零件时,上模以较大的速度接近胚料后以匀速将工件拉延成型，然后上模继续下行将成品推出型腔并快速返回，上模推出下模，送料机构从侧面讲胚料送至待加工位置，完成一个工作循环。 3. 设计原始技术参数1） 由电动机驱动的执行构件作上下往复直线运动，其大致运动规律如任务如上图，该机具有快速下沉、等速工作进给和等速返回的特性。上模工作段的长度l=40100mm，对应曲柄转角为6090，上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速比系数k1.5。2） 上模到达工程段以前，送料机构已将胚料送至待加工位置，送料距离h=60250mm。要求机构具有良好的传力特性，特别是工作段的许用压力角=50，生产率位每分钟70份。3) 设计要求室内工作，有轻微冲击；动力源为三相交流电380/220v，使用期限为10年，大修周期为3年，双班制工作；生产批量为5台，由专业机械厂制造，可加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。数据组编号1冲压载荷n9000上模工作段长度lmm40上模工作段对应曲柄转角（）604. 设计任务1) 设计总体传动方案，画出总体机构简图，完成总体方案论证报告。2) 设计主要传动装置，完成主要传动装置的装配图（a0）。3) 设计主要零件，完成两张零件工作图（a3）。4) 编写设计说明书。二、 机构运动设计1. 方案设计1) 原动机的选择选用两级齿轮传动减速是因为根据工作要求，采用双级闭式软齿面斜齿圆柱齿轮转动。双级传动工艺简单，效率高，精度容易保证。斜齿轮承载能力，传动平衡，软齿面能简化齿轮的加工工艺。具有防止灰尘或其他杂物侵入之特点，b级绝缘，可采用全压式或降压起动。该电动机的工作条件为：环境温度-15 +40，相对湿度不超过90%，海拔高度不超过1000m，电源额定电压380v，频率50hz，常用于对起动性能、调速性能及转差率均无特殊要求的机器或设备，如金属切削机床、水泵、风机、运输机械和农业机械等。按工作要求，选用y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380v。2）传动装置的选择将v带传动设置在高速级是因为：主要由于v带传动能力小，把它布置在高速级，速度快，转矩小，有利于结构紧凑；v带在高速级有利于发挥其传动平稳，吸震缓冲，减少噪声的作用；v带在高速级更能起到过载保护的作用；v带结构工艺简单，精度容易保证。如图2-1所示。2. 机构设计本设计是要将旋转运动转换为往复运动，工作机应该采用往复移动机构，既能带动上模，同时结构又尽量简单。如图2-2所示。图2-1 传动方案设计图2-2 机构简图设计 三、结构设计1. 设计计算1) 运动和动力参数的计算 因为动力来源：电力，三相交流电，电压380/220v；所以选用常用的封闭式系列的交流电动机。（1）确定电动机转速凸轮工作转速n=70（r/min）。考虑到v型带传动比i=2-4，二级齿轮减速器i=8-40，则总传动比范围为i=16-160。电机转速可选范围为（1120-11200）r/min。综合总传动比，结构尺寸以及成本，选择y132m-4型，额定功率7.5kw电动机，满载转速n=1440r/min。（2）分配传动比总传动比i=，v型带传动比取3，则减速器传动比为i=6.86。则两级齿轮减速器中高速级传动比为，低速级i=2.21。（3）计算轴1，轴2，轴3的转速、输入功率、输入转矩转速计算：轴1转速等于电动机转速的三分之一，即n=480r/min 轴2转速：n=154.8r/min 轴3转速：n=70r/min 输入功率：电机轴，p=5.79kw 轴1：=5.56kw(=0.96，v型带效率) 轴2：=5.34kw(=0.99,滚动轴承效率；=0.97，闭式齿轮效率) 轴3：=5.13kw 连接轴：=1.84kw（=0.99，联轴器效率）输入转矩：电机输入转矩： 轴1： 轴2： 轴3：将以上计算结果整理，列出表格（表3-1）表3-1 各轴运动和动力参数轴名功率p/kw转矩t/转速r/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴 5.7938.414403 0.96轴15.565.50110.62109.5480 3.100.96轴25.345.29 329.4326.1 154.8 2.210.96轴35.135.08 699.3 692.3 70连接轴5.024.97684.9678.17010.981.2齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.