沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計及三維建模

沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計及三維建模摘要本文以沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)為研究對象，通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)和現(xiàn)場調(diào)研，了解了沖壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理，傳動原理以及結(jié)構(gòu)分布。本文首先對沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對曲軸連桿機(jī)構(gòu)，滑塊以及齒輪主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力分析和強(qiáng)度計算，保證了沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。同時繪制了曲軸，連桿，滑塊零件的圖紙和沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)的裝配圖。根據(jù)圖紙利用專業(yè)建模軟件在建模環(huán)境下完成沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)各零件三維建模以及裝配。關(guān)鍵詞：沖壓機(jī)械；傳動系統(tǒng)；曲柄連桿保定理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計目錄5361第1章緒論 第1章緒論1.1研究的背景這次畢業(yè)設(shè)計不僅是學(xué)校為每位理工學(xué)科學(xué)生提供的一次實(shí)踐性的總結(jié)，更是我們在踏上職場之前的一次重要考驗(yàn)，它不僅能夠檢驗(yàn)我們在過去兩年里所學(xué)習(xí)的知識，更能夠讓我們在未來的職場中發(fā)揮出自己的潛力。而本文主要研究現(xiàn)代化機(jī)械制造中比較熱門的沖壓技術(shù)。當(dāng)今，世界性的競爭早已轉(zhuǎn)變成了全面的技術(shù)競爭。因此，在全球范圍內(nèi)，必須加強(qiáng)對技術(shù)的投入，以推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，以及技術(shù)的進(jìn)步，以適應(yīng)變化的市場，并且在技術(shù)上持續(xù)進(jìn)步，以適應(yīng)變化的市場。無論什么樣的創(chuàng)新和突破，都離不開機(jī)械制造的助推。因此，機(jī)械制造已經(jīng)成為一個國家實(shí)現(xiàn)全面繁榮的重要基礎(chǔ)。隨著社會的發(fā)展，新技術(shù)革命不斷涌現(xiàn)，機(jī)械工業(yè)也在迅速發(fā)展，廣大人民群眾的日益增長的需求。為此，現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)迫切需要擁有創(chuàng)造性的人才，以開發(fā)出更多的新產(chǎn)品，滿足市場的需求。隨著現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的不斷進(jìn)步，它們正在朝著更快的速度、更大的負(fù)荷、更高的精度、更高的效率和更低的噪音等方向發(fā)展。沖壓成型機(jī)能夠生產(chǎn)出各種形態(tài)的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通常由一個或多個部件組成，并通過調(diào)節(jié)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸方向來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。這些產(chǎn)品通常有單片、旋轉(zhuǎn)、半自動、全自動、包芯等多種類型。沖壓成型技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括醫(yī)療、汽車、家具、塑膠、建筑材料和其他各種生產(chǎn)過程中。1.2沖壓機(jī)床在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀國外的發(fā)展情況隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的國際知名的沖壓機(jī)床都使用了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，其中包括小松集團(tuán)的H6G系統(tǒng)復(fù)合型、會田集團(tuán)的NS3-E系統(tǒng)數(shù)控伺服壓機(jī)、山田集團(tuán)的Svo-6型和Mag-26型、綱野集團(tuán)的ServoLink型和金豐集團(tuán)的CM1型等。這些新型的數(shù)控技術(shù)不僅能夠大大提高機(jī)械的精度，而且還能夠大大降低成本，提升制造效率收益。H1F49系統(tǒng)AC伺服壓力機(jī)是小松公司為滿足日益增長的需求，推出的一種全新的氣壓機(jī)，它摒棄傳統(tǒng)的飛輪、分離器以及制動剎車設(shè)備，改為AC伺服電動機(jī)通過調(diào)節(jié)曲柄、螺桿等部件，從而實(shí)現(xiàn)350-2000的氣壓，同時，還配有先進(jìn)的CNC系統(tǒng)，使得滑塊的操控更為便捷，無論是快速移動還是慢慢移動，都具有極佳的準(zhǔn)確率。