高速平動沖壓裝置的設(shè)計及裝置設(shè)計

高速平動沖壓裝置的設(shè)計及裝置設(shè)計,高速,平動,沖壓,裝置,設(shè)計 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 高速平動沖壓裝置的設(shè)計方法及 裝置設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923051 學(xué)生姓名： 湯玲 指導(dǎo)教師： 陳偉明 （職稱： ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）高速平動沖壓裝置的 設(shè)計及裝置設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容 外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成 果作品。 班 級： 機械 92 學(xué) 號： 0923051 作者姓名： 2015 年 5 月 25 日 Ⅲ 摘 要 創(chuàng)新教育是加速培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的重要手段和方法，是素質(zhì)教育的一個重要組成部 分，是把創(chuàng)新學(xué)、發(fā)明學(xué)、基礎(chǔ)知識等相關(guān)學(xué)科的一般原理有機綜合起來，培養(yǎng)學(xué)生的 創(chuàng)新思維和提高創(chuàng)新能力的一個重要過程。高速沖壓技術(shù)是集設(shè)備、模具、材料和工藝 等多種技術(shù)于一體的高新技術(shù)。相對于普通沖壓而言，高速沖壓的速度每分鐘在幾百次 到上千次，因此其生產(chǎn)效率要高出普通沖壓上十倍甚至幾十倍，被譽為是一種質(zhì)量好、 效率高、適合于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低的先進制造技術(shù)，在電子、電器、汽車家電等工業(yè) 領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如電子接插件、電器接插件、各類連接器、IC 框架、汽車連接 件、空調(diào)器散熱片、醫(yī)療器件等一些中小型及微細(xì)金屬零件及超微細(xì)金屬零件均可實現(xiàn) 高速沖壓。高速沖壓技術(shù)是集設(shè)備、模具、材料和工藝等多種技術(shù)于一體的高新技術(shù)。 主要表現(xiàn)為：實現(xiàn)高速沖壓的設(shè)備不但本身具有高的加工精度和全自動化數(shù)字化功能， 其配套的周邊設(shè)備、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用等均需考慮由于高速條件下溫度、振動 等效應(yīng)帶來的影響；工藝設(shè)計時的排樣和出料、定位和導(dǎo)料等都必須考慮速度因素。這 些也是高速沖壓需要達到高生產(chǎn)率、獲得高精度零件，并保證模具和設(shè)備的使用壽命長、 制品的材料利用率高的關(guān)鍵技術(shù)。高速沖壓技術(shù)是近 20 年發(fā)展起來的先進成形加工技術(shù)， 20 世紀(jì) 80 年代末開始在我國的一些外資企業(yè)應(yīng)用，當(dāng)初其設(shè)備和模具均是依靠進口。最 近 10 年來我國在高速沖壓技術(shù)方面從引進、消化吸收到自主開發(fā)都有了較快的發(fā)展，有 了自主開發(fā)的高速壓力機、高速沖壓用模具材料、可自行設(shè)計和加工高速沖壓用多工位 級進模具等。但是其水平與發(fā)達國家相比還有較大的差距。如何縮小與發(fā)達國家的差距， 加快我國高速沖壓技術(shù)的推廣。 關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；功能元；高速沖壓 Ⅴ Abstract Innovative education is important to accelerate training creative talent means and methods, quality education is an important component of the innovation and science, inventions science, basic knowledge of related disciplines such as general principles of organic synthesis up to train students in creative thinking and improve the innovation ability of an important process. Using functional element for the Creative Design.Technology is a high-speed stamping equipment, tooling, materials and technology and other technologies in one high-tech. Compared with the general press, the rate of high-speed stamping hundreds of times per minute to thousands of times, so its efficiency is higher than normal times or even dozens of times on the press, hailed as a good quality, high efficiency suitable for mass production, low cost, advanced manufacturing technology, electronics, appliances, automobiles and home appliances industry is widely applied, such as electronic connectors, electrical connectors, various connectors, IC frame, car connection parts, air conditioner heat sink, medical devices and some small, medium and micro metal parts and metal parts can be ultra-fine high-speed stamping. Technology is a high- speed stamping equipment, tooling, materials and technology and other technologies in one high- tech. Mainly as follows: high-speed stamping