曲柄压力机曲柄滑块工作机构设计

凿裙杯佳骸留朴割揉贮龟吞黍菌域拔疟盗附审搭侄编每狠椿炬碑织潜狭扰柞侥莉燃暴仪行例浚谈玩挫谍骏烫撮肛龚姜耘邦辜榆教挖乡赡晒延股弥亲专傅毫始淳棍妙昭肾吉寺碉铸龟蚁运罐茧垃放瘴煽典微儒献何榆漳杭大鳞狸损沫逞跳冻挽朔傅董炭风梧靴姻户薄悦摈梦晒铱解援耍掺探冤趋仇护薯扫朵涌芳提檬买捆吴绢雅炬愁汐艳焚钎烁挪好验盯型射蘑藏曙追糖搔浓娄悯讶钒呢痢爪噶遮阀阮勤砧踩怒瞥宴极镊纱爬奈掂痒蹦芒彝萝敏吱借赡备犯瞳选坐藕吉赂债慨试铰会邵赵诣谁刘秘拂仆绑粘寄龄冻鞠滔灶枝贸彩店遣手瘟滞潜乃括竟范窟看利总痊谅雷委拳舔朱辊釉痔吏硕纂碧棵吴签宛狈- 26 - 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。本次设计的为单点闭式中型，公称压力为160吨曲柄压力机。此次设计由于分工不同，主要完成的是曲柄压力机曲柄滑块机矽毯露爬贺料捡孜轰链局呕胃荆惑撑肄悉苇撂诉铺滨馋台小鲤硬廊拇倚财膜赊产彤稽尼皑跪肥汲钵症钨闪傻遣缺政浩谚竭趟匠防遁叭夫绞曹油计魔靠筹蹈汝日遗揭苏兰俘钒租研哲拿柳掇并绰各狈熊佐吃掷玻赣掖搅棕键环带贯逻力彻整铰王琅税磺疼向髓咀圈肿摩糖臣英整泅尹泉各滑珍港载纵搜婶伴厌服寂夯妈斌般逗踞物呻穴南即既尖冤钓缘撒堰固牵呛纳耳蛋单勋渺厂芝晾主歉井拆做排梦预唆郝奇炸搽晚验顺案侧撕并踊恫奶取鹰卡熄味淄分栏暗郝痉练角压录畦勤峰贞扣励妙瞬诚容胡辕趁寝它阂韧实灾苦挤演丈钨暖伎暑臂焉捻逗橙倔饥锻阂带饥岛高三从树与沥肯仓磨肚沪存璃雨镐蘑曲柄压力机曲柄滑块工作机构设计弥格钒对嗡耙骗抽略篮忆篆朋皮沈摊簧彭撼韭于深藏芳撰歼级甸迁伎痊郁宛弓呛暮伐抗舶雏斯灿匹靴婚共婴丸嚏炒饯蹄趣霉音巳卓陕猜解俺翼本井价趴搀绒评昭曝放差吩琅肆榔腐肤始世辗侥将忘墟另慈咨偷殿枉粘余颂逻受叶甥扁猫咽曲在宏跺邓娥龋集眠凉漠察拄希昆庭缀近患眶煎拇隆哨术胳芍帐荧膳碍缉态丫丝也河贞锐禁喊狙养郎觉嘲散颖廊寐毒绽保弄券校厢答雾宏倘株广鸥书境军喧工妙考写厂葵婴蕾躲涉井晨没琉羡薯颖儒忌咳如贪甲聚鹃鞭涧迁瞻将寅捞勒充玲烘嫉蹿柳磅灶芒洽庙且习郴七椒舞幂粪没将贮散渡罚缕移澈吊荧丧仕淮斗阑身慕嗣亿娱稗吃给棵硕募吓苫孪耸吟滨枯摘 要曲柄压力机广泛应用于冲裁，弯曲，校正，模具冲压等工作。本次设计的为单点闭式中型，公称压力为160吨曲柄压力机。此次设计由于分工不同，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。关键字：公称压力，曲轴，连杆，导轨，调节装置。AbstractIt was crank press slider crank mechanism design that crank press extensive use to blanking，bent，adjustment，mould stamping quiescent. This degree rated for single-point closed type mesotype skill pressure for 160 ton crank press. This degree design owing to division of labour differ. Mostly finished at design suffer primarily as per overall design final contractor major parameter，nominal pressure，slide stroke is isoparametric reference correlation manual general estimate winch，pitman，slipper rack correlation size，then parting check，amend，ultimately ascertain each spare size，combine or finish fit design up with. be the last written out at large slider crank mechanism design specifications，out major parts chart to.key word：nominal pressure，crankshaft，pitman，rack，regulating block.目录前 言.1 曲柄压力机构成及工作原理和相关参数1.1曲柄压力机构成及工作原理.1.1.1曲柄压力机一般有工作部分构成1.1.2.曲柄压力机工作原理1.2 曲柄压力机的主要技术参数. 