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1、题 目： 成型设备的创新设计院 （部）： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机械111班姓 名： 曹伟腾学 号： 2011071101指导教师： 袁文生完成日期： 2014年7月8日摘要锻压机械在工业中占有极其重要的地位，广泛应用于几乎所有的工业部门，如机械、电子、国防等。然而，在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上.曲柄压力机是以曲柄滑块机构作为运动机构，依靠机械传动将电动机的运动和能量传给工作机构，通过滑块给模具施加力，从而使毛坯产生变形。本次设计为J31-250型闭式单点压力机，参照国内现有相关型号压力机，进行了2500KN机械压力机主要工作系统设计。设计分三步进行：
2、首先，拟定总传动方案；其次，设计主要零部件；最后，进行经济评估。 本设计中主要包括以下设计部分：曲柄滑块机构的设计计算、传动系统的设计计算、离合器和制动器的设计计算、电动机的选择和飞轮的设计以及支撑附属装置的设计。 本次设计方案均采用同类设计中最新的零件类型及布置方式。通过离合器和制动器进行气动连锁控制。用电动机调节连杆的长度来达到调节装模高度的目的，以适应不同高度的模具。采用四面调节导轨，提高了压力机的精度，并装有过载保护装置、滑块平衡装置等，使机器更加安全、可靠。 关键词：锻压机械；曲柄滑块机构；闭式单点压力机目录第一章曲柄压力机的工作原理及主要参数41.1锻压设备的发展趋势41.2.曲柄
3、压力机的工作特点41.3曲柄压力机的工作原理51.4 曲柄形式51.4.1曲轴驱动的曲柄滑块机构61.4.2偏心轴驱动的曲柄滑块机构71.4.3曲拐驱动的曲柄滑块机构71.4.4偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构81.4.5各种结构的区别及最终确定设计设计思路10第二章曲柄滑块机构的构成及相关分析102.1压力机曲柄滑块机构的构成102.2曲柄压力机滑块机构的运动规律分析。11第三章齿轮传动113.1 齿轮传动的介绍113.2 直齿轮传动113.3 齿轮参数确定12第四章 紧固件螺栓的选用124.1 紧固件的选用124.1.1紧固件的选用原则124.1.2螺栓的选用13第5章总装设计145.1过载保护
4、装置145.1.1液压式过载保护装置145.2润滑系统第三章齿轮传动15参考文献15第一章曲柄压力机的工作原理及主要参数1.1锻压设备的发展趋势在锻压装备中曲柄压力机最多，占全部的50%以上，是板料冲压生产的主打设备。它们主要用于冲裁、落料、切边、弯曲、拉延和成形等加工工序，在汽车农机、电子。电器仪表、国防工业及日用平等航和有广泛的市场。据有关质料介绍，用机械压力机生产的零件，在汽车行业中，对卡车占总零件数的4555%，对轿车、大卡车为6075%，在电机电器行业中占6080%，在无线电行业中占85%，在日用制品行业中占98%。随着新工艺新设备的不断出现，一些复杂的特殊零件可以直接成形。用机械压
5、力机加工的板料冲压代替的铸件和锻件，根据零件结构和形状的不同，其生产成本可降低5070%，零件重量减轻3050%，材料消耗量减少3060%。20世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展，在逐渐融入新技术、新材料后，更推动了曲柄压力机的发展。传动系统是曲柄压力机的重要组成部分，其作用是将电机的运动和能量按照一定要求传给曲柄滑块机构。 进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步，所以国
6、内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此，我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战。1.2.曲柄压力机的工作特点曲柄压力机是锻压生产中广泛使用的一种锻压设备。它可以应用于板料冲压、模锻、冷热挤压、冷精压和粉末冶金等工艺。 曲柄压力机传动系统的旋转运动通过曲柄连杆使滑块呈往复运动，利用滑块发出的压力使毛坯产生塑性变形，以制成一定形状的锻压件。因此，它具有以下特点：（1）曲柄连杆机构是刚性联接的，滑块是具有强制运动性质，滑动块的行程次数，速度和加速度一定规律变化。（2）工作时封闭高度不变。（3）一个工作循环中负荷时间较短，电动机是按平均功率选用的，所以曲柄压力机既需
