机械设计综合课程设计薄壁零件冲床机构设计.doc

《机械设计综合课程设计薄壁零件冲床机构设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计综合课程设计薄壁零件冲床机构设计.doc（45页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目： 薄壁零件冲床机构设计 学院设 计 者：指导教师：2015年6月16日北京航空航天大学目录一、设计任务书11、设计题目：薄壁零件冲床的设计12、设计背景：13、设计参数：24、设计任务2二、总体方案设计21、传动法案的拟定22、电动机的选择43、传动系统的运动和动力参数5三、传动零件的设计61、斜齿圆柱齿轮的设计6（1）高速及齿轮设计6（2）低速级齿轮设计112、传送带的设计163、轴的设计17(1)高速轴的设计17(2)中速轴的设计21(3)低速轴的设计254、轴承的设计和校核295、键连接设计31四、减速器箱体及附件的设计321.减速器尺寸322.减速器

2、的润滑333.密封件的选择34五、其他34六、参考资料35前言机械设计综合课程设计是针对机械设计系列课程的要求，由原机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践性课程：是继机械原理与机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养工科学生机械工程设计能力的课程。 此次着重对薄壁零件冲床机构进行了设计，涉及到了冲床的尺寸，选材，热处理方式，工作条件，应力校核等多方面。对前面所学的知识进行了回顾以及综合的运用，主要涉及到材料力学，机械原理，机械设计，工程材料等课程。一、一、 设计任务书1、 设计题目：薄壁零件冲床的设计2、 设计背景：（1） 工作原理： 薄壁零件冲床的组成框图如图1所示。图1

3、薄壁零件冲床的组成框图 工作原理如图2a所示。在冲制薄壁零件时，上模（冲头）以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。图2 薄壁零件冲制工作原理图（2） 设计条件与要求动力源为电动机，上模做上下往复直线运动，其大致运动规律如图2b所示，要求有快速下沉、匀速工作进给和快速返回的特征。上模工作段的长度L=40100mm,对应曲柄转角=6090；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速比系数K1.5。上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方），如图2

4、a所示。送料距离L=60250mm。要求机构具有良好的传力特性，特别是工作段的压力角应尽可能小，一般取许用压力角=50。生产率为每分钟70件。按平均功率选用电动机。需要5台冲床。室内工作，载荷有轻微冲击，动力源为三相交流电动机。使用期限为10年，每年工作250天，每天工作16小时。每半年保养一次，每三年大修一次。（3） 生产状况：中等规模机械厂，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。3、 设计参数：冲床载荷5500N，上模工作段长度L=90，工作段对应的曲柄转交=。4、 设计任务（1） 机构系统总体运动方案；画出系统运动简图，完成运动方案设计论证报告。（2） 成传动系统或执行系统的结构设计，画出传动

5、系统或执行系统的装配图。（3） 设计主要零件，完成2张零件工作图。（4） 编写设计说明书。二、 总体方案设计1、 传动法案的拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机、传动机构和执行机构三部分。（1） 原动机的选择按设计要求，动力源为三相交流电动机。（2） 传动机构的选择可选用的传动机构类型有：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。带传动平稳性好，噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也较低，但是传动效率低，传动比不恒定，寿命短；链传动虽然传动效率高，但会引起一定的震动，且缓冲吸震能力差；蜗轮蜗杆传动对然平稳性好，但效率低，没有缓冲吸震和过载保

6、护的能力，制造要求精度高；而齿轮传动传动效率高，使用寿命长，传动比恒定，工作平稳性好，完全符合设计要求，故选用齿轮传动。总传动比13.857，不是很高，也无传动方向的变化，所以初步决定采用二级圆柱斜齿轮减速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的工作环境下工作。简图如下：（3） 执行机构的选择工作机应采用往复移动机构。可选择的有：连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、螺旋机构。本设计是要将旋转运动转换为往复运动，所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可，凸轮机构能够较容易获得理想的运动规律，而齿轮齿条机构加工复杂、成本高，所以不采用。同时由于

