【正文】 采用鍛壓機械進行鍛壓生產只有百余年的歷史，但鍛壓機械在整個金屬加工設備生產中占 1830%，金額占 2040%。在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。用曲柄壓力機可以進行沖壓和模鍛等工藝生產，它廣泛用于汽車、農業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等公益生產部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質量越來越高，壓力越來越大。它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產中作用越來越顯著。例如，冷擠壓工藝是一項新興工藝，用冷擠壓生產的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直徑為 2030mm 的零件其公差范圍可控制在 以內，因此，所生產的零件不需要進行或少量進行切削加工即可使用。大大提高了生產率，并節(jié)約了原材料。隨著冷擠壓工藝的發(fā)展，各種類型的擠壓機應運而生，正在使加工行業(yè)產生巨大變化。再加，在日用品及家用電器生產中，如果不采用高速沖壓自動機，產品的成本與質量在國際市場上將失去競爭力。因此，大量制造和使用曲柄壓力機，已成為工業(yè)先進國家的發(fā)展方向之一[3]。近年來，曲柄壓力機正向著高速度的高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音，提高安全性，擴大自動化程度，改善勞動條件。特別是采用微型計算機控制的曲柄壓力機，更具有先進的水平。 機械壓力機的主要類型 根據(jù) JB/GQ202284 標準[3]，鍛壓機械分為八類，其中第一類機械壓力機包括曲柄壓力機的主要類型，此外，在第三類線材成型自動機、第五類鍛機、第六類剪切機和第七類彎曲校正機中都包括有曲柄壓力機。在 JB/GQ202284 的型譜[3]中，單柱壓力機、開式壓力機和閉式壓力機屬于通用壓力機。所謂單柱、開式和閉式是指機身的型式。閉式壓力機機身左右封閉，只能從前后方向接近模具，操作不太方便，但機身剛度高，壓力機精度好。開式壓力機機身左右及前后都敞開，能從三個方向接近模具，操作方便，但機身剛度低，特別是有 角變形存在，影響精度。開式壓力機機身的后面還有一個開口，便于出料。單柱壓力機，其機身也是左右及前后敞開，但后壁無開口。有時，我們把后面兩種壓力機統(tǒng)稱為開式壓力機。上述三種壓力機中均只有一組曲柄滑塊機構，成為單點壓力機。適用于小型壓力機，或工作臺較小的中型壓力機。若工作臺面較大，則有兩組或四組曲柄滑塊機構，相應稱為雙點或四點壓力機。此外，按照工作臺的形式，機身是否可傾等分為固定臺、活動臺、柱形臺以及可傾壓力機等。 曲柄壓力機的工作原理 曲柄壓力機是鍛壓生產中廣泛使用的一種鍛壓設備。它可以應用于板料沖壓、模鍛、冷熱擠壓、冷精壓和粉末冶金等工藝。 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的旋轉運動通過曲柄連桿使滑塊呈往復運動，利用滑塊發(fā)出的壓力使毛坯產生塑性變形，以制成一定形狀的鍛壓件。因此，它具有以下特點： （1）曲柄連桿機構是剛性聯(lián)接的，滑塊是具有強制運動性質，滑動塊的行程次數(shù)，速度和加速度一定規(guī)律變化。 （2）工作時封閉高度不變。 （3）一個工作循環(huán)中負荷時間較短，電動機是按平均功率選用的，所以曲柄壓力機既需要飛輪存儲和釋放能量。 （4）工作時機身組成一個封閉的受力系統(tǒng)，對基礎沒有劇烈的沖擊和震動。1電動機 2小皮帶輪 3大皮帶輪 4制動器 5離合器 6小齒輪7大齒輪 8小齒輪 9偏心齒輪 10芯軸 11機身 12連桿13滑塊 14上模 15下模 16墊板 17工作臺 18液壓氣墊圖 J31－250 型曲柄壓力機運動原理圖 圖 為曲柄壓力機的工作原理圖，其工作原理如下：電動機 1 帶動皮帶傳動系統(tǒng) 3，將動力傳到小齒輪 6，通過 6 和 7，8 和 9 兩級齒輪減速傳到曲柄連桿機構，大齒輪 7 同時又起飛輪作用。齒輪 9 制成偏心齒輪結構，它的偏心輪部分就是曲柄，曲柄可以在芯軸 10 上旋轉。連桿 12 一端連到曲軸偏心輪；另一端與滑塊鉸接，當偏心齒輪 9 在與小齒輪 8 嚙合轉動時，連桿擺動，將曲軸的旋轉運動轉變?yōu)榛瑝K的往復直線運動。