1 1.螺桿壓力機的特點 螺旋壓力機依靠螺旋副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運動來進行工作。按作用力的性質(zhì)，可將其分為兩類：一類是沖擊力；另一類是靜壓力。 本設(shè)計的螺桿壓力機為靜壓力一類。 螺旋壓力機在成形加工過程中具有獨特的優(yōu)勢，它兼有鍛錘和機械壓力機的優(yōu)點，而克服了兩者的缺點。其主要特點如下： 由于其行程不固定，可消除機械壓力機因機身變形對工件精度的影響，適應(yīng)性廣，可通過多次打擊獲得所需變形； 由于變形速度相對于鍛錘低，有利于金屬充分再結(jié)晶，特別適合于低塑性合金鋼和有色金屬鍛造； 打擊力可以較準確地控制； 由于沖擊振動小，不但減少了基礎(chǔ)投資，也大大改善了勞動條件。采用模具打套的方法，在螺旋壓力機上可以獲得較高的鍛件精度，比曲柄壓力機高 l一 2 級。比錘上模鍛高 2 3級。 螺旋壓力機兼有模鍛錘、機械壓力機等多種鍛壓機械的作用，萬能性強，可用于模鍛、沖裁、拉深等工藝。此外，螺旋壓力機，特別是摩擦壓力機結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，所以應(yīng)用廣泛。螺旋壓力機的缺點是生產(chǎn)率和機械效率較低。 本設(shè)計采用 電動螺旋壓力機 直接用電動機轉(zhuǎn)子來代替飛輪，或通過齒輪或傳動帶帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，去除了低效率的摩擦傳動，具有最短的傳動鏈和較高的效率 ， 與液壓傳動的螺旋壓力機相比，不需復雜的液壓驅(qū)動設(shè)備，不存在液壓油泄漏污染環(huán)境和出現(xiàn)液壓故障問題由于換向頻繁，與摩擦螺旋壓力機相比，無摩擦盤、橫軸等中間傳動裝置和摩擦帶易損件，零部件少，可靠性高，精度好，效率高 。但由于頻繁換向， 對控制電器要求較高，并需要特殊電機 。 2 2.通用 螺桿 壓力機的技術(shù)參數(shù) 螺桿 壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的工藝能力、加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標，現(xiàn)分述如 下： 1） 公稱壓力 P，及公稱壓力行程 S 螺桿 壓力機的公稱壓力 (或稱額定壓力 )是指滑塊離下死點前某一特定距離(此特定距離稱 為公稱壓力行程或額定壓力行程 )時，滑塊所容許承受的最大作用力。例如 630、 1000、 1600、 2500、 3150、 4000、 6300kN 。這個系列是從生產(chǎn)實踐中歸納整理后制訂的，既能滿足生產(chǎn)需要，又不致使 壓力機的規(guī)格過多，給制造帶來 困難。當然專為實現(xiàn)某工藝的壓力機也可以按實際需要的工藝力來確定公稱壓力。在型譜中，通用壓力機一般以公稱壓力作為主參數(shù)，其他技術(shù)參數(shù)稱為基本參數(shù)。 2） 滑塊行程 S 它是指滑塊從上死點到下死點所經(jīng)過的距離。它的大小將反映壓力機的工作范圍。行程較長，則能生產(chǎn)高度較高的零件，通用性較 大。但壓力機的 螺桿 要加大，隨之而來的是齒輪模數(shù)和離合器 尺寸 均要增大，壓力機造價增加。而且模具的導柱導套可能脫離，影響工件精度和模具壽命。此外，滑塊的速度也要加大。所以，應(yīng)該適當選擇行程長度。 3） 滑塊行程次數(shù) n 它是指滑塊每分鐘從上死點到下死點，然后再回到上死點所往復的次數(shù)。行程次數(shù)越高，生產(chǎn)率越高，但次數(shù)超過一定數(shù)值以后，必需配備機械化自動化送料裝置，否則不可能實現(xiàn)高生產(chǎn)率。行程次數(shù)提高以后，機器的振動和噪音也將增加。現(xiàn)代的壓力機，有提高行程次數(shù)的趨勢。 4） 最大裝模高度 H，及裝模高度調(diào)節(jié)量 H； 裝模高 度是指滑塊在下死點時，滑塊下定向到工作臺板上表面的距離。當裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最上位置時，裝模高度達最大值，稱為最大裝模高度。上下模的閉合高度應(yīng)小于壓力機的最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的距離，稱為裝 模 高度調(diào)節(jié)量。與裝模高度并行的標準尚有封閉高度。所謂封 3 閉高度是指滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作臺上表面的距離。它和裝模高度之差恰是工作臺板的厚度。裝模高度及其調(diào)節(jié)量必需適當，增大其數(shù)值固然能安裝閉合高度較大的模具，適應(yīng)性較大，但若安裝高度較小的模具時，則需增添附加墊板，給工作帶來不便。而且，壓 力機的高度也相應(yīng)增加。 5） 工作臺板及滑塊底面尺寸 它是指壓力機工作中間的平面尺寸。它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機平面輪廓的大小。 6） 喉深 它是指滑塊的中心線至機身的距離，是開式壓力機和單柱壓力機的特有參數(shù)。