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专用精压机机组设计 毕业论文 姓 名: 黄广坛 系 （部）： 机械工程系 班 级:09机械制造与自动化（1）班 学 号: 090402131 指 导 老 师: 何秋梅目 录目录I第一章 绪论11.1专用精压机总体介绍11.2上料机器人21.3精压机2第二章 专用精压机机构的结构分析72.1专用精压机主体单元机构示意图的绘制72.2专用精压机主体单元机构自由度分析计算8第三章 机械动力与传动系统设计103.1设计数据及设计内容103.2电动机类型选择103.3电动机额定功率的选择103.4电动机额定转速的选择113.5传送装置的总传动比及分配11第四章 带传动和链传动134.1 引言134.2 带传动设计与分析134.3 链传动设计与分析20第五章 精压机齿轮传动系统设计255.1引言255.1精压机圆柱齿轮减速器中的齿轮传动设计255.2 开式齿轮设计285.3精压机圆锥齿轮传动设计315.4 链板输送机中的蜗杆传动设计33第六章 机械联接366.1 引言366.2大带轮与减速器高速轴的键联接设计与计算366.3连杆盖与连杆体之间的螺纹联接37第七章 轴系零部件设计与分析387.1精压机主机所用的减速器高速轴轴系零部件的设计与分析387.2高速轴上的滚动轴承校核计算447.3曲轴连杆处滑动轴承校核计算45第八章 冲压机构的分析与设计468.1原始数据和设计要求468.2设计内容468.3设计方法与步骤46第九章 送料凸轮机构的分析与设计479.1 设计要求479.2设计过程47设计总结49致谢50参考文献51第一章 绪论1.1专用精压机总体介绍本论文介绍的专用精压机机组用于薄壁铝合金制件的静压深冲生产，它的功能是将薄壁铝板冲压成为深筒形。薄壁铝板是坯料，深筒形铝筒是成品。薄壁铝板捆扎成一定高度，由其他车间运至静压机机组一侧，等待冲压。精压机机组由三个机械单元组成：其一为上料机器人；其二为精压机，是机组的主单元；其三为链式运输机。三个单元的布置如图1.1所示：上料机器人铝板原料精压机主体链式输送机图1.1 精压机总体布置图1专用精压机机组的设计要求与原始数据（1） 冲压执行构件具有快速接近工件、等速下行拉延和快速返回的运动特性。（2） 精压成形制品生产率约每分钟50件（3） 上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm（4） 行程速比系数（冲头回收行程平均速度与冲头下冲平均速度之比）K1.3。（5） 冲头压力为60KN。（6） 送料机构的送料推板的推力为30N，推送距离为150mm，推送时间为0.5s；顶料机构的顶杆推力为10N，顶送距离为80mm，顶料时间为0.3s。以上推力已考虑了自重。（7） 机器运转不均匀系数为0.05。（8） 板链式输送机运行速度为0.32m/s，输送物品最大质量为20kg/m2。2精压机机组的工艺动作（1） 先由上料机器人将捆扎好的薄铝板坯料放到精压机主单元工作平台的料槽中。（2） 由精压机的送料机构将料槽中的薄铝板坯料推送到精压机的下模待冲压位置。（3） 精压机的送料机构回缩以后，其冲压机构的上模（冲头）开始冲压薄铝板，使之成形。（4） 冲压成形后，由精压机的顶料机构将成品顶出模腔。（5） 精压机的送料机构又开始推送薄铝板坯料，同时将已冲压好的成品推送到精压机的工作平台的斜槽，再由斜槽滑向链式运输机。（6） 由链式输送机再将成品运至指定地点。3精压机主单元运动传递路线 精压机主单元的运动传递路线如图1.2所示。冲压机构（连杆机构）开式圆柱齿轮传动单级圆柱齿轮减速器带传动电动机顶料机构（圆柱凸轮机构）送料机构（凸轮机构）锥齿轮机构链传动图1.2 精压机主单元的运动传递路线1.2上料机器人上料机器人及其组成如图1.3所示。上料机器人由机座、大转臂机构、小转臂机构、螺旋提升机构、抓去机构组成。 图1.3 上料机器人1.3精压机精压机是专用精压机机组的主体单元。精压机及其组成如图1.4、图1.5和图1.6所示，精压机由传动系统、冲压机构送料机构、顶料机构、机架组成。 图1.4 精压主体 图1.5 精压机的构成传动系统冲压机构送料机构顶料机构机架 图1.6精压机的组成（1）传动系统传动系统及其组成如图1.7和1.8所示。它由电动机及V带传动、一级斜齿圆柱齿轮传动、一级开式直齿圆柱齿轮传动（大齿轮兼作飞轮，图中未画出）及一级开式直齿圆锥齿轮传动四部分组成。电动机带动V带传动机构，V带传动通过一级斜齿圆柱齿轮传动将动力分别传给一对开式直齿圆柱齿轮和一对开式直齿圆锥齿轮传动。开式直齿圆柱齿轮传动将动力传给冲压机构，开式直齿圆锥齿轮传动将动力传给一根立轴，立轴上装有凸轮与小链轮，分别为送料机构和顶料机构提供动力。 1.电动机及V带传动 2.锥齿轮传动 3.斜齿圆柱齿轮传动4.直齿轮圆柱齿轮传动 图1.7 传动系统 图1.8 传动系统的组成（2）冲压机构 冲压机构及其组成如图1.9所示。冲压机构是一个曲柄滑块机构，曲轴6是曲柄，连杆由连杆盖4、连杆体12及连接它们的双头螺柱及螺母11构成，连杆通过下端的是球形头与滑块13相连，滑块的下端装有上模14；曲柄滑块机构的动力由齿轮8传入。