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1、本本科科毕毕业业设设计计小型锻压机的传动系统设计摘 要锻造是人类所知的最古老的金属加工工艺之一，早在公元前 2000 年，锻造即被用于生产武器、工具和珠宝，这一工艺是手工使用简单的锤子完成的。随着科技的进步，机械压力机的出现，大大减少了劳动力。机械压力机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机一般由工作机构、传动系统、操纵部分、能源系统和支撑部件组成。除上述基本部分外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统，过载保护装置以及气垫等。机械压力机传动系统尤为重要，包括齿轮传动和皮带传动等机构，将电机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速
2、逐渐降低，转矩逐渐增加。 关键词关键词：机械压力机，曲柄，锻造，开式模锻造。ABSTRACTForging is one of the oldest metalworking processes known to man. As early as 2000 B.C., forging was used to produce weapons, implements, and jewelry. The process was performed by hand using simple hammers. With the progress of science and technology, me
3、chanical press, greatly reduces the labor force. Mechanical press is through the crank slider mechanism to the rotary motion of the motor into reciprocating motion of the slider, the blank forming processing forging machinery. Mechanical press usually consists of a working mechanism, driving system,
4、 control, and energy systems and supporting component. In addition to the base portion, and a variety of auxiliary system and accessory device, such as a lubrication system, overload protection device and air cushion.The driving system of mechanical press is particularly important, including gear an
5、d a belt drive mechanism, the motor energy transmitted to the body of work, in the transmission process, gradually reduce the speed, torque increases gradually.Key words: Mechanical press, crank, forging, open-die forging.目录 1 引 言.11.1 课题的目的意义 11.2 锻压设备发展史及近几年来国内外发展状况 11.3 设计方案的可行性分析和预期目标.21.4 设计方案的
6、技术参数.42 锻压机传动系统的设计42.1 电动机功率的设计计算.42.2 飞轮转动惯量设计.52.3 带传动的设计.52.3.1 带轮的计算62.3.2 带轮的材料选用72.3.3 带轮结构设计72.3.4 连接件的选用82.4 齿轮传动设计计算.92.4.1 齿轮类型、精度等级、材料及齿数92.4.2 齿轮传动设计92.4.3 几何尺寸计算112.5 离合器及制动器的选用.112.5.1 离合器的选用122.5.2 制动器的选用152.6 输出轴的设计.172.6.1 曲轴的主要尺寸的确定172.6.2 曲轴的强度校核182.6.3 曲轴刚度计算202.6.4 曲轴处轴承的选用222.7
7、 输入轴的设计.232.7.1 输入轴的初步设计232.7.2 输入轴的结构设计242.7.3 输入轴的强度校核252.7.4 输入轴的刚度校核282.7.5 轴上轴承的选用282.7.6 轴上连接件的选择293 控制系统选择324 其他附件选用344.1 顶料装置 344.2 模具装夹 354.3 过载保护装置 354.4 滑块与导轨.365 总结37参考文献 39致 谢 .401 引 言1.1 课题的目的意义锻压设备一般采用机械传动，此次课题是对锻压机的传动系统进行设计。锻压机一般是通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构，从而使坯料获得预期的变形，制成所需的工件。通过此次课程设计，
8、要对锻压机床有初步的认识和了解，对机械行业的认知更进一步 。并且通过完成本设计课题，可以利用所学的知识，独立完成一般机械的设计过程，为毕业后从事机械设计、机械制造工作打下一个良好的基础。1.2 锻压设备发展史及近几年来国内外发展 状况锻压生产的历史课追溯到 2000 多年以前，然而直到第一次工业革命，手工锻造才被机器锻造所取代。伴随着蒸汽机的发明和蒸汽作为动力的应用，19 世纪出现了空气锤。1842 年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。 1795 年,英国的约翰布拉默（Joseph Bramah）发明了世界上第一台水压机。到 1870 年，应用液压传动技术的液
