J23-40型壓力機曲柄滑塊機構結構設計

1、齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）齊 齊 哈 爾 大 學畢業(yè)設計（論文) 題 目 J23-40壓力機曲柄滑塊機構結構設計 學 院 機電工程學院 專業(yè)班級 機械116班 學生姓名 周 新 指導教師 劉 尚 成 績 年 月 日齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）摘 要曲柄壓力機廣泛應用于沖裁，彎曲，校正，模具沖壓等工作。本次設計的為J23-40型壓力機曲柄滑塊機構結構設計。此次設計由于分工不同，主要完成的是曲柄壓力機曲柄滑塊機構的設計。在設計中主要是根據(jù)總體設計確定的壓力機主要參數(shù)，公稱壓力，滑塊行程等參數(shù)參考相關手冊初步估算曲柄，連桿，滑塊，導軌相關尺寸，然后分別校核，修正，最終確定各零部件尺寸，并根據(jù)要求完

2、成裝模高度調(diào)節(jié)裝置設計。最后寫出詳盡曲柄滑塊機構設計說明書，繪出主要零件圖。關鍵詞：公稱壓力；曲軸；連桿；滑塊AbstractCrank press machine widely used in punching, bending, correction, die stamping etc. The design for the structure design of slider crank mechanism of J23-40 press.This design due to different division of labor, mainly to complete the

3、 design of the crank press slider crank mechanism. In the design is mainly according to the press of the key parameters to determine the overall design, the nominal pressure, slide stroke parameters reference manual preliminary estimates of crank, connecting rod, a slide block, rail correlation

4、 dimension, then check, correction, and ultimately determine the size of parts and components, and according to the required to complete die filling height adjustment device design. Finally, write the detailed design specification of slider crank mechanism, figure out major parts.Keywords: nomi

5、nal pressure；crankshaft；connecting rod；sliderI目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 曲柄壓力機的工作原理及主要參數(shù)21.3.1 曲柄壓力機的工作原理21.3.2 曲柄壓力機工作的特點31.3.3 J23-40型壓力機主要參數(shù)31.4 本章小結4第2章 曲柄滑塊機構的運動分析與受力分析52.1 曲柄滑塊機構的運動規(guī)律52.1.1 滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系52.1.2 滑塊的速度和曲柄轉角之間的關系62.2 曲柄滑塊機構的受力分析72.2.1 忽略摩擦情況下滑塊機構的力學分析72.2.

6、2 考慮摩擦情況下滑塊機構的力學分析92.3 本章小結11第3章 曲軸軸系部件的設計計算123.1 曲柄形式123.1.1 曲軸驅動的曲柄滑塊機構123.1.2 偏心軸驅動的曲柄滑塊機構133.1.3 曲拐驅動的曲柄滑塊機構133.1.4 偏心齒輪驅動的曲柄滑塊機構143.2 曲軸的設計計算143.2.1 曲軸材料的選定143.2.2 估算曲軸的相關尺寸153.2.3 曲軸的強度及剛度校核163.3 連桿和裝模高度調(diào)節(jié)機構203.4 連桿結構的設計計算213.4.1 連桿的選擇213.4.2 連桿尺寸設計計算213.4.3 連桿及調(diào)節(jié)螺桿的強度校核22第4章 滑塊部件的結構設計254.1 滑塊

7、與導軌的結構254.1.1 滑塊的導向調(diào)節(jié)間隙254.1.2 導軌的形式264.2 滑塊與導軌的材料選擇274.3 滑塊的有限元分析274.3.1 模型的生成284.3.2 模型的簡化284.3.3 網(wǎng)格的劃分294.3.4 約束條件與力的施加304.3.5 UG8.0 NASTRAN計算結果分析30結 論32參考文獻33致 謝34III第1章 緒 論1.1 研究背景制造業(yè)的發(fā)展是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要保證之一，同時又是判斷一個國家科技實力和國防實力是否領先的重要標準。在機械制造業(yè)中，壓力機鍛壓制造是目前全世界應用最為廣泛的制造方法之一。而在鍛壓機械中，曲柄壓力機又占有很大的比重。曲柄壓力機主要是

8、通過飛輪將電機的能量存儲，在工作的瞬間通過曲軸及與其相連的滑塊對特定的模具做功而釋放能量。如今，隨著汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機以及其他鍛壓設備得到了迅速發(fā)展。眾所周知，由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高，質量好，能量省和成本低的優(yōu)點。近年來，曲柄壓力機廣泛應用于沖裁，落料，彎曲，折邊，淺拉伸及其他冷沖壓工序，是汽車，摩托車，家用電器，儀器儀表，輕工，國防工業(yè)，化工容器，電子等行業(yè)必備的關鍵設備。伴隨著工業(yè)的發(fā)展，壓力機的種類和數(shù)量越來越多，質量要求越來越大，能力越來越大，它在機械制造業(yè)和其它相關行業(yè)中的作用日趨顯著。因此對壓力機的精度和生產(chǎn)率等的要求也就越來越高，所以對壓力機曲柄滑塊機

