新型125吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计_毕业论文(编辑修改稿)

新型125吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

压和成型伺服压力机公称力范围从 250030000kN。 国内伺服压力机发展现状 我国压力机制造企业自 80 年代开始，通过技术引进，合作制造和自主创新等模式积极吸收、消化国外机械压力机先进设计及制造技术，目前已经完全掌握机械压力机设计和制造技术。 如今，随着我国经济的快速增长，对高精度、高效率的大型伺服压力机的需求不断增加。 以占行业总销售额 68%的汽车冲压件为例，正以每年 25%的速度增长。 但国产高端产品和技术与国际存在差距、尤其是自主知识产权设备和技术的匾乏 ，已远远 满足不了我国国民经济发展的需要，更难以应对日益激烈的国际竞争。 近年来，国家开始重视伺服压力机研究与开发工作，在国家数控重大专项立项。 大型伺服压机等先进装备具有广阔的市场前景和市场空间，也给传统压机制造企业带来巨大的生存压力，我国压力机行业必须迎接挑战，变被动为主动，开发新型伺服压力机，占领广阔的市场。 随着我国经济的快速增长，对高精度、高效率的大型压力机的需求不断增加。 目前，国内对压力加工设备的需求主要在以下几个领域 :①传统机械、电力工业，约占总需求的 50%。 ②汽车制造业，约占总需的 30%。 ③军工 产业，约占总需求的 %。 ④高新技术产业，约占总需求的 % ,而且随着我国高新技术的发展，这一比重将越来越高。 很显然，在这些高速发展的领域内，蕴藏着巨大的市场和商机。 以占行业总销售额 68%的汽车冲压件为例，正以每年 25%的速度增长，大型压力机等制造装备需求量大。 江南大学学士学位论文 4 我国目前还没有自己成熟的大型伺服压力机产品，济南二机床 2020 年 10 月刚刚研制出我国第一台大型伺服压力机试验样机，冲压力为 10000kN，该类型伺服压力机在空载阶段采用交流伺服电机调速来提高滑块运行速度、负载阶段仍然通过飞轮速降来释放能量的模式进行工作，保留了飞轮和离合器等耗能部件。 台湾金丰企业开发了 CM1 型伺服压力机，该型压力机可提供的冲压能力在 8002600kN 之间。 广州锻压机床厂先开展了伺服压力机的研究，先后开发了多种传动结构的伺服压力机，其在 2020 年与华南理工大学联合设计制造的 GDKS 系类肘杆伺服压力机，通过连杆、混合肘杆增力机构驱动滑块运动，最大规格为 6300kN。 齐二机床为了进一步提高压力机技术水平，缩短与国外先进技术的差距，企业近年来又先后引进了瑞典 APT 研配试冲液压机技术，与上海交通大学合作成功研制了伺服压力机技术。 2020 年，企业又与掌握着当今世界最高水平的大型数控多工位压力机核心技术的德国汉克自动化公司签订引进技术协议。 2020 年齐二机床厂与上海交通大学采用冗余容错技术联合开发成功了 2020kN 对称肘杆伺服压力机。 在 2020 年中国国际博览会上，齐齐哈尔第二机床集团展出完全自主研究的第一台全数控伺服压力机，突破伺服电机技术，打破了国外大型伺服电机对中国市场的垄断，经济价值巨大。 中国一重依托国家数控机床重大专项，研究开发大型伺服闭式四点压力机，主要用于汽车外覆盖件的冲压，该伺服压力机最大公称压力为 25000kN，其研 制开发将推动并提升我国大型伺服压力机的整体水平。 深喉压力机的优点 深喉冲床是冲床的一种，一般用在板料冲孔方面，如大型电气箱电器柜中间开的百叶窗，防盗门门中间开的猫眼，因料孔距离板边距离通常在 300mm 以上或更多，而普通冲床喉深只有 180230 左右，板料放进去冲床后墙板挡抵住了板料，无法实现料孔距板边 300或 500 的距离，这就需要用深喉冲床来实现。 深喉冲床大大的提高了板料的利用率，扩大了可加工产品的范围。 图 12 为国内知名锻压企业扬锻的深喉冲床。 新型 125 吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计 5 图 12 JB21S 系列开式深颈固定台式 压力机 本课题研究的主要内容 本课题是对 125 吨深喉伺服曲柄压力机的结构优化设计。 首先对压力机进行总体设计：拟定传动方案，根据技术参数设计主要零部件。 然后进行三维实体建模，对床身进行有限元分析并且进行优化。 具体研究内容包括： （ 1）．分析伺服压力机的工作原理。 （ 2）．对压力机进行总体设计。 （ 3）．通过 UG 进行各零部件及机身的三维建模，并进行装配，得到实体模型。 对机身进行有限元分析并优化。 江南大学学士学位论文 6 新型 125 吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计 7 第 2 章 曲柄滑块机构的设计计算 曲轴的设计与计算 曲轴的设计 曲轴为压力机重要零件 ，受力复杂，故制造要求较高，此压力机我选用 40Cr 锻制而成。 图 21 曲轴相关尺寸 支承颈直径为： gPd )(0  ， gP 为公称压力，为 1250KN，取 mmd 1600 。 其他各部分尺寸见下表。 曲轴各部分尺寸名称 代号 经验数值 取值 (mm) 曲柄颈直径 Ad 0)( d 200 支承颈长度 0l 0)( d 300 曲柄两臂外侧面间的长度 ql 0)( d 440 曲柄颈长度 al 0)( d 240 圆角半径 r 0)( d 14 曲柄臂的宽度（或直径） a 0)( d 250 曲柄臂的高度 h 355 表 21 曲轴有关尺寸经验公式及取值 江南大学学士学位论文 8 根据经验公式建立的曲轴的设计模型图及主要尺寸如图所示。 