空气锤的传动机构设计
空气锤
空气锤研制及应用技术中国石油勘探开发研究院机械所一、概况空气锤钻进方法是指用联接在钻头上的空气锤对钻具施加压力并同时回转，予钻头以高频冲击能量，进行孔底冲击回转钻井。
这种方法比一般回转钻进效率高，孔内事故少，工程成本低。
因此，空气锤钻进方法，在钻进中硬以上岩层的工程中正在扩大使用范围。
三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进和完善，已经在一些发达国家广泛应用。
在上个世纪五十年代末已经开始用于深井钻进。
在此期间，美国在3000—3500m的深井中，成功地进行了空气锤的钻进。
在前苏联，1975年已有约30万米以上的工作量是用空气锤钻进完成的。
国产空气锤的使用，已有二十多年的历史。
1978年，在VIII~X级的凝灰岩和辉绿岩中钻成了三口水井，其深度分别为50.3、45.5和64m，这是我国用空气锤钻进最早的一次实践。
从这时起，国内在水文、地质、地面工程等领域开始广泛应用这一技术，并表现出该项技术具有强大的市场竞争力。
在石油钻进领域，我国在上世纪九十年代初，进行了一次探索性试验。
用英格索兰公司的空气锤，在井深1000米的井下钻进。
由于各方面技术条件限制，没有取得预期的效果。
由于石油钻探生产条件和技术条件与水文、地质勘探、地面工程不同。
因此，给空气锤在石油钻探领域的应用提出了新的要求。
本课题的目的就是根据石油钻探特点，研制出适合石油钻探的新型空气锤。
二、空气锤工作原理与性能参数1.空气锤的分类空气锤的结构形式很多。
按排气方式的不同，可分为中心排气式和旁侧排气式。
按配气装置的不同，可分为阀式和无阀式。
中心排气的阀式空气锤简称为阀式空气锤。
早期的空气锤均为阀式。
它具有结构简单，维修方便等优点，但功能特性不如无阀式空气锤。
特别是不能适应石油钻井要求的大排气量、高压力的条件。
中心排气的无阀式空气锤简称为无阀式空气锤。
它是一种结构简单而性能更为先进的空气锤。
其主要结构特点是利用空气锤本身结构的特点配气。
由于石油油井深，钻进时需要较大的气量携带岩屑。
蒸汽空气锤Versus空气锤.
(2)悬空两缸上腔通大气，压缩缸
下腔的气体进入工作缸的下腔。在
压缩空气的作用下，锤头被提起至 行程的上方，直至工作活塞进入顶
部的缓冲腔，在缓冲腔气压作用下
达到平衡为止。悬空时锤头在行程 上方往复颤动。此时可放置工具或 锻件。
2.工作循环：空气锤
工作循环有四种：
(3)压紧压缩缸上腔及工作 缸下腔与大气相通，压缩缸
双柱拱式 锤身刚性好，前后两个方向 可操作，应用最广泛。
双柱桥式 锤身下操作空间较 大，适合锻造轮廓 较大的大型锻件。
3.分类：蒸汽—空气模锻锤
3.分类：空气锤 自由锻 胎模锻
注：胎模锻是介于自由锻与模锻 之间的一种锻造方法。既有自由锻造 工艺灵活、工具简单的特点，又有模 段利用模膛成形，锻件形状复杂、尺 寸准确、生产效率高的特点。在模锻设备较少，大 部为自由锻锤的生产中，利用自由锻锤进行胎模锻 造，对于改善自由锻件“肥头大耳”是有好处的。
1-5t之间 3-5t之间
4.规格：空气锻锤 空气锤是中小型锻压车间使用最广泛的设 备。常用的规格有65kg、150kg、250kg、 400kg、560kg和750kg等（按照他们锤头的 重量来规定的）。
5.优、缺点：锤锻 3.研究方案
优点： 1.打击速度高，成型工艺性好； 2.行程次数高，空气锤打击次数在100-250次/min之间，蒸 汽-空气锤全行程打击次数也在70次/min，打击效率高； 3.操作方便，灵活性强，无需配备预锻设备，万能性强； 4.结构简单安装方便，维护费用低，设备投资小； 缺点： 有砧板振动、噪声较大，能量利用率低。
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5.优、缺点：空气锤 3.研究方案