9、構的設計是十分必要的，生產(chǎn)出具有高效率，高精度，低成本，自動化等現(xiàn)代化制造特點的壓力機，是值得研究和探討的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前在國外，由于汽車工業(yè)的迅速興起，曲柄壓力機以及其它制造設備也隨之蓬勃發(fā)展，在逐漸融入新技術，新材料后，更加推動了曲柄壓力機的改進與發(fā)展。傳動系統(tǒng)是曲柄壓力機的重要組成部分，其作用就是將電機的運動和能量按照一定的要求轉化為曲柄滑塊的運動。目前在國外，曲柄壓力機主要以批量生產(chǎn)在板沖和模鍛中被廣泛應用，專業(yè)化程度越來越高，朝著高速度，高精度和自動化的目標在發(fā)展，普遍采用CNC控制。專業(yè)化程度越來越高，朝著高速度，高精度和自動化的目標在發(fā)展。近年來，鍛壓機械的擁有量美國

10、約占32.4，日本約占34。日本已經(jīng)有了很多條熱模鍛壓力機生產(chǎn)線。聯(lián)邦德國奧穆科公司近年來制造的平鍛機和熱模鍛壓力機，都已經(jīng)采用微型計算機巡回檢測各軸承的溫度，顯示工藝力，對壓力機的安全運轉有著非常重要的作用。但最近幾年，多品種少量生產(chǎn)勢頭在國外越益強勁，要滿足經(jīng)濟的合理性，就要求制造機械擁有更高的柔性和通用性。在這種背景下，國外設計者們已經(jīng)在傳統(tǒng)的機械壓力機上經(jīng)過反復試驗，設計出一些具有創(chuàng)新的壓力機。這些壓力機可以適應多變的工藝過程，通用性比以往有很大提高，擁有更高的柔性。其中機械驅動源采用液壓驅動，兼容了機械壓力機和液壓機的優(yōu)點，體現(xiàn)出未來壓力機的突出特征。我國的沖壓技術是在新中國成立以后

11、才發(fā)展起來的。解放以前，我國在曲柄壓力機的生產(chǎn)上十分落后，只能制造出一些手動沖床。在解放以后才有了快速的發(fā)展，迄今為止，在國內(nèi)從事曲柄壓力機設計制造的企業(yè)非常多，分布也很廣，但這些企業(yè)生產(chǎn)的壓力機大多款式陳舊單一，檔次較國外比較低，只能占領中低端市場。只有個別企業(yè)靠自身研發(fā)與引進國外技術相結合的方式，生產(chǎn)出一些接近于國外先進技術水平的機床，如濟南第二機床廠的大型沖床就已經(jīng)返銷歐美。盡管我國現(xiàn)在已經(jīng)成為世界各種產(chǎn)品的加工中心，有大量曲柄壓力機投入使用，但其中由我國自行設計和制造的壓力機卻不多，大多是從國外引進或者與國外合作生產(chǎn)制造。由于引進技術和自行研究，壓力機的研制水平已經(jīng)達到了一個全新的高度

12、。但是，與工業(yè)發(fā)達的國家相比較，我國的曲柄壓力機制造業(yè)仍然是很落后的，主要表現(xiàn)在性能不好，質量不高和品種不全等方面。進入21世紀以來，中國鍛壓機械行業(yè)通過技術引進，合作生產(chǎn)及合資等多種方式，已經(jīng)快速地提高了我國的沖壓設備整體水平，近年來設計制造的很多產(chǎn)品，其技術性能指標已經(jīng)能夠接近世界先進水平，但仍存在差距，主要體現(xiàn)在設備的高速性，高精度性和穩(wěn)定性方面。因此，如何繼續(xù)縮小與國外先進產(chǎn)品的距離仍是我國設備制造企業(yè)需要面對的挑戰(zhàn)。1.3 曲柄壓力機的工作原理及主要參數(shù)1.3.1 曲柄壓力機的工作原理曲柄壓力機是以曲柄傳動的鍛壓機械，其工作原理是電動機通過三角帶把運動傳給大皮帶輪，再經(jīng)小齒輪，大齒輪

13、，傳給曲軸。連桿上端連在曲軸上，下端與滑塊連接，把曲軸的旋轉運動變?yōu)檫B桿的上下往復運動。上模裝在滑塊上，下模裝在墊板上。因此，當材料放在上下模之間時，及能進行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝的需要，滑塊有時運動，有時停止，所以裝有離合器和制動器。壓力機在整個工作周期內(nèi)進行工藝操作的時間很短，也就是說，有負荷的工作時間很短，大部分時間為無負荷的空程時間。為了使電動機的負荷均勻，有效的利用能量，因而裝有飛輪。本次曲柄壓力機的設計中,大皮帶輪的設計兼有飛輪的作用。工作原理圖如下圖： 圖1-1 工作原理圖1.3.2 曲柄壓力機工作的特點剛性傳動，滑塊運動具有強制性質a. 上下死點、運動速度、閉合

14、高度等固定便于實現(xiàn)機械化和自動化b. 定行程設備自我保護能力差，工作時形成封閉力系c. 不會造成強烈沖擊和振動d. 不允許超負荷使用，一個工作循環(huán)中負荷作用時間短，主要靠飛輪釋放能量e. 工作時尖峰負荷不會對電網(wǎng)造成沖擊f. 不能夠超能量使用1.3.3 J23-40型壓力機主要參數(shù)公稱壓力(t)：40滑塊行程（mm）：40行程次數(shù)（次/min）：80公稱壓力時下死點距離（mm）：7/2固定行程（mm）：100調(diào)整行程（mm）：100/10活動臺位置（mm）：400/2001.4 本章小結本章主要介紹了設計的研究背景以及壓力機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，通過對壓力機工作原理的闡述，引出本設計的研究對象曲柄

