曲柄压力机的设计

11压力机概述1.1压力机的工作原理及构件锻压设备在其生产中有很大的地位。有成本低、质量高、效率好、用途广泛的特点。所以，锻压设备越来越多的替代切削设备和其他设备，在一些发达国家尤为明显，锻压设备所占的地位逐渐增大。占比可以达到30%~40%。而其中曲柄压力机是使用最多的。曲柄压力机操作简单，能够广泛的运用到各个工业领域。因而，工业先进国家的一个发展方向就是大批制作和应用曲柄压力机。开式压力机和闭式压力机是压力机中重要的两大类。下图是曲柄压机的结构和工作原理。电动机1经过V型皮带传递能量到大型皮带轮3；而后通过两级齿轮把电机的速度降下来再传递给偏心齿轮9；连杆12的上端面安装在凸轮上；下端面衔接滑块13。这样就可以实现当偏心齿轮的旋转，实现连杆将滑块上下往复的运动。就可以把工件放在上下模中进行加工的工作，完成工件的生产。因为在生产进程中，滑块时动时停，所以安装离合器5和制动器4。在整个过程周期中，按压时间非常短，所以大多数电机是空载的。为了能够均衡电机负载，按飞轮能量利用率提高。压力机的原理图根据上图工作原理，下面把压力机分为这几个部分：21偏心齿轮、连杆、滑块等零件组成曲柄滑块机构称为曲柄压力机的工作结构。2齿轮和皮带等一系组件构成其传动系统。3离合器、制动器构形成把持零碎。4电动机、飞轮组成其动力系统。5机身是其支撑部件。6辅助系统。1.2压力机的主要技术参数曲柄压力机在本次设计的主要参数：名称参数公称压力3150KN滑块行程315mm滑块行程次数20最大装模高度490mm装模高度调节量200mm32压力机的方案对比和选择2.1传动系统的对比和设计把电机的动能通过传递系统来输送到曲柄滑块装置，为了让滑块有规定的行程次数，就需要传动系统把电动机转速降到一个规定范围。以下是对传动系统中几个问题来分析对比，确定比较优秀的方案。2.1.1确定滑块上加力点的数目及机构的运动分析按连杆的数量来区分的，分一、二、四点压力衣。（1）单点：滑块前后、左右尺寸小于1700mm；垫板前后尺寸小于2000mm，（2）双点：二者前后大小大于2000mm。（3）四点：所有大小都大于2000mm。本设计采用单点式。1）曲柄滑块机构的选择本次设计曲柄滑块机构类型是焦点正面安置（焦点正面安置，是指交接点B的在OB线上来回直线运动）。下图是运动关系计算简图曲柄滑块机构是压力机采纳的错功能技工，也是大部分压力机所选用的。其运动简图中个点所代表的意义。O曲轴的旋转中心A连杆与曲柄的连结点B连杆与滑块的连结点OA曲柄半径AB连杆长度从图中可以看出，当OA用一定的速度旋转时，B就可以用相对应的速度上下往复直线运动。齿轮和滑块组成滑块机构。偏心齿轮相对于偏心心轴的颈部对应于曲柄半径并且具有恒定的偏心率。固定在芯轴上固定。芯轴上的颈部偏芯旋转，就是就回来柄旋转，连杆再使其滑块凹凸往返挪动。4结点正置的曲柄滑块机构)coscos(LRLRS（2-14）而LRsinsin令LR则sinsin而2sin1cos所以22sin1cos代入式（1-13）整理得：22sin111cos1RS（2-15）由于一般小于0.3，对于通用压力机，一般在0.1-0.2范围内，故式可进行简化。根据二项式定理，取52222sin211sin1代入式（2-14）整理得：2cos141cos1RS（2-16）式中：S——滑块行程，α——曲柄转角，R——曲柄半径；L——连杆长度RS20S0——为滑块行程315mm；所以mm5.157231520SR因为LR；其中取mm1450L；则138.01450200LRL=1450mm，λ在0.1-0.2范围内，所以符合要求。2.1.2确定传动系统的布置方式传动系统布置方式通过下面三个点讨论（1）传动系统的安放位置曲柄压力机的传动系统分为两种形式，上传动和下传动。上传动顾名思义就是把传动系统安放在操作台的上面。优点为：地基简单，安装和维修都很便利，造价低。上传动的缺陷是压力机由于机身重心高，所以运行时抖动，不够稳定。原下传动顾名思义就是把传动系统安放在操作台的下面。优点为：因为机身比较重心低，，抖动比较小，运转安稳。这样运动精度就会变高，提升工作质量；而且由于机身低，这样在一些车间不是很高的地方就可以使用。缺点是：地基复杂，安装和维修都很不便利，造价高。从经济和普遍性思考，选择上传动。（2）曲柄轴和传动轴的布置方式曲柄轴和传动轴的安放形式有两种：一是垂直于压力机侧面的放置，二是平行于侧面的放置。当采用垂直于侧面的放置方式时，会使受力点和支撑轴间的距离相比于平行于正面放置小很多，使曲轴和传动轴长度小，刚度会比较好。采用垂直于侧面的放置方式，就很好的解决了曲轴和传动轴的刚度问题。所以选择垂直于正面的放置方式。（3）曲柄轴上齿轮的传动形式和安装部位6本次设计采纳单边齿轮传动的方式，相比于双边传动。主要考虑的是其造价和压力，因为本次设计是一种经济型压力机，采用双边传动要求比较高。再通过齿轮的工作环境和美观方面考虑，选择把齿轮放在机身内。2.1.3确定传动级数和各传动比的分配根打据本次设打计的作参数王企鹅要求，传动级数选带我打器皮去的择三级传动。电动机选带我去的择转速为1460转/看后你分的电动机。