畢業(yè)設(shè)計（論文）-機械壓力機設(shè)計

機械壓力機的設(shè)計第2章總體方案設(shè)計2.1綠色機械壓力機設(shè)計綠色機械壓力機的設(shè)計主要從材料、可拆卸性、回收設(shè)計、綠色包裝以及綠色制造等幾方面入手，從而提高產(chǎn)品的利用率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)和工作過程對環(huán)境的污染，以滿足社會可持續(xù)發(fā)展的原則。在日益注重健康的二十一世紀，對環(huán)境的保護歸根結(jié)底就是對人的保護，噪音、氣體污染、惡劣的工作環(huán)境、繁重的工作強度等都對工人的身心造成巨大的傷害。綠色壓力機的發(fā)展為工業(yè)發(fā)展以及人體健康做出了巨大的貢獻。以下是我查閱相關(guān)資料，總結(jié)出的設(shè)計要點：（1）合理選材綠色材料是可持續(xù)發(fā)展的最基礎(chǔ)表現(xiàn)，雖然無污染的材料不一定能構(gòu)成綠色壓力機，但是在設(shè)計時，必須先選擇無污染的材料，爭取把污染降到最低。在設(shè)計綠色機械壓力機的時候，考慮到不受力或者受力較小的護罩和機身的部分區(qū)域就不必使用強度大的材料，而采用可以重復利用的材料。其次，在選擇曲柄壓力機中的離合器和制動器的摩擦盤的摩擦材料時就不能用石棉基摩擦材料，因為此類物質(zhì)摩擦后的粉末會對工作人員造成很大的傷害，并長期存在于空氣中對環(huán)境造成污染。綜上所述，因此,本設(shè)計采用銅基粉末摩擦材料及Z-64型石棉塑料摩擦材料作為離合器制動器的摩擦材料。（2）可拆卸性拆卸性是可持續(xù)發(fā)展的另一重要部分，無法拆卸的機械壓力機既不利于檢修，更不能有效的回收利用，所造成的經(jīng)濟損失不可小覷。在設(shè)計曲柄壓力機時,考慮到回收利用問題,標準件的選用就顯得尤為關(guān)鍵，比如在設(shè)計時盡量選用標準件，在設(shè)計機身時采用組合式，便于檢修也保證了使用壽命，降低成本。（3）高品質(zhì)設(shè)計高品質(zhì)的曲柄壓力機可以在性能上、使用壽命以及對人體的傷害上有很大的優(yōu)勢。壓力機行業(yè)將以自動化、數(shù)控化、智能化作為發(fā)展新方向，同時用信息技術(shù)來改造傳統(tǒng)的壓力機產(chǎn)業(yè)，全面推進我國鍛壓機械的技術(shù)何設(shè)備的發(fā)展和改進，這樣不僅能增加自身的國際化競爭能力，還能在國產(chǎn)汽車飛機等民族工業(yè)發(fā)展方面提供支持。由此觀之，高速的沖壓裝置、自動化壓力機、大中型多工位機械壓力機壓力機、伺服壓力機等幾個部分都需要大力發(fā)展，這幾個方面也將成為發(fā)展方向。本設(shè)計中在滑塊下端增加緩沖裝置,可以保證在過載的情況下不損壞滑塊和其他裝置；在容易磨損的地方采用潤滑措施；采用一系列的防范措施，例如在機械壓力機上增加監(jiān)控裝置，在出現(xiàn)潤滑不到位或者危險時能夠提前報警以保證機械壓力機的正常工作。（4）綠色包裝綠色包裝主要體現(xiàn)在包裝材料上，一般來說，使用可回收的紙質(zhì)材料就可以，在保證產(chǎn)品的完整前提下盡量使用可回收可降解的材料或者可以二次使用的，其次在購買零部件時也要注意這個問題.本設(shè)計不涉及該包裝內(nèi)容。2.2運動分析曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖如下所示，經(jīng)過分析總結(jié)可得各部件之間的相互聯(lián)系。圖2.1曲柄滑塊運動（1）滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達為：而令則而所以根據(jù)二項式定理，得：代入式子，整理得：式（2.1）（2）滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系而式（2.2）又則式（2.3）（3）滑塊的加速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系=式（2.4）式中——滑塊加速度 已知S=50mm，可調(diào)100mm,=0.11，曲柄轉(zhuǎn)速n=60轉(zhuǎn)/min，則求得mm代入以上公式，得運動數(shù)據(jù)如：表2.1曲柄滑塊機構(gòu)運動聯(lián)系表01020304000.01690.06680.14770.256703.3813.3629.5451.3400.34470.66340.93301.13520108.581208.971293.895357.58850607080900.38950.54130.70660.87971.05577.95108.26141.32175.942111.25841.29901.26111.15581.5396.396409.185397.246364.077472.52.3設(shè)計布置傳動系統(tǒng)壓力機的設(shè)計主要是實現(xiàn)對胚料的沖壓，讓胚料獲得一定的變形，從而獲得生產(chǎn)所需要求的機械，從設(shè)計來看主要有以下幾個方面：（1）工作機構(gòu)：是實現(xiàn)零件沖壓的機構(gòu)。（2）傳動系統(tǒng)：將動力從能源機構(gòu)傳遞到工作機構(gòu)的機構(gòu)，一般來說主要由齒輪傳動和帶傳動組成。