尺寸選得太小，則加工的零件尺寸受到限制。尺寸選得過 大 ，則給機身的設(shè)計，特別是剛度設(shè)計帶來困難 3.螺桿壓力機 的方案設(shè)計 1-電機 2-蝸輪 3-蝸桿 4-螺桿 5-立柱 6-移動 橫梁 7-螺母 8-滑塊 9-工作臺 圖 3-1 螺桿壓力機設(shè)計方案簡圖 3.1 螺桿壓力機的組 成 4 螺桿壓力機主要由動力源、主機、傳動機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)四部分組成。 其中動力源為電動機；主機包括橫梁、立柱、滑塊、工作臺等；傳動機構(gòu)主要由蝸輪、蝸桿、螺母、螺桿等組成；電氣控制控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、電器控制柜等組成。 3.2 螺桿壓機工藝方案設(shè)計 1）控制方式的選擇 采用電氣系統(tǒng)的控制方式。具有調(diào)整、手動、半自動三種工作方式。 2）傳動機構(gòu) 采用電動機做動力源， 由蝸 輪蝸桿減速器連接螺母，由螺母 轉(zhuǎn)動帶動 螺桿 ，使與螺桿連接的滑塊做往復的直線運動。 3）電氣控制 采用繼電器、行程開關(guān)、接觸 器、手動按鈕等元件進行手動、半自動控制。 4）主機： 主機結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式。 4.機身的設(shè)計 4.1 對機身機構(gòu)設(shè)計的要求 螺桿 壓力機的機身系封閉框架。它不僅承受在模鍛時所產(chǎn)生的力和力矩，而且是連接和安裝熱 螺桿 壓力機所有功能機構(gòu)的基礎(chǔ) 。 機身的質(zhì)量一般占壓力機總質(zhì)量的 50%以 上，其加工量約占壓力機總加工量的 30%。因此，機身結(jié)構(gòu)的 合理設(shè)計 十分重要。 螺桿 壓力機的機身結(jié)構(gòu)主要取決于； 1) 模鍛件的 精度 要求； 2)機身上所有零部件的相互裝配要求及其緊湊性； 3)由制造廠工藝條件決定的加工經(jīng)濟合理 性。 螺桿 壓力機的機身按其結(jié)構(gòu)特點劃分，有整體式和組合式兩種 ，按其毛胚制造方法分類 有鑄造、焊接和鑄焊組合三種。 5 整體機身結(jié)構(gòu)簡單、加工量小，在加工制造允許的條件下，可以應(yīng)用于公稱壓力 P 40 MN 的熱模鋁壓力機。對于大重型熱模鍛壓力機，由于制造和運輸?shù)脑颍璨捎媒M合式結(jié)構(gòu)。組合機身通常分為兩件或四件，用預應(yīng)力拉緊 螺栓 連接成一體。 鑄造機身在熱模壓力機應(yīng)用最為廣泛，其優(yōu)點是減震性能較好，但質(zhì)量較大。焊接 機 身或鑄焊組合機身有利于減少其質(zhì)量，縮短制造周期，但減震性能較差，焊 接 機身目前還僅限于在公 稱壓力 P 25MN 的熱模鍛壓力機上使用。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，機身一般應(yīng)滿足以下要求： 1)應(yīng)具備足夠的剛度。在滿足強度和剛度的前提下 力求減小機身的質(zhì)量，以節(jié)約金屬； 2)力求結(jié)構(gòu)簡單，便于壓力機零部件的安裝、調(diào)整、修理和更換； 3)在設(shè)計焊接機身時，盡可能使焊縫不承受主要負荷，考慮焊接工藝要求，避免焊按時產(chǎn)生變形； 4)在鑄造機身設(shè) 計時，應(yīng)考慮鑄造工藝的特點和要求，盡可能避免各斷面金屬分布的不 均勻。適當加大過渡圓角，以減少應(yīng)力集中； 5)應(yīng)具有良好的加工工藝性。 在保證機身精度的條件下，能為減少加工 量和裝夾次數(shù)提供條件，降低制造成本； 6)與基礎(chǔ)接觸的支承面積應(yīng)足夠大，以保證壓力機工作的穩(wěn)定性； 7)為適應(yīng)熱模鍛壓力機自動化的要求，在保證機身強度和剛 度 的條件下，應(yīng)使仍窗口盡應(yīng)保證與中間傳動軸軸承庫的可靠聯(lián)接，使齒輪中心距保持不變，以提高齒輪的使用 ； 9)從技術(shù)美學觀點出發(fā)，力求造型美觀。 機身導軌是保證 鍛件 精度 的重 要零件。在壓力機工作時，導軌不僅起導向作用，而且 承受偏 心載荷。在設(shè)計時， 導軌 應(yīng)滿足以下要求： a)足夠長的導向面和足夠 的剛度； b)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單可靠，便于加工制造； c)導軌 應(yīng)便于更換或修復，其導向面的硬度應(yīng)低于滑塊導向面的硬度面的磨損； d)調(diào)節(jié)方便準確，具有可靠的防松設(shè)施； 6 4.2 機身的典型結(jié)構(gòu) 4.2.1 組合機身 組合機身不僅是大重型壓力機、而且是中型壓力機廣泛采用的結(jié)構(gòu)型式。 在設(shè)計決定組合機身的分 縫 面時，不僅要考慮壓力機所承受的垂直分力，而且要考慮承受的水平分力和傾覆力矩。立柱和底座的分 縫 絕不應(yīng)高于工作臺的上平面。上橫梁和立柱的分 縫 應(yīng)避開 偏心軸的支承孔，以免削弱偏心軸的支承剛度，防止偏心軸支承孔由于機身 預 緊后降低或 喪 失精度。 