equipment for not only its high precision and fully automated processing of digital features, its supporting peripheral equipment, die structure design, material selection, and must be subject to conditions as high temperature, vibration and other effects caused impact; process design the layout and the materials, positioning and guidance material and so the speed factor to be considered. These are also high-speed pressing need to achieve high productivity, access to high-precision parts and tooling and equipment to ensure long life products, high utilization ratio of key technologies. High-speed stamping technology in the last 20 years developed advanced forming technology since the late 80s of the 20th century a number of foreign applications in China, had their equipment and molds are imported. The last 10 years in China in the high-speed press technology from the introduction, digestion and absorption to have developed a rapid development, with self-developed high-speed presses, high-speed press with a mold material can be designed and processed with multiple high-speed stamping the Progressive molds. But the level of developed countries there is a large gap. How to narrow the gap with the developed countries to speed up our high-speed press technology promotion and application of engineering and technical personnel is stamping industry incumbent. Keywords: innovation; functional element; high-speed stamping Ⅳ 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目錄 .................................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題背景 ..............................................................................................................................1 1.2 課題的研究意義 ...................................................................................................................1 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵問題 .......................................................................................2 1.4 功能分析法 ..........................................................................................................................2 1.5 用功能分析法確定設(shè)計方案..............................................................................................5 2 總體設(shè)計.................................................................................................................................... 7 2.1 方案設(shè)計...............................................................................................................................7 2.2 功率計算及電動機的選擇 ...................................................................................................8 3 技術(shù)計算與設(shè)計 ..........................................................................................................................8 3.1 傳動齒輪的計算 .................................................................................................................11 3.3 軸的計算與設(shè)計 .................................................................................................................15 3.4 滾動軸承的選擇及校核計算 .............................................................................................17 