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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
鄭虎君
專業(yè)
：
機(jī)械電子工程
學(xué)號(hào)
：
180534002
指導(dǎo)教師
：
劉宏謙
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇二〇年五月
J11-100單柱固定臺(tái)曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
曲柄壓力機(jī)是通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)胚料進(jìn)行成行加工的鍛壓機(jī)械。曲柄壓力機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用于沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，性能可靠。
關(guān)鍵詞：壓力機(jī)：曲柄機(jī)構(gòu)：機(jī)械制造
Design of j11-100 single column fixed platform crank press
Abstract
Crank pressure machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport, Carries the formed processing to the semifinished materials the forging and stamping machinery. The crank press movement is steady, the work is reliable, widely uses in crafts and so on ramming, extrusion, drop forging and powder metallurgy. Its structure is simple ,the ease of operation , the performance is reliable .The coupling part uses the rigidity to transfer the key type coupling, the use service is convenient.
Keywords: pressure machine, crank organization, machine manufacturing
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
第一章 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪設(shè)計(jì) 1
第一節(jié) 壓力機(jī)電力拖動(dòng)特點(diǎn) 1
第二節(jié) 電動(dòng)機(jī)的選擇 2
一 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 2
二 選擇電動(dòng)機(jī)的功率 2
三 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 3
四 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 3
五 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 4
第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及尺寸計(jì)算 5
一 壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量 5
二 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 9
三 飛輪尺寸計(jì)算 10
四 飛輪輪緣線速度驗(yàn)算 11
第二章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 11
第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 11
一 傳動(dòng)系統(tǒng)類型 11
二 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式 12
三 離合器和制動(dòng)器的位置 13
四 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 13
第二節(jié) 三角皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 14
第三節(jié) 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 17
一 選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級(jí)和齒數(shù) 17
二 開式齒輪按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè) 17
第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 20
一 軸的概述 20
二 J11—100開式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì) 21
第五節(jié) 平鍵連接 24
第三章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 25
第一節(jié) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 25
一 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 25
第二節(jié) 曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
一 曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖 28
二 曲柄軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 28
三 曲軸剛度計(jì)算 30
第三節(jié) 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置 31
一 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu) 31
二 連桿的計(jì)算 32
三 連桿及球頭調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 33
四 調(diào)節(jié)螺桿的螺紋 36
五 調(diào)節(jié)螺桿的螺紋計(jì)算 36
六 連桿上的緊固螺栓 36
第四節(jié) 滾動(dòng)軸承的選擇 37
一 滾動(dòng)軸承概述 37
二 滾動(dòng)軸承型號(hào)選擇 38
第五節(jié) 滑動(dòng)軸承 39
一 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 39
二 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑及軸瓦結(jié)構(gòu) 39
三 滑動(dòng)軸承的計(jì)算 39
第四章 離合器與制動(dòng)器 41
第一節(jié) 離合器與制動(dòng)器的作用原理 41
第二節(jié) 離合器的設(shè)計(jì) 42
一 離合器的類型、工作特性及其選用原則 42
二 雙轉(zhuǎn)鍵離合器的結(jié)構(gòu) 43
第三節(jié) 制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 45
一 制動(dòng)器的類型、工作特性及其選用原則 45
二 帶式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 46
第五章 機(jī)身設(shè)計(jì) 46
第一節(jié) 機(jī)身結(jié)構(gòu) 46
第二節(jié) 機(jī)身計(jì)算 47