為防止組合機身各部分按合面的錯移，保證它們的精確定位 ，一般在各結(jié)合面的 左右方向設(shè)置定位銷和定位 鍵 ，也可以采用定位環(huán)定位。 組合機身的預緊可以通過加熱方法和液壓螺母法實現(xiàn)。 4.2.2 整體機身的典型結(jié)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu)機身有空心和實心兩種。整體空心結(jié)構(gòu)質(zhì)量小，但對鑄造工藝水平要求高。為改善立柱在壓力機工作時 的 受力狀態(tài)，使其承受壓應(yīng)力，整體空心結(jié)構(gòu)機身一般部采用拉緊 螺栓 預緊。整體實心結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量大、剛度 高，無須拉緊螺栓預緊。目前，只有 Eumuco 公司采用整體實心結(jié)構(gòu)，機身由于無須拉緊螺栓預緊，因而沒有整體空心結(jié)構(gòu)和組合機身結(jié)構(gòu)在預緊時的變形，為保證其加工精度提供了條件，同時也可以節(jié)省加工工時、降低制造成本。 本設(shè)計采用的是組合機身 4.3 機身的主要尺寸和精度 機身主要尺寸取決于壓力機的基本技術(shù)參數(shù) (公稱壓力、滑塊行程長度、滑塊行程次數(shù)、工作臺上平面、滑塊下平面的前后和左右尺寸、 最大封閉高度等 )，壓力機的工作穩(wěn)定性要求以及對機身強度和剛度的要求。機身直至加工部位的精度主要決定于 零件 件的尺寸精度，以及為 保證壓力機長期正?？煽抗ぷ鞯囊蟆?(1)拉緊螺栓直徑 ： 拉緊螺栓直徑?jīng)Q定于機身的預緊力。機身預緊力通常根據(jù)壓力機的公稱壓力及其結(jié)構(gòu)形式確定。拉緊螺栓一般采用 45號鋼制造。 當采用正火處理的 45 號鋼時， 對于 組合機身的拉緊螺栓直徑 d 可按以下經(jīng) 7 驗公式計算，然后 根據(jù)標準 直徑圓 初步選定。 2.1 gdp 式中 gp 壓力機公稱壓力 (KN)。 對于整體機身，可取預緊力為 (0.71.0) gp，但是在目前實際設(shè)計時 也有人取和 機身同樣大小的 預 緊力。 拉緊 螺栓 兩端通常采用 45 鋸齒形螺紋，其牙型與基本尺寸分別見 標準，螺母采用圓螺母 。當 拉緊螺栓的直徑確定后，兩端螺紋和螺母 可以按 標準 表 （見設(shè)計手冊）選取。 （ 2） 立柱斷面尺寸 立柱最小斷面積按下面這個公式選取： m in 2 GPF ; P 預壓力，通?？扇?P=（ 1.21.5）gp； G 許用應(yīng)力，可近似取 4060MPa （ 3） 機身高度的確定 機身的高度可按下式確定： H=h+S+L+H1+A+H2+H3+H4; 式中 h 最大裝模高度 ； S 壓力機行程長度； L 連 桿 長度 ； H1 滑塊底面與連桿小頭中心線的距離 ； A+H2 偏 心軸心與上 橫梁頂面 的距離； H3 楔形工作臺的高度； H4 底座的高度； 8 封閉高度采用偏心壓力銷或 偏 心套調(diào)整的壓力機，在計算機身高 度 時，不應(yīng)計人 H3。 (4)底座尺寸和底座與基礎(chǔ)接觸 面積 底座后面尺寸可近似按以下經(jīng)驗公式?jīng)Q定： E T+2/3D; 式中 T 機身中心線至傳動軸 支 座孔中心線的距離 ； D 飛輪直徑 (mm)。 機 身底座與基礎(chǔ) 接觸 面積按下式確定； P mg/p; 式中 m 壓力機質(zhì)量； g 重力加速度； p 機身底座與基礎(chǔ)接觸面的單位壓力，一般可取 0.70.8MPa。 4.4 機身機架的選用、受力及強度的校核 本 課題選用的機身為三梁四柱式機身，機身結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 4-1 所示 1-橫梁 2-移動 橫梁 3-立柱 4-工作臺 圖 4-1 機身結(jié)構(gòu)簡圖 整體機身 框架力的傳遞由上圖可以看出上下橫梁和立柱交界內(nèi)轉(zhuǎn)角處為危險區(qū)域，并為受拉狀態(tài)，所以在設(shè)計的時候應(yīng)該保證以下幾點原則。 9 （ 1）應(yīng)使力的傳遞距離最短。 （ 2）結(jié)構(gòu)布置和材料分配應(yīng)考慮力的傳遞路線。 （ 3）整體機身的上下橫梁和立柱交界的內(nèi)轉(zhuǎn)角處有明顯的應(yīng)力集中，應(yīng)設(shè)計合理的圓弧結(jié)構(gòu)，并保證加工精度。 （ 4）上下橫梁不宜采用中段局部增高等加強梁結(jié)構(gòu)，因其在轉(zhuǎn)折處必定應(yīng)力集 中，有害無利。 現(xiàn)在研究一下工作行程中機身受的力， 假設(shè) 機身 與基礎(chǔ)剛 性 連接，可對于不動的下橫梁來分析 拉緊 螺栓 立 柱 的 伸長 和 上 橫梁的絕對位移。作用在機身上的 拉 力通?？杀硎緸?(不考慮摩擦力 )： 1zZdvp F R M dt 式中 M、 dvdt分別為 機身部分的換算質(zhì)量和加速度； F 為 螺桿壓力機的最大工作負載為 100KN 因為機身是一個彈性系統(tǒng)，所以在力 F 十ZR瞬時作用下使 機身 產(chǎn)生沿軸線方向的彈性變形，同時機身部分相對下 支 承 面 產(chǎn) 生繞 軸線的 扭轉(zhuǎn) 。