选择材料和精度等级转速不高，且批量较小。故小齿轮用40cr,调质处理。硬度hb=241286.平均取为260hb。大齿轮用45钢，调质处理，硬度hb=229286，平均取为240hb。精度等级选8级精度。2初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。由附录a表有：由表a1取，动载荷系数，转矩，由表27.11查取接触疲劳极限：取较小值：初取取3.确定基本参数圆周速度查表知，取8级精度合理，取确定模数，查表确定螺旋角：小齿轮直径：大齿轮直径：初步齿宽：校核传动比误差：=0.0153%，满足要求。8级精度合理4.校核齿面接触疲劳强度4.校核齿面接触疲劳强度1计算齿面接触应力节点区域系数:查图27-16非变位斜齿轮弹性系数:查表27.11得重合度系数：端面重合度：由于没有变位，所以端面啮合角纵向重合度：螺旋角系数： 查表可得查表计算齿向载荷分布系数，其中：对称支承，调质齿轮精度等级为8级。齿面接触应力：2计算许用接触应力查表可得接触强度寿命系数可得：总工作时间：应力循环次数：齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数：由表27.15按调质钢查得：润滑油膜影响系数取为由表27.14取最小安全系数许用接触应力：3验算:接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整。5.确定主要传动尺寸中心距：圆整取：因为精确的端面模数：小齿轮直径：大齿轮直径：齿宽b=78mm, , 6.齿根弯曲疲劳强度验算1由式27.11, , ,齿根弯曲应力:2计算许用弯曲应力由式27.17试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图27-24c ， 由图27-26确定尺寸系数=3弯曲疲劳强度验算 合格= 合格7.静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核。1.3、齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.选择材料和精度等级转速不高，且批量较小。故小齿轮用40cr,调质处理。硬度hb=241286.平均取为260hb。大齿轮用45钢，调质处理，硬度hb=229286，平均取为240hb。精度等级选8级精度。2初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。由附录a表有：由表a1取，动载荷系数，转矩，由表27.11查取接触疲劳极限：取较小值：初取取3.确定基本参数圆周速度查表知，取8级精度合理，取确定模数，查表确定螺旋角：小齿轮直径：大齿轮直径：初步齿宽：校核传动比误差：=0.0153%，满足要求。8级精度合理4.校核齿面接触疲劳强度4.校核齿面接触疲劳强度1计算齿面接触应力节点区域系数:查图27-16非变位斜齿轮弹性系数:查表27.11得重合度系数：端面重合度：由于没有变位，所以端面啮合角纵向重合度：螺旋角系数： 查表可得查表计算齿向载荷分布系数，其中：对称支承，调质齿轮精度等级为8级。齿面接触应力：2计算许用接触应力查表可得接触强度寿命系数可得：总工作时间：应力循环次数：齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数：由表27.15按调质钢查得：润滑油膜影响系数取为由表27.14取最小安全系数许用接触应力：验算:接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整。5.确定主要传动尺寸中心距：圆整取：因为精确的端面模数：小齿轮直径：大齿轮直径：齿宽b=78mm, , 6.齿根弯曲疲劳强度验算1由式27.11, , ,齿根弯曲应力:2计算许用弯曲应力由式27.17试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图27-24c ， 由图27-26确定尺寸系数=3弯曲疲劳强度验算 合格= 合格7.静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核。