15、滑塊機構及其主要技術參數(shù)，并對本設計的重點、難點加以描述。33第2章 曲柄滑塊機構的運動分析與受力分析2.1 曲柄滑塊機構的運動規(guī)律曲柄滑塊機構運動簡圖如圖2-1所示。結點正置于曲柄滑塊機構運動簡圖中，圖中， OA 是曲柄，O點是曲柄的旋轉中心。AB 為連桿，A 點是曲柄和連桿的連結點，B 點為連桿與滑塊的連結點。曲柄長度為 R，也叫做曲柄半徑，連桿長度為 L， 稱為連桿系數(shù)。對于通用的壓力機，一般為 0.10.2。圖2-1 曲柄滑塊機構的運動簡圖2.1.1 滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系當曲柄滑塊轉動時，從上止點轉到下止點， 滑塊從 點降至點（如圖2-1），全行程 。設曲柄轉至下死點時的曲柄

16、轉角為，曲柄逆時針運動到上死點時曲柄轉角為，連桿的中心線與滑塊運動方向之間的夾角為。滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系表達式為： （2-1）而，則，又，所以，將其帶入整理得 （2-2）為連桿系數(shù)，在通用的壓力機中，一般為 0.10.2。故上式在整理后可得 （2-3）式中 滑塊行程（從下死點算起） 曲柄轉角（從下死點算起,與曲柄旋轉方向相反者為正） 曲柄半徑 連桿長度 連桿系數(shù)因此，當已知曲柄的半徑和連桿系數(shù)時，便可以從上式計算出對應不同的值。由余弦定理可知 （2-4）2.1.2 滑塊的速度和曲柄轉角之間的關系在求出滑塊的位移與曲柄轉角之間的關系后，把位移對時間求導就可以求得滑塊的速度。求導過程如下

17、：而， 所以式中滑塊速度曲柄的角速度又，所以滑塊的運動速度 和曲柄轉角之間的關系式為： （2-5）式中曲柄每分鐘的轉數(shù)從上式可以看出，滑塊的速度是隨著曲柄的轉角的變化而變化的。在時，。曲柄轉角增大時，滑塊的速度也隨之顯著增加，但在時，速度的變化是很小，而數(shù)值卻是最大的。因此，常常取曲柄轉角時的滑塊速度作為最大速度。用表示。即 （2-6）上式表明，滑塊的最大速度與曲柄的轉速，曲柄半徑是成正比的，越高，越大，滑塊的最大速度也越大。2.2 曲柄滑塊機構的受力分析曲柄滑塊機構能否滿足工藝的要求，除了檢驗曲柄滑塊機構的運動規(guī)律是否符合要求，還必須對曲柄滑塊機構的強度進行校核。為了更準確的進行強度校核，首

18、先要確定滑塊機構中的主要零部件的進行受力狀態(tài)。2.2.1 忽略摩擦情況下滑塊機構的力學分析圖2-2 忽略摩擦和零件自身重量時曲柄滑塊機構的受力圖1.連桿及導軌受力圖2-2為忽略摩擦和零件自身重量時滑塊的受力情況?？紤]B點力的平衡得由前推導可知，若，當時，。當，。在通常情況，尤其是通用壓力機，遠遠小于0.3,所以遠遠小于。由于角較小，所以，可以認為，故上述兩式可以寫為 （2-7） （2-8）式中連桿作用力； 導軌作用力； 工件變形力； 連桿系數(shù)； 曲柄轉角。2.曲軸所受扭矩曲軸上所受的理想扭矩為 而 又 所以 又 所以 （2-9）式中R曲柄半徑 連桿系數(shù)；曲柄轉角。從以上上述公式可以得出，雖然工

19、件所受的變形力P一定，而曲軸所受的扭矩是隨著曲柄轉角的變化而變化的，的值越大，的值就越大，也就是說在比較大的曲柄轉角下工作時，曲軸上所受的扭矩就會比較大。當曲柄轉角等于公稱壓力角時，即時，曲軸上所受的理想扭矩就稱為理想公稱扭矩。即 （2-10）此公稱扭矩是設計曲軸的基礎。我們在上述分析連桿和曲軸所傳遞的扭矩過程當中,沒有考慮各運動部位的摩擦問題。這種處理問題的方法對于分析連桿的受力來講,誤差是非常小的，并且簡化了計算，是可以應用的。但是,在計算曲軸傳遞的扭矩時,如果不考慮摩擦的影響,卻會帶來比較大的誤差,因此，在計算時應考慮由摩擦所增加的扭矩。2.2.2 考慮摩擦情況下滑塊機構的力學分析求曲柄

20、滑塊機構的摩擦扭矩主要有兩種方法，那就是能量法和力法，在這里我們主要運用能量法進行滑塊機構的受力分析。壓力機在工作時，曲柄滑塊機構中的摩擦主要發(fā)生在四處：1 滑塊導軌面的摩擦。摩擦力的大小為 （2-11） 摩擦力的方向與滑塊的運動方向相反，形成了對滑塊運動的阻力。該阻力經(jīng)過連桿作用到曲軸上，從而增加了曲軸所需傳遞的扭矩。2. 曲軸支承頸與軸承之間的摩擦。曲軸旋轉時,軸承對軸頸的摩擦力分布在軸頸的工作面上,這些摩擦力對軸頸中心形成與軸頸旋轉方向相反的阻力矩。對支撐1、2其值分別為：兩個支撐的總阻力矩為 （2-12）由于小齒輪的作用力比小很多，所以可以認為兩個支反力的和為 （2-13）所以上式變?yōu)?/p>

