JA21-160型曲柄压力机

JA21-160型曲柄压力机设计

曲柄压力机是成型工艺的主要设备之一,在国民生产中发挥着极其重要的作用,在锻压机械中,曲柄压力机的数量大约占到一半以上.因此大量制造和使用曲柄压力机已经成为工业先进国家的发展方向之一。

在本次毕业设计中,本人查阅了多种工具书的基础上,运用CAD等制图软件设计了曲柄压力机。针对这次设计的160吨开式曲柄压力机，进行了相应参数计算及结构设计。设计内容包括：工作机构、传动系统、操纵系统、能源系统、支撑部件及辅助系统。

关键字：开式,参数，设计

摘要

I

全套设计包括设计说明书+CAD图纸。购买请联系qq：541937254

JA21-160 –TYPE CRANK PRESS DESIGN

ABSTRACT

As one of the main equipments in forming technology, crank press plays a very important role in GNP. In forging machinery, the number of crank presses account for more than a half of the total machines. Thus mass production and application of crank presses has become one of the developing directions in industrially advanced countries.

In this thesis, through referring to various documents and applying CAD and other graphics soft wares, the design of crank press is made. We design a 160 tons crank press this time. The content of design includes: working structure, transmission system, operational system, energy system, supporting components and auxiliary system.

KEY WORDS: Open type , parameter, design

II

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目 录

摘要 ..................................................................................................... I Abstract ............................................................................................. II 前 言 ................................................................................................ 1 第1章 设计方案 ........................................................................... 2 1.1技术参数 ...................................................................................... 2 1.2 总体设计 ..................................................................................... 3 第2章 曲柄压力机电动机的计算 ................................................ 4 2.1工作循环所消耗的能量 ............................................................... 4

2.1.1 工件变形功W1 .................................................................... 4 2.1.2 拉伸垫工作功 .................................................................... 4 2.1.4 工作系统时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量W4 ......................................................................................... 5 2.1.5 压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量 ................. 5 2.1.6 单次行程时，滑块停顿、飞轮空转所消耗的能量 .......... 5 2.1.7 单次行程时，离合器接合所消耗的能量 ......................... 6 第3章 传动系统的计算 ................................................................. 8 3.1 V带传动的设计计算 ................................................................... 8

3.1.1 确定计算功率 .................................................................... 8 3.1.2 选择带型 ........................................... 错误！未定义书签。 3.1.3 确定带轮的基准直径 ....................... 错误！未定义书签。 3.1.4 确定中心距a和带的基准长度Ld ..... 错误！未定义书签。 3.1.5 验算主动轮上的包角1 .................... 错误！未定义书签。 3.1.6 确定普通V带的根数z .................... 错误！未定义书签。 3.2 小带轮的结构设计 ..................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 小带轮的材料 ................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 小带轮的结构尺寸 ........................... 错误！未定义书签。 3.2.3 飞轮的结构尺寸 ............................... 错误！未定义书签。 3.3 轴径的计算 ................................................ 错误！未定义书签。

III

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3.4 齿轮的计算 ................................................ 错误！未定义书签。

3.4.1 曲轴端大齿轮与中间轴小齿轮的设计计算（第二级齿轮转动） .................................................... 错误！未定义书签。 3.4.2 第一级齿轮传动的设计计算 ............ 错误！未定义书签。 3.4.3 大齿轮结构设计 ............................... 错误！未定义书签。 第4章 摩擦离合器和制动器的设计 ................................................ 8 4.1离合器的计算............................................................................... 8

4.1.1 确定摩擦副平面尺寸 ........................................................ 9 4.1.2 确定摩擦副相关尺寸 ....................... 错误！未定义书签。 4.1.3 确定气缸活塞面积及行程 ............... 错误！未定义书签。 4.1.4 工作能力核算 ................................... 错误！未定义书签。 4.2制动器的计算.............................................. 错误！未定义书签。

4.2.1 确定制动力矩 ................................... 错误！未定义书签。 4.2.2 确定摩擦副平面尺寸 ....................... 错误！未定义书签。 4.2.3 确定摩擦副厚度尺寸 ....................... 错误！未定义书签。 4.2.4 气缸活塞面积计算 ........................... 错误！未定义书签。 第5章 曲柄滑块机构 ................................................................... 9 5.1 滑块 ............................................................................................. 9