3.5 凸輪的計算與設(shè)計 .............................................................................................................19 3.6 鍵聯(lián)接的選擇及校核計算 ..............................................................................................20 3.7 潤滑與密封 ........................................................................................................................20 4 齒輪加工工藝 ...........................................................................................................................21 4.1 直齒圓柱齒輪的主要技術(shù)要求 .........................................................................................21 4.2 直齒圓柱機械加工的主要工藝問題 ................................................................................22 4.3 實施裝置中的齒輪............................................................................................................25 5 三維圖的繪制 ...........................................................................................................................25 5.1 三維圖繪制方案的確定 .....................................................................................................25 5.2 三維圖的圖樣 .....................................................................................................................26 6 設(shè)計的不足以及展望...............................................................................................................30 致謝 ...............................................................................................................................................32 參考文獻.......................................................................................................................................33 1 1 緒論 1.1 課題背景 創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力,利用人類已有的相關(guān)科技成果進行創(chuàng)新構(gòu)思,設(shè) 計出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實用性的一種實踐活動。在創(chuàng)新過程中，利用功能 元方法有著重要的實際創(chuàng)新意義。 為了實施創(chuàng)新設(shè)計，突出創(chuàng)新教育加速培養(yǎng)創(chuàng)造性人才是關(guān)鍵。在整個教學(xué)實踐中， 把創(chuàng)新學(xué)、發(fā)明學(xué)、基礎(chǔ)知識等相關(guān)學(xué)科的一般原理有機綜合起來，利用功能元創(chuàng)新方 法完成一個工程實例是一個重要過程. 高速沖壓技術(shù)是集設(shè)備、模具、材料和工藝等多種技術(shù)于一體的高新技術(shù).相對于普 通沖壓而言，高速沖壓的速度每分鐘在幾百次到上千次，因此其生產(chǎn)效率要高出普通沖 壓上十倍甚至幾十倍，被譽為是一種質(zhì)量好、效率高、適合于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低的先 進制造技術(shù)，在電子、電器、汽車家電等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如電子接插件、 電器接插件、各類連接器、IC 框架、汽車連接件、空調(diào)器散熱片、醫(yī)療器件等一些中小 型及微細(xì)金屬零件及超微細(xì)金屬零件均可實現(xiàn)高速沖壓.高速沖壓技術(shù)是集設(shè)備、模具、 材料和工藝等多種技術(shù)于一體的高新技術(shù). 現(xiàn)有的高速薄板沖壓裝置，有氣動沖壓裝置和氣液壓沖壓裝置等。這些裝置在工作 過程中均是在固定的位置，上模作等速運動或同時作橫向往返運動，下模是靜止的。其 缺陷是隨著工作頻率提高，振動、噪音等不利因素將增大而影響工作質(zhì)量和工作環(huán)境。 1.2 課題的研究意義 實現(xiàn)高速沖壓的設(shè)備不但本身具有高的加工精度和全自動化數(shù)字化功能，其配套的 周邊設(shè)備、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用等均需考慮由于高速條件下溫度、振動等效應(yīng)帶 來的影響；工藝設(shè)計時的排樣和出料、定位和導(dǎo)料等都必須考慮速度因素.這些也是高速 沖壓需要達到高生產(chǎn)率、獲得高精度零件，并保證模具和設(shè)備的使用壽命長、制品的材 料利用率高的關(guān)鍵技術(shù).高速沖壓技術(shù)是近 20 年發(fā)展起來的先進成形加工技術(shù)，20 世紀(jì) 80 年代末開始在我國的一些外資企業(yè)應(yīng)用，當(dāng)初其設(shè)備和模具均是依靠進口.最近 10 年 來我國在高速沖壓技術(shù)方面從引進、消化吸收到自主開發(fā)都有了較快的發(fā)展，有了自主 開發(fā)的高速壓力機、高速沖壓用模具材料、可自行設(shè)計和加工高速沖壓用多工位級進模 具等。