21、 （2-14）3. 曲柄頸與連桿大端軸承之間的摩擦,它與上一種摩擦一樣,也會形成阻力矩,且可按下式計算: （2-15）4. 連桿銷與連桿小端軸承之間的摩擦。它也會形成阻力矩: （2-16）上述三個阻力矩，都會是曲軸增加所需傳遞的扭矩。根據(jù)功率平衡原理，曲軸所需要增加的扭矩在單位時間內(nèi)所做的功，等于克服各處摩擦所消耗的功率。即 （2-17）式中 滑塊移動速度；曲柄的轉動角速度；、連桿的擺動角速度。根據(jù)運動學原理，連桿AB為平面運動，或可從下述關系中求出 （2-18）式中 連桿B點的相對速度。而 =取，則，經(jīng)整理后得由于摩擦使曲軸所增加的扭矩為：（2-19）最后得到考慮摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩為=

22、 （2-20）式中 R曲柄半徑； 曲柄的轉角； 連桿系數(shù)； 摩擦系數(shù),一般取0.05； 曲軸支承頸的直徑； 曲軸頸的直徑； 連桿銷的直徑； P坯料抵抗變形的反作用力。為了便于計算，式（2-15）可寫成如下形式 （2-21） （2-22）稱為當量力臂，就是在考慮摩擦后總的當量力臂。當時，曲軸上的扭矩及稱為公稱扭矩，即 （2-23）而相應的當量力臂便稱為公稱當量力臂，即 （2-24）2.3 本章小結本章是曲柄滑塊機構結構設計的理論基礎，主要對曲柄滑塊機構的運動規(guī)律和受力情況進行了分析，其中具體包括滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系、滑塊的速度和曲柄轉角之間的關系、忽略摩擦情況下滑塊機構的力學分析、考慮

23、摩擦情況下滑塊機構的力學分析等。在受力分析中，本章對滑塊和連桿的受力情況做了具體了分析，其中的一些計算公式在后續(xù)的曲軸和連桿的設計中都會用到，因此，本章是整個設計的基礎部分。第3章 曲軸軸系部件的設計計算3.1 曲柄形式(a).曲軸驅動的曲柄滑塊機構(b).偏心軸驅動的曲柄滑塊機構(c).曲拐驅動的曲柄滑塊機構(d).偏心齒輪驅動的曲柄滑塊機構1 支承頸; 2 曲柄臂; 3曲柄頸; 4 連桿; 5曲拐頸; 6 心軸; 7偏心齒輪3.1.1 曲軸驅動的曲柄滑塊機構工作原理：曲軸旋轉時，連桿作擺動和上、下運動，使滑塊在導軌中作上、下往復直線運動。 特點：曲軸雙端支承，受力好；滑塊行程較大，行程不可

24、調(diào)。大型曲軸鍛造困難，受彎、扭作用，制造要求高。 適用范圍：主要用于較大行程的中小型壓力機上。 圖3-2 J23-40壓力機的曲柄滑塊機構結構圖1、打料橫梁 2、滑塊 3、壓塌塊 4、支承座 5、蓋板 6、調(diào)節(jié)螺桿 7、連桿體 8、軸瓦 9、曲軸 10、鎖緊螺釘 11、鎖緊塊 12、模具夾持塊3.1.2 偏心軸驅動的曲柄滑塊機構工作原理：當偏心軸轉動時，曲軸頸的外圓中心以偏心軸中心為圓心做圓周運動，帶動連桿、滑塊運動。特點：曲軸頸短而粗，支座間距小，結構緊湊，剛性好。但偏心部分直徑大，摩擦損耗多，制造比較困難。適用范圍：主要用于行程小壓力機上。 3.1.3 曲拐驅動的曲柄滑塊機構工作原理：當曲

25、拐軸轉動時，偏心套的外圓中心以曲拐軸的中心為圓心做圓周運動，帶動連桿、滑塊運動。特點：曲拐軸單端支承，受力條件差；滑塊行程可調(diào)（偏心套或曲拐軸頸端面有刻度）。便于調(diào)節(jié)行程且結構簡單，但曲柄懸伸剛度差。適用范圍：主要用于中、小型壓力機上圖3-3 JB21-40壓力機的曲柄滑塊機構結構圖1、滑塊 2、調(diào)節(jié)螺桿 3、連桿體 4、壓板 5、曲拐軸 6、偏心套3.1.4 偏心齒輪驅動的曲柄滑塊機構工作原理：偏心齒輪在芯軸上旋轉時，其偏心頸就相當于曲柄在旋轉，從而帶動連桿使滑塊上下運動。特點：偏心齒輪芯軸雙端支承，受力好；偏心齒輪只傳遞扭矩，彎矩由芯軸承受；受力情況比曲軸好，芯軸剛度大。結構相對復雜，但鑄

26、造比曲軸鍛造容易解決。 適用范圍：常用于大中型壓力機上。 3.2 曲軸的設計計算3.2.1 曲軸材料的選定曲軸為壓力機非常重要的傳動零件，受力比較復雜,所以制造條件要求較高,一般選用45號鋼鍛制而成。鍛比一般為2.53。有一些中、大型壓力機的曲軸則用合金鋼鍛造，例如、，鍛比則需要大于3。對于小型壓力機的曲軸，在國內(nèi)有些制造廠用球墨鑄鐵鑄造。鍛制的曲軸加工后應進行調(diào)質處理，有時還需要在兩端切割試件進行機械性能試驗。對于大型曲軸，有時在支承頸和曲柄頸中心處鉆深孔，以改善淬透性，提高機械性能。曲柄支承頸和曲柄頸需加以精車或磨光。為了延長曲軸壽命，在各軸頸特別是圓角處，最好用滾子輾壓強化。查閱相關手冊

