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1、小型气动冲压机设计目录1国内外研究现状12冲压机设计目的及要求13小型冲压机的结构14冲压机的工作原理25冲压机机构设计35.1对气缸的使用要求35.2气缸的设计与选择的流程图35.3气缸设计计算45.4气缸内径的确定45.5活塞杆直径的确定45.6缸筒长度的确定45.7气缸筒的壁厚的确定56蜗杆蜗轮的设计计算56.1选择蜗杆传动类型、精度等级56.2选择蜗杆蜗轮材料56.3按齿面接触疲劳强度进行设计66.4确定作用在蜗轮上的转矩心66.5确定载荷系数K66.6确定弹性影响系数KE66.7确定接触系数ZP66.8确定许用接触应力%66.9计算中心距76.10计算蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸7
2、6.11校核齿根弯曲疲劳强度76. 12当量摩擦角R87齿轮齿条的设计86.1 选精度等级、材料及齿数87. 2按齿面接触强度设计87.3计算98计算齿轮轴10致谢14参考文献M目前，在国内大多数中小企业中，冲压设备以传统的机械式冲床为主。机械式冲床一般具有外形尺寸较大、工作环境噪声高、冲压力不可随时调整以及能源的利用率低等缺点。同时，为了提高冲床的能量利用率以及增大冲床的工作冲击惯性，一般都配备有巨大的飞轮，但事实上，设备运行时单位重量的输出力低。另外在加工小尺寸的液压和气动元件时，能源浪费严重，而且由于冲击过程的不稳定性，经常造成严重的人身事故。，因此研究和设计一种新型的冲压机代替传统的机
3、械式冲床是具有现实意义的。一些金属和非金属微型薄板件冲制主要采用两种方法：一是在排样设计中采用多排策略，增大模具尺寸以满足大型压力机的需求。并将设计和制造好的模具安装在机械压力机上来实施冲压，其缺点是：设各投资大、模具设计和制造复杂，总成本高，且必须采用机械压力机；二是采用小型模具，在小吨位压力机上实施冲压。虽然模具设计、制造比较容易，但仍摆脱不了机械压力机固有的缺陷：笨重、噪音大.操作不方便、安全，浪费能源等问题.本文结合微型薄板件的企业生产现状和实际情况，设计了一种新型微型件气动冲压一体化机（直接采用活塞杆和凸模连接的形式）.减轻了床身重量.并进行了结构优化.采用该一体化结构，冲压机结构简
4、易、可靠.操作安全和方便.这为冲压提供了一种新设计方法.因此需要一台冲压直接成型的机器，我通过研究和考验试图设计一台气动冲压机来冲压馔，代替人工生产，来满足人们的需求，个人的经验有限，希望你们能够提出宝贵的意见。1、国内外研究现状随着气动和液压技术的发展，以及气动技术中的气源比较容易获取、环境干净、气动元件安装方便、灵活等特点。而大部分冲压设备以传统的机械式冲床为主。机械式冲床一般具有外形尺寸较大、工作环境噪声高、冲压力不可随时调整以及能源的利用率低等缺点。同时，为了提高冲床的能量利用率以及增大冲床的工作冲击惯性，一般都配备有巨大的飞轮，但事实上，设备运行时单位重量的输出力低。另外在加工小尺寸
5、的液压和气动元件时，能源浪费严重，而且由于冲击过程的不稳定性，经常造成严重的人身事故。因此研究和设计i种新型的冲压机代替传统的机械式。气压传动是以压缩空气为介质，以压缩空气为动力，无噪音，无污染，环保。也不需要承担介质方面成本。所以我设计的以空气为介质进行传动一一气动冲压机，它的设计轻巧，不占用空间，可任意放在工作台上或流水线上；结构简单，性能稳定，可根据产品的大小调整工作高度；改变模具；气缸行程调整简单，配有空气节流阀，气缸上、下行速度均可根据生产要求调节；2冲压机设计目的及要求功能设计：冲压机的基本功能就是设计一个气缸，并使得有足够的力可以冲压食品成型.气缸以压缩空气作为动力源.带动活塞传
6、动到主轴上使主轴形成向下运动，从而形成冲力.使食品在模具中产生规定的变形而达到加工的目的.它与普通冲压机不同的是，行程可以任意调节，压力可以调节，最大的特点是气动压力机压力。可以在压到工件后形成保压而完成工件的成形.结构设计：可以小型件气动冲压机由机架、模具、控制箱构成.机架包括气缸、底座、工作台。气缸通过其上的法兰与上固定板用螺钉固定连接.模具包括上模板、圆柱销、凸模与气缸活塞杆用螺纹固定连接.并通过卸料螺钉与模板连接，凹模通过内六角螺钉和圆柱销与模板定位紧固连接.下模板用螺栓、螺母固定在机架的工作台上.凸模通过锥面与气缸活塞杆配合连接：外观及尺寸：由于尺寸相对较小，气动元件安装方便，不受空