（3）操縱機構(gòu)：在生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)停車和開車的機構(gòu)。（4）能源機構(gòu)：提供整個壓力機運轉(zhuǎn)的能量的機構(gòu)。（5）支撐機構(gòu)：對于本文所設(shè)計的壓力機來說，主要指壓力機的機身。2.3.1設(shè)計任務(wù)書本文所設(shè)計的公稱壓力為63t的壓力機各方面設(shè)計如上所述，根據(jù)上述描述初步擬定設(shè)計任務(wù)書如表2.1所示。表2.2塑料盒封口機的設(shè)計任務(wù)書編號MPY20名稱塑料盒封口機設(shè)計單位哈爾濱工程大學起止時間2016.12.19-2017.06.05‘主要設(shè)計人員毛鵬燕設(shè)計費用設(shè)計要求1功能主要功能：鍛壓機械2適應(yīng)性適用對象：五金加工；環(huán)境：溫度0~40℃，相對濕度5%~9%；能源：Y160L1-4電機3加工能力每天工作8小時4性能工作誤差：不超過0.3%，溫度每變化10℃；外形尺寸長寬高2182mm×1171mm×1282mm；5可靠度維護期間不發(fā)生故障，月檢期間不發(fā)生失效6使用壽命主要零部件使用壽命要求達到10~15年7人機工程使用方便、造型美觀8安全性潤滑裝置，冷卻裝置2.3.2系統(tǒng)功能描述根據(jù)上述的機械壓力機的功能描述，簡化出設(shè)計任務(wù)的簡圖如下圖2.2所示。圖2.2設(shè)計任務(wù)簡圖2.3.3功能求解根據(jù)功能樹中所提出的各個功能元，尋求可以實現(xiàn)的功能載體，從而形成功能載體的形態(tài)學矩陣，如表2.3所示。表2.3塑料盒封口機形態(tài)學矩陣表分功能功能解1234A能源電機B一級傳動齒輪傳動液壓傳動皮帶傳動鏈傳動C二級傳動齒輪傳動液壓傳動皮帶傳動鏈傳動D離合器剛性離合器摩擦離合器E制動器圓盤式制動器帶式制動器閘瓦式制動器F工作機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)G支撐機構(gòu)開式閉式H傳動方式上傳動下傳動I曲柄放置曲柄橫放曲柄縱放根據(jù)機械壓力機的可行性分析，可以得到以下可行性方案：方案1：A1+B3+C1+D1+E1+F1+G2+H1+I1方案2：A1+B3+C1+D2+E1+F1+G2+H1+I1方案3：A1+B3+C1+D1+E2+F1+G1+H1+I1方案4：A1+B3+C1+D2+E2+F1+G1+H2+I12.3.4方案評價對方案進行評價傳動系統(tǒng)是機械壓力機的動力傳遞部分，它將電機給的能量經(jīng)過一定的縮放傳遞給曲柄滑塊裝置，再由滑塊執(zhí)行動作，所以傳動系統(tǒng)的布置主要有傳動布置、傳動比的確定以及傳動級數(shù)。傳動系統(tǒng)的好壞直接影響到機械壓力機的產(chǎn)品性能、壓力機的外形尺寸、電機的傳動效率等，在設(shè)計時必須謹慎處理。傳動系統(tǒng)的布置方式包括四方面：a、傳動系統(tǒng)布置，即采用上傳動還是采用下傳動。下傳動降低壓力機的重心、高度，適合于舊的工廠；運行比較平穩(wěn)，能減少壓力機的噪音和振動，工人師傅的勞動條件比較好。[9]從結(jié)構(gòu)上看，能夠在滑塊和導軌上下功夫，從而增加壓力機的工作壽命，提高工件的加工精度；傳動系統(tǒng)位于工作臺之下使機身的受力得到緩解，受力情況得到一定的改善。在壓力機的高度降低同時，卻使占地面積增加了，機身的重量也隨之增加；位于地下常用的傳動件檢修更換都十分不方便，在檢修時吊車使用也不方便，大型零件的搬運成為問題。所以在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，要根據(jù)實際的情況考慮，對于現(xiàn)代化的大廠房，廠房的普遍高度都很高，考慮到我所設(shè)計的壓力機總體高度在兩米左右，而且公稱壓力只有63噸，所以我選擇了上傳動。b、傳動系統(tǒng)中曲柄布置。舊式曲柄壓力機大都采用曲柄橫放的形式，但是這種安放形式的曲柄和傳動的軸尺寸都很長，受力點和支撐件都相距較遠，受力條件十分惡劣，此外壓力機的尺寸太大影響壓力機的外觀?？紤]到我所設(shè)計的時小型壓力機，所以我采用傳動系統(tǒng)垂直于壓力機正面的布置方式。c、傳動系統(tǒng)位于機身里面還是外面。傳動系統(tǒng)位于機身以外的傳動形式，齒輪的工作環(huán)境比較差，壓力機的外觀不夠好看，但是安裝修理十分方便；而位于機身之內(nèi)的傳動方式，齒輪的工作環(huán)境比較好，壓力機的外形比較美觀，另一方面，能夠使工作人員的工作條件比較好，但是維修不太方便?？紤]到可持續(xù)發(fā)展和綠色壓力機的設(shè)計，我選擇傳動系統(tǒng)位于機身之內(nèi)的安放形式。d、是采用單邊傳動還是曲柄的兩面都有能量傳遞。單邊傳動和雙邊傳動的布置形式主要區(qū)別在于傳遞力的大小，對于我所設(shè)計的小型壓力機，我選擇單邊傳動。e、傳動系統(tǒng)級數(shù)設(shè)計在設(shè)計壓力機的傳動級數(shù)時，要綜合考慮各個技術(shù)指標的影響，力求能夠使設(shè)計的壓力機結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，能量消耗少。