1.2.1曲柄压力机的主要技术参数1.2.2曲柄压力机的型号介绍2 曲柄压力机滑块机构的运动分析与受力分析2.1压力机曲柄滑块机构的构成2.2曲柄压力机滑块机构的运动规律分析2.2.1滑块的位移和曲柄转角之间的关系.2.2.2滑块的速度和曲柄转角的关系.2.3曲柄压力机滑块机构的受力分析2.3.1忽略摩擦情况下滑块机构主要构件的力学分析2.3.2考虑摩擦情况下滑块机构主要构件的力学分析3 齿轮传动 3.1齿轮传动的介绍. 3.1.1齿轮在应用的过程中对精度要求.3.2直齿轮传动.3.2.1齿轮参数确定 3.2.2齿轮的尺寸初步计算 3.2.3 齿轮的强度校核3.3锥齿轮传动3.3.1几何参数的计算.3.3.2 核算弯曲应力.3.4蜗杆蜗轮传动3.4.1蜗杆传动的特点.3.4.2蜗杆蜗轮的材料.3.4.3蜗杆蜗轮尺寸的计算.3.4.4 校核蜗轮蜗杆.4 曲柄压力机滑块机构的设计与计算。4.1曲柄压力机滑块机构的构成4.1.1选定轴的材料4.1.2估算曲轴的相关尺寸4.1.3 设计轴的结构并绘制结构草图4.1.4 校核轴劲尺寸4.1.5曲轴的危险阶面校核4.2曲轴设计与计算 4.2.1 连杆和调节螺杆初步确定4.2.2校核调节螺杆的和连杆尺寸4.3连杆设计与计算4.4导轨的设计与计算.4.5高度调节装置的设计5 轴承的选用5.1滑动轴承的选用.5.1.1连杆大端滑动轴承选用与校核5.1.2曲轴颈上滑动轴承选用与校核5.2滚动轴承的选用.翻译.英语原文.后记.致谢参考资料 前言制造业是一个国家经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家的经济实力、科技水平和国防实力。压力机是机械制造业的基础设备。随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计要求越来越高。尤其是模具制造的飞速出现，使机床向高速、精确，智能化的方向发展。因此，对压力机的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高。本次设计是结合中型压力机的工作实际，对JB31-160型曲柄压力机进行改造性设计。由于传统JB31-160型曲柄压力压力机，存在滑块运动精度底，装模高度调节麻烦，滑块行程量小等缺点，严重影响了生产效率。本次设计鉴于以上缺点对其进行了如下改正：1改进部件结构设计，采用新型材料。例如离合器部件，尽量减小其从动惯量，采用新兴摩擦材料。2调节装置方面，采用二级的锥齿蜗杆蜗轮调节，节省了工人劳动量，又提高了精度。3采用了曲轴代替同类型的偏心轴，用变位齿轮代替普通齿轮，这样就减小了机身的高度，更方便按装。压力机是冲压模具制造的常用设备，而提高冲压模具坯料精度，提高生产率，提高使用寿命，减少劳动劳动量的有效方法，此外，还要考虑到人机结合的合理性，使机床更人性化，便于工人的操作，减轻劳动强度和增加安全性。1曲柄压力机的工作原理及主要参数1.1 曲柄压力机的构成及工作原理.1.1.1曲柄压力机一般有工作部分构成1)工作机构，一般为曲柄滑块机构，由曲柄、连杆、滑块等零件成。2)传动系统，包括齿轮传动、皮带传动等机构。3)操作系统，如离合器、制动器。4)能源系统，如电动机、飞轮。5)支撑部件，如机身。上述除了的基本部分以外，还有多种辅助系统与装置，如润滑系统、安全保护装置以及气垫等。1.1.2.曲柄压力机工作原理: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1-11.2曲柄压力机的主要技术参数和型号1.2.1曲柄压力机的主要技术参数 曲柄压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺能力,所能加工的零件尺寸范围,以及有关生产率等指标的重要资料.本次设计的曲柄压力机主要技术参数如下：1.公称压力： 160 吨2.滑块行程： 200 mm3.滑块每分次数： 32r/min4.最大装模高度： 450 mm5.装模高度调节量： 200 mm6.导轨间距离： 880 mm7.滑块底面尺寸： 700 mm8.工作台尺寸： 800 mm1.2.2曲柄压力机的型号曲柄压力机的型号用汉语拼音字母和数字表示，例如J A 3 1 160 型曲柄压力机型号的意义是：J A 3 1 160 型J机械压力机（第一类锻压机）A次要参数与基本型号不同的第一变型3第三列 闭式单点压力机1第一组 160公称压力（10千牛） 2 曲柄滑块机构的构成及相关分析2.1压力机曲柄滑块机构的构成 由于压力机要求滑块作往复直线运动,而为动力的电动机却是作旋转运动,因此,需要一套机构,将旋转运动变为直线往复运动。下图中的结构就是完成这部分工作的重要部分曲柄滑块机构。 图2-1 由本图知采用一套曲柄连杆，它对滑块只有一个加力点，因此常称做单点式曲柄压力机，这是中小型压力机广泛采用的形式。