机械原理课程设计-曲柄压力机机构设计.doc

机械原理课程设计

说明书

设计课题：曲柄压力机
学 院：机械与电气工程学院

  曲柄压力机机构设计

[摘要] 曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，适用于板料的冲孔、落料弯曲、线拉伸及成型等工作。床身可作适当倾斜，以便于把冲压的成品或铁屑等物，依靠自重滑落，若装上自动送料机构，则可以推行半自动冲压工作，一般用于农业机械、电气工业、汽车、拖拉机工业等用途较为广泛。 
这篇设计说明书介绍了设计压力机的设计过程，从确定传动方案开始，到压力机主体机构的尺寸参数确定和运动分析，在到电动机选择，最后压力机传动系统主要零部件的设计计算。此阶段主要对压力机主体机构的尺寸参数确定和运动分析进行研究设计。 
此次通过对对心曲柄滑块机构的运动分析及相互之间的比较，选则合适的机构来达到设计目的。由于冲压工件时冲击较大，传动系统中采用了变位齿轮，提高了齿轮的承载能力和耐磨性能。通过这些前期的设计过程，还有借助AUTOCAD辅助分析软件，就能设计出比较合理的压力机。  
[关键词] 曲柄压力机；冲压；曲柄滑块机构；对心曲柄滑块机构

目录

1 前言........................................1
2 选题背景............2
2.1 课题来源................................2
2.2 研究目的与意义..........................2
2.3 国内外现状及发展趋势....................3
2.3.1 国内外现状........................3
2.3.2 发展趋势..........................4
3 曲柄压力机的分析............................5
3.1 各个部分的作用..............6
3.2 工作原理................................6
4 拟解决的主要问题............................7
5 初步设计及简单计算..........................7
5.1 曲柄滑块机构的参数确定..................8
5.2 齿轮几何尺寸计算........................12
6 主要参考文献................................13
7 附页.............................14
1 前言

曲柄压力机是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类 锻压机器。  
曲柄压力机因具有开式机身，与闭式压力机相比具有其突出的优点，工作台在三个方向是敞开的，装、卸模具和操作都比较方便，同时为机械化和自动化提供了良好的条件。由于曲柄压力机使用上最方便，因而被广泛采用。它是板料冲压生产中的主要设备，可由于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成形等工序，并广泛应用于国防、航空、汽车、拖拉机、电机、电器、轴承、仪表、农机、农具、自行车、缝纫机、医疗器械、日用五金等部门中，开式曲柄压力机的年产量约占整个锻压机械年产量的49.5%，而在通用曲柄压力机的生产中，约占95% 。 
众所周知，制造业是一个国家经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家的经济实力、科技水平和国防实力。压力机是机械的基础设备。随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计要求越来越高。尤其是模具制造的飞速出现，使机床向高速、精确，智能化的方向发展。因此，对压力机的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高。有必要对压力机进行进行优化设计，例如对压力机主体机构尺寸参数、运动分析、传动系统等进行优化，设计出低成本、高精度、高效率、节能的曲柄压力机，这些都是我们值得探讨的。
2 选题背景
2.1 课题来源
课程要求
2.2 研究目的及意义
曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，适用于板料的冲孔、落料弯曲、线拉伸及成型等工作，床身可作适当倾斜，以便于把冲压的成品或铁屑等物，依靠自重滑落、若装上自动送料机构、则可以推行半自动冲压工作，一般用于农业机械、电气工业、汽车、拖拉机工业等用途较为广泛。 
为了满足小批量和单件生产经济上的合理性，要求生产具有更大的柔性、工艺设备具有万能性。近10～15年内，曲柄压力机仍是大批量或大量生产的企业体积模锻和板冲车间的主要设备，但在总台数中的相对数量未必会增加。设备的改进，设备的性能（包括生产率）的改善，以及设备价格的提高，但是仍然要用不同的方法加以改进。 
所以提高生产率，改进冲压件质量（首先是他的形状和尺寸精度），实现自动化，以及根本改善操纵条件和工作地点的舒适性等都是需要研究和优化的。
2.3 国内外现状及发展趋势
2.3.1 国内外研究现状
中国汽车工业的快速发展，使压力机成形加工与生产进入了高速发展期。压力机是国家工业的支柱和技术水平的标志。我国是压力机的大国，拥有的压力机数量、产量和产值均居世界首位．当前使用的压力机种类很多，按传动机构的性质分液压传动和机械传动，机械传动压力机有曲柄式、螺旋式等。在冲压成形领域．如汽车的板材成形生产中，大范围、大批量应用的设备是曲柄压力机。
国外目前现状，曲柄压力机，近30年来主要以批量生产在板冲和模锻中被广泛使用，专门化程度越来越高，朝着高速度、高精度、自动化方向发展，普遍采用CNC控制。多品种少量生产势头在国外越益强劲，要满足其经济上的合理性，就要求生产具有更高的柔性，工艺设备具有更大的通用性。
在这种背景下，国外压力机设计、制造者们、在传统的机械压力机上经反复各种尝试，最近终于设计制造出一些具有新创见的压力机面市。这些压力机，在结构上各有其独到之处，可适应多变的工艺过程，通用性大，具有更高的柔性。其中机械驱动源的液压化、兼容机械压力机和液压机双方优点，体现了未来压力机的突出特征，例如球头连杆压力机，机械—液压 压力机，液压—机械压力机等。
2.3.2 发展趋势
在锻压装备中曲柄压力机最多，占全部的50%以上，是板料冲压生产的主打设备。它们主要用于冲裁、落料、切边、弯曲、拉延和成形等加工工序，在汽车农机、电子。电器仪表、国防工业及日用平等航和有广泛的市场。据有关质料介绍，用机械压力机生产的零件，在汽车行业中，对卡车占总零件数的45～55%，对轿车、大卡车为60～75%，在电机电器行业中占60～80%，在无线电行业中占85%，在日用制品行业中占98%。随着新工艺新设备的不断出现，一些复杂的特殊零件可以直接成形。用机械压力机加工的板料冲压代替的铸件和锻件，根据零件结构和形状的不同，其生产成本可降低50～70%，零件重量减轻30～50%，材料消耗量减少30～60%。 
20世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展，在逐渐融入新技术、新材料后，更推动了曲柄压力机的发展。传动系统是曲柄压力机的重要组成部分，其作用是将电机的运动和能量按照一定要求传给曲柄滑块机构。 
进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步，所以国内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此，我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战。