螺钉2的作用是将轴承1固定在机架上；轴瓦3的作用是支承曲轴6；轴端挡圈9的作用是齿轮8进行轴向固定；油嘴5的作用是加润滑油润滑轴承。 1.滑动轴承座；2.螺钉；3.轴瓦；4.连杆盖；5.油嘴；6.曲轴；7.键；8.齿轮（兼作飞轮）；9.轴端档图；10.螺钉；11.双头螺柱及螺母；12.连杆体；13.滑块；14.上模图1.9 冲压机构的组成（3）送料机构 送料机构如图1.10所示。送料机构是一个凸轮机构（凸轮5、直动滚子推杆2）。立轴6带动凸轮5转动，凸轮5 推动推杆2，推杆2推动横梁组件1，横梁组件1上装有推料板7及导向杆9。导向杆9的作用是防止推料板7产生偏移。两个弹簧4的作用是让直动滚子推杆2与凸轮5保持接触，使推料板7能连续往复运动，完成推送坯料的动作。两个华东支承3固定在机架上，分别支承着直动滚子推杆2和导向杆9。1.横梁组件；2.推杆；3.滑动支承；4.弹簧；5.凸轮；6.立轴；7.推料板；8滑动架；9.导向杆图1.10 送料机构（4）顶料机构 顶料机构如图1.11所示。 顶料机构由一个链传动机构与圆柱凸轮机构组合而成。 小链轮5装在立轴1上，小链轮5通过链条6带动大链轮4，大链轮与一圆柱凸轮组合为一体，由此带动圆柱凸轮转动，圆柱凸轮推动直动滚子推杆2，使其进行上、下往复运动，完成顶料的动作。滑动支承3固定在机架上，它的作用是支承直动滚子推杆21.立轴；2.推杆；3.滑动支承；4.大链轮图柱凸轮组合；5.小链轮；6.料条图1.11 顶料机构1 链式输送机链式输送机及其组成如图1.12所示。图1.12 链式输送机第二章 专用精压机机构的结构分析专用精压机的各机构中应用了许多运动副，如下图所示。图2.1 专用精压机主机中的低副 图2.2 专业精压机主机中的高副2.1专用精压机主体单元机构示意图的绘制专用精压机主体单元由冲压机构，送料机构、顶料机构、传动系统组成。传送系统由电动机、V带传动、单极圆柱齿轮减速机、一级开式齿轮传动（兼作飞轮）组成；冲压机构由曲柄滑块机构组成；送料机构为一凸轮机构；顶料机构由链传动与凸轮机构组成。为了表达各个机构之间的运动的传递情况和构造特征，可绘制其机构示意图。专用精压机主体单元是一个复杂的机械系统，各机构又呈空间配置，难以选出对各个机构都合适的视图平面，但应能使主要机构表达充分、清楚。专用精压机主体单元机构示意图如图2.3所示。1-电动机；2-V带传动；3-减速器；4-齿轮传动（大齿轮兼作飞轮）；5-曲轴；6-连杆；7-上模冲头；8-顶料杆；9顶料凸轮；10-传动链；11-推料板；12-凸轮直动推杆13-盘形凸轮；14立轴；15-圆锥齿轮传动图2.3精压机主体单元机构示意图2.2专用精压机主体单元机构自由度分析计算为了简单地说明问题，下面仅取传动机构和冲压机构这部分进行自由度计算，如图2.4所示。有三处属于转动副重复，A、B、C转动副重复，只计算一个；F、G转动副重复，只计算一个；I、K转动副重复，只计算一个。无局部自由度，无复合铰链。至此，该机构共有6个运动机构，7个低副（在A、F、I、J、L、N处均为转动副，M处为移动副），3个高副，故根据机构自由度计算公式可以求得机构的自由度为F=3n-2p1-ph=36-27-3=1该机构有一个原动件，原动件的数目等于自由度，故该机构有确定运动。图2.4传动机构和冲压机构第三章 机械动力与传动系统设计3.1设计数据及设计内容设计数据包括：精压成形制品生产率约50件/min 。上模冲头移动总行程为280 mm，其拉延行程置于总行程的中下部，值s为100 mm 。冲头压力F=60 kN 。设计内容包括：选择电动机类型、功率、转速，计算传送装置的运动参数和动力参数等。3.2电动机类型选择本案例属小型压力机，对动力无特殊要求。按工作要求和工作条件，并考虑经济性和可维护性，选用一般用途的Y 系列三相异步电动机（IP44）。3.3电动机额定功率的选择精压机连续工作，所选电动机的额定功率稍大于所需电动机的输出功率即可。（1）工作机所需要功率 Pw 的计算按工作循环的总能量与工作循环的时间计算总能量来选择电动机，由题意知生产率约50件/min，则每秒生产：50/60=0.83 件 。整个冲压工作循环时间为t=（1/0.83）s =1.2 s 。可以认为，工作循环的总能量主要集中在冲压装置，冲压过程的能量又主要集中在拉延行程，所以工作循环的平均能量：A=Fs=60 000100 0.001 J =6000 J因此 =Fv/1000=FS/（1000t）=6000/（10001.2）kW = 5 kW（2）电动机额定功率的选择从电动机至滑块，主传送系统示意图如图3.1所示。图3.1主传动系统示意图其效率按串联计算，可得 分别为传送过程中带传动、滚动轴承、闭式齿轮、开式齿轮、曲轴与机架，曲轴与连杆、连杆与滑块的滑动轴承的传送效率。可得考虑推、送料机构需要加上10%，则负载平均功率为7.1 kW 。参照资料，选取标准值：3.4电动机额定转速的选择生产率约50件/min，则工作机最后的转速，查表参数，可估算电动机额定转速的范围：精压机工作转速一般，故采用同步转速为1500 r/min 的电动机。有表可查得：同步转速为1500 r/min、额定功率为7.5 kW 时，电动机型号为Y132M-4，额定转速。