一 強(qiáng)度計(jì)算 47
第六章 過載保護(hù)裝置設(shè)計(jì) 50
一 剪切破壞式過載保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu) 51
二 剪切塊的設(shè)計(jì)計(jì)算 51
第七章 潤(rùn)滑系統(tǒng) 53
第一節(jié) 曲柄壓力機(jī)常用潤(rùn)滑劑 54
一 稀油潤(rùn)滑 54
二 干油潤(rùn)滑 55
結(jié)論 56
參考文獻(xiàn) 58
中文 61
致 謝 63
前 言
一 開式曲柄壓力機(jī)的特點(diǎn)和用途
曲柄壓力機(jī)是采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作機(jī)構(gòu)的一類鍛壓機(jī)器。
開式壓力機(jī)是曲柄壓力機(jī)的一個(gè)類別，其特點(diǎn)是具有開式機(jī)身（即C型機(jī)身）。
開式壓力機(jī)因?yàn)榫哂虚_式機(jī)身，與閉式壓力機(jī)相比有其突出的優(yōu)點(diǎn)，工作臺(tái)在三個(gè)方向是敞開的，裝、模具和操作都比較方便，同時(shí)為機(jī)械化和自動(dòng)化提供了良好的條件。但是，開式壓力機(jī)也有其缺點(diǎn)，由于機(jī)身呈C型，工作是變形較大，剛性較差，這不但會(huì)降低制品精度，而且由于機(jī)身有角變形會(huì)使上模軸心線與工作臺(tái)面不垂直，以至破壞了上、模具間隙的均勻性，降低模具的使用壽命。開式壓力機(jī)的特點(diǎn)是，機(jī)身呈“C”型，機(jī)身前面和左、右兩邊敞開，便于模具的安裝、調(diào)整。但“C”型機(jī)身剛度較差，受背荷后易變形，影響造件精度和模具使用壽命，因此，只適用于中小型壓力機(jī)。
開式壓力機(jī)根據(jù)其機(jī)身結(jié)構(gòu)不同，又可分為雙柱開式壓力機(jī)和單柱開式壓力機(jī)兩種；根據(jù)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，分為固定臺(tái)式壓力機(jī)和降降臺(tái)式壓力機(jī)兩種；根據(jù)機(jī)身可否傾斜，分為可傾式 壓力機(jī)和不成傾式壓力機(jī)兩種。
由于開式曲柄壓力機(jī)使用上最方便，因而被廣泛采用。它是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)備，可用于沖孔、落料、切邊、彎曲、淺拉伸和成型等工序，并廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、軸承、儀表、農(nóng)機(jī)、農(nóng)具、自行車、縫紉機(jī)、醫(yī)療器械、日用五金等部門中。在中、小型壓力機(jī)中，開式壓力機(jī)得到了廣泛的發(fā)展，目前在我國(guó)機(jī)器制造業(yè)中，開式曲柄壓力機(jī)的年產(chǎn)量約占整個(gè)鍛壓機(jī)械年產(chǎn)量的49.5%，而在通用曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)中約占95%。
曲柄壓力機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳遞給曲軸，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過連桿使滑塊產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)通過小齒輪、大齒輪（飛輪）和離合器帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，再通過連桿使滑塊在機(jī)身的導(dǎo)軌中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。將模具的上模固定在滑塊上，下模固定在機(jī)身工作臺(tái)上，壓力機(jī)便能對(duì)放置在上、下模之間的被沖壓材料進(jìn)行加壓，依靠模具將其沖制成工件，實(shí)現(xiàn)壓力加工。離合器由腳踏板通過操縱機(jī)構(gòu)控制，實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或停止。制動(dòng)器與離合器密切配合，可在離合器脫開后將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)停止在一定的位置上（一般是指滑塊處于上死點(diǎn)的位置）。大齒輪還起飛輪的作用，使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，并有效地儲(chǔ)存和釋放能量。
曲柄壓力機(jī)有以下幾種分類方法：
1)按床身結(jié)構(gòu)分可分為開式壓力機(jī)和閉式壓力機(jī)兩種。
開式壓力機(jī)床身前面、左面和右面三個(gè)方向是敞開的，操作和安裝模具都很方便，便于自動(dòng)送料。但由于床身呈C字形，剛性較差。當(dāng)沖壓力較大時(shí)。床身易變形，影響模具壽命，因此只適用于中、小型壓力機(jī)。閉式壓力機(jī)的床身兩側(cè)封閉，只能前后送料，操作不如開式的方便，但機(jī)床剛性好，能承受較大的壓力，適用于一般要求的大、中型壓力機(jī)和精度要求較高的輕型壓力機(jī)。
2)按連桿的數(shù)目分可分為單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力機(jī)。
單點(diǎn)壓力機(jī)有一個(gè)連桿，雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力機(jī)分別有兩個(gè)和四個(gè)連桿。
3)按滑塊數(shù)目分可分為單動(dòng)壓力機(jī)、雙動(dòng)壓力機(jī)和三動(dòng)壓力機(jī)三種。
雙動(dòng)及三動(dòng)壓力機(jī)一般用于復(fù)雜制件的拉深。這種壓力機(jī)可用于較大、較高制件的拉深。壓力機(jī)的工作部分由拉深滑塊、壓邊滑塊、工作臺(tái)三部分組成。拉深滑塊由主軸上的齒輪及其偏心銷通過連桿帶動(dòng)。工作臺(tái)由凸輪傳動(dòng)，壓邊滑塊在工作時(shí)是不動(dòng)的。工作時(shí)，凸模固定在拉深滑塊上，壓邊圈固定在壓邊滑塊上，而凹模則固定在工作臺(tái)上。工作開始時(shí)，工作臺(tái)在凸輪的作用下上升，將坯料壓緊，并停留在此位置。這時(shí)，固定在拉深滑塊上的拉深凸模開始對(duì)坯料進(jìn)行拉深，直至拉深滑塊下降到拉深結(jié)束位置。拉完后拉深滑塊先上升，然后工作臺(tái)下降，完成沖壓工作。這種雙動(dòng)壓力機(jī)是通過拉深滑塊和工作臺(tái)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)的。
4)按傳動(dòng)方式分壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可置于工作臺(tái)之上，也可置于工作臺(tái)之下。
前者稱為上傳動(dòng)，后者稱為下傳動(dòng)。下傳動(dòng)的壓力機(jī)重心低、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能減少振動(dòng)和噪聲，床身受力情況也得到改善。但壓力機(jī)平面尺寸較大，總高度和上傳動(dòng)差不多，故重量大、造價(jià)高。且傳動(dòng)部分的修理也不方便，故現(xiàn)有通用壓力機(jī)一般均采用上傳動(dòng)。
二 J11—100開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)
開式曲柄壓力機(jī)的基本參數(shù)，決定了它的工藝性能和應(yīng)用范圍，同時(shí)也是設(shè)計(jì)壓力機(jī)的重要依據(jù)。現(xiàn)將J11—100開式曲柄壓力機(jī)基本參數(shù)分別敘述如下：
1、 公稱壓力F：公稱壓力是壓力機(jī)的主參數(shù)，是指滑塊離下止點(diǎn)前某一特定距離時(shí)，滑塊上所允許的最大作用力。F=1000KN
2、 滑塊行程s：滑塊行程是指壓力機(jī)滑塊從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所經(jīng)過的距離，它是曲柄半徑的兩倍，或是偏心齒輪、偏心軸銷偏心距的兩倍。其大小隨壓力機(jī)工藝用途和公稱壓力的不同而不同。 S=20-100mm