4）轴的设计和校核计算 考虑相邻齿轮沿轴向不发生干涉，计入尺寸 齿轮与箱体间隙， 轴承与箱体间隙取轴承宽度 轴的支撑跨距分别为 （1）、高速轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理齿轮直径较小，采用齿轮轴结构，轴的材料及热处理同齿轮一致，选用45钢，调制处理。2、轴的空间受力分析轴的空间受力分析图3、计算轴承支点的支反力1. 水平面支反力及弯矩计算2.垂直面支反力及弯矩计算 水平、垂直面受力分析4、计算合力、合成弯矩 轴向力作用在轴承a上（深沟球轴承，采用两段固定式组合方式）合成弯矩图5、轴的初步计算由表查得：6.轴的结构设计输入轴采用带轮 c取100 取轴端直径，轴颈取35mm7.轴简图（2）、中间轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理45钢调质2、轴的空间受力分析轴的空间受力分析图3、计算轴承支点的支反力1.水平面支反力及弯矩计算2.垂直面支反力及弯矩计算 水平、垂直面受力分析4、计算合力、合成弯矩合成弯矩图5、轴的初步计算由表查得：此轴轴段开有一键槽，直径增大4%，计算截面直径 6、轴的结构设计按经验公式，减速器高速级从动轴的危险截面直径取减速器中间轴的危险截面直径7.轴简图（3）、低速轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理选用45钢，调制处理。2、轴的空间受力分析轴的空间受力分析图3、计算轴承支点的支反力1.水平面支反力及弯矩计算2.垂直面支反力及弯矩计算 水平、垂直面受力分析4、计算合力、合成弯矩 合成弯矩图5、轴的初步计算由表查得：有键槽，直径增大4%，6.轴的结构设计按经验公式，减速器高速级从动轴的危险截面直径取减速器中间轴的危险截面直径7.轴简图1.5键联接设计计算首先根据轴径确定键高和宽，再使用公式：来设计最小键长，再根据标准值表和轴段的长度取得合适的值。1.5.1高速轴上的键轴径：考虑到带轮的宽度以及留出足够的富余强度：取因此，高速轴的键 1.5.2中间轴上的键中间轴上有两个键，其安装轴径及扭矩均相同，计算如下：轴径：考虑到带轮的宽度以及留出足够的富余强度，取小齿轮键大齿轮键因此，中间轴的键：1.5.3低速轴上的键轴径：考虑到带轮的宽度以及留出足够的富余强度：取因此，低速轴的键 1.6滚动轴承的选择及寿命计算 之前根据轴径已经初步确定了轴承的型号，只是宽度系数没有确定，在这里通过校核验算初估的轴承是否满足寿命要求。1.6.1高速轴轴承初估轴承型号：6008轴上载荷：进而计算系数：，因此计算使用寿命：故使用高速轴使用6008满足要求。1.6.2中间轴轴承初估轴承型号：6008轴上载荷：进而计算系数：，因此计算使用寿命：故使用高速轴使用6008满足要求。1.6.3低速轴轴承初估轴承型号：6012轴上载荷：进而计算系数：，因此计算使用寿命：故使用中间轴使用6012满足要求。2、减速器箱体及附件的设计2.1润滑和密封形式2.1.1齿轮润滑在减速器中，采用浸油润滑，由表6-75，选用全损耗用油，用于齿轮传动的润滑。浸油深度一般要求为中间轴大齿轮一个齿高，但不高于低速轴齿轮分度圆半径的1/3。2.1.2滚动轴承的润滑两对轴承处的零件轮缘线速度均大于，所以应考虑使用油润滑，但应对轴承处值进行计算。值大于时宜用油润滑；否则应设计辅助润滑装置。三对轴承处值分别为：，均大于，所以可以选择油润滑。采用油润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。在选用润滑油的牌号时，根据手册查得常用油的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，所以6008和6012轴承选用通用润滑油，它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为的润滑油。2.1.3密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间v 3m/s，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为v 取1=齿轮轮毂端面与内机壁距离2 取2=轴承端盖螺栓直径 轴承端盖外径 取 轴承端盖凸缘厚度 取 2.3技术要求减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