优点： 使用空气作为工作介质，电机直接驱动空气 锤本身的压缩活塞做上下运动，在压缩缸内制 造压缩空气。没有辅助设备，安装费用低，使 用维护方便，操作灵活可靠，特别适用于中小 型锻造车间。 缺点： 每个工作循环中都要有外界补气和向外排气 ，噪声较大；空气在汽缸内反复压缩，缸壁和 机身发热，因此使工作环境恶化，切吨位越大 越严重。
空气锤的传动机构设计毕业答辩PPT
对传动机构进行详细的结 构设计，确保其能够承受 工作负载和传递足够的扭 矩。
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设计方案的优化与改进
设计方案的比较与选择
方案一
采用传统的曲柄连杆机构，结构 简单，制造成本低，但效率较低， 适用于小型空气锤。
方案二
采用凸轮机构，具有较高的传动 效率和较大的冲击力，但结构复 杂，制造成本较高，适用于大型 空气锤。
国外研究现状
国外对于空气锤的研究起步较早，早在上世纪就开始了空气锤的传动机构研究。国外的研究重点在于新型传动机构的 设计、材料选择和制造工艺等方面，取得了一系列重要的研究成果。
发展趋势
随着环保意识的加强和技术的不断进步，空气锤的发展趋势是朝着高效、节能、环保的方向发展。未来， 空气锤的传动机构将更加注重轻量化、紧凑化、智能化和模块化设计，以满足更加复杂和多样化的加工 需求。
对未来研究的建议
加强实验验证
建议未来进行更多实验，以验证新型空气锤的 传动机构在不同工况下的性能表现。
拓展应用领域
鼓励进一步研究新型空气锤在不同行业和领域 的应用可能性。
引入智能技术
建议将先进的智能控制技术引入空气锤的设计中，以提高其智能化水平。
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耐用性
选择耐磨损、耐腐蚀的材料，提高传 动机构的使用寿命，降低维护成本。
传动机构的类型与选择
机械传动
利用齿轮、链条、皮带等机械元件传递动 力，具有结构简单、效率高、稳定性好等
优点，适用于中小型空气锤。
气压传动
利用压缩气体传递动力，具有结构简单、 成本低、易维护等优点，适用于小型空气
锤。
液压传动
锻压机传动系统的设计
摘要摘要锻造是人类所知的最古老的金属加工工艺之一，早在公元前2000年，锻造即被用于生产武器、工具盒珠宝。
这一工艺是手工使用简单的锤子完成的。
随着科技的进步，机械压力机的出现，大大减少了劳动力。
机械压力机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。
机械压力机一般由工作机构、传动系统、操纵部分、能源系统和支撑部件组成。
除上述基本部分外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统，过载保护装置以及气垫等。
机械压力机传动系统尤为重要，包括齿轮传动和皮带传动等机构，将电机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。
关键词：机械压力机，曲柄，锻造，开式模锻造，英文摘要AbstractForging is one of the oldest metalworking processes known to man. As early as 2000 B.C., forging was used to produce weapons, implements, and jewelry. The process was performed by hand using simple hammers.With the progress of science and technology, mechanical press, greatly reduces the labor force. Mechanical press is through the crank slider mechanism to the rotary motion of the motor into reciprocating motion of the slider, the blank forming processing