J31-250型曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目: J31-250 型曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 級(jí): 學(xué) 生 姓 名： 性 別： 指 導(dǎo) 教 師： 職 稱： 摘 要鍛壓機(jī)械在工業(yè)中占有極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門，如機(jī)械、電子、國(guó)防等。然而，在鍛壓機(jī)械中，又以曲柄壓力機(jī)最多，占一半以上。曲柄壓力機(jī)是以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠機(jī)械傳動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳給工作機(jī)構(gòu)，通過(guò)滑塊給模具施加力，從而使毛坯產(chǎn)生變形。本次設(shè)計(jì)為 J31-250 型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)，參照國(guó)內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)型號(hào)壓力機(jī)，進(jìn)行了2500KN 機(jī)械壓力機(jī)主要工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分三步進(jìn)行：首先，擬定總傳動(dòng)方案；其次，設(shè)計(jì)主要零部件；最后，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。本設(shè)計(jì)中主要包括以下設(shè)計(jì)部分：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、離合器和制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算、電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪的設(shè)計(jì)以及支撐附屬裝置的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)方案均采用同類設(shè)計(jì)中最新的零件類型及布置方式。通過(guò)離合器和制動(dòng)器進(jìn)行氣動(dòng)連鎖控制。用電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)連桿的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)裝模高度的目的，以適應(yīng)不同高度的模具。采用四面調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，提高了壓力機(jī)的精度，并裝有過(guò)載保護(hù)裝置、滑塊平衡裝置等，使機(jī)器更加安全、可靠。 關(guān)鍵詞：鍛壓機(jī)械；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；閉式單點(diǎn)壓力機(jī)AbstractForge and press machine is very important in industry,it is used in almost any induetry department,such as machine,electron,national defense and so on.It is crank forge and press machine that is most important in forge and press machine.Crank press machine uses crank slide block mechanism as working mechanism,machine driving system passes the movement and energy of electromotor to working mechanism, bringing forge to the die by slide block,in order to let roughcast engender transmutation.In this paper,the subject is the J31-250 closed-single punching machine,it is designed in accordance with the related machine now and designed the working system of 2500KN punching machine.The design has been done through three steps: firstly,draw up total transmission; secondly, design each part; at last, economy estimation.In this paper, the design mainly consists of some parts: crank slide mechanism, gear deriving system, clutch and detent, electromotor and flywheel, supporting and appertain equipment.The design program used the new parts type and arrangement. The machine works by the control of the frictional clutch and detent. Electromotor drives the link screw to fit the diffent height of die. Using four-side regulative guider, improves the precision of the punching machine. The machine has installed over loading protector, slide block balance equipment, pledging the machine work safety and dependable.Keyword: forge and press machine ；crank slide block mechanism ；closed-single press machine目錄摘要 IABSTRACT .II概述 11.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展 .11.2 機(jī)械壓力機(jī)的主要類型 .11.3 曲柄壓力機(jī)的工作原理 .21.4 曲柄壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù) .31.5 論文內(nèi)容 .41.5.