3、 滑塊行程次數(shù)n：它是指滑塊每分鐘從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)，然后再回到上止點(diǎn)的往復(fù)次數(shù)。滑塊行程次數(shù)的高低反映了壓力機(jī)沖壓的生產(chǎn)效率。n=60次/分
4、 公稱壓力F：公稱壓力是壓力機(jī)的主參數(shù)，是指滑塊離下止點(diǎn)前某一特定距離時(shí)，滑塊上所允許的最大作用力。F=1000KN
5、 滑塊行程s：滑塊行程是指壓力機(jī)滑塊從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所經(jīng)過的距離，它是曲柄半徑的兩倍，或是偏心齒輪、偏心軸銷偏心距的兩倍。其大小隨壓力機(jī)工藝用途和公稱壓力的不同而不同。 S=20-100mm
6、 滑塊行程次數(shù)n：它是指滑塊每分鐘從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)，然后再回到上止點(diǎn)的往復(fù)次數(shù)?；瑝K行程次數(shù)的高低反映了壓力機(jī)沖壓的生產(chǎn)效率。n=60次/分
7、 最大裝模高度：止點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。當(dāng)裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最高位置（即連桿調(diào)至最短）時(shí)，裝模高度達(dá)最大值，稱為最大裝模高度。
8、 當(dāng)裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最低位置（即連桿調(diào)至最長(zhǎng)）時(shí)，裝模高度達(dá)最小值，稱為最小裝模高度。壓力機(jī)裝模高度調(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的距離稱為裝模高度調(diào)節(jié)量（△H）。有了裝模高度調(diào)節(jié)量，就可以滿足不同閉合高度模具安裝的需要。模具的閉合高度應(yīng)該介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間。
所謂封閉高度，是指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)滑塊下表面到工作臺(tái)上表面的距離。它和裝模高度之差恰是工作臺(tái)墊板的厚度。J11-100壓力機(jī)的最大裝模高度為
6、模柄孔尺寸：中小型壓力機(jī)的滑塊底面都設(shè)有模柄孔，它是用于安裝固定上模和確定模具壓力中心的。當(dāng)模具用模柄與滑塊相連時(shí)，滑塊模柄孔的直徑和深度應(yīng)與模具模柄尺寸相協(xié)調(diào)。中小型壓力機(jī)模柄孔的形狀有圓柱形和方柱形。
曲柄壓力機(jī)由以下幾部分組成：
1)床身
床身是壓力機(jī)的骨架，承受全部沖壓力，并將壓力機(jī)所有的零、部件連接起來，保證全機(jī)所要求的精度、強(qiáng)度和剛度。床身上固定有工作臺(tái)，用于安裝沖模的下模。
2)工作機(jī)構(gòu)
即為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由曲軸、連桿和滑塊組成。電動(dòng)機(jī)通過V形帶把能量傳給帶輪，通過傳動(dòng)軸經(jīng)小齒輪、大齒輪傳給曲軸，并經(jīng)連桿把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。沖模的上模就固定在滑塊上。帶輪兼起飛輪作用，使壓力機(jī)在整個(gè)工作周期里負(fù)荷均勻，能量得以充分利用。
3)操縱系統(tǒng)
由制動(dòng)器、離合器等組成。離合器是用來啟動(dòng)和停止壓力機(jī)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器是在當(dāng)離合器分離時(shí)，使滑塊停止在所需的位置上。離合器的離、合，即壓力機(jī)的開、停是通過操縱機(jī)構(gòu)控制的。
4)傳動(dòng)系統(tǒng)
包括帶輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。
5)能源系統(tǒng)
包括電動(dòng)機(jī)、飛輪（帶輪）。
除了上述幾大基本部分外，曲柄壓力機(jī)還有多種輔助裝置，如潤(rùn)滑系統(tǒng)、保險(xiǎn)裝置、計(jì)數(shù)裝置及氣墊等。
三 開式壓力機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求
壓力機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：
（一）使用要求：
1、參數(shù)和精度都能滿足工藝用途的要求；
2、具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨、耐久性能，能長(zhǎng)期穩(wěn)定地保持工藝能力；
3、操作安全、省力、簡(jiǎn)單而又便于記憶，并且外形美觀，給操作者提供良好的工作條件；
4、生產(chǎn)效率高、更換模具等輔助工時(shí)少，傳動(dòng)效率高，具有高度的使用經(jīng)濟(jì)性。
（二）制造要求：
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，體積小；
2、采用性能好，價(jià)格低，易于購(gòu)買的材料，并充分發(fā)揮材料的性能使壓力機(jī)重量輕；
3、具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，加工簡(jiǎn)單，裝配方便，并且能與制造廠的設(shè)備條件相適應(yīng)；
4、提高“三化”（系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化）程度，減少設(shè)計(jì)、制造勞動(dòng)量，以縮短制造周期和降低壓力機(jī)成本。
（三）其他要求：
1、運(yùn)輸容易； 2、安裝簡(jiǎn)單； 3、維修方便。
山西工程技術(shù)學(xué)院--畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
第一章 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪設(shè)計(jì)
第一節(jié) 壓力機(jī)電力拖動(dòng)特點(diǎn)
壓力機(jī)工作過程中，作用在滑塊上的負(fù)荷是劇增和劇減的周期交替變化著，并且有很短的高峰負(fù)載時(shí)間和較長(zhǎng)的空載時(shí)間，若依此短暫的工作時(shí)間來選擇電動(dòng)機(jī)的功率，則其功率將會(huì)很大。
為了減小電動(dòng)機(jī)的功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了飛輪。當(dāng)滑塊不動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，使其儲(chǔ)備能量，而在沖壓工作的瞬時(shí)，主要靠飛輪釋放能量。工件沖壓完畢后負(fù)載減小，于是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，使其在沖壓下一個(gè)工件前恢復(fù)到原來的角速度。這樣沖壓工件所需的能量，不是直接由電動(dòng)機(jī)供給，而是主要由飛輪供給，所以電動(dòng)機(jī)所需的功率便可大大減小。
由于電動(dòng)機(jī)的功率小于壓力機(jī)工作行程的瞬時(shí)功率，所以在壓力機(jī)進(jìn)入工作行程時(shí)，工作機(jī)構(gòu)受到很大的阻力，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大，轉(zhuǎn)差率隨之增大。一旦電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)差率大于電動(dòng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)差率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩反而下降，甚至迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電動(dòng)機(jī)顛覆。另一方面，電動(dòng)機(jī)在超載條件下會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱。給電動(dòng)機(jī)配置一個(gè)飛輪，相當(dāng)于增大了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在曲柄壓力機(jī)傳到中，飛輪的慣性拖動(dòng)的扭矩占總扭矩的85%以上，故沒有飛輪電動(dòng)機(jī)就不能正常工作。