但是其水平與發(fā)達國家相比還有較大的差距。如何縮小與發(fā)達國家的差距，加快 我國高速沖壓技術(shù)的推廣應(yīng)用，是沖壓行業(yè)工程技術(shù)人員義不容辭的責(zé)任。 沖壓是汽車制造的四大工藝之一，車身的制造精度在很大程度上取決於沖壓及其總 成的精度。沖壓技術(shù)源於大批量生產(chǎn)的發(fā)展和需要，尤其是汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在依然 如此。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵問題 同步高速沖壓.板厚 1mm，孔長 4.5mm,孔寬 1.5mm,孔距 2mm,板以 50M/m 直線勻速。 要求工作平穩(wěn)，噪音小。沖壓時工件與沖壓機構(gòu)同步橫向運動。實現(xiàn)高速沖壓的設(shè)備不 91 但本身具有高的加工精度和全自動化數(shù)字化功能，其配套的周邊設(shè)備、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、 材料 2 選用等均需考慮由于高速條件下溫度、振動等效應(yīng)帶來的影響；工藝設(shè)計時的排樣 和出料、定位和導(dǎo)料等都必須考慮速度因素。這些也是高速沖壓需要達到高生產(chǎn)率、獲 得高精度零件，并保證模具和設(shè)備的使用壽命長、制品的材料利用率高的關(guān)鍵技術(shù)。本 設(shè)計的關(guān)鍵問題是怎樣利用功能元分析法進行創(chuàng)新方案的確定，以及對設(shè)計方案的分析， 最后就是圖紙的繪制。 1.4 功能分析法 為了更好地開發(fā)和發(fā)展產(chǎn)品， 明確產(chǎn)品的功能是非常重要的?；趶漠a(chǎn)品設(shè)計的觀 點對功能的理解，提出一種比較仝面、系統(tǒng)、便于使用的功能分析法。它可用于產(chǎn)品的 功能分析和功能結(jié)構(gòu)的建立，并為尋求產(chǎn)品的合理實體解答打下良好基礎(chǔ)， 為改進現(xiàn)有 產(chǎn)品及發(fā)展新產(chǎn)品找出方向.它還可作為某些新的設(shè)計技術(shù)與方法的基礎(chǔ)。 任何產(chǎn)品都是為了滿足人類的某種需要而存在的，亦即要求它在一定的環(huán)境條件下 完成所需要的某種動作或發(fā)揮所要求的作用，這就構(gòu)成了對產(chǎn)品的功能要求。整個產(chǎn)品 的構(gòu)成就是為了完成這種功能要求。為了設(shè)計出高質(zhì)量的產(chǎn)品，不少學(xué)者在其所提出的 設(shè)計進程中都提到了設(shè)汁對象的功能問題，并將功能結(jié)構(gòu)的建立作為發(fā)展產(chǎn)品方案的葦 要階段。功能結(jié)構(gòu)的建立，不僅對新產(chǎn)品的實體結(jié)構(gòu)設(shè)汁具有指導(dǎo)意義，通過對現(xiàn)有產(chǎn) 品的功能結(jié)構(gòu)分析，可以明確或找出其改進及發(fā)展方向.曾在設(shè)計進程建議中專門提出了 建直功能結(jié)構(gòu)圈的要求，以期取得設(shè)汁人員的重視.但目前大家對功能的理解還很不統(tǒng)一， 功能的分析及功能結(jié)構(gòu)罔的建立還缺少簡明可行的方法。本文試罔存分析冉天功能的概 念的基礎(chǔ)上提出分析廣 品功能和建立其功能結(jié)構(gòu)的一般方法。 目前，功能的概念已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域中。例如在價值分析中，有人提出功能是 產(chǎn)品所具有的能夠滿足用戶需要的特性?；蛘哒f是產(chǎn)品所具有的效能、用途、使用價值。 在設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)，許多學(xué)者也對功能有一定的描述， 如.功能是某系統(tǒng)的輸人與輸出間的 一般關(guān)系，其目的在于執(zhí)行或掌握某種任務(wù)。功能是由某量 (如輸人量)的元素到某量 (如輸出量)的元素問的明確的編排 說法很多，理解不一。盡管如此，從各種說法中可以 看出：① 功能是系統(tǒng)所具有的葦要特征之一，是對系統(tǒng)一個側(cè)面的抽象捕述：② 功能 是從使用角度提出的系統(tǒng)所應(yīng)完成的任務(wù)；③功能常表達為輸人和輸出之間的艾系。 由 于系統(tǒng) 是在一定的環(huán)境條件下為完成某既定要求而工作的，它所應(yīng)具有的功能顯然離不 開環(huán)境條件的影響。因而為了更全面地理解功能，為了更有利于產(chǎn)品的開發(fā)和改進，可 以認(rèn)為： 功能是在一定環(huán)境條件下系統(tǒng)所必須解決的問題?；驗榻鉀Q某問題系統(tǒng)所應(yīng)完 成的動作或發(fā)揮的作用。 1.5 用功能分析法確定設(shè)計方案 功能分析法指緊緊圍繞產(chǎn)品功能進行分析、分解、求解、組合、優(yōu)選的方案設(shè)計方法。 功能的抽象描述應(yīng)該能夠放映出產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)在特定約束條件下輸入與輸出量之間 的因果關(guān)系。由總功能分解為分功能再分解至功能至功能元，最后做出功能樹狀結(jié)構(gòu)圖 的構(gòu)成，即為功能分析。 3 為了找到正確合適的設(shè)計方案，我利用功能元分析法，將總功能分解為功能遠(yuǎn)的目的 是為了便于找到實現(xiàn)功能元的功能載體。設(shè)計功能載體是完成原理方案的重要設(shè)計環(huán)節(jié)。 而功能載體是具有完成某一功能屬性的物體。 當(dāng)功能元的解法求出后，將各功能元的解合理地組合起來成為一個整體，便形成實現(xiàn) 系統(tǒng)總功能的原理解。系統(tǒng)原理解可以用功能元------解法形態(tài)學(xué)矩陣求出。以系統(tǒng)的 功能元為行，各功能元的相應(yīng)解法為列，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。將各功能元的不同解法進行 組合可以形成多個系統(tǒng)原理解，即得到多個原理設(shè)計方法。 在組合過程中應(yīng)當(dāng)注意：組合在一起的各功能元的解應(yīng)具有相容性，即各功能元的解 在幾何學(xué)、運動學(xué)、能量流、物理流和信息流上分析是相互協(xié)調(diào)的，不相互干擾，不相 互矛盾，否則形成的方案應(yīng)予以剔除；其次，組合的方案從技術(shù)和經(jīng)濟效益上衡量具有 先進性、合理性和經(jīng)濟型。 功能原理方案設(shè)計步驟： 圖 1.1 功能原理方案設(shè)計圖 常用的五種物理功能元： 4 圖 1.2 物理功能元圖 1）包括各種類型能量之間的轉(zhuǎn)變、運動形式的轉(zhuǎn)變、材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變及 信號種類的轉(zhuǎn)換等。 