J23-40型压力机曲柄滑块机构结构设计

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateJ23-40型压力机曲柄滑块机构结构设计摘要齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文) 题 目 J23-40压力机曲柄滑块机构结构设计 学 院 机电工程学院 专业班级 机械116班 学生姓名 周 新 指导教师 刘 尚 成 绩 年 月 日-摘 要曲柄压力机广泛应用于冲裁，弯曲，校正，模具冲压等工作。本次设计的为J23-40型压力机曲柄滑块机构结构设计。此次设计由于分工不同，

2、主要完成的是曲柄压力机曲柄滑块机构的设计。在设计中主要是根据总体设计确定的压力机主要参数，公称压力，滑块行程等参数参考相关手册初步估算曲柄，连杆，滑块，导轨相关尺寸，然后分别校核，修正，最终确定各零部件尺寸，并根据要求完成装模高度调节装置设计。最后写出详尽曲柄滑块机构设计说明书，绘出主要零件图。关键词：公称压力；曲轴；连杆；滑块AbstractCrank press machine widely used in punching, bending, correction, die stamping etc.The design for the structure design of slide

3、r crank mechanism of J23-40 press.This design due to different division of labor, mainly to complete the design of the crank press slider crank mechanism.In the design is mainly according to the press of the key parameters to determine the overall design, the nominal pressure, slide stroke parameter

4、s reference manual preliminary estimates of crank, connecting rod, a slide block, rail correlation dimension, then check, correction, and ultimately determine the size of parts and components, and according to the required to complete die filling height adjustment device design.Finally, write the de

5、tailed design specification of slider crank mechanism, figure out major parts.Keywords: nominal pressure；crankshaft；connecting rod；slider目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状11.3 曲柄压力机的工作原理及主要参数21.3.1 曲柄压力机的工作原理21.3.2 曲柄压力机工作的特点31.3.3 J23-40型压力机主要参数31.4 本章小结4第2章 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析52.1 曲柄滑块机构的运

6、动规律52.1.1 滑块的位移和曲柄转角之间的关系52.1.2 滑块的速度和曲柄转角之间的关系62.2 曲柄滑块机构的受力分析72.2.1 忽略摩擦情况下滑块机构的力学分析72.2.2 考虑摩擦情况下滑块机构的力学分析92.3 本章小结11第3章 曲轴轴系部件的设计计算123.1 曲柄形式123.1.1 曲轴驱动的曲柄滑块机构123.1.2 偏心轴驱动的曲柄滑块机构133.1.3 曲拐驱动的曲柄滑块机构133.1.4 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构143.2 曲轴的设计计算143.2.1 曲轴材料的选定143.2.2 估算曲轴的相关尺寸153.2.3 曲轴的强度及刚度校核163.3 连杆和装模高度

7、调节机构203.4 连杆结构的设计计算213.4.1 连杆的选择213.4.2 连杆尺寸设计计算213.4.3 连杆及调节螺杆的强度校核22第4章 滑块部件的结构设计254.1 滑块与导轨的结构254.1.1 滑块的导向调节间隙254.1.2 导轨的形式264.2 滑块与导轨的材料选择274.3 滑块的有限元分析274.3.1 模型的生成284.3.2 模型的简化284.3.3 网格的划分294.3.4 约束条件与力的施加304.3.5 UG8.0 NASTRAN计算结果分析30结 论32参考文献33致 谢34第1章 绪 论1.1 研究背景制造业的发展是国家经济发展的重要保证之一，同时又是判断

8、一个国家科技实力和国防实力是否领先的重要标准。在机械制造业中，压力机锻压制造是目前全世界应用最为广泛的制造方法之一。而在锻压机械中，曲柄压力机又占有很大的比重。曲柄压力机主要是通过飞轮将电机的能量存储，在工作的瞬间通过曲轴及与其相连的滑块对特定的模具做功而释放能量。如今，随着汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展。众所周知，由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高，质量好，能量省和成本低的优点。近年来，曲柄压力机广泛应用于冲裁，落料，弯曲，折边，浅拉伸及其他冷冲压工序，是汽车，摩托车，家用电器，仪器仪表，轻工，国防工业，化工容器，电子等行业必备的关键设备。伴随着工业的发展，

9、压力机的种类和数量越来越多，质量要求越来越大，能力越来越大，它在机械制造业和其它相关行业中的作用日趋显著。因此对压力机的精度和生产率等的要求也就越来越高，所以对压力机曲柄滑块机构的设计是十分必要的，生产出具有高效率，高精度，低成本，自动化等现代化制造特点的压力机，是值得研究和探讨的。1.2 国内外研究现状目前在国外，由于汽车工业的迅速兴起，曲柄压力机以及其它制造设备也随之蓬勃发展，在逐渐融入新技术，新材料后，更加推动了曲柄压力机的改进与发展。传动系统是曲柄压力机的重要组成部分，其作用就是将电机的运动和能量按照一定的要求转化为曲柄滑块的运动。目前在国外，曲柄压力机主要以批量生产在板冲和模锻中被广

