J型压力机曲柄滑块机构结构设计

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，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

Abstract

Crank press machine widely used in punching, bending, correction, die stamping etc.. The design for the structure design of slider 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 parameters 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 detailed design specification of slider crank mechanism, figure out major parts.

Keywords: nominal pressure；crankshaft；connecting rod；slider

目录

摘要 ............................................................................................................................ I Abstract........................................................................................................................ II 第1章绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 曲柄压力机的工作原理及主要参数 (2)

1.3.1 曲柄压力机的工作原理 (2)

1.3.2 曲柄压力机工作的特点 (3)

1.3.3 J23-40型压力机主要参数 (3)

1.4 本章小结 (4)

第2章曲柄滑块机构的运动分析与受力分析 (5)

2.1 曲柄滑块机构的运动规律 (5)

2.1.1 滑块的位移和曲柄转角之间的关系 (5)

2.1.2 滑块的速度和曲柄转角之间的关系 (6)

2.2 曲柄滑块机构的受力分析 (7)

2.2.1 忽略摩擦情况下滑块机构的力学分析 (7)

2.2.2 考虑摩擦情况下滑块机构的力学分析 (9)

2.3 本章小结 (11)

第3章曲轴轴系部件的设计计算 (12)

3.1 曲柄形式 (12)

3.1.1 曲轴驱动的曲柄滑块机构 (12)

3.1.2 偏心轴驱动的曲柄滑块机构 (13)

3.1.3 曲拐驱动的曲柄滑块机构 (13)

3.1.4 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构 (14)

3.2 曲轴的设计计算 (14)

3.2.1 曲轴材料的选定 (14)

3.2.2 估算曲轴的相关尺寸 (15)

3.2.3 曲轴的强度及刚度校核 (16)

3.3 连杆和装模高度调节机构 (20)

3.4 连杆结构的设计计算 (21)

3.4.1 连杆的选择 (21)

3.4.2 连杆尺寸设计计算 (21)

3.4.3 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 (25)

4.1 滑块与导轨的结构 (25)

4.1.1 滑块的导向调节间隙 (25)

4.1.2 导轨的形式 (26)

4.2 滑块与导轨的材料选择 (27)

4.3 滑块的有限元分析 (27)

4.3.1 模型的生成 (28)

4.3.2 模型的简化 (28)

4.3.3 网格的划分 (29)

4.3.4 约束条件与力的施加 (30)

4.3.5 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，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：