小型薄壁零件冲压机动力及传动系统设计

摘要第1章绪论1.2.1国内研究现状我国自1978年以来，正规的机械压力机生产厂商有23个，总产量占据了49%的行业份额，其中开式压力机的比重占了大概70%,大型还有重型压力机比重有将近3%,在新国外目前的情况，在过去的30年中，曲柄压力机广泛应用于板料冲压的大规模生产的合理性，要求其生产线具有较高的柔性还有强调工艺设备的万能性。我国在近10～15构看起来紧凑一点。各传动级数的速比分配要恰当。通常一级皮带传动比在2～4范围内不超过5,一级齿轮传动的范围是2～4,不超过5。传动比分配时，要考虑到飞轮的转速2.2确定离合器和制动器安装位置所以，根据以上的设计思路，通过对这次设计课题给出的数据的一些分析，决定设计一个一级带传动，一级齿轮传动的压力机传动系统，齿轮是不对称放置，刚性离合器和制动器都会设计安装曲轴上，总体传动方案如图2-1所示电动机驱动皮带轮，然后皮带轮带动高速轴，经过一级齿轮减速器，在离合器控制的情况下，曲轴带动连杆滑块，链接上模进行冲压。2.3曲柄压力机基本参数公称力：5KN;滑块行程：40mm;滑块行程次数：220次/分；最大封闭高度：240mm;模柄孔尺寸：25×40mm;工作台尺寸：320×300mm;2.4总体方案分析计算图2-2为曲柄滑块机构的位移简图，滑块的位移和曲柄转角的情况可以通过图显示计算出来，他们之间的关系可表达为：180”180”90”w曲柄半径R=20mm,连杆长度L=200mm(连杆系数)当β=180时(上死点)S=20×[(1+1)+0.1÷4×(1-1)]=40mm当β=270时S=20×[(1-0)+0.1÷4×(1+1)]=2.4.2滑块速度分析计算W-曲柄角速度①=220×2π=440πrad/m滑块行程次数220spm公称当量力臂计算：第3章冲压机结构分析设计3.1电动机选择与飞轮设计：A₁=0.315Ph=0.315×5000×0.00A₂=1/6P×1/6S=1/6×5000×1/6×A₃=0.5m,Pgag=0.5×11.1×5×24.6对于连续行程工作的压力机，一个周期消耗的能量为所以，电动的功率为(3-6)统传动比范围是i总=4~16滑块行程次数为每分钟220次，所以曲轴转速为220r/min通过计算，电动机，转速范围，是880r/min~~3520r/min所以，我们择中选取1500r/min的电动通过以上条件，我选择Y10012-4电机，同步转速(满载转速)为1500r/min。通过查阅机械设计手册，我们可以得到系统各部分的传递效率。皮带轮的传递效率一级齿轮传动减速器轴承传递效率离合器传递效率曲柄连杆传递效率连杆滑块传递效率η³=0.98(3对)η4=0.99(1个)冲压工件时，主要靠飞轮释放能量，如果忽略电动机在这时所输出的能量即可得出0),W----冲压工作开始前和结束后飞轮的角速度引进飞轮的平均角速度i----电动机轴至飞轮轴的速比-----在额定转矩下皮带滑动时当量滑差率；(见表3-2)k---电动机实际选用功率与平均功率的比值；表3-1E值kE压力及结构形式不带拉伸垫压力机带拉伸垫压力机知道飞轮转动惯量I,=4.74kg.m²,我们就可以设计出飞轮的尺寸，飞轮大体上有两种，一种是轮辐式，一种是圆盘式，本次设计选用轮辐式飞轮。(见图3-1)由图3-1分析，我们可以发现，飞轮的转动惯量有三部分组成，轮缘的一部分，轮辐的一部分，轮毂的一部分，但因为轮缘的转动惯量要远远大于其他两个，所以在设计飞轮尺寸的过程中，我们可以忽略轮辐的以及轮毂的那部分，我们可以近似的，把飞轮的转动惯量看成轮缘造成的。3.2各级传动比的分配系统总传动比初取皮带轮级i=2,齿轮级为i=3.41确定传动系统总传动比并且将传动比分配到系统的各级：初步分配传动比滞=2,i3.3皮带轮的选择皮带轮的圆周速度小于20m/s时，可用HT150,皮带轮的圆周速度在25~~30m/s范围内，时，可用HT200,皮带轮的圆周速度大于35m/s时，直径较大、功率较大时，用35钢或40钢；如果皮带轮的性质是高速而且功率比较小时，材料可以选择工程塑料，如果皮带轮的生产批量比较大时，材料可以选择压铸铝合金或其他合金。