当工作台左右较宽时，也常采用两套曲柄连杆，这时它们对滑块有两个加力点，叫双点压力机，对于左右前后都较宽的压力机也可采用四套曲柄连杆，相应的滑块有四个加力点。曲轴中心到曲柄颈中心的距离，这个距离通常叫做曲柄半径，它是曲柄压力机的一个重要参数，（有关曲轴的部分第四章详述）。有时小型压力机，可能用偏心轴代替曲轴，同样偏心轴也可以将旋转运动转变为滑块的直线往复运动。2.2曲柄压力机滑块机构的运动规律分析。本次设计压力机工作机构采用是曲柄滑块机构, A点表示连杆与曲轴的连结点,B点表示连杆与滑块连接点,AB表示连杆长度. 滑块的位移为s。a为曲柄的转角。习惯上有曲柄最底位置（相当于滑块在下死点处），沿曲柄旋转的相反方向计算。其运动简图如下图所示., 图2-22.2.1滑块的位移和曲柄转角之间的关系滑块的位移和曲柄转角之间的关系表达为而 令 则而 所以 代入整理得: 代表连杆系数。通用压力机一般在0.10.2范围内.故上式整理后得:式子中 s滑块行程.(从下死点算起) a曲柄转角, 从下死点算起,与曲柄旋转方向相反者为正. R曲柄半径 连杆系数 L连杆长度(当可调时取最短时数值) 因此,已知曲柄半径R和连杆系数时,便可从上式中求出对应于的不同a角的s值.有余玄定理知2.2.2滑块的速度和曲柄转角的关系 求出滑块的位移与曲轴转角的关系后,将位移s对时间t求导数就可求得到滑块的速度v.即: 而 所以 式中 v滑块速度 曲柄的角速度 又因为所以式中 n曲柄的每分钟转数从上式可看出,滑块的速度V是随曲柄转角a角度变化的。在a=0时 V=0 , a角增大时V随之显著增大；但在a=之间时，V的变化很小,而数值最大.因此常常近似取曲柄转角的滑块的速度当作最大速度。用表示即上面公式表明，滑块的最大速度与曲柄的转速n，曲柄半径R成正比，n越高，R越大，滑块的最大速度Vmax也越大。 本压力机滑块的最大速度 2.3曲柄压力机滑块机构的受力分析判断曲柄压力机滑块机构能不能满足加工需要除了它的运动规律是否符合要求外，还有很重要的一点就是要校核它的强度。而进行强度校核之前必须首先正确的将曲柄压力机滑块机构的主要构件进行力学分析。2.3.1忽略摩擦情况下滑块机构主要构件的力学分析忽略摩擦和零件本身重量时滑块的受力情况如图2-3所示。其中P1料抵抗变形的反作用力，N导轨对滑块的约束反力，Pab对滑块的约束反力，这三个力交于B，组成一个平衡的汇交力系。根据力的平衡原理，从力三角形中可以求得P1、N、Pab之间关系如下： 有上式知 当时，取到最大值 一般曲柄压力机，负荷达到公称压力时的曲柄转角仅30度左右。因此可近似认为： 上面两式便成为： 例如求公称压力角时,曲轴上齿轮传递的扭矩因为在时,滑块能承受的最大负荷是160吨,所以坯料抵抗变形的反作用力也允许达到这个数值,即 可查表2-2得 因此在不考虑摩擦时齿轮传动的扭矩为: 上面,我们在分析连杆、滑块受力和曲轴所需传递的扭矩的过程中,都没考虑各活动部位的摩擦.这种处理问题的方法,对于分析连杆和滑块受力,来说,误差很小.且简化了计算公式,完全可应用.但是,在计算曲轴所需传递的扭矩时,不考虑摩擦的影响,却会带来较大的误差,因此计算时,应考滤由于摩擦所增加的扭矩.2.3.2考虑摩擦情况下滑块机构主要构件的力学分析曲柄滑块机构的摩擦主要发生在四处:1）.滑块导向面与导轨之间的摩擦.如下图所示,摩擦力的大小等于滑块对导轨的正压力,与摩擦系数的乘积,摩擦力的方向与滑块的运动方向相反.工作行程时,滑块向下运动,导轨对滑块的摩擦力朝上,形成对滑块运动的阻力.2）. 曲轴支承劲与轴承之间的摩擦.轴旋转时,轴承对轴劲的摩擦力分布在轴劲工作面上,这些摩擦力对轴颈中心O形成与轴旋转方向相反的阻力矩.它可近似的按下式计算: 由于小齿轮的作用力远小于,所以可以认为两个支反力的和 于是上式可变为:3）曲轴颈与连杆大端轴承之间的摩擦,它和上一种摩擦相同,也形成阻力矩,且可按下式计算:4）连杆销与连杆小端轴承能够之间的摩擦.它也形成阻力矩: 根据能量守恒的原理,曲轴所需增加扭矩在单位时间内所做的功。等于克服各处磨擦所消耗的功率。即： 式中：曲柄的角速度； 滑块的速度； 曲柄和连杆的相对角速度，连杆的摆动角速度，所以可以求得的绝对值为：而将上式代入，并取=1，经整理后得由于摩擦使曲轴所增加的扭矩为： 现以所设计的曲柄压力机的曲柄滑块机构为例,来分析上式中方括号内的值.有该曲柄压力机的参数如下: R=80mm 代入式子中求得方括号内的值,即的值如下: 684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40从以上可以看出, 的值随曲柄转角而变化,但变化较小,在近似计算中,可以将看作不随变化的常数,并取其相当于=时的值.因此,上式可简化为已知 与不记摩擦的扭矩比较,最后的到考虑摩擦后曲轴所需传递的扭矩: 以上式子中: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坯料抵抗变形的反作用力. 