10、泛应用，专业化程度越来越高，朝着高速度，高精度和自动化的目标在发展，普遍采用CNC控制。专业化程度越来越高，朝着高速度，高精度和自动化的目标在发展。近年来，锻压机械的拥有量美国约占32.4，日本约占34。日本已经有了很多条热模锻压力机生产线。联邦德国奥穆科公司近年来制造的平锻机和热模锻压力机，都已经采用微型计算机巡回检测各轴承的温度，显示工艺力，对压力机的安全运转有着非常重要的作用。但最近几年，多品种少量生产势头在国外越益强劲，要满足经济的合理性，就要求制造机械拥有更高的柔性和通用性。在这种背景下，国外设计者们已经在传统的机械压力机上经过反复试验，设计出一些具有创新的压力机。这些压力机可以适应

11、多变的工艺过程，通用性比以往有很大提高，拥有更高的柔性。其中机械驱动源采用液压驱动，兼容了机械压力机和液压机的优点，体现出未来压力机的突出特征。我国的冲压技术是在新中国成立以后才发展起来的。解放以前，我国在曲柄压力机的生产上十分落后，只能制造出一些手动冲床。在解放以后才有了快速的发展，迄今为止，在国内从事曲柄压力机设计制造的企业非常多，分布也很广，但这些企业生产的压力机大多款式陈旧单一，档次较国外比较低，只能占领中低端市场。只有个别企业靠自身研发与引进国外技术相结合的方式，生产出一些接近于国外先进技术水平的机床，如济南第二机床厂的大型冲床就已经返销欧美。尽管我国现在已经成为世界各种产品的加工中

12、心，有大量曲柄压力机投入使用，但其中由我国自行设计和制造的压力机却不多，大多是从国外引进或者与国外合作生产制造。由于引进技术和自行研究，压力机的研制水平已经达到了一个全新的高度。但是，与工业发达的国家相比较，我国的曲柄压力机制造业仍然是很落后的，主要表现在性能不好，质量不高和品种不全等方面。进入21世纪以来，中国锻压机械行业通过技术引进，合作生产及合资等多种方式，已经快速地提高了我国的冲压设备整体水平，近年来设计制造的很多产品，其技术性能指标已经能够接近世界先进水平，但仍存在差距，主要体现在设备的高速性，高精度性和稳定性方面。因此，如何继续缩小与国外先进产品的距离仍是我国设备制造企业需要面对的

13、挑战。1.3 曲柄压力机的工作原理及主要参数1.3.1 曲柄压力机的工作原理曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，其工作原理是电动机通过三角带把运动传给大皮带轮，再经小齿轮，大齿轮，传给曲轴。连杆上端连在曲轴上，下端与滑块连接，把曲轴的旋转运动变为连杆的上下往复运动。上模装在滑块上，下模装在垫板上。因此，当材料放在上下模之间时，及能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。由于工艺的需要，滑块有时运动，有时停止，所以装有离合器和制动器。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，也就是说，有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程时间。为了使电动机的负荷均匀，有效的利用能量，因而装有飞轮。本次曲柄压

14、力机的设计中,大皮带轮的设计兼有飞轮的作用。工作原理图如下图： 图1-1 工作原理图1.3.2 曲柄压力机工作的特点刚性传动，滑块运动具有强制性质a. 上下死点、运动速度、闭合高度等固定便于实现机械化和自动化b. 定行程设备自我保护能力差，工作时形成封闭力系c. 不会造成强烈冲击和振动d. 不允许超负荷使用，一个工作循环中负荷作用时间短，主要靠飞轮释放能量e. 工作时尖峰负荷不会对电网造成冲击f. 不能够超能量使用1.3.3 J23-40型压力机主要参数公称压力(t)：40滑块行程（mm）：40行程次数（次/min）：80公称压力时下死点距离（mm）：7/2固定行程（mm）：100调整行程（m

15、m）：100/10活动台位置（mm）：400/2001.4 本章小结本章主要介绍了设计的研究背景以及压力机的国内外研究现状，通过对压力机工作原理的阐述，引出本设计的研究对象曲柄滑块机构及其主要技术参数，并对本设计的重点、难点加以描述。第2章 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析2.1 曲柄滑块机构的运动规律曲柄滑块机构运动简图如图2-1所示。结点正置于曲柄滑块机构运动简图中，图中， OA 是曲柄，O点是曲柄的旋转中心。AB 为连杆，A 点是曲柄和连杆的连结点，B 点为连杆与滑块的连结点。曲柄长度为 R，也叫做曲柄半径，连杆长度为 L， 称为连杆系数。对于通用的压力机，一般为 0.10.2。图2-1

16、 曲柄滑块机构的运动简图2.1.1 滑块的位移和曲柄转角之间的关系当曲柄滑块转动时，从上止点转到下止点， 滑块从 点降至点（如图2-1），全行程 。设曲柄转至下死点时的曲柄转角为，曲柄逆时针运动到上死点时曲柄转角为，连杆的中心线与滑块运动方向之间的夹角为。滑块的位移和曲柄转角之间的关系表达式为： （2-1）而，则，又，所以，将其带入整理得 （2-2）为连杆系数，在通用的压力机中，一般为 0.10.2。故上式在整理后可得 （2-3）式中 滑块行程（从下死点算起） 曲柄转角（从下死点算起,与曲柄旋转方向相反者为正） 曲柄半径 连杆长度 连杆系数因此，当已知曲柄的半径和连杆系数时，便可以从上式计算出