飛輪是儲(chǔ)存能量的，它的尺寸、質(zhì)量和轉(zhuǎn)速對(duì)能量有很大的影響。飛輪材料采用鑄鐵或鑄鋼。由于飛輪轉(zhuǎn)速過高會(huì)使飛輪破裂，因此鑄鐵飛輪圓周轉(zhuǎn)速應(yīng)小于或等于25m/s，最高不超過30m/s；鑄鋼飛輪圓周轉(zhuǎn)速小于或等于40m/s，最高不超過50m/s。
另外，使用飛輪時(shí)還應(yīng)注意兩點(diǎn)：在下一個(gè)周期工作開始之前，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能使飛輪恢復(fù)到應(yīng)有的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪起動(dòng)的時(shí)間不得超過20s。否則，如果時(shí)間太
長(zhǎng)，由于電動(dòng)機(jī)電流過大，線圈過熱將加速絕緣老化，縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，甚至?xí)痣妱?dòng)機(jī)的燒毀或跳閘。
第二節(jié) 電動(dòng)機(jī)的選擇
一 選擇電動(dòng)機(jī)的類型
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱異步電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、運(yùn)行方便、可靠、容易控制與維護(hù)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此在工作中的到廣泛的應(yīng)用。目前，開式曲柄壓力機(jī)常用三相鼠籠轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。
J11-100的傳動(dòng)系統(tǒng)由皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸和軸承等組成。J11-100傳動(dòng)示意圖如圖 1 J11-100傳動(dòng)示意
圖 1 J11-100傳動(dòng)示意
二 選擇電動(dòng)機(jī)的功率
工作機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)輸出功率為
(1.1)
(1.2)
所以
由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間的總效率（包括工作機(jī)效率）為
(1.3)
式中分別為、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、滑動(dòng)軸承的效率。取，則
(1.4)
所以
(1.5)
為了減小電動(dòng)機(jī)的功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了飛輪。在曲柄壓力機(jī)傳到中，飛輪的慣性拖動(dòng)的扭矩占總扭矩的85%以上,所以所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率為
(1.6)
三 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
查機(jī)械課程設(shè)計(jì)表27-1選電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y200L2-6，滿載轉(zhuǎn)速980 r/min
四 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比 (1.7)
按推薦的合力傳動(dòng)比范圍，V帶的傳動(dòng)比的范圍為i=2-4，單機(jī)齒輪的傳動(dòng)比范圍是i=3-5，若齒輪分配傳動(dòng)比太大，會(huì)造成大齒輪尺寸加工困難，噪聲污染等問題。故初步分配為帶的傳動(dòng)比為i=3.73，齒輪的傳動(dòng)比為i=4
五 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（1）各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸
==980r/min (1.8)
Ⅱ軸
(1.9)
曲軸 (1.10)
（2） 各軸的輸入功率
Ⅰ軸 22×0.97=21.34 (1.11)
Ⅱ軸 21.34×0.96×0.97=19.87 (1.12)
曲軸 19.87×0.95×0.97=18.31 (1.13)
（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩
計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩
(1.14)
Ⅰ軸
216.60×0.97=210.10 (1.15)
Ⅱ軸
210.10×3.73×0.96×0.97=729.76 (1.16)
曲軸
729.76×4×0.95×0.97=2689.90 (1.17)
54
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表1：
表1
參數(shù) 軸名
電動(dòng)機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
曲軸
轉(zhuǎn)速n(r/min)
970
970
260
65
輸入功率P/KW
22
21.34
19.87
18.31
輸入轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
216.6
210.1
729.76
2689.9
傳動(dòng)比i
3.73
4
效率η
0.97
0.93
0.92
第三節(jié) 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及尺寸計(jì)算
一 壓力機(jī)一次工作循環(huán)所消耗的能量
+ (1.18)
式中—工件變形功。
—?dú)鈮|工作功，即壓邊時(shí)所需的功。
—工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得摩擦所消耗的能量。
—工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。
—壓力機(jī)構(gòu)向上、向下空行程所消耗的能量。
—單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量。
—單次行程離合器接合所消耗的能量。
—中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)所消耗的能量。
下面分別敘述各項(xiàng)能量的計(jì)算。
1、 工作變形功
對(duì)不同的沖壓工藝，在工作行程內(nèi)工件變形力是變化的。
=0.315 (1.19)
式中—壓力機(jī)公稱壓力,KN —板料厚度,
經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)慢速壓力機(jī)
= (1.20)
所以
(1.21)
2、 氣墊工作功
無(wú)氣墊壓緊裝置，=0J
3、 工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得摩擦所消耗的能量
實(shí)際機(jī)器的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副之間，存在著摩擦。電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為克服摩擦消耗能量。在工作行程時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦所消耗的能量，建議按下式計(jì)算：