7、间限制。使得整体比较美观,占地面积小。用SolidWork软件对上述机构进行建模，对其运动进行仿真分析。3小型冲压机的结构小型冲压机的三维效果图如下：图3-1小型冲压机的三位效果图小型气动冲压机由机架、升降、模具、控制箱构成.机架包括可调缓冲气缸、底座、工作台。气缸安装在升降架上，并通过螺栓夹紧。凸模与气缸的活塞杆通过螺纹连接，活塞带动凸模工作。凹模放在底座上，通过螺栓连接。升降包括升降架、齿条、升降装置（齿轮轴、蜗轮、蜗杆）升降机构可以调节凸模与凹模之间的高度，以便进行工作。控制箱的气动按钮按下，机器开始工作,打开气源，可调缓冲气缸工作，活塞带动凸模快速向下运动到压缩物体时，活塞减慢速度，将
8、物体慢慢的压缩成型，当碰到形成开关时，活塞收回。.1-底座2-手摇杆3升降箱4-销5夹紧螺栓6-管接头7-缓冲气缸8-控制箱9-升降架10凸模11-凹模12行程开关13齿条14-蜗杆15-轴套16-蜗齿17-键18-轴承19-齿轮轴21-挡板图3-2冲压机的结构图4冲压机的工作原理冲压过程可以分为如下几个步骤，用框图表示如图4-1所示。图4T小型冲压机冲压过程框图由于气动和液压技术的发展，以及气动技术中的气源比较容易获取、环境干净、气动元件安装方便、灵活等特点，因此本文探讨的冲压机采用气动冲压。将所冲的毛坯放在凹模板上.开动控制箱开关旋钮.电磁阀3得电，使气缸5接通气源1,气缸活塞杆带动凸模下
9、行，节流阀4调节冲压速度，凸模进入凹模冲压.凸模上的挡板碰到行程开关后换向电磁阀3得电，使得气I-减压阀2-气罐3电磁阀4-溢流阀5-气缸6-形成开关图4-2气动回路图5冲压机机构设计5.1对气缸的使用要求（1）气缸正常的工作条件：介质、环境温度一般为一2O8OC,工作压力一般为0.11.0MPa。（2）安装前，应在1.5倍工作压力下进行试验，不应漏气。（3）安装的气源进口处需设置油雾器，以利工作中润滑。气缸的合理润滑极为重要，往往因润滑不好而产生爬行，甚至不能正常工作。（4）安装时，要注意动作方向，活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载。（5）负载在行程中有变化时，应使用有足够输出力的气缸，并要
10、附加缓冲装置。（6）不使用满行程，特别活塞杆伸出时，不要使活塞与缸盖相碰击。否则容易引起活塞和缸盖等零件损坏。5.2气缸的设计与选择的流程图图5-1气缸设计选择流程图气缸按供气方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入压缩空气，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压缩空气，活塞的正反向运动均靠气体压力完成。由于单作用气缸仅向单向运动，有外力使活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方向运动但两个方向的输出力不同所以该方案采用双作用单活塞缸。5.3气缸设计计算由设计任务可以知道，根据考查，正常青年人的臂力大约50-70kg,而正常生产时两手
11、同时进行，在加工时可能由于其他原因影响，综合考虑气缸要驱动的负载大小180Kg,考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到凸模的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率：Q气缸的实际负载Fmo.气缸的理论负载Fjo%由液压与气压传动技术表表5T气缸的运动状态与负载率阻性负载（静负载）惯性负载的运动速度V（100mms100-500mms500mms=0.8W0.650.50.3运动速度v=3mmin=50mms,取B=0.60,所以实际液压缸的负载大小为：F=F0=2713.85N5.4气缸内径的确定表5-2气缸缸径的计
12、算项目推力拉力作用气缸缸径32-/)P则：D=J.=83.15mm在PF一气缸的输出拉力N；P一气缸的工作压力Pa按照GB/T2348T993标准进行圆整，取D=100mm表5-3气缸缸径尺寸系列810121620253240506380(90)100(110)125(110)160(180)200(220)2503204005006305.5活塞杆直径的确定表5-4活塞杆直径系列（n）456810121420222528323640451406018020050566378022025028032036090400100110125由d=0.3D估取活塞杆直径d=30mm5.6缸筒长度的确定
13、缸筒长度S=L+B+301.为活塞行程；B为活塞厚度活塞厚度B=（0.61.0）D=0.7X100=70mm由于气缸的行程L=350mm,所以S=350+70+30=450mm导向套滑动面长度A:-一般导向套滑动面长度A,在DVlOOmm时，可取A=(0.61.0)D;在D80mm时，可取A=d。所以A=30mm最小导向长度H：根据经验，当气缸的最大行程为L,缸筒直径为D,最小导向长度为：H代入数据即最小导向长度H=2=50mm2活塞杆的长度l=L+B+A+80=450+7030+50=600mm5.7气缸筒的壁厚的确定由液压气动技术手册可查气缸筒的壁厚可根据薄避筒计算公式进行计算：式中6一缸