27、,參考同類型的曲柄壓力機曲軸常用材料,本次設計的曲軸采用40Cr鍛造而成，曲軸在粗加工后進行調(diào)質處理，調(diào)質后硬度不低于270HB,鍛造比取3。3.2.2 估算曲軸的相關尺寸在設計曲軸時，首先根據(jù)經(jīng)驗公式?jīng)Q定曲軸的有關尺寸，然后再根據(jù)理論公式進行精確校核。曲軸由支承頸、曲柄臂、曲柄頸三部分組成,如圖3-3。圖3-3 曲軸各部分尺寸示意圖根據(jù)曲柄軸尺寸經(jīng)驗公式 （3-1） 式中 壓力機公稱壓力（KN），此處得支承頸直徑。其余各部分尺寸見表3-1。表3-1 曲軸有關尺寸經(jīng)驗公式曲軸各部分尺寸名稱代號經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算尺寸曲柄頸直徑120支承頸長度180曲柄兩臂外側面間的長度225曲柄頸長度150圓角半徑9

28、曲柄臂的寬度135曲柄半徑固定行程的一半503.2.3 曲軸的強度及剛度校核一、強度校核曲軸的危險截面主要是曲柄頸截面和支承頸截面，即截面和截面（如圖3-4）。圖3-4 曲軸危險截面示意圖1.曲柄頸危險截面的校核齒輪在曲軸上的作用力要比連桿對曲軸的作用力小得多，故可忽略不計；而連桿對曲軸的作用力可近似看成是等于公稱壓力，并且分別以的一半作用在連桿的軸瓦兩側。如此，危險截面的彎矩為 （3-2） 截面的最大應力為 （3-3）式（3-2）和（3-3）中公稱壓力；曲柄頸長度；曲柄兩臂外側面間的長度；曲柄頸直徑；圓角半徑；彎曲截面系數(shù)。帶入已知數(shù)據(jù)，計算得：因為，故曲軸頸截面的強度符合要求。在曲軸的曲柄

29、頸上，除了受彎矩作用以外，還會受到扭矩的作用，此時應當按彎扭聯(lián)合作用計算。但是，由于所受彎矩要比扭矩大得多，所以忽略扭矩計算的應力和考慮扭矩計算的應力差不多。因此，本次設計中曲軸的曲柄頸用式（3-3）計算截面的應力就足夠準確。2.支承頸危險截面的校核曲軸除在曲柄頸的截面處有可能發(fā)生破壞以外，也可能在支承頸的截面處發(fā)生破壞，所以，還需校核截面處的強度。在支承頸截面處，也受到了彎扭聯(lián)合作用，但是這里和曲柄頸的截面恰恰相反，扭矩要比彎矩大得多，所以可以忽略彎矩在此處的影響。截面處的扭矩為 （3-4）最大剪應力為 （3-5）式中公稱壓力；支承頸直徑；公稱當量力臂，見式（2-19）；扭轉截面系數(shù)。帶入已

30、知數(shù)據(jù)，計算得：因為，故支承頸截面的強度符合要求。曲軸許用應力如表3-2所示。表3-2 曲軸許用應力（）材 料45調(diào)質360010001400750100040調(diào)質50001400200010001500調(diào)質65001800260014002000調(diào)質75002100300016002300二、剛度校核曲軸的剛度計算，利用摩爾定理就可計算曲柄頸中點的撓度。第一項很小，可以忽略，故簡化公式為：式中 壓力機公稱壓力（）； 彈性模量，對鋼曲軸； 曲柄頸長度； 曲柄臂寬度； 圓角半徑；支承頸、曲柄臂、曲柄頸的慣性矩；式中 、支承頸、曲柄頸直徑；曲柄臂高度；曲柄臂寬度；曲柄臂形心至曲柄頸形心的距離。曲柄

31、頸中點的計算撓度與實測撓度見表3-3表3-3 曲柄頸中點的計算撓度與實測撓度表壓力機型號或噸位計算撓度實測撓度J23-400.1720.179三、鍵的選擇與校核鍵是標準件，通常用于聯(lián)接軸和軸上的零件，能夠起到周向固定的作用并且傳遞轉矩。根據(jù)傳遞轉矩的大小和軸上的零件是否需要沿軸向滑移以及滑移距離的長短，還有對中性的要求，鍵在軸上的位置等，本次設計采用普通平鍵，材料使用鑄鋼。這種鍵聯(lián)接具有對中性好、結構比較簡單、裝拆比較方便等特點。根據(jù)鍵在軸段的直徑從標準中選取鍵的剖面尺寸，。平鍵聯(lián)接的失效形式主要有以下幾種：工作面的過度磨損，工作面被圧潰，有的情況下還會出現(xiàn)鍵被剪斷的情況。對于尺寸按標準選擇的