17、对应不同的值。由余弦定理可知 （2-4）2.1.2 滑块的速度和曲柄转角之间的关系在求出滑块的位移与曲柄转角之间的关系后，把位移对时间求导就可以求得滑块的速度。求导过程如下：而， 所以式中滑块速度曲柄的角速度又，所以滑块的运动速度 和曲柄转角之间的关系式为： （2-5）式中曲柄每分钟的转数从上式可以看出，滑块的速度是随着曲柄的转角的变化而变化的。在时，。曲柄转角增大时，滑块的速度也随之显著增加，但在时，速度的变化是很小，而数值却是最大的。因此，常常取曲柄转角时的滑块速度作为最大速度。用表示。即 （2-6）上式表明，滑块的最大速度与曲柄的转速，曲柄半径是成正比的，越高，越大，滑块的最大速度也越大

18、。2.2 曲柄滑块机构的受力分析曲柄滑块机构能否满足工艺的要求，除了检验曲柄滑块机构的运动规律是否符合要求，还必须对曲柄滑块机构的强度进行校核。为了更准确的进行强度校核，首先要确定滑块机构中的主要零部件的进行受力状态。2.2.1 忽略摩擦情况下滑块机构的力学分析图2-2 忽略摩擦和零件自身重量时曲柄滑块机构的受力图1.连杆及导轨受力图2-2为忽略摩擦和零件自身重量时滑块的受力情况。考虑B点力的平衡得由前推导可知，若，当时，。当，。在通常情况，尤其是通用压力机，远远小于0.3,所以远远小于。由于角较小，所以，可以认为，故上述两式可以写为 （2-7） （2-8）式中连杆作用力； 导轨作用力； 工件

19、变形力； 连杆系数； 曲柄转角。2.曲轴所受扭矩曲轴上所受的理想扭矩为 而 又 所以 又 所以 （2-9）式中R曲柄半径 连杆系数；曲柄转角。从以上上述公式可以得出，虽然工件所受的变形力P一定，而曲轴所受的扭矩是随着曲柄转角的变化而变化的，的值越大，的值就越大，也就是说在比较大的曲柄转角下工作时，曲轴上所受的扭矩就会比较大。当曲柄转角等于公称压力角时，即时，曲轴上所受的理想扭矩就称为理想公称扭矩。即 （2-10）此公称扭矩是设计曲轴的基础。我们在上述分析连杆和曲轴所传递的扭矩过程当中,没有考虑各运动部位的摩擦问题。这种处理问题的方法对于分析连杆的受力来讲,误差是非常小的，并且简化了计算，是可以

20、应用的。但是,在计算曲轴传递的扭矩时,如果不考虑摩擦的影响,却会带来比较大的误差,因此，在计算时应考虑由摩擦所增加的扭矩。2.2.2 考虑摩擦情况下滑块机构的力学分析求曲柄滑块机构的摩擦扭矩主要有两种方法，那就是能量法和力法，在这里我们主要运用能量法进行滑块机构的受力分析。压力机在工作时，曲柄滑块机构中的摩擦主要发生在四处：1 滑块导轨面的摩擦。摩擦力的大小为 （2-11） 摩擦力的方向与滑块的运动方向相反，形成了对滑块运动的阻力。该阻力经过连杆作用到曲轴上，从而增加了曲轴所需传递的扭矩。2. 曲轴支承颈与轴承之间的摩擦。曲轴旋转时,轴承对轴颈的摩擦力分布在轴颈的工作面上,这些摩擦力对轴颈中心

21、形成与轴颈旋转方向相反的阻力矩。对支撑1、2其值分别为：两个支撑的总阻力矩为 （2-12）由于小齿轮的作用力比小很多，所以可以认为两个支反力的和为 （2-13）所以上式变为 （2-14）3. 曲柄颈与连杆大端轴承之间的摩擦,它与上一种摩擦一样,也会形成阻力矩,且可按下式计算: （2-15）4. 连杆销与连杆小端轴承之间的摩擦。它也会形成阻力矩: （2-16）上述三个阻力矩，都会是曲轴增加所需传递的扭矩。根据功率平衡原理，曲轴所需要增加的扭矩在单位时间内所做的功，等于克服各处摩擦所消耗的功率。即 （2-17）式中 滑块移动速度；曲柄的转动角速度；、连杆的摆动角速度。根据运动学原理，连杆AB为平面