3.5传送装置的总传动比及分配（1）计算总传送比（2）传送比分配为了使传送系统外形尺寸大小、结构紧凑，采用较多的传送级数和每级传送比较小的方式。曲轴刚性大，转速也不低，拟安排曲轴上的大齿轮兼作了飞轮轴。基于上述考虑，从电动机至曲轴，安排了V带传动、闭式齿轮传送和开式齿轮传送三级传送，按表推荐的值，取V带传动的传送比为，取闭式齿轮传送的传送比为，则开式齿轮传动的传送比为（3）计算传动装置的运动参数和动力参数轴（电动机轴）轴（减速器高速轴）轴（减速器低速轴）轴（曲轴）第四章 带传动和链传动4.1 引言带传动和链传动是一种较为常用的、低成本的传动装置。它们都是通过挠性传动件，在两个或多个传动轮之间传递运动和动力。它们具有许多优点，如何在具有较大中心距的两轴间传递运动和动力而不必担心机构过于笨重；设计人员在布置电动机的时，无需精确固定电动机的空间位置便可以非常自由地选择合适的安装位置。在精压机的主传动系统设计中，考虑到带传动属于摩擦传动，传递的力矩不能太大，再加上它传动平稳，能缓冲减压，对机器有过载保护作用，因而把传动放在高速级。精压机的顶料机构对运动的平稳性和精确性要求不高，因此可采用链传动。具体位置如图4.1所示。带传动链传动 图4.1 4.2 带传动设计与分析一. 主要失效形式和设计准则V带传动的主要失效形式是打滑和疲劳断裂。因此，V带传动的设计准则是保证带传动在不打滑的前提下具有一定的疲劳寿命。二. 设计数据及设计内容设计的原始数据包含：需要传递的功率P，转速n1、n2（或传动比i）及工作条件。设计内容包括：选择带的型号，确定长度L、根数Z、传动中心距a、带轮基准直径及结构尺寸等。三设计说明精压机中的V带传动载荷变动较大，采用一班制工作。在第3章中，确定使用Y系列异步电动机，传动功率P=7.5kW,主动带轮转速n1=1 440 r/min，传动比为i=2.5。1.确定设计功率Pc Pc=KA P由表4-1查得KA=1.2，故 Pc = KA P = 1.27.5 = kW = 9 kW【说明】所用的计算公式、图表源自GB/T13575.1-92。KA为工作情况系数，是考虑载荷性质和动力机工作情况对带传动能力的影响而引进的大于1的可靠系数，其选取详见表4.1。在本实例中，根据载荷变动比较大，一班制工作，Y系列异步电动机的要求，选择KA=1.2。表4-1工作情况系数KA工作机原动机I类II类一天工作时间/h1010161610101616载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（5kW）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动较小 带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（7.5kW）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式提升机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和土木机械；纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大 破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机，棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8注：软启动类动力机为工作较平稳的动力机，如普通笼型交流电动机、同步电动机。并激直流电动机。 硬启动类动力机为工作震动较大的动力机，如各种非普通笼型交流电动机、复激或串激直流电动机，单缸发动机，转速小于600 r p m的内燃机等。2. 确定V带的型号考虑到带传动是整个机构中的易损坏环节，其故障将影响整个机构，而且相对于整个机构而言，带传动的成本微不足道，所以本实例中选用承载能力更高的窄V带。根据Pc=9kW几n1=1 440 r/min，查表2-4确定选用SPZ型的窄V带。【说明】（1）表4-2为普通V带型号选择图。根据P=Fv可知，转速一定时，功率越大，带中拉力越大，所需选择的带型就越大；功率一定时，转速越大，带中拉力越小，所需选择的带型越小。表4-2 单根普通V带的基本额定功率P0(1=2=180°，特定长度，载荷平稳) 单位： kW型号小带轮基准直径/mm小带轮转速min2004007308009801200146016001800200024002800Y200.020.020.020.030.030.030.040.04250.030.030.030.040.050.050.050.060.07280.030.040.040.050.050.060.060.070.0831.50.030.040.040.050.060.060.070.070.090.1035.50.040.050.050.060.060.070.070.080.090.11400.040.050.060.070.080.090.100.110.120.14450.040.050.060.070.080.090.110.110.120.140.16500.050.060.070.080.090.110.120