32、鍵來說，一般只按工作面的擠壓應力來進行強度校核。 （3-6）式中 傳遞轉矩； 鍵的高度； 鍵的工作長度； 軸的直徑； 鍵的數(shù)目； 許用擠壓應力。代入數(shù)據(jù)計算得Pa故所選平鍵符合要求。3.3 連桿和裝模高度調(diào)節(jié)機構為了能適應不同高度的模具，壓力機的裝模高度應當是可以調(diào)節(jié)的。如圖4-1所示，裝模高度的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)連桿的長度來實現(xiàn)的。也就是說，連桿部件不是一個整體，而是由連桿2和調(diào)節(jié)螺桿3組成的。調(diào)節(jié)螺桿的下端的球頭和滑塊6相聯(lián)接，使用扳手轉動調(diào)節(jié)螺桿，就可以調(diào)節(jié)連桿的長度。圖3-5 曲柄壓力機剖面圖壓力機在沖壓工件的過程當中，裝模高度是應該保持不變的。如果裝模高度變大了，則可能會造成所加工工件出

33、現(xiàn)廢品；如果裝模高度變小了，就有可能會造成模具的損壞，或者壓力機出現(xiàn)過載現(xiàn)象。鑒于此，為了防止裝模高度在加工過程中自行改變，滑塊機構中設有鎖緊裝置，它是由鎖緊塊8以及鎖緊螺釘7組合而成。鎖緊塊上有正反扣螺紋，鎖緊螺釘上也具有相同的正反螺紋與其相配合。轉動鎖緊螺釘，就可以使鎖緊塊緊緊壓住調(diào)節(jié)螺桿，這樣就可以防止因調(diào)節(jié)螺桿松動而造成的裝模高度變化。上面所用到的連桿式靠一個球頭和滑塊相聯(lián)接，因此稱為球頭式連桿。除此以外，還有柱銷式連桿。這種形式的連桿是一個整體，它通過連桿銷、調(diào)節(jié)螺桿與滑塊相聯(lián)接調(diào)節(jié)螺桿由蝸輪蝸桿來驅動。這種結構的連桿雖然是一個整體，長度不可調(diào)，但是轉動蝸輪蝸桿就可使滑塊上下移動，所

34、以也可以達到調(diào)整裝模高度的目的。3.4 連桿結構的設計計算 3.4.1 連桿的選擇球頭式連桿和柱銷式連桿在生產(chǎn)上均有使用，各有各的優(yōu)缺點。球頭式連桿的結構比較緊湊，并且壓力機的高度還可以降低。但是球頭加工比較困難，需用專用設備進行加工。柱銷式連桿與球頭式螺桿相反，加工相對簡單，但是隨著壓力機的壓力增大，柱銷的直徑就隨之增大。所以對于大型壓力機來說，采用柱銷式連桿就不太合理，因此就有了柱面結構，即銷子和連桿孔之間有間隙。在工作的行程時，由柱面接觸來傳遞載荷?；爻虝r，銷子承受著滑塊的重量及拔模力。如此，銷子的直徑就可以減小，但柱面加工困難。在有些壓力機當中，也會采用柱塞導向式的連桿，即連桿不是直接

35、和滑塊相連接的，而是通過一個導向柱塞和滑塊相連接。這樣，偏心輪就能夠菲比在機身的上梁當中，變成浸油的潤滑，這樣可以減少齒輪的磨損，還能降低傳動中的噪聲。此外，導向柱塞在導向套筒中滑動，就相當于加長了滑塊的導向長度，從而提高了壓力機的運動精度。它的主要缺點是加工、安裝較為復雜，壓力機的高度有所增高。綜合各連桿的優(yōu)缺點，本次設計中的曲柄滑塊機構采用球頭式連桿。連桿使45鋼來制造。球頭式連桿中調(diào)節(jié)螺桿則使用45號鋼鍛造加工，調(diào)質處理，球頭表面淬火，硬度為230-260HBC。調(diào)節(jié)螺桿的螺紋通常常采用強度較高的特種止推螺紋和梯形螺紋。由于壓力機是在重載的情況下工作，所以采用梯形螺紋，尺寸為M80

36、15;12。3.4.2 連桿尺寸設計計算 在設計連桿時，首先根據(jù)經(jīng)驗公式確定連桿的有關尺寸，然后再根據(jù)理論公式進行校核。尺寸計算主要包括連桿以及螺桿尺寸。連桿上的作用力，的大小和壓力機公稱壓力以及曲柄滑塊機構中連桿的數(shù)目有關。對于單點壓力機，（為公稱壓力）。球頭式連桿的連桿及螺桿尺寸的經(jīng)驗公式計算見表3-4。表3-4 連桿尺寸表計算部位代號經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算尺寸球頭調(diào)節(jié)螺桿100807090連桿120160連桿總長度L的確定在確定連桿的長度L時，根據(jù)壓力機的工作特性，結構特點，以及精度和剛度的要求等全面考慮。一般開式壓力機連桿系數(shù),即連桿長度。取，即3.4.3 連桿及調(diào)節(jié)螺桿的強度校核1. 調(diào)節(jié)螺桿

37、最大壓縮應力校核曲柄壓力機在工作時，連桿會受到壓力作用。因為調(diào)節(jié)螺桿截面積比較小，所以一般只校核調(diào)節(jié)螺桿的壓縮應力就可以了。校核公式如下： （3-7）式中 連桿上的作用力； 調(diào)節(jié)螺桿的最小截面積； 許用壓縮應力。由于連桿兩端摩擦及動態(tài)工作的影響，實際應力比計算應力增大較多，所以許用應力應該取較小一點的數(shù)值。45號鋼調(diào)質：；球鐵：；球鐵：。根據(jù)連桿的估算數(shù)據(jù)知，則節(jié)螺桿的壓縮應力由于調(diào)節(jié)螺桿采用45號鋼鍛造，所以故調(diào)節(jié)螺桿符合強度要求。2. 調(diào)節(jié)螺紋的強度校核本次設計的調(diào)節(jié)螺紋采用的是梯形螺紋。因為螺母（對于球頭式連桿來說，螺母就是連桿體。對于柱銷式連桿來說，螺母就是蝸輪）的材料通常要比調(diào)節(jié)螺桿