铸造带轮不允许有砂眼、所以皮带轮传动比计算带长初取中心距a=300mm中心距小轮包角求带根数：传动比带根数P₀=0.37,Ka=0.964,K,=1.08,△P₀=0.03大带轮转求带根数：带速传动比带根数。参考《机械设计》求轴上载荷数据2)轴上载荷：轮采用实心式结构。大带轮采用四孔板轮式结构。参数V带轮设计结果槽型A型带长根数中心距小带轮直径大带轮直径带轮结构形式(辐板厚度S=15,孔径中30mm)通过对皮带轮的确定，我们就可以知道了各级系统中的功率，转矩，传动比，转速等等，所以，分析各级系统，有助于对接下来的设计指明方向。电动机轴：功率P=3kw,输出转矩第4章芯轴的设计计算轴上的装备零件以及轴的基本结构如下图4-1所示AA皮带轮B轴承C轴肩DE大齿轮F轴承轴4-1轴基本结构图高速轴，主要受扭矩，取材料为40Cr。根据设计手册，取A=112~97件，大皮带轮、小直齿轮都有产生轴向力，所以可以选用轴向承受力的圆锥滚子轴承。因为是轴承成对使用的，径向负荷Fr产生内部轴向力Fa相互抵消。首先确定各段直径：B段L2=100(要大于一对轴承宽度2B=36mm,考虑采用套筒及轴承端盖，取C段L3=20(定位轴肩)D段L4=150(根据装配确定)E段L5=28(小齿轮装载轴，小齿轮的轮毂为33mm,齿轮在轴端考虑其轴向定位，轴段长度L5略小于齿轮轮毂的长度，取L5=28mm)F段L6=120(要大于一对轴承宽度2B=36mm,考虑采用套筒及轴承端盖，取L6=120)所以轴的具体尺寸如下图4-2轴上受到了轴承的支撑力，皮带轮的转矩，齿轮的作用力，齿轮作用力：圆周力4.2高速轴轴承的选用校核初步选取圆锥滚子轴承。因传动轴上零件，大皮带轮、小直齿轮都有产生轴向力，所以可以选用轴向承受力大的圆锥滚子轴承。因为是轴承成对使用的，径向负荷Fr产生内部轴向力Fa相互抵消，所以，根据d2=40mm,由轴承产品目录中，初步选取0基本游隙d×D×B=40mm×80mm×18mm,滚动轴承与轴的周向定位是由过盈配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。传动轴上的一对30208圆锥滚子轴承。计算轴承型号30208圆锥滚子轴承，计算轴承的径向载荷：所以取P=P1校核轴承寿命4.3高速轴上键连接的设计校核小齿轮轴的圆周方向定位选用平键连接，由于带轮在轴端所以选用单圆头平键，按d1=30mm查手册得平键截面b×h=10mm×8mm,皮带轮轮毂60mm,取键长为40mm,带轮与轴的配合为(过渡配合)。E段，轴径d5=42,查的平键截面b×h=12mm×8mm,轴的长度为28,键长略短于轮毂和轴段的长度，可取键长度L=24mm,同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为(过盈配合);因为都是键4.3.1皮带轮与传动轴的键位校核皮带轮要求一定的定心性，因此选用平键，由于是静链接，且位置在轴端，选用普通参考皮带轮毂长选键长1=40mm,键的接触长度l`=l-b=40-10=30mm4.3.2小齿轮与传动轴的键位校核8级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键，由于是静链接，选用普通平键，圆头。T=36.750N/m,手册查的d=38~44mm时，键的截面尺寸为宽b=12mm,高h=8mm,参考小齿轮轮毂长以及轴段长选键长1=22mm,键的接触长度l`=1-b=22-12=10mm4.4低速轴的设计校核轴上的装备零件以及轴的基本结构如下图4-3所示低速轴，主要受扭矩，取材料为40Cr。根据设计手册，,取A=112~97初步选取圆锥滚子轴承。因传动轴上零件，大直齿轮，都没有产生轴向力，离合器产生轴向力，所以可以选用圆锥滚子轴承。首先确定各段直径确定各段距离A段L1=50(装载离合器)B段L2=60(要大于一对轴承宽度2B=46mm,考虑采用弹性挡圈，取L2=60)C段L3=20(定位轴)D段L4=30(大齿轮装载轴，大齿轮的轮毂为33mm,齿轮在轴端考虑其轴向定位，轴段长度L4略小于齿轮轮毂的长度，取L4=30mm)E段L4=120(要大于一对轴承宽度2B=46mm,考虑采用套筒及轴承端盖，取L4=120)所以设计的低速轴的尺寸如下图4-4经过校核，轴的强度刚度完全符合要求4.5低速轴上键连接的设计校核b×h=16mm×10mm,轴的长度为30,键长略短于轮毂和轴段的长度，可取键长度L=28mm,同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为(过盈为轴的直径，h为键的高度，I'为键的接触长度[σ,]为许用挤压应力，键、轴和轮毂的材8级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键，由于是静链接，选用普通平键，圆头。