9、压机、挤压机、剪切机和铆接机的锻压设备已得到了普遍应用， 但直到 19 世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。 电气技术的发展和电机驱动的应用，进一步促进了液压机的发展。特别是 20 世纪 50 年代以后，随着计算机技术、控制技术、液压技术、加工制造技术和材料科学的发展锻压设备得到了快速发展，设备能力进一步提高。我国锻压设备的生产制造在 1949 年以前几乎是空白，新中国成立以后，通过引进技术、仿制和自行研制等方式，使锻压设备制造业从无到有，从小到大，建立了较完整的锻压设备设计、研制和生产体系。20 世纪 60 年代初，以万吨水压机为代表的各种锻压设备的研制成功，标志着我国装备制造业有了自己
10、的脊梁，为我国工业、农业、国防等行业的发展提供了强有力的支持。进入 20 世纪 80 年代以后，我国实行改革开放政策，锻压机械行业大力推行技术进步和科技创新，采取自主开发，引进国际先进技术和进行合作生产等多种方式，大大提高了设计开发能力和制造水平。目前我国研制的锻压设备，不仅能够保证良好的性能、质量和可靠性，在锻压设备的成套、生产线和数控化、自动化等方面也有了长足的发展，能开发、设计、制造大型精密高效的成套设备，自动生产线，柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）等。自改革开放以来，我国锻压设备的快速发展主要体现在以下方面：（1）随着微电子技术、自动控制技术的发展和广泛应用，我国锻压设备
11、自动化水平和数控技术有了大幅度提高，开发出了不同规格的数控锻压设备。（2）随着计算机设计技术的发展，锻压设备设计方法和设计手段也发生了根本的变化。（3）一大批科技攻关项目和科研成果得到了推广及应用，推动了锻压设备设计研究领域的技术进步和科研创新，开发了一批具有产权的锻压设备新产品。（4）产品种类不断完善。 （5）设备制造能力不断提高。但是，与世界上工业发达的国家相比，我国锻压设备的技术和水平还有一定的差距。如品种和规格不全，特别是大、高、精、尖的锻压设备有些还依赖进口；主机可靠性和自动化程度还有待于进一步提高，在国际市场上还缺乏竞争力等。为了适应科学技术的发展和锻压生产的需要，满足国内装备制造
12、业的需求，扩大出口创汇等，应该加快我国锻压设备制造业的发展，改造锻压设备不合理。现在我国锻压设备的研究和发展方向主要以一下几点：（1）提高锻压设备制造能力，发展专用设备。（2）提高设备价格精度，发展精密成形设备。（3）提高锻压设备数控程度和柔性化。（4）完善设计手段，提高设计水平。（5）推广新材料技术和信息技术。（6）发展绿色设计与制造。1.3 设计方案的可行性分析和预期目标本课题研究的内容为锻压机的传动系统设计，其工作原理为：由电动机通过三角皮带驱动大带轮（通常兼作飞轮），然后通过齿轮传动，带动曲轴旋转，通过连杆带动滑块机构上下往复移动。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器脱开，同时制动器接通
13、，使滑块停止在上止点附近。 此次设计细化为开式锻压的传动设计，包括带传动和齿轮传动，分析滑块行程，行程次数等问题采用一级带传动，一级齿轮传动，离合器与制动器的安装位置在输出曲柄轴上，且为联动装置。这样就较容易实现电机的转动转为滑块的上下移动，保证制动时电机的动能传递不到曲柄轴上。锻压机的传动系统的作用是将电动机的运动和能量传递给曲柄滑块机构，在传递过程中，对电动机的转速按照一定的传动比进行减速，以满足行程次数对其的要求。在设计参数选定后，还需要考虑了 3 个问题，即布置方式、传动级数与速比分配、离合器、制动器安装位置。1.4设计方案的技术参数根据 GB/T14347-1993，选用参数如下：标
14、称压力 Pg=250KN，公称力行程 5mm,滑块行程 S=70mm,行程次数 n80 r/min。2 锻压机传动系统的设计2.1电动机功率的设计计算设计锻压机功率按一次行程计算电动机的功率：（公式一）WnCtWNnm/为一个工作循环所需要的总能量，为压力机行程利用系数，取 0.5。WnC计算：一个工作循环所需要的总能量：W（公式二）7654321WWWWWWWW工件变形功：1WJPPPPWggg2492 . 0315. 0315. 001拉伸垫工作功：2WJSPWg1 .48636/8025036/2工作行程时曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量：3WJaPmWggq 608180/302503
15、. 95 . 05 . 03 工作行程弹性变形消耗能量：4WJCPhPWngg125.78/2502/12/14为垂直刚度，查表选取 400（kNmm-1）nC锻压机空程向上、向下时所消耗的能量：5W根据标准公称力，查表选取 JW2505单次行程，滑块停顿，飞轮空转所消耗的能量：6W查表选用为 0.34kW， 6NJttNW438)(166单次行程，离合器接合消耗能量：7W已知刚性离合器不消耗能量，所以=07W所以 wNm1385电动机所需功率：mkNN 电动机的功率系数，一般取 1.21.6。所以电动机所需功率范围在k16622216 之间，由此选用 Y1000L1-4 电动机，功率 N=2
16、.2kw, n=1420r/min。2.2飞轮转动惯量设计进行锻压工艺时，压力机除了满足工件变形力的需要，还需满足能量条件，飞轮的转动惯量是考虑因素之一。满足工件变形功所需的飞轮转动惯量计算公式为（公式三）为所需飞轮的转动惯量（）；I2mkg 为飞轮角速度，近似计算公式为为电机的额定转速（r/s）；en为工作行程中压力机效率，查表，单机传动的快速压力机为 35%；1为飞轮不均匀系数，可查表依据电动机的额定滑差率选用 0.20。将数据带入飞轮转动惯量计算公式得2.3带传动的设计在此次设计锻压机的传动系统中，采用一级传动。传动级数与电动机转速和滑块行程次数有关。行程次数低，总传动速比就大，传动级数就应多些，否则每级的速比太大，结构就不紧凑；反之，行程次数高，总传动速比就小，传动级数1221 WWIsradine/87.416055. 31420222 2 1