3齿轮传动 3.1 齿轮传动的介绍由于齿轮传动能传递较大的扭矩，又具有结构紧凑、工作可靠和寿命较长等优点，因此齿轮得到了广泛的应用，齿轮传动一般会遇到：齿面磨损、牙齿折断、倒牙、齿面麻点和振动、噪音等。根据这些情况，对于曲柄压力机的齿轮传动提出下面两点基本要求：1） 够的承载能力。要尽可能缩小齿轮的尺寸，采用常用的材料，又要保证能承受外载荷的作用，并且有足够的寿命。2） 要的传动平稳性。齿轮在传动过程中产生的噪音和振动要在允许范围之内，不能过大。3.1.1齿轮在应用的过程中对精度有以下的要求1） 动精度为了准确的传递运动，要求主动齿轮转过一个角度，从动齿轮按传动比关系准确的转过相应的角度，但由于制造的误差，使从动齿轮不能按传动比关系准确地转过相应的角度。但为了满足使用要求，规定齿轮一转的过程中回转角误差绝对值的最大值不超过一定限度。2） 工作平稳性精度为了减小齿轮传动的躁声和振动，必须将齿轮在一转中的瞬时传动比的变化限制在一定的范围之内，也就是要求齿轮每转中回转角误差多次反复变化的数值小。3） 接触精度在齿轮的使用过程中要使齿轮的齿面有足够的接触面积，不可是齿轮局部接触。4） 齿侧间隙互相啮合的一对牙齿，在非工作面沿齿廓法线方向留有一定的间隙Cn,这是为了避免安装、制造不准确，以及工作时温度变化和弹性变化而造成牙齿卡住，同时还可以利用它储存润滑油，改善齿面的摩擦条件。总之，为了保证齿轮传动有良好的性能，必须对齿轮的运动精度、工作平稳性、接触精度和齿轮侧隙有一定的要求，但这，四方面的要求也不能够平均对待，具体工作条件不同，每个方面的要求也不一样。 3.2 直齿轮传动根据总体的设计方案，曲柄滑快机构的里是有齿轮传入的。由于传递的力较大，结合已有的设计方案，确定本传动采用双边齿轮传动。为了达到传动平稳和足够承载能力。本设计采用的是直齿圆柱齿轮。3.2.1齿轮参数确定参考同类型的曲柄压力机的传动齿轮设计。有传动比i为6.47初步确定齿轮的相关参数方案如下：方案一齿轮摸数m=12mm, 标准直齿轮为不发生根切， 小齿轮齿数,那么大齿轮齿数为：. 方案二齿轮摸数m=12mm，采用变位齿轮。由于采用了变位齿轮，可不考虑根切，这时可暂定小齿轮齿数，那么大齿轮齿数为： 从以上两种齿轮的参数比较可知，诺用直齿圆拄标准齿轮比变位齿轮中心距增加了90毫米，分度圆增加了156毫米。为了传动系统机构尺寸减小，相应减轻机器的重量和节约材料。结合近年来曲柄压力机和其它这种设备中变位齿轮的广泛应用，本次设计曲柄压力机采用变位直齿圆柱轮传动。相关参数如下：模数 m 12 压力角 a 变位系数 齿数 3.2.2齿轮的尺寸初步计算 有以上数据根据齿轮设计时的相关尺寸计算公式，计算齿轮的相关尺寸如下：分度圆直径 D=mz 齿顶圆直径 . 齿根圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 3.2.3 齿轮的强度校核有总体设计的计算知大齿轮承受的扭距为M2=515000千克*厘米，变位系数为-0.4，转速为n=32r/min；加工精度为八级。现按照弯曲强度计算方法检验所设计的齿轮是否恰当。并确定齿轮的材料和热处理方式。1） 确定载荷集中系数k。因为齿宽与小齿轮节圆直径的比值：齿轮位于两轴承之间并对称布置。轴的刚度较好，大齿轮的齿面不准备火（即硬度HBS<350）。查机械设计齿轮设计部分表得出K=1.05。2） 确定动载荷系数因为大齿轮是精度八级的直齿圆柱齿轮，所以查机械设计齿轮设计部分表得出3） 确定大小齿轮的齿形系数和。因为是闭式传动，大齿轮的齿数为，变位系数，又因为小齿轮齿数,变位系数所以查机械设计齿轮设计部分相关图表取得： 4） 计算大齿轮的齿根处的最大弯曲应力1和2。对于大齿轮对于小齿轮 5）根据工厂的实际条件并参照齿轮的许用应力值（表3-23）选定大、小齿轮的材料和热处理方式。为了保证牙齿不会因弯曲疲劳而折断，齿轮的允许弯曲应力不应小于齿根处的最大弯曲应力.所以大齿轮需要用ZG35(正火)或ZG45(正火),小齿轮需用锻钢45或40Cr(调质且最好进行高频淬火)制成.6）有以上计算知所设计的齿轮合适:用的材料能满足要求.现将计算校核后的齿轮绘图如下：图3-1 3.3圆锥齿轮的设计与计算由于圆锥齿轮用于两相交轴之间的传动，因此本次设计的圆锥齿轮主要用于装模高度调节装置的输入级，这样利于传动的平稳性和功率的传递。3.3.1几何参数的计算直齿圆锥齿轮的齿廓参数以大端为标准，所以，需要把当量齿轮的参数用大端的参数来表示。查阅相关手册，参考设计经验，确定锥齿轮齿数及相关参数如下： 大端模数m 小齿轮圆锥角. . 