上模裝 在滑塊上，下模固定在墊板上，滑塊帶動上模相對下模運動，對放在上、下模之間的材料實現(xiàn)沖壓[4]。 壓力機的組成： （1）工作機構：一般為曲柄滑塊機構，由曲柄、連桿和滑塊等零件組成。 （2）傳動機構：包括齒輪傳動和皮帶傳動等機構。 （3）操作系統(tǒng)：如離合器和制動器。 （4）能源系統(tǒng)：如電動機和飛輪。 （5）支撐部件：如機身。除上述基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與附屬裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護裝置以及氣墊等[4]。 曲柄壓力機的技術參數(shù) 曲柄壓力機的技術參數(shù)[3]反映了壓力機的工藝能力，加工零件的尺寸范圍以及有關生產率等指標，分述如下： （1）公稱壓力 Pg 及公稱壓力行程 Sp 曲柄壓力機的公稱壓力（或稱額定壓力）是指滑塊離死點前某一特定距離（此特定距離稱為公稱壓力行程或額定壓力行程）或曲柄旋轉到離下死點某一特定角度（公稱壓力角或額定壓力角）時，滑塊所容許承受的最大作用力。例如61000、1600、250、3150、4000、6300KN。 （2）滑塊行程 S 指滑塊從上死點到下死點所經過的距離。它的大小反映壓力機的工作范圍。 （3）滑塊行程次數(shù) n 它是指滑塊每分鐘從上死點到下死點，然后再回到上死點所往復的次數(shù)。 （4）裝模高度 H 及裝模高度調節(jié)量△H 裝模高度是滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作板上表面的距離。當裝模高度調節(jié)裝置將滑塊調節(jié)到最上位置時，裝模高度達到最大值，稱為最大裝模高度。裝模高度調節(jié)裝置所調節(jié)的距離稱為最大裝模高度調節(jié)量。 （5）工作臺板及滑塊底面尺寸 指壓力機工作空間的平面尺寸，它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機平面輪廓的大小。 （6）喉深 它是指滑塊的中心線至機身的距離，是開式壓力機和單柱壓力機的特有參數(shù)。 論文內容 設計內容 本壓力機的設計分三步進行：首先，擬定總傳動方案；其次，設計主要零部件；最后，進行經濟評估。 擬定總傳動方案 這部分主要任務是初步確定壓力機傳動系統(tǒng)的布置方案，包括壓力機的傳動級數(shù)、主軸和傳動軸相對于壓力機的位置及離合器制動器的位置等。 設計主要零部件 這部分的主要內容有曲柄滑塊機構的設計計算、傳動零件的計算、飛輪的設計和電動機的選擇、機身的設計計算以及附屬裝置和輔助系統(tǒng)的設計。 經濟評估這是設計的產品在經濟上的可行性分析以及對環(huán)境影響的評估。 壓力機主要技術參數(shù) 本設計壓力機為 J31250 型閉式單點壓力機，其主要技術參數(shù)如表 所示： 名稱 符號 單位 量值公稱壓力 Pg t 250公稱壓力行程 Sp mm 13滑塊行程 S mm 315滑塊行程次數(shù) n 次/min 20最大裝模高度 H1 mm 500裝模高度調節(jié)量 △H 1 mm 250導軌間距離 A mm 1080滑塊底面前后距離 B1 mm 900工作臺板左右尺寸 L mm 1000工作臺板前后尺寸 B mm 1000 表 J31250 型閉式單點壓力機主要技術參數(shù)[3]第二章 曲柄滑塊機構的運動分析與受力分析 曲柄滑塊機構的運動規(guī)律 曲柄滑塊機構的運動簡圖如圖 所示。O 點表示曲柄的旋轉中心， A 點表示連桿與曲柄的連接點，B 點表示連桿與滑塊的連接點，OA 表示曲柄半徑，AB 表示連桿長度。當 OA 以角速度 ω 作旋轉運動時，B 點則以速度 ν 作直線運動。圖 曲柄滑塊機構運動簡圖 （1）滑塊位移 圖 結點正置的曲柄滑塊機構運動關系簡圖滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系可表達為：S=(R+L)(Rcosα+Lcosβ) (21)而 sinβ= LR?sin令 ??則 ?sini所以 ??22sin11co??代入式（11 ）整理得 （22）??????????????2sics1Rs對于通用壓力機， 一般在 ~ 范圍內，故（11 ）可進行簡化： ???22sin1sin1??