查阅资料文献确定各部分效率为：偏就让他心齿轮滑动轴承效率η4=0.96闭式圆柱齿轮传动效率η3=0.97滚动轴承传动效率η2=0.99V带传动效率η1=0.961）传动装置的总传动比压力机滑块的转速：nω=20r/min总传动比：7320/1460/nnim总2）分配各级传动比查阅资料文献推荐传动比的范围，选V带古传偶记动i1=3.25,一级古圆柱齿㔿轮传月动的传动比为：i2=4.78；则二级突然齿轮u传动比邮为：7.45.15/73/213iiii总3）计算传动装置的运动参数和动力参数0轴——电动机轴：kW300dPP14600mnnr/minmN23.19614603095509550000nPT1轴——高速轴：8.2896.0300101PPkW2.44925.31460101innr/minmN3.6122.4498.2895509550111nPT2轴——低速轴：03.2697.099.08.2833211212PPPkw98.9378.42.449212innr/min7mN1.264598.9303.2695509550222nPT3轴——偏心齿轮轴：74.2496.099.003.265422323PPPkw207.498.93323innr/minmN4.118132074.2495509550333nPT将计算的数据和列表1-1：表1-1运动和动力参数表轴名参数0轴1轴2轴3轴转速（r/min）1460449.293.9820输入功率(kW)3028.826.0324.74输入转矩(N.m)196.23612.32645.111813.4传动比i3.254.784.72.1.4选择离合器和制动器的类型本设计加固传动级数抉择㕆三级传动，最后的一级选用偏欧尼心齿的轮传动，所以选用㧽浮动嵌块式摩㕆擦离合器和制7他动器，且装在大鄄皮带固元膏轮轴上。（1）离合器的选择离合器所需要的扭矩：iMMql（2-17）式中：β——储备系数，取β=1.1~1.3；Mq——偏心齿轮所需要传递就兔兔的扭矩，Mq=231636.35N·m；i——安装离合器㐋的轴至偏IT个i心齿轮留个的传动比，i=22.5；η——离合器至偏心齿轮固元膏之间的传动效率，对二级齿古轮传动取η=0.94；mN28.1204794.05.2235.2316361.1lM8由出次力文献㕆选取公称扭矩为Ml=13200N·m的浮动t8t嵌语98余音合的器。（2）制动器的选择制动器所需要的扭矩：iAiJMzhtzhzhczh22（2-18）式中：At——制动器的摩擦功，At=8118J；φzh——制动器的制动角，应以偏心齿轮的转角来度量，φzh=50×л/1800=0.087；ωzh——制动器轴的角速度，ωzh=3.14×449.2/30=47r/s；mN1.41475.22087.08118zhM由资料文献选取公称扭矩为Mzh=6180N·m的浮动嵌一个欧陆制动器。2.2电动机的选择其功率为：tANm1000(2-1)式中：Nm——平均功率（kW）；A——工作循环总能量（J）；t——工作循环时间（S）；nnCt60(2-2)式中:n——滑块行程次数（次/分）；Cn——行程利用系数，采用手工送料Cn=0.65；为了使飞轮尺寸不致过大，以及电动机安全运转等因素，故需将电动机的平均功率选得大些，即：mkNN(2-3)式中：k——为电动机选用功率与平均功率比值，一般为1.2～1.6，取k=1.2；压力机一工作循环所消耗的能量A为：7654321AAAAAAAA(2-4)（1）工作变形功A1由于压力机所运用的不同工艺，使其工件变形要做的功有差别，因而工件变形功为：gPA7.01（2-5）9其中δ通常取：045.0（2-6）式中：Pg——公称压力为N1031503；δ——切断厚度（m）；δ0——板料厚度（m）。对于慢速压力机（两级及两级以上传动的压力机）gP4.00（2-7）故有：J2280010233150000315.0315.0301gPA（2）拉延垫工作功A2耗费的能量取决电于焊盘的拉力和互惠义务行偶程，依据资料，取压力好机额外力的1/6，相当于见到过是滑块佀行程的1/6，即：366161002SPSPAgg（2-8）式中：S0——滑块行程长度,S0=0.315m。)J(275003610315.0315032A（3）工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量A3曲柄滑块机构所做的功可以用的公式表现：1803gmPmA（2-9）式中：Pm——任务行程中平均就会变力（N）；N1015751031505.05.033gmPPαg——工作行程曲柄转角（度），公称压力角αP=αg=200；mµ——摩擦当量力臂（m），mµ=26mm；故有：(J)1420020103150026.00087.00087.033ggpmA（4）工作行程时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量A4当压力机在其路程上任务的时分，比如说机身与曲柄滑块机构被负载导致变形，当然是弹性形变，这样就会损耗能量。但是在这个冲程的过程当中，有一些弹性变形的能量反而可以转化为有用的能量，这样得出：10cgyPA214（2-10）式中：yc——变形（m）。1ngcCPy（2-11）Cn1——刚度（kN/mm），查找资料，取700kN/mm。mm5.47003150cy)J(7100105.410315021334A（5）压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量A5冲压件的构造大小，外表的加工量和皮带的张力等，都决定着能量损失的多少。根据参考文献得：(J)150005A（6）滑块停顿飞轮空转时所消耗的能量A6通用压力机飞轮空转时所消耗的能量：)(1000166ttNA（2-12）式中：N6——压力机飞轮空转所需的功率，由参考文献[7]图7-7得N6=3.5kW；t——循环周期的时间(S)；t1——曲柄转一圈的时间(S)。nt601nnCt60)S(320601t)S(6.465.02060t故有：)J(5720)36.4(5.310006A（7）单次行程时，离合器接合所消耗的能量A7离合器接合时所消耗的能量：AA2.07（2-13）（8）总功A7654321AAAAAAAA