forging machinery. Mechanical press usually consists of a working mechanism, driving system, control, and energy systems and supporting component. In addition to the base portion, and a variety of auxiliary system and accessory device, such as a lubrication system, overload protection device and air cushion.The driving system of mechanical press is particularly important, including gear and a belt drive mechanism, the motor energy transmitted to the body of work, in the transmission process, gradually reduce the speed, torque increases gradually.Key words: Mechanical press, crank, forging, open-die forging目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章引言 (1)1.1课题的目的意义 (1)1.2锻压设备发展史及近几年来国内外发展状况 (1)1.3设计方案的可行性分析和预期目标 (3)1.4设计方案的技术参数 (4)第二章锻压机传动系统的设计 (4)2.1电动机功率的设计计算 (4)2.2飞轮转动惯量设计 (5)2.3带传动的设计 (6)2.3.1带轮的计算 (6)2.3.2带轮的材料选用 (8)2.3.3带轮结构设计 (8)2.3.4连接件的选用 (9)2.4齿轮传动设计计算 (10)2.4.1齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (10)2.4.2齿轮传动设计 (11)2.4.3几何尺寸计算 (13)2.5离合器及制动器的选用 (13)2.5.1离合器的选用 (14)-III-2.5.2制动器的选用 (16)2.6输出轴的设计 (18)2.6.1曲轴的主要尺寸的确定 (19)2.6.2曲轴的强度校核 (20)2.6.3曲轴刚度计算 (22)2.6.4曲轴处轴承的选用 (24)2.7输入轴的设计 (26)2.7.1输入轴的初步设计 (26)2.7.2输入轴的结构设计 (27)2.7.3输入轴的强度校核 (28)2.7.4输入轴的刚度校核 (31)2.7.5轴上轴承的选用 (31)2.7.6轴上连接件的选择 (32)第三章控制系统选择 (35)第四章其他附件选用 (37)4.1顶料装置 (37)4.2模具装夹 (38)4.3过载保护装置 (38)4.4滑块与导轨 (39)结论 (40)参考文献 (42)致谢 (43)-IV-第一章引言1.1 课题的目的意义锻压设备一般采用机械传动。
锻造工艺与模具设计-锤上模锻
圆饼类锻件
a) 简单形状 b) 较复杂形状 c) 复杂形状
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第二类锻件：长轴类锻件 主要特点：
①锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺寸； ②变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线； ③金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平面 变形类。 此类锻件数量多，形状复杂。按锻件的几何形状特征，也可分为四组：直长轴类、弯曲轴类、枝芽类和 叉类锻件。
