鄭州華信學院畢業(yè)設計（論文） 設計（論文）題目鄭州雨辰學院本科生畢業(yè)設計（論文）題 目： 60噸壓力機機械結構設計 指導教師： 職稱： 講師 學生姓名： 學號： 1334095854 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 院 （系）： 機電工程學院 答辯日期： 20 年06月18日 20 年06月14日鄭州雨辰學院畢業(yè)設計（論文）60噸壓力機機械結構設計摘要壓力機是一種結構精巧的通用性壓力機，具有用途廣泛，生產(chǎn)效率高等特點，壓力機可廣泛應用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝，通過對金屬坯件施加壓力使金屬發(fā)生塑性變形來加工成零件。本文設計的壓力機主要應用于中小型企業(yè)，用于完成簡單的沖壓工作，具有結構簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高等特點。本文參考JH31-63機械壓力機的設計，需要請咨詢學號數(shù)字企鵝設計了60噸壓力機。該壓力機采用曲柄滑塊機構作為執(zhí)行機構完成沖壓工作。本文通過對壓力機的控制要求和工況分析，決定采用了齒輪的二級減速傳動，運用傳統(tǒng)理論方法對壓力機傳動系統(tǒng)進行設計、計算、強度校核，確定了傳動系統(tǒng)的設計方案，并且繪制了傳動系統(tǒng)原理圖，給出了傳動系統(tǒng)的工作說明書，并對其進行了可行性分析，最后對整個設計進行系統(tǒng)分析，得出整個設計切實可行。 關鍵詞：壓力機傳動系統(tǒng)執(zhí)行機構帶傳動齒輪傳動AbstractExquisite general press, press is a kind of structure has a wide range of USES, production efficiency is high, the press can be widely used in cutting, punching, blanking, bending, riveting and forming process, through to put pressure on the metal ware metal plastic deformation occurred to processed into zero.In this paper, design of the pressing machine is mainly used in small and medium enterprises, to complete a simple punching, has simple structure, convenient operation, high production efficiency, etc.In this paper, the design of the reference JH31-63 mechanical press, 60 tons of press is designed.The press adopts the slider-crank mechanism as the executing agency to complete the punching.In this paper, by analyzing the control requirements and working condition of the press, decided to adopt the double reduction gear transmission, on the basis of the theory of traditional method to press the transmission system design, calculation, strength check, make sure the design of the drive system, and draw the transmission system