7、不考虑送料机构，同时考虑到凸轮尺寸以及运动规律实现的可行性，结合前辈的经验和自己的思考，最终决定一种方案。简图如下：1 改进方案2 传统方案（4） 方案评价传统方案和改进方案都满足设计要求，但是和传统方案相比，改进方案中由于利用的杠杆原理，工件端传递力矩和运动规律更简单的通过两平行杠杆传递到传动机构端，同时压力角更易计算，而且传动更平稳。综上所述，最终决定使用改进后的方案。2、 电动机的选择（1） 选择电动机类型按工作要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。（2） 选择电动机容量电动机所需工作效率为=冲压载荷F=5500N，上模工作段长度L=90mm,上模工作段对应的曲

8、柄=，n=70r/min上模工作时间t=0,2024工作机所需功率=2.46kw传动装置的总效率=其中：联轴器效率 闭式齿轮传动效率 滚动轴承效率（一对） 链传动效率 凸轮曲柄滑块效率计算得所需电动机功率=5.59kw因载荷平稳，电动机额定功率大于即可。 根据所查数据，选电动机的额定功率为7.5kw（3） 选择电动机转速工作转速，通常，耳机圆柱齿轮减速器减速比为840，则电动机转速可选范围（840）70r/min=5602800r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选用同步转速为1000r/min,选定电机型号为Y160M-6，额定功率,满载转速为970。3、 传动系统的运动和动力

9、参数（1） 分配传动比A、 总传动比B、 分配传动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 则低速级得传动比（2） 参数的计算A、 O轴（电动机轴）B、 轴（高速轴）C、 轴（中速轴）D、轴（低速轴）轴名功率P/kw转矩T/转速r/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴5.5955.0497010.99轴5.535.4854.4953.959704.4050.96轴5.365.31232.62230.29220.23.1460.96轴5.105.05695.92688.9670三、 传动零件的设计1、 斜齿圆柱齿轮的设计（1） 高速及齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.选择材料和精度

10、等级考虑到主动轮轮速不是很高，故采用斜齿，小齿轮用40Cr，调制处理，硬度241286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度为229286HB平均取240HB。8级精度。2初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径，初取，动载荷系数K=1.4，转矩，齿宽系数查表基础疲劳强度，则初步计算许用接触应力,估算初取K=1.43.确定基本参数校核圆周速度v和精度等级圆周速度，精度等级取8级精度合理确定齿数，,取（互质）确定模数，查表取确定螺旋角（与估计值接近）小齿轮直径大齿轮直径初步齿宽校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。4.校核齿面接触疲劳

11、强度由校核齿面解除疲劳强度。计算齿面接触应力节点区域系数 弹性系数重合度系数由端面重合度和纵向重合度确定，其中：端面重合度由于无变位，端面啮合角解得纵向重合度为故螺旋角系数使用系数=1.50 动载荷系数 =1.15齿间载荷分布系数，其中：对称支承，调质齿轮精度等级8级齿面接触应力计算许用接触应力总工作时间：应力循环次数：接触强度寿命系数：,接触强度寿命系数：,齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数：润滑油膜影响系数：接触最小安全系数取解得许用接触应力：，验算：接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无须调整。5. 确定主要尺寸中心距：圆整取由公式可求得精确的螺旋角 合理端面模数小齿轮直径大齿轮直径齿宽小齿轮

12、当量齿数大齿轮当量齿数6.齿根弯曲疲劳强度验算计算齿根弯曲应力使用系数 动载荷系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数重合度系数：齿形系数：,应力修正系数：，螺旋角系数：,计算需用弯曲应力齿根弯曲疲劳极限,弯曲强度最小安全系数：弯曲强度尺寸系数：弯曲寿命系数：,应力修正系数：相对齿根圆搅敏感及表面状况系数：，弯曲疲劳强度的校核7.静载荷校核无严重过载，无需静载荷校核。（2） 低速级齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.选择材料和精度等级考虑到主动轮轮速不是很高，故采用斜齿，小齿轮用40Cr，调制处理，硬度241286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度为229286HB平均取240