對于行程次數(shù)較低，總的速比大，傳動的級數(shù)也就相應(yīng)的增加，不這樣的話就會造成結(jié)構(gòu)不夠緊湊。對于現(xiàn)有的機械壓力機而言傳動級數(shù)大都不超過四級。具體選擇方法如下：行程次數(shù)大于七十次每分鐘的用一級傳動，行程次數(shù)在三十到十之間的用三級傳動，行程次數(shù)小于十次每分的用四級傳動。低速電機能夠減少總的級數(shù)以及傳動級數(shù)，但是低速電動機的尺寸較大，而且成本比較高，所以在選擇時要根據(jù)實際情況考慮。根據(jù)以往的經(jīng)驗同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或l000r/min的電動機可以用在兩級或者兩級以上，單級傳動大都使用1000r/min的電動機，只有同時滿足行程次數(shù)小于80而且為單級傳動的才使用1000r/min的電動機。齒輪傳動以及帶輪傳動的傳動比要分配合理。通常來說根據(jù)以往的經(jīng)驗可知，V帶傳動的速比也就在六到八左右，齒輪傳動的速比最大九。在設(shè)計速比的分配時，要注意讓飛輪有合適的轉(zhuǎn)速，也盡量使傳動系統(tǒng)緊湊?，F(xiàn)在通用機械壓力機飛輪的轉(zhuǎn)速基本取300～400r/min。根據(jù)經(jīng)驗可知若飛輪轉(zhuǎn)速太低，會使飛輪的作用削弱很多；而轉(zhuǎn)速太高了，則會使飛輪軸上的離合器受熱過高，從而損壞零件。[10]本文所設(shè)計的63噸機械壓力機傳動系統(tǒng)采用二級傳動，各級速比在第三章具體介紹。綜上所述方案3為最佳的方案，即電機、帶傳動、齒輪傳動、剛性離合器、帶式制動器、曲柄滑塊機構(gòu)、開式機身、上傳動、曲柄平行于壓力機。2.4電機的選擇曲柄壓力機的電動機功率通過計算可以得出，在計算時，最主要的工作是求得這一工作循環(huán)所需消耗的總能量和以及各個零部件的能量消耗，根據(jù)科學研究發(fā)現(xiàn)它在一個循環(huán)中所能夠消耗的總功有很多部分相加所以可得總能量A式（2.5）(1)工件變形功mmJ(2)拉伸墊工作功J(3)工作行程摩擦功J(4)彈性變形功式中——壓力機垂直剛度，查表得則（5）滑塊空程功查表得：J（6）飛輪空轉(zhuǎn)功查表得：KW查表得：SSJ(7)離合器結(jié)合功(8)總功A則J電動機功率千瓦式中——平均功率（千瓦）A——工作循環(huán)所需的總能量（焦耳）t——工作循環(huán)時間（秒）（n是壓力機滑塊行程次數(shù)，是壓力機行程利用次數(shù)，見參考文獻[21]，取值為0.5）千瓦=1.2-1.6取1.5查電動機手冊，確定額定功率為的電動機重新計算k值本設(shè)計選用同步轉(zhuǎn)速為（r/min）的Y160L1-4的電動機通過對比k值可知所選的電機符合條件2.5傳動比的確定傳動系統(tǒng)的總傳動比是由電機的額定轉(zhuǎn)速以及曲柄軸的轉(zhuǎn)速確定的，如下式《機械設(shè)計課程設(shè)計》第10頁公式式（2.6）在多級傳動中，總傳動比是由各個分傳動比的乘積組成的，所以在分配傳動比時如何使各個分傳動比合理是傳動比設(shè)計的重點，在本章第二小節(jié)中計算了電動機的型號，額定轉(zhuǎn)速為1458。各傳動比的分配如下：1）總傳動比2）分配傳動比考慮到飛輪的轉(zhuǎn)速在300到400左右，所以令，則。3）計算傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速電機軸飛輪軸曲柄軸4)各軸的輸入功率電機軸飛輪軸曲柄軸5)各個軸的輸入轉(zhuǎn)矩根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》第13頁知故：電機軸飛輪軸曲柄軸2.6本章小結(jié)本章節(jié)主要分析了綠色機械壓力機的設(shè)計方法，確定了重點的設(shè)計方向。在摩擦材料的選擇上，我選用銅基粉末冶金，保證所產(chǎn)生的氣體對人體傷害將到最低。在可拆卸性方面我采用組合機身和組合式的零件；接著分析了曲柄滑塊的運動，確定選用同步轉(zhuǎn)速為（r/min）的Y160L1-4的電動機。最后確定了本文設(shè)計的傳動方案，分配了傳動比，計算了各個軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。第3章主要零件設(shè)計第3章主要零件設(shè)計3.1曲柄滑塊的設(shè)計計算3.1.1曲柄扭矩計算(1)理想扭矩參照圖3-1及下圖可以得到圖3.1有又所以即公稱扭矩為：式（3-1）此公稱扭矩在之后的研究設(shè)計中至觀重要，對很多零件的設(shè)計起到了決定性的作用。由公式可以得到不同轉(zhuǎn)角時相應(yīng)及計算結(jié)果已知：P=630KN，R=75mm，=0.11則由公式可計算得下表：表3.1壓力機各轉(zhuǎn)角下的理想扭矩（度）01020304050607080°9000.160.310.430.630.580.600.590.540.70（度）1001101201301401501601701800.380.290.210.130.070.030.010.0010（2）摩擦扭矩1）滑塊導軌面的摩擦摩擦力的大小為：式（3-2）2）曲柄支承頸和軸承之間的摩擦阻力距為：式（3-3）3）曲軸頸和軸承之間的摩擦阻力距為：式（3-4）4)連桿小端軸底之間的摩擦阻力距為：式（3-5）因此，摩擦扭矩可用以下公式計算：式（3-6)式中——曲軸支承頸直徑；——曲軸曲柄頸直徑；——連桿銷或球頭直徑；——摩擦系數(shù)，由于公稱壓力只有63噸，屬于小型機床，所以我選擇開式機身。