该处表面易“缺肉”（充不满）。这是由于下模局部较深 处易积聚氧化皮。如图所示的曲轴，可在其热锻件图相应 部位加深约2 mm。
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(3) 当设备的吨位偏小，上下模有可能打不靠时，应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度 减小(接近负偏差或更小一些)，抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨位偏大或锻模承击面偏 小时，可能产生承击面塌陷，应适当增加热锻件图高度尺寸，其值应接近正公差，保证在承击 面下陷时仍可锻出合格锻件。
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(2) 同一锻件上内模锻斜度要比外模锻斜度大。 （大小原则）原因在于锻件冷却时，外壁趋向离开模壁，而内壁正相反。 (3) 模锻斜度的大小（标准原则）
外斜度α标准值为：3°、5°、7°、10°、12°等，常取7°； 内斜度β标准值为：5°、7°、10°、12°、15°等，一般取10°。 (4) 同一锻件上的外模锻斜度和内模锻斜度不应取多种斜度，而应各取一统一数值。（统一原则） (5) 只要锻件能形成自然斜度，不必另外增设模锻斜度。（自然原则）
楔铁使模块在左右方向定位。键块使模块在前后方向
定位。
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6.1锻锤工艺特点及模锻工艺流程 一、模锻锤的特点
工艺灵活、适应性广 优点：（1）锤头行程和打击速度操控方便；（2）抗偏 载能力强；……。 缺点：（1）锻件精度不高；（2）锻模寿命低；（3） 难以实现自动化；…… 二、锤锻工艺流程 见课本图6-2
空气锤的传动机构设计
• 平时我们都学习课本上的理论知识，没有看到或接触到产品的设 计及制造。故在此实习中把平时学习到的理论知识多结合到实际应 用中，充分做到了教核和实践相结合。在两者的结合下，使我又学 到了很多专业知识。
• 我设计的产品是我实习单位经常生产的一个产品——C41-1000 空气锤，通过实习，我明白了设计不单是凭空捏造出来的，而是在 大量数据，资料，精力是基础之上的，综合了设计者的思想，并通 过理论经验公式，校核和实践检验是不是可行，每一个步骤都要仔 细检查运算和有关的数据，综合协调个部分的关系，从而的出最佳 的结论，毕业设计使我们明白了设计的一般步骤方法，这最我们即 将走向工作岗位是很有益的。实际设计中难免有一些不足和失误的 地方，望各位老师和同学给予指正以便以后进一步提高。
作用：本锤适用于锻工车间对各种形状的零件自由锻造。如延伸，锻粗，锻接，热剪， 冲孔和弯曲等工序。
原理：首先，由三相异步交流电机（为节省电流采用Y/△启动，经一组三角带轮以及 齿轮进行减速（传动轴才用齿轮轴设计，由圆锥滚子轴承支承）。自由轴曲柄连杆 机构将圆周运动转化为直线运动，驱动活塞往复行程，其形成的压缩空气经压缩缸 和工作缸的配气操纵机构的旋阀获得锤杆的各种动作。
• 为了确保锤正常工作时，保持足够的空气，实现补偿泄漏损 失的目的，压缩缸上腔由活塞的环形孔于缸侧的双排孔接通 大气，其下腔由活塞圆周上的小孔与大气接通而补气。
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小结和致谢
• 转眼间，实习已临近结束。在这几个月的实习中，使我对一些锻 压设备，锻压工序等有了一定的了解。对它们的设计、制造、安装 多能够有一定的认识。
• 我们将告别大学四年的生活，这次实习就像是一次演习，为我们 步入社会做了一个铺毡，为我划平人生的线起着至关重要的作用。 我希望在毕业后的生活中，能吸取更多的知识，开阔自己的视野， 投入一个新的集体中不断的锻炼、成长，更希望我有一个美满的人 生！
蒸汽一空气模锻锤
冷凝器和储气罐用于回收和储 存蒸汽，提高能源利用效率。