22、运动，或可从下述关系中求出 （2-18）式中 连杆B点的相对速度。而 =取，则，经整理后得由于摩擦使曲轴所增加的扭矩为：（2-19）最后得到考虑摩擦后曲轴所需传递的扭矩为= （2-20）式中 R曲柄半径； 曲柄的转角； 连杆系数； 摩擦系数,一般取0.05； 曲轴支承颈的直径； 曲轴颈的直径； 连杆销的直径； P坯料抵抗变形的反作用力。为了便于计算，式（2-15）可写成如下形式 （2-21） （2-22）称为当量力臂，就是在考虑摩擦后总的当量力臂。当时，曲轴上的扭矩及称为公称扭矩，即 （2-23）而相应的当量力臂便称为公称当量力臂，即 （2-24）2.3 本章小结本章是曲柄滑块机构结构设计的理

23、论基础，主要对曲柄滑块机构的运动规律和受力情况进行了分析，其中具体包括滑块的位移和曲柄转角之间的关系、滑块的速度和曲柄转角之间的关系、忽略摩擦情况下滑块机构的力学分析、考虑摩擦情况下滑块机构的力学分析等。在受力分析中，本章对滑块和连杆的受力情况做了具体了分析，其中的一些计算公式在后续的曲轴和连杆的设计中都会用到，因此，本章是整个设计的基础部分。第3章 曲轴轴系部件的设计计算3.1 曲柄形式(a).曲轴驱动的曲柄滑块机构(b).偏心轴驱动的曲柄滑块机构(c).曲拐驱动的曲柄滑块机构(d).偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构1 支承颈; 2 曲柄臂; 3曲柄颈; 4 连杆; 5曲拐颈; 6 心轴; 7偏心

24、齿轮3.1.1 曲轴驱动的曲柄滑块机构工作原理：曲轴旋转时，连杆作摆动和上、下运动，使滑块在导轨中作上、下往复直线运动。 特点：曲轴双端支承，受力好；滑块行程较大，行程不可调。大型曲轴锻造困难，受弯、扭作用，制造要求高。 适用范围：主要用于较大行程的中小型压力机上。 图3-2 J23-40压力机的曲柄滑块机构结构图1、打料横梁 2、滑块 3、压塌块 4、支承座 5、盖板 6、调节螺杆 7、连杆体 8、轴瓦 9、曲轴 10、锁紧螺钉 11、锁紧块 12、模具夹持块3.1.2 偏心轴驱动的曲柄滑块机构工作原理：当偏心轴转动时，曲轴颈的外圆中心以偏心轴中心为圆心做圆周运动，带动连杆、滑块运动。特点：

25、曲轴颈短而粗，支座间距小，结构紧凑，刚性好。但偏心部分直径大，摩擦损耗多，制造比较困难。适用范围：主要用于行程小压力机上。 3.1.3 曲拐驱动的曲柄滑块机构工作原理：当曲拐轴转动时，偏心套的外圆中心以曲拐轴的中心为圆心做圆周运动，带动连杆、滑块运动。特点：曲拐轴单端支承，受力条件差；滑块行程可调（偏心套或曲拐轴颈端面有刻度）。便于调节行程且结构简单，但曲柄悬伸刚度差。适用范围：主要用于中、小型压力机上图3-3 JB21-40压力机的曲柄滑块机构结构图1、滑块 2、调节螺杆 3、连杆体 4、压板 5、曲拐轴 6、偏心套3.1.4 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构工作原理：偏心齿轮在芯轴上旋转时，其偏

26、心颈就相当于曲柄在旋转，从而带动连杆使滑块上下运动。特点：偏心齿轮芯轴双端支承，受力好；偏心齿轮只传递扭矩，弯矩由芯轴承受；受力情况比曲轴好，芯轴刚度大。结构相对复杂，但铸造比曲轴锻造容易解决。 适用范围：常用于大中型压力机上。 3.2 曲轴的设计计算3.2.1 曲轴材料的选定曲轴为压力机非常重要的传动零件，受力比较复杂,所以制造条件要求较高,一般选用45号钢锻制而成。锻比一般为2.53。有一些中、大型压力机的曲轴则用合金钢锻造，例如、，锻比则需要大于3。对于小型压力机的曲轴，在国内有些制造厂用球墨铸铁铸造。锻制的曲轴加工后应进行调质处理，有时还需要在两端切割试件进行机械性能试验。对于大型曲轴

27、，有时在支承颈和曲柄颈中心处钻深孔，以改善淬透性，提高机械性能。曲柄支承颈和曲柄颈需加以精车或磨光。为了延长曲轴寿命，在各轴颈特别是圆角处，最好用滚子辗压强化。查阅相关手册,参考同类型的曲柄压力机曲轴常用材料,本次设计的曲轴采用40Cr锻造而成，曲轴在粗加工后进行调质处理，调质后硬度不低于270HB,锻造比取3。3.2.2 估算曲轴的相关尺寸在设计曲轴时，首先根据经验公式决定曲轴的有关尺寸，然后再根据理论公式进行精确校核。曲轴由支承颈、曲柄臂、曲柄颈三部分组成,如图3-3。图3-3 曲轴各部分尺寸示意图根据曲柄轴尺寸经验公式 （3-1） 式中 压力机公称压力（KN），此处得支承颈直径。其余各部