principle diagram, drive system is given the job description, and carries on the feasibility analysis, finally, the whole design system analysis, it is concluded that the whole design is feasible.Key words: PressTransmission systemActuatorTape driveGear transmission目錄1 緒論12 使用分析與方案的確定32.1 壓力機結構設計任務32.2 使用分析32.3 方案確定33 執(zhí)行機構的設計與計算63.1 執(zhí)行機構的計算63.2 電動機的選型84 傳動裝置的設計與計算94.1 帶傳動的設計與計算94.1.1 帶傳動的設計及計算94.1.2 V帶輪的設計104.2 齒輪傳動和齒輪的結構設計124.2.1 齒輪傳動計算和校核124.2.2 齒輪的結構設計154.3 軸的計算及校核164.3.1 后軸的計算及校核164.3.2 曲軸的計算及校核225 潤滑方式的選擇26結 論27致 謝28參考文獻29附錄30附錄A 壓力機裝配圖30附錄B 齒輪30附錄C 直軸30附錄D 曲軸30141 緒論壓力機在國防工業(yè)和民用工業(yè)中占有極其重要的地位。壓力機廣泛應用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等生產(chǎn)部門，伴隨著工業(yè)的發(fā)展，壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量要求越來越高，能力越來越大，它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越顯著，因此對壓力機的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高1。我國壓力機在十幾年里不斷進行技術改造和擴建，生產(chǎn)大大提高。設計科研隊伍日益擴大，以往的產(chǎn)品亦不斷進行更新?lián)Q代。進入21世紀，在汽車、航空航天、電子和家用電器領域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及相應的沖壓設備都有了長足的進步。進入21世紀以來，中國鍛壓機床行業(yè)經(jīng)過技術引進、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運作，快速地提升了我國沖壓設備整體水平。近年設計制造的許多產(chǎn)品，其技術性能指標已經(jīng)接近或達到世界先進水平，在適用性方面也取得了長足進步2。由于壓力機能夠用于彎曲、拉深、脹形、擴口、縮口、旋壓、壓印、整形、翻邊等成形工序，所以壓力機的發(fā)展,已經(jīng)影響到市場需求,它的意義已經(jīng)越來越重大?，F(xiàn)代制造技術的發(fā)展要求壓力機不僅能夠高速度、高精度、大負載的運轉，而且應具有更大的柔性，能迅速、方便的改變輸出運動規(guī)律。但傳統(tǒng)的機械式壓力機的運動特性單一、工藝適用性差。壓力機主要技術優(yōu)勢體現(xiàn)在控制系統(tǒng)更加自動化和智能化，操作方式更加靈活方便，能實現(xiàn)多種工藝參數(shù)自動調(diào)整。卸料設備組成縱列串行沖壓生產(chǎn)線實現(xiàn)自動生產(chǎn)等從而更能適應現(xiàn)代生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)節(jié)拍的要求。在機械傳動方面主要體現(xiàn)在設計領域，隨著計算機技術的發(fā)展CADCAE 技術、有限元分析、3D設計和多連桿參數(shù)化設計等新技術被廣泛應用在壓力機的設計過程中，大大提高了壓力機機械設計的效率?？刂葡到y(tǒng)隨著自動控制技術和智能傳感技術的發(fā)展，現(xiàn)代機械壓力機的控制系統(tǒng)也更加自動化和智能化。