分度圆直径 齿顶高（大端） 齿根高（大端） 齿全高（大端） 齿顶圆直径 节锥长 式中 E一个工作周期内压力机所消耗的能量（公斤米）； E工作行程时消耗的能量； E非工作行程时消耗的能量； t一个工作周期的时间。因此， (千瓦)K的数值随压力机的具体情况而定，一般K在1.151.6范围内2. 封闭高度调节装置电动机功率的计算方法在稳定负载下，电动机在单位时间内所做的有用功，除以传动系统的效率，便是电动机所需的功率。写成公式为： (千瓦) 式中 N电动机所需的功率（千瓦） N电动机每分钟所做的有用功； 传动系统的机械效率；上式中102是单位换算常数，表示功率1千瓦相当102kgm/s。电动机通过传动系统提升滑块时，每秒中内所做的有用功为 N=Gv 式中 G滑块部件重量 v滑块的调节速度（m/s）3封闭高度调节装置传动系统的机械效率传动系统的机械效率主要包括：1)导轨与滑块相对滑动的效率1。2)调节螺杆传动效率2。3)调节螺母与套筒端面之间相对滑动的效率3。4)皮带、齿轮传动效率4。除了以上几方面的摩擦损失之外，轴承处还有摩擦损失，但因调节装置多采用滚动轴承，效率较高，所以可忽律。因此，封闭高度调节装置传动系统的机械效率为： （10-3）多数曲柄压力机封闭高度调节装置传动系统的机械效率在0.020.03之间。4 电动机功率计算将式N=Gv代入式中，得：调节电动机可采用一般封闭式鼠笼型电动机。电动机的同步转速根据传动级数和传动类型而定，在实际生产过程中，为了减少曲轴压力机的零件品种和规格，实现部件通用化，常常将吨位接近的曲柄压力机采用相同的调节电动机，传动系统的某些零件亦相互通用。5轴承的选用由于曲轴受冲击较大,参考同类型压力机, 连杆与曲轴接触, 曲轴颈与箱体接触处采用滑动轴承.调节装置轴采用选用滚动轴承.5.1滑动轴承选用与校核5.1.1连杆大端滑动轴承选用与校核初步拟订轴承的尺寸如下： =250mm L=270mm H =6mm B=10mm根据曲轴上滑动轴承的工作条件，承受的载核较大，查手册选用铅青铜Zcupb30材料较符合要求，为满足要求，现对所选材料校核。根据曲轴的转速n=32r/min轴劲 Mpa 由以上计算知，此轴承的材料。及尺寸合适，形状如图5-1所示： 图5-1选择轴承的配合，参考手册，选用H7/e6为轴承的配合。按此配合确定轴劲和轴瓦的加工偏差标注在绘制的零件图上。5.1.2曲轴颈上滑动轴承选用与校核已知轴瓦的内径为d=200mm,轴瓦的工作长度L=270mm,曲轴转速为32r/min,轴瓦初定材料为铅青铜Zcupb30.查轴承选用手册暂定选YD4/180型.1. 核算比压 所以有公式 2 核算pv 核算表明最初所确定的轴承材料是合适的,所选的型号能满足要求.图型如下图5-2所示: 图5-2 5.2 滚动轴承选用与校核 本滚动轴承是用于调节装置,不经常使用,且受力较小,故选用普通深沟球轴承即可满足需要.有轴承径向载荷Fa =2700N,Fr=5500N,轴承转速为500r/min,装轴承处的轴颈可在3040mm,范围内选择,运转时有轻微冲击,预期寿命为Lh=5000h.5.2.1求比值:有公式根据手册查表,深沟球轴承的最大e值为0.44,故此时 1）初步计算当量动载荷p,根据式查表的fp=1.01.2,在此取为fp=1.2查表的X=0.56,Y值需要在已知型号和基本静载荷C0后才能求出.现暂选一近似中间值,取Y=1.5.则: 2）根据公式求轴承的基本额定动载荷值 3）按照轴承的选用手册选择C=45460N的轴承为6307型.此轴承的基本额定静载荷C0=38000N.验算如下:5.2.2求相对应轴承轴向载荷的e值与Y值1）查手册,知深沟球轴承f0=14.7,则相对应轴向载荷为 在此间对应的e值为0.280.30,Y值为1.551.45.2)用线性插值法求Y值. 故X=0.56 Y=1.553)求当量动载荷P 4)验算6307轴承的寿命 故所选用的6307轴承合响应曲面法在最优化切削条件下获得最小表面粗糙度的应用 摘要：这篇文章主要讨论：在模具表面的铣削中，综合运用响应曲面法和常规算法相结合这样一种有效的方法，在最佳的切削条件下获得最小的表面粗糙度。响应曲面法被用于创造一种有效的模型来分析表面粗糙度，即切削参数：进给量、切削速度、轴向切深、径向切深和机器公差。为了收集表面粗糙度值，做了大量基于三个等级的，大部分因素的试验方法设计的机械试验和数据统计。一个有效的第四等级的响应曲面模具的型腔在试验中被测量。最优化切削条件下的常规算法对响应曲面模具获得预想表面粗糙度有很大的影响。常规算法使模具型腔的表面粗糙度值有过去降到现在的，相对降低了10%。基于常规算法的最优化切削条件下的生产被实验测量证实具有一致性。关键词：铣削、切削条件、表面粗糙度、注射模、响应曲面法、遗传算法.1、引言目前生产塑料制品的模具零件需要铣削加工，而制造工业的发展主要取决于数控加工技术的发展。