13、HB。8级精度。2初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径，初取，动载荷系数K=1.4，转矩，齿宽系数查表基础疲劳强度，则初步计算许用接触应力,估算初取K=1.43.确定基本参数校核圆周速度v和精度等级圆周速度，精度等级取8级精度合理确定齿数，,取（互质）确定模数，查表取确定螺旋角（与估计值接近）小齿轮直径大齿轮直径初步齿宽校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。4.校核齿面接触疲劳强度由校核齿面解除疲劳强度。计算齿面接触应力节点区域系数 弹性系数重合度系数由端面重合度和纵向重合度确定，其中：端面重合度由于无变位，端面啮合角解得纵向重合度为故螺旋角系

14、数使用系数 动载荷系数 齿间载荷分布系数，其中：对称支承，调质齿轮精度等级8级齿面接触应力计算许用接触应力总工作时间：应力循环次数：接触强度寿命系数：,接触强度寿命系数：,齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数：润滑油膜影响系数：接触最小安全系数取解得许用接触应力：，验算：接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无须调整。5. 确定主要尺寸中心距：圆整取由公式可求得精确的螺旋角 合理端面模数小齿轮直径大齿轮直径齿宽小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数6.齿根弯曲疲劳强度验算计算齿根弯曲应力使用系数 动载荷系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数重合度系数：齿形系数：,应力修正系数：，螺旋角系数：,计算需用弯曲应力齿根弯

15、曲疲劳极限,弯曲强度最小安全系数：弯曲强度尺寸系数：弯曲寿命系数：,应力修正系数：相对齿根圆搅敏感及表面状况系数：，弯曲疲劳强度的校核7.静强度校核无严重过载，无需静载荷校核。2、传送带的设计1.确定计算功率2.确定带型根据和n选取普通V带型号：C型带小带轮直径3.确定带轮直径和带速C型带 大带轮直径 取208mm小带轮转速4.计算带传动中心距a和带的基准长度 取计算带的初步基准长度选取基准长度求实际中心距a 取5.计算小带轮包角 满足要求6.确定带根数包角系数长度系数 取7条7.确定带的初拉力8.计算传动带在轴上的作用力9.确定带宽外径3、轴的设计(1) 高速轴的设计项目设计计算过程计算结果

16、1.选择材料和热处理根据轴的使用条件，由于是齿轮轴故选与齿轮相同的材料40Cr,调制处理，硬度241286HB,平均260HB40Cr调制处理2.按扭转强度估算轴径按联轴器的标准系列，取轴径轴孔长度3.初步设计周的结构初选3尺寸系列深沟球轴承6308一对，d=40mm,D=90mm,B=23mm初步设计轴的结构如下图：深沟球轴承6308一对4.轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为转矩，小齿轮上的作用力，由于外部连接联轴器故忽略皮带轮的压轴力，空间受力图如下：输入转矩小齿轮的圆周力小齿轮的径向力小齿轮的轴向力5.计算轴承支撑点的支反力垂直面支反力和弯矩计算受力图和弯矩图如下：水平面支反力及弯矩6.

17、计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图图：7.计算并绘制转矩图转矩图：8.计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取 C为危险截面，当量弯矩为：当量弯矩图：9.按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面处的弯曲应力：安全(2) 中速轴的设计项目设计计算过程计算结果1.选择材料和热处理根据轴的使用条件，选择40Cr,调制处理，硬度241286HB,平均260HB40Cr调制处理2.按扭转强度估算轴径取轴径3.初步设计周的结构初选3尺寸系列深沟球轴承6308一对，d=40mm,D=90mm,B=23mm初步设计轴的结构如下图：深沟球轴承6308一对4.轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为转矩，小齿轮上的作用力，由于

18、外部连接联轴器故忽略皮带轮的压轴力，空间受力图如下：输入转矩小齿轮的圆周力大齿轮的圆周力小齿轮的径向力大齿轮的径向力小齿轮的轴向力大齿轮的轴向力5.计算轴承支撑点的支反力垂直面支反力和弯矩计算受力图和弯矩图如下：水平面支反力及弯矩6.计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图图：7.计算并绘制转矩图转矩图：8.计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取为危险截面，当量弯矩为：当量弯矩图：9.按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面处的弯曲应力：安全(3) 低速轴的设计项目设计计算过程计算结果1.选择材料和热处理根据轴的使用条件，选择 40Cr,调制处理，硬度241286HB,平均260HB40Cr调制处理2.按

19、扭转强度估算轴径按联轴器的标准系列，取轴径3.初步设计周的结构初选3尺寸系列深沟球轴承6311一对，d=55mm,D=120mm,B=29mm初步设计轴的结构如下图：深沟球轴承6311一对4.轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为转矩，小齿轮上的作用力，由于外部连接联轴器故忽略皮带轮的压轴力，空间受力图如下：输入转矩小齿轮的圆周力小齿轮的径向力小齿轮的轴向力5.计算轴承支撑点的支反力垂直面支反力和弯矩计算受力图和弯矩图如下：水平面支反力及弯矩6.计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图图：7.计算并绘制转矩图转矩图：8.计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取 C为危险截面，当量弯矩为：当量弯矩图：9.按

20、弯扭合成应力校核轴的强度危险截面处的弯曲应力：安全4、 轴承的设计和校核（1） 高速轴轴承深沟球轴承6308一对项目设计计算依据和过程计算结果查相关机械手册，该轴承基本额定动载荷C=40.8kN,额定静载荷，脂润滑的极限转速轴承的受力情况如下图：当量动载荷：查表可得：轴承寿命：深沟球轴承按寿命短的轴承计算符合寿命要求（2） 中速轴轴承深沟球轴承6308一对项目设计计算依据和过程计算结果查相关机械手册，该轴承基本额定动载荷C=40.8kN,额定静载荷，脂润滑的极限转速轴承的受力情况如下图：当量动载荷：查表可得：轴承寿命：深沟球轴承按寿命短的轴承计算符合寿命要求 (3) 低速轴轴承 深沟球轴承63

21、11一对项目设计计算依据和过程计算结果查相关机械手册，该轴承基本额定动载荷C=40.8kN,额定静载荷，脂润滑的极限转速轴承的受力情况如下图：当量动载荷：查表可得：轴承寿命：深沟球轴承按寿命短的轴承计算符合寿命要求5、键连接设计项目计算内容计算结果1.高速轴与电机轴连接键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头，故应选用键108，键长56，标准GB/T1096-2003接触长度轴径故满足要求2.中间轴与减速大齿轮连接键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头，故应选用键149，键长40，标准GB/T1096-2003接触长度轴径故满足要求3.中间轴与减速小齿轮连接键的选择和校核静联接,选用普通平键

22、，圆头，故应选用键149，键长76，标准GB/T1096-2003接触长度轴径故满足要求4.低速轴与二级减速大齿轮连接键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头，故应选用键1811，键长70，标准GB/T1096-2003接触长度轴径故满足要求5.低速轴与输出联轴器连接键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头，故应选用键149，键长70，标准GB/T1096-2003接触长度轴径故满足要求四、 减速器箱体及附件的设计1. 减速器尺寸减速器箱体结构的尺寸名称符号尺寸箱座壁厚二级：0.025a+38，8mm箱盖壁厚二级：0.025a+38，8mm箱座凸缘厚度b1.5,12mm箱盖凸缘厚度1.5,12

23、mm箱座凸缘厚度2.5,20mm地脚螺栓直径0.036a+12,20mm轴承旁联接螺栓直径0.75,16mm箱盖与箱座联接螺栓直径（0.50.6）,10mm联接螺栓的间距150200mm轴承端盖螺钉直径（0.40.5）,8mm窥视孔盖螺钉直径（0.3-0.4）,6mm定位销直径d(0.7-0.8),6mm安装螺栓直径16mm外箱壁至轴承座端面距离,48mm大齿轮顶圆与内壁距离1.2,10mm齿轮端面与内壁距离,10mm2. 减速器的润滑齿轮的润滑闭式齿轮传动，根据齿轮的圆周速度大小选择润滑方式。圆周速度时，常选择将大齿轮浸入油池的浸油润滑。本减速箱中圆周速度最快的输入级小齿轮，其圆周速度为2.

24、53m/s，故采用浸油润滑。对于圆柱齿轮而言，齿轮浸入油池深度至少为12个齿高，但浸油深度不得大于分度圆半径的1/3。为避免齿轮转动时将沉积在油池底部的污物搅起，造成齿面磨损，大齿轮齿顶距油池底面距离不小于3050mm。根据以上要求，减速箱使用前须加注润滑油，使油面高度达到3371mm。从而选择全损耗系统用油(GB 443-1989)，牌号为L-AN10。 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以是脂润滑、润滑油或固体润滑剂。选择何种润滑方式可以根据速度因数值来判断。其中：为轴颈直径，为工作转速。当时宜用脂润滑；否则应使用其他方式的润滑。输入级一对轴承值为：中间级一对轴承值为：输出级一对轴承值为：由

25、于各轴承的值均小于，所以均选择脂润滑。采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油环将轴承与箱体内部隔开，且轴承与箱体内壁需保持一定的距离。在本箱体设计中滚动轴承距箱体内壁距离因为本设计的减速器为室内工作，环境较为稳定，故选用通用锂基润滑脂（GB 7324-1987），它适用于宽温度范围内各种机械设备的润滑，选用牌号为ZL-1的润滑脂。3. 密封件的选择为防止箱体内润滑剂外泄和外部杂质进入箱体内部影响箱体工作，在构成箱体的各零件间，如箱盖与箱座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则

26、需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度较小，故采用接触式密封。输入轴与轴承盖间V3m/s，输出轴与轴承盖间也为V 3m/s，故均采用半粗羊毛毡封油圈。五、 其他1. 减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次，箱体内不允许有任何杂物。2. 在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。轴向游隙的调整，可用增减调整垫片和使用调隙螺柱等方法实现。调整时可先压紧轴承，使轴向游隙为零，然后调整轴承盖的轴向位置（或调节螺柱），同时加垫合适的垫片（或拧紧调节螺栓上的螺母），使轴承处于设计游隙范围。3.

27、轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。4. 减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。由于输出级轴承B（箱体外侧）寿命不到10年，需要在3年大修周期中更换。5.在机盖机体间，装配时涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。6. 传动间隙和接触状况检验为保证传动精度，各级齿轮安装后，传动侧隙和齿面接触斑点要满足相应的国家标准。传动侧隙可用塞尺或将铅丝放入相互啮合的两齿面间，

28、然后测量塞尺或铅丝变形后厚度的方法检查。接触斑点是在轮齿工作表面着色，将其转动若干周后，观察分析着色接触区的位置、接触面大小来检验接触状况。当传动侧隙或接触斑点不符合要求时，应对齿面进行刮研，跑合或调整传动件的啮合位置。7. 减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验空载实验：在额定转速下正反转各12小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象。负载实验：在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止常，油池温升不得超过，轴温升不得超过。8. 搬动减速器须用底座上的吊钩起吊。箱盖上的吊环仅可用于起吊箱盖。9. 机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求，如勿倒置、防水、防潮等。需做现场长期或短期贮藏时，应对放置环境提出要求。六、参考资料参考资料1 王之栎等.机械设计. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2011.82 王之栎等. 机械设计综合课程设计-2版. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007.8