28、分尺寸见表3-1。表3-1 曲轴有关尺寸经验公式曲轴各部分尺寸名称代号经验数据计算尺寸曲柄颈直径120支承颈长度180曲柄两臂外侧面间的长度225曲柄颈长度150圆角半径9曲柄臂的宽度135曲柄半径固定行程的一半503.2.3 曲轴的强度及刚度校核一、强度校核曲轴的危险截面主要是曲柄颈截面和支承颈截面，即截面和截面（如图3-4）。图3-4 曲轴危险截面示意图1.曲柄颈危险截面的校核齿轮在曲轴上的作用力要比连杆对曲轴的作用力小得多，故可忽略不计；而连杆对曲轴的作用力可近似看成是等于公称压力，并且分别以的一半作用在连杆的轴瓦两侧。如此，危险截面的弯矩为 （3-2） 截面的最大应力为 （3-3）式（

29、3-2）和（3-3）中公称压力；曲柄颈长度；曲柄两臂外侧面间的长度；曲柄颈直径；圆角半径；弯曲截面系数。带入已知数据，计算得：因为，故曲轴颈截面的强度符合要求。在曲轴的曲柄颈上，除了受弯矩作用以外，还会受到扭矩的作用，此时应当按弯扭联合作用计算。但是，由于所受弯矩要比扭矩大得多，所以忽略扭矩计算的应力和考虑扭矩计算的应力差不多。因此，本次设计中曲轴的曲柄颈用式（3-3）计算截面的应力就足够准确。2.支承颈危险截面的校核曲轴除在曲柄颈的截面处有可能发生破坏以外，也可能在支承颈的截面处发生破坏，所以，还需校核截面处的强度。在支承颈截面处，也受到了弯扭联合作用，但是这里和曲柄颈的截面恰恰相反，扭矩要

30、比弯矩大得多，所以可以忽略弯矩在此处的影响。截面处的扭矩为 （3-4）最大剪应力为 （3-5）式中公称压力；支承颈直径；公称当量力臂，见式（2-19）；扭转截面系数。带入已知数据，计算得：因为，故支承颈截面的强度符合要求。曲轴许用应力如表3-2所示。表3-2 曲轴许用应力（）材 料45调质360010001400750100040调质50001400200010001500调质65001800260014002000调质75002100300016002300二、刚度校核曲轴的刚度计算，利用摩尔定理就可计算曲柄颈中点的挠度。第一项很小，可以忽略，故简化公式为：式中 压力机公称压力（）； 弹性模

31、量，对钢曲轴； 曲柄颈长度； 曲柄臂宽度； 圆角半径；支承颈、曲柄臂、曲柄颈的惯性矩；式中 、支承颈、曲柄颈直径；曲柄臂高度；曲柄臂宽度；曲柄臂形心至曲柄颈形心的距离。曲柄颈中点的计算挠度与实测挠度见表3-3表3-3 曲柄颈中点的计算挠度与实测挠度表压力机型号或吨位计算挠度实测挠度J23-400.1720.179三、键的选择与校核键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，能够起到周向固定的作用并且传递转矩。根据传递转矩的大小和轴上的零件是否需要沿轴向滑移以及滑移距离的长短，还有对中性的要求，键在轴上的位置等，本次设计采用普通平键，材料使用铸钢。这种键联接具有对中性好、结构比较简单、装拆比较方便等

32、特点。根据键在轴段的直径从标准中选取键的剖面尺寸，。平键联接的失效形式主要有以下几种：工作面的过度磨损，工作面被圧溃，有的情况下还会出现键被剪断的情况。对于尺寸按标准选择的键来说，一般只按工作面的挤压应力来进行强度校核。 （3-6）式中 传递转矩； 键的高度； 键的工作长度； 轴的直径； 键的数目； 许用挤压应力。代入数据计算得Pa故所选平键符合要求。3.3 连杆和装模高度调节机构为了能适应不同高度的模具，压力机的装模高度应当是可以调节的。如图4-1所示，装模高度的调节是通过调节连杆的长度来实现的。也就是说，连杆部件不是一个整体，而是由连杆2和调节螺杆3组成的。调节螺杆的下端的球头和滑块6相联

33、接，使用扳手转动调节螺杆，就可以调节连杆的长度。图3-5 曲柄压力机剖面图压力机在冲压工件的过程当中，装模高度是应该保持不变的。如果装模高度变大了，则可能会造成所加工工件出现废品；如果装模高度变小了，就有可能会造成模具的损坏，或者压力机出现过载现象。鉴于此，为了防止装模高度在加工过程中自行改变，滑块机构中设有锁紧装置，它是由锁紧块8以及锁紧螺钉7组合而成。锁紧块上有正反扣螺纹，锁紧螺钉上也具有相同的正反螺纹与其相配合。转动锁紧螺钉，就可以使锁紧块紧紧压住调节螺杆，这样就可以防止因调节螺杆松动而造成的装模高度变化。上面所用到的连杆式靠一个球头和滑块相联接，因此称为球头式连杆。除此以外，还有柱销式