所以取0.045。則J21-63壓力機偏心齒輪上的摩擦力矩為：總扭矩可表示為：=3.1.2曲柄軸尺寸設(shè)計曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖：圖3.2曲柄`由經(jīng)驗公式可得：（mm）式（3-7）式中：——壓力機公稱壓力（KN），,取。表3.2其他各部分尺寸見下表：名稱字符公式計算尺寸（mm）曲柄頸直徑125支承頸長度165曲柄兩臂間的長度266曲柄頸長度166圓角半徑10曲柄臂的寬度160曲柄臂的高度2183.1.3曲柄軸強度校核1）強度校核由于曲柄頸中央和支撐頸端部的受力最大而且直徑較小所以此處為危險截面該截面既有彎矩作用也有扭矩的作用，但因為彎矩比扭矩的值大了很多，所以在計算時可以暫時將扭矩略過。彎矩：=28350N.m彎曲應(yīng)力及強度條件：=130.1MPa由上式可以導出滑塊上許用負荷：0.54N支撐頸端部也是既有彎矩也有扭矩，同樣扭矩遠遠大過彎矩，所以在計算時可以將彎矩略去。扭矩由本章第一節(jié)可知剪切應(yīng)力及強度條件：滑塊上許用應(yīng)力：許用應(yīng)力計算可得：式中：——屈服極限，經(jīng)過調(diào)質(zhì)，；——安全系數(shù)，取。2）曲軸的剛度計算曲柄頸中間部分的撓度：式（3-8）由于特別小，所以基本可以不計入其中，因此可以得：式中：——壓力機公稱壓力（KN）;——彈性模量，對鋼曲軸；——各個部分慣性矩（）；表3.3撓度值壓力機計算值實測值J23-630.1720.1683.2連桿設(shè)計計算調(diào)節(jié)螺桿示意圖如圖：圖3.3螺桿取：?、艔姸扔嬎悖翰楸?，45鋼（調(diào)質(zhì)熱處理）(1801~2200)，符合要求。⑵調(diào)節(jié)螺桿螺紋計算：采用特種鋸齒螺紋尺寸螺桿外徑60mm,內(nèi)徑51.796mm，螺距6mm。選用QT45由于小于許用應(yīng)力所以滿足使用要求。3.3滑動軸承滑動軸承和滾動軸承一樣是用在軸和支撐之間的連接零件。雖然與滾動軸承比滑動軸承更具優(yōu)點但是在一些特定的場合，比如速度較高的場合、精度較高的場合以及承受重量較大的場合，滑動軸承更能顯示其優(yōu)點。在我所設(shè)計的曲柄壓力機中我決定選用的滑動軸承，經(jīng)過計算設(shè)計可得：式（3-9）式中：—軸承上的單位壓力（）；—作用在該軸承上的壓力（N）；—軸瓦的許用單位壓力（）；1)驗算滑動軸承壓力p計算曲軸支承軸瓦：計算連桿大端軸承：計算連桿小端軸承（在這里我選擇了球頭式的連接方式）：2)求滑動軸承軸瓦上的速度曲軸軸承的速度：連桿大端支承處的速度：式中：—曲軸軸承直徑（mm）；—曲柄軸頸直徑（mm）;—曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）；—連桿系數(shù)，取0.108。3）驗算值：除了以上的校核和計算外，還需要計算值，即：式中：——軸承上的單位壓力；——軸承工作表面見的滑動速度；——許用的值，與材料有關(guān)。對材料，。曲軸軸承：連桿大端軸承：3.4離合器和制動器離合器和制動器是曲柄壓力機的重要組成部分，“主要的作用是控制壓力機的運動和停車，常用于曲柄壓力機的兩種離合器是剛性離合器和摩擦離合器[11]”而常見的制動器有圓盤式、帶式和閘瓦式?？紤]到我所設(shè)計的J23-63型壓力機屬于小型壓力機，所以離合器我選擇了轉(zhuǎn)鍵式離合器，即雙轉(zhuǎn)鍵離合器，為了抑制雙轉(zhuǎn)鍵離合器所造成的超前現(xiàn)象，制動器我選擇了偏心帶式制動器，摩擦材料選擇新型材料銅基粉末冶金。3.4.1離合器和制動器的工作原理雙轉(zhuǎn)鍵離合器有工作鍵和副鍵，而鍵的端部有鍵柄，兩個鍵的鍵柄又用拉板相連接，所以副鍵隨著工作鍵的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方向卻剛好相反。轉(zhuǎn)鍵的端部是圓柱軸頸，由曲柄和套筒的半圓形槽作為支撐，轉(zhuǎn)鍵和曲柄上的半圓剛好組成一個完整的圓，在這種情況下，轉(zhuǎn)鍵就會按照預定的本來的軸線轉(zhuǎn)動。副鍵的作用主要表現(xiàn)在，滑塊向下工作時，副鍵可以在曲柄轉(zhuǎn)動快于大齒輪時起到重要作用，這種情況造成的結(jié)果就是工作鍵和中套的碰撞。圖3.4雙轉(zhuǎn)鍵離合器我所選擇的偏心帶式制動器經(jīng)常能起到制動作用，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是正因為經(jīng)常的制動作用消耗的能量也會相應(yīng)增加，摩擦材料磨損十分嚴重。根據(jù)以往的經(jīng)驗所得這種制動器經(jīng)常與剛性離合器一起使用在小型的機床上，剛好適用于我所設(shè)計的曲柄壓力機。該制動器的制動輪和曲軸用鍵連接，但是制動輪和齒輪的中心線有一定的偏差，制動輪在曲柄靠近上死點時制動力矩最大，其他時候也有只用力矩但是相應(yīng)減少，正因為這個優(yōu)點，剛好可以克服雙轉(zhuǎn)鍵離合器超前的現(xiàn)象。