目前機械壓力機的主電機主要采用直流電機和交流電機兩種形式。對拉深壓力機，由于其速度變化要求高，以往多需要請咨詢學號數(shù)字企鵝采用調(diào)速性能較好的直流調(diào)速驅(qū)動方式。近年來，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流調(diào)速的性能也越來越接近直流調(diào)速的性能。國外壓力機近幾十年來主要以批量生產(chǎn)在板沖和模鍛中廣泛使用，專門化程度越來越高，朝著高速度、高精度、自動化方向發(fā)展，普遍采用CNC控制。但近幾年，多品種少量生產(chǎn)勢頭在國外越益強勁，要滿足其經(jīng)濟上的合理性，就要求生產(chǎn)具有更高的柔性，工藝設備具有更大的通用性。在這種背景下，國外壓力機設計、制造者們，在傳統(tǒng)的機械壓力機上經(jīng)反復各種嘗試，終于設計制造出一些具有新創(chuàng)見的壓力機面市。這些壓力機，在結構上各有其獨到之處，可適應多變的工藝過程，通用性大，具有更高的柔性。其中機械驅(qū)動源的液壓化，兼容機械壓力機和液壓機雙方優(yōu)點，體現(xiàn)了未來壓力機的突出特征3。2 使用分析與方案的確定2.1 壓力機結構設計任務本文主要針對壓力機的執(zhí)行機構和傳動裝置進行設計。壓力機的技術參數(shù)：滑塊行程：120mm，工程壓力：60噸，行程次數(shù)：50次/分，沖壓厚度：d=8mm。需要設計的結構參數(shù)有帶傳動的結構設計、齒輪傳動的結構設計和軸的結構設計。2.2 使用分析在機器進行設計初期，就應該對機器將要進行的工作進行使用分析。其中最主要的是機器的使用功能的要求，其次是機器在設計、制造及日后的使用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)人力和物力的要求。下面對這些要求進行一些分析。(1)使用功能的要求：機器應具有設計里預計的功能，就是要正確選擇機器的工作原理，正確的機構設計，傳動裝置和電動機以及合理的配置、必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)的。(2)經(jīng)濟性的要求：機器的經(jīng)濟性貫穿于整個機床設計、制造、使用的過程中，設計機器時要綜合的進行考慮，設計成本應該盡可能的低，同時機器在使用過程中應該有高的生產(chǎn)率、高效率，較少的能源損耗，原材料和輔助材料以及低的管理和維修費用等4。以下幾點可提高壓力機的設計經(jīng)濟性指標：最大限度的采用標準化、系列化及通用化的零件、零部件機構，盡可能采用標準化機構及尺寸。采用AUTOCAD技術可以加快產(chǎn)品開發(fā)速度，減少產(chǎn)品設計的各項成本。機床的經(jīng)濟性受材料、結構、工藝和技術影響，所以要盡可能采用先進的技術，新的工藝、結構和材料。力求完善結構的工藝性,使原材料用量少、易加工、零件易裝配。設計和制造過程的合理化。提高壓力機的使用經(jīng)濟性指標的主要途徑有:合理提高機器的機械化和自動化水平，以提高機器生產(chǎn)率及產(chǎn)品的質(zhì)量。選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，降低能源消耗和生產(chǎn)成本。采用適當?shù)姆雷o及潤滑措施，延長機器的使用壽命。(3)其他要求：一部機器除應具有上述的幾點要求外，還應有一些其他的要求，如勞動保護的要求。對于在不同工作環(huán)境工作的機器還有一些為該機器所特有的要求。雖然這些要求經(jīng)常被忽略，但也非常重要，在日常生活中也起著很大的作用。2.3 方案確定(1)執(zhí)行機構的方案確定方案一：采用對心曲柄滑塊機構為執(zhí)行機構用曲柄和滑塊來實現(xiàn)轉動和移動相互轉換的平面連桿機構，也稱曲柄連桿機構如圖2.3-1。曲柄滑塊機構中與機架構成移動副的構件為滑塊，曲柄滑塊機構廣泛應用于往復活塞式發(fā)動機、壓縮機、沖床等的主機構中5。