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .41.5.2 壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù) .4第二章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與受力分析 .52.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 .52.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析 8第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置及設(shè)計(jì) 113.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式 113.2 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)數(shù)比分配 113.3 離合器和制動(dòng)器安裝位置的確定 12第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算 124.1 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算—— 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .124.1.1 芯軸設(shè)計(jì)計(jì)算 .134.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置 .154.1.3 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)容量選擇 .174.1.4 滑塊與導(dǎo)軌 .184.1.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 .184.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .194.2.1 低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì) .194.2.2 高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì) .234.2.3 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 .274.3 操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算—— 離合器與制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .324.3.1 制動(dòng)器和離合器的工作原理 .324.3.2 摩擦離合器的設(shè)計(jì) .334.3.3 摩擦制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 364.4 能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算—— 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪的設(shè)計(jì) .394.4.1 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 .394.4.2 飛輪的確定 .41第五章 支承、輔助及附屬裝置的設(shè)計(jì) 455.1 支承部件—— 機(jī)身的設(shè)計(jì) .455.1.1 立柱與拉緊螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算 455.1.2 上梁的計(jì)算 475.1.3 底座的計(jì)算 485.1.4 機(jī)身變形的計(jì)算 485.2 附屬裝置 .505.3 輔助裝置 .50第六章經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析 .516.1 經(jīng)濟(jì)分析 .516.2 技術(shù)分析 .516.3 環(huán)境分析 .52第七章結(jié)論 .52參考文獻(xiàn) .53致謝 .54附錄一 1附錄二 .13J31-250 型曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)第一章 概述1.1 鍛壓設(shè)備的發(fā)展鍛壓工業(yè)的發(fā)展主要是由于在世界范圍日益要求用更難變形的材料制造越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜的鍛件。由于宇航工業(yè)今后的需要，地面動(dòng)力系統(tǒng)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)鍛件數(shù)量的增大以及在工藝上的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，要求不斷的提高目前的工藝水平。因此，有效的利用現(xiàn)在的鍛壓設(shè)備和設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的鍛壓設(shè)備是必然的[11]。由于采用現(xiàn)代的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有高效率、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點(diǎn)，鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要，鍛壓機(jī)械在機(jī)床中的比重也越來(lái)越大。雖然采用鍛壓機(jī)械進(jìn)行鍛壓生產(chǎn)只有百余年的歷史，但鍛壓機(jī)械在整個(gè)金屬加工設(shè)備生產(chǎn)中占 18-30%，金額占 20-40%。在鍛壓機(jī)械中，又以曲柄壓力機(jī)最多，占一半以上。用曲柄壓力機(jī)可以進(jìn)行沖壓和模鍛等工藝生產(chǎn)，它廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電器儀表、國(guó)防工業(yè)以及日用品等公益生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機(jī)的品種和數(shù)量越來(lái)越多，質(zhì)量越來(lái)越高，壓力越來(lái)越大。它在機(jī)械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中作用越來(lái)越顯著。例如，冷擠壓工藝是一項(xiàng)新興工藝，用冷擠壓生產(chǎn)的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直徑為 20-30mm 的零件其公差范圍可控制在 0.015mm 以內(nèi)，因此，所生產(chǎn)的零件不需要進(jìn)行或少量進(jìn)行切削加工即可使用。