图 22 曲轴尺寸取值 曲轴的强度计算 图 23 曲轴强度计算简图 曲轴的危险截面为曲柄颈中央的 BB 截面和支承颈端部的 CC 截面。 BB 截面为弯扭联合作用，单由于弯矩比扭矩大得多，故忽略扭矩计算出来的应力与考虑扭矩的差不多。 弯矩： mNPrLLM gaqw  9 7 5 0 012504 1482404404 8 弯曲应力及强度条件：   aaA gaq MPMPd PrLL 125 0)148240440( )8( 933     CC 截面为弯扭联合作用，单扭矩比弯矩大得多，故可以只计算扭矩的作用。 新型 125 吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计 9 公称当量力臂：  0)1(21)2s i n2( s i n ddduRm BAggg     1 6 01 6 0 )60s i ( s i n80  =52mm 扭矩：  ggg mPM 1250 52=65000N m 剪切应力及强度条件：   aaag MPMPPdM 330   符合要求。 连杆和调节螺杆的设计与计算 连杆和调节螺杆的设计 （ 1）．连杆及调节螺杆主要尺寸的经验数据 球头式调节螺杆主要尺寸经验公式及取值，如表 22。 图 24（ a） 调节螺杆 （ b）连杆 江南大学学士学位论文 10 符号 经验尺寸（ mm） 取值（ mm） Bd  160 0d  110 2d d 100 3d  160 4d d 180 H(螺纹最小工作高度 ) d 170 表 22 调节螺杆及连杆有关经验尺寸及取值 （ 2）．连杆总长度的确定 由于λ一般小于 ，对于通用压力机，一般在 ～ 之间，取λ =，则 mmRL in   ，所以 mmLL 88080m inm a x 。 （ 3）．连杆上的紧固件 连杆盖分为上下两部分，需用双头螺柱连接，我选取 4 个 M20 的双头螺柱，因为双头螺柱承受的载荷较为复杂，所以我们不予以计算。 调节螺杆的强度校核 上传动压力机在工作时连杆受压力作用由于调节螺杆截面较小，故一般校核调节螺杆的压缩应力即可。  yy FP  m in0 0P 为连杆的作用力，对于单点压力机： KNPP g 12500  2220m i n 95 0 311044 mmdF   因此， ay MP131109503 101250 63  。 球头式连杆的调节螺杆用 45 号钢锻造，调质处理，球头表面淬火， 硬度 HRC42。 其许用压缩应力为   ay MP180 ，  yy  。 调节螺纹的强度校核 调节螺纹一般采用特种止推螺纹或梯形螺纹。 因为压力机是在重载情况下工作，故选用梯形螺纹，尺寸为 M110 12。 新型 125 吨深喉颈曲柄压力机结构优化设计 11 由于螺母的材料一般比调节螺杆的差，因此，检验螺母（即连杆体）上的螺纹强度即可。 螺纹的破坏有三种可能性：即牙齿根部的弯曲、剪切破坏和牙齿表面的挤压破坏。 由资料分析可知，只需检验弯曲强度即可。 由于螺纹可以看成是 0P 作用在螺纹中径处的悬臂梁，所以螺母的螺纹压根处的最大弯曲应力为 WMw 式中 wM 为螺纹根部的弯矩， W 为螺纹根部的截面系数。 421)22( 100100 ddnPddnPM w  式中， 0P — 连杆上的作用力； 0d — 螺纹的外径； 1d — 螺纹的内径； n— 螺纹的最少工作圈数： sHn ， H— 螺纹的最小工作高度； s— 螺距。 620hdW ， h— 螺纹牙根处的高度，对于梯形螺纹 sh 。 所以，aMPhHdddsPhdddnP 0 7 6 )(0 1 2 5 )(64232010020100   连杆体材料选用铸钢 ZG35，其许用应力   aMP80 ，   ，可以使用。 连杆和封闭高度调节装置 连杆和封闭高度调节装置的结构 为了适应不同高度的模具，压力机的装模高度需能调节。 我们是用调节连杆的长度来达到调节装模高度的目的。 即连杆不是一个整体，而是由连杆体与调节螺杆用螺纹连接，转动螺杆使其从连杆体中旋入或旋出，就可改变连杆的长度，也就改变了滑块的位置，从而达到调节压力机封闭高度 (装模高度 )的目的。 调节方式分为手动调节和机动调节，手动调节只适合小型压力机，本次设计选用机动调节：螺杆球头的中心钻出一个通孔，用一根销轴与拨快固定，拨块旋转，螺杆即旋转，拨块由蜗轮和蜗杆带动，蜗杆蜗轮由调节电机来驱动，所以开动电机即可调节装模高度。 蜗轮蜗杆的设计及调节电机的选取 调节装置的有关参数参考 [1]表 310 可得： 电动机 P=3KW n=750r/min 传动级数 1 级 总传动比 i=62 蜗杆蜗轮传动 传动比 i=62 模数 m=5 1Z =1 2Z =62 q=18 参考 [2]表 112，得蜗杆蜗轮的具体参数： 江南大学学士学位论文 12 中心距 a=200mm,分度圆直径 1d =90mm，分度圆导程角 39。 39。 39。 47103 ，变位系数 2x 为 0。 计算可得蜗轮蜗杆的基本几何尺寸： mmd 901 mmmhdd aa 10052902 *11  mmcmhdd af )(290)(2 *11  mmb 1001  mmmzd 31062522  mmhdd aa 320203102 22 2  mmchmdhdd aff )(22 **22 22  根据电机功率与额定转速，查 [8]，选取电动机型号为 Y132M8。