小型卧式模锻机执行机构与传动系统设计.doc

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1、 目 录1 引言 1 1.1 设计任务3 1.2 设计要求4 2 机械运动方案拟定4 2.1 执行机构的比较选择及计算5 2.2 运动循环图9 2.3 传动机构的设计10 2.4 电动机的选择11 2.5 机械结构总体的设计11 2.6 轴强度校核113 参考文献114 附录小型卧式模锻机执行机构与传动系统设计工学院 机械设计制造及其自动化专业 许智强（10550425）指导老师：梅广益摘要：模锻，即在外力的作用下使金属坯料在模具内产生塑性变形并充满模膛（模具型腔）以获得所需形状和尺寸的锻件的锻造方法。小型模锻机在早期模锻发展过程中有十分突出的地位，其简单的结构代表了模锻机的基本结构，因此，进

2、行该种模锻机的设计研究，对于充分扩展模锻机的使用功能是十分有必要的。 关键词：模锻；执行机构；传动系统1 引言 模锻，即在外力的作用下使金属坯料在模具内产生塑性变形并充满模膛（模具型腔）以获得所需形状和尺寸的锻件的锻造方法。大多数金属是在热态下模锻的，所以模锻也称为热模锻。与自由锻相比，模锻能够锻出形状更为复杂、尺寸比较准确的锻件，生产效率比较高，可以大量生产形状和尺寸都基本相同的锻件，便于随后的切削加工过程采用自动机床和自动生产线。模锻后的锻件内部形成带有方向性的纤维组织，即流线。选定合理的模锻工艺和模具，使流线的分布与零件的外形一致，可以显著提高锻件的机械性能。但模锻需要专用的模具，模具必

3、须用优质合金工具钢制造，模膛形状复杂，要求精度高，加工量大，生产周期长，价格昂贵。因此，模锻一般适用于大批量生产，或用于批量虽不大，但对锻件的形状和性能有较高要求的场合。模锻件的精度高,加工余量小加工余量的决定需要考虑模具的制造精度及其使用中的磨损、金属的冷缩和表面氧化、金属流动和充填状态、锻造需要的斜度、圆角和锻造偏差以及切削加工所需的余量等。在实际生产中，锻件加工余量都按标准选用。使用特殊的精密锻造工艺，严格控制锻件的局部公差,不留切削加工余量,不再切削，是现代模锻技术的发展方向之一。1.1 设计任务为锻造长杆类锻件（见图1-1，系用棒料局部镦粗而成），今需设计一台将杆料水平置放后用活动凹

4、模3及固定凹模2将其夹紧后再用水平置放的冲头1进行顶锻工作的卧式模锻机。拟用电动机通过传动装置带动夹紧机构首先使活动凹模3向前移动，与固定凹模2合拢，以夹紧棒料。然后主滑块带动冲头1进行顶锻，锻件成形后，待冲头1返回离开凹模后（返回距离约占冲头全行程的1/8-1/3），由夹紧机构带着活动凹模3返回，松开杆料回到初始位置。在顶锻过程中需要两半凹模始终处于夹紧状态，不能松开。要求设计该小型卧式模锻机执行机构和传动系统，以满足以上顶锻工艺要求。图1-1 卧式模锻机执行机构 设计任务1. 根据上述要求进行机构的选型、经运动及动力分析与设计后确定传动方案，绘制机构运动简图；2 确定电动机的功率与转速；3

5、 设计传动系统中V带传动和齿轮传动；4 对大带轮轴进行结构设计和强度校核，并选择其轴承，计算轴承寿命；5 进行传动系统结构设计，绘制其装配图；6 编写课程设计说明书。1.2 设计要求小型卧式模锻机执行机构与传动系统的设计的具体设计数据与要求：1. 电动机同步转速n=1500r/min或1000r/min。2. 冲头顶锻次数为每分钟5075次。3. 主滑块1的全行程H=200380mm。4. 顶锻工艺开始后冲头的工作行程H1=(1/22/3）H。5. 夹紧滑块3的总行程h=6080mm。6. 作用在主滑块上的顶锻力F1=250500kN。7. 作用在夹紧滑块3上的夹紧力F2=F1/3。8. 要求

6、该模锻机的机械效率高，振动小。2 机械运动方案拟定结合设计任务和要求，分析可知整个顶锻过程可以主要分为两个主要运动：1. 执行机构卧式模锻冲头的水平方向运动，该运动为最主要的运动，模锻件的成型来源于此，故该运动必须满足要求，足够完成冲压过程；2. 夹紧装置的竖直方向运动，该运动为辅助运动，目的在于保证工件在突然受力的情况下在工作台上不产生运动，保证冲压的精度。所以，从以上分析来进行系统的各部分机构选型：1. 为了减小振动和冲击，保证加工的稳定性，原动机与传动机构之间应选V带传动，当机器发生过载时，传动带会发生打滑，对整个系统起到保护作用。带传动的主要特点是：传动平稳,传动中心距大,噪声小，结构