圖3.5偏心帶式制動器3.4.2制動器的設(shè)計計算1）制動器力矩的計算制動器是為了用制動力矩所做功來克服離合器脫離以后從動件部分的能量，所以得：由[18]式可知可以得到從以上式子可以看出：制動力矩的計算與傳動系統(tǒng)的其他零件有關(guān)，在未確定時就無法進行計算，所以我選擇根據(jù)已設(shè)計的同型號機械壓力機的參數(shù)進行選擇。2)帶式制動器設(shè)計計算帶式制動器的主要尺寸可由下式提供D=(2.5-2.9)d=300到348B=(0.6-0.9)d=72到108制動輪、制動帶和制動彈簧尺寸由參考資料[18]表4-8查得:表3.4制動器各尺寸值名稱輪槽直徑輪槽寬度制動輪偏心制動鋼帶寬度制動帶展開長度制動彈簧直徑尺寸/mm3201052.510010156名稱制動彈簧外徑制動彈簧自由高度尺寸/mm32903)帶式制動器的拉力計算制動器在制動時，緊邊拉力為，松邊拉力為，所以制動器的制動力矩為：式（3-10）緊邊的拉力和松邊的拉力之間的關(guān)系：帶入上式得：由上面幾式可得緊邊拉力和松邊拉力4）制動帶摩擦面上的壓強校核由于制動器的兩邊拉力十分不均勻，所以要用一個平均壓強來代替?？梢愿鶕?jù)受力列出平衡方程:所以制動帶上的平均壓強可求得：最后求得平均壓強與許用平均壓強相比得:3.5過載保護裝置機械壓力機的輔助裝置主要包括過載保護裝置、拉延墊、滑塊平衡裝置、移動工作臺等等，以上的輔助裝置在曲柄壓力機中起到了很重要的作用，它們可以維系一臺機器的運轉(zhuǎn)，大大提高工作效率，很大程度減輕了工人師傅的勞動強度。這里就過載保護裝置做個簡單的介紹，曲柄壓力機在工作時容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，造成過載的原因很多，比如沒有正確選用壓力機型號，模具調(diào)整時沒有達到標準，所加工件的厚度不是很均勻等等。曲柄壓力機壓力機過載會造成一系列的問題，從而損壞壓力機，比如連桿螺紋會不同程度的損壞，連桿變形，曲柄軸彎曲變形，更有甚者，機身也會被損壞。壓力機的過載現(xiàn)象所造成的經(jīng)濟損失難以估量，不符合綠色機械壓力機的設(shè)計和可持續(xù)發(fā)展的基本原則，為了防止這種現(xiàn)象，可以在壓力機上安裝過載保護裝置。對于我所設(shè)計的小型壓力機，過載保護裝置選擇單剪切面的壓塌塊。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低，但是由于壓塌塊的破壞實際上不僅與滑塊有關(guān)還與力的作用次數(shù)有關(guān)，因此不能準確的限制過載力。除了過載保護裝置外還有拉延墊等裝置也是十分重要的拉延墊放在毛坯的周圍保護毛坯防止邊緣起皺。在小型的曲柄壓力機上經(jīng)常有這種裝置，它的作用不僅僅是保護作用，同時還可以作為頂料裝置。滑塊平衡裝置，主要用在大型曲柄壓力機上，主要的作用是在滑塊因自身重力下滑時起到平衡作用，尤其是在離合器制動器失靈的時候，防止滑塊下落所造成的財產(chǎn)以及人事安全。這樣既可以防止齒輪損壞又可以減小噪音和振動，又充分滿足機械壓力機綠色設(shè)計的理念。頂料裝置在以前老式的曲柄壓力機中應(yīng)用較少，但是隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，自動化、數(shù)控以及智能化都得到了充分的體現(xiàn)，為了順應(yīng)時代潮流，滿足大眾的要求，機械壓力機也開始向這個方向發(fā)展。最先體現(xiàn)的也就是打料裝置和自動送料裝置。監(jiān)控裝置可以及時準確的反應(yīng)曲柄壓力機工作狀態(tài)和各零部件的使用情況，在危險的時候提前做出反應(yīng)。3.6機身設(shè)計3.6.1機身結(jié)構(gòu)設(shè)計機身是曲柄壓力機的框架，所有的零件都要安裝在機身上，工作時要能夠承受所有的載荷[12]。所以壓力機機身的設(shè)計，在減輕機器重量，提高壓力機剛度方面起到了決定性的作用。我選擇開式機身，單柱固定臺機身，該機身三面敞開，操作方便，但是剛度強度不如閉式機身，適合于我所設(shè)計的小型機械壓力機，機身結(jié)構(gòu)選擇鑄造結(jié)構(gòu)，材料選用HT20-40鑄鐵。由于我選擇了鑄造結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計時最好不要有突然的壁厚變化，過渡圓角也要適當?shù)募哟螅@么做得目的是盡量減少應(yīng)力集中的問題，在設(shè)計結(jié)構(gòu)時也最好能夠使加工和鑄造方便。機身的設(shè)計最好采用對稱的結(jié)構(gòu)，這樣可以在焊接時減少焊接變形，肋板也要適量的添加不可盲目求多。而現(xiàn)有開式機身的設(shè)計不夠合理，重量既重，剛度又低。為了充分利用金屬性能，所以需要優(yōu)化設(shè)計。查閱開式機身的設(shè)計方法可知，影響機身強度和剛度的截面是機身背部截面，所以設(shè)計的方法就是在滿足強度和剛度的前提下使該截面面積最小。所以在設(shè)計時，機身結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足一下要求：圖3.6可傾式開式機身1、壓力機的機身在滿足強度和剛度的要求下，應(yīng)盡量減輕機身重量，本著節(jié)約資源的原則。2、機身的結(jié)構(gòu)盡量簡單，最好能夠讓所有的零件都能很方便的安裝和拆卸。