控制系统
控制系统是蒸汽一空气模锻锤的指挥 中心，负责控制整个设备的运行。
控制系统包括各种传感器、控制器和 执行器等，能够监测设备的运行状态 ，控制打击能量、打击速度等参数， 保证锻造过程的稳定性和安全性。
辅助设备
辅助设备包括夹具、模具、冷却 设备等，用于辅助锻造过程的进
电机过载或转动异常
可能是由于锤头过重或电机故障，检查锤头 的重量和电机状态并进行调整或更换。
维护保养
01
定期检查气路、阀门、 砧座和锤头的状态，确 保其良好运行状态。
02
03
根据需要调整蒸汽和压缩 空气的压力和流量，保持 设备在最佳工作状态。
对锤头、砧座和模具进 行定期润滑和维护，延 长其使用寿命。
空气压力
同时，压缩空气也被引入锤头部分， 通过控制阀门的开启和关闭，实现锤 头的上下往复运动。
应用领域
01
02
03
汽车制造业
蒸汽一空气模锻锤广泛应 用于汽车制造业中，用于 生产汽车零部件，如曲轴、 连杆、气瓶等。
机械制造业
在机械制造业中，蒸汽一 空气模锻锤用于生产各种 中小型锻件，如齿轮、轴 承、刀具等。
。
高生产率
由于其强大的冲击力和高效率 ，蒸汽一空气模锻锤能大幅提
高生产率。
广泛的适用性
蒸汽一空气模锻锤适用于各种 金属材料的锻造，如钢铁、铜
、铝等。
缺点
初始投资高
蒸汽一空气模锻锤的设备成本较高，需要较大的初期投资。
操作和维护要求高
由于其复杂的机械结构和控制系统，蒸汽一空气模锻锤的操作和维 护需要专业人员。
蒸汽一空气模锻锤
目录
打铁用的空气锤工作原理
打铁用的空气锤工作原理
空气锤是一种利用压缩空气产生冲击力来进行铆接、锻打等工作的机械设备。
其中，工作原理主要包括以下几个方面：
1. 压缩空气供应：空气锤通过外部空气压缩机将大量干净的压缩空气供应到锤体内。
空气压缩机产生高压空气，通过管道输送到空气锤的压缩空气室。
2. 储存压缩空气：压缩空气通过管道输送到空气锤的压缩空气室。
室内由于受到压缩空气的作用而压力增加，使得空气锤处于储能状态。
3. 排放压缩空气：当需要工作时，通过控制装置控制气锤的气压开关，打开压缩空气的出口，使得压缩空气从锤体内部迅速排放。
4. 引起冲击运动：由于压缩空气迅速排放，形成瞬间的高速气流，使得气锤内壁上的活塞产生冲击效应。
这个冲击效应产生的冲击力量通过连杆、钢珠等传到工作部位，起到锻击或冲击的作用。
总的来说，空气锤主要是通过压缩空气的储能和迅速排放，产生的冲击力传递到工作部位，以实现锻打或冲击的效果。
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(3)压紧:<三>把短手柄放在使中旋阀全关的位置，长手柄从垂直
位置顺时针方向转动一角度，使压缩缸上腔及工作缸下腔与大气 相通，压缩缸下腔的气体经下旋阀的D段，止回阀上旋阀的A段 进入工作缸的上腔，则下砧在落下部分重量及工作腔上腔气体压 力的作用下压紧下砧上的工件。 在压紧状态时可以对工件进行弯曲或扭转操作 (4)打击:把短手柄放在使中旋阀全关的位置，长手柄从垂直位置 逆时针转一角度，使两缸上下腔分别连通，则可实现连续打击， 当锤头打击一次后立即把长手柄至“悬空”位置，锤头不再下落 就可得到单次打击。打击的轻重是靠操作手柄来实现的，手柄回 拉的角度越大，则两缸上下通道的开口越大，上旋阀中段通大气 的通道的开口越小或完全被堵死，打击就越重；反之，打击就较 轻。上旋阀A段的小孔是为了从“悬空”到“打击”有一段过度， 使工作缸上下腔瞬时沟通，锤头快速下落，动作灵敏。 为了确保锤正常工作时，保持足够的空气，实现补偿泄漏损失的 目的，压缩缸上腔由活塞的环形孔于缸侧的双排孔接通大气，其 下腔由活塞圆周上的小孔与大气接通而补气。
传动机构装备示意图
曲柄转一周压缩活塞往复运动一次，则锤头打击一次也就是