7、要飞轮存储和释放能量。 （4）工作时机身组成一个封闭的受力系统，对基础没有剧烈的冲击和震动。通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机动作平稳,工作可靠,广泛用于冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力（千牛）表示，它是以滑块运动到距行程的下止点约1015毫米处（或从下止点算起曲柄转角约为1530时）为计算基点设计的最大工作力。1.3曲柄压力机的工作原理机械压力机工作时(图2机械压力机工作原理图,由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮）,经过齿轮副和离合器带
8、动曲柄滑块机构,使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行,离合器自动脱开，同时曲柄轴上的自动器接通，使滑块停止在上止点附近。每个曲柄滑块机构称为一个“点”。最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采用双点或四点的。机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内锻压工作的时间很短。短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮。按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后，飞轮
9、再次加速积蓄动能，以备下次使用。机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械或电气连锁,以保证离合器接合前制动器一定松开,制动器制动前离合器一定脱开。机械压力机的操作分为连续、单次行程和寸动（微动），大多数是通过控制离合器和制动器来实现的。滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离（称为封密高度），可以通过螺杆调节。生产中，有可能发生超过压力机公称工作力的现象。为保证设备安全，常在压力机上装设过载保护装置。为了保证操作者人身安全，压力机上面装有光电式或双手操作式人身保护装置。1.4 曲柄形式曲轴驱动的曲柄滑块机构偏心轴驱动的曲柄滑块机构曲拐驱动的曲柄滑块机构偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构图31
10、支承颈; 2曲柄臂; 3曲柄颈; 4 连杆; 5曲拐颈; 6 心轴; 7偏心齿轮1.4.1曲轴驱动的曲柄滑块机构工作原理：曲轴旋转时，连杆作摆动和上、下运动，使滑块在导轨中作上、下往复直线运动。特点：曲轴双端支承，受力好；滑块行程较大，行程不可调。大型曲轴锻造困难，受弯、扭作用，制造要求高。适用范围：主要用于较大行程的中小型压力机上。图4压力机的曲柄滑块机构结构图1、打料横梁 2、滑块3、压塌块 4、支承座 5、盖板 6、调节螺杆7、连杆体 8、轴瓦9、曲轴10、锁紧螺钉11、锁紧块12、模具夹持块1.4.2偏心轴驱动的曲柄滑块机构工作原理：当偏心轴转动时，曲轴颈的外圆中心以偏心轴中心为圆心做
11、圆周运动，带动连杆、滑块运动。特点：曲轴颈短而粗，支座间距小，结构紧凑，刚性好。但偏心部分直径大，摩擦损耗多，制造比较困难。适用范围：主要用于行程小压力机上。1.4.3曲拐驱动的曲柄滑块机构工作原理：当曲拐轴转动时，偏心套的外圆中心以曲拐轴的中心为圆心做圆周运动，带动连杆、滑块运动。特点：曲拐轴单端支承，受力条件差；滑块行程可调（偏心套或曲拐轴颈端面有刻度）。便于调节行程且结构简单，但曲柄悬伸刚度差。 适用范围：主要用于中、小型压力机上图1-5 JB21-100压力机的曲柄滑块机构结构图1、滑块2、调节螺杆3、连杆体 4、压板 5、曲拐轴 6、偏心套1.4.4偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构工作原理