圖2.3-1曲柄滑塊機構方案二：采用凸輪機構為執(zhí)行機構凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成的高副機構如圖2.3-2。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，一般為主動件。凸輪機構廣泛應用于各種自動機械、儀器和操縱控制裝置。凸輪機構得到廣泛應用主要是由于凸輪機構可以實現(xiàn)各種復雜的運動要求，而且結構簡單、緊湊。但是凸輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損，頂桿易斷，導致失去動作，所以凸輪機構多用在傳力不大的場合6。 圖2.3-2 凸輪機構通過對兩種方案的比較，連桿機構具有很多優(yōu)點：運動副一般均為低副。低副的兩運動副之間為面接觸，壓強較小，可承受較大的載荷；且有利于潤滑，磨損較?。淮送?，運動副元素的幾何形狀較簡單，便于加工制造?？蓪崿F(xiàn)多種形式的運動變換和運動規(guī)律。在連桿機構中，當原動件的運動規(guī)律不變，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律7。最終選擇方案一：對心曲柄滑塊機構為該壓力機的執(zhí)行機構。(2)傳動方案的確定帶傳動和齒輪傳動是傳動中常見的兩種形式。齒輪傳動又可分為直齒和斜齒等幾種。帶傳動承載能力小，在傳動相同轉矩時，結構尺寸比其它傳動形式大，但帶傳動平穩(wěn)，而且能吸振緩沖，所以，帶傳動一般布置在高速級；斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)性比直齒好，常用在高速級或傳動平穩(wěn)的場合；開式直齒圓柱齒輪傳動一般在較差的環(huán)境下工作，潤滑條件也不好，因此磨損嚴重，壽命短，一般布置在低速級；圓錐齒輪傳動只用于需要改變軸的布置方向的場合8。結合本次所設計的壓力機的工作環(huán)境和它自身特點，選擇帶傳動和直齒圓柱齒輪傳動。本次設計的壓力機是一種典型的沖壓機械，首先通過帶傳動，使大帶輪轉動，同時大帶輪具有飛輪的作用，能夠存儲能量。然后大帶輪的儲能作用帶動小齒輪，通過大小齒輪間的減速傳動，最終使大齒輪帶動執(zhí)行機構進行沖壓工作?？傮w傳動方案示意圖如圖2.3-3所示，壓力機裝配圖見附錄A。 圖2.3-3 總體傳動方案示意圖3 執(zhí)行機構的設計與計算3.1 執(zhí)行機構的計算設計參數(shù)：滑塊行程：120mm，工程壓力：60噸，行程次數(shù)：50次/分，沖壓厚度：d=8mm。對心曲柄滑塊機構曲柄存在的條件為： 所以可初步確定曲柄長度a=12120=50mm，連桿長度b=600mm。確定曲柄轉速，當滑塊完成一個行程時，曲柄正好旋轉一周，則滑塊完成40次/分的行程，曲柄就旋轉了40周。故可得曲柄的轉速w=50260=5.23987667rad/s。曲柄滑塊機構如圖3.1所示。 圖3.1 曲柄滑塊機構O為曲柄的旋轉中心點，A點為曲柄與連桿的連結點，B 點為連桿與滑塊的連結點。OA是曲柄，長度為R，稱R 為曲率半徑，也就是曲柄的偏心距。OA是連桿，長度為L，它的一端與滑塊連結，能表示滑塊的運動狀況。曲柄OA轉動時，從上死點A1轉到下死點A0，滑塊從D降到C，全程為S=2R。為了計算方便，確定曲柄轉至下死點時曲柄轉角為零度，曲柄逆運動方向轉至上死點時曲柄轉角=180。連桿中心線與滑塊運動方向的夾角為，曲柄轉角與滑塊行程s的關系表達如下：S=OD-OB=L+R-Rcos+Lcos （3.1）別重要。因此選擇好的材料對曲軸至關重要。(1)材料的選擇曲軸材料選用40Cr，熱處理方式為調(diào)質(zhì)處理，其硬度為241-286HBS，材料屈服極限為500MPa，許用彎曲應力為140200MPa，許用切應力為100150MPa。(2)曲軸的計算及校核作用在大齒輪上的力轉速n=50r/min轉矩T=600103cos5760103=1.96104Nm齒輪的周向力FT=2Td2=21.96107876=44748.9N齒輪的徑向力Fr=FTtan=44748.9tan20=16287.3N因為齒輪為直齒圓柱齒輪，所以沒有受到軸向力的作用，既Fa=0N。