38、的材料差，所以，只需檢驗螺母上的螺紋強度。螺母上的螺紋破壞的可能性有三種：即牙齒表面的擠壓破壞和牙齒根部的彎曲、剪切破壞。經(jīng)分析，只校核彎曲強度就可以了。因為螺紋可以看成是連桿上的作用力作用在螺紋中徑處的懸臂梁，因此，螺母上的螺紋在牙根處的最大彎曲應力為 （3-8）式中 螺紋根部的彎矩； 螺紋根部的截面系數(shù)。 （3-9）式中連桿上的作用力；螺紋的外徑；螺紋的內(nèi)經(jīng)；螺紋的最少工作圈數(shù)。 （3-10）式中 螺紋的最小工作高度，即在裝模高度調(diào)節(jié)到最小時的螺紋工作高度； 螺距。 （3-11）式中 螺紋牙根處的高度，對于特種鋸形螺紋，對于梯形螺紋。所以 （3-12） 或 （3-13）應使 許用應力的取值

39、，可參考如下：鑄鐵 ；鑄鋼 ；球鐵 。 代入已知數(shù)據(jù)計算得 螺桿采用45鋼，所以，故調(diào)節(jié)螺紋的強度符合要求。第4章 滑塊部件的結構設計4.1 滑塊與導軌的結構曲柄壓力機中的滑塊是一個箱形的結構，如圖4-1所示，它的上面和連桿相連接，而下邊則安裝著模具的上模，并且能夠沿機身上的導軌上下運動，這樣，把連桿的擺動轉變?yōu)樯舷碌闹本€往復運動?；瑝K的下端底面還開有模柄孔或T 形槽，以便于安裝模具的上模。除此以外，在滑塊的里面開有安裝打料橫桿的打料孔，還裝有壓塌式保護裝置等。圖4-1 滑塊示意圖4.1.1 滑塊的導向調(diào)節(jié)間隙在壓力機的設計制造過程中，保證加工精度是尤為重要的一點，為此必須保證滑塊的導向平面與

40、底平面垂直，以便使滑塊的底面與工作臺的上平面之間的平行度達到要求值，即保證滑塊的運動方向和工作臺之間的垂直度?；瑝K的導向平面與導軌之間應該保持一定的間隙，并且是可以調(diào)整的。如果間隙過小，則摩擦阻力會增大大，潤滑條件也較差，如此一來便會加劇導向平面與導軌之間的磨損，減低傳動的效率，還會增大能量的損失。倘若間隙過大，那樣就不能確?；瑝K的運動精度，從而會影響模具上下模之間的間隙，當滑塊承受偏心載荷時容易產(chǎn)生傾斜，這樣便會加劇導向面和模具之間的磨損。因此，為了使滑塊導向面與機身導軌磨損后能夠調(diào)整導向間隙，滑塊的導向間隙應當設計成可以調(diào)整的?；瑝K的導向面應該足夠長，以此來保證滑塊的運動精度。因此滑塊的高

41、度必須做的足夠高?；瑝K的寬度與高度的比值，在閉式單點壓力機上大約為1.081.32,而在開式壓力機上則在1.7左右。4.1.2 導軌的形式導軌的形式主要有v型導軌、四面導軌、四面斜導軌、八面導軌等。有些壓力機中的四個導軌均可以單獨調(diào)節(jié)，這是靠一組可以推拉的螺栓來完成的。這種四面都能調(diào)節(jié)的導軌可以提高壓力機的工作精度，但是調(diào)節(jié)比較困難。有些壓力機中的則做成了兩個都是固定的，另兩個是可以調(diào)節(jié)的，這樣固定的導軌就要承受滑塊的側向力，這種形式具有調(diào)節(jié)容易的優(yōu)點，但是工作精度卻受到了一定的影響。近年來，通用壓力機中可以看到一些八面調(diào)節(jié)導軌間隙結構，這種樣式的滑塊導軌的每個導軌面都能夠單獨調(diào)節(jié)，在每一個調(diào)

42、節(jié)面上都有一組推拉螺栓。這種結構的導軌不僅導向精度高，還具有調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。對于開式壓力機來說，通常做成兩根V形導軌，如圖4-2。圖4-2 滑塊導軌表4-1為開式壓力機滑塊的導向長度和滑塊、導軌主要尺寸，可供設計參考。表4-1 滑塊尺寸表 公稱壓力項目 （噸）6.31016254063100160400對照尺寸行 程S3045556580100130160200導軌長200250320350455580600770900滑塊尺寸導向長2352953874255406807509381100前 后120150180220260360380375600 左 右1782202303033005286

43、06630980比例關系6.716.567.046.546.756.85.765.865.51.321.341.381.41.81.291.231.491.120.850.840.830.820.840.850.80.820.81滑塊導向長度有兩種形式，即長導和短導向。增加滑塊的導向長度，有利于提高導向精度，加長導向長度已是世界各國共同的趨勢。4.2 滑塊與導軌的材料選擇小型壓力機中的滑塊通常使用的材料為鑄鐵QT600-3，中型壓力機當中的滑塊材料通常為鑄鐵HT20-40和稀土球鐵，有時也會使用鋼板焊接而成。大型壓力機當中的滑塊通常用Q235鋼板來焊接而成，焊接后一般還要進行退火處理。有一些壓