12、：偏心齿轮在芯轴上旋转时，其偏心颈就相当于曲柄在旋转，从而带动连杆使滑块上下运动。特点：偏心齿轮芯轴双端支承，受力好；偏心齿轮只传递扭矩，弯矩由芯轴承受；受力情况比曲轴好，芯轴刚度大。结构相对复杂，但铸造比曲轴锻造容易解决。适用范围：常用于大中型压力机上。图6J31 - 315 压力机曲柄滑块机构结构示意图1. 连杆体; 2. 调节螺杆; 3. 滑块; 4. 拨块; 5. 蜗轮; 6. 保护装置; 7. 偏心齿轮; 8. 心轴; 9 . 电动机; 10. 蜗杆图7 用偏心套调节行程示意图O-主轴中心A-偏心轴销中心M-偏心套外圆中心1.4.5各种结构的区别及最终确定设计设计思路曲轴式压力机行程
13、不可调；偏心轴式、偏心齿轮式和曲拐式压力机的行程可设计成可调节结构；设备总体结构曲拐式更美观。经过上面的分析，我选择设计成曲拐开式固定压力机压力机。第二章曲柄滑块机构的构成及相关分析2.1压力机曲柄滑块机构的构成由于压力机要求滑块作往复直线运动,而为动力的电动机却是作旋转运动,因此需要一套机构将旋转运动变为直线往复运动。下图中的结构就是完成这部分工作的重要部分曲柄滑块机构。图2-1 由本图知采用一套曲柄连杆，它对滑块只有一个加力点，因此常称做单点式曲柄压力机，这是中小型压力机广泛采用的形式。当工作台左右较宽时，也常采用两套曲柄连杆，这时它们对滑块有两个加力点，叫双点压力机，对于左右前后都较宽的
14、压力机也可采用四套曲柄连杆，相应的滑块有四个加力点。曲轴中心到曲柄颈中心的距离，这个距离通常叫做曲柄半径，它是曲柄压力机的一个重要参数，。有时小型压力机，可能用偏心轴代替曲轴，同样偏心轴也可以将旋转运动转变为滑块的直线往复运动。2.2曲柄压力机滑块机构的运动规律分析。本次设计压力机工作机构采用是曲柄滑块机构, A点表示连杆与曲轴的连结点,B点表示连杆与滑块连接点,AB表示连杆长度. 滑块的位移为s。a为曲柄的转角。习惯上有曲柄最底位置（相当于滑块在下死点处），沿曲柄旋转的相反方向计算。其运动简图如右图所示：第三章齿轮传动3.1 齿轮传动的介绍由于齿轮传动能传递较大的扭矩，又具有结构紧凑、工作可
15、靠和寿命较长等优点，因此齿轮得到了广泛的应用，齿轮传动一般会遇到：齿面磨损、牙齿折断、倒牙、齿面麻点和振动、噪音等。根据这些情况，对于曲柄压力机的齿轮传动提出下面两点基本要求：1）够的承载能力。要尽可能缩小齿轮的尺寸，采用常用的材料，又要保证能承受外载荷的作用，并且有足够的寿命。2）要的传动平稳性。齿轮在传动过程中产生的噪音和振动要在允许范围之内，不能过大。3.2 直齿轮传动根据总体的设计方案，曲柄滑快机构的里是有齿轮传入的。由于传递的力较大，结合已有的设计方案，确定本传动采用双边齿轮传动。为了达到传动平稳和足够承载能力。本设计采用的是直齿圆柱齿轮。3.3 齿轮参数确定参考同类型的曲柄压力机的
16、传动齿轮设计。有传动比i为6.47初步确定齿轮的相关参数方案如下：方案一齿轮摸数m=12mm,标准直齿轮为不发生根切，小齿轮齿数Z1=17,那么大齿轮齿数为Z2=i*Z1=6.47*17=117mmD=m*Z2=12*110=1320mmA=m*(z1+z2)/2=6*(17+117)=762mm方案二齿轮摸数m=12mm，采用变位齿轮。由于采用了变位齿轮，可不考虑根切，这时可暂定小齿轮齿数Z1=15，那么大齿轮齿数为：Z2=i*Z1=6.74*15=97mmD=m*Z2=12*97=1164mmA=m*(Z1+Z2)/2=6*(15+ 97 )=672mm从以上两种齿轮的参数比较可知，诺用直
17、齿圆拄标准齿轮比变位齿轮中心距增加了90毫米，分度圆增加了156毫米。为了传动系统机构尺寸减小，相应减轻机器的重量和节约材料。结合近年来曲柄压力机和其它这种设备中变位齿轮的广泛应用，本次设计曲柄压力机采用变位直齿圆柱轮传动。相关参数如下：模数 m 12 压力角 a 20变位系数 1=0.4 2=0.4齿数 Z1=15 Z2=97第四章 紧固件螺栓的选用4.1 紧固件的选用标准紧固件共分十二大类，选用时按紧固件的使用场合和其使用功能进行确定。4.1.1紧固件的选用原则从加工、装配的工作效率考虑，在同一机械或工程内，应尽量减少使用紧固件的品种；从经济考虑，应优先选用商品紧固件品种。根据紧固件预期的
