动力选型及传动计算

精压机动力选型及传动计算1.设计输入设计精压机的坯料送料、上模冲压等动作过程，包括动力选型、传动计算及动力传动传动方案设计、执行机构方案设计。如图1所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，以后，上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。它的主要工艺动作有：（1）将新坯料送至待加工位置；（2）下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出膜腔。图1加工工件图2上模运动规律原始数据和设计要求：1)动力源是电动机，作转动；冲压执行构件为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图2所示，具有快速接近工件、等速工作进给和快速返回的特性。2)精压成形制品生产率约每分钟70件。3)坯料输送的最大距离200mm。4)冲压执行机构具有快速接近工件等速拉延和快速返回的运动特性。上模运动在它的正行程时，推杆和上顶机机构在一个运动周期内，当机构都在回程中；当上模冲压完成之后，推杆开始将胚料输送至待加工位置，上顶机构也同时将成品顶出下模，实现一个工作周期。2.执行机构运动方案设计计算根据设计要求的冲压及回程运动特点，另外考虑尽量简化结构、降低生产制作成本，选定如下齿轮-曲柄-导杆-滑块机构作为最终方案。摇杆-滑块送料机构JHG用推板K将待加工工件推到预定加工位置（D、Q的正下方）。在送料机构JHG送料后回程时，上模滑块冲压机构CBA已经进入工作阶段，D处滑块先快速接近原料，再以等速对其进行冲压，同时下模滑块冲压机构PNM恰好到达最低极限位置顶住工件。当冲压完成后，上模冲压机构CBA滑块急回向上退回，而下模冲压机构PNM由最低位置急速向上运动顶出工件。此时，送料机构JHG再次送料，新的待加工工件在成品被完全顶出时到达预定位置，将成品推下工作台，这样就完成了一个周期的动作。上模冲压机构采用曲柄滑块传动机构，根据冲压低速、回程高速的要求行程速比系数K取1.8，则上模冲压机构曲柄滑块机构级位夹角=180°(K-1)/(K+1)=51.4°，即∠B1CB2=51.4°。要求上模冲压的总行程为280mm，则冲模锤的最高点到最低点的距离H为140mm，即图中D1D2=140mm。三角形CXD1为等腰三角形，∠D1D2C=(180°-51.4°)/2=64.3°。在三角形CXD1中，根据正弦定理，CD1=CD2=D1D2*sin64.3°/sin51.4°=161.4mm。三角形CXD1与三角形AB1C为相似三角形，根据相似三角形性质，CD1/D1X=AC/AB1。取上模曲柄滑块机构曲柄长度AB1=AB2=160mm，在三角形AB1C或者三角形AB2C中，∠B1CA=∠B2CA=1/2=25.7°。AC=AB1/sin1/2=AB2/sin1/2=369mm。下模采用与上模对称的设计方案，K值与上移距离均与上模相同。即曲柄MN1=MN2=AB1=AB2=160mm，机架PM=AC=369mm。送料机构采用曲柄滑块机构，送料必须与冲压机构配合动作，取行程速比系数K取1.8，级位夹角=51.4°。送料横向距离J1J2=200mm，取送料机构曲柄长度GH1=GH2=60mm，设连杆长为x。在三角形J1J2G中，根据余弦定理，cos=[x2+（x+60）2-200*200]/2*x(x+60)计算得到连杆长度GJ1=GJ2=192mm。3.动力传动机构方案设计计算3.1电机选型下模运动机构、上模运动机构及送料机构曲柄的动作均通过与对应齿轮固定连接来实现，而齿轮系统的动力则来源于三相异步电动机。考虑到电机输出功率的传递效率问题，电机应该安装在靠近工作件的齿轮轴上，又由于大齿轮输入动力时可以传递较大的扭矩，故选择将电机安装在与齿轮F的轴线上。根据生产率每分钟70件，知终端小齿轮的转速为70rpm。为避免下模运动机构、上模运动机构及送料机构之间发生干涉，动力输入齿轮要比终端齿轮分度圆直径大。动力输入大齿轮与小齿轮传动比取2，则大齿轮的速度为35rpm，选取标准八级电机，额定转速n0=720rpm，电机到大齿轮之间总的传动比为i=720/35=20.6。考虑到皮带传动有一定的过载保护功能，确定采用皮带传动+一级齿轮减速传动方案，如下图所示。齿轮减速传动选用一级齿轮减速器，传动比选取i2=6.3，皮带传动比计算得i1=3.27。执行结构部分根据设计要求需要5个齿轮，各齿轮对称布置，由于转速不是太高在和也不太大，为降低制造成本，考虑用软齿面齿轮。