因此，在工作行程時， 螺桿壓力 機產(chǎn)生縱向彈性振動和 扭轉(zhuǎn) 振動，并 且這 種振動傳到地基上，根據(jù) 某知名 工廠 所 作的有關(guān) 鍛件 變形時 螺桿 壓力機機 身 狀態(tài)的試驗表明， 在加載過程中， 處于彈性振動狀態(tài)的機身，承受交變 載荷 。工作行程時 機 身受沖擊負荷，其特性與靜載下的特性有質(zhì)和 量 上的區(qū)別。 螺桿 壓力機其他零件承受著類似機身的 載荷 特性，然而要弄清楚它的全部情形，實驗資料還是很不夠的。 因此 不考慮慣性力的動靜法，乃是受力計算 的基本 方法。根 據(jù)力 的 數(shù)據(jù)可計算壓力機零件的應(yīng)力，并與許用應(yīng)力進行比較 。 在此基礎(chǔ) 上 便可對結(jié)構(gòu)零件的工作能力作出結(jié)論 。 但是 當用計算方法得到 的應(yīng)力不超過許用應(yīng)力時，就不能保證零件在使用過 程中不會損壞，因為壓力機零件在交變載荷 下工作。對于比較精確的計算需要考慮疲勞，但是關(guān)于 螺桿 、機身等最重要零件 的疲勞計算還研究得很不夠。 采用的近似方法，只附帶考慮了工作行程時 滑 塊、螺桿和飛輪在突然減速情況下產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。 10 慣性力和慣性力矩可用下式確定： 2222Md v d s sP m m md t d t t ； 224X d v sM J Jh d t h t 應(yīng) 當 給出變形時間 t，當在沒有鍛件情況下模具冷擊時， T= 0.010.05 秒。 冷擊時在滑決運 動方向上的變形可以由比值 s=p/c 令近 似 確定，這里 c 為螺旋壓力機的剛度 。 4.4.1 主機載荷分析 螺桿壓力機的最大工作負載為 100KN， 在進行載荷設(shè)計時，取負載 100KN 對壓力機進行受力計算。 螺桿壓力機機結(jié)構(gòu)形式為“三梁四柱”式，工作時加壓的負載作用在橫梁和導柱上，受載時橫梁受壓，導柱受拉 受力簡圖如下圖所示： F-負載 T-導柱拉力 圖 4-2 橫梁、導柱受力圖 4.4.2 立 柱 的 設(shè)計 立柱的材料選擇：立柱在工作過程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗 11 拉強度。立 柱材料選擇 45 圓鋼，也可選用鍛件形式。 熱處理要求：立柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少立 柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐磨性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。 材料選擇：橫梁工作時的受力為彎曲力，材料應(yīng)具有一定的抗彎強度。選用 45鋼，毛坯采用鍛件 壓力機的最大負載約為 100kN，通過力傳遞后，最后由四根立 柱承 受 100KN的拉力，作用在每根立 柱上的拉力為 25kN。由許用拉應(yīng)力公式，可計算導柱的安全直徑 D。 AF式 1 式中： 許用應(yīng)力；取 45 鋼 =80 100MPa； F 軸向拉力； A 橫截面積。 即： mPaNFD 02.0108014.3 105.244 63 取立 柱 直 徑 D=60mm,帶入式 1 進行強 度校核 8.84/6014.3 1025 2 3m a x M P aAF 滿足條件，強度合格 立柱穩(wěn)定性計算 取立柱長度 L=1200mm 1546044/ 64/24 DDDAIi 式中 I 立柱的 的慣性距 A 立柱的橫截面積 柔度計算 ： 立柱是兩端固定結(jié)構(gòu)， 根據(jù)表 5-2 5.0 401512005.0 il 12 式中 長度系數(shù) 立柱臨界應(yīng)力： 材料為 45 鋼 2.432 ，2則 MPac 355立柱工作應(yīng)力 M p aAF 8.84/6014.3 1025 23 gn公式： 38.13.408.8355 wg nn計算表明穩(wěn)定性合格 4.4.3 橫梁 的 設(shè)計 橫梁受力可以簡化為簡直梁，中間受載的情形，如圖所示。 截 面 1 - 1橫梁 受力簡圖 圖 4-3 初步確定橫梁的長、寬、高尺寸分別為 800,700,300mm 截面為矩形 ， 即：負載作用下的剪力和彎矩如圖所示 13 圖 4-4(a) 剪力圖 (b) 彎矩圖 由彎矩圖 4-4 可知，橫梁 C 點 1 1 截面 彎矩 最大，該截面是危險截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對該截面進行強度校核。正應(yīng)力計算公式為： WM maxmax 式中： max 最大彎曲正應(yīng)力 ； maxM 最大彎矩； W 抗 彎 截面系數(shù) ( 3m )。 矩形截面抗彎系數(shù) W 計算公式為： 62bhW 式中： b 矩形截面的寬； h 矩形截面的高。 