34、连杆。这种形式的连杆是一个整体，它通过连杆销、调节螺杆与滑块相联接调节螺杆由蜗轮蜗杆来驱动。这种结构的连杆虽然是一个整体，长度不可调，但是转动蜗轮蜗杆就可使滑块上下移动，所以也可以达到调整装模高度的目的。3.4 连杆结构的设计计算 3.4.1 连杆的选择球头式连杆和柱销式连杆在生产上均有使用，各有各的优缺点。球头式连杆的结构比较紧凑，并且压力机的高度还可以降低。但是球头加工比较困难，需用专用设备进行加工。柱销式连杆与球头式螺杆相反，加工相对简单，但是随着压力机的压力增大，柱销的直径就随之增大。所以对于大型压力机来说，采用柱销式连杆就不太合理，因此就有了柱面结构，即销子和连杆孔之间有间隙。在工作

35、的行程时，由柱面接触来传递载荷。回程时，销子承受着滑块的重量及拔模力。如此，销子的直径就可以减小，但柱面加工困难。在有些压力机当中，也会采用柱塞导向式的连杆，即连杆不是直接和滑块相连接的，而是通过一个导向柱塞和滑块相连接。这样，偏心轮就能够菲比在机身的上梁当中，变成浸油的润滑，这样可以减少齿轮的磨损，还能降低传动中的噪声。此外，导向柱塞在导向套筒中滑动，就相当于加长了滑块的导向长度，从而提高了压力机的运动精度。它的主要缺点是加工、安装较为复杂，压力机的高度有所增高。综合各连杆的优缺点，本次设计中的曲柄滑块机构采用球头式连杆。连杆使45钢来制造。球头式连杆中调节螺杆则使用45号钢锻造加工，调质处

36、理，球头表面淬火，硬度为230-260HBC。调节螺杆的螺纹通常常采用强度较高的特种止推螺纹和梯形螺纹。由于压力机是在重载的情况下工作，所以采用梯形螺纹，尺寸为M8012。3.4.2 连杆尺寸设计计算 在设计连杆时，首先根据经验公式确定连杆的有关尺寸，然后再根据理论公式进行校核。尺寸计算主要包括连杆以及螺杆尺寸。连杆上的作用力，的大小和压力机公称压力以及曲柄滑块机构中连杆的数目有关。对于单点压力机，（为公称压力）。球头式连杆的连杆及螺杆尺寸的经验公式计算见表3-4。表3-4 连杆尺寸表计算部位代号经验数据计算尺寸球头调节螺杆100807090连杆120160连杆总长度L的确定在确定连杆的长度L

37、时，根据压力机的工作特性，结构特点，以及精度和刚度的要求等全面考虑。一般开式压力机连杆系数,即连杆长度。取，即3.4.3 连杆及调节螺杆的强度校核1. 调节螺杆最大压缩应力校核曲柄压力机在工作时，连杆会受到压力作用。因为调节螺杆截面积比较小，所以一般只校核调节螺杆的压缩应力就可以了。校核公式如下： （3-7）式中 连杆上的作用力； 调节螺杆的最小截面积； 许用压缩应力。由于连杆两端摩擦及动态工作的影响，实际应力比计算应力增大较多，所以许用应力应该取较小一点的数值。45号钢调质：；球铁：；球铁：。根据连杆的估算数据知，则节螺杆的压缩应力由于调节螺杆采用45号钢锻造，所以故调节螺杆符合强度要求。2

38、. 调节螺纹的强度校核本次设计的调节螺纹采用的是梯形螺纹。因为螺母（对于球头式连杆来说，螺母就是连杆体。对于柱销式连杆来说，螺母就是蜗轮）的材料通常要比调节螺杆的材料差，所以，只需检验螺母上的螺纹强度。螺母上的螺纹破坏的可能性有三种：即牙齿表面的挤压破坏和牙齿根部的弯曲、剪切破坏。经分析，只校核弯曲强度就可以了。因为螺纹可以看成是连杆上的作用力作用在螺纹中径处的悬臂梁，因此，螺母上的螺纹在牙根处的最大弯曲应力为 （3-8）式中 螺纹根部的弯矩； 螺纹根部的截面系数。 （3-9）式中连杆上的作用力；螺纹的外径；螺纹的内经；螺纹的最少工作圈数。 （3-10）式中 螺纹的最小工作高度，即在装模高度调

39、节到最小时的螺纹工作高度； 螺距。 （3-11）式中 螺纹牙根处的高度，对于特种锯形螺纹，对于梯形螺纹。所以 （3-12） 或 （3-13）应使 许用应力的取值，可参考如下：铸铁 ；铸钢 ；球铁 。 代入已知数据计算得 螺杆采用45钢，所以，故调节螺纹的强度符合要求。第4章 滑块部件的结构设计4.1 滑块与导轨的结构曲柄压力机中的滑块是一个箱形的结构，如图4-1所示，它的上面和连杆相连接，而下边则安装着模具的上模，并且能够沿机身上的导轨上下运动，这样，把连杆的摆动转变为上下的直线往复运动。滑块的下端底面还开有模柄孔或T 形槽，以便于安装模具的上模。除此以外，在滑块的里面开有安装打料横杆的打料孔