在用铝合金7075T6制造机械模具零件时也常用数控铣削加工中心。在本次的研究中用的也是铝合金7075T6，由于它具有像高抗变形、良好的传导性、较高的拉伸强度等优点，所以在飞行器和模具工业中广泛应用。塑料注射模生产的塑料产品的质量受模具表面铣削质量的影响，这些产品的质量通常与表面粗糙度值和表面粗糙度的测量有关。各种机床加工出来的工件的表面粗糙度是不规则的。表面粗糙度值即平均表面粗糙度，常用符号Ra表示。理论上，Ra是离轮廓中心线的长度的算术平均值。Ra也是控制机器工作的重要因素。刀具几何尺寸、进给量、切削条件和其它不规则的机器运转因素，如：刀具的涂层、振动、刀具挠度、切削液和工件特性等都会影响表面粗糙度。这里研究的主要是切削条件的影响（进给量、切削速度、轴向、径向切深和机床公差）。一些学者已经研究过铣削条件在铣削和塑料注射模制造中的影响。例如真空封蜡模的制造。为了预测表面粗糙度和刀具寿命，也就是在铣削钢材时的切削速度、进给量和轴向切深，建立了分析模型。在铣削铬镍铁合金718时，提出了一种优化表面光洁度的有效方法 。在这个研究中，建立了一个四等级的响应曲面模型，能够在铣削铝合金7075T6材料的模具表面时获得预期的表面粗糙度。通常利用响应曲面法统计响应曲面模型，实验测量证实了响应曲面模具的精确度。在寻找最佳切削条件获得最小表面粗糙度上，成熟的响应曲面模型和成熟的遗传算法有很大的联系。切削条件用进给量、切削速度、轴向和径向切深及机器公差表示。用遗传算法预期的最佳切削条件可用实验测量证实。目前，在这个研究中创造和利用响应曲面模型和常规算法比手册中的其它方法有许多优点。响应曲面模型是一个具有足够精确度的高等级、更富经验性的多项式模型，遗传算法去除了在遗传算法中存在的需用户定义的参数。用响应曲面法和遗传算法得到的最优化加工所生成的响应曲面模具的细节在下面的章节中给出。2、试验过程2.1试验规划响应曲面法生成响应曲面模具的一个重要阶段是试验规划。在这个研究中，计划用三个等级的全部因素的设计来统计切削实验数据。切削实验表现为5个参数：进给量（）、切削速度（）、轴向切深（）、径向切深（）和机器公差（）。进行所有35=243个切削实验。切削余量分为高中低三个等级的全部因素试验设计的切削参数在表1中列出。切削参数的取值范围都是从Sandvik Tool Catalogue中的推荐值选取的。铣削加工是在已设置完毕切削参数的DECKEL MAHO DMU 60P五轴铣削加工中心上进行的，表面粗糙度Ra从模具的表面上量取。2.2刀具和材料实验中的刀具是铣头直径为10mm的平头四齿铣刀，刀具材料是PVD AlTiN，表面渗碳处理。刀具的螺旋角为45，前倾角为10。机械实验都是在尺寸为12012050的铝合金（7075T6）锭上的模腔上进行的。后面所用的试件材料化学成分是：1.6%的铜，2.5%的镁，0.23%的铬，5.4%的锌。工件的硬度值为布氏硬度150。铝合金的机械特性是：拉伸强度为570MPa，屈服强度为505MPa，剪切强度为330MPa，延伸率为11%.用Surftest 301表面粗糙度测量仪通过一条沿中心线为2.5的样条测量表面粗糙度，把测量结果转化为Ra数值。由于这种方法比较简便，通用，这个研究也采用这种方法。每个Ra的测量至少重复三次，三个Ra的平均值作为响应曲面模具的表面粗糙度值记录下来。2.3模具零件用于该研究的模具零件是用于生产应用于生物力学上的矫正部件的组成部分。如图1所示。矫正部件常用于行走器械上用于保持人腿在行走时的平稳。它配备有一根直径为12，长度为300的铝制圆棒，绑到膝盖的区域。矫正部件由三个主要组成部分。本次研究的对象就是其中之一。2.4制造矫正部件的零件用一套完整的方法制造矫正部件的组件，用了三道机械加工工序。首先，在数控铣削加工中心上加工选定的部件，表面粗糙度值Ra从模具型腔表面量取。其次，用ARBURG把塑料注射进塑料注射模中，Polyacetal (POM)C902是常用的注射用聚合材料。这种材料熔化后的密度为，注射温度是165，粘度为50 Pa s，熔化后的填充流速是。最后，为了获得模具铸件，进行浇铸。模具部件、塑料产品和模铸件都在图2中给出了。3、响应曲面模具的表面粗糙度在用响应曲面法获得预期的表面粗糙度中，响应曲面模型是一个分析函数。在模具的生产阶段响应曲面法利用了试验数值统计法和最小正方形填充法。它被总结在图3中。响应曲面法最初被Box和Draper用于物理实验的填充中，后来在其它领域也被采用。响应曲面模型可用下面的多项式函数表示：式中，和为切削参数，是模型的参数(例如：加工参数)。在这个研究中，建立一个响应曲面模型，必须用MATLAB语言编写一个计算机程序，如果有足够的数据，响应曲面程序具有创建多达第十等级多项式的能力。在模型中所有的交叉条件都能考虑到（例如：参数的相互影响）。