即： 32 009.06 3.07.0 mW 14 M P am mkN 7.2009.0 .7.24 3m a x 45 鋼的彎曲許用應(yīng)力 =100MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力max=2.7MPa，遠小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過校核，設(shè)計尺寸滿足要求 5.螺桿的設(shè)計 算 5.1 螺桿的設(shè)計計算 (1)確定螺紋直徑 螺桿工作時，同時受到壓 力和轉(zhuǎn)矩的作用。因此它的計算可近似按螺栓聯(lián)接的計算公式求得螺紋公稱直徑即 3.14Fd 許用應(yīng)力 (3 5)s 螺桿材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， 2s N360 mm， 27212053 mmNs 取 Mpa100 則 mmFd 8.39801000003.143.14 選梯形螺紋 48 8Tr 螺紋大徑 ： 48d mm ， 1 4 8 1 4 9D d m m 螺紋中徑 ： 22 4 4 8 4 4 4d D d m m 螺紋小徑 ： 9 4 8 9 3 9d m m 1d 1 8 4 8 8 4 0D d m m 螺距 ： 15 8p mm 螺紋根部厚度 ： 1 0 . 6 3 4 0 . 6 3 4 8 5 . 0 7 2t p m m 螺紋工作高度 ： mmh=0.5p=0.5 8=4 校 核螺桿強度 ： 螺紋力矩 : 21 t a n ( ) 2v dTF 螺紋升角 ： 218a r c t a n ( ) a r c t a n ( ) 3 . 3 144np d o 查 表 5-1 0.18 (鋼與鑄鐵的滑動摩擦系數(shù)無潤 滑 ) 當量摩擦角 0 . 1 8a r c t a n a r c t a n 1 0 . 5 5c o s c o s 1 5v oo表 5-1 摩擦因數(shù) f 值（無滑條件下） 螺桿和螺母材料 f值 螺桿和螺母材料 f值 淬火鋼和青銅 鋼和青銅 鋼和耐磨鑄鐵 0.060.08 0.080.10 0.100.12 鋼和鑄鐵 鋼和鋼 0.160.19 0.130.17 351. 441 0 0 1 0 t a n ( 3 . 3 1 1 0 . 5 5 ) 5 . 4 2 1 02T N m m 按第四強度理論較核，壓 扭組合校核 22123114 3 0 . 2caTFdd 2235234 1 0 0 1 0 5 . 4 2 1 03 7 7 . 5 2 8 03 9 0 . 2 3 9ca M p a M p a 滿足要求。 (2)自鎖性驗算 自鎖條件v其中 3.31 o 16 故 v，可用，且 4 4 30 oo，可靠 (3)螺桿結(jié)構(gòu) 螺桿上端直徑 ： ( 1 . 7 1 . 9 ) ( 1 . 7 1 . 9 ) 4 8 8 1 . 6 9 1 . 2d m m 2D 取 85mm2D ( 0 . 6 0 . 7 ) ( 0 . 6 0 . 7 ) 4 8 2 8 . 8 3 3 . 6d d m m ， 取 30d mm 退刀槽直徑 ： 1 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 9 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 8 . 8 3 8 . 5d m m cd取 38.6cd mm退刀槽寬度 ： b=1.5p=1.5 8=12mm 螺桿膨大部分長度 ： l = ( 1 . 4 1 . 6 ) d = ( 1 . 4 1 . 6 ) 4 8 = 6 7 . 2 7 6 . 8 m m 取 70l mm 12 ( 3 4 ) 1 3 ( 3 4 ) 1 6 1 7h h m m ， 取1 16h mm螺桿長度 1 2 4 0 1 4 0 7 0 1 6 4 6 6l l h m m =H+H (4)穩(wěn)定性計算 細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力，螺桿可能失穩(wěn)，為此按下式演算螺桿的穩(wěn)定性。 2 .5 4 .0crFF 式中，crF為螺桿的臨界壓力。 22()crEIFL。彈性模量 52 .0 1 0E M p a 17 4 4 541 39 1 . 1 1 06 4 6 4dI m m 。 5 ( 1 . 4 1 . 6 )L H p d 2 4 0 5 8 ( 1 . 4 1 . 6 ) 4 8 3 4 7 . 2 3 5 6 . 8 mm ， 取 350L mm 。 由 0 0 2 1 4 0 4 4 3 . 1 8 3l d d H，為固定支承， 查表 5-2 2 （一端固定，一端自由） 表 5-2 系數(shù) 和1螺桿端部結(jié)構(gòu) 1 兩端固定 0.5 （如一端不完全固定時為 0.6） 4.730 一端固定，一端鉸支 0.7 3.927 兩端鉸支 1 3.142 一端固定，一端自由 2 1.875 2 5 5 522 . 0 1 0 1 . 1 1 0 4 . 5 7 1 0( 2 3 5 0 )crFN 5.257.410100/1057.4/ 35 FF cr ，螺桿可以穩(wěn)定工作。 