J31-250型曲柄压力机设计

J31-250型曲柄压力机设计

毕业设计说明书毕业设计题目: J31-250型曲柄压力机设计

摘要

锻压机械在工业中占有极其重要的地位，广泛应用于几乎所有的工业部门，如机械、电子、国防等。然而，在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。

曲柄压力机是以曲柄滑块机构作为运动机构，依靠机械传动将电动机的运动和能量传给工作机构，通过滑块给模具施加力，从而使毛坯产生变形。

本次设计为J31-250型闭式单点压力机，参照国内现有相关型号压力机，进行了2500KN机械压力机主要工作系统设计。设计分三步进行：首先，拟定总传动方案；其次，设计主要零部件；最后，进行经济评估。

本设计中主要包括以下设计部分：曲柄滑块机构的设计计算、传动系统的设计计算、离合器和制动器的设计计算、电动机的选择和飞轮的设计以及支撑附属装置的设计。

本次设计方案均采用同类设计中最新的零件类型及布置方式。通过离合器和制动器进行气动连锁控制。用电动机调节连杆的长度来达到调节装模高度的目的，以适应不同高度的模具。采用四面调节导轨，提高了压力机的精度，并装有过载保护装置、滑块平衡装置等，使机器更加安全、可靠。

关键词：锻压机械；曲柄滑块机构；闭式单点压力机

Abstract

Forge and press machine is very important in industry,it is used in almost any induetry department,such as machine,electron,national defense and so on.It is crank forge and press machine that is most important in forge and press machine.

Crank press machine uses crank slide block mechanism as working mechanism,machine driving system passes the movement and energy of electromotor to working mechanism, bringing forge to the die by slide block,in order to let roughcast engender transmutation.

In this paper,the subject is the J31-250 closed-single punching machine,it is designed in accordance with the related machine now and designed the working system of 2500KN punching machine.The design has been done through three steps: firstly,draw up total transmission; secondly, design each part; at last, economy estimation.

In this paper, the design mainly consists of some parts: crank slide mechanism, gear deriving system, clutch and detent, electromotor and flywheel, supporting and appertain equipment.

The design program used the new parts type and arrangement. The machine works by the control of the frictional clutch and detent. Electromotor drives the link screw to fit the diffent height of die. Using four-side regulative guider, improves the precision of the punching machine. The machine has installed over loading

protector, slide block balance equipment, pledging the machine work safety and dependable.

Keyword: forge and press machine ；crank slide block mechanism ；closed-single press machine

目录

摘要 ..................................................................... ABSTRACT ................................................................ II 概述 (1)

1.1锻压设备的发展 (1)

1.2机械压力机的主要类型 (1)

1.3曲柄压力机的工作原理 (2)

1.4曲柄压力机的技术参数 (3)

1.5论文内容 (4)

1.5.1设计内容 (4)

1.5.2压力机主要技术参数 (4)

第二章曲柄滑块机构的运动分析与受力分析 (5)

I

2.1曲柄滑块机构的运动规律 (5)

2.2 曲柄滑块机构的受力分析 (8)

第三章传动系统的布置及设计 (11)

3.1传动系统的布置方式 (11)

3.2传动级数和各级数比分配 (11)

3.3离合器和制动器安装位置的确定 (12)

第四章设计计算 (12)

4.1 工作机构的设计计算——曲柄滑块机构的设计计算 (12)

4.1.1 芯轴设计计算 (13)

4.1.2 连杆及装模高度调节装置 (15)

4.1.3 调节电动机容量选择 (17)

4.1.4 滑块与导轨 (18)

4.1.5 蜗轮蜗杆的设计计算 (18)

4.2 传动系统的设计计算 (19)

4.2.1 低速级齿轮的设计 (19)

4.2.2 高速级齿轮的设计 (23)

4.2.3 传动轴设计计算 (27)

4.3 操纵系统的设计计算——离合器与制动器的设计计算 (32)

4.3.1 制动器和离合器的工作原理 (32)

4.3.2 摩擦离合器的设计 (33)

4.3.3摩擦制动器设计计算 (36)

4.4 能源系统的设计计算——电动机的选择和飞轮的设计 (39)

4.4.1 电动机功率计算 (39)