初步確定軸的最小直徑由于T=9550PN，可得PN=2.05。A0=97112，取A0=97帶入式4.10中，得dmin123.19mm，故dmin125mm。初步確定軸的尺寸支撐徑直徑： d0=4.45Pgmm （4.13） 式中 Pg 工程壓力(KN)； d0=4.45609.8=106.7121.25。由于 dmin123.19mm，所以取d0=125mm。曲柄徑直徑：dA=1.11.4d0=137.5175mm，取dA=150mm；支撐徑長度：l0=1.52.2d0=187.5275mm，取l0=200mm；曲柄兩臂外側面間長度：lq=2.53.0d0=312.5375mm，取lq=350mm；曲柄徑長度：la=1.31.7d0=162.5212.5mm，取la=190mm；圓角半徑：r=0.080.1d0=1012.5mm，取r=10mm；曲柄壁的寬度：=1.31.8d0=162.5225mm，取=218mm。曲軸的結構設計曲軸按生產(chǎn)形式可分為整體鍛造曲軸，整體鑄造曲軸和組合曲軸等形式。整體鑄造曲軸的加工性能好，金屬切削量少，成本低，并可以獲得合理的機構形式，從而使應力分布均勻，對提高曲軸的疲勞強度有顯著效果，所以設計選用整體鑄造曲軸19。曲軸和后軸一樣，軸向載荷幾乎為零，都是只承受徑向載荷，且由于載荷過大，存在動載荷，因此采用滑動軸承的形式，既對開式徑向軸承。曲軸的結構示意圖如圖4.3.2 所示，曲軸零件圖見附錄D。 圖4.3.2 壓力機曲軸結構示意圖選軸承的寬徑比：取左、右軸承的寬徑比B/d=1.54。計算軸承的寬度：B左=B右=1.54130=200mm。計算軸徑圓周速度：左軸承速度V1，右軸承速度V2。 V1=V2=d1n601000=3.1413050601000=0.34mm/s計算軸承的工作壓力：左軸承工作壓力P1，右軸承工作壓力P2。 P1=P2=Fd1b=601039.820.130.2=11.3MPa選擇軸承的材料在保證PP，VV，PVPV的情況下，選定軸承的材料為ZCuSn10P1 ，該材料用于中速、重載及受變載荷的軸承。已知支架的總寬，可初選l=205mm，初選曲柄的直徑d=125mm，l=190mm，偏心=30mm，初選曲柄兩端軸肩長l=l=80mm，d=d=205mm,偏心距=30mm。至此，已初步確定軸的各段長度和直徑。確定軸的圓角及倒角取軸端倒角為345，為易于裝配和易于加工，取處的倒角為345。由于曲軸橫截面沿軸線方向急劇變化，使應力分布不均勻，尤其在曲柄臂和軸徑的過渡圓角部分及附近會產(chǎn)生嚴重的應力集中。在循環(huán)應力的作用下，在應力集中區(qū)可能產(chǎn)生疲勞破壞20。實踐證明：彎曲和扭轉疲勞斷裂是曲軸的主要破壞形式，因此，必須選擇適當大的曲軸和過渡圓角R=8mm，并加工完善過渡圓角。軟化處理曲軸，提高抗疲勞強度的效果，同時提高軸徑的耐磨性。曲軸的校核對于大行程的壓力機，不能忽略扭矩的影響，這時 C-C 截面的應力計算為： =Pg14lq-la+8r2+12Rsin+2sin220.1dA2 （4.14）式中 R 曲柄半徑（60mm）； 連桿系數(shù)（取 0.1）； 曲柄轉角(=30)。帶入得=80.4MPa。在 B-B 截面上受到的彎矩的聯(lián)合作用，但與 C-C 截面的受力狀態(tài)相反，扭矩大于彎矩，故可忽略彎矩的影響。B-B 截面的扭矩為Mg=Pgmg。剪應力 =MgW=Pgmg0.2d03 （4.15）式中 Pg公稱壓力（kN）； d0支撐頸直徑（mm）； Mg當量力臂； W抗扭截面系數(shù)。將數(shù)值代入得=55.5MPa。前面選定軸的材料為40Cr，曲軸的許用應力-1=140200MPa，=100150MPa。因為<-1，<,所以滿足要求。5 潤滑方式的選擇壓力機所有有配合相對運動的部分必須進行潤滑，以減少零件的磨損，提高機器的使用壽命，保持正常的工作精度，降低能量消耗和維修費用。按照潤滑油種類可以分為稀油和稠油潤滑兩種。稀油潤滑的優(yōu)點是內(nèi)摩擦系數(shù)較小，因而消耗于克服摩擦力的能量較??