40、，还装有压塌式保护装置等。图4-1 滑块示意图4.1.1 滑块的导向调节间隙在压力机的设计制造过程中，保证加工精度是尤为重要的一点，为此必须保证滑块的导向平面与底平面垂直，以便使滑块的底面与工作台的上平面之间的平行度达到要求值，即保证滑块的运动方向和工作台之间的垂直度。滑块的导向平面与导轨之间应该保持一定的间隙，并且是可以调整的。如果间隙过小，则摩擦阻力会增大大，润滑条件也较差，如此一来便会加剧导向平面与导轨之间的磨损，减低传动的效率，还会增大能量的损失。倘若间隙过大，那样就不能确保滑块的运动精度，从而会影响模具上下模之间的间隙，当滑块承受偏心载荷时容易产生倾斜，这样便会加剧导向面和模具之间的

41、磨损。因此，为了使滑块导向面与机身导轨磨损后能够调整导向间隙，滑块的导向间隙应当设计成可以调整的。滑块的导向面应该足够长，以此来保证滑块的运动精度。因此滑块的高度必须做的足够高。滑块的宽度与高度的比值，在闭式单点压力机上大约为1.081.32,而在开式压力机上则在1.7左右。4.1.2 导轨的形式导轨的形式主要有v型导轨、四面导轨、四面斜导轨、八面导轨等。有些压力机中的四个导轨均可以单独调节，这是靠一组可以推拉的螺栓来完成的。这种四面都能调节的导轨可以提高压力机的工作精度，但是调节比较困难。有些压力机中的则做成了两个都是固定的，另两个是可以调节的，这样固定的导轨就要承受滑块的侧向力，这种形式具

42、有调节容易的优点，但是工作精度却受到了一定的影响。近年来，通用压力机中可以看到一些八面调节导轨间隙结构，这种样式的滑块导轨的每个导轨面都能够单独调节，在每一个调节面上都有一组推拉螺栓。这种结构的导轨不仅导向精度高，还具有调节方便的优点。对于开式压力机来说，通常做成两根V形导轨，如图4-2。图4-2 滑块导轨表4-1为开式压力机滑块的导向长度和滑块、导轨主要尺寸，可供设计参考。表4-1 滑块尺寸表 公称压力项目 （吨）6.31016254063100160400对照尺寸行 程S3045556580100130160200导轨长200250320350455580600770900滑块尺寸导向长2

43、352953874255406807509381100前 后120150180220260360380375600 左 右178220230303300528606630980比例关系6.716.567.046.546.756.85.765.865.51.321.341.381.41.81.291.231.491.120.850.840.830.820.840.850.80.820.81滑块导向长度有两种形式，即长导和短导向。增加滑块的导向长度，有利于提高导向精度，加长导向长度已是世界各国共同的趋势。4.2 滑块与导轨的材料选择小型压力机中的滑块通常使用的材料为铸铁QT600-3，中型压力机当

44、中的滑块材料通常为铸铁HT20-40和稀土球铁，有时也会使用钢板焊接而成。大型压力机当中的滑块通常用Q235钢板来焊接而成，焊接后一般还要进行退火处理。有一些压力机在导向面上镶有酚醛层压布板，以便提高滑块的耐磨性。导轨滑动面的材料通常使用铸铁HT20-40。对于速度高、偏心载荷比较大的压力机来说，则用铸造青铜或者铸造黄铜来制造。对于一些高速压力机来说，为了减小摩擦，提高机器的耐用程度以及滑块的运动精度，则采用滚针导轨。从本次设计压力机的公称压力和运动速度考虑，滑块和导轨均采用铸铁QT600-3来制造。4.3 滑块的有限元分析滑块是压力机工作过程中的重要零件, 受力复杂。滑块的强度分析是曲柄压力

45、机设计中的一个非常重要的环节,对于这方面已有很多人做过研究计算。而滑块的刚度分析也非常重要, 如果滑块刚度不足,可能造成底面的变形，从而影响它们的工作可靠性和耐磨性，以及工作精度。确定滑块刚度的方法有两种: 一是试验研究, 二是分析计算。由于试验研究要花费很长的时间, 而且某一滑块的试验, 往往也不能代表整批滑块的刚度, 在对压力机的公称压力、下压次数等改型设计时,还需要重新进行刚度试验,因此, 通过试验的方法研究滑块的刚度不仅周期长，而且试验费用高昂。随着计算机技术的不但发展,现在我们可以用模拟实体的有限元分析方法来进一步研究滑块,同时可以把解析法和有限元分析法得出的计算结果与实测结果进行比

46、较,从而得出最优的分析滑块的方法。4.3.1 模型的生成所需模型直接按照设计尺寸用UG8.0建模，进而进行高级仿真，利用UG8.0的NASTRAN模块求解除有限元分析结果。4.3.2 模型的简化在对滑块进行有限元模拟分析时, 由于滑块是形状规则的箱体类零件, 具有规则的形状、较大的尺寸（与同一台压力机的其他零件相比）等特点。从总体上看, 曲轴是对称体, 所以对滑块进行有限元模拟分析时必须选取整体滑块作为研究对象。根据滑块的结构形状特点, 以有限元计算的数据准备工作量、求解时间及精度等为基本尺度, 在滑块建模时, 因其结构形状复杂, 做了一些简化, 这些简化是以不影响滑块的静力学特性为前提的。由