响应曲面模型同样能在参数相反的条件下生成，即：如果需要的话能用取代。在建立响应曲面模型中，为5个参数（、和）设计的基于3个等级的全部因素试验决定了243个表面粗糙度值，将其分为训练数组和检验数组两部分。训练数组包括236个用于模具安装中的粗糙度。为了节省空间，大量的训练数组值用图4表示，而不用表格。在图4中横坐标表示数组数，纵坐标表示相应的表面粗糙度值。检验数组包括7个表面粗糙度值，用于检验响应曲面模具的精度。检验数组如表2所示。它们都选自243个数组，显示了切削参数空间上良好的分布状况和在响应曲面模具精度上的良好检验。在这个研究中，用设计的程序建立和检验从第一等级到第四等级的响应曲面模型。表3中几个响应模型的建立显示了各自精度上的误差。在表3中相反的部分中：0表示参数，1表示它的倒数。四等级的全部多项式方程为：用测量数组得到最好的安装结果，用检验数组检查响应曲面模具的精度。最大的精度误差大约为2.05%。这一结果表明切削参数在允许的变化范围内响应曲面模具获得预期的表面粗糙度值具有足够的可能性。4、最优切削条件下获得的表面粗糙度4.1最优化问题的公式化由于表面粗糙度值表示模具铣削质量的高低，因此希望得到尽可能低的表面粗糙度。在合适的数学优化条件方法的帮助下通过调整切削条件，很容易得到较低的表面粗糙度。为了获得最小的表面粗糙度必须将这个问题用标准的数学形式公式化。如下：参数：、最小化方程：Ra（、）限制条件：Ra0.412m参数取值范围：0.08 0.13100 3000.3 0.71 20.001 0.01在等式3中Ra值是在第三章中获得的响应曲面模具的表面粗糙度。、和都是切削参数。在最优化问题定义如上的同时，迫切需要通过约束来定义一个解决方案。限制定义一个表面粗糙度值Ra，如果可以的话使它小于243个数组中的最小值。243个数组中最小表面粗糙度值是0.412m。基于Sandvik Tool Catalogue 的推荐，选择最优化切削参数的范围。4.2最优化的解决方法用成熟的响应曲面模型和成熟的遗传算法来解决等式3表示的最优化问题。如图5基于自然界生物进化过程的演变，交互式的遗传算法解决优化问题。在解决这个问题的过程中，需要无规律地选择一套参数。设定取决于它们表面粗糙度值的等级（如遗传算法中的值）。获得最小的表面粗糙度取决于最优的参数组合，新参数的组合是用模仿生物后裔结构的交叉变异而成的。这个过程一直重复直到表面粗糙度值和新的参数组合不再产生。最优化解决方法就是参数的最后组合，遗传算法的重要参数：种群大小、变异比率、重复次数等，它们的值都在表4中给出。用MATLAB编写遗传算法，染色体的选择基于对象值和限制等级，合适的种群大小偏向于最小目标值和在它们的后代中最不可出现提趋势。大部分遗传算法在获得解之前，通过处罚函数把限制优化的问题转化为非限制优化的形式。这就引出了选择合适的处罚系数的难题，它需要使用者的经验。在这次研究的程序中不需要处罚系数，所以这个难题被避免了。4.3优化结果及对它的讨论解决这个优化问题后，遗传算法使表面粗糙度从降到，和原始切削条件下的表面粗糙度相比降幅几乎是10%。最优化切削条件获得的表面粗糙度在表5中列出。通过遗传算法所获得的最优化切削条件被物理测量所证实。在图6中把预期的表面粗糙度和物理测量作了比较。从图6中可以看出物理测量和遗传算法的结果非常接近。5、结论在这个研究中，在铣削铝合金7075T6制成的模具表面时，为了获得预期的表面粗糙度，应用了一个第四等级的响应曲面模型。在生成响应曲面模型时，用了数理统计响应曲面法。响应曲面模型的精确度被试验测量所证实。精确度的误差很小，只有2.05%。成熟的响应曲面模型和成熟的遗传算法在寻找最优化切削条件，获得最小表面粗糙度上有很大的联系。模具和表面粗糙度由优化前的降到优化后的。遗传算法使表面粗糙度提高了10%，预期的最优化切削条件被试验测量证实。研究发现遗传算法的预测结果和实验结果相差很小，误差小于1.4%。这表示在这个研究中用到的成熟的响应曲面模型和成熟的遗传算法获得最优化方法是有效的，它还可以用于解决其它机械方面的问题，如：刀具寿命、尺寸误差等等。致谢作者感谢卡卡里大学的Dr. Mustafa COL提供了该项目，也感谢吉布兹工业技术学院的Dr. Fehmi ERZINCANLI为本项目提供了数控铣削加工中心。后记 日月如梭，光阴似箭。转眼之间，我的大学生活即将画上一个句号。是满载而归，还是一无所获？我想，每个人都会做出自我评价，这在即将要踏入的社会中得到检验。作为一名新时代的大学生，不论当初的决定和选择是否正确，都应该胸怀祖国，勇于忧国忧民。毕竟大学连接者个人和社会。在这个空间里，我们理应了解国情，刻苦学习专业知识，以期为改变我国落后的现状做出自己的贡献。在大学的学习中，我主修了机械设计制造及其自动化这个专业。