5.1.1 滑块的结构 ........................................................................ 9 5.1.2 滑块的材料 .................................................................... 10 5.1.3 滑块结构设计的一般要求 .............................................. 10 5.2 导轨 ........................................................................................... 10

5.2.1 导轨的形式 ....................................... 错误！未定义书签。 5.2.2 导轨的材料： ................................... 错误！未定义书签。 5.2.3 对导轨的要求 ................................... 错误！未定义书签。 5.2.4 滑块的计算 ..................................... 错误！未定义书签。 5.3 曲轴的设计计算 ......................................... 错误！未定义书签。

5.3.1曲轴有关尺寸设计 ............................ 错误！未定义书签。 5.3.2曲轴强度计算 .................................... 错误！未定义书签。 5.4连杆及装模高度调节机构的设计 .............. 错误！未定义书签。

IV

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5.4.1球头式调节螺杆的基本尺寸设计 ..... 错误！未定义书签。 5.4.2调节螺杆最大压缩应力校核 ............. 错误！未定义书签。 5.4.3调节螺纹的强度校核 ........................ 错误！未定义书签。 5.5曲柄滑块机构的滑动轴承选型 .................. 错误！未定义书签。

5.5.1滑动轴承的结构 ................................ 错误！未定义书签。 5.5.2滑动轴承的计算 ................................ 错误！未定义书签。 第6章 机身的设计 ....................................................................... 11

6.1 机身结构应满足下列要求................................................. 11 6.2 开式机身强度的计算 ........................................................ 11 6.3 开式机身刚度的计算 ......................... 错误！未定义书签。 第7章 其它零件设计 ..................................................................... 12

7.1过载保护装置设计 ............................................................. 12 7.2 模具的装夹和上打料机构的设计 ..................................... 12 7.3 滑块平衡装置的设计 ......................... 错误！未定义书签。 结束语 .............................................................................................. 12 致 谢 .............................................................................................. 13 参考文献 .......................................................................................... 14 外文资料翻译 .................................................................................. 14

V

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前 言

国家的装备制造业的整体能力和发展水平决定着国家的经济实力、国防实力、综合国力里和在全球经济形势中的竞争和合作能力，决定着国家实现现代化和民族复兴的进程。锻压设备在国防工业和民用工业中占有极重要的地位。采用锻压工艺生产零件具有很多特点：塑性成形时，移动材料单位体积的速度比切削加工快，生产效率高；不仅能改善材料内部的机构和缺陷，而且能充分利用纤维组织的方向性，尤其是锻压后不加工的零件，没有外露的端向晶粒，可大大提高零件的机械性能；零件重量轻，材料利用率高，精密锻压件更为突出，这在航空航天工业中具有极其重要的意义。因此，锻压加工的零件数量在各行各业中所占的比重很大：航空工业中占85%;汽车工业中占80%；电器，仪表工业中占90%；农机、拖拉机工业中占70%。

曲柄压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。作为锻压设备的一种主要类型，曲柄压力机在工业生产中发挥着越来越大的作用 ，因此，我们有必要对其进行深入的了解，进而更好的服务于生产。下边我们就曲柄压力机进行一些简单的介绍。

曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，通过以下例子来说明它的工作原理。

JB23-63压力机的工作原理如下：电动机通过三角皮带把运动传给大皮带轮，再经小齿轮和大齿轮传给曲柄。连杆上端在曲轴上，下端与滑块连接，把曲柄的旋转运动变为滑块的直线往返运动。上模装在滑块上，下模装在垫板上。因此，当板料放在上下模之间时，即能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。用于生产工艺的需要，滑块有时运动，有时停止，所以装有离合器和制动器。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，也就是说，有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程时间。为了使电动机的负荷均匀，有效地利用能量，因而装有飞轮。大皮带轮即起飞轮作用。