4.4.2 飞轮的确定 (41)

第五章支承、辅助及附属装置的设计 (45)

5.1 支承部件——机身的设计 (45)

5.1.1立柱与拉紧螺栓的设计计算 (45)

5.1.2上梁的计算 (47)

5.1.3底座的计算 (48)

5.1.4机身变形的计算 (48)

5.2 附属装置 (50)

5.3 辅助装置 (50)

第六章经济技术综合分析 (51)

6.1 经济分析 (51)

6.2 技术分析 (51)

6.3 环境分析 (52)

第七章结论 (52)

参考文献 (53)

致谢 ()

附录一 (1)

附录二 (13)

J31-250型曲柄压力机设计

第一章概述

1.1锻压设备的发展

锻压工业的发展主要是由于在世界范围日益要求用更难变形的材料制造越来越大和越来越复杂的锻件。由于宇航工业今后的需要，地面动力系统、喷气发动机和飞机锻件数量的增大以及在工艺上的剧烈竞争，要求不断的提高目前的工艺水平。因此，有效的利用现在的锻压设备和设计性能优越的锻压设备是必然的[11]。

由于采用现代的锻压工艺生产工件具有高效率、质量好、能量省和成本低的特点，锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中的比重也越来越大。虽然采用锻压机械进行锻压生产只有百余年的历史，但锻压机械在整个金属加工设备生产中占18-30%，金额占20-40%。在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。用曲柄压力机可以进行冲压和模锻等工艺生产，它广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等公益生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量越来越多，质量越来越高，压力越来越大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中作用越来越显著。例如，冷挤压工艺是一项新兴工艺，用冷挤压生产的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直径为20-30mm的零件其公差范围可控制在0.015mm以内，因此，所生产的零件不需要进行或少量进行切削加工即可使用。大大提高了生产率，并节约了原材料。随着冷挤压工

艺的发展，各种类型的挤压机应运而生，正在使加工行业产生巨大变化。再加，在日用品及家用电器生产中，如果不采用高速冲压自动机，产品的成本与质量在国际市场上将失去竞争力。因此，大量制造和使用曲柄压力机，已成为工业先进国家的发展方向之一[3]。

近年来，曲柄压力机正向着高速度的高精度的方向发展，并努力降低噪音，提高安全性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的曲柄压力机，更具有先进的水平。

1.2机械压力机的主要类型

根据JB/GQ2003-84标准[3]，锻压机械分为八类，其中第一类机械压力机包括曲柄压力机的主要类型，此外，在第三类线材成型自动机、第五类锻机、第六类剪切机和第七类弯曲校正机中都包括有曲柄压力机。

在JB/GQ2003-84的型谱[3]中，单柱压力机、开式压力机和闭式压力机属于通用压力机。所谓单柱、开式和闭式是指机身的型式。闭式压力机机身左右封闭，只能从前后方向接近模具，操作不太方便，但机身刚度高，压力机精度好。开式压力机机身左右及前后都敞开，能从三个方向接近模具，操作方便，但机身刚度低，特别是有角变形存在，影响精度。开式压力机机身的后面还有一个开口，便于出料。单柱压力机，其机身也是左右及前后敞开，但后壁无开口。有时，我们把后面两种压力机统称为开式压力机。上述三种压力机中均只有一组曲柄滑块机构，成为单点压力机。适用于小型压力机，或工作台较小的中型压力机。若工作台面较大，则有两组或四组曲柄滑块机构，相应称为双点或四点压力机。此外，按照工作台的形式，机身是否可倾等分为固定台、活动台、柱形台以及可倾压力机等。

1.3曲柄压力机的工作原理

曲柄压力机是锻压生产中广泛使用的一种锻压设备。它可以应用于板料冲压、模锻、冷热挤压、冷精压和粉末冶金等工艺。

曲柄压力机传动系统的旋转运动通过曲柄连杆使滑块呈往复运动，利用滑块发出的压力使毛坯产生塑性变形，以制成一定形状的锻压件。因此，它具有以下特点：（1）曲柄连杆机构是刚性联接的，滑块是具有强制运动性质，滑动块的行程次数，速度和加速度一定规律变化。