(1.22)
式中，—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦當(dāng)量力臂（mm），
(1.23)
—壓力機(jī)公稱壓力（）。
— 公稱壓力角（°），
(1.24)
4、 工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量
完成工序時(shí)，壓力機(jī)受力系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形是封閉高度增加，受力零件儲(chǔ)藏變形位能對(duì)于沖裁工序?qū)⒁鹉芰繐p耗，損耗的多少與壓力機(jī)剛度、被沖裁的零件材料性質(zhì)等有關(guān)。從偏于安全出發(fā)損耗的能量可按下式計(jì)算：
(1.25)
式中—壓力機(jī)總的垂直剛度（）。()
—壓力機(jī)垂直剛度,對(duì)于開式壓力機(jī)。
(1.26)
5、壓力機(jī)構(gòu)向上、向下空行程所消耗的能量
壓力機(jī)空行程中能量消耗與壓力機(jī)零件結(jié)構(gòu)尺寸、表面加工質(zhì)量、潤(rùn)滑情況、皮帶拉緊程度、制動(dòng)器調(diào)整情況等有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)。通用壓力機(jī)連續(xù)行程所消耗的平均功率約為壓力機(jī)額定功率的。
當(dāng)壓力機(jī)的公稱壓力為1000時(shí)，推薦的空行程消耗能量為2150。
6、 單次行程滑塊停頓飛輪空轉(zhuǎn)所消耗的能量
根據(jù)試驗(yàn)，壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)所消耗的功率約為壓力機(jī)額定功率的,剛性離合器一般安置在曲軸上，且常用滑動(dòng)軸承。所以，對(duì)于具有剛性離合器的開式曲柄壓力機(jī)，此值偏高。
飛輪空轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的能量
(1.27)
—飛輪空轉(zhuǎn)消耗的功率。按推經(jīng)驗(yàn)薦取值為1.12。
n—壓力機(jī)行程次數(shù)?！谐汤孟禂?shù)，。
所以
(1.28)
行程利用系數(shù)
表 2行程利用系數(shù)
壓力行程次數(shù)
<15
20～40
40～70
70～100
200～500
行程利用系數(shù)
0.7～0.85
0.5～0.65
0.45～0.55
0.35～0.45
0.2～0.4
7、 單次行程離合器接合所消耗的能量
離合器為剛性離合器，不消耗能量。為0。
8、 中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)所消耗的能量
在傳遞能量時(shí)，皮帶、齒輪等中間環(huán)節(jié)因存在摩擦而引起能量損耗。中間環(huán)節(jié)所消耗的能量，可按下式近似計(jì)算：
(1.29)
式中—工件變形功。
—?dú)鈮|工作功，即壓邊時(shí)所需的功。
—工作行程時(shí)由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得摩擦所消耗的能量。
—工作行程時(shí)由于壓力機(jī)受力系統(tǒng)彈性變形所消耗的能量。
—單次行程離合器接合所消耗的能量。
—考慮到齒輪傳動(dòng)的效率。，其中：—齒輪嚙合效率； —一對(duì)軸承傳動(dòng)的效率。
—考慮到皮帶傳動(dòng)的效率。，其中：—皮帶效率；—一對(duì)軸承傳動(dòng)的效率。
(1.30)
該設(shè)計(jì)壓力機(jī)沒有拉伸墊裝置，具有剛性離合器的通用開式曲柄壓力機(jī)。
按單次行程工作方式計(jì)算：
+
(1.31)
二 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
電動(dòng)機(jī)選定后，設(shè)計(jì)飛輪。這時(shí)有兩個(gè)假設(shè)：
1、 工作行程時(shí)所需能量全部由飛輪供應(yīng)。
2、 工序結(jié)束時(shí)，電機(jī)軸負(fù)載扭矩達(dá)到最大值，但不大于電機(jī)最大允許轉(zhuǎn)矩。
實(shí)際上，沖壓時(shí)電動(dòng)機(jī)放出一部分能量，所以飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)按下式計(jì)算：
(1.32)
式中 —工作行程時(shí)所需能量
(1.33)
—電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下飛輪的角速度
(1.34)
—飛輪轉(zhuǎn)速相對(duì)波動(dòng)情況的轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)
(1.35)
其中 —實(shí)際電機(jī)系數(shù)，
(1.36)
—電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率，；
—電機(jī)軸到飛輪軸用三角皮帶傳動(dòng)時(shí)，三角皮帶的當(dāng)量滑動(dòng)系數(shù)，；
—修正系數(shù)，。
(1.37)
——公稱壓力角（°）；
——壓力機(jī)行程次數(shù)利用系數(shù)（）
(1.38)
三 飛輪尺寸計(jì)算
根據(jù)求得的折算到飛輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)飛輪。曲柄壓力機(jī)上，一般飛輪形狀如圖1—1所示，圖中：
Ⅰ是輪緣部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為； Ⅱ是輪輻部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為;
Ⅲ是輪轂部分，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。
飛輪外徑由小皮帶輪和速比決定，由第三章已知，輪緣部分寬度。
飛輪本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中輪緣部分是主要的，要比、大的多。故在近似計(jì)算中只考慮更趨于安全。
而 (1.39)
所以
(1.40)
式中 ——金屬密度（），對(duì)
(1.41)
圖 2
四 飛輪輪緣線速度驗(yàn)算
飛輪是回轉(zhuǎn)體，為避免回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生壞裂，
必須驗(yàn)算輪緣線速度：
< (1.42)
式中：——飛輪最大直徑；
——飛輪轉(zhuǎn)速；
——許用線速度，對(duì)鑄鋼飛輪V=40m/s。
第二章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析
一 傳動(dòng)系統(tǒng)類型
開式曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸和軸承等組成。
按傳動(dòng)級(jí)數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)可分為一級(jí)傳動(dòng)、二級(jí)傳動(dòng)、三級(jí)傳動(dòng)和四級(jí)傳動(dòng)。四級(jí)傳動(dòng)很少采用。
按曲軸的布置形式，傳動(dòng)系統(tǒng)又可以分為垂直于壓力機(jī)正面布置和平行于壓力機(jī)正面布置。
二 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式
曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置，應(yīng)使機(jī)器便于制造、安裝和維修，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。
開式曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)布置主要包括以下四方面：
1、傳動(dòng)系統(tǒng)的位置 開式曲柄壓力機(jī)大多采用上傳到，很少采用下傳動(dòng)。
上傳動(dòng)壓力機(jī)與下傳動(dòng)壓力機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)是：