5.2 螺母的設(shè)計計算 螺母的材料選用 HT300 (1)確定螺紋旋合圈數(shù) z 根據(jù)耐磨性旋合圈數(shù) z，即 2 FPppd h H 2 Fz d h p 查表 5-3取 215 mmNp 84.741544 10100 3 z 18 表 5-3 滑動螺旋傳動的許用壓強 pp2mmN 螺紋副材料 速度范圍，sm 許用壓強 p 螺紋副材料 速度范圍，sm 許用壓強 p 鋼對青銅 低速 0.25 1825 1118 710 12 鋼對鑄鐵 50 啟動載荷 小 較大 大 AK 1 1.15 1.2 （ 5）確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 21160 MPaZ E (6)確定接觸系數(shù)pZ先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動 中心距 a 的比值 35.01 ad，從圖 7-4 中可 24 查得 9.2pZ圖 7-4 圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)pZ(7)確定許用接觸應(yīng)力 H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC,可從表 7-5 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 a268 MPH 表 7-5 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 H MPa 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度 HRC45 HRC45 鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅 ZcuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 72 1018.512000201440160jn60 hLN 壽命系數(shù) 25 8 1 4 1.01018.5 108 77 HNK 則 M P aKHHNH 2 1 82 6 80 8 1 4 1.0 (8)計算中心距 mma 188.161)218 9.2160(7640 0021.13 2 取中心距 a=200mm,因 i=20 故從表 7-6 中取模數(shù) m=8mm，蝸桿分度圓直徑mmd 801 ，這時 4.01 ad ，從圖 7-3中可查得接觸系數(shù) pZ 2.74，因為 pZ pZ ,因此以上計算結(jié)果可用 。 表 7-6 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配 中心距 a /mm 模數(shù)m /mm 分度圓直徑mmd /1 mmdm/ 12 蝸桿頭數(shù) 1z 直徑系數(shù) q 分度圓導程角 蝸輪齒數(shù) 2z 變位系數(shù) 2x 160 8 80 5120 1 10 83245 31 -0.500 （ 200） 2 638111 （ 41） （ -0.500） （ 225） 4 508421 （ 47） （ -0.375） （ 250） 6 057530 （ 52） （ +0.250） 注： 1）本表中導程角 小于 033 的圓柱蝸桿均為自鎖蝸桿； 2）括號中的參數(shù)不適用于蝸桿頭數(shù) 61 z 時 ； 3）本表摘自 GB/T 10085 1988 4）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 （ 9）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 a)蝸桿： 軸向齒距 : mmmp a 133.25 ； 26 直徑系數(shù) : q=10； 齒頂圓直徑 : mmmdd a 968280211 ； 齒根圓直徑 : mmmdd f 8.6084.2804.211 ； 分度圓導程角 : 638111 ； 蝸桿軸向齒厚 : mmmS a 5 6 6 4.1221 蝸桿齒寬： mmddb a 104328344 22222 21 b)蝸輪： 蝸輪齒 數(shù)： 41z2 變位系數(shù) ： 5.02 x ； 驗算傳動比 5.20241zz12 i,誤差為 是允許的。%,5.2025.020 205.20 蝸輪分度圓直徑 ： mmmz 328418d 22 蝸輪喉圓直徑 ： mmhdd aa 3 4 4823 2 82 222 蝸輪齒根圓直徑 ： mmhdd ff 8.30882.123282 222 蝸輪咽喉母圓半徑 ： 27 mmdar ag 283442120021 22 蝸輪齒寬 ： mmdB a 729675.075.0 1 （ 10）校核齒根彎曲疲勞強度 53.1 2212 FFaF YYmdd KT 當量齒數(shù) 48.43)31.11( c os41c os 3322 ZZv根據(jù) 48.43,5.022 vZx，從圖 7-7 中可查得齒形系數(shù) 87.22 FaY圖 7-7 蝸輪的齒形系數(shù) 2FaY （naa mh 3.0,1,20 0 ） 螺旋角系數(shù) ： 9 1 9 2.0140 31.1111401 Y 許用彎曲應(yīng)力 從表 7-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸 輪基本許用彎曲應(yīng)力MPaF 56 壽命系數(shù) 645.01018.5 109 76 FNK 28 M P aF 12.3664 5.056 M P aF 773.179 1 9 2.087.2832880 7 6 4 0 0 021.153.1 FF ，所以彎曲強度時滿足的。 