（2）工作时封闭高度不变。

（3）一个工作循环中负荷时间较短，电动机是按平均功率选用的，所以曲柄压力机既需要飞轮存储和释放能量。

（4）工作时机身组成一个封闭的受力系统，对基础没有剧烈的冲击和震动。

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

图1.1 J31－250型曲柄压力机运动原理图

图1.1为曲柄压力机的工作原理图，其工作原理如下：

电动机1带动皮带传动系统2、3，将动力传到小齿轮6，通过6和7，8和9两级齿轮减速传到曲柄连杆机构，大齿轮7同时又起飞轮作用。齿轮9制成偏心齿轮结构，它的偏心轮部分就是曲柄，曲柄可以在芯轴10上旋转。连杆12一端连到曲轴偏心轮；另一端与滑块铰接，当偏心齿轮9在与小齿轮8啮合转动时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑块的往复直线运动。上模装在滑块上，下模固定在垫板上，滑块带动上模相对下模运动，对放在上、下模之间的材料实现冲压[4]。

压力机的组成：

（1）工作机构：一般为曲柄滑块机构，由曲柄、连杆和滑块等零件组成。

（2）传动机构：包括齿轮传动和皮带传动等机构。

（3）操作系统：如离合器和制动器。

（4）能源系统：如电动机和飞轮。

（5）支撑部件：如机身。

除上述基本部分以外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统、保护装置以及气垫等[4]。

1.4曲柄压力机的技术参数

曲柄压力机的技术参数[3]反映了压力机的工艺能力，加工零件的尺寸范围以及有关生产率等指标，分述如下：

（1）公称压力Pg及公称压力行程Sp

曲柄压力机的公称压力（或称额定压力）是指滑块离死点前某一特定距离（此特定距离称为公称压力行程或额定压力行程）或曲柄旋转到离下死点某一特定角度（公称压力角或额定压力角）时，滑块所容许承受的最大作用力。例如630、1000、1600、250、3150、4000、6300KN。

（2）滑块行程S

指滑块从上死点到下死点所经过的距离。它的大小反映压力机的工作范围。

（3）滑块行程次数n

它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。

（4）装模高度H及装模高度调节量△H

装模高度是滑块在下死点时，滑块下表面到工作板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调节到最上位置时，装模高度达到最大值，称为最大装模高度。装模高度调节装置所调节的距离称为最大装模高度调节量。

（5）工作台板及滑块底面尺寸

指压力机工作空间的平面尺寸，它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。

（6）喉深

它是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机的特有参数。1.5论文内容

1.5.1设计内容

本压力机的设计分三步进行：首先，拟定总传动方案；其次，设计主要零部件；最后，进行经济评估。

拟定总传动方案

这部分主要任务是初步确定压力机传动系统的布置方案，包括压力机的传动级数、主轴和传动轴相对于压力机的位置及离合器制动器的位置等。

设计主要零部件

这部分的主要内容有曲柄滑块机构的设计计算、传动零件的计算、飞轮的设计和电动机的选择、机身的设计计算以及附属装置和辅助系统的设计。

经济评估

这是设计的产品在经济上的可行性分析以及对环境影响的评估。

1.5.2压力机主要技术参数

本设计压力机为J31-250型闭式单点压力机，其主要技术参数如表1.1所示：

名称符号单位量值

公称压力Pg t 250

公称压力行程Sp mm 13

滑块行程S mm 315

滑块行程次数n 次/min 20

最大装模高度H1 mm 500

装模高度调节量△H1 mm 250

导轨间距离 A mm 1080

滑块底面前后距离B1 mm 900

工作台板左右尺寸L mm 1000

工作台板前后尺寸 B mm 1000

表1.1 J31-250型闭式单点压力机主要技术参数[3]

第二章曲柄滑块机构的运动分析与受力分析

2.1曲柄滑块机构的运动规律

曲柄滑块机构的运动简图如图2.1所示。O点表示曲柄的旋转中心，A点表示连杆与曲柄的连接点，B点表示连杆与滑块的连接点，OA表示曲柄半径，AB表示连杆长度。当OA以角速度ω作旋转运动时，B点则以速度ν作直线运动。

图2.1 曲柄滑块机构运动简图

（1）滑块位移