大大提高了生產(chǎn)率，并節(jié)約了原材料。隨著冷擠壓工藝的發(fā)展，各種類型的擠壓機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，正在使加工行業(yè)產(chǎn)生巨大變化。再加，在日用品及家用電器生產(chǎn)中，如果不采用高速?zèng)_壓自動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國(guó)際市場(chǎng)上將失去競(jìng)爭(zhēng)力。因此，大量制造和使用曲柄壓力機(jī)，已成為工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展方向之一[3]。近年來(lái)，曲柄壓力機(jī)正向著高速度的高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音，提高安全性，擴(kuò)大自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件。特別是采用微型計(jì)算機(jī)控制的曲柄壓力機(jī)，更具有先進(jìn)的水平。1.2 機(jī)械壓力機(jī)的主要類型根據(jù) JB/GQ2003-84 標(biāo)準(zhǔn)[3]，鍛壓機(jī)械分為八類，其中第一類機(jī)械壓力機(jī)包括曲柄壓力機(jī)的主要類型，此外，在第三類線材成型自動(dòng)機(jī)、第五類鍛機(jī)、第六類剪切機(jī)和第七類彎曲校正機(jī)中都包括有曲柄壓力機(jī)。在 JB/GQ2003-84 的型譜[3]中，單柱壓力機(jī)、開式壓力機(jī)和閉式壓力機(jī)屬于通用壓力機(jī)。所謂單柱、開式和閉式是指機(jī)身的型式。閉式壓力機(jī)機(jī)身左右封閉，只能從前后方向接近模具，操作不太方便，但機(jī)身剛度高，壓力機(jī)精度好。開式壓力機(jī)機(jī)身左右及前后都敞開，能從三個(gè)方向接近模具，操作方便，但機(jī)身剛度低，特別是有 角變形存在，影響精度。開式壓力機(jī)機(jī)身的后面還有一個(gè)開口，便于出料。單柱壓力機(jī)，其機(jī)身也是左右及前后敞開，但后壁無(wú)開口。有時(shí)，我們把后面兩種壓力機(jī)統(tǒng)稱為開式壓力機(jī)。上述三種壓力機(jī)中均只有一組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，成為單點(diǎn)壓力機(jī)。適用于小型壓力機(jī)，或工作臺(tái)較小的中型壓力機(jī)。若工作臺(tái)面較大，則有兩組或四組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，相應(yīng)稱為雙點(diǎn)或四點(diǎn)壓力機(jī)。此外，按照工作臺(tái)的形式，機(jī)身是否可傾等分為固定臺(tái)、活動(dòng)臺(tái)、柱形臺(tái)以及可傾壓力機(jī)等。1.3 曲柄壓力機(jī)的工作原理曲柄壓力機(jī)是鍛壓生產(chǎn)中廣泛使用的一種鍛壓設(shè)備。它可以應(yīng)用于板料沖壓、模鍛、冷熱擠壓、冷精壓和粉末冶金等工藝。曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿使滑塊呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用滑塊發(fā)出的壓力使毛坯產(chǎn)生塑性變形，以制成一定形狀的鍛壓件。因此，它具有以下特點(diǎn)：（1）曲柄連桿機(jī)構(gòu)是剛性聯(lián)接的，滑塊是具有強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，滑動(dòng)塊的行程次數(shù)，速度和加速度一定規(guī)律變化。（2）工作時(shí)封閉高度不變。（3）一個(gè)工作循環(huán)中負(fù)荷時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)是按平均功率選用的，所以曲柄壓力機(jī)既需要飛輪存儲(chǔ)和釋放能量。（4）工作時(shí)機(jī)身組成一個(gè)封閉的受力系統(tǒng)，對(duì)基礎(chǔ)沒(méi)有劇烈的沖擊和震動(dòng)。1-電動(dòng)機(jī) 2-小皮帶輪 3-大皮帶輪 4-制動(dòng)器 5-離合器 6-小齒輪7-大齒輪 8-小齒輪 9-偏心齒輪 10-芯軸 11-機(jī)身 12-連桿13-滑塊 14-上模 15-下模 16-墊板 17-工作臺(tái) 18-液壓氣墊圖 1.1 J31－250 型曲柄壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)原理圖圖 1.1 為曲柄壓力機(jī)的工作原理圖，其工作原理如下：電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)系統(tǒng) 2、3，將動(dòng)力傳到小齒輪 6，通過(guò) 6 和 7，8 和 9 兩級(jí)齒輪減速傳到曲柄連桿機(jī)構(gòu)，大齒輪 7 同時(shí)又起飛輪作用。齒輪 9 制成偏心齒輪結(jié)構(gòu)，它的偏心輪部分就是曲柄，曲柄可以在芯軸 10 上旋轉(zhuǎn)。連桿 12 一端連到曲軸偏心輪；另一端與滑塊鉸接，當(dāng)偏心齒輪 9 在與小齒輪 8 嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿擺動(dòng)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。上模裝 在滑塊上，下模固定在墊板上，滑塊帶動(dòng)上模相對(duì)下模運(yùn)動(dòng)，對(duì)放在上、下模之間的材料實(shí)現(xiàn)沖壓[4]。壓力機(jī)的組成：（1）工作機(jī)構(gòu)：一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄、連桿和滑塊等零件組成。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：包括齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。（3）操作系統(tǒng)：如離合器和制動(dòng)器。（4）能源系統(tǒng)：如電動(dòng)機(jī)和飛輪。（5）支撐部件：如機(jī)身。除上述基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與附屬裝置，如潤(rùn)滑系統(tǒng)、保護(hù)裝置以及氣墊等[4]。1.4 曲柄壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)曲柄壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)[3]反映了壓力機(jī)的工藝能力，加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標(biāo)，分述如下：（1）公稱壓力 Pg 及公稱壓力行程 Sp曲柄壓力機(jī)的公稱壓力（或稱額定壓力）是指滑塊離死點(diǎn)前某一特定距離（此特定距離稱為公稱壓力行程或額定壓力行程）或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)某一特定角度（公稱壓力角或額定壓力角）時(shí)，滑塊所容許承受的最大作用力。