3、壓力機的下底面積一定要大，滿足壓力機運行平穩(wěn)的要求。4、在滿足以上要求后最好能減少噪音和振動，遵循綠色壓力機的設(shè)計原則。5、機身的設(shè)計要符合美學基礎(chǔ)，看起來盡量美觀。3.6.2機身強度校核開式機身的三面全部敞開，雖然操作十分方便，但是也正是因為這個結(jié)構(gòu)使得整個機身成為一個懸臂結(jié)構(gòu)，從而使機身剛度較差，嚴重影響了工件的精度和模具的強度。所以在校核時應(yīng)安剛度進行校核，但是由于條件限制在未確定機身結(jié)構(gòu)時無法進行剛度校核，所以只能根據(jù)現(xiàn)有的開式壓力機的機身結(jié)構(gòu)尺寸初步進行強度校核，然后再進行剛度校核。1）本文設(shè)計的機身危險截面如下：圖3.7機身背部截面圖危險截面的截面積、慣性力矩的求解:危險截面的慣性力矩可可通過以下公式求得:危險截面的彎矩可求得:危險截面應(yīng)力的最大值可求得:因為，，所以滿足強度要求。3.7本章小結(jié)本章的主要任務(wù)是細化具體零部件的工作原理和設(shè)計方法。例如曲柄滑塊機構(gòu)的運設(shè)計方法、離合器和制動器的選擇和設(shè)計、機身的設(shè)計，以上部分組成力曲柄壓力機J23-63型的主體部分，其他部分如軸承的選擇、鍵的設(shè)計、螺栓的選擇、密封裝置的設(shè)計、潤滑裝置的設(shè)計、緩沖裝置的設(shè)計等等。具體的設(shè)計方法是參照已型曲柄壓力機的尺寸，在沒有給出具體計算的前提下，估計大體尺寸，再經(jīng)過強度和剛度等的校核最終確定其方案，這類零件主要有芯軸、制動器、機身。在有具體的尺寸計算時，則嚴格按照計算方法確定選用，當然最后的強度和剛度校核也是必不可少的。第4章壓力機傳動系統(tǒng)設(shè)計第4章壓力機傳動系統(tǒng)設(shè)計4.1帶輪設(shè)計計算帶輪的設(shè)計主要是根據(jù)已知的電機功率和轉(zhuǎn)速選擇皮帶的型號，再根據(jù)皮帶的型號確定帶輪的基準直徑，接著計算帶輪的包角、中心距、作用力等等，最后根據(jù)參考資料所給的經(jīng)驗帶輪公式，確定各個具體的尺寸。所以由電機的功率計算可知，本文選擇采用Y160L1-4型電動機，查表可知電動機的額定功率功率為13.05KW，轉(zhuǎn)速=1458r/min，傳動比可由前面章節(jié)得知=3.711、功率的計算由[23]式得=14.069KW通過參考文獻[23]的表可以查得=1.12、由功率Pc和轉(zhuǎn)速初步確定V帶的型號由于=14.069KW，=1458r/min，根據(jù)和由參考文獻《機械設(shè)計》圖，本文確定選用B型普通V帶。3、初選帶輪的基準直徑并驗算帶速在選擇帶輪的直徑時由不同型號的皮帶的具體要求，以及自己設(shè)計的壓力機的噸位的大小，參照現(xiàn)有的壓力機的設(shè)計，初步估計小帶輪的直徑。由前面所選的B型普通V帶，并參照文獻[23]確定了B型帶輪的直徑不小于125mm，按照文獻圖示的具體要求，在本設(shè)計中選擇小帶輪的基準直徑為=140mm。a、需要驗算帶輪的速度v，以確定帶輪選擇正確與否。由上式得計算結(jié)果可知v在5～25m/s之間，滿足了曲柄壓力機對于帶速的條件。b、確定大帶輪的大帶輪的基準直徑是在小帶輪直徑確定的前提下由傳動比求得，由于，由《機械設(shè)計》103頁公式得：==（1-0.015）×3.17×140mm=500mm確定大帶輪的直徑后需要驗算選擇是否合理，本文通過驗算傳動比誤差來確定。由參考資料[23]式得實際傳動比：=3.71由上面數(shù)據(jù)可知傳動比并未發(fā)生變化，所以必定小于5℅，本設(shè)計選擇的大帶輪滿足要求。4、確定中心距a0和帶的基準長度Ld中心距的選擇要適中，不能過大也不能過小，過大容易造成帶的抖動，過小會降低帶的壽命。由《機械設(shè)計》式得取。由《機械設(shè)計》103頁知，帶長2070mm由參考資料[23]表得，選擇帶的基準長度為=2240mm。可以得到實際中心距，上式計算得實際中心距a=585mm,誤差67.2mm5、需要驗算小帶輪的包角，以驗證大帶輪基準直徑正確與否為保證足夠的傳動能力，帶輪包角應(yīng)大于1200由計算可知滿足該條件，所以可以確定大帶輪和小帶輪的基準直徑選擇合理。6、V帶數(shù)量的選用由參考資料[23]式（5-14）由參考資料[23]表??；；；經(jīng)過計算得Z=3.97，所以圓整得Z=4。7、計算帶的初和壓軸力皮帶作用力的計算在后面的設(shè)計中尤為重要，初拉力過大或過小都不好，過大會降低帶的壽命，過小還會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。必須給予計算由參考資料[23]式知每根皮帶的張緊力為：壓軸力是為了計算軸和軸承，由參考資料[23]公式計算可得：8、根據(jù)參考資料給定的確定方法可以確定小帶輪的基本尺寸基準寬度最小輪緣厚=7.5mm基準線上槽深=3.5mm帶輪的基準直徑=140mm基準線下槽深=11.5mm外徑=147mm槽間距孔徑22mm槽到端面的距離=11.5mmL=44mm齒槽寬=81mm飛輪在本文的設(shè)計中十分重要，起到了蓄能的作用，必須由電機功率來求得再結(jié)合小帶輪的設(shè)計確定結(jié)構(gòu)尺寸。