T=120.243N/m,手册查的d=50~58mm时，键的截面尺寸为宽b=16mm,高h=10mm,参考小齿轮轮毂长以及轴段长选键长1=25mm,键的接触长度I'=1-b=25-16=9mm4.6曲轴的设计校核曲柄压力机中，常见的曲轴有三种类型，曲轴式、曲拐轴式和偏心轴式。曲轴是压力机中重要的传递零件，因为曲轴受力比较复杂，所以制造条件要求比较高，材料一般选用45号钢，锻制而成。锻比一般取2.5~3。对于小型的压力机的曲轴，国内的一些制造厂用球磨铸铁QT60—2铸造。锻制的曲轴加工后应进调质处理，曲轴支承颈和曲柄颈(或曲拐颈)需要精车或磨光，为了延长曲轴寿命，在各轴颈特别是圆角处，最好用滚子碾压强化。曲轴的结构简图4-5曲轴的设计采用经验尺寸，见下表4-1图4-6曲轴尺寸简图图4-7曲轴受力弯矩简图离合器对曲轴的作用力相对于连杆来说要小得多，所以可以忽略不计，连杆对曲轴的危险截面C-C的弯矩L2—曲柄两边外侧面间的距离L1—曲柄颈的长度D1—曲柄颈的直径W—弯曲截面系数曲柄颈上除受弯矩作用外，尚受到扭矩作用，应按弯矩联合作用计算，但由于弯矩比扭矩大得多，所以忽略扭矩计算，根据统计，当曲柄转角在公称压力角的情况下两者相差3%以下，及时在90°的情况下相差也仅达到5%,因此，对于一般压力机，计算C-C截面曲轴在曲柄颈C-C截面上有可能破坏以外，在支撑颈的B-B截面也有可能破坏。B-B截面上，扭矩比弯矩大得多，所以可以忽略弯矩的影d0—支撑颈直径m—公称当量力臂wp扭转截面系数离合器安装在曲柄与低速轴之间，那么,低速轴就是主动部分，曲轴便是从动部过分析选取牙嵌式离合器。通过选择，上海隆亮机电设备有限公司气动齿式离合器LLTC-120,扭矩为120N.m,符合设计要求。离合器的结构为图5-1所示，尺寸为表5-1图5-1离合器结构图为了适应不同高度的模具，压力机的装模高度需要调节，所以，就设计调节螺杆来调节装模的高度，连杆不是一个整体，而是由连杆盖，轴瓦，连杆体，调节螺杆组成的。调节螺杆下面的球头和滑块链接，连杆上面的轴瓦则是与曲轴链接，用扳手转动调节螺杆即可调节高度，而在冲压的过程中，装模高度应该是不变的，否则就会导致模具的损坏或者工件的不合格，为了防止出现这种情况，需要一个锁紧的装置，本次设计中，选用了锁紧螺母。这种锁紧方式只是针对小型的压力机。连杆杆盖的结构尺寸图如下5-2,5-3所示轴瓦应该选用具备，摩擦相容性好，嵌入型性好，磨合性好，摩擦顺应性好，耐磨性好，耐蚀性好，耐疲劳性好，耐气蚀性好，抗压轻度好的材料，这里我们选用铝基合金滑块它是一个连接机构，上端与调节螺杆(连杆)相连接，下端安装上模，整体是在安装导轨设计尺寸为下图5-6机身是压力机的一个基本部件，所有零部件都装在机身上面，工作时，要承受全部的工作变形力，因此，设计一个合理的机身，对减轻压力机的重量，提高压力机的刚度，以及减少制造难度，都有着十分重大的影响。箱体应该有一个合理的壁厚，轴承座，箱体底座等这些地方受到的载荷是比较大的，所以这些位置的壁厚应该要大一些。箱体三维结构1).箱座壁厚δ=0.025a+△≥8(取15)a为一级齿轮减速器圆柱齿轮传动的中心距△=1(单级)2).箱盖δ₁=0.02a+△≥8(取15)a为一级齿轮减速器圆柱齿轮传动的中心距△=1(单级)3).箱体凸缘厚度bb=1.5δ(取10)2.箱盖外轮廓设计箱盖外轮廓常以圆弧和直线组成，箱盖外轮廓的具体尺寸，应该由结构和作图两部分轴承座外端面应该想外突出5—10mm样子，因为这样能便于切削加工本次毕业设计，主要完成了对曲柄压力机动力装置的选择，传动装置的设计。其中传动装置包括了皮带轮的计算选择，一级齿轮减速器的计算选择，曲柄连杆机构的设计，滑块导轨的设计。在设计过程中，运用到了机械设计方面的，工程分析方面等许许多多的各