（1） 重量較輕，成本低。
（2） 安裝和維修較方便。
（3） 地基較簡(jiǎn)單。
上傳動(dòng)的缺點(diǎn)是壓力機(jī)地面高度較大，運(yùn)行不夠平穩(wěn)?，F(xiàn)在通用壓力機(jī)多數(shù)為上傳動(dòng)。
2、曲軸的布置方式 曲軸分為橫放和縱放兩種布置方式。
采用曲拐軸的開式曲柄壓力機(jī)，曲拐軸是縱放的，傳動(dòng)零件如飛輪、齒輪等置于壓力機(jī)背面。
采用曲軸時(shí)，曲軸橫放的形式應(yīng)用很普遍。這種形式的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)零件分置于壓力機(jī)兩側(cè)，制造、安裝和維修都比較方便。近年來，曲軸縱放的形式得到應(yīng)用。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，曲軸可以縮短，剛度有所提高，全部傳動(dòng)零件封閉在機(jī)身內(nèi)部，潤(rùn)滑良好，外形美觀。但制造、維修不及前者方便。
3、 最后一級(jí)齒輪傳動(dòng)的形式 最后一級(jí)齒輪傳動(dòng)可采用單邊驅(qū)動(dòng)或雙邊驅(qū)動(dòng)。單邊驅(qū)動(dòng)制造和安裝都較方便，但齒輪模數(shù)和外形尺寸較大。雙邊驅(qū)動(dòng)可以縮小齒輪的尺寸，但制造和安裝較困難。
4、 齒輪的開式安放和閉式安放 齒輪有安放于機(jī)身之外和機(jī)身之內(nèi)兩種情況，齒輪放于機(jī)身之外稱為開式安放，齒輪放于機(jī)身之內(nèi)稱為閉式安放。閉式安放的齒輪工作條件較好，外形較美觀；如果齒輪安放在油池之內(nèi)，則可大大降低齒輪傳動(dòng)的噪音，但安裝的維修不方便。大型壓力機(jī)多采用閉式安放。開式安放的齒輪工作條件惡劣，傳動(dòng)噪音大，污染環(huán)境。
三 離合器和制動(dòng)器的位置
通用壓力機(jī)的離合器有剛性離合器和摩擦離合器兩種。
對(duì)于單級(jí)傳動(dòng)的壓力機(jī)，由于剛性離合器不宜在高速下工作，所以離合器和制動(dòng)器只能安置在曲軸上。
摩擦離合器與飛輪通常安裝在同一傳動(dòng)軸上，制動(dòng)器的位置和離合器同軸。對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)的壓力機(jī)，摩擦離合器可以安裝在低速軸上，也可以安裝在高速軸上。摩擦離合器安裝在低速軸上，接合時(shí)消耗的摩擦能量小，離合器磨損小。但是低速軸的扭矩大，要增大離合器的尺寸。另外，由于通用壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)大多封閉在機(jī)身內(nèi)，不便于離合器的安裝和調(diào)整，也不便于散熱，所以摩擦離合器一般安裝在轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上。此時(shí)，由于所需傳遞扭矩小，壓力機(jī)結(jié)構(gòu)比較緊湊，但是主動(dòng)部分和從動(dòng)
部分的初速度相差太大，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊大，摩擦損耗也較大。
四 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配
傳動(dòng)級(jí)數(shù)的選取主要與以下三方面有關(guān)：
1、 滑塊每分鐘行程次數(shù) 每分鐘行程次數(shù)高，總傳動(dòng)比小，傳動(dòng)級(jí)數(shù)少；每分鐘行程次數(shù)低，總傳動(dòng)比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)多。
2、 壓力機(jī)做工的能力 一級(jí)傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)，飛輪裝置在曲軸上，轉(zhuǎn)速與滑塊每分鐘行程次數(shù)相同，而飛輪結(jié)構(gòu)尺寸又不可能太大，飛輪所能釋放的能量因此受到限制。所以，在同樣公稱壓力下，一級(jí)傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)做工的能力，要比二級(jí)和二級(jí)以上傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)低。
3、 對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊性的要求 當(dāng)傳動(dòng)級(jí)數(shù)較少，每級(jí)傳動(dòng)比較大時(shí)，由于小皮帶輪和小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸不能過小，致使大皮帶輪和大齒輪外形龐大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，所以設(shè)計(jì)中，用增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)或采用雙邊齒輪傳動(dòng)的方法，來縮小傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。
各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)恰當(dāng)，使傳動(dòng)系統(tǒng)得到合理布置，不僅安裝維修方便，而且結(jié)構(gòu)緊湊美觀。一般，三角皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不超過6～8，齒輪傳動(dòng)比不超過7～9.分配傳動(dòng)比時(shí)，還應(yīng)使飛輪有適當(dāng)轉(zhuǎn)速。飛輪轉(zhuǎn)速過低，外形尺寸增大；過高，飛輪軸上的離合器和軸承工作條件惡化。開式曲柄壓力機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速通常在240～470轉(zhuǎn)/分之間。
第二節(jié) 三角皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
上述計(jì)算得出J11—100型開式曲柄壓力機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為22，轉(zhuǎn)速為970轉(zhuǎn)/分，三角皮帶傳動(dòng)比為i=3.73
1、 確定計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5—8查的工作情況系數(shù)=1.2
由式
==1.2×22=26.4 (2.1)
其中P為電動(dòng)機(jī)的額定功率，由第一章得P=22
2、 選擇V帶的型號(hào)
開式曲柄壓力機(jī)上常用的三角皮帶有O、A、B和C四種型號(hào)。
由=26.4，轉(zhuǎn)速=970r/min和圖8.15，確定選用C型普通V帶。
3、 確定帶的基準(zhǔn)直徑
（1） 按設(shè)計(jì)要求，由表8.7查得，C型帶輪的最小直徑為200
（2） 驗(yàn)算帶速
(2.2)
在5～25m/s之間，滿足帶速要求。
（3）計(jì)算從動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑
，取ε=0.02，
(2.3)
按帶輪的基準(zhǔn)直徑系列取 。
實(shí)際傳動(dòng)比
(2.4)
傳動(dòng)比誤差相對(duì)值
<5 (2.5)
（一般允許誤差），所選大帶輪直徑可用。
4、 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
(2.6)
， ，
取1400，
帶長(zhǎng) (2.7)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5—4，選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為4500，
計(jì)算實(shí)際中心距
(2.8)
5、 核算小帶輪包角
(2.9)
，滿足要求。
6、計(jì)算皮帶的繞行次數(shù)
次/<20次/ (2.10)
7、確定V帶的根數(shù)
(2.11)