；流動性較好，易進入摩擦表面的各個潤滑點；采用循環(huán)潤滑系統(tǒng)時冷卻作需要請咨詢學號數(shù)字企鵝用好，并可將粘附在摩擦表面上的雜質(zhì)和由于研磨產(chǎn)生的金屬微粒帶走21。本文壓力機的設計中采用濃油集中潤滑，采用集中潤滑的壓力機，有些部分是分散潤滑的，如滾動軸承是定期用油槍注入稠油，開式齒輪是定期用人工涂上稠油。還有些部位是自動潤滑的，如空氣分配閥，離合器的活塞和平衡缸的活塞等潤滑油經(jīng)油霧器隨壓縮空氣自動噴入。還有些部位是長期浸油潤滑的，如閉式傳動中的齒輪，裝模高度調(diào)節(jié)機構中的蝸輪蝸桿等。結 論(1)首先對壓力機的總體方案進行了確定，選擇以帶傳動帶動齒輪傳動進行傳動和儲存能量，最后通過對心曲柄滑塊機構完成運動。(2)其次對執(zhí)行機構進行了分析和計算，計算出執(zhí)行機構應該消耗的最大能量為5.20KJ,確定出連桿的最小直徑為66mm。然后還進行了電動機的選擇，型號為Y132M2-6，額定功率為5.5KW，滿載轉速為960r/min。(3)然后主要是對各個傳動器件的設計和校核。其中包括帶傳動的設計計算與校核、V 帶輪的設計，V帶輪型號為SPZ型、齒輪傳動計算及校核、齒輪的結構設計、后軸的計算及校核、曲軸的計算及校核等。(4)最后是對壓力機的潤滑方式的選擇，本文設計的壓力機采用濃油集中潤滑，其中有些部分是分散潤滑的，如滾動軸承是定期用油槍注入稠油，還有些部位是自動潤滑的，如空氣分配閥，還有些部位是長期侵油潤滑的，如閉式傳動中的齒輪。 (5)本文設計的壓力機也有不足之處，由于自身的知識儲備很淺薄，所以在執(zhí)行機構和傳動裝置的設計中還有一些漏洞。致 謝本次畢業(yè)設計是在張老師的指導下完成的，如果沒有老師的精心指導是很難順利完成的。在設計過程中老師們給了我很大的幫助，不僅解答了我遇到的知識結構方面的困難，如機構分析、精確計算等專業(yè)難題，在此向我敬愛的老師們表示衷心的感謝。在本次論文全套圖紙和論文咨詢企鵝壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的寫作過程中得到許多同學的幫助，同時也向我提出了許多的寶貴意見，在此也表示衷心的感謝。而且教會了我如何實地考察機器、查資料、方案論證等方法。特別是我的指導老師為我解決達了我遇到的很多難題，使我受益非淺。在此，對各位老師給予的幫助表示衷心的感謝。通過這次畢業(yè)設計我學到了許多東西，并且樹立了信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力。參考文獻1 尚久浩.自動機械設計M.北京:中國輕工業(yè)出版社,20092 鞏云鵬,田萬祿.機械設計課程設計M.沈陽:東北大學出版社,20003 濮良貴.紀名剛. 機械設計M.上海:高等教育出版社,20064 鄒慧君.機械原理教程S.北京:機械工業(yè)出版社,20015 孫桓,陳作模.機械原理M.北京:高等教育出版社,20006 龔溎義.機械設計課程設計圖冊J.北京:高等教育出版社,19897 薛銅龍.機械設計基礎M.北京:電子工業(yè)出版社,20108 吳宗澤.機械結構設計M.北京:機械工業(yè)出版社,19889 蔡春源.機械零件設計手冊S.北京:冶金工業(yè)出版社,199610 孫志禮,冷興聚,魏嚴剛.機械設計M.沈陽:東北大學出版社,200011 周元康,林昌華,張海兵.機械設計課程設計M.重慶:重慶大學出版社,200112 高澤遠,王金.機械設計基礎課程設計M.沈陽:東北工學院出版社,198713 徐灝.機械設計手冊S.北京:機械工業(yè)出版社,201114 王世剛.機械設計實踐M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,200915 王大康,盧頌峰.機械設計課程設計M.北京:北京工業(yè)大學出版社,200016 劉鴻文.材料力學J.北京:高等教育出版社,199117 林宋,田建軍.機械系統(tǒng)設計M.北京:化學工業(yè)工業(yè)出版社,201018 黃華梁,彭文生.機械設計基礎M.北京:高等教育出版社,200719 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