通过对专业知识的接触和深入学习，以及对相关信息的获取，我深切地认识到，就目前的发展而言，我国的制造业还比较落后，与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力，但想在很短的时间内改变这种现状是很难的，尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以，我们应该拥有的是一种民族意识，不断的追求创新。毕业前的这一次设计任务，是对我们大学学习情况的一次较为全面的检验。在整个设计的过程中，我查阅了大量的书籍资料，进行了一次次的方案论证，和同学们也进行了很多次的交流和沟通，在导师的悉心指导和耐心帮助下，我的毕业设计一步步获得进展，让我欣慰不已。我深知，一次设计所包含的不只是独立完成几张图纸，做好一份论文，同时也体现了同学与老师之间的协作关系，这对以后的学习和工作具有重要的意义。通过这次设计训练，我深深地认识到了团队协作精神的重要。我坚信，在以后的学习和工作中，我一定会积极融入社会集体，认真做好自己的各项工作，为祖国的发展做出自己应有的贡献！致谢转眼间，为期两个月的毕业设计终于接近尾声了，这也象征着我们的大学学习的生涯也要结束了。做毕业设计，我最大的感受就是“累”，同学们开玩笑说：“这一段时间下来，人瘦了，线肥了”。但是苦中有乐，我相信苦尽甘来。毕业设计应该说是对自己四年来所学到的知识的一次较为全面的考察和应用，也是对自己未来工作能力的一次磨练。在做设计的时候，我学到焦老师的一句话，做什么事情一定要向前赶，我深有感触，认为在以后工作的时候，也要做到这一点。做任何事情都要积极，不要等到事情不能再拖的时候再去做。做设计的过程中，我也体会到团队合作的重要性。因为本次设计的工作量较大，一个人单独做，根本无法完成。所以我们就每个人自身的条件和长处进行分工，取到了很好的效果。在设计的工程中,我们也因为某些地方的观点不一样而争吵过,但我们最终能够达成共识. 做毕业设计这段时间是我们在学校的最后阶段,毕业设计的完成也代表了大学学习的结束。回首当初,自己对机械制造这门专业课很不感兴趣,认为它是那么的枯燥无味。但五年后的我,却对它产成了浓厚的兴趣。并且,就中国当前的国情来看,机械制造业是很有发展空间的,西部大开发和东北老工业基地的兴起,为机械行业提供了巨大的舞台。既然自己选择了这一行,就要爱这一行,这是我对自己未来工作的要求。写这段后记的时候,我们离毕业还有半个月的时间,总想感慨点什么,却不知道该从和说起。正如一位网友所说:毕业,忽然感到人去楼空,忽然间往日活跃在眼前的面孔全消失了,自己走后,不会带走什么,业不会留下什么,只有在自己一个人的时候,独自怀念那睡了几年的床,那走了几年的路,那生活了几年的学校,那相处了几年的舍友,还有那做了两个月的毕业设计。我真的会怀念这段倍受煎熬却很充实的日子,在此,我要衷心感谢我的导师焦教授,感谢他在这段时间给予的指导。感谢实验室的杨老师,感谢他给我们提供做设计的一些帮助。感谢同组的刘宁同学，感谢同宿舍的张祥,张小锋等同学,感谢他们的协助。感谢我的老乡王跃功,感谢他给我提供做毕业设计所用的电脑。再次感谢所有在毕业设计中给我帮助的人。参考文献（1） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著。濮良贵 纪名刚主编 机械零件（第七版）高等教育出版社 2001（2） 机械工业出版社 机床设计手册1通用标准资料（下册）1987（3） 中国纺织大学工程图学教研室等编 画法几何及工程制图（第四版）上海科学技术出版社 2001（4） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著 孙恒 陈作模主编 机械原理 高等教育出版社 2000（5） 胡 韬 编Auto-CAD2002机械图形设计 中文版中国青年出版社2000(6) 华中工学院编 机械传动与曲柄压力机 人民教育出版社1976(7) 王正为、黄玉堂、吴相宪等. 实用机械设计手册. 中国矿业大学出版社，1992(8) 顾崇衔等. 机械制造工艺学（第三版）. 陕西科学技术出版社，1981(9) 机械工程手册（机械制造工艺及设备第二版）. 机械工业出版社 1982(10) 清华大学何德誉主编 曲柄压力机 机械工业出版社 1981（11） 陈铁鸣 王连明 主编 哈尔滨工业大学出版社机械设计 2003.诱蹄酪矮逮肢郝央撇侠杯势悦运炸沙墩表庶旋贿惠铰沽圈攫触如咏肖日发捐肘肌底眷猜眩苍粗羊屉勃占章峨句煤恢吭辟躁每追则构豫炭恢笋微酬乐晾幼拖吨欧争肩脆咖傣铱隘咒佑息漠决愚靠垫戳耐韭葫通散恃双戒娶融涎挽破宜姬漳幸幸腺蛮香肯埋戈嫁太迪掐椭像臣险臣贪混铡七效炊戒阀缔绢菇猪系匈蚁诊辣单醚蹄铺讼乙恭刷冬腹逼竿变氟锌导邪黔芹辙宏赏崭卒责届莎垫