式中：—單根V帶的基本額定功率，見《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.9，為
2.87。
—時(shí)傳遞功率的增值，見邊表8.11， 為0.83。
—按小帶輪包角查得的包角系數(shù)，見表8.8， 為0.95。
—長(zhǎng)度系數(shù)，見表8.3， 為1.04。
所以，根，取z=8根。
8、 計(jì)算帶的張緊力和壓軸力
單根帶的張緊力為
(2.12)
帶輪軸的壓軸力
(2.13)
9、 確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
節(jié)寬 (2.14)
槽間距 (2.15)
基準(zhǔn)線上槽深 (2.16)
基準(zhǔn)線下槽深 (2.17)
最小輪緣厚度 (2.18)
外徑 (2.19)
帶輪寬 (2.20)
第三節(jié) 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
直尺圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算
由上述計(jì)算得出J11—100開式曲柄壓力機(jī)齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，輸入功率,每天工作8小時(shí)，壽命為10年。
一 選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級(jí)和齒數(shù)
選擇小齒輪材料鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度241～286HBS，=686，=490；大齒輪材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度2290～286HBS，=686,=539；精度8級(jí)。
二 開式齒輪按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)
(2.21)
Ⅱ軸的轉(zhuǎn)矩=，即小齒輪轉(zhuǎn)矩。
為了提高開式齒輪的耐磨性，要求有較大的模數(shù)，因而齒數(shù)應(yīng)少一些，一般取17～20。
取齒數(shù)20，傳動(dòng)比=4，
在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)該將上式簡(jiǎn)化，設(shè)由機(jī)械設(shè)計(jì)式9.18求的
(2.22)
在應(yīng)用上述公式時(shí)，應(yīng)該注意應(yīng)對(duì)大小齒輪，進(jìn)行比較并按照兩者中的較大值進(jìn)行比較，模數(shù)應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)于傳遞動(dòng)力的齒輪，模數(shù)一般應(yīng)大
于2mm。
許用彎曲應(yīng)力單向受載時(shí)，許用彎曲應(yīng)力按下式計(jì)算：
(2.23)
其中為失效率為0.01時(shí)，試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限。見圖9.23。為彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)。參考表9.13. 為壽命系數(shù)，查9.24為尺寸系數(shù)查圖9.25
查圖9.23得彎曲疲勞極限
查表9.13得彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)
查圖9.24的彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)：（粗略計(jì)算時(shí)，按載荷穩(wěn)定）
（Y為齒輪沒轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)面的齒合次數(shù)，n為轉(zhuǎn)速）
(2.24)
(2.25)
由圖取
查圖9.25查取尺干系數(shù)：
查圖9.21有齒形系數(shù)：
查圖9.22有應(yīng)力修正系數(shù)：
(2.26)
(2.27)
(2.28)
應(yīng)按大齒輪設(shè)計(jì)校核
（查表9.16取） (2.29)
查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)圓整為4mm，為了補(bǔ)償磨粒磨損把模數(shù)增大10%故取模數(shù)為6mm
中心距 (2.30)
分度圓直徑 (2.31)
(2.32)
齒頂圓直徑
(2.33)
(2.34)
齒寬取50mm
齒根圓直徑
(2.35)
(2.36)
齒高
(2.37)
齒根高
(2.38)
齒頂高
(2.39)
齒距
(2.40)
齒原
(2.41)
齒槽高
(2.42)
第四節(jié) 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)
一 軸的概述
軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其功用是主要是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因此大多數(shù)軸都要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。
1、 軸的分類
按照承受彎、扭載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既受彎矩又受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，這類軸在機(jī)器中最為常見。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸，心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸和不轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸兩種。只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很小的軸稱為傳動(dòng)軸。
2、 軸的材料
軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，又可通過熱處理提高其耐磨性及疲勞強(qiáng)度，故應(yīng)用較為廣泛，其中最常用的是45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。為保證力學(xué)性能，一般應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。
合金鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，可以在傳遞大功率并要求減小尺寸與質(zhì)量和提高軸頸耐磨性時(shí)采用。
必須注意：在一般工作溫度（低于）下,各種碳素鋼和合金鋼的彈性模量相差不多,熱處理對(duì)它的影響也很小。因此，如選用合金鋼，只能提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，而對(duì)軸的剛度影響很小。
軸的毛坯可用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
形狀復(fù)雜的軸，也可采用鑄鋼、合金鑄鐵或球墨鑄鐵。經(jīng)過鑄造成型，可得到更合理的形狀。鑄鐵具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性、對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，但品質(zhì)不易控制，故可靠性不如鋼軸。
二 J11—100開式曲柄壓力機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)
1、材料選擇
根據(jù)上述分析選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
查《工程材料》相關(guān)材料：許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=30～40，抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，與軸材料有關(guān)的系數(shù)=118～107.