2）指各種物理量(如位移、速度、力)的放大或縮小等。 3）包括能量流、物料流、信息流的結(jié)合或分離（如運動的合成或分解）。 4) 反映能量流、物料流、信息流的位置變化。如離合器、開關(guān)、閥門等。 5) 體現(xiàn)三大流在一定時間范圍內(nèi)保存的功能，如彈簧、電池、錄音帶、光盤等的儲存. 功能元（分功能）的求解: 一個功能元（分功能）都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實現(xiàn)，有時一個功能元 （分功能）可以相應(yīng)地提出幾個技術(shù)、物理效應(yīng)。 功能元的求解方法主要有： ①參考有關(guān)資料、?？虍a(chǎn)品求解法； ②利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法； ③利用設(shè)計目錄求解法。 設(shè)計目錄是把能實現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資 料。 部分功能元解法目錄： 表 1-1 功能元解法表連 桿 5 機械一次增力功能元解法目錄: 表 1-2 機械一次增力功能元解法表 四桿機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換解法目錄: 表 1-3 四桿機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換解法表 2112lFl??12Fl?tan1???tan12F?2si1當(dāng) 量 摩 擦 角—螺 紋 升 角螺 紋 中 徑??2)tan(dTF??21F? 6 2 總體設(shè)計 2.1 方案設(shè)計 在功能元目錄表 3-9（參考呂仲文主編 機械工業(yè)出版社《機械創(chuàng)新設(shè)計》），查 出以上三個功能元的解法，將功能元及其解法（功能載體）組成分功能形態(tài)矩陣如下： 表 2-1 傳動方案形態(tài)學(xué)矩陣 功能載體（形態(tài)） 傳動方案形 態(tài)學(xué)矩陣功 能因素 1 2 3 4 5 6 A 上下運動 曲柄滑塊機 構(gòu) 汽缸 液壓缸 凸輪機構(gòu) 鏈傳動 齒輪機構(gòu) B 左右運動 曲柄滑塊機構(gòu) 汽缸 液壓缸 凸輪機構(gòu) 鏈傳動 齒輪機構(gòu) C 同步?jīng)_壓 齒輪系 組合凸輪機構(gòu) 取三種功能的各一種解法組合可得 N=6 6 2=72 共 72 種方案。根據(jù)本身的使用情況? 還有設(shè)計的方便實用，并且排除那些帶有沖擊與急回特性的方案，故從 72 種方案中選用 共軛直動從動件凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)，即 A4+B4+C1,因為要同步?jīng)_壓所以選擇齒輪機構(gòu)， 用 4 個齒輪成正方形互相嚙合來達到同步以及傳動的作用。 圖 2.1 方案運動原理圖 方案運動原理： 如圖 1 所示：包括第一齒輪 1、上模 2、第一凸輪 3、第二凸輪 4、第三凸輪 5、第四 凸輪 6、第二齒輪 7、下模 8、第三齒輪 9、第五凸輪 10、第六凸輪 11、第七凸輪 12、第 八凸輪 13、第四齒輪 14、凸模 15 及凹模 16 等。 本發(fā)明是一種平動式同步高速薄板沖壓裝置，包括上模 2 及下模 8，上模 2 的本體及 7 下模 8 的本體是相同的矩形框架。上模 2 的矩形框架的底部設(shè)置有凸模 15，下模 8 的矩 形框架的頂部設(shè)置有凹模 16。 上模 2 及下模 8 的傳動系統(tǒng)由四個相同的齒輪和八個相同的凸輪構(gòu)成。四個相同的 齒輪分別是第一齒輪 1、第二齒輪 7、第三齒輪 9 及第四齒輪 14，四個齒輪中至少有一個 是主動齒輪。八個相同的凸輪分別是第一凸輪 3、第二凸輪 4、第三凸輪 5、第四凸輪 6、第五凸輪 10、第六凸輪 11、第七凸輪 12 及第八凸輪 13。 四個齒輪排成二行二列矩形陣列，兩兩嚙合，每個齒輪的傳動軸上裝配有兩個凸輪， 該兩個凸輪的長軸方向正交布置。 上模 2 的矩形框架套裝在處在上面一行的四個凸輪外，即套裝在第一凸輪 3、第二凸 輪 4、第三凸輪 5 及第四凸輪 6 外。 下模 8 的矩形框架套裝在處在下面一行的四個凸輪外，即套裝在第五凸輪 10、第六 凸輪 11、第七凸輪 12 及第八凸輪 13 外。 所有八個凸輪均是等寬凸輪。 如圖 1 所示，驅(qū)動第一齒輪 1 順時方向轉(zhuǎn)動，第二齒輪 7 逆時方向轉(zhuǎn)動，利用等寬 凸輪第二凸輪 4、第三凸輪 5 的輪廓曲線控制上模 2 的內(nèi)側(cè)上下面上下運動，并在沖壓工 件時作等速運動，用第一凸輪 3、第四凸輪 6 的輪廓曲線控制上模 2 內(nèi)側(cè)的左右面橫向運 動，與工件的輸送速度一致。同理，第四齒輪 14 逆時方向轉(zhuǎn)動，第三齒輪 9 順時方向轉(zhuǎn) 動，利用等寬凸輪第六凸輪 11、第八凸輪 13 的輪廓曲線控制下模 8 的內(nèi)側(cè)上下面上下運 動，并在沖壓工件時作等速運動（與上模 2 相對應(yīng)） ，用第五凸輪 10、第七凸輪 12 的輪 廓曲線控制下模 8 的內(nèi)側(cè)左右面橫向運動，與工件的輸送速度一致（與上模 2 相對應(yīng)） 。 在本發(fā)明的工作過程中，第二凸輪 4、第三凸輪 5、第六凸輪 11 及第八凸輪 13 控制 上模 2 與下模 8 作沖壓運動并實現(xiàn)等速，第一凸輪 3、第四凸輪 6、第五凸輪 10 及第七 凸輪 12 控制上模 2 與下模 8 作相同的橫向運動并實現(xiàn)同步工件的輸送速度（在沖壓工件 時間段） 。上模 2 在第二凸輪 4、第三凸輪 5、第一凸輪 3、第四凸輪 6 的控制下只能在平 面中作平動，同理下模 8 也只能在平面中作平動，從而實現(xiàn)了平動同步高速沖壓。 2.2 功率計算及電動機的選擇 1、電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇：按已知的工作要求和 條件，選用 Y 系列三相異步電 動機。 2、確定電動機的功率： (1)確定沖壓力大小 根據(jù)沖壓力公式 P = kltT 其中 k 表示系數(shù)，通常取值為 1.3； l 表示沖壓形狀的周長； t 表示沖壓的厚度； T 表示材料的抗剪強度. l=2 b+4(a-b) 根據(jù)給定的數(shù)據(jù)可知 a=2.25 b=0.75； 所以 l=2×3.14×0.75+4×（2.25-0.75）=10.7。 