锤头打击次数与曲柄转数一致，不断重复上述过程就可得连 续打击。 空气锤可以实现空行程，悬空，压紧和打击等动作。打击又 有轻，重，连打和单打之分。这些动作是通过配气操纵机构 来实现。目前空气锤使用的空气分配阀主要有两种形式：三 阀式和两阀式。本锤才用三阀式。 三阀式空气分配阀的结构如图,它有上中下三个旋阀,上下阀 各有阀体和阀套,中旋阀只有阀体,在中旋阀同一轴线的左端 装有一止回阀.上下旋阀阀体通过平行四连杆联动,用一长手 柄操纵.中旋阀采用短手柄操纵,转动手柄就可以改变阀体在 阀套中的位置,从而改变压缩缸和工作缸之间的气路情况(通 断,通道大小)实现各种动作. (1)空行程:把短手柄放在使中旋阀全开的位置上，下旋阀的 长手柄放在相当于悬空时的垂直位置（或把手柄顺时针推转 一角度，放在相当于压紧时的位置），使两缸上下腔与大气 相通，这时锤头在自重的作用下下落，并在下砧面上保持不 动。由于空行程时压缩缸不产生压缩空气，启动力矩小，故 常用于电动机的启动。
空气锤的பைடு நூலகம்动机构设计
产品图
空气锤传动机构设计 摘 要
本课题来源于南通天田锻压设备有限公司。在国 内，对于锻造方法可以采用 自由锻造，模锻和特 殊的锻造形式冷锻。而对于锻造设备有锻锤，水 压机，液压机，摩擦压力机。其中使用最为普遍 的是锻锤。锻锤根据传动介质和传动形式的不同 又可以分为空气锤，蒸气—空气锤，液压锤和电 气锤。使用最为广泛的是空气锤(气缸作为线性驱 动器，它可以在空气的任意位置，组建它所需要 的运动轨迹，安装维护方便，不需要配线配管。 从介质上面讲，空气取之不尽，用之不竭。本身 不花钱，排气处理简单，无污染。)
作用：本锤适用于锻工车间对各种形状的零件 自由锻造。如延伸，锻粗，锻接，热剪，冲 孔和弯曲等工序。 原理：首先，由三相异步交流电机（为节省电 流采用Y/△启动，经一组三角带轮以及齿轮 进行减速（传动轴才用齿轮轴设计，由圆锥 滚子轴承支承）。自由轴曲柄连杆机构将圆 周运动转化为直线运动，驱动活塞往复行程， 其形成的压缩空气经压缩缸和工作缸的配气 操纵机构的旋阀获得锤杆的各种动作。
(2)悬空:把短手柄放在使中旋阀全关闭的位置
（图中短手柄设在左边水平位置），长手柄放 在垂直位置，这时两缸上腔通大气，压缩缸下 腔的气体经旋阀D段，止回阀再经下旋阀的C段 进入工作缸的下腔。在压缩空气的作用下，锤 头被提起至行程的上方，直至工作活塞进入顶 部的缓冲腔，在缓冲腔气压的作用下达到平衡 为止。止回阀的作用是防止工作缸下腔的压缩 空气倒流，当止回阀两端压力达到平衡时，止 回阀关闭。这时压缩缸下腔的气体仅在其下腔 及锤身气道内压缩膨胀。 当工作缸下腔压缩空气有泄露，止回阀两端压 力不平衡时，止回阀被顶开，补入一部分压缩 空气，悬空时锤头在行程上方往复颤动。 悬空时可以进行放置工具或锻件等工件
小结和致谢 转眼间，实习已临近结束。在这几个月的实习中，使我对一些锻压设 备，锻压工序等有了一定的了解。对它们的设计、制造、安装多能够有 一定的认识。 平时我们都学习课本上的理论知识，没有看到或接触到产品的设计及 制造。故在此实习中把平时学习到的理论知识多结合到实际应用中，充 分做到了教核和实践相结合。在两者的结合下，使我又学到了很多专业 知识。 我设计的产品是我实习单位经常生产的一个产品——C41-1000空气锤， 通过实习，我明白了设计不单是凭空捏造出来的，而是在大量数据，资 料，精力是基础之上的，综合了设计者的思想，并通过理论经验公式， 校核和实践检验是不是可行，每一个步骤都要仔细检查运算和有关的数 据，综合协调个部分的关系，从而的出最佳的结论，毕业设计使我们明 白了设计的一般步骤方法，这最我们即将走向工作岗位是很有益的。实 际设计中难免有一些不足和失误的地方，望各位老师和同学给予指正以 便以后进一步提高。 我们将告别大学四年的生活，这次实习就像是一次演习，为我们步入 社会做了一个铺毡，为我划平人生的线起着至关重要的作用。我希望在 毕业后的生活中，能吸取更多的知识，开阔自己的视野，投入一个新的 集体中不断的锻炼、成长，更希望我有一个美满的人生！ 最后感谢我的指导老师杜晋老师,衷心感谢这几个月来杜老师给予我的 无微不至的关怀，以及学业上的悉心指导和谆谆教诲。杜老师渊博的学 识、严谨的教学作风及谦虚谨慎的人格魅力值得我学习和敬仰，使我受 益非浅。