例如630、1000、1600、250、3150、4000、6300KN。（2）滑塊行程 S指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離。它的大小反映壓力機(jī)的工作范圍。（3）滑塊行程次數(shù) n它是指滑塊每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，然后再回到上死點(diǎn)所往復(fù)的次數(shù)。（4）裝模高度 H 及裝模高度調(diào)節(jié)量△H裝模高度是滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作板上表面的距離。當(dāng)裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)節(jié)到最上位置時(shí)，裝模高度達(dá)到最大值，稱為最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所調(diào)節(jié)的距離稱為最大裝模高度調(diào)節(jié)量。（5）工作臺(tái)板及滑塊底面尺寸指壓力機(jī)工作空間的平面尺寸，它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機(jī)平面輪廓的大小。（6）喉深它是指滑塊的中心線至機(jī)身的距離，是開式壓力機(jī)和單柱壓力機(jī)的特有參數(shù)。1.5 論文內(nèi)容1.5.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容本壓力機(jī)的設(shè)計(jì)分三步進(jìn)行：首先，擬定總傳動(dòng)方案；其次，設(shè)計(jì)主要零部件；最后，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。擬定總傳動(dòng)方案這部分主要任務(wù)是初步確定壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方案，包括壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)、主軸和傳動(dòng)軸相對(duì)于壓力機(jī)的位置及離合器制動(dòng)器的位置等。設(shè)計(jì)主要零部件這部分的主要內(nèi)容有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、傳動(dòng)零件的計(jì)算、飛輪的設(shè)計(jì)和電動(dòng)機(jī)的選擇、機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算以及附屬裝置和輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)濟(jì)評(píng)估這是設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)上的可行性分析以及對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估。1.5.2 壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)壓力機(jī)為 J31-250 型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表 1.1 所示：名稱 符號(hào) 單位 量值公稱壓力 Pg t 250公稱壓力行程 Sp mm 13滑塊行程 S mm 315滑塊行程次數(shù) n 次/min 20最大裝模高度 H1 mm 500裝模高度調(diào)節(jié)量 △H 1 mm 250導(dǎo)軌間距離 A mm 1080滑塊底面前后距離 B1 mm 900工作臺(tái)板左右尺寸 L mm 1000工作臺(tái)板前后尺寸 B mm 1000表 1.1 J31-250 型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)[3]第二章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與受力分析2.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 2.1 所示。O 點(diǎn)表示曲柄的旋轉(zhuǎn)中心， A 點(diǎn)表示連桿與曲柄的連接點(diǎn)，B 點(diǎn)表示連桿與滑塊的連接點(diǎn)，OA 表示曲柄半徑，AB 表示連桿長(zhǎng)度。當(dāng) OA 以角速度 ω 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，B 點(diǎn)則以速度 ν 作直線運(yùn)動(dòng)。圖 2.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（1）滑塊位移圖 2.2 結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系簡(jiǎn)圖滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系可表達(dá)為：S=(R+L)-(Rcosα+Lcosβ) (2-1)而 sinβ= LR?sin令 ??則 ?sini所以 ??22sin11co??代入式（1-1 ）整理得（2-2）??????????????2sics1Rs對(duì)于通用壓力機(jī)， 一般在 0.1~0.2 范圍內(nèi)，故（1-1 ）可進(jìn)行簡(jiǎn)化： ???22sin1sin1??故式（1-1 ）變?yōu)椋?-3）???????????????2cos4cos1Rs式中：S——滑塊位移，從下死點(diǎn)算起，向上為正；——曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點(diǎn)算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正；R——曲柄半徑；——連桿系數(shù)。?由圖 2.2 并利用余弦定理（2-4）??sLR???2cos2?令則式可寫成 （2-5）????c???12cos（2）滑塊速度現(xiàn)有國(guó)內(nèi)通用壓力機(jī)的滑塊最大速度為 130~435mm/s。???????????????????? dtRdtsdt ????? 2cos14cos1而 ?t所以 ???????????2siniR式中：——滑塊速度，方向向下為正；——曲柄角速度；?n??2?n——曲柄轉(zhuǎn)速，即滑塊行程速度。（3）滑塊加速度式?????????? 2cos2sini 2???????????????????? RRdtdt中 ——滑塊加速度，方向向下為正。