表 7-8 蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力 F蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 OF 雙側(cè)工作 1 F 鑄錫青銅 ZcuSn10P1 砂模鑄造 40 29 金屬模鑄造 56 40 鑄錫鋅鉛青銅 ZcuSnPb5Zn5 砂模鑄造 26 22 金屬模鑄造 32 26 鑄鋁鐵青銅 ZcuAl10Fe3 砂模鑄造 80 57 金屬模鑄造 90 64 灰鑄鐵 HT150 砂模鑄造 40 28 HT200 金屬模鑄造 48 34 （ 11） 蝸桿軸擾度驗算 蝸桿軸慣性矩： 644 11017.464 9664 adI 允許蝸桿擾度： 04.010004.0004.0 m 蝸桿軸擾度 006.01017.41020648328)3.131.11(20328764000248)(632332332 tgtgEItgtglF vtT 29 合格 （ 12） 驗算效率 )ta n ( ta n)96.095.0( v 已知vvv ff ;a r c t a n;31.11638111 與相對滑動速度sV有關(guān) smndV s 151.631.11c o s1 0 0 060 1 4 4 080c o s1 0 0 060 11 從表 7-9 中用插值法查得 1 6 8 7.1,0 2 0 4.0 vvf ；代入式中得 86.0 大于原估計，因此不用重算。 表 7-9 普通圓柱蝸桿傳動sv、vf、v值 蝸輪齒圈材料 錫青銅 蝸桿齒面硬度 HRC45 其他 滑動速度 )/( smvsvf v vf v 5 0.022 611 0.029 041 8 0.018 201 0.026 921 注：如滑動速度與表中數(shù)值不一致時，可以用插入法求得vf和v值 （ 13） 溫度計算 散熱面積估算 288.1588.15 90.1200109109 mmaA 箱體工作溫度 CCtAaPtw 8072209.115)8.01(5.71000)1(1000011此處取wa=15w/（ mc） 合格 （ 14）精度等級公差 和表面粗糙度的確定 30 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器從 GB/T10089 1988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，標注為 8f GB/T10089 1988.然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。 8.10 噸 螺桿壓力機的基本參數(shù) 經(jīng)過分析、設(shè)計、校核得出 10T 螺桿壓力機的各參數(shù)如下表所示： 形式 10T 螺桿壓力機 公稱壓力（ KN） 100 行程長度（ mm） 300 裝模高度（ mm） 200 滑塊的面積（長 * 寬 mm） 300*200 工作臺厚度（ mm） 200 主電機（ KW） 7.5 工進速度（ m/s） 0.01 9.電器控制圖及安裝使用要求 9.1 電器控制系統(tǒng) 壓力機的電控制 系統(tǒng)設(shè)計是整個壓力機設(shè)計的一部分。在設(shè)計過程中要與機械部分取得密切配合，要廣 泛征求裝配、維修和操作工人師傅對已有產(chǎn)品的意見和對新產(chǎn)品的 要求 使設(shè)計滿足他用和制造等方面的要求。 設(shè)計電氣控制線路，應(yīng)使 工人的手操作最少，使電器和觸頭的數(shù)量盡可能少， 31 應(yīng)考慮到當電氣部分發(fā)生故障時，保證壓力機自動停車，滿足安全、可靠和經(jīng)濟的要求。 壓力機工作中有震動，為了保證 電器 元件的使用 壽命 在 減震 方面應(yīng)予以注意 。 電氣控制系統(tǒng) 中 ，可調(diào)環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能少，元件的調(diào)整、檢修和更換應(yīng)當方便。 （ 1） 電功機的控制和保護： 對于主傳動電動機，中、小型壓力機 多采用鼠籠轉(zhuǎn)子異步電動機 并且 大多采用直接起動，只在必要時 (電源變壓器容量限制或 電 動機發(fā)熱限制 )，才采用降壓起動 (Y 起動和 自隅變壓器起動等 )。大、中型壓力機多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機 并 利用在電動機轉(zhuǎn)子繞組 中 串接電阻的方法降低起動電流。在起動過程中以時間繼電器控制把串接電阻逐步短接切。有時為了使電動機 具有較軟的機械特性： 起動之后仍保留一部分串接電阻 。 