14、筒壁厚(mm)；D一缸筒内径(mm)；P一缸筒承受的最大工作压力(MPa)；b一缸筒材料的许用应力(MPa)；实际缸简壁厚的取值：对于一般用途气缸约取计算值的7倍；重型气缸约取计算值的20倍，再圆整到标准管材尺码。参考液压与气压传动缸筒壁厚强度计算及校核缸体的材料选择ZG310-570,z,=600MPa,=y-=120MPan为安全系数一般取n=5；叫缸筒材料的抗拉强度(Pa)P一缸筒承受的最大工作压力(MPa)0当工作压力p16MPa时，P=L5p；当工作压力p16MPa时，P=I.25p由此可知工作压力0.5MPa小于16MPa,P=l.5p=l.5X0.5=0.75MPa。PDo-r三
15、r=0.3mm2口参照下表气缸筒的壁厚圆整取=4mm表5-5气缸筒的壁厚缸径20253240506380100125160200250320材料铝合金时2A122.52.533.5-44.5-520钢无缝钢厚 管2.533.54.555.5-66蜗杆蜗轮的设计计算6.1选择蜗杆传动类型、精度等级由于传动的功率不大,速度也不高，故选用阿基米德圆柱蜗杆传动，精度为：8C-GB10089-88o6.2选择蜗杆蜗轮材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆用45号钢表面淬火，硬度为4555HRC,期轮边缘采用铸锡磷青铜ZCUSnl0P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造,而齿芯用
16、45钢。6. 3按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：6.4确定作用在蜗轮上的转矩心按Z=2,估取效率n=0.8,由于蜗杆不经常，靠人力转动，根据机械传动书册得:n=90rmin,P=18.65WT2=9.55XK/号=9.55IO6=N-mm叫叫2KQ=IKAKa=KV=I.05KAK=KAK产V=Lo5KEZf=160MPJZP4a包=0.35a-Jk1M匕N=60).2Ln2=5r/nnn21.=I6x300x8=3.84x104乙N=60l53.84104=1.155107IO71.155107=0.7h
17、Khn268MP.Z4、H)31.15528497.2160x2,9?187.6；0.44,35.5mm4SOmmPa=n=2=6.24g=17.75da=J1+2rt=35.5+2l2=39.5nndfx-dx-2hfi=35.5-2x(2+0.3)=30.9WZ=31328Sa=吗=3.14Z?-r2d1=mz1=228=56nnda2=J2+2ha2=58+2l2=62twndf2=J2-=58-21.22=53.2mmrf,2=6F-da2=80-62=49/w/w1.53K。r1ZV 2 =Z229cos3/ cos33o13r28,r= 29.99y3loY1-z-=1-=0.97
18、140o140oFNF,KFNh6nifKfn=56x0.86=48.16MPU1.53l.l528497.280622 2.87 0.97 = 14.07y = 3 13 28 v = arctan fv =v二匕二 血四s cos/ 60 x I(XX) cos3.3fv =0.65,pv =3o43 9轴表面未经强化处理，即fq=l,则综合系数值为7=-J-0r-2与Z?碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为%=Q1r=QOf98.6安全系数的计算轴的疲劳安全系数为=三故轴的选用安全参考文献1许福玲，陈尧明主编.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社，2007.5.2毕业设计指导书M.青岛海洋出版社.3邹慧君主编.机械原理M.北京:高等教育出版社，19994机械设计手册联合编写组.机械设计手册（中册）IxI.化学工业出版社，1982:763.5机械设计手册编委会.机械设计手册（第2卷）M.机械工业出版社,2004.8:11T3.6机械设计手册编委会.机械设计手册（第3卷）M.机械工业出版社,2004.8:22-143.807机械设计手册编委会.机械设计手册（第3卷）M.机械工业出版社,2004.8:22T手.8濮良贵，纪名刚主编.机械设计U.北京:高等教育出版社,2006.5.