7、简单，能缓和冲击，过载时挠性带发生打滑而避免损坏装置;但不能保证准确的传动比。在此处使用带传动，恰好能发挥带传动的优势，扬长避短。2.在带传动之后的过程中，为了保证各机构传动的稳定和准确可靠，选用齿轮进行传动，另外此机构有传递功率大，效率高，寿命长，结构紧凑等优点。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的 功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。此处使用齿轮传动，相比较其优点，缺点可以忽略，所以，权衡之下，使用齿轮传动。2.1 执行

8、机构的比较选择及计算顶锻机构的设计与选择方案一： 图2-1 凸轮机构机构说明：1. n=50r/min2. 此机构中，冲头的全行程为200mm,顶锻工艺中冲头的工作行程为100mm。3. 在图2-1中，凸轮绕定点转动，推动推杆，使滑块实现往复运动。机构优缺点分析：优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，容易磨损。凸轮制造比较困难方案二：图2-2 曲柄滑块机构机构分析：1.冲头的全行程为200mm,顶锻时的工作行程为120mm.2.曲柄长度为a,连杆长度为b。则(a+b)-(b-a)=2a=200则a=100mm图2-3 顶

9、锻起始位子4.曲柄滑块在图2-3位子开始顶锻。则工作行程为 其中a=100mm解得b=260mm利用Excel可得到滑块的位移，速度，加速度曲线与转角的关系。机构优缺点分析:优点：结构简单，装配方便。缺点：曲柄与连杆的运动关系计算比较复杂。综上所述：选择方案二夹紧机构的设计与选择：方案一：图2-4 夹紧机构机构分析：1. 由曲柄匀速转动带动夹紧滑块上下移动。2. 夹紧滑块在夹紧行程的最后10mm范围内要满足最小传动角的要求（即）3. 夹紧滑块的总行程为70mm。机构优缺点分析：优点：机构简单，加工与制造都比较方便。缺点：曲柄与夹紧滑块之间的运动关系比较复杂。与顶锻滑块配合比较困难。方案二： 图

10、2-5机构分析：1.根据夹紧滑块的全行程以及推杆运动规律设计凸轮轮廓曲线。2.夹紧滑块与顶锻滑块相互配合，使顶锻滑块处于工作行程时，夹紧滑块夹紧。机构优缺点分析：优点：凸轮与夹紧滑块之间的运动关系比较简单。能较好的与顶锻滑块配合，使顶锻滑块处于工作行程时，夹紧滑块夹紧。缺点：制造比较麻烦。综上所述，选方案二。2.2 运动循环图图2-6 直角坐标式运动循环图由图2-6可知，当顶锻机构处于工作行程时（即主轴转角在），夹紧滑块处于极限位置，即处于夹紧状态。2.3 传动机构的设计 主轴设计：主轴的半径r=25mm主轴的转速为50r/min 带轮与齿轮的尺寸与设计图2-7带传动中，。两带轮的中心距为10

11、50mm。 齿轮传动中图2-8直齿圆柱齿轮 直齿锥齿轮，； ；，； ；，;, ; 凸轮机构的设计根据可算出，凸轮基圆半径，又由图2-6中所示d=70mm,可知凸轮的两极限位置半径之差为70mm。滚子半径r=0.1=5mm。凸轮轮廓曲线及推杆运动规律见附录。2.4 电动机的选择已知：顶锻滑块受阻力，夹紧滑块受阻力。顶锻滑块的工作位移，夹紧滑块的位移为70mm，主轴转动一周的时间T=1.2s。查机械手册可知，圆柱齿轮传动效率为0.96，圆锥齿轮传动效率0.97，v带传动效率0.95。顶锻机构处消耗的功率为，夹紧机构处消耗的功率为，原动机的功率为。原动机功率计算如下：因此原动机的功率为39.9KW,转速为1000r/min。查机械手册可知，选Y280S-6型电机。2.5 机械结构总体的设计综上所述，可绘制出机构的总体设计。总设计图2.6 轴强度校核大带轮轴的最大扭矩=抗扭截面系数=30Mpa符合强度要求3 参考文献【1】简明机械设计手册/孔凌嘉主编.-北京：北京理工大学出版社，2008.2【2】简明机械设计手册/唐金松主编.-3版.-上海：上海科学技术出版社，2009.1【3】机械原理/孙桓，陈作模，葛文杰主编；西北工业大学机械原理及机械零件教研室编.-7版.-北京：高等教育出版社，2006.5【4】图学基础教程/谭建容等编.-2版.-北京：高等教育出版社，2006.5传动图