为减少设计工作量，三个小齿轮设计成相同的，两个大齿轮也设计成相同的。上模滑块总质量设为40kg，冲压过程最大冲压阻力为F=5000N，假定在冲压延伸过程中冲压阻力不变。另外，近似取冲压过程时间为一个循环时间的一半，即冲压过程用时t=60/70/2=0.43s,冲压行程H=0.14m，由此计算冲压速度v=H/t=0.32m/s。冲压过程冲锤需要耗费的规律P1=Fv=1600W。考虑到齿轮传动及带传动中的机械损失，以及曲柄连杆机构的摩擦损失，选取电机功率为2.2kW。查阅标准三相交流异步电动机，选取132S1-8电机。3.2执行机构齿轮传动强度设计与校核小齿轮采用40MnB调质处理，查《机械设计基础》表11-1知：齿面硬度为241-286HBS，σ1limH=730MPa，σFE=600MPa；大齿轮用ZG35SiMn调质处理，齿面硬度为241-269HBS，σ2limH=620MPa，σFE2=510MPa。查阅《机械设计基础》表11-5，取SH=1.1，SF=1.25，故：H1σ=Hlim1Hσ730==664MPaS1.1（8-1）H2σ=Hlim2Hσ620==564MPaS1.1（8-2）F1σ=FFES1=600=480MPa1.25（8-3）F2σ=FE2Fσ510==408MPaS1.25（8-4）软齿面齿轮传动设计，按齿面接触强度进行设计，后按齿根弯曲进行校核。设齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.5(表11-3)，齿宽系数φd=0.8（表11-6）。大齿轮上的转矩T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×1600/35=437Nm（8-5）根据齿面接触强度进行设计，取EZ＝188（表11-4）3232112121271211882.5()()[]1.02564EHHKTZZudud＝316.6mm（8-6）齿数取：Z1=40，Z2==20；模数取m=8mm；则d1=z*m=40*8=320mm，满足接触强度要求。d2=20*8=160mm；齿宽b1=0.8d1=256mm，b2取265mm。中心距：=212+dd=160+3202=240mm；取a=240mm。下面验算轮齿弯曲强度。齿形系数YFa1=2.56，（图11-8），YSa1=1.63（图11-9），查阅《机械设计基础》获得同理YFa2=2.13，YSa2=1.811F=11212saFaKTYYBmZ=12212712.561.633.66480302840MPaFMPa（8-7）408MPaσF3.381.632.561.812.133.66YYYYσσ2Fa1sa1Fa2sa2F1F2（8-8）强度安全，符合设计要求。8.4齿轮的圆周速度113.14320350.6601000601000dnmVs（8-9）对照《机械设计基础》表11-2可知选用8级精度是合适的。3.3皮带传动强度设计计算a)确定计算功率查带传动工作情况系数表8-7，取KA=1.3，计算功率Pca=KA*P=2.9kW由于窄V带具有动力传递能力强及结构紧凑的特点，选取窄V带传动。b)选取窄V带带型及带轮直径根据计算功率及转速，查图8-8确定选用SPZ型。查表8-4、8-8选取小皮带轮基准直径D1=80mm，计算大带轮基准直径D20=i1*D1=261.6mm。查窄V带轮基准直径系列表8-8，取D2=265mm。验算带速：v=πD1n1/60/1000=3.02m/s，远小于窄V带的极限最大速度35m/s，满足要求。c)确定基准长度及中心距根据0.7（D1+D2）a02（D1+D2），初定中心距a0=400mm。根据带传动几何关系，计算带所需的基准长度：Ld’=2a0+0.5π（D1+D2）+（D1-D2）2/4a0=1362mm查表8-3选取接近的基准长度Ld=1400mm。重新计算中心距：a=a0+（Ld-Ld’）/2=419mmd)包角验算只需验算小带轮包角，根据包角计算公式：α1=180°-（D2-D1）*60°/a=153.5°120°小带轮上包角满足要求。e)计算窄V带排数根据排数计算公式：z=Pca/(P0+ΔP0)/Ka/KL，并查表8-6c与8-6d得P0=0.88kW，ΔP0=0.11kW；查表8-9与8-10得Ka=0.93，KL=0.96,算得，z=3.3，取z=4，即采用4排窄V带传动。f)计算预紧力及压轴力预紧力：F0=500(2.5/Ka-1)Pca/vz+qv2,查表8-5，q取0.07kg/m，计算得F0=203.2N。压轴力：Q=2zF0sin(α1/2)=1582.3N