2、 初步計(jì)算
由上述計(jì)算的轉(zhuǎn)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，輸入的功率 按許用切應(yīng)力計(jì)算，實(shí)心軸的遷都條件為
(2.43)
寫成設(shè)計(jì)公式為
(2.44)
式中：—切應(yīng)力， ；
—軸所受的轉(zhuǎn)矩，；
—軸的抗扭截面系數(shù)，；
—軸的轉(zhuǎn)速，；
—軸傳遞的功率，；
—軸的計(jì)算直徑，；
—許用切應(yīng)力，；
—與軸材料有關(guān)的系數(shù)。
代入上式得
考慮到軸的最小直徑有鍵的存在，而且為單鍵，所以應(yīng)增大5～7，故取=42×（1+0.07）=47.84，圓整為50。
3、 按彎扭聯(lián)合作用核算強(qiáng)度
齒輪的法向作用力為：
(2.45)
其中切于分度圓的圓周力
(2.46)
分度圓壓力角，則
所以求得
(2.47)
皮帶作用力比齒輪作用力小得多，所以忽略不計(jì)。
根據(jù)和扭矩繪出轉(zhuǎn)軸的受力圖。
由于Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩和扭矩最大，直徑又比較小，所以此截面最危險(xiǎn)。下面核算Ⅰ—Ⅰ截面的強(qiáng)度。
由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：
(2.48)
由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力為：
(2.49)
圖 3
當(dāng)量彎曲應(yīng)力為：
(2.50)
軸的材料是45鋼（調(diào)質(zhì)）
=221.875～253.57 (2.51)
因此，符合要求。
4、 核算疲勞強(qiáng)度
由于Ⅱ—Ⅱ截面有臺(tái)階，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且直徑最?。?50），彎矩有比較大，扭矩和其他截面相同，因此核算此截面的疲勞強(qiáng)度。
由《開式壓力機(jī)設(shè)計(jì)》表2—19查得材料對(duì)循環(huán)載荷的敏感系數(shù)=0.1，=0.05，由表2—20查得=0.75，=0.73，由表2—21，據(jù)=，查得=2.6，=1.65，由表2—23查得。
又因
(2.52)
(2.53)
所以
(2.54)
(2.55)
(2.56)
所以疲勞強(qiáng)度也符合要求。
第五節(jié) 平鍵連接
在開式曲柄壓力機(jī)上，齒輪、皮帶輪等零件和軸的聯(lián)接常采用平鍵聯(lián)接。為避免聯(lián)接中較弱零件（一般是輪轂）壓壞，應(yīng)驗(yàn)算擠壓應(yīng)力：
(2.57)
式中：—鍵所需傳遞的總扭矩，=；
—鍵與輪轂的接觸高度；
—鍵的工作長(zhǎng)度，對(duì)于圓頭普通平鍵，因?yàn)閮啥说膱A部頭 部分與輪轂上的鍵槽不接觸，所以=，對(duì)于C型鍵，；
—鍵的名義長(zhǎng)度，考慮到受力不均勻的原因，其最大長(zhǎng)度應(yīng)限制為；
—鍵的寬度；
—軸的直徑；
—鍵的個(gè)數(shù)，為避免加工困難和過分削弱軸的強(qiáng)度，一般；
—考慮鍵受載不均勻的系數(shù)，當(dāng)=2時(shí)，=0.75，=1時(shí)，=1；
—平鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，由于曲柄壓力機(jī)上的聯(lián)接鍵不是經(jīng)常處于滿載的情況下工作，所以可取得較高。輪轂材料為鋼時(shí)，=150～250（有的壓力機(jī)，輪轂材料為，高達(dá)335）；輪轂材料為鑄鐵時(shí)，=80～100。
大皮帶輪的材料為，采用單圓頭普通平鍵（C型），查表得鍵的寬度=14，名義長(zhǎng)度，鍵與輪轂大皮帶輪的接觸高度，軸的直徑，，；
< (2.58)
滿足要求。
對(duì)于齒輪，材料為鋼制，采用A型鍵，查表得寬度，名義長(zhǎng)度，，，，；
< (2.59)
滿足要求。
第三章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
第一節(jié) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力分析
一 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
在設(shè)計(jì)、使用和研究曲柄壓力機(jī)時(shí)，往往需要確定滑塊位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，驗(yàn)算滑塊的工作速度是否小于加工件塑性變形所允許的合理速度。在計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力情況時(shí)，由于目前常用的曲柄壓力機(jī)每分鐘的行程次數(shù)不高，慣性力在全部作用力中所占的百分比很小，可以忽略不計(jì)。同樣，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的重量也只占公稱壓力的百分之幾，也可忽略不計(jì)。
如圖3-1所示，L——連桿長(zhǎng)度； R——曲柄半徑；S——滑塊全行程；——滑塊的位移，由滑塊的下死點(diǎn)算起；α——曲柄轉(zhuǎn)角，由曲柄軸頸最低位置沿曲柄旋轉(zhuǎn)的相反方向算起。從圖中的幾何關(guān)系可以得出滑塊位移的計(jì)算公式：
(2.60)
將上式對(duì)時(shí)間t微分，可求的滑塊的速度：
(2.61)
式中——連桿系數(shù)；
——曲柄的角速度。
在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力計(jì)算中，連桿作用力通常近似地取等于滑塊作用力,即
(2.62)
滑塊導(dǎo)軌的反作用力為：
(2.63)
式中——摩擦系數(shù)，；
——連桿上、下支承的半徑。
曲柄所傳遞的扭矩可以看成由兩部分組成：無(wú)摩擦機(jī)構(gòu)所需的扭矩和由于存在摩擦所引起的附加扭矩，即
(2.64)
式中——理想當(dāng)量力臂；
(2.65)
圖 4
——摩擦當(dāng)量力臂；
(2.66)
——曲軸主軸承半徑。
則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的當(dāng)量力臂為：
(2.67)
曲軸扭矩為：
(2.68)
如果上式取和（—公稱壓力，—公稱壓力角），則曲柄壓力機(jī)所允許傳遞的最大扭矩為：
(2.69)
第二節(jié) 曲柄軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
一 曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖
圖 5
二 曲柄軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
1、曲柄軸尺寸經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
支承頸直徑
（） (2.70)
式中 ——壓力機(jī)公稱壓力（KN），
取 。
其他各部分尺寸見下表2
表 3 曲軸尺寸經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
曲軸各部分尺寸名稱
代號(hào)
經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
實(shí)際尺寸（）
曲柄頸直徑
～
175
支承頸長(zhǎng)度
～
280
曲柄兩臂外側(cè)面間的長(zhǎng)度
～
365
曲柄頸長(zhǎng)度
～
220
圓角半徑
～
12
曲柄臂的寬度
～
210