國內(nèi)的發(fā)展情況隨著上海浦東沖壓機(jī)床廠1976年開始的數(shù)控沖壓機(jī)的發(fā)行，它的板料進(jìn)給系統(tǒng)采用了先進(jìn)的馬達(dá)技術(shù)，能夠讓沖壓機(jī)的性能得到大幅度的改善。此前，我們的數(shù)控沖壓機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用相比，盡管開始時機(jī)相對比較晚，但是通過多年的努力奮斗，我們的數(shù)控沖壓機(jī)的性能和質(zhì)量已經(jīng)得到顯著的改善。北京的沖床研究所和天津的重型機(jī)械廠共同研發(fā)出的第一臺大型數(shù)控沖壓機(jī)，采用先進(jìn)的技術(shù)，可以達(dá)到極其準(zhǔn)確的定位和壓力控制，同時還擁有完善的用戶體驗(yàn)。杭州機(jī)械有限責(zé)任公司更進(jìn)一步，研究出JZ21K-350型1600kN數(shù)控快速返程沖壓機(jī)，它采用先進(jìn)的曲柄沖壓機(jī)技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的多連桿機(jī)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)，可以滿足不同應(yīng)用場景的需求。這款沖壓機(jī)的設(shè)計、功能、操作和管理都超越了當(dāng)前市場上的所有競爭對手，它的核心技術(shù)優(yōu)勢包括：采用曲柄多連桿機(jī)構(gòu)，極大改善了機(jī)械設(shè)備的性能，它的運(yùn)行速度非常符合板材的沖壓需求。這種機(jī)械設(shè)備的滑塊能夠迅速進(jìn)入公稱力行程區(qū)，并迅速恢復(fù)到原有的位置。這樣一來，就會大大縮短滑塊的行程時間，進(jìn)而大幅提升了工作效率。此外，當(dāng)處于公稱力行程區(qū)域，機(jī)械設(shè)備的滑塊的行為會變得緩和，幾乎保持恒定，因而大幅減小了上下模之間的沖擊力，并有效減少了沖裁噪聲，進(jìn)而增長了模型的壽命。隨著滑塊接觸到最低限度，我們能夠通過維持足夠的壓力來改善拉伸加工的產(chǎn)品品質(zhì)。1.3提出研究問題主要研究問題隨著技術(shù)的進(jìn)步，沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)已經(jīng)從單一的飛輪、離合器和制動器的組合方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦冗M(jìn)的技術(shù)，它的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能夠提供更高的傳動精度，并且能夠降低噪聲。此外，它還能夠更好地控制滑塊的位置，并且能夠更好地處理各種類型的零部件，特別是那些具有較低的可塑性、容易破碎的零部件。此外，它還具備了更好的實(shí)時監(jiān)測功能，能夠更快地發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。因此，沒有對生產(chǎn)和工藝進(jìn)行有效的管控。解決問題根據(jù)沖壓機(jī)的技術(shù)要求，我們的產(chǎn)品設(shè)計主要目標(biāo)是代替原有的飛輪、離合器和剎車器，使用高效的交流伺服電機(jī)來代替它們，并利用一級齒輪減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)行。通過引入先進(jìn)的控制技術(shù)，我們不僅增強(qiáng)了原有的邏輯控制，而且還增強(qiáng)了上位機(jī)監(jiān)控，使得我們的沖床機(jī)器能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并且還允許對滑塊的位置、速度進(jìn)行控制，從而大大提升了“柔性”的性能。第2章沖壓機(jī)工作原理利用運(yùn)動學(xué)分析的核心思想：是根據(jù)組件的組合，將所有的結(jié)構(gòu)分解為三個主要組件：原動件、基礎(chǔ)組件和支撐組件。因此，將這三個組件分別分析，然后將它們組合起來，構(gòu)建出相應(yīng)的子程序，以便更好地分析和預(yù)測結(jié)構(gòu)的運(yùn)動特性，從而更好地控制和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的運(yùn)動性能。根據(jù)按照結(jié)構(gòu)的差異，逐步執(zhí)行相應(yīng)的步驟，以便更好地評估和理解整個結(jié)構(gòu)的行為特征。通過對不同動力來源的分析，最后發(fā)現(xiàn)有多種選擇。例如，使用電動機(jī)、汽油機(jī)、蒸汽透平機(jī)、液壓機(jī)和氣動馬達(dá)作為動力來源，并通過不同的設(shè)備進(jìn)行上下加壓。此外，還有一些設(shè)備，如連桿、齒輪和槽輪，作為輸送工具?？傊?，相當(dāng)于提供了多達(dá)數(shù)百種不同的選擇。沖壓設(shè)備的使用十分普遍，尤其是在制造壓痕產(chǎn)品方面。這些設(shè)備的運(yùn)動特點(diǎn)決定了它們的效率。因此，更需要通過優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)來提高每個部位的運(yùn)動效率，并使得每個部位的運(yùn)動都更加穩(wěn)定。通過分析發(fā)現(xiàn)，沖壓機(jī)構(gòu)是一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它包括兩個部分：一個是曲柄搖桿部件，另一個是搖桿滑塊部件。為了更好地分析這兩個部件的受力情況，要根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征，分別為幾個部分，并分別執(zhí)行適當(dāng)?shù)某绦騺韺?shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。經(jīng)過模態(tài)分析、動力學(xué)響應(yīng)分析，可以獲取到?jīng)_壓機(jī)的各種響應(yīng)特性，并且利用這些特性，可以將其應(yīng)用于改善整個系統(tǒng)的力學(xué)性能，從而大大減少共振的可能性，并且可以有效地降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動和噪聲，這些分析成果為沖壓機(jī)的設(shè)計提供了重要的理論指導(dǎo)。第3章沖壓機(jī)設(shè)計要求通過對傳統(tǒng)沖壓機(jī)的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)沖壓機(jī)存在一些不足之處。為了應(yīng)對當(dāng)前的挑戰(zhàn)，設(shè)計出一種全新的技術(shù)：采用伺服電機(jī)，而不是傳統(tǒng)的飛輪、離合器、制動器，并且采用二級齒輪減速機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的有效控制。通過引入上位機(jī)監(jiān)控和運(yùn)動控制，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控沖壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，還能夠調(diào)整滑塊的位置和速度，從而大大提升“柔性”沖壓機(jī)的加工效率。采用伺服電機(jī)作為主要驅(qū)動力的沖壓機(jī)，其設(shè)計方案可參照圖3.1所示。圖3.1伺服電機(jī)直接驅(qū)動的沖壓機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)采取機(jī)械結(jié)構(gòu)，僅由二級減速齒輪傳動，而不是由連桿傳動，從而極大地縮小了傳輸距離，極大地改善了滑塊的定向準(zhǔn)確性，而且由于轉(zhuǎn)矩的變化，使得整個機(jī)器的動作反饋?zhàn)兊酶友附?。此外，使用一級減速機(jī)器，還能夠減少發(fā)電機(jī)的調(diào)整時間，從而極大地拓展出力比，而且結(jié)構(gòu)緊湊，操作和維修也十分容易。使用先進(jìn)的電磁制動器，可以有效地控制緊急情況下的行駛。例如，如果發(fā)生超負(fù)荷、故障或者電源中斷，可以立刻切換到電磁制動器，并讓其產(chǎn)生磁場，從而控制電動機(jī)的運(yùn)行。此外，還可以利用磁場的吸合效果，讓制動盤從銜鐵和電動機(jī)的接合部位脫離，從而實(shí)現(xiàn)制動。（1）通過參考有關(guān)書籍和資料，深入了解沖床沖壓技術(shù)和傳動系統(tǒng)的各種特性。（2）通過對相關(guān)文獻(xiàn)的研究和分析，對沖床的整個傳動系統(tǒng)進(jìn)行了全新的設(shè)計。（3）主要機(jī)構(gòu)由連桿、曲軸、滑塊和齒輪構(gòu)成了沖壓機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。（4）通過使用三維建模軟件，可以創(chuàng)建出精確的結(jié)構(gòu)模型。第4章沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計方案4.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計算采用曲柄搖桿結(jié)構(gòu)的方案，其中曲柄作為驅(qū)動部分，通過擺動和移位來實(shí)現(xiàn)搖桿的移動和滑塊的移位，具有極強(qiáng)的適配能力和極低的運(yùn)行精度，同時具有良好的計算自由度。這種設(shè)備能夠滿足運(yùn)動需求，它的傳動性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工業(yè)制造過程相對簡單，維護(hù)和更換也比較方便，適合大規(guī)模生產(chǎn)。設(shè)定方案中的各桿長度選擇取定λ=1.5代入公式：r≤0.4得r≤657㎜∴選取r=500㎜;∴L=r×λ=500×1.5=750㎜;即A=500mm，B=750mm根據(jù)設(shè)計規(guī)定，上下沖頭的保持壓力的持續(xù)時間應(yīng)該在0.4s以內(nèi)，而根據(jù)測量結(jié)果，桿A的最大偏移量應(yīng)該在2°以內(nèi)。最終，速比系數(shù)K應(yīng)該是180+62/180-62，也就是K=180+62/180-62=2.05時該機(jī)構(gòu)具有急回特性。圖4.1.1曲柄搖桿設(shè)計簡圖根據(jù)圖像，AB是搖桿，BC是連桿，ED是曲柄；因?yàn)槿呛瘮?shù)COS28=AB/AF+FE函數(shù)Tan28°=(BC+CE)/ABBC=EF+ECAB=AF=500mm∴BC桿長=146㎜ED桿長=79㎜AE桿長=566mm檢驗(yàn)曲柄存在條件ED=79mm，BC=146mm,AF=500mm,AE(機(jī)架)=566mm滿足曲柄連桿長之和定理，即可得出AD+AB≤CD+BC,能確定機(jī)構(gòu)曲柄的存在。綜上所述算取連桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計如下：曲柄長度為75㎜曲柄連桿取值為690㎜搖桿長度為500㎜滑塊連桿D取值為750㎜4.2伺服電機(jī)直接驅(qū)動可行性分析盡管現(xiàn)在的技術(shù)水平有待提高，但是隨著新型材料、電氣元器件和微處理器的出現(xiàn)，加上伺服電機(jī)的進(jìn)步，使得使用伺服電機(jī)來進(jìn)行壓力機(jī)的直接驅(qū)動的可能性越來越大。(1)大功率伺服電機(jī)的研制機(jī)電設(shè)備的驅(qū)動部分起著至關(guān)重要的作用，它為設(shè)備提供必要的能量，以及完成各種復(fù)雜的操作。長期以來，直流電機(jī)被廣泛使用來滿足重負(fù)荷的要求，然而，它們的機(jī)械轉(zhuǎn)矩傳輸以及電刷的使用都會帶來許多缺陷，它在三代技術(shù)改進(jìn)下，如今已被證實(shí)是一種具有卓越性能的永久磁體，它具有比鐵氧體更多的磁場，而且它所生產(chǎn)的同步電機(jī)具有尺寸緊湊、質(zhì)地輕巧、輸出功率更大、運(yùn)行更加迅速。交流同步伺服電機(jī)是一種常見的電動機(jī)，它與異步伺服電機(jī)比較，擁有更多的優(yōu)點(diǎn)，例如更好的操縱精度、更強(qiáng)的抗干擾能力、更小的尺寸、更低的耗電量、更高的運(yùn)行速度以及更好的抗惡劣的環(huán)境條件。同步電機(jī)還更加便捷地進(jìn)行電氣制動，并且更好地儲存制動能量，因而在間斷生產(chǎn)的設(shè)備上發(fā)揮著重要的作用。永磁同步伺服電機(jī)在機(jī)械壓力機(jī)中的使用可以帶來巨大的效益。日本FANUC和安川公司的產(chǎn)品可以提供150kw的大轉(zhuǎn)矩，這使得它們在這類機(jī)器上的應(yīng)用更加廣泛。(2)電機(jī)儲能及電網(wǎng)沖擊曲柄沖壓機(jī)的負(fù)載具有瞬時變化的特點(diǎn)，它們需要瞬時的力才能完成，這就要求沖壓機(jī)能夠承受瞬時的壓力。由于曲柄沖壓機(jī)的負(fù)載需要瞬時變化，所以它們的功耗往往需要相對較長的時間來確定，而且需要更多的能源來維持正常的運(yùn)行。相比之下，采用交流伺服驅(qū)動的機(jī)械沖壓機(jī)，它的功耗要低，而且能夠通過瞬時的力來實(shí)現(xiàn)更好的操縱。盡管采用傳統(tǒng)的電機(jī)作為負(fù)荷的主要驅(qū)動力，其容量較大且費(fèi)用較高，經(jīng)過多次的研究和測試，我們發(fā)現(xiàn)“電子飛輪”—儲能電容的應(yīng)用，不僅可以有效地替代傳統(tǒng)的飛輪，而且還可以有效地將瞬間的能源轉(zhuǎn)化為持久的功率。當(dāng)處于非常高的速度時，壓縮機(jī)的電動機(jī)會以較小的速度運(yùn)行，但是當(dāng)處于高轉(zhuǎn)速時，它會利用電容瞬時放電來產(chǎn)生足夠的沖擊能量，從而顯著降低其尺寸和功耗。當(dāng)使用伺服電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動時，如果沒有安裝“飛輪”的儲能系統(tǒng)，會導(dǎo)致電機(jī)釋放出巨大的瞬間扭矩，從而引發(fā)巨大的電流沖擊，如果沒有及時處理，這可能會給電力系統(tǒng)帶來潛在的危險。因此，“飛輪”的儲能系統(tǒng)可以有效地解決這一問題，它可以在空載狀態(tài)下儲存電力，而當(dāng)需要加快轉(zhuǎn)動的時候，則可以通過電磁制動，使得電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，并且可以利用儲能電容進(jìn)行蓄能。(3)驅(qū)動控制技術(shù)的進(jìn)步電機(jī)的交流同步伺服電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)取得了巨大的突破，電力電子和微處理技術(shù)的發(fā)展為其帶來了更大的潛力。早期的晶閘管和現(xiàn)代的智能模塊（IPM），為電機(jī)的驅(qū)動提供了更加緊湊、便攜、高效、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、靈活、全面的解決方案，為生產(chǎn)過程提供更加先進(jìn)的支持。隨著高速微處理器、DSP器件的發(fā)展，控制器可以進(jìn)行半數(shù)模混合控制，也可以進(jìn)行完整的數(shù)模控制，這樣不僅極大地改善了系統(tǒng)的性能，也為特定的控制芯片的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。4.3電機(jī)轉(zhuǎn)矩計算(1)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩通過將機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為電機(jī)輸出軸上的扭矩，我們可以使用以下公式來計算：T其中Pg＝700kN，曲柄半徑R=75mm，β＝0，i則TL=700×1(2)電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩在使用壓縮空氣進(jìn)行加載的過程中，轉(zhuǎn)動部件的摩擦轉(zhuǎn)矩至關(guān)重要。其中，最常見的摩擦來源包括：（a）滑塊的表面接觸、（b）曲軸的接觸、（c）曲柄、連桿的接觸以及（d）球頭與其固定點(diǎn)的接觸。因此，可以得出結(jié)論：機(jī)械摩擦的總扭矩是：TTjf是一種機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩，μ是一種摩擦系數(shù)，它的取值范圍是μ=0.04-0.05，而μ的取值范圍是μ=12μ（1+λ）da+λdb通過機(jī)械摩擦，將總轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，如下所示：Tf由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T=TL+Tf=1411+432=1843Nm，當(dāng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，它將會處于超負(fù)荷的情況，而且根據(jù)規(guī)定，超負(fù)荷的倍率應(yīng)該是3，這樣，Te就會達(dá)到Te=1843∕3=614.3Nm。經(jīng)過精確的計算，我們決定采用30kW的伺服電機(jī)，其中，轉(zhuǎn)速為750rpm，電壓為220V，電流為70A，轉(zhuǎn)矩為615Nm，以此來實(shí)現(xiàn)最大的工作力矩。4.4曲軸的確定滑塊機(jī)構(gòu)在沖床中起著重要的作用，因此研究它的運(yùn)行和承載能力對于優(yōu)化沖床的性能至關(guān)重要。這種機(jī)構(gòu)的核心任務(wù)包括繪制S-α曲線，測量滑塊的速度，精準(zhǔn)測量曲軸的公稱轉(zhuǎn)角，精準(zhǔn)測量曲軸的大小和扭矩。S-α曲線的繪制S=R[(1R=75S=7當(dāng)α=0°時（即下死點(diǎn)）

當(dāng)α=90°時

S=70[(1?0)+0.1/4(1+1)]=78.7滑塊速度計算VW-曲柄角速度w當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)到90°時，滑塊的運(yùn)動速度達(dá)到最高，其最高速度Vmax=wR，相當(dāng)于滑塊行程次數(shù)的Vmax=wR≈0.105的乘積。V曲軸公稱轉(zhuǎn)角αgαg=co曲軸尺寸的確定曲軸直徑do取do為120mm曲軸其它部位尺寸如圖4.4.2所示圖4.4.2曲軸基本尺寸其各個部分的公式分別為：dalgla=(1.3?rA-曲柄半徑取值為75mm采用連桿球頭或銷軸半徑的方案，可以獲得更優(yōu)的性能和可靠性根據(jù)公式，d最終將dB值調(diào)整至120mm，以達(dá)到最佳值。則rB=60mm曲軸扭矩的計算當(dāng)αg被設(shè)定為公稱轉(zhuǎn)角時，曲軸會產(chǎn)生公稱力Pg，而這種力的大小可以通過計算μ來確定，而μ=0.04，這是沖壓機(jī)的一個重要參考值。M帶入數(shù)據(jù)計算得Mkg曲軸強(qiáng)度的計算（1）齒輪施加的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于連桿施加在曲軸上的力，可以忽略不計。（2）連桿的力與公稱力相當(dāng)，其中1/2Pg施加在連桿瓦的兩端，距離曲柄臂2r處。（3）曲柄臂上的反作用力施加于距離其2r處。（4）曲柄頸的扭矩明顯低于彎矩，因此可以忽略不計；而支承頸的彎矩則明顯高于曲柄頸，因此也可以忽略不計。圖4.4.3顯示了C-C的截面圖，可以更好地說明這一點(diǎn)。圖4.4.3C-C截面圖危險截面C-C的彎矩為：Mw=[(lg帶入數(shù)據(jù)計算得Mw=34500NM最大彎矩應(yīng)力σ為：σ=帶入數(shù)據(jù)計算得σ=根據(jù)上述公式，當(dāng)曲軸尺寸保持不變時，σ值將保持不變。危險截面B-B的扭矩Mk為：Mk=Pg×Mk最大剪切應(yīng)力τ為：τ=根據(jù)公式，剪切應(yīng)力會根據(jù)彎曲的方向的不同而發(fā)生改變。詳情請參考表4.1。表4.1[σ]與材料[[45調(diào)制40Cr18Cr100～1400140～2000210～3000750～10001000～15001600～2300根據(jù)多次計算，最終確定的曲軸尺寸如圖4.5所示。圖4.5曲軸尺寸圖4.5連桿及滑塊的計算由于連桿和曲軸之間的聯(lián)系，使得沖壓機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)從曲軸和連桿的上下往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)壓力的傳遞。因此分析連桿運(yùn)動是沖壓機(jī)很重要的部分，以確保沖壓機(jī)的有效性和穩(wěn)定性。4.5.1球頭螺桿尺寸的確定連桿的尺寸有兩種：一種是固定的，另一種是隨意的。固定的連桿是由一個固定的桿體，一個帶有一個旋轉(zhuǎn)的桿。這兩種連桿都能夠根據(jù)需要進(jìn)行更換。無論是使用人工操作還是使用機(jī)器操作，都能夠?qū)B桿的尺寸進(jìn)行控制。根據(jù)沖壓機(jī)的公稱力，可以使用手工操作的螺桿，也可以使用機(jī)器人操作的螺桿，還有使用電動機(jī)的渦輪增速器的。由于具備了高精度的球頭，其具備的優(yōu)勢在于：加工簡單、安裝、拆卸、維護(hù)、緊湊的結(jié)構(gòu)，以及低系數(shù)的連桿，使得滑塊的側(cè)向壓力以及曲軸的扭矩都能夠得到很好的抑制。而其中，最具代表性的一個特點(diǎn)就是，其連桿的長度無法被改變，其下端通過圓柱銷與調(diào)節(jié)螺母的聯(lián)系，使得其具備良好的剛性，而且更為輕巧，此外，由于其系數(shù)的提高，使得滑塊的側(cè)向壓力更高，而軸齒輪的扭矩也會隨之提升，而且，由于其銷軸的表面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于球頭，因此其優(yōu)勢在于其輕巧的特點(diǎn)。使用三點(diǎn)式支承和圓柱面接觸來傳輸扭矩時，因?yàn)樗鼈兊募庸ず途S護(hù)都比較容易，所以使用的數(shù)量相對較多。與連桿相關(guān)的主要尺寸，參見表4.5的初步設(shè)計。表4.5連桿相關(guān)尺寸參照表符號推薦尺寸dddddH(3.9?5.7)(0.59?0.83)(0.83?1.0)(0.9?1.0)(1.5?1.86)(1.5?2.3)圖4.6球頭連桿圖4.7連桿尺寸由上表可得球頭螺桿各尺寸：dBdod2d3d4H=(1.5?2.3)通過精心設(shè)計的ZG35和HT200鋼材，在正火和退火處理后，將其轉(zhuǎn)換為45號調(diào)質(zhì)處理，并對其球頭進(jìn)行淬火處理，使其達(dá)到HRC40-45的硬度，最后使其具有三角形螺紋。4.5.2連桿計算受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的共同影響，在危險截面A-A處，可以通過以下公式來計算出合成應(yīng)力：σH=σσr=pFAFσσwσw=MA/WMAM摩擦系數(shù)取μ=0.05rA=75mmr將X--危險截面與球頭中心之間的間隔設(shè)定為60mm。L--連桿長度690mm將數(shù)據(jù)帶入式中求得MA=1419σH=1538.4因?yàn)槁菁y的抗彎強(qiáng)度通常要高于擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，而且連桿體的材料也不如螺桿，因此來確定它們的彎曲應(yīng)力。根據(jù)多次計算，最終確定的連桿尺寸如圖4.9所示，具有良好的精度。圖4.9連桿尺寸圖4.5.3滑塊的確定在常見類型的沖壓機(jī)中，滑塊的導(dǎo)軌長度和寬度之間的比值L/B在1.3到1.6之間這個值受到滑塊運(yùn)動軌跡的影響，當(dāng)運(yùn)動軌跡變得更遠(yuǎn)時，導(dǎo)軌長度會變得更長。通常，將L=（5-7之間）S。L=(5?7)×140mm=7因?yàn)長/B=1.3-1.6取1.4則B=640mm滑塊尺寸圖如圖4.10所示圖4.10滑塊的尺寸圖第5章高速級齒輪傳動計算選用齒輪的類別、齒輪精度等級、齒輪材質(zhì)和齒數(shù)。（1）選用所設(shè)計齒輪傳動方案，選取直齒圓柱齒輪傳動，壓力角為20°。（2）2最終選用7級精度等級。（3）決定選用40Cr（調(diào)質(zhì)）的小齒輪，它的堅硬程度達(dá)到了280HBS，而45（調(diào)質(zhì)）的大齒輪，它的堅硬程度達(dá)到了240HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)Z1=17，則大齒輪齒數(shù)Z2=Z1×i=17×4.4=74.8，取75。5.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計①試算小齒輪分度圓直徑，即d②確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3計算小齒輪傳遞的扭矩:T=9550×選擇齒寬系數(shù)φd=1通過參考書查得ZH=2.49通過參考數(shù)據(jù)和材料的彈性強(qiáng)度影響系數(shù)ZE為ZE=189MPa。最后通過公式計算出小齒輪的觸疲勞強(qiáng)度用重合系數(shù)Zε。αa1αZ計算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]根據(jù)參考書可以確定小齒輪和大齒輪接觸疲勞極限的數(shù)值σ由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：NN查取接觸疲勞系數(shù)K取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得[σH][σH]從[σH]1到[σH]2，選擇最低的值來確定接觸疲勞許用應(yīng)力，也就是說，將其視為接觸疲勞許用應(yīng)力σH③試算小齒輪分度圓直徑d（1）調(diào)整小齒輪分度圓直徑①計算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度νv=齒寬bb=②計算實(shí)際載荷系數(shù)KH。查找得使用系數(shù)KA=1通過對v=4.32m/s和7級精度的分析，我們可以得出Kv=1.11的動態(tài)系數(shù)。齒輪的圓周力。FKA×Ft/b=1×2064.43/43.179=48N╱mm<100N╱mm齒間載荷分配系數(shù)KHα被定義為1.2確定插值法，采用7級的精度，并且將小齒輪的布局為不對稱狀態(tài)，就可以得出齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.309由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)K③根據(jù)公式，我們計算出了根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況計算出的分度圓的直徑。d④確定模數(shù)m=5.2確定傳動尺寸計算中心距為了確保低速級圓柱齒輪的最低強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)其中心距來進(jìn)行精確的計算。Z1=17則，Z2=u×i=75a=計算小、大齒輪的分度圓直徑dd計算齒寬b=取B1=80mmB2=75mm5.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為σ①T、m和d1同前齒寬b=b2=65齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)YSa：查得齒形系數(shù)Y查得應(yīng)力修正系數(shù)Y試選KFt=1.3通過公式，可以確定材料的彎曲疲勞強(qiáng)度，并使用重疊系數(shù)Yε。Y②圓周速度v=③寬高比b/hh=b通過對v=10.895m/s的測量，我們發(fā)現(xiàn)7級的精確性，并通過分析得出了Kv=1.22的動態(tài)響應(yīng)。齒間承重載荷分配的系數(shù)為KFα=1.2我們就可以得出KHβ=1.318結(jié)合b/h=75/4.5=16.667最后得KFβ=1.061。則載荷系數(shù)為K通過對比我們發(fā)現(xiàn)，無論是小型還是大型的齒輪，其齒根的彎曲疲勞極限都是如此分別為σ取彎曲疲勞系數(shù)K彎曲疲勞設(shè)計安全系數(shù)S=1.25，由公式得σσ齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核σσ齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度達(dá)到了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且小齒輪的抗彎曲疲勞損傷能力明顯優(yōu)于大齒輪。