1

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第1章 设计方案

1.1技术参数

JA21-160主要技术参数

规格 工称压力 发挥工称压力时离下死点的距离 滑块行程长度 滑块行程次数 最大封闭高度 封闭高度调节量 滑块底面尺寸 前后 左右 工作台垫板尺寸 前后 左右 厚 滑块内打料杆行程 主电机 功率 型号

单位 吨 毫米 毫米 次/分 毫米 毫米 毫米 毫米 毫米 毫米 毫米 毫米 千瓦 参数 160 13 160 40 450 130 15 Y160-4

2

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1.2 总体设计

本设计为JA21-160曲柄压力机，经多方考虑，各机构布置及部件选择如下：

1、传动系统 布置方式为上传动，传动轴垂直于机身正面布置，共三级传动

2、曲柄滑块机构 曲轴选择为曲拐轴，曲轴上增加偏心套，球头式连杆，装模高度调节装置选用手动调节。

3、离合-制动器 选用浮动镶块式摩擦离合-制动器，布置于高速轴上。 4、机身 为开式机身

5、辅助装置 气垫、平衡缸、打料杆等均与其他部件相配合，满足安全及工作需要，并符合国家相关标准。

3

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第2章 曲柄压力机电动机的计算

2.1工作循环所消耗的能量

WW1W2W3W4W5W6W7 (2-1) 其中W1——工件变形功 W2——拉伸垫工作功

W3——工作行程时曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量

W4——工作行程时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量

W5——压力机空程向上、向下时所消耗的能量

W6——单次行程时，滑块停顿、飞轮空转所消耗的能量 W7——单次行程时，离合器接合所消耗的能量

2.1.1 工件变形功W1

W10.315Fgh0 (2-2) 其中Fg——压力机公称压力 h0——板料的厚度

该压力机是慢速压力机（如两级及两级以上传动的压力机）

故 h00.4Fg0.4160016(mm) 所以 W10.3151600103161038064J

2.1.2 拉伸垫工作功 W2

2.1.3 工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量

W30.5mFqg （2-4）

11 FgS16001031601037111.1J （2-3）

3636其中 mu——摩擦当量力臂（mm），m=0.01m

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Fg——公称压力（KN），Fg1600KN g——公称压力角，取30°

则W30.5mFgg0.0087mFgg

=4186.7J

2.1.4 工作系统时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量W4

W41Fgh (2-7) 2其中Fg——公称压力KN

h——压力机总的垂直变形,hCn——压力机的垂直刚度

FgCn

查表 取Cn400KN/mm 所以 h4103mm

则 W40.5160010341033200J

2.1.5 压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量 查表得 W51600J

2.1.6 单次行程时，滑块停顿、飞轮空转所消耗的能量

W6N6(tt1) （2-8）

式中 t——单次行程周期，t1，Cn为行程利用系数,取3.33 nCnt1——曲轴回转一周所需时间，t11=n60 40N6——按教材（锻压设备理论与控制）表4-25查出N6=1.68KW

所以，W6=3080J

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2.1.7 单次行程时，离合器接合所消耗的能量

W7=0.2W

所以WW1W2W3W4W5W6W7=34052.25J

2.1.8 电动机的功率

设计压力机功率若按一次行程也即一个循环的平均能量来计算电动机的功率：

NmW (2-9) t式中Nm——平均功率（W）

W——工作循环所需要的总能量,可得W=34062.25J t——工作循环的时间,t=

60(s) ncn n——压力机滑块行程次数 cn——压力机行程利用系

本曲柄压力机采用手工送料 cn=0.45，所以t113.3 =

40nCn0.4560则 NmW34052.25 10.3(KW）1000t10003.3为了使飞轮尺寸不至于过大，将电机功率选得比Nm大：

NkNm

经查表得k1.2

N1.210.312.36(kw)

由手册选取Ne15(KW)的Y160-4型电动机。 重算k使用。

根据设计计算出来的数据，有如下技术参数：

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Ne151.21，这就是实际的功率系数，以便计算飞轮时Nm12.36全套设计包括设计说明书+CAD图纸。购买请联系qq：541937254

最大转矩: 2.2Nm 同步转速: 1500 r/min 满载转速: 1470r/min 额定功率: 15kw 电 压: 220V 总 长: 645mm 轴 径: 重 量：轴 长：