.130.140.160.18Z500.060.090.100.120.140.160.170.180.200.220.26560.060.110.120.140.170.190.200.220.250.300.33630.080.130.150.180.220.250.280.300.320.370.41710.090.170.200.230.270.310.330.360.390.460.50800.140.200.220.260.300.360.390.410.440.500.56900.140.220.240.280.330.370.400.440.480.540.60A750.160.270.420.450.520.600.680.730.780.840.921.00800.180.310.490.520.610.710.810.870.941.011.121.22900.220.390.630.680.790.931.071.151.241.341.501.641000.260.470.770.830.971.141.321.421.541.661.872.051120.310.560.931.001.181.391.621.741.892.042.302.511250.370.671.111.191.401.661.932.072.252.442.742.981400.430.781.311.411.661.962.292.452.662.873.223.481600.510.941.561.692.002.362.742.943.173.423.804.06B1250.480.841.341.441.671.932.202.332.502.642.852.961400.591.051.691.822.132.472.833.003.233.423.703.851600.741.322.162.322.723.173.643.864.154.404.754.891800.881.592.612.813.303.854.414.685.025.305.675.762001.021.853.063.303.864.505.155.465.836.136.476.432241.192.173.593.864.505.265.996.336.737.027.256.952501.372.504.144.465.226.046.857.207.637.787.897.142801.582.894.775.135.936.907.788.138.468.608.226.80C2001.392.413.804.074.665.295.866.076.286.346.025.012241.702.994.785.125.896.717.477.758.008.067.576.082502.033.625.826.237.188.219.069.389.639.628.756.562802.424.326.997.528.659.8110.4711.0611.2211.049.506.133152.865.148.348.9210.2311.5312.4812.7212.6712.149.434.163553.366.059.7910.4611.9213.3114.1214.1913.7312.597.98 （2）当工况位于两种型号分界线附近时，可分别选择这两种型号进行计算，择优选择。若选用截面较小的型号，则根数较多，传动尺寸相同时可获得较小的弯曲应力，带的寿命较长；选截面较大的型号时，带轮尺寸、传动中心值会有所增加，带根数则较少。（3）如果小带轮直径选太大，则带传动结构尺寸不紧凑；选太小则带承受的弯曲应力过大。弯曲应力是引起疲劳损坏的重要因素，所以必须按推荐的数据选取。3. 确定带轮基准直径dd1、dd2（1）确定小带轮的基准直径dd1 根据表4-2选取dd1=125mm （2）验算带速v 5 m/sv25 m/s 带速合适 根据表4-2选取 dd2=315mm 4.确定带的基准长度Ld和实际中心距a （1) 初取中心距 ： 0.7（dd1+ dd2）a02（dd1+ dd2） 得 308880， 根据精压机的总体布局情况 初选 =800 mm（2）确定带的基准长度; Ld0表4-3 普通V带的基准长度系列及长度系数基准长度mm长度系数YZABCDE2000.812240.822500.842800.873150.873550.894000.960.874501.000.895001.020.915600.946300.960.817100.990.828001.000.859001.030.870.8110001.060.890.8411201.080.910.8612501.110.930.8814001.140.960.9016001.160.990.920.8318001.181.010.950.8620001.030.980.8822401.061.000.9125001.091.030.9328001.111.050.950.8331501.131.070.970.8635501.171.090.990.8940001.191.131.020.9145001.151.040.930.9050001.181.070.960.9256001.090.980.9563001.121.000.9771001.151.031.0080001.181.061.0290001.211.081.0510 0001.231.111.0711 2001.141.1012 5001.171.1214 0001.201.1516 0001.221.18查表4-3 取 Ld = 2240 mm4.