J31-250 型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)的滑塊行程 S=315mm，連桿長(zhǎng)度 L=1520mm，曲柄轉(zhuǎn)速 n=20r/min，則滑塊速度以及加速度如下：mSR5.1723?036L?194.2in2????srn??滑塊的速度、加速度計(jì)算結(jié)果如表 2.1.表 2.1 滑塊的速度、加速度計(jì)算結(jié)果??0?15?30?45?60?75s（mm） 0 5.954 23.29 50.46 85.25 124.8??m/?0 94.76 181.1 252.0 302.2 328.61?-766.6 -732.9 -636.1 -488.3 -307.3 -113.0?90?5?12?35?10?65?180166.2 206.3 242.7 273.2 296.1 310.2 315330.8 309.5 269.9 215.1 149.2 76.29 0-75.97 244.5 383.3 488.3 560.1 601.3 614.62.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析（1）連桿及導(dǎo)軌受力圖 2.3 結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖考慮 B 點(diǎn)力的平衡得： ?cosPA?tgQ由前推導(dǎo)得知， ，對(duì) J31-250 型壓力機(jī)， 遠(yuǎn)小于 0.3， 遠(yuǎn)小于??sini???。因此可認(rèn)為 ， ，故上二式可寫成?5.171co????sin?tgPAB???sin其中： PAB——連桿作用力Q——導(dǎo)軌作用力P——工件變形力——曲柄轉(zhuǎn)角?——連桿系數(shù)?（2） 曲柄所受扭矩①理想扭矩1——支承 2——偏心齒輪 3——支承4——芯軸 5——滑塊 6——導(dǎo)軌圖 2.4 偏心齒輪受力簡(jiǎn)圖PAB 是連桿給與偏心齒輪的力。在 PAB 作用下，偏心齒輪所受理想扭矩為??????????2siniPRODMABt式中 R——曲柄半徑當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角等于公稱壓力角即 時(shí)，曲柄上受的理想扭矩為理想公稱扭矩。g?J31-250 型壓力機(jī) P=2500KN，R=157.5mm, =0.1036，當(dāng) = 時(shí)???20mNPRMt??? ????????????????531048. 20sin136.02sin7.2i2sin ????上述計(jì)算是在理想狀態(tài)時(shí)的情況，但實(shí)際上壓力機(jī)是有摩擦的，在轉(zhuǎn)動(dòng)的零件上由于摩擦所增加的摩擦扭矩不可忽略。②摩擦扭矩在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中摩擦主要發(fā)生在四處：a 滑塊導(dǎo)軌面的摩擦摩擦力的大小為：摩擦力的方向與滑塊運(yùn)動(dòng)方向相反，形成對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的阻力。該阻力經(jīng)連uQP?桿作用在曲柄上，增加了偏心齒輪傳遞的扭矩。b 芯軸支承徑 和軸承之間的摩擦0d芯軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承對(duì)軸頸的摩擦力分布在軸頸工作面上，如圖，這些摩擦力對(duì)軸頸中心形成與軸頸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩，分別為 、201'0dRM??20“0dR??兩個(gè)支承的總阻力矩為??1“0'0M????由于小齒輪的作用力小的多，故認(rèn)為二支座反力的和為 PAB?21故總阻力矩變?yōu)?200dP?c 偏心齒輪上的偏心 和連桿大端軸承支撐之間的摩擦A形成阻力矩。2BAdPM???d 球頭 與球頭座之間的摩擦。 形成阻力矩。2BABdPM????上述三個(gè)阻力矩 、 和 都會(huì)是偏心齒輪增加所需傳遞的扭矩。0?A總摩擦扭矩為?? ?????? ?????????? ????????? 2sinisn2coscos1200 RddPMBA上式中 是隨 的變化而變化的，但變化不大，認(rèn)為 是一常數(shù)，取 ，?M?0?因此摩擦扭矩為????012dPMBA????在 J31-250 型曲柄壓力機(jī)中，P=2500KN， =240mm， ，0dmdA60?，mdB604.對(duì)閉式壓力機(jī) ~0.055，取 ，則05??5.????? ?NmM??? ??????4312.6 24.06.14.06.104?當(dāng) 時(shí)，偏心齒輪的公稱扭矩為??0gNt ???????54510.2.618.?第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置及設(shè)計(jì)J31-250 型壓力機(jī)采用三級(jí)上傳動(dòng)，單邊驅(qū)動(dòng)，主軸的安放位置垂直于壓力機(jī)正面，所有傳動(dòng)齒輪都置于機(jī)身內(nèi)部，離合器制動(dòng)器置于飛輪軸上，這樣整個(gè)壓力機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、性能良好、外形美觀。3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式現(xiàn)有的通用壓力機(jī)采用上傳動(dòng)較多，下傳動(dòng)較少。采用上傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)重量較輕、成本較低、安裝維修方便、地基較為簡(jiǎn)單。采用下傳動(dòng)的壓力機(jī)平面尺寸較大，而高度和上傳動(dòng)差不多，壓力機(jī)總重量比上傳動(dòng)大 10~20%，傳動(dòng)系統(tǒng)置于地坑之中，不便于維修，且地坑深、基礎(chǔ)龐大，造價(jià)較高。通常在舊車間內(nèi)添置大型壓力機(jī)時(shí)，由于車間高度受到限制，采用下傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)才比較明顯。故本機(jī)采用上傳動(dòng)。主軸平行于壓力機(jī)正面的壓力機(jī)，曲軸和傳動(dòng)軸較長(zhǎng)，受力點(diǎn)與支撐軸承的距離比較大，受力條件比較惡劣，承受剛度小。壓力機(jī)平面尺寸較大，外形不夠美觀，故本機(jī)采用垂直于壓力機(jī)正面安放的形式。齒輪可以放在機(jī)身之外，也可以放在機(jī)身之內(nèi)。前一種形式的齒輪工作條件差，機(jī)器外形不美觀，但安裝維修方便；后一種形式的齒輪工作條件較好，機(jī)器外形美觀，還可以將齒輪浸入油池中，這樣大大降低了齒輪的傳動(dòng)噪音。所以本機(jī)的所有齒輪都置于壓力機(jī)機(jī)身的內(nèi)部。由于雙邊傳動(dòng)加工裝配比較困難，所以將齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)為單邊傳動(dòng)。