42mm mm 7

144km 110

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第3章 传动系统的计算

曲柄压力机的滑块行程次数是40次/min，为了能够减小齿轮尺寸和到时安装制动器的方便，采用三级传动。现把传动比安排如下：

电机满载转速：nm1470次/min 飞轮 转速：n飞386次/min 第一级传动比：i1nm14703.81 n飞386第二级传动比：i23 第三级传动比：i33.22 高速轴的转速：n1386r/min 中间轴的转速：n2128.7r/min 曲轴 的转速： n340r/min

3.1 V带传动的设计计算

3.1.1 确定计算功率

第4章 摩擦离合器和制动器的设计

4.1离合器的计算

摩擦离合器的设计计算主要为：

1） 根据离合器所需要传递的扭矩确定摩擦副的平面尺寸。 2） 根据结构的刚度及材料的摩擦寿命决定摩擦副的厚度尺寸。 3） 据摩擦副所需的压紧力决定气缸活塞面积。 4） 根据磨损系数及磨损量核算离合器的工作能力。

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4.1.1 确定摩擦副平面尺寸 1） 摩擦半径

Ru3Mg （4-1）

4bcqi查表5-2，q10105Pa，0.3，1.1，c0.55，b0.55，0.94，

i9.632

则： Ru31.167072

43.140.550.550.3101059.6320.94 =0.193(m) 查取有关参数得R0.195(m) 2） 摩擦环宽度及镶块排列方式 bB （4-2） R则 BbR0.550.1950.107(m)10.7(cm) 选用长圆形镶块，有关尺寸为

r3.25cm,l11.0cm,h3.5cm,Fi39.7cm2

dw230mm.

第5章 曲柄滑块机构

5.1 滑块

5.1.1 滑块的结构

滑块上部与连杆相连，下地面安装上冲模，内部有连杆，推料装置，有的还装有封闭高度调节装置，平衡装置，保险装置等，是一个复杂的箱形结构。其具体结构随压机的用途，结构特点，公称压力大小，导轨形式等而改变。为了保证滑块底面必须与工作台上平面的平行度，保证滑块运动方向与工作台的垂直度，因此，滑块的导向面必须与地平面垂直。导轨

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与滑块的导向面应保持一定的间歇，而且能进行调整。

5.1.2 滑块的材料

小型压机常用ＨＴ２０－４０，球墨铸铁，ZG35铸成，也可以用A3钢板焊接。为了提高滑块的耐磨性，导面上还镶上一层酚醛压布板。

5.1.3 滑块结构设计的一般要求

1） 装在滑块上的各种机构力求简单紧凑，布局合理，安装调整方便，并尽量使滑块部件的重心通过滑块体的几何中心。

2） 在保证强度和刚度的前提下，合理确定截面尺寸和筋板位置，尽量减轻滑块重量。

3） 为了保证压力机有较高的精度，对滑块应有适当的精度要求，并有足够的导向长度。

4） 滑块结构复杂，必须认真注意其工艺性。

5.2 导轨

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第6章 机身的设计

6.1 机身结构应满足下列要求

1） 机身在满足强度、刚度的条件下，力求重量轻、节约金属。 2） 结构力求简单，并使装于其上的所有部件、零件容易安装、调整、修理和更换。

3） 结构设计应便于铸造或焊接和机加工。 4） 必须有足够的底面积，保证压力机的稳定性。 5） 结构设计应力求减少振动和噪音。 6） 结构设计力求外形美观。

7） 机身结构分为铸造和焊接两种结构，本次设计采用铸造结构。铸造结构的材料有HT2040铸铁，QT4210球铁， ZG35铸钢。

6.2 开式机身强度的计算

开式机身由于三面敞开，是一个悬臂结构，刚度较差。特别是有角变

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第7章 其它零件设计

7.1过载保护装置设计

曲柄压力机的工作机构为刚性联接方式，滑块在工作时的上下死点时固定的，若工作中由于操作使用不当使滑块下行受阻，由于曲柄滑块机构的增力特性，会造成连杆受力FAB上升至超过标称压力Fg。造成过载的原因很多，如工艺设计时设备选用不当；模具调试时设备装模高度小于模具的高度；冲压时毛坯位置放置不当；异物夹在模具内等。过载会引起设备或模具损坏，为防止过载引发的事故，设备上相应的设计了过载保护装置，常用的装置有压塌块式和液压式两类，本设计是中小型压力机，所以采用单面剪切式压塌块。

该设计剪切块采用球墨铸铁查资料知道b450MPa，那么剪切块剪切力的计算如下：

0.8b0.8450360MPa 剪切块剪切面的尺寸： S

1.2Fg21（7-1） 40(mm)

d17.2 模具的装夹和上打料机构的设计

1） 模具的装夹设计

结束语

三个多月来，紧张忙碌的毕业设计就要结束了。通过这次对JA21-160型曲柄压利机的设计，我学习到了很多东西。对曲柄压力的构造、工作原理、曲柄滑块机构、传动系统的布置、离合制动器的安装结构以及作用，有了一个比较系统的了解。

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在这次设计中，我设计了改机型的总图，并相对详致的设计了其浮动镶块式摩擦离合-制动器。曲柄压力机由机身、曲柄滑块机构、传动系统、离合-制动器以及一些辅助装置组成。各系统装置是紧密关联的，并不是独立

致 谢

本次毕业设计是在万玉琼老师的精心指导下完成的，三个月来，万老师给了我很大帮助，从课题的选择到设计的最终完成，万老师不仅是在方法上还是具体操作上都给予了最大限度的指导和帮助。此外，通过这次设计， 13

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参考文献

[1] 周希章：周全等.如何正确选用电动机[M].北京：机械工业出版社，2004.9

[2] 李永堂：付建华：白墅洁：张文杰.锻压设备理论与控制[M].北京：国防工业出版社，2005.17

[3] 唐增宝：何永然：刘安俊.机械设计课程设计（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.6

[4] 濮良贵：纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2005.11

[5] 机械设计手册联合组编写.机械设计手册[M].上册.第一分册.第二分册.第二版（修订）.北京：化学工业出版社，1987.12 [6] 锻压技术手册编委会编.锻压技术手册[M].上册.北京：国防工业出版社，1989

外文资料翻译

The Deforming Processes of Forging

Abstract:

Forging is the process by which metal is heated and is shaped by plastic deformation by suitably applying compressive force. Usually the compressive force is in the form hammer blows using a power hammer or a press. Keywords: forging, process, rolling, extrusion

Forging refines the grain structure and improves physical properties of the metal. with proper design, the grain flow can be oriented in the direction of

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principal stresses encountered in actual use. grain flow is the direction of the pattern that the crystals encountered in actual use. grain flow is the direction of the pattern that the crystals take during plastic deformation. Physical properties(such as strength, ductility and toughness)are much better in a forging than in the base metal, which has, crystals randomly oriented.

Forging are consistent from piece to piece, without any of the porosity, voids, inclusions and other defects. thus, finishing operations such as machining do not expose voids, because there are not any. Also coating operations such as plating or painting are straightforward due to a good surface, which needs very little preparation.

Forgings yield parts that have high strength to weight ratio-thus are often used in the design of aircraft frame members.

A forged metal can result in the following

Increase length, decrease cross-section, called drawing out the metal.

锻造中的变形过程

摘要:

锻造是指通过对金属加热，并运用适度压力使之发生塑性变形的一个过程。通常的压缩力的形式有电动锤或压力锤。 关键词：成型，过程，轧制，挤压

锻造可细化晶粒结构和提高金属的物理性能。妥善设计，晶粒可流向可改善塑性能力的主应力方向。晶粒流向是在塑性变形过程中晶格的流动方向。锻件的物理性能（如强度，延展性和韧性）比未经锻造的金属件要好的多，未经锻造的金属其晶体导向都是随机的。

锻件都是致密的，一块地一块，没有任何的空隙、空洞、夹杂和其他缺陷。因此，涂装作业，如加工，不拆穿空，因为是没有。同时涂料的行

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动，如电镀或绘画，是直截了当的，这归因于其良好的锻面质量。由于良好的表面质量，而只需要很少的准备。锻件有较高的强度重量比，因此，常常用于设计飞机结构。

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