44、力機在導向面上鑲有酚醛層壓布板，以便提高滑塊的耐磨性。導軌滑動面的材料通常使用鑄鐵HT20-40。對于速度高、偏心載荷比較大的壓力機來說，則用鑄造青銅或者鑄造黃銅來制造。對于一些高速壓力機來說，為了減小摩擦，提高機器的耐用程度以及滑塊的運動精度，則采用滾針導軌。從本次設計壓力機的公稱壓力和運動速度考慮，滑塊和導軌均采用鑄鐵QT600-3來制造。4.3 滑塊的有限元分析滑塊是壓力機工作過程中的重要零件, 受力復雜?；瑝K的強度分析是曲柄壓力機設計中的一個非常重要的環(huán)節(jié),對于這方面已有很多人做過研究計算。而滑塊的剛度分析也非常重要, 如果滑塊剛度不足,可能造成底面的變形，從而影響它們的工作可靠性和耐

45、磨性，以及工作精度。確定滑塊剛度的方法有兩種: 一是試驗研究, 二是分析計算。由于試驗研究要花費很長的時間, 而且某一滑塊的試驗, 往往也不能代表整批滑塊的剛度, 在對壓力機的公稱壓力、下壓次數(shù)等改型設計時,還需要重新進行剛度試驗,因此, 通過試驗的方法研究滑塊的剛度不僅周期長，而且試驗費用高昂。隨著計算機技術的不但發(fā)展,現(xiàn)在我們可以用模擬實體的有限元分析方法來進一步研究滑塊,同時可以把解析法和有限元分析法得出的計算結果與實測結果進行比較,從而得出最優(yōu)的分析滑塊的方法。4.3.1 模型的生成所需模型直接按照設計尺寸用UG8.0建模，進而進行高級仿真，利用UG8.0的NASTRAN模塊求解除有限

46、元分析結果。4.3.2 模型的簡化在對滑塊進行有限元模擬分析時, 由于滑塊是形狀規(guī)則的箱體類零件, 具有規(guī)則的形狀、較大的尺寸（與同一臺壓力機的其他零件相比）等特點。從總體上看, 曲軸是對稱體, 所以對滑塊進行有限元模擬分析時必須選取整體滑塊作為研究對象。根據(jù)滑塊的結構形狀特點, 以有限元計算的數(shù)據(jù)準備工作量、求解時間及精度等為基本尺度, 在滑塊建模時, 因其結構形狀復雜, 做了一些簡化, 這些簡化是以不影響滑塊的靜力學特性為前提的。由于在進行滑塊有限元分析的時候主要分析計算的是滑塊的整體強度, 如果在建模時考慮滑塊的各個孔和各處圓角以及梯形槽, 則會使此處的網(wǎng)格非常密集, 這就大大地增加了模

47、型的單元數(shù)量, 花費大量的求解時間, 而且生成的網(wǎng)格形狀也不理想, 降低了求解精度12，模型如圖所示。 圖4-3 滑塊理想化模型4.3.3 網(wǎng)格的劃分有限元分析中經(jīng)常碰到的問題是網(wǎng)格應如何劃分才能得到合理的結果，但不幸的是，還沒有確定的判別準則, 用戶必須自己進行判斷。在指定網(wǎng)格劃分方式時，選擇了3D四面體對由UG8.0構建的三維實體進行網(wǎng)格劃分，得到的網(wǎng)格模型如圖所示。圖4-4 滑塊有限元模型及網(wǎng)格劃分 4.3.4 約束條件與力的施加由于滑塊是在豎直方向上做直線運動的零件，主要是上下兩面受力，所以在確定約束條件時只要一端固定，則在另一端施加壓力即可。（a） （b）圖4-5 滑塊約束條件及均布

48、載荷加載方式 （a）約束條件 （b）加載方式4.3.5 UG8.0 NASTRAN計算結果分析 施加均布載荷的滑塊變形情況如圖4-6所示，可以看出受力最大處在滑塊與連桿連接處，最大變形處發(fā)生在滑塊底面兩端,而夾模柄在滑塊的正中間，幾乎沒有變形，所以不影響工作精度。結 論以上是J23-40壓力機曲柄滑塊機構結構設計，本次設計通過曲柄滑塊機構的運動分析和受力分析、曲軸部件的結構設計、連桿部件的結構設計、以及滑塊與導軌的結構設計四個部分進行的，每個部分通過選材、計算尺寸、強度校核等幾方面進行細致的分析，通過系統(tǒng)的計算與分析，本次設計的曲柄滑塊機構基本能滿足實際的應用。在完成畢業(yè)設計的過程中，我碰到了

49、很多的難題，但我最后還是堅持下來了。因為 我知道：做任何一件事，它都存在著或多或少的問題，相對與我們將來所要面對的困難來說這些只是很小的困難。難度，考驗，思考，這等等的一切對于我來說是一次很好的鍛煉，畢業(yè)設計它是凝聚了這三年來所學所會的各方面只是應用，能夠充分調(diào)動一個人的積極性，使理論與實踐綜合起來，然后去思考問題，解決問題，從而達到自己的目標。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成。參考文獻1. 何德譽.曲柄