3.2 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)數(shù)比分配壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關(guān)。行程次數(shù)低，總速比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)就應(yīng)該多，否則每級(jí)的速比過(guò)大，結(jié)構(gòu)不緊湊。J31-250 型壓力機(jī)的行程次數(shù)為 20 次/min，在 16~28 次/min 之間，所以采用三級(jí)傳動(dòng)。采用低速電動(dòng)機(jī)可以減少總速比和傳動(dòng)級(jí)數(shù)，但這類電動(dòng)機(jī)的外形尺寸較大，成本較高，因此采用三級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)和同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的電動(dòng)機(jī)。通常三角皮帶輪的速比不超過(guò) 6~8，齒輪傳動(dòng)不超過(guò) 7~9，考慮到飛輪要有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，不值的緊湊，美觀和長(zhǎng)、寬、高尺寸比例恰當(dāng)，大皮帶輪的速比定為 2.80，齒輪傳動(dòng)的速比定為 4.16 和 5.79。壓力機(jī)飛輪速度取 300~400r/min 左右。因?yàn)檗D(zhuǎn)速太低，會(huì)使飛輪作用大大降低；轉(zhuǎn)速太高，會(huì)使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴(yán)重，造成離合器和軸承的損壞。3.3 離合器和制動(dòng)器安裝位置的確定采用摩擦離合器時(shí)，對(duì)于具有兩級(jí)或兩級(jí)以上的壓力機(jī)，離合器可以置于轉(zhuǎn)速較低的曲軸上，也可置于中間傳動(dòng)軸上。當(dāng)摩擦離合器安裝在低速軸上時(shí)，加速壓力機(jī)從動(dòng)部分所需的功和離合器結(jié)合時(shí)所消耗的摩擦功都比較小，因此能量消耗較小，離合器工作條件也好。但是低速軸上的離合器需要傳遞較大的扭矩，因而結(jié)構(gòu)尺寸較大；此外，從傳動(dòng)系統(tǒng)布置來(lái)看，閉式通用壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)近年來(lái)多封閉在機(jī)身內(nèi)，并用偏心齒輪，致使離合器不便安裝在偏心齒輪軸上，通常置于轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上。行程次數(shù)較高的壓力機(jī)離合器最好安裝在曲軸上，因?yàn)檫@樣可以利用大齒輪的飛輪作用，能量損失小，離合器工作條件也好。行程次數(shù)較低的壓力機(jī)，由于曲軸轉(zhuǎn)速較低，最后一級(jí)大齒輪的飛輪作用已不明顯。為了縮小離合器尺寸，降低制造成本，且由于結(jié)構(gòu)布置的要求，離合器多置于轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上，一般在飛輪軸上。故本壓力機(jī)離合器安裝在飛輪上。圖 3.1 壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖第 4 章 設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算J31-250 型壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)主要有偏心齒輪、芯軸、連桿和滑塊組成。偏心齒輪的偏心徑相對(duì)于芯軸有一偏心距，相當(dāng)于曲柄半徑。芯軸兩端緊固在機(jī)身上。偏心徑在芯軸上旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)連桿使滑塊上下運(yùn)動(dòng)。4.1.1 芯軸設(shè)計(jì)計(jì)算壓力機(jī)多采用整體芯軸的形式，其優(yōu)點(diǎn)是芯軸是一個(gè)整體，剛度較好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是偏心部分和連桿大端的結(jié)構(gòu)尺寸較大，故曲柄滑塊中的摩擦扭矩較大。芯軸采用 45Cr，需經(jīng)調(diào)制處理，與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[3]，芯軸直徑：????mPd 251~9025.18~45.18~43300 ???取 m2芯軸只承受彎矩，而扭矩由偏心齒輪來(lái)承受。圖 4.1 芯軸強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖圖 4.1 為芯軸強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖。偏心齒輪受到連桿的作用力 以后，分別以 及0P1P兩個(gè)集中力作用在芯軸上。由于芯軸在機(jī)身上的配合較長(zhǎng)較緊，故可認(rèn)為兩端插入2P受集中載荷 、 作用的梁。也可視為兩端為簡(jiǎn)支及外加反力偶 、 的簡(jiǎn)支梁。12P AmB由變形協(xié)調(diào)條件可知，兩端轉(zhuǎn)角為零，可寫出以下方程：（4-1）???????????? ???? 06636 222212EJllPEJllmEJ llBA連立解方程：（4-2）????2112lllPB?（4-3）2212lllmA??（4-4）????ABmlllPlM22122 ????（4-5）llll 11211式中：??21301lP??021Al2l?， ——芯軸軸瓦長(zhǎng)度1lJ31-250 型曲柄壓力機(jī)偏心齒輪結(jié)構(gòu)如圖 4.2，計(jì)算芯軸應(yīng)力（4-6）????2112llPlmB????ml0,63lA14028211 ?????NmNlP 3321301 1052665??????33302 1974020圖 4.2 J31-250 型曲柄壓力機(jī)偏心齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖代入數(shù)字，得mNB???5102.MmaxPamNdM53530max 10824.1. ??????材料為 45Cr 鋼， ， ，故安全。????~?????4.1.2 連桿及裝模高度調(diào)節(jié)裝置壓力機(jī)的裝模高度可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度的模具。J31-250 型壓力機(jī)使用調(diào)節(jié)連桿的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)裝模高度，采用球頭式連桿機(jī)動(dòng)調(diào)節(jié)。連桿是由連桿體、調(diào)節(jié)螺桿組成。