47、于在进行滑块有限元分析的时候主要分析计算的是滑块的整体强度, 如果在建模时考虑滑块的各个孔和各处圆角以及梯形槽, 则会使此处的网格非常密集, 这就大大地增加了模型的单元数量, 花费大量的求解时间, 而且生成的网格形状也不理想, 降低了求解精度12，模型如图所示。 图4-3 滑块理想化模型4.3.3 网格的划分有限元分析中经常碰到的问题是网格应如何划分才能得到合理的结果，但不幸的是，还没有确定的判别准则, 用户必须自己进行判断。在指定网格划分方式时，选择了3D四面体对由UG8.0构建的三维实体进行网格划分，得到的网格模型如图所示。图4-4 滑块有限元模型及网格划分 4.3.4 约束条件与力的施加

48、由于滑块是在竖直方向上做直线运动的零件，主要是上下两面受力，所以在确定约束条件时只要一端固定，则在另一端施加压力即可。（a） （b）图4-5 滑块约束条件及均布载荷加载方式 （a）约束条件 （b）加载方式4.3.5 UG8.0 NASTRAN计算结果分析 施加均布载荷的滑块变形情况如图4-6所示，可以看出受力最大处在滑块与连杆连接处，最大变形处发生在滑块底面两端,而夹模柄在滑块的正中间，几乎没有变形，所以不影响工作精度。结 论以上是J23-40压力机曲柄滑块机构结构设计，本次设计通过曲柄滑块机构的运动分析和受力分析、曲轴部件的结构设计、连杆部件的结构设计、以及滑块与导轨的结构设计四个部分进行的

49、，每个部分通过选材、计算尺寸、强度校核等几方面进行细致的分析，通过系统的计算与分析，本次设计的曲柄滑块机构基本能满足实际的应用。在完成毕业设计的过程中，我碰到了很多的难题，但我最后还是坚持下来了。因为 我知道：做任何一件事，它都存在着或多或少的问题，相对与我们将来所要面对的困难来说这些只是很小的困难。难度，考验，思考，这等等的一切对于我来说是一次很好的锻炼，毕业设计它是凝聚了这三年来所学所会的各方面只是应用，能够充分调动一个人的积极性，使理论与实践综合起来，然后去思考问题，解决问题，从而达到自己的目标。 这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自

50、己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成。参考文献1. 何德誉.曲柄压力机M第2版.北京：机械工业出版社，1995:1-60 2. 邹慧君,张青主编.机械原理课程设计手册.第2版.北京:高等教育出版社,2010:30-603. 孙志礼.机械设计M.沈阳：东北大学出版社，2012:2202604. 机械设计实用手册编委会

51、.机械设计实用手册.北京:机械工业出版社,2008：50-905. 成大先. 机械设计手册M.第5版.北京:化学工业出版社,2010：902206.邓文英,郭晓鹏主编.金属工艺学(上册).第五版.北京:高等教育出版社，2008：43-667.龚溎义.机械设计课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，2006：3-42.8.陈于萍、周兆元.互换性与测量技术基础M.北京：机械工业出版社.2006：202-203.9.孙恒、陈作模等.机械原理M.北京：高等教育出版社.2006：174-179.10.邓文英金属工艺学M北京：高等教育出版社.2000: 47-48.11.龚溎义.机械设计课程设计图册M北京

52、：高等教育出版社.1989:35-37.12.刘鸿文等.材料力学M. 北京：高等教育出版社.2004：99-101.13.王兰美. 机械制图M. 北京：高等教育出版社，2002：89-95.14.濮良贵、纪名刚.机械设计M. 北京：高等教育出版社，2005：78-109.15.王旭、王积森.机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社，2005：50-69.16.张幼桢主编金属切削原理航空工业出版社，1987.8:40-59.17.LiCan,ZhangXianmin.Mechanismandmachinetheory.Wuhan:WuhanUniversityofTechnologyPress,

53、2004:26-5418.YeZhonghe,LanZhaohui,M.R.Smith.Mechanismsandmachinetheory.Beijing:BeijingHigherEducationPress2001:45-76 19.Yanggen Cao, Xuelin Du, Yu Su, Wanpeng Dong，Sheet Stamping Formability Test System based Servo Crank Press，Procedia Engineering ，2014；32-6020.R. A. Nikonov，Use of sheet-stamping cr

54、ank presses for hot drop forging，Chemical and Petroleum Engineering, 2005；67-80致 谢通过这一阶段的努力，我的毕业设计J23-40型压力机曲柄滑块机构结构设计终于完成了。在此阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在此论文撰写过程中，要特别感谢刘尚老师的指导与督促，同时感谢他的谅解与包容。在刘尚老师的悉心指导下，我掌握了设计的方法，从接触课题，到熟悉课题，最后完成总体设计等一系列过程，学会了解决问题的方法，对三年来所学的知识得到更好的巩固。感谢我周围的同学对我学习、生活的关心和帮助。在设计的过程中，本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬。