1、小型气动冲压机设计目 录1 国内外研究现状 .12 冲压机设计目的及要求 .13 小型冲压机的结构 .14 冲压机的工作原理 .25 冲压机机构设计 .35.1 对气缸的使用要求 .35.2 气缸的设计与选择的流程图 .35.3 气缸设计计算 .45.4 气缸内径的确定 .45.5 活塞杆直径的确定 .45.6 缸筒长度的确定 .45.7 气缸筒的壁厚的确定 .56 蜗杆蜗轮的设计计算 .56.1 选择蜗杆传动类型、精度等级 .56.2 选择蜗杆蜗轮材料 .56.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 .66.4 确定作用在蜗轮上的转矩 .62T6.5 确定载荷系数 K .66.6 确定弹性影响系数
2、.6E6.7 确定接触系数 .6pZ6.8 确定许用接触应力 .6H6.9 计算中心距 .76.10 计算蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸 .76.11 校核齿根弯曲疲劳强度 .76.12 当量摩擦角 .9v7 齿轮齿条的设计 .97.1 选精度等级、材料及齿数 .87.2 按齿面接触强度设计 .97.3 计算 .108 计算齿轮轴 .11致谢 .15参考文献 .15前 言目前 ,在国内大多数中小企业中 ,冲压设备以传统的机械式冲床为主。机械式冲床一般具有外形尺寸较大、工作环境噪声高、冲压力不可随时调整以及能源的利用率低等缺点。同时 ,为了提高冲床的能量利用率以及增大冲床的工作冲击惯性 ,一般都
3、配备有巨大的飞轮 ,但事实上 ,设备运行时单位重量的输出力低。另外在加工小尺寸的液压和气动元件时 ,能源浪费严重 ,而且由于冲击过程的不稳定性 ,经常造成严重的人身事故。 ,因此研究和设计一种新型的冲压机代替传统的机械式冲床是具有现实意义的。一些金属和非金属微型薄板件冲制主要采用两种方法：一是在排样设计中采用多排策略，增大模具尺寸以满足大型压力机的需求。并将设计和制造好的模具安装在机械压力机上来实施冲压，其缺点是：设各投资大、模具设计和制造复杂，总成本高，且必须采用机械压力机；二是采用小型模具，在小吨位压力机上实施冲压。虽然模具设计、制造比较容易，但仍摆脱不了机械压力机固有的缺陷：笨重、噪音大
4、操作不方便、安全，浪费能源等问题本文结合微型薄板件的企业生产现状和实际情况，设计了一种新型微型件气动冲压一体化机(直接采用活塞杆和凸模连接的形式)减轻了床身重量并进行了结构优化.采用该一体化结构，冲压机结构简易、可靠操作安全和方便这为冲压提供了一种新设计方法因此需要一台冲压直接成型的机器，我通过研究和考验试图设计一台气动冲压机来冲压馕，代替人工生产，来满足人们的需求，个人的经验有限，希望你们能够提出宝贵的意见。11、国内外研究现状随着气动和液压技术的发展,以及气动技术中的气源比较容易获取、环境干净、气动元件安装方便、灵活等特点。而大部分冲压设备以传统的机械式冲床为主。机械式冲床一般具有外形尺寸
5、较大、工作环境噪声高、冲压力不可随时调整以及能源的利用率低等缺点。同时 ,为了提高冲床的能量利用率以及增大冲床的工作冲击惯性 ,一般都配备有巨大的飞轮 ,但事实上 ,设备运行时单位重量的输出力低。另外在加工小尺寸的液压和气动元件时 ,能源浪费严重 ,而且由于冲击过程的不稳定性 ,经常造成严重的人身事故。因此研究和设计一种新型的冲压机代替传统的机械式。气压传动是以压缩空气为介质，以压缩空气为动力，无噪音，无污染，环保。也不需要承担介质方面成本。所以我设计的以空气为介质进行传动气动冲压机，它的设计轻巧，不占用空间，可任意放在工作台上或流水线上；结构简单，性能稳定，可根据产品的大小调整工作高度；改变
6、模具；气缸行程调整简单，配有空气节流阀，气缸上、下行速度均可根据生产要求调节；2 冲压机设计目的及要求功能设计：冲压机的基本功能就是设计一个气缸，并使得有足够的力可以冲压食品成型. 气缸以压缩空气作为动力源带动活塞传动到主轴上使主轴形成向下运动，从而形成冲力使食品在模具中产生规定的变形而达到加工的目的它与普通冲压机不同的是，行程可以任意调节，压力可以调节，最大的特点是气动压力机压力。可以在压到工件后形成保压而完成工件的成形结构设计：可以小型件气动冲压机由机架、模具、控制箱构成机架包括气缸、底座、工作台。气缸通过其上的法兰与上固定板用螺钉固定连接模具包括上模板、圆柱销、凸模与气缸活塞杆用螺纹固定
7、连接并通过卸料螺钉与模板连接，凹模通过内六角螺钉和圆柱销与模板定位紧固连接下模板用螺栓、螺母固定在机架的工作台上凸模通过锥面与气缸活塞杆配合连接：外观及尺寸：由于尺寸相对较小，气动元件安装方便，不受空间限制。使得整体比较美观，占地面积小。用 Solidwork 软件对上述机构进行建模，对其运动进行仿真分析。3 小型冲压机的结构小型冲压机的三维效果图如下：图 3-1 小型冲压机的三位效果图2小型气动冲压机由机架、升降、模具、控制箱构成机架包括可调缓冲气缸、底座、工作台。3气缸安装在升降架上，并通过螺栓夹紧。凸模与气缸的活塞杆通过螺纹连接，活塞带动凸模工作。凹模放在底座上，通过螺栓连接。升降包括升