調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠拔塊完成的，螺桿球頭的側(cè)面有兩個(gè)銷子，拔塊上的兩個(gè)叉口叉在銷子上，拔塊旋轉(zhuǎn)，螺桿即旋轉(zhuǎn)。拔塊是由蝸輪蝸桿由調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)即可調(diào)節(jié)裝模高度。球頭式連桿結(jié)構(gòu)緊湊，壓力機(jī)高度可以降低，但連桿中的調(diào)節(jié)螺桿容易彎曲，球頭加工難度大，需用專門設(shè)備。裝模高度調(diào)節(jié)裝置中滑塊調(diào)整時(shí)運(yùn)動(dòng)速度在 20~95mm/min 范圍變動(dòng)，一般40~60mm/min 較好。圖 4.3 J31-250 壓力機(jī)連桿連桿常用鑄鋼 ZG35 和鑄鐵 HT200 制造。球頭式連桿中的調(diào)節(jié)螺桿常用 45 鋼鍛造，調(diào)制處理，球頭表面淬火，硬度 HRC42。圖 4.4 球頭式連桿的連連桿尺寸連桿主要尺寸： ????mcmcPdABB024.83~967.203 3024.8~3967.20579.1~.1? ??取 ????ddB 8.2154.32608.595.0 ?取 16? m6.~.14.~3.04.~83.2 ??取 md50????dB 8.25436098.9.3 ??取 2 md .91~.12.~53.18.~5.104 ??取 m?螺紋最小工作高度： ????dH368~24013.~53.2~510??取 ?連桿長(zhǎng)度： mL1520強(qiáng)度校核：調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度： PadPFy 52320min0 10416.45?????——連桿上作用力0P——調(diào)節(jié)螺桿的最小截面積minF——許用壓縮應(yīng)力??y?Pa5108??故安全y?調(diào)節(jié)螺紋的強(qiáng)度：????PammNhHdsP523201 1067064.415.5.1. ?????????——螺距s——螺紋的外徑0d——螺紋的內(nèi)徑1——螺紋的最小工作高度Hh——螺紋牙根處的高度??Pa5107???稍大于 ，可以使用。4.1.3 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)容量選擇在裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，電動(dòng)機(jī)容量按照帶動(dòng)滑塊的重量所做的功來(lái)考慮，即（4-7）????gmN21??——滑塊部件重量1——模具重量2g——重力加速度——滑塊調(diào)整速度?——調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)的總效率?（4-8）54321?——滑塊與導(dǎo)軌摩擦的效率——調(diào)節(jié)螺桿的傳動(dòng)效率，與螺桿形狀及螺桿的螺紋升角 有關(guān)2 ?——蝸輪與套筒的摩擦效率3?——蝸輪傳動(dòng)效率4——齒輪與皮帶的傳動(dòng)效率5對(duì)于 J31-250 型壓力機(jī) ，KNG8.41?smm/076.65in/8.45???02457.65.3027.954321 ?????KWN10.68??omsddas 92.10358.rctan2.154.36rctn4.t1 ?????????查表-Y 系列三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)（《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 ） ，為使總傳動(dòng)比較小，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，故選 Y132S-8 型電機(jī)，額定功率為 2.2KW，同步轉(zhuǎn)速為750r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 710r/min。查表得電動(dòng)機(jī)中心高 H=132mm，外伸軸段。mED803??NT?59.271.5930????md 38~4.0~.~?查表選 HL3 聯(lián)軸器 32 82GB5014-85。?4.1.4 滑塊與導(dǎo)軌滑塊是一個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，上端與連桿連接，下部安裝在模具的上端，沿機(jī)身軌道上下運(yùn)動(dòng)。為了保證滑塊底面和工作臺(tái)上平面的平行度，保證滑塊運(yùn)動(dòng)方向與工作臺(tái)的垂直度，滑塊的導(dǎo)向面與地平面垂直。導(dǎo)軌和滑塊的導(dǎo)向面應(yīng)保持一定的間隙，而且能進(jìn)行調(diào)整。閉式單點(diǎn)壓力機(jī)滑塊的高度與寬度的比值約為 1.08~1.32。本壓力機(jī)滑塊高度 h 和寬度 b 分別取 h=1225mm，b=950mm ， 符合。滑塊的材料32.18.950128. ???bh是鑄鐵 HT200 和稀土球鐵，導(dǎo)軌面的材料是鑄鐵 HT200。對(duì)于單點(diǎn)壓力機(jī)，滑塊單純受壓縮，故不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。4.1.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算比較同類型的壓力機(jī)，取 J31-250 型壓力機(jī)渦輪蝸桿的傳動(dòng)比 i=85，蝸桿模數(shù)m=5，蝸桿的直徑系數(shù) q=12。取蝸桿頭數(shù) ，渦輪齒數(shù)1?z 85112??iz齒形角 02?蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 “38'4251arctnrt01??qz?蝸桿分度圓直徑 md6521?蝸輪分度圓直徑 z482中心矩 a.601???蝸桿各部分尺寸：齒頂高 mha51??齒根高 ????cf 62.01???齒高 fa611?齒頂圓直徑 mhda7051?齒根圓直徑 ff 486201 ???蝸桿軸向齒距 mPx .4.3?蝸桿導(dǎo)程 pzT7151?蝸桿齒寬 ????mb 5.1028506.206. ???????蝸輪各部分尺寸：齒頂高 mxha122 ??齒根高 ????cf 652.0?????齒高 fa6522?分度圓直徑 mzd48?齒頂圓直徑 mhaa 352212 ??齒根圓直徑 ff 165??蝸桿旋轉(zhuǎn)部分長(zhǎng)度 ????mzL5.800.0.2 ???蝸輪輪緣寬度 dBa77.1??4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪由小齒輪和偏心齒輪組成，由經(jīng)驗(yàn)類比，其傳動(dòng)比為 5.79，理想公稱扭矩為 。mNMt ???51048.閉式傳動(dòng)，懸臂布置，如圖 4.5 所示。圖 4.5 齒輪示意圖材料選擇小齒輪材料選用 40Cr 鋼，調(diào)制處理，齒面硬度 241~286HBS。