因為沖孔的材料為 45 號鋼 所以經(jīng)過查找得到 8 σ b=600MPa σs=355MPa 所以抗剪強度為 178MPa=178N/mm2 最后得到 P=1.3×10.71×1×178=2478.294N≈2478.3N (2)電機所需的工作功率： 根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，我們假設(shè)在沖壓的瞬間，轉(zhuǎn)過角度為 30°，向下的距離為 2mm； 通過計算得到 r=15mm V=0.48m/s 前面得到?jīng)_壓力 P=2478.3N 所以功率 W=PV=2478.3×0.48=1189.584N m/s =( 齒輪)8 次方=0.85總? = = =1399Nm/s≈1400Nm/s總?總 85.0419 3、確定電動機轉(zhuǎn)速： 軸的工作轉(zhuǎn)速： Nw=60×1000V/πD=1282r/min 因為要去稍微大點的轉(zhuǎn)速的電動機，所以取轉(zhuǎn)速為 1400r/min。 綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比,故選擇電動機 型號 Y90L-4。 4、確定電動機型號 根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為 Y100l2-4. 其主要性能：額定功率：1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速 1400r/min，額定轉(zhuǎn)矩 2.2。 9 3 技術(shù)計算與設(shè)計 3.1 傳動齒輪的計算與設(shè)計 根據(jù)之前計算出來的數(shù)據(jù)得到： 轉(zhuǎn)速為 1400r/min 額定轉(zhuǎn)矩為 2.2 ；wPk5.1?電 因為齒輪的傳遞效率是 0.99，所以 w194.268.09??齒 傳動比 ;114zni?齒 底下的計算參考《機械設(shè)計》 211 頁 – 213 頁 P1 = 1500 w ，小齒輪轉(zhuǎn)速 n1 = 1400 r/min ,齒數(shù)比為 1.092。 ? 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒輪。 1） 根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動； 2） 機構(gòu)為一般機器，速度不高，故選用 7 級精度（GB 1009-88） 3） 材料選擇.由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS,大齒輪 材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者硬度差為 40HBS。 4） 選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù)241?z 2708.62409.12???z ? 按齒面接觸強度設(shè)計， 由設(shè)計計算公式（10-9a）進行計算 即 dlt≥2.32× ??????duZkTE2? 1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。 1） 試選載荷系數(shù) Kt=1.3 2） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNnPT ??????? 4151 1023.140590.9 3)由表 10-7 選取齒寬系數(shù) φ d=1 4）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8EZ2 1MPa 5）由圖 10-6d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 σ Hlim1=600MPa； 大齒輪的接觸疲勞強度極限 σ Hlim2=550MPa 6)由式 10-13 機選應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 1048.65308214060 ?????jLhnN 925. 7)由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) K HN1=0.90;KHN2=0.95 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) s=1 由式（10-12）得 10 MPasKNH540][lim11?? .2li22 2）計算 1）計算小齒輪分度圓直徑 ,帶入[σH ]中較小的值td1 ≥2.32× =34.7536mmtd??????uZkTE2? 2）計算圓周速度 v smsnlt /546.2/1064753.106????? 3）計算齒寬 b b= =1×34.7536mm=34.7536mmd?lt 4）計算齒寬和齒高之比 模數(shù) m t=1.448mm 齒高 h=2.25 mt =2.25×1.448mm=3.258mm b/h=34.7536/3.258=10.667≈10.67 5）計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=2.546m/s,7 級精度，由圖 10-8 查得動載系數(shù) Kv=1.1 直齒輪 KHα=KFα=1 由表 10-2 查得使用系數(shù) KA=1; 有表 10-4 用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時， KHβ=1.423. 由 b/h=10.67 KHβ=1.423 查圖 10-13 得 KFβ=1.35 故載荷系數(shù) 563.142..1??????HVA 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 mkdt97.36)( 11 7）計算模數(shù) nm54.1? 3）按齒根彎曲強度設(shè)計 由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為 ≥ ?? 3112??????FaYSdZKT?? 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值. 11 2） 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 .大齒輪的彎曲強MPaFE501?? 度極限 ；MPaFE3802?? 3） 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ；8.1FNK8.2N 4） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.4，由式（10-12）得 PaSKFENF57.30][11??M86.222 5）計算載荷系數(shù) K. 485.13.1??????HVAK 6)查取齒型系數(shù) 由表 10-15 查得 58.1saY764.2saY 7)計算大小齒輪的 YFaYSa/[σF]并加以比較，039.][1?FSa?64.2Sa 大齒輪的數(shù)值大 4） 設(shè)計計算 mYdKTmFSaz2)][(3121???? 