④齒輪的圓周速度v=選用7級精度是合適的主要設(shè)計結(jié)論齒輪數(shù)Z1設(shè)計為17，Z2設(shè)計為75，模數(shù)M設(shè)計m=2mm，壓力角設(shè)計α為20°，中心距確定為92mm，齒寬設(shè)計為80mm，B2確定為75mm。5.4計算齒輪傳動其它幾何尺寸①計算齒頂高、齒根高和全齒高h(yuǎn)ahf=mhh=ha②計算小、大齒輪的齒頂圓直徑dda③計算小、大齒輪的齒根圓直徑ddf齒輪參數(shù)和幾何尺寸總結(jié)表5.1齒輪主要結(jié)構(gòu)尺寸名稱和代號計算公式小齒輪大齒輪中心距a233233齒數(shù)z31202模數(shù)m22齒寬B7065螺旋角β左旋0°0'0"右旋0°0'0"齒頂高系數(shù)ha*1.01.0頂隙系數(shù)c*0.250.25齒頂高h(yuǎn)am×ha*22齒根高h(yuǎn)fm×(ha*+c*)2.52.5全齒高h(yuǎn)ha+hf4.54.5分度圓直徑d62404齒頂圓直徑dad+2×ha66408齒根圓直徑dfd-2×hf57399注：han?=1.0,第6章低速級齒輪傳動設(shè)計計算選用齒輪的類別、齒輪精度等級、齒輪材質(zhì)和齒數(shù)。（1）選用所設(shè)計齒輪傳動方案，選取直齒圓柱齒輪傳動，壓力角為20°。（2）最終選用7級精度等級。（3）決定選用40Cr（調(diào)質(zhì)）的小齒輪，它的堅硬程度達(dá)到了280HBS，而45（調(diào)質(zhì)）的大齒輪，它的堅硬程度達(dá)到了240HBS。（4）如果選擇Z1=17，那么大齒輪的齒數(shù)就是Z2=Z1×i=17×3.4=57.8取586.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計①試算小齒輪分度圓直徑，即d②確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3計算小齒輪傳遞的扭矩:T=9550×選擇齒寬系數(shù)φd=1通過參考書查得ZH=2.49通過參考數(shù)據(jù)和材料的彈性強(qiáng)度影響系數(shù)ZE為ZE=189MPa。最后通過公式計算出小齒輪的觸疲勞強(qiáng)度用重合系數(shù)Zε。ααεZ計算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]可以確定小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限的值是多少？σ由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：NN查取接觸疲勞系數(shù)K取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得[σH][σH]從[σH]1到[σH]2，選擇最低的值來確定接觸疲勞許用應(yīng)力，也就是說，將其視為接觸疲勞許用應(yīng)力σH③試算小齒輪分度圓直徑d1)調(diào)整小齒輪分度圓直徑①計算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度νv=齒寬bb=②計算實(shí)際載荷系數(shù)KH。查得使用系數(shù)KA=1通過測量v=1.66m/s和7級精度，我們可以得出動載系數(shù)Kv=1.06齒輪的圓周力。FKA×Ft/b=1×1905.82/43.939=43N╱mm<100N╱mm齒間負(fù)荷分擔(dān)系數(shù)KHα被定義為1.2。根據(jù)插值法，當(dāng)采取7級精度的小齒輪，且其相對于支撐結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不對稱布局，其齒向載荷分布系數(shù)KHβ可以達(dá)到1.31由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)K③根據(jù)公式，我們計算出了根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況計算出的分度圓的直徑。d④確定模數(shù)m=6.2確定傳動尺寸計算中心距a=計算小、大齒輪的分度圓直徑dd計算齒寬b=取B1=80mmB2=75mm6.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為σ①T、m和d1同前齒寬b=b2=75齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)YSa：由此查得齒形系數(shù)Y得應(yīng)力修正系數(shù)Y試選KFt=1.3通過公式，可以確定材料的彎曲疲勞強(qiáng)度，并使用重疊系數(shù)Yε。Y②圓周速度v=③寬高比b/hh=b通過測量v=2.717m/s和7級精度，我們可以得出動載系數(shù)Kv=1.08。查閱得齒間分布載荷系數(shù)KFα=1.2根據(jù)數(shù)據(jù)，我們可以得出KHβ=1.318為1.016，這與b/h=75/6.75=11.111相符。則載荷系數(shù)為K通過對比無論是小型還是大型的齒輪，其齒根的彎曲疲勞極限都是如此σ查取彎曲疲勞系數(shù)K選取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.25，由公式得σσ齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核σσ齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度達(dá)到了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且小齒輪的抗彎曲疲勞損傷能力明顯優(yōu)于大齒輪。④齒輪的圓周速度v=選用7級精度是合適的主要設(shè)計結(jié)論齒數(shù)設(shè)計Z1為17，Z2為58，模數(shù)設(shè)計M為2毫米，壓力角度α為20°，中心距a設(shè)計為75mm，齒寬B1為80mm，B2為75毫米。