主傳動電動機正轉(zhuǎn)起動必須自保，即按下“開動”按鈕后、除接通主電路的正轉(zhuǎn)常開觸頭之外，在 控制 線路 中 與此 按鈕并聯(lián)的常開觸頭 閉合 ，松開此按鈕，電動機仍保持 起動狀態(tài)。要停止電功機則需按其停止 按鈕。 主傳動電動機 有時要求有反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)是在用寸動脫開壓力機卡 時使用或者在寸動調(diào)整壓力機時，發(fā)現(xiàn)即將卡 死而需 將 滑塊 返 回時使用。 電氣控制線路應(yīng)保證主傳動電動機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)互 鎖 (當開動正轉(zhuǎn)時 ， 反轉(zhuǎn)控制線路內(nèi)串聯(lián)的常閉觸頭斷開；而開動反轉(zhuǎn)時，則正轉(zhuǎn)控制線路內(nèi)串聯(lián)的常閉觸頭斷開 )，以防止正、反轉(zhuǎn)同時接進而短路。 較大噸位的壓力機要求封閉高度機動調(diào)整 。 調(diào)整封閉高度用的電動機都要求行兩個轉(zhuǎn)向。與主傳動電動機同理，正、反轉(zhuǎn)應(yīng)當互鎖 。 調(diào)整封閉高度的電動機要求“點動”開動 ， 因此其控制線路不要自保 。 壓力機的潤滑和送料裝置等也可能采用電動機，但這些情況在開式壓力機中是很少見的。 關(guān)于 電 功機的 保護，對主傳動電動機應(yīng)設(shè)有過載 保護和短路保護。主傳動電動機利用按鈕 起動 并 利用控制線路自保維持運轉(zhuǎn)，當失電時則立即斷電，要重新供電需再 啟動 動 按鈕 ，因此具有失壓保護作用。 對 其他電動機都應(yīng)設(shè)有短路保護并 根據(jù)其具體工作 情況 增設(shè)其他保護。 32 （ 2） 操作規(guī)范 離合器與制動器的控制： 根指使用需要，常要求壓力機具有下述操作規(guī)范： 寸 動 行程：按下 開 動按鈕 滑塊 即 運動， 松開該 按鈕 滑塊即 停止。這是在安裝與調(diào)整模具 時使 滑塊 間斷運動 并使其停在所需位置 而使用的一種行程。 單次行程： 按一下開動按鈕 (或 踏一下腳踏 開關(guān)的踏板 )， 滑塊 作一次完整的行程 并 停止在上死點；即使 按鈕 (或踏板 )一直 按 著，或松開按鈕在滑塊未到上死點時又重新 按 下， 滑塊 都不連續(xù)進行第二次行程。 安全單次行程：按動按鈕直到滑塊 過下死點才松開，然后 滑塊運動 至上死點自動停止。當滑塊向下行程時，若松開按鈕 滑塊 即停止 (如寸動行程 )I 而當 滑塊向上反 向 行程時，則不管是否按著按鈕， 滑塊必定運動至 死點停 止 (如單次行程 )。安全單 次行程多用雙手操作，以保護操作者的雙手不被模具壓傷。 連續(xù)行程：連續(xù)踏著腳踏開關(guān)的踏板 (連續(xù)行程多用 腳 踏操作 )， 滑塊 即連續(xù)遠動幾個行程：松開踏板，滑塊運動至上死點自動停止。 自動行程 ： 按一下開動按 鈕， 滑塊 自動作連續(xù)行程 ， 如要 滑塊 停止，必須按一下停止按鈕。 具有摩擦離合器的壓力機， 其 電氣控制系統(tǒng)可以根據(jù)使用需要實現(xiàn)上述幾個或全部操作規(guī)范；具有剛性離合器的壓力機，其電氣控制系統(tǒng)通常不具備寸動行程和安全單次行程。 上述各項規(guī)范的轉(zhuǎn)換，除具有剛性離合器壓力機 的單次行程與連續(xù)行程的變換是通過機械操縱器實現(xiàn)外，其余的通常是 電氣上利用 規(guī)范 轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)的。 （ 3） 安全、保護與電氣聯(lián)鎖 為了防止壓力機壓傷操作人員的事故，壓力機應(yīng)當設(shè)有人身保護裝置。 防止 壓 力機過載損壞也是壓 力 機設(shè)計中應(yīng)當考慮的重要問題。過載時 壓力機應(yīng)能自功停車， 并 且只有在過載解除之后才能 從新啟動。 9.2 電氣控制電路的設(shè)計 主電路 的啟動方式 采用 直接啟動。 QS 為電源開關(guān)，熔斷器 FU1 對主電路起短路保護作用，熔斷器 FU2 對控制電路起短路保護作用。熱繼電器 FR 起過載保護作用。按下啟動按鈕 SB2 后，線圈 KM1 得電，電動機啟動， 壓 力 機開始工作。按下 SB3,電動機反轉(zhuǎn)，滑塊回程。 主電路如圖 8-1 所示。 33 圖 9-1 螺桿壓力機主電路圖 控制電路 主要控制滑塊 的 工進 、 回程。其中速度換接通過行程開關(guān)來控制，為方便觀察螺桿壓力 機處于那個工況，設(shè)置信號指示燈。為 了預防突發(fā)事件的發(fā)生，應(yīng)設(shè)置急停按鈕?？刂齐娐啡鐖D 9-2 所示。 34 圖 9-2 螺桿壓力機控制 電路圖 9.3 電氣控制過程分析 （ 1） 工進 將開關(guān)置于自動檔， 按下 SB2，交流接觸器 KM1 和信號指示燈 HL1 得電，電動機正轉(zhuǎn)啟動，同時信號燈亮起。當觸及行程開關(guān) SQ1 時，運動停止。 （ 2） 點動工進 將開關(guān)置于手動檔，按下 SB4,中間繼電器 KA3、交流接觸器 KM1 和信號指示燈