8、降架、齿条、升降装置（齿轮轴、蜗轮、蜗杆）升降机构可以调节凸模与凹模之间的高度，以便进行工作。控制箱的气动按钮按下，机器开始工作，打开气源，可调缓冲气缸工作，活塞带动凸模快速向下运动到压缩物体时，活塞减慢速度，将物体慢慢的压缩成型，当碰到形成开关时，活塞收回。1-底座 2-手摇杆 3 升降箱 4-销 5 夹紧螺栓 6-管接头 7-缓冲气缸 8-控制箱9-升降架 10 凸模 11-凹模 12 行程开关 13 齿条 14-蜗杆 15-轴套 16-蜗齿17-键 18-轴承 19-齿轮轴 21-挡板图 3-2 冲压机的结构图4 冲压机的工作原理冲压过程可以分为如下几个步骤 ,用框图表示如图 4-1 所
9、示。图 4-1 小型冲压机冲压过程框图4由于气动和液压技术的发展,以及气动技术中的气源比较容易获取、环境干净、气动元件安装方便、灵活等特点 ,因此本文探讨的冲压机采用气动冲压。将所冲的毛坯放在凹模板上开动控制箱开关旋钮电磁阀 3 得电，使气缸 5 接通气源 1，气缸活塞杆带动凸模下行，节流阀 4 调节冲压速度，凸模进入凹模冲压凸模上的挡板碰到行程开关后换向电磁阀 3 得电，使得气缸收回，冲压完成。根据上述冲压过程框图 ,设计气压系统回路如图1-减压阀 2-气罐 3 电磁阀 4-溢流阀 5-气缸 6-形成开关图 4-2 气动回路图5 冲压机机构设计5.1 对气缸的使用要求（）气缸正常的工作条件：
10、介质、环境温度一般为，工作压力一般为.。（）安装前，应在.倍工作压力下进行试验，不应漏气。（）安装的气源进口处需设置油雾器，以利工作中润滑。气缸的合理润滑极为重要，往往因润滑不好而产生爬行，甚至不能正常工作。（）安装时，要注意动作方向，活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载。（）负载在行程中有变化时，应使用有足够输出力的气缸，并要附加缓冲装置。（）不使用满行程，特别活塞杆伸出时，不要使活塞与缸盖相碰击。否则容易引起活塞和缸盖等零件损坏。 5.2 气缸的设计与选择的流程图图 5-1 气缸设计选择流程图5气缸按供气方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入压缩空气，靠其它外力使活塞反
11、向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压缩空气，活塞的正反向运动均靠气体压力完成。由于单作用气缸仅向单向运动，有外力使活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方向运动但两个方向的输出力不同，所以该方案采用双作用单活塞缸。5.3 气缸设计计算由设计任务可以知道，根据考查，正常青年人的臂力大约 50-70kg，而正常生产时两手同时进行，在加工时可能由于其他原因影响，综合考虑气缸要驱动的负载大小 180Kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到凸模的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率 ：%10F气
12、 缸 的 理 论 负 载气 缸 的 实 际 负 载由液压与气压传动技术表表 5-1 气缸的运动状态与负载率 运动速度 v=3m/min=50mm/s，取 =0.60，所以实际液压缸的负载大小为：F=F0/=2713.85N5.4 气缸内径的确定表 5-2 气缸缸径的计算则：D= =83.15mm2PFF气缸的输出拉力 N；P 气缸的工作压力 Pa按照 GB/T2348-1993 标准进行圆整，取 D=100 mm表 5-3 气缸缸径尺寸系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100（110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 25
13、0 320 400 500 6305.5 活塞杆直径的确定表 5-4 活塞杆直径系列 （mm）4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 2832 36 40 45 50 56 63 7 80 90 100 110 125140 60 180 200 220 250 280 320 360 400由 d=0.3D 估取活塞杆直径 d=30 mm5.6 缸筒长度的确定缸筒长度 S=L+B+30L 为活塞行程；B 为活塞厚度活塞厚度 B=(0.6 1.0)D= 0.7X100=70mm阻性负载(静负载) 惯性负载的运动速度 v100mm/s 100500mm/s 500mm/s
14、 =0.8 0.65 0.5 0.3项目 推力 拉力缸径双作用气缸PD24 Pd)(42D6由于气缸的行程 L=350mm ,所以 S=350+70+30=450mm导向套滑动面长度 A:一般导向套滑动面长度 A，在 D80mm 时, 可取 A=d。所以 A=30mm最小导向长度 H：根据经验，当气缸的最大行程为 L，缸筒直径为 D，最小导向长度为：H 代入数据 即最小导向长度 H= =50 mm2活塞杆的长度 l=L+B+A+80=450+70+30+50=600 mm5.7 气缸筒的壁厚的确定由液压气动技术手册可查气缸筒的壁厚 可根据薄避筒计算公式进行计算： 式中 2DP缸筒壁厚（mm）
15、；D缸筒内径（mm） ；P缸筒承受的最大工作压力（MPa） ；缸筒材料的许用应力（MPa） ；实际缸筒壁厚的取值：对于一般用途气缸约取计算值的 7 倍；重型气缸约取计算值的 20 倍，再圆整到标准管材尺码。参考液压与气压传动缸筒壁厚强度计算及校核缸体的材料选择 ZG310-570， =600 MPa， = =120 MPab5bn 为安全系数 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa)P缸筒承受的最大工作压力（MPa） 。当工作压力 p16 MPa 时，P=1.5p；当工作压力p16 MPa 时，P=1.25p由此可知工作压力 0.5 MPa 小于 16 MPa，P=1.5p=1.50.5=
16、0.75 MPa=0.3mm2DP参照下表 气缸筒的壁厚圆整取 =4 mm表 5-5 气缸筒的壁厚6 蜗杆蜗轮的设计计算6.1 选择蜗杆传动类型、精度等级由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德圆柱蜗杆传动，精度为：8C-GB10089-88。6.2 选择蜗杆蜗轮材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆用 45 号钢表面淬火，硬度为 4555HRC，蜗轮边缘采用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，缸径材料 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320铝合金2Al2壁 2.5 2.53 3.5
17、4 4.5520 钢无缝钢管厚 2.5 3 3.5 4.55 5.567而齿芯用 45 钢。6.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：232)(HpeZKTa6.4 确定作用在蜗轮上的转矩按 ,估取效率 =0.8 ,由于蜗杆不经常，靠人力转动，根据机械传动书册得：1Z,P=18.65Wmin/901r28497.2126262 05.905. inpPT mN6.5 确定载荷系数 K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 ；由表 6-1 使用系数 选取使用系KAK数 .由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数
18、；1A 05.V表 6-1 使用系数 A工作类型 载荷性质 均匀、无冲击 不均匀、小冲击 不均匀、大冲击每小时启动次数 50启动载荷 小 较大 大AK1 1.15 1.2则K= 05.VA6.6 确定弹性影响系数 E因选用的是铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配，故 2160aEMPZ6.7 确定接触系数 pZ先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 的比值 ,从教材机械设计图 11-5 中可1da35.1d查得 =2.9.p6.8 确定许用接触应力 H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从教材机械设计表 11-7 中查蜗轮的基本许用应力 =268HaMP应
19、力循环次数 LnjN.602( 为蜗轮转速 )mi52rn2,( 为工作寿命)4138.1Lnj 为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数 j=1705.60所以寿命系数为.105.87HNk则 ：8= =0.7 =187.6HkNH268aMP6.9 计算中心距= =64.85mm32HpeZKTa3 26.1879049.215. 取中心距 a=80mm，因 i=14.5，取 m=2mm， =35.5mm。这时 / a=d1d, 取接触疲劳系数为 =2.8，因为 ZZ,因此以上计算结4.085.mZ果可用。6.10 计算蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距 24.6mPa直径系数 75.
20、1q齿顶圆直径 mhda 5.391.31齿根圆直径 ff 0)(1分度圆导程角 28 蜗杆轴向齿厚 4.Sa 蜗轮蜗轮齿数 =28，变位系数 =-0.1252Z2x蜗轮分度圆直径 mzd568蜗轮喉圆直径 hdaa 615822蜗轮齿根圆直径 ff 2.3.蜗轮咽喉母圆半径 mdarg 496280122 6.11 校核齿根弯曲疲劳强度 FFFYKTa2153.选取当量系数 9.2813cos32zV根据变位系数 =-0.125