大齒輪材料選用 40鋼，調(diào)制處理，齒面硬度 217~286HBS。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N??81 1067.8301606 ????hjLn782 4.279.5i查表得 ， ，01NZ1N0.121XZ取 ， ，.min?HS.W9.0?LVR按齒面硬度 280HBS 和 250HBS，查圖[1]5-16（b）得 21lim/730NH??22li/690H?由式[1]5-29 計(jì)算許用接觸應(yīng)力?? 21min1l1 /04.7392.01.73ZSLVRXNH ???? 22in2l2 /6.4.69mNLWH?按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距小齒輪轉(zhuǎn)矩 1TmNi ????7821056.279.4初取 ，取 ，查表知 ，減速傳動(dòng)，1?ZKt 4.a?2/9.18mNZE?。.5iu5.20sin2cosinco2??H計(jì)算中心距 a????mZukTHEat35.92672.391859.4061.7731????????????????????取中心距 a=940mm。估算模數(shù) ，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=18mm。??ma8.1~5.2.~7.?齒數(shù) ，取 ；3.9.184021 ????uaz 61?z，取 。627.52i 92齒輪分度圓直徑 mzd81?zd493182?齒輪齒頂圓直徑 mhaa 324121 ????ha 708672 ?????齒輪基圓直徑 db 6.coscs1??db 45.320o4cs2?圓周速度smnv /78.168.163????查表，選齒輪精度為 8 級(jí)。驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度按電機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，查表[1]5-3，取 0.1?AK按 8 級(jí)精度和 ，取smvz /279680/16748.10/?? 015.?v齒寬 mab376940.????按 ，低速級(jí)軸的剛度較大，取128/376/1d 13.??K由表知 .?K計(jì)算載荷系數(shù) 76.213.05.?????KvA計(jì)算端面重合度 ??齒頂壓力角011 .3246.7arcosarcsbd022 9.745.3roarcs??abd?????? ?2.167. 20tan9.3ta20tan35ta10021?? ???????zz故可用。 8.0376.4????Z計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 ??22 721/6.73/4.67 9.51808.0952mNmNubdKTHEH??? ????????故安全。校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度按 ， 查圖 [1]5-14 得 ， ， ，16?z932 04.31?FaY23.Fa56.1?SaY7.2SaY69.7.150.5.0???查圖[1]5-14 得 ，2lim/NF??22lim/0NF??， ， ，0.1NY.2.STY4.1in計(jì)算許用彎曲應(yīng)力?? 21min1l1 /3.410.4.290mNYSXNFT ?????22in2l2 /7.856TF計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力??212 71 /3.4/8.9 69.0514.318760mNmNYbdKFSaF??? ?????故安全。 ??221212 /7.85/8.1056.43798.9 mNY FSaFF ?????故安全。齒輪主要幾何尺寸， ， ，m=1816?z9327.5?ummd8?1642haa 3241 ?????md170872????mcaf 24385.1 ?????? mhf 1692642???齒寬 b37取 ????m3810~510~521此齒輪是偏心齒輪，偏心距 e=160mm，偏心半徑為 317.5mm。4.2.2 高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)高速級(jí)齒輪，其傳動(dòng)比為 4.16，轉(zhuǎn)矩為 。mNMt ???51062.小齒輪轉(zhuǎn)矩 。iT???71 104.61.2圖 4.6 齒輪示意圖（1）材料選擇小齒輪材料選用 40Cr 鋼，調(diào)制處理，齒面硬度 241~286HBS。大齒輪材料選用 40鋼，調(diào)制處理，齒面硬度 217~286HBS。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N??81 1095.63016.406 ?????hjLn882 795i查表[1]5-17 得 ， ，01NZ12?N0.121XZ取 ， ，.min?HS.W9.LVR按齒面硬度 250HBS 和 162HBS，查圖[1]5-16（b）得 21lim/690NH??22li/40H?由式計(jì)算許用接觸應(yīng)力?? 21min1l1 /54.692.015.069ZSLVRXNH ???? 22in2l2 /38.4mNLWH?因 ，計(jì)算中取??1???22/38.9??（2）按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距初取 ，取 ，查表[1]11-5 知 ，減速傳動(dòng)，.2??ZKt 4.0a? 2/9.1NZE?。16.4iu5.20sin2cosincoH計(jì)算中心距 a????mZukTaHEat7.684328.49156.021.331?????????????????取中心距 a=685mm。估算模數(shù) ，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=12mm。??ma7.1~5~.?齒數(shù) ，取 ；2.6.41281 ????uaz 31?z，取 。953.2i 962齒輪分度圓直徑 mzd71?zd2612??齒輪齒頂圓直徑 mhaa 301261 ????ha 752 ?????齒輪基圓直徑 db .590cos2cs1??db 3.80ocs2?圓周速度smnv /6.1674.316????查表[1]5-6，選齒輪精度為 8 級(jí)。（3）驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度按電機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，查表[1]5-3，取 0.1?AK按 8 級(jí)精度和 ，取smvz /386.10/268.10/??025.1v齒寬 ab745.??按 ，低速級(jí)軸的剛度較大，取9.2/74/1d 8.??由表[1]5-4 知 1?K計(jì)算載荷系數(shù) 21.08.125.?????vA計(jì)算端面重合度 ??齒頂壓力角011 7.36.9arcosarcsbd