3 曲柄压力机的分析

机械压力机有以下几个组成部分 ： 工作机构：一般 为曲柄滑块机构
传动机构：包括齿轮传 动和皮带传动
操纵机构：离合器和制 动器
能源机构：电动机和飞 轮
支撑机构：机身
辅助系统：包括润滑系 统，过载保护装置，气 垫等
1-电动机 2-小皮带轮 3-大皮带轮 4-制动器 5-离合器 6-小齿轮7-大齿轮 8-小齿轮 9-偏心齿轮 10-芯轴 11-机身 12-连杆13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台  18-液压气垫 

3.1 各个部分的作用

1）、工作机构的运动规律影响压力机的压力性能，其受力状况是 压力机强度和刚度设计的基础。
2）、传动机构影响压力机的整体布置、外形尺寸、美观以及重量 和成本。
3）、离合器和制动器是压力机能否正常工作的关键。
4）、电机和飞轮的正确选择与合理设计是获得足够能量的基础。
5） 、机身的合理设计将降低机身的重量，提高压力机的刚度。

3.2 曲柄压力机的工作原理

电动机通过三角带，将运动传给大皮带轮，从而通过齿轮把运动传给曲轴，连杆套在曲轴上，下端与滑快铰接，因此就将齿轮的旋转运动转换为滑快的往复运动。凸模装在滑快上，凹模装在工作平台上。当材料放在凹凸模之间时，即能进行冲裁工艺，制成工件。压力机在整个工作周期内，大部分时间为无负荷的空程，为了使电动机的负荷均匀，有效的利用能量，因而装有飞轮，大皮带轮即起飞轮的作用。

4 拟解决的主要问题

1）压力机传动系统采用多级传动，满足多种工件的制造要求，改善传统压力机加工对象单一的局限性；
2）在满足强度，刚度的条件下，对机身结构进行优化设计，力求节约成本，结构简单，保证稳定性，并尽量减少振动和噪音；
3） 压力机具有单次冲压和连续冲压的功能，提高生产率，降低工人劳动强度；
4）压力机具有过载保护装置，保证设备的安全运转。

5 初步设计及简单计算
5.1 曲柄滑块机构的参数确定
5.2 齿轮几何尺寸计算
附：见P8--P12

6 主要参考文献

[1].机械设计实用手册编委会. 机械设计实用手册. 北京:机械工业出版社,2008
[2].华中工学院等五院(校)《机械传动及曲柄压力机》编写组编. 机械传动及曲柄压力机.下册. 北京:人民教育出版社,1978
[3].申永胜主编.机械原理教程.第2版.北京：清华大学出版社，2005
[4].刘鸿文主编.材料力学.第5版. 北京:高等教育出版社，2004
[5].于惠力,冯新敏主编. 传动件设计与实用数据速查. 北京:机械工业出版社,2010

7 附页