计算实际中心距a 5.校验小带轮包角 6.计算V带的根数z 根据 dd1= 125mm ，n=1440r/min，查表4-2，用内插法得 P0=3.24KW由查表4-4查得； 表4-4单根普通V带i1时额定功率的增量P0 单位：kW型号传动比小带轮转速min2004007308009801200146016001800200024002800Y1.191.240.000.000.000.000.000.000.010.010.010.010.010.011.251.340.000.000.000.000.010.010.010.010.010.010.010.011.351.510.000.000.000.000.010.010.010.010.010.010.010.021.521.990.000.000.000.000.010.010.010.010.010.010.020.0220.000.000.000.000.010.010.010.010.010.020.020.02Z1.191.240.000.000.000.010.010.010.020.020.020.020.030.031.251.340.000.000.010.010.010.020.020.020.020.020.030.031.351.510.000.000.010.010.020.020.020.020.030.030.030.041.521.990.010.010.010.020.020.020.020.030.030.030.040.0420.010.010.020.020.020.030.030.030.040.040.040.04A1.191.240.010.030.050.050.060.080.090.110.120.130.160.191.251.340.020.030.060.060.070.100.110.130.140.160.190.231.351.510.020.040.070.080.080.110.130.150.170.190.230.261.521.990.020.040.080.090.100.130.150.170.190.220.260.3020.030.050.090.100.110.150.170.190.210.240.290.34B1.191.240.040.070.120.140.170.210.250.280.320.350.420.491.251.340.040.080.150.170.200.250.310.340.380.420.510.591.351.510.050.100.170.200.230.300.360.390.440.490.590.691.521.990.060.110.200.230.260.340.400.450.510.560.680.7920.060.130.220.250.300.380.460.510.570.630.760.89C1.191.240.100.200.340.390.470.590.710.780.880.981.181.371.251.340.120.230.410.470.560.700.850.941.061.171.411.641.351.510.140.270.480.550.650.820.991.101.231.371.651.921.521.990.160.310.550.630.740.941.141.251.411.571.882.1920.180.350.620.710.831.061.271.411.591.762.122.47根据传动比i=2.5，查表4-4得Ki=1.1199则 （1）、确定包角系数Ka 本实例a1 = ，由表4-5可得； 表4-5 包角系数 K包角7080901001101201301400.560.620.680.730.780.820.860.89包角1501601701801902002102200.920.950.961.001.051.101.151.20（2）、确定带长系数KL 由表可得SPZ型号V带的计算系数 C1 = 0.2473 ，C2 = 0.1870 ， 当Ld = 2240mm时， 得带根数: 取z=3根 【说明】带的根数Z越多，各根带的带长、带的弹性和带轮轮尺寸形状间的误差越大，受力越不均匀，因而产生的带的附加载荷越大，所以Z不宜过大，一般Z小于或等于7。当Z过大时，应改选带轮基准直径或改选带型，重新计算。 7、确定初拉力F0 式中：Pc为计算功率（kW）；v为带的根数；q为单位长度的质量（kg/m）。对SPZ型V带，由表可查得q = 0.07 kg/m。则：【说明】F0为初拉力。初拉力的大小是保证带传动正常的重要因