郑州雨辰学院毕业设计（论文） 60吨压力机机械结构设计
方案一：采用对心曲柄滑块机构为执行机构
用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构如图2.3-1。曲柄滑块机构中与机架构成移动副的构件为滑块，曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中。
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图2.3-1 曲柄滑块机构 方案二：采用凸轮机构为执行机构 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构如图2.3-2。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构得到广泛应用主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，顶杆易断，导致失去动作，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 [6] 图2.3-2 凸轮机构
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通过对两种方案的比较，连杆机构具有很多优点：
①运动副一般均为低副。低副的两运动副之间为面接触，压强较小，可承受较 大的载荷；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。
②可实现多种形式的运动变换和运动规律。在连杆机构中，当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。
最终选择方案一：对心曲柄滑块机构为该压力机的执行机构。 (2)传动方案的确定
带传动和齿轮传动是传动中常见的两种形式。齿轮传动又可分为直齿和斜齿等几种。带传动承载能力小，在传动相同转矩时，结构尺寸比其它传动形式大，但带传动平稳，而且能吸振缓冲，所以，带传动一般布置在高速级；斜齿圆柱齿轮传动平稳性比直齿好，常用在高速级或传动平稳的场合；开式直齿圆柱齿轮传动一般在较差的环境下工作，润滑条件也不好，因此磨损严重，寿命短，一般布置在低速级；圆锥齿轮传动只用于需要改变轴的布置方向的场合。结合本次所设计的压力机的工作环境和它自身特点，选择带传动和直齿圆柱齿轮传动。
本次设计的压力机是一种典型的冲压机械，首先通过带传动，使大带轮转动，同时大带轮具有飞轮的作用，能够存储能量。然后大带轮的储能作用带动小齿轮，通过大小齿轮间的减速传动，最终使大齿轮带动执行机构进行冲压工作。总体传动方案示意图如图2.3-3所示，压力机装配图见附录A。
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图2.3-3 总体传动方案示意图
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3 执行机构的设计与计算
3.1 执行机构的计算
设计参数：滑块行程：120mm，工程压力：60吨，行程次数：50次/分，冲压厚度：d=8mm。对心曲柄滑块机构曲柄存在的条件为：
?曲柄长(a)?连杆长(b)?(s)?2曲柄长(a) ?行程长所以可初步确定曲柄长度a=2×120=50mm，连杆长度b=600mm。
确定曲柄转速，当滑块完成一个行程时，曲柄正好旋转一周，则滑块完成40次/分的行程，曲柄就旋转了40周。故可得曲柄的转速w=50×2π÷60=5.23987667rad/s。曲柄滑块机构如图3.1所示。
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图3.1 曲柄滑块机构
O为曲柄的旋转中心点，A点为曲柄与连杆的连结点，B 点为连杆与滑块的连结点。OA是曲柄，长度为R，称R 为曲率半径，也就是曲柄的偏心距。OA是连杆，长度为L，它的一端与滑块连结，能表示滑块的运动状况。曲柄OA转动时，从上死点A1转到下死点A0，滑块从D降到C，全程为S=2R。为了计算方便，确定曲柄转至下死点时曲柄转角为零度，曲柄逆运动方向转至上死点时曲柄转角α=180°。连杆中心线与滑块运动方向的夹角为β，曲柄转角α与滑块行程s的关系表达如下：
S=OD?OB= ??+?? ? Rcosα+Lcosβ （3.1）
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别重要。因此选择好的材料对曲轴至关重要。 (1)材料的选择
曲轴材料选用40Cr，热处理方式为调质处理，其硬度为241-286HBS，材料屈服极限?为500MPa，许用弯曲应力 ? 为140~200MPa，许用切应力 τ 为100~150MPa。
(2)曲轴的计算及校核 ①作用在大齿轮上的力 转速n=50r/min
转矩T=600×103×cos57°×60×103=1.96×104N?m 齿轮的周向力????=
2????2
2×1.96×107
876
==44748.9??
齿轮的径向力Fr=FTtanα=44748.9×tan20°=16287.3N
因为齿轮为直齿圆柱齿轮，所以没有受到轴向力的作用，既Fa=0N。 ②初步确定轴的最小直径 由于T=9550N，可得N=2.05。
A0=97~112，取A0=97带入式4.10中，得dmin≥123.19mm，故dmin≥125mm。 ③初步确定轴的尺寸
支撑径直径： d0=4.4~5 Pg mm （4.13） 式中 Pg ——工程压力(KN)；
d0=4.4~5 60×9.8= 106.7~121.25 。 由于 dmin≥123.19mm，所以取d0=125mm。
曲柄径直径：dA= 1.1~1.4 d0= 137.5~175 mm，取dA=150mm； 支撑径长度：l0= 1.5~2.2 d0= 187.5~275 mm，取l0=200mm；
曲柄两臂外侧面间长度：lq= 2.5~3.0 d0= 312.5~375 mm，取lq=350mm； 曲柄径长度：la= 1.3~1.7 d0= 162.5~212.5 mm，取la=190mm； 圆角半径：r= 0.08~0.1 d0= 10~12.5 mm，取r=10mm； 曲柄壁的宽度：α= 1.3~1.8 d0= 162.5~225 mm，取α=218mm。 ④曲轴的结构设计
曲轴按生产形式可分为整体锻造曲轴，整体铸造曲轴和组合曲轴等形式。整体铸造曲轴的加工性能好，金属切削量少，成本低，并可以获得合理的机构形式，从而使应力分布均匀，对提高曲轴的疲劳强度有显著效果，所以设计选用整体铸造曲轴
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P
P
。
曲轴和后轴一样，轴向载荷几乎为零，都是只承受径向载荷，且由于载荷过大，存在动载荷，因此采用滑动轴承的形式，既对开式径向轴承。曲轴的结构示意图如图4.3.2 所示，曲轴零件图见附录D。
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