18、使用要求，按型式、机械性能、精度和螺纹等方面确定选用品种。4.1.2螺栓的选用螺栓的品种很多，有六角头和方头之分。六角头螺栓应用最普通，按制造精度和产品质量分为A、B、C等产品等级，以A和B级应用最多，并且主要用于重要的、装配精度高以及受较大冲击、振动或变载荷的地方。六角头螺栓按其头部支承面积大小及安装位置尺寸，可分为六角头与大六角头两种；头部或螺杆有带孔的品种供需要锁紧时采用。方头螺栓的方头有较大的尺寸和受力表面，便于扳手口卡住或靠住其他零件起止转作用，常用在比较粗糙的结构上，有时也用于T型槽中，便于螺栓在槽中松动调整位置。见GB8、GB57805790等。本次设计选铰制孔用螺栓4个，使用时
19、将螺栓紧密镶入铰制孔内，以防止工件错位，配套的螺母垫圈各选4个。第5章总装设计5.1过载保护装置压力机在工作时，由于模具调整不当或者重叠冲压发生过载现象，这种过载现象可能使压力机损坏，如连杆螺纹破坏、螺杆弯曲或断裂，甚至机身变形和断裂。为了防止过载，压力机上设有过载保护装置。5.1.1液压式过载保护装置工作时，高压液压泵 2 打出的高压油，流经单向阀、卸荷阀5 进入液压垫 6 的液压缸。为使液压垫内的连杆支承座抬起，当压力机在公称压力下工作时，液压垫中的油压使卸荷阀中的单向阀关闭，但进油端的油压及弹簧的作用力之和大于输出端的总压力，因此压力机可以正常工作。当压力机超载时，液压垫中的油压升高，致
20、使卸荷阀输出端的总压力大于进油端的总压力，迫使阀芯动作，使液压垫中的油排回油箱，压力机迅速卸载。当卸荷阀阀芯移动时，阀芯上的斜面螺母触动限位开关，限位开关迫使液压泵电动机的电源和离合器的控制线路切断，液压泵停止供油，压力机也紧急停车。待消除过载后，卸荷阀复位，液压泵再次向液压垫供油，压力机随即又可重新工作。溢流阀调整不当或失灵将引起液压泵压力过高或过低，影响压力机的正常工作。如压力调得过高，当压力机过载时卸荷阀将打不开，压力机有发生破坏的危险。若压力调得过低，当压力机工作压力较低时，卸荷阀即打开，压力机则达不到公称压力为了避免上述两种情况，设有压力继电器 9，用来控制过高或过低的油源压力。为了
21、测量压力机工作时所受到的实际作用力，在滑块液压垫管路中接有压力表8，根据需要，可将压力表开关 7 打开，即可从表中得到读数值。在一般情况下压力表开关为关闭。上述液压保护装置是靠高压液压泵供油，溢流阀经常开启，所以不仅无故消耗电能，而且泵阀容易损坏，故有时采用气动液压泵来代替高压液压泵。液压式过载保护装置的优点是保护精度高，超载解除后能自动恢复保护功能，而且可以将保护压力调节得低于公称压力。5.2润滑系统压力机所有有相对运动的部分必须进行润滑，以减少机器零件的磨损，提高机器的使用寿命，保持正常的工作精度，降低能量消耗和维修费用按油品的种类分为稠油润滑和稀油润滑。通用压力机一般采用的润滑介质有稀油
22、和稠油两种。稀油用 GB443 - 84中的 N15、 N32、N46、 N68、 N100、N150 六个代号的机械油；稠油用钙基润滑脂即GB491 - 65 中的ZG - 1、 ZG - 2 和ZG - 3 三个代号和钠基润滑油即GB492 - 77 中的ZN - 2和ZN - 3 两个代号。钙基润滑脂外观呈淡黄色到褐色，而钠基润滑脂外观呈深黄色到暗褐色。二硫化钼作为润滑介质的应用愈来愈多。机械油润滑的优点是：内摩擦系数小，可用其润滑高速运动的运动副；流动性好，易进入各润滑点；若用在循环润滑系统中，冷却作用好，还可以将运动副内的金属微尘及杂质带走。机械油在运动副内产生的油膜承压低，容易外流，对周围环境造成污染。机械油润滑系统对密封要求高。采用钙基或钠基润滑脂润滑时，可以克服机械油润滑的缺点，但由于其流动性差，内摩擦系数大，故不宜在高速运动的运动副内使用，也不便实现循环润滑。中、小型压力机通常采用稀油分散润滑。集中润滑是采用手动稠油泵或机动稠油泵将油品通过管道系统送入各润滑点。参考文献1.吴宗泽 机械零件设计手册 北京：机械工业出版社.2004.42.王先奎 机械制造工艺学 北京：机械工业出版社.20023.邹慧君 机械原理课程设计手册 北京：高等教育出版社.20024.王国凡 钢结构焊接制造 北京：化学工业出版社.2004 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）