1）飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算壓力機工作總功：式中——飛輪轉(zhuǎn)動慣量；簡單形式：式中——修正系數(shù)，受k影響，；查表得：St=0.02，k=1.6，ε=0.95所以則Kg飛輪的大致結(jié)構(gòu)如圖4-1所示圖4-1飛輪圖飛輪的外徑由速比分配決定，即：式中——小皮帶輪直徑；——飛輪外徑；——傳動速比；可以參考以下數(shù)據(jù)：小型通用壓力機；大型通用壓力機=80~90%。由圖可看=。式中——飛輪邊緣厚度，查表得=410mm；——金屬密度，鑄鐵2）得到飛輪各個尺寸基準寬度齒槽寬=90mm基準線上槽深=4.5mm帶輪的基準直徑=500mm基準線下槽深=12.5mm外徑=509mm槽間距孔徑52mm槽到端面的距離=15mmL=102mm最小輪緣厚=7.5mm4.2齒輪設(shè)計齒輪的設(shè)計主要有材料的選擇、熱處理方式的選擇、強度的校核等等。由前面幾節(jié)計算可知電機軸的轉(zhuǎn)速，滑塊行程次數(shù)為，輸入的功率是11.32KW，工作時間在十個小時左右。初步確定齒輪的基本信息由參考資料[23]表7-1、7-8，確定小齒輪的材料選擇40Cr，經(jīng)過調(diào)制處理后保證硬度在241～286HBS，，；大齒輪的材料選擇鑄鐵，同樣得經(jīng)過調(diào)制處理保證硬度在179～241HBS，，；驗算的時候按照齒根的彎曲疲勞強度計算。驗算齒根的彎曲疲勞強度可以初步估計小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)由下式可得：則實際傳動比為傳動比的相對誤差=在確定使用之前要驗算傳動比誤差，由上式清楚的看到，傳動比誤差十分的小，因此齒數(shù)選擇滿足要求由式參考文獻[23]（7-1）可知載荷系數(shù)式子中所有的參數(shù)可由參考資料查得，按照不同的材料、硬度、型號可以查得具體數(shù)值，這就需要初步選擇齒輪的基本信息，再根據(jù)這些選擇。由參考資料[23]表6-10，所選擇的是軟齒面的，所以取齒寬系數(shù)；由參考資料[23]可知，確定；；?！鞍待X面不經(jīng)過硬化，選擇直齒輪，[13]”由參考資料[23]表查得，，，由參考資料[23]圖查得，，代入20，可得，，由參考資料[23]圖7-15查得，重合度系數(shù)按參考資料[23]式（7-12）計算齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力查得齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力，由參考資料[23]計算彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)得到大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小齒輪大齒輪由參考文獻[21]式取按參考文獻[21]圖7-17，可知比較兩個值，比較可知需要按照大齒輪的參數(shù)驗算齒輪彎曲疲勞強度圓整得m=6mm，得出所設(shè)計齒輪的基本參數(shù)中心距按照所得的齒輪的具體參數(shù)校核：查得，與原值一致。齒寬3、確定齒輪尺寸由參考資料確定小齒輪的寬度為50,大齒輪寬度為45。齒頂高齒根高齒高齒距齒原齒槽高分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑4.3傳動軸轉(zhuǎn)軸是重要的動力傳遞零件，軸上所需要傳遞的力和扭矩由傳動比和損耗計算，在確定傳遞扭矩后由經(jīng)驗公式求得轉(zhuǎn)軸的最小直徑，再根據(jù)軸上所需安裝的零件確定長度和直徑，最后就所設(shè)計的軸進行校核，滿足強度要求后即可確定使用。以下是根據(jù)選擇其中一根軸進行設(shè)計的具體過程，其他軸的設(shè)計類似。1、轉(zhuǎn)軸最小直徑的確定轉(zhuǎn)軸所需傳遞的扭矩由下式得：式中——公稱扭矩，曲軸在公稱壓力角20°下的扭矩；——飛輪軸到曲軸的傳動比，；——總傳動效率；其中滾動軸承的效率、齒輪傳動的效率、滑動軸承的效率；由參考資料知，45Cr的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。而軸的最小直徑可以經(jīng)過下列公式計算得：由于傳動軸上采用兩個鍵連接，分別安裝小齒輪和皮帶輪，所以最小直徑要適當?shù)淖兇螅疚闹袥Q定選用。再根據(jù)軸設(shè)計的基本原則結(jié)合軸上安裝的零部件的尺寸，確定了軸的結(jié)構(gòu)尺寸，如下圖4-1所示。圖4-1傳動軸2、核算轉(zhuǎn)軸的強度以上只是初步確定軸的外形尺寸，在確定使用該軸前需要驗算該軸的強度和剛度，以確定是否能投入使用。齒輪的法向力可由公式得：由前面第一節(jié)所計算的帶輪的作用力可知與齒輪作用力相比相差甚多，一般在計算轉(zhuǎn)軸的作用力時，可以不計算帶輪的作用力，所以軸所受到的法向作用力就是齒輪的法向作用力。根據(jù)和扭矩可以得出轉(zhuǎn)軸的受力圖4-2：圖4-2彎矩圖、彎矩圖通過受力圖可以明顯的看出小齒輪結(jié)合面的截面受到的彎矩和扭矩最大。根據(jù)經(jīng)驗所得，危險截面的校核必定代表了其他截面的信息，因此只需要核算該截面的強度即可。