對比計算結(jié)果 5. 9761 算出小齒輪齒數(shù) 51?mdz 大齒輪齒數(shù) 7092.? 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒跟彎曲疲勞強度， 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 5）幾何尺寸計算 1， 計算分度圓直徑 mmzd5.371.21???42 2， 計算中心距 12 mda402)(1?? 3， 計算齒輪寬數(shù) btd5.371? 取 B82401 最后經(jīng)驗算檢查，合適。 3.2 軸的計算與設(shè)計 3.2.1 從動軸設(shè)計 1、選擇軸的材料 確定許用應(yīng)力 選軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理.查[2]表 13-1① 可知： MPab650??Pas360?? 查[2]表 13-6 可知：[σb+1]bb=215Mpa [σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa 2、按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑 單級齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接， 從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為： d≥C 查表 13-5 可得，45 鋼取 C=118 則 d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm 考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取 d=35mm ① 以下凡是出現(xiàn)見表或見圖均是參考濮良貴主編的第八版《機械設(shè)計》教材。 3、齒輪上作用力的計算 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N 齒輪作用力： 圓周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N 徑向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N 4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比 例繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖。 （1）聯(lián)軸器的選擇 可采用彈性柱銷聯(lián)軸器，查表 9.4 可得聯(lián)軸器的型號為 HL3 聯(lián)軸器：35×82 GB5014-85 （2）確定軸上零件的位置與固定方式 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置在齒輪兩邊.軸外伸端 安裝聯(lián)軸器，齒輪靠油環(huán)和套筒實現(xiàn)軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周向固定， 兩端軸承靠套筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實現(xiàn)周向固定 ，軸通過兩端軸承蓋實現(xiàn)軸向 定位，聯(lián)軸器靠軸肩平鍵和過盈配合分別實現(xiàn)軸向定位和周向定位。 （3）確定各段軸的直徑 13 將估算軸 d=35mm 作為外伸端直徑 d1 與聯(lián)軸器相配，考慮聯(lián)軸器用軸肩實現(xiàn)軸向定位， 取第二段直徑為 d2=40mm 齒輪和左端軸承從左側(cè)裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處 d3 應(yīng)大于 d2，取 d3=4 5mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑 d4 應(yīng)大于 d3，取 d4=50mm.齒輪 左端用用套筒固定,右端用軸環(huán)定位,軸環(huán)直徑 d5 滿足齒輪定位的同時,還應(yīng)滿足右側(cè)軸 承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定。右端軸承型號與左端軸承相同,取 d6=45mm。 (4) 選擇軸承型號 由[1]P270 初選深溝球軸承,代號為 6209,查手冊可得:軸承寬度 B=19,安裝尺寸 D=52,故軸環(huán)直徑 d5=52mm。 (5）確定軸各段直徑和長度 Ⅰ段：d1=35m m 長度取 L1=50mm II 段:d2=40mm 初選用 6209 深溝球軸承，其內(nèi)徑為 45mm, 寬度為 19mm.考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離.取套筒長為 20mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離 而定，為此，取該段長為 55mm，安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小 2mm,故 II 段長： L2=（2+20+19+55）=96mm III 段直徑 d3=45mm L3=L1-L=50-2=48 Ⅳ段直徑 d4=50mm 長度與右面的套筒相同，即 L4=20mm Ⅴ段直徑 d5=52mm. 長度 L5=19mm 由上述軸各段長度可算得軸支承跨距 L=96mm （6)按彎矩復(fù)合強度計算 ①求分度圓直徑：已知 d1=195mm ②求轉(zhuǎn)矩：已知 T2=198.58Nm 貴主編的第八版《機械設(shè)計》教材。 5、齒輪上作用力的計算 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N 齒輪作用力： 圓周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N 徑向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N 6、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比 例繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖。 （1）聯(lián)軸器的選擇 可采用彈性柱銷聯(lián)軸器，查表 9.4 可得聯(lián)軸器的型號為 HL3 聯(lián)軸器：35×82 GB5014-85 14 （2）確定軸上零件的位置與固定方式 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置在齒輪兩邊.