故式（11 ）變?yōu)? （23）???????????????2cos4cos1Rs式中：S——滑塊位移，從下死點算起，向上為正；——曲柄轉角，從下死點算起，與曲柄旋轉方向相反為正；R——曲柄半徑；——連桿系數(shù)。?由圖 并利用余弦定理 （24）??sLR???2cos2?令則式可寫成 （25）????c???12cos （2）滑塊速度現(xiàn)有國內通用壓力機的滑塊最大速度為 130~435mm/s。???????????????????? dtRdtsdt ????? 2cos14cos1而 ?t所以 ???????????2siniR式中：——滑塊速度，方向向下為正；——曲柄角速度；?n??2?n——曲柄轉速，即滑塊行程速度。 （3）滑塊加速度 式?????????? 2cos2sini 2???????????????????? RRdtdt中 ——滑塊加速度，方向向下為正。 J31250 型閉式單點壓力機的滑塊行程 S=315mm，連桿長度 L=1520mm，曲柄轉速 n=20r/min，則滑塊速度以及加速度如下： ? 036..L? ????srn??滑塊的速度、加速度計算結果如表 .表 滑塊的速度、加速度計算結果??0?15?30?45?60?75s（mm） 0 ??m/?0 ? ?90?5?12?35?10?65?180 315 0 曲柄滑塊機構的受力分析 （1）連桿及導軌受力 圖 結點正置的曲柄滑塊機構受力簡圖考慮 B 點力的平衡得： ?cosPA?tgQ 由前推導得知， ，對 J31250 型壓力機， 遠小于 ， 遠小于??sini???。因此可認為 ， ，故上二式可寫成?????sin?tgPAB???sin其中： PAB——連桿作用力Q——導軌作用力P——工件變形力——曲柄轉角?——連桿系數(shù)? （2） 曲柄所受扭矩 ①理想扭矩1——支承 2——偏心齒輪 3——支承4——芯軸 5——滑塊 6——導軌圖 偏心齒輪受力簡圖PAB 是連桿給與偏心齒輪的力。在 PAB 作用下，偏心齒輪所受理想扭矩為 ??????????2siniPRODMABt式中 R——曲柄半徑 當曲柄轉角等于公稱壓力角即 時，曲柄上受的理想扭矩為理想公稱扭矩。g? J31250 型壓力機 P=2500KN，R=, =，當 = 時???20 mNPRMt??? ????????????????531048. ???? 上述計算是在理想狀態(tài)時的情況，但實際上壓力機是有摩擦的，在轉動的零件上由于摩擦所增加的摩擦扭矩不可忽略。 ②摩擦扭矩在曲柄滑塊機構中摩擦主要發(fā)生在四處：a 滑塊導軌面的摩擦摩擦力的大小為： 摩擦力的方向與滑塊運動方向相反，形成對滑塊運動的阻力。該阻力經連uQP?桿作用在曲柄上，增加了偏心齒輪傳遞的扭矩。b 芯軸支承徑 和軸承之間的摩擦0d 芯軸旋轉時，軸承對軸頸的摩擦力分布在軸頸工作面上，如圖，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，分別為 、20139。0dRM??200dR?? 兩個支承的總阻力矩為??1039。0M???? 由于小齒輪的作用力小的多，故認為二支座反力的和為 PAB?21 故總阻力矩變?yōu)?200dP?c 偏心齒輪上的偏心 和連桿大端軸承支撐之間的摩擦A 形成阻力矩。2BAdPM???d 球頭 與球頭座之間的摩擦。 形成阻力矩。2BABdPM???? 上述三個阻力矩 、 和 都會是偏心齒輪增加所需傳遞的扭矩。0?A 總摩擦扭矩為 ?? ?????? ?????????? ????????? 2sinisn2coscos1200 RddPMBA 上式中 是隨 的變化而變化的，但變化不大，認為 是一常數(shù)，取 ，?M?0?因此摩擦扭矩為 ????012dPMBA???? 在 J31250 型曲柄壓力機中，P=2500KN， =240mm， ，0dmdA60?，mdB604. 對閉式壓力機 ~，取 ，則05??5.?? ??? ?NmM??? ?????? ..? 當 時，偏心齒輪的公稱扭矩為??0g Nt ???????.?第三章 傳動系統(tǒng)的布置及設計 J31250 型壓力機采用三級上傳動，單邊驅動，主軸的安放位置垂直于壓力機正面，所有傳動齒輪都置于機身內部，離合器制動器置于飛輪軸上，這樣整個壓力機結構緊湊、維修方便、性能良好、外形美觀。 傳動系統(tǒng)的布置方式 現(xiàn)有的通用壓力機采用上傳動較多，下傳動較少。采用上傳動的曲柄壓力機重量較輕、成本較低、安裝維修