6.4計算齒輪傳動其它幾何尺寸①計算齒頂高、齒根高和全齒高h(yuǎn)hf=mh=②計算小、大齒輪的齒頂圓直徑dd③計算小、大齒輪的齒根圓直徑dd齒輪參數(shù)和幾何尺寸總結(jié)表6.1齒輪主要結(jié)構(gòu)尺寸名稱和代號計算公式小齒輪大齒輪中心距a7575齒數(shù)z1758模數(shù)m22齒寬B8075螺旋角β左旋0°0'0"右旋0°0'0"齒頂高系數(shù)ha*1.01.0頂隙系數(shù)c*0.250.25齒頂高h(yuǎn)am×ha*22齒根高h(yuǎn)fm×(ha*+c*)2.52.5全齒高h(yuǎn)ha+hf4.54.5分度圓直徑d34116齒頂圓直徑dad+2×ha38120齒根圓直徑dfd-2×hf30112注：h6.5系統(tǒng)綜合方案評價（1）本次傳動系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動功能的能力，并能夠自動完成生產(chǎn)任務(wù)；（2）通過設(shè)計調(diào)整傳動比，我們可以達(dá)到更加準(zhǔn)確的周期性動作，并使用更小的凸輪和搖桿，以保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行；（3）工作性能：達(dá)到目標(biāo)生產(chǎn)速率；選用6千瓦電動機(jī)提供強(qiáng)勁的動力，可以滿足各種需求；（4）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)：比較緊湊；第7章傳動系統(tǒng)三維造型設(shè)計7.1三維造型軟件的概述Pro/ENGINEER是美國聯(lián)邦參數(shù)科技有限公司（PTC）的重要成果，它擁有先進(jìn)的三維CAD/CAM工藝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的參數(shù)設(shè)計，從零部件的制作、組合、裝配、模具制作、鈑金加工、NC編碼、外形設(shè)計、結(jié)構(gòu)仿真到鑄造件的制作，它的優(yōu)勢不可忽視，已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于航空、飛船、機(jī)械設(shè)備、電氣、車輛、家用電器、玩具以及其他各種行業(yè).Pro/ENGINEER因具有出色的三維CAD/CAM性能，被譽(yù)為三維CAD/CAM行業(yè)的佼佼者，不僅被全球各地的高校所采用，也被視作工科生的重要學(xué)習(xí)資源，更是工程師們不可或缺的核心技能。Pro/ENGINEER已經(jīng)被證明是一種極具價值的工具[16]，它能夠提升企業(yè)的生產(chǎn)能力，并且已經(jīng)被普遍采納。Pro/ENGINEER，也被稱為Pro/E，是美國PTC有限公司研制的一套完整的三維空間技術(shù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，能夠從設(shè)計階段直接進(jìn)行生產(chǎn)，并且通過使用參數(shù)化和特征化的實(shí)體模型，將所有信息存儲于一個完整的、互不影響的數(shù)據(jù)庫中，以便隨時調(diào)整。pro/ENGINEER是一款具備高效性和可靠性的三維設(shè)計技術(shù)應(yīng)用，它能夠幫助企業(yè)將復(fù)雜的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和生成轉(zhuǎn)變成一個可控的、可操作的、可視的、可視的、可追溯的、可視的的模擬，使得企業(yè)能夠更為有效、準(zhǔn)確的執(zhí)行工作[16-18]。這種材料被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，包括飛機(jī)、宇宙飛船、工程設(shè)備、電氣設(shè)備、塑料制品、玩具制造。7.2各組成部分三維模型設(shè)計(1)曲軸的三維建模圖7.2.1曲軸的三維建模(2)連桿的三維建模圖7.2.2連桿的三維建模(3)滑塊的三維建模圖7.2.3滑塊的三維建模(4)齒輪的三維建模圖7.2.4齒輪的三維建模(5)伺服電機(jī)的三維建模圖7.2.5電機(jī)的三維建模7.3裝配圖的三維建模圖7.3裝配圖的三維建?？偨Y(jié)在這次畢業(yè)設(shè)計中充分發(fā)揮了在校學(xué)習(xí)的機(jī)械理論知識，選用曲柄連桿傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方案，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單，方便制造，能量傳遞效率高，工作可靠的沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)。回想這次畢業(yè)設(shè)計，至今使我仍感慨很多，從最開始的收集沖壓機(jī)傳動系統(tǒng)的資料和搜集相關(guān)文獻(xiàn)，到后來的傳動方案的基本確定，研究各部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算。其中包括曲軸連桿設(shè)計，滑塊與齒輪的設(shè)計，最后將所有機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模并完成裝配。從開始做畢業(yè)設(shè)計到結(jié)束，在這段日子里，可以說是苦盡甘來，但是學(xué)到了很多知識，不僅可以鞏固了所學(xué)的機(jī)械理論知識，而且學(xué)到了很多以前學(xué)不到的機(jī)械理論。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我掌握了更扎實(shí)的