軸外伸端 安裝聯(lián)軸器，齒輪靠油環(huán)和套筒實現(xiàn)軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周向固定， 兩端軸承靠套筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實現(xiàn)周向固定 ，軸通過兩端軸承蓋實現(xiàn)軸向 定位，聯(lián)軸器靠軸肩平鍵和過盈配合分別實現(xiàn)軸向定位和周向定位。 （3）確定各段軸的直徑 將估算軸 d=35mm 作為外伸端直徑 d1 與聯(lián)軸器相配，考慮聯(lián)軸器用軸肩實現(xiàn)軸向定位， 取第二段直徑為 d2=40mm 齒輪和左端軸承從左側(cè)裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處 d3 應(yīng)大于 d2，取 d3=4 5mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑 d4 應(yīng)大于 d3，取 d4=50mm.齒輪 左端用用套筒固定,右端用軸環(huán)定位,軸環(huán)直徑 d5 滿足齒輪定位的同時,還應(yīng)滿足右側(cè)軸 承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同,取 d6=45mm。 (4) 選擇軸承型號 由[1]P270 初選深溝球軸承,代號為 6209,查手冊可得:軸承寬度 B=19,安裝尺寸 D=52,故軸環(huán)直徑 d5=52mm。 (5）確定軸各段直徑和長度 Ⅰ段：d1=35m m 長度取 L1=50mm II 段:d2=40mm 初選用 6209 深溝球軸承，其內(nèi)徑為 45mm, 寬度為 19mm.考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離.取套筒長為 20mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離 而定，為此，取該段長為 55mm，安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小 2mm,故 II 段長： L2=（2+20+19+55）=96mm III 段直徑 d3=45mm L3=L1-L=50-2=48mm Ⅳ段直徑 d4=50mm 長度與右面的套筒相同，即 L4=20mm Ⅴ段直徑 d5=52mm 長度 L5=19mm 由上述軸各段長度可算得軸支承跨距 L=96mm (6)按彎矩復(fù)合強度計算 ①求分度圓直徑：已知 d1=195mm ②求轉(zhuǎn)矩：已知 T2=198.58Nm ③求圓周力：Ft 根據(jù)課本 P127（6-34 ）式得 Ft=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N ④求徑向力 Fr 根據(jù)課本 P127（6-35）式得 Fr=Fttanα=2.03×tan200=0.741N 15 ⑤因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=48mm 軸承支反力： FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N FAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N 由兩邊對稱，知截面 C 的彎矩也對稱.截面 C 在垂直面彎矩為 MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76 mN? 截面 C 在水平面上彎矩為： MC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48 ? MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63 mN? 轉(zhuǎn)矩：T=9.55× （P2/n2）×106=198.58 ? ③求圓周力：Ft 根據(jù)課本 P127（6-34 ）式得dTFt 03.21958.2??? ④求徑向力 Fr 根據(jù)課本 P127（6-35）式得 Ntr 741.02tan03.an?? ⑤因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=48mm 軸承支反力： NFrBYA37.024.??tZ1.. 由兩邊對稱，知截面 C 的彎矩也對稱. 截面 C 在垂直面彎矩為: mNLFMAY????76.1293.01 截面 C 在水平面上彎矩為： AZ?48..2 NCC ?????63.51276121 轉(zhuǎn)矩：T=9.55× （P2/n2）×106=198.58 m 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動循環(huán)變化，取 α=0.2，截面 C 處的當(dāng)量彎矩：TMce ??????? 13.652])8.19.0(63.51[2])([ 2? (7)校核危險截面 C 的強度 由式（6-3)得 16 MPaPadbe 60][14.75.0136.513 ???????? ∴該軸強度足夠。 3.2.2 主動軸的設(shè)計 1、選擇軸的材料 確定許用應(yīng)力 選軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理.查[2]表 13-1 可知： MPab650??Pas360?? 查表 13-6 可知： [σb+1]bb=215Mpa [σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa 2、按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑 單級齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接， 從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為： d≥C 查[2]表 13-5 可得，45 鋼取 C=118 則 mnPAd92.03.4761830???? 考慮鍵槽的影響以系列標(biāo)準(zhǔn)，取 d 3、齒輪上作用力的計算 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩： NnPT5326.47105.9105.966 ???? 齒輪作用力： 圓周力： dFt 232 徑向力： tr 750tan10an?? 確定軸上零件的位置與固定方式 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置 在齒輪兩邊.齒輪靠油環(huán)和套筒實現(xiàn) 軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周 向固定，兩端軸承靠套筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實