通過彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力可表示為：通過扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力可表示為為：得到當量彎曲應(yīng)力可表示為為：眾所周知，當今社會發(fā)展提倡可持續(xù)發(fā)展，注重工人的身體健康，一般的工廠工作時間在八小時，所以曲柄壓力機大概每天最多工作8小時，而且轉(zhuǎn)軸并不是連續(xù)不斷地工作，由此可知許用當量彎曲應(yīng)力可取為：式中——轉(zhuǎn)軸材料屈服極限（），——安全系數(shù)，一般取1.4到1.6。因此，符合轉(zhuǎn)軸的設(shè)計要求。3、核算軸的疲勞強度由于2-2截面有一個臺階的設(shè)計，應(yīng)力集中問題顯著，直徑又相對較小，彎矩卻比較大，所以只要核算該截面的疲勞強度即可。由參考資料[23]表查得，；由參考資料[23]表查得；由參考資料[23]附表，，查得彎曲和扭轉(zhuǎn)時圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)；由參考資料[23]表，毛坯直徑40mm～50mm，彎曲、扭轉(zhuǎn)的絕對尺寸影響系數(shù)；由參考資料[23]表查得。由于曲柄壓力機的主要機構(gòu)是曲柄滑塊，將曲柄的圓周運動轉(zhuǎn)變滑塊的上下運動，運動過程也是間歇式的，所以綜合以上敘述，該軸所受載荷為脈動循環(huán)載荷的性質(zhì)，可以求得：可得所以可得因為，，又,符合要求。4.4滾動軸承在機身與軸的支撐處，我選用兩隊對圓錐滾子軸承作支撐，在電機與小帶輪的軸上本文選用了深溝球軸承作為支撐。徑向力由下式計算可得法向力由下式計算可得轉(zhuǎn)速，齒輪在正常工作時有小量的振動，軸的直徑選擇軸承型號。綜上所述可以預選30212型軸承進行計算。單個軸承所承受的徑向負荷可以表述為：由于齒輪是直齒，所以可以基本不計軸向力；又由于圓錐滾子軸承是成對使用，徑向負荷產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力互相抵消，因此，軸向負荷為0。平均徑向負荷可表述為：平均軸向負荷當量動負荷N壽命系數(shù)，速度系數(shù)所以30212軸承的額定動負荷，因此符合要求。4.5本章小結(jié)本章主要完成了傳動系統(tǒng)零件的設(shè)計計算，包括兩個皮帶輪、兩個齒輪、兩個傳動軸的設(shè)計以及相關(guān)強度校核。在設(shè)計皮帶輪時主要參照《曲柄壓力機》一書中的設(shè)計過程，利用傳動比及總體方案，由《機械設(shè)計》中帶輪設(shè)計的基本原則，確定選用B型皮帶，并確定了各個相關(guān)的尺寸，齒輪的確定方法與皮帶輪的等同。最后本章完成了傳動軸的設(shè)計，并根據(jù)扭矩確定了傳動軸最小直徑后，根據(jù)軸上的零部件確定傳動軸具體結(jié)構(gòu)尺寸，并完成了各部分的校核計算工作機械壓力機的設(shè)計結(jié)論通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我對曲柄壓力機有了更深的了解，從查閱、收集相關(guān)資料開始，包括書籍、論文、期刊以及重要會議紀要，再到對機械壓力機的背景知識以及發(fā)展現(xiàn)狀有了初步的了解，再結(jié)合可持續(xù)發(fā)展的基本原則，本著低能耗、高效率的設(shè)計理念，確定了重點設(shè)計方向。最后閱讀學習相關(guān)文獻細化各零件的設(shè)計計算、強度校核、優(yōu)化方案。這個過程遇到很多的困難，比如離合器制動器的尺寸確定，機身的選擇，軸的設(shè)計，傳動方案的設(shè)計等等，以下是我對設(shè)計過程的總結(jié)。設(shè)計之初，在了解社會可持續(xù)發(fā)展時，首次接觸到了”綠色機械壓力機”這個概念，主要的參考是西安交通大學機電工程學院編寫的一篇會議紀要。這篇紀要首先分析了現(xiàn)在國際社會所面臨的環(huán)境問題，包括全球變暖、大氣污染、水體污染、酸雨污染、海洋污染、臭氧層破壞等等，提出解決環(huán)境問題的方法。接著就機械壓力機方面闡述了綠色機械壓力機設(shè)計的重要性和必要性，最后結(jié)合機械壓力機的設(shè)計生產(chǎn)過程提出了行之有效的具體零部件的生產(chǎn)方法。在大體確定設(shè)計方向后，開始查閱資料，細化具體零部件的工作原理和設(shè)計方法。例如曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析和設(shè)計方法、離合器和制動器的選擇和設(shè)計、傳動系統(tǒng)布置和傳動零件的設(shè)計、電機的選擇和飛輪的計算、機身的設(shè)計，以上部分組成力曲柄壓力機型的主體部分，其他部分如軸承的選擇、鍵的設(shè)計、螺栓的選擇、密封裝置的設(shè)計、潤滑裝置的設(shè)計、緩沖裝置的設(shè)計等等。最后是對所設(shè)計的零部件以及所選標準件的校核。本文設(shè)計的63噸的壓力機是在傳統(tǒng)機械壓力機的設(shè)計上，考慮可持續(xù)發(fā)展的目標，力求減少噪音和振動，將對人體的傷害降到最低，將對環(huán)境的污染減少或完全消失。這次的畢業(yè)設(shè)計是大學以來為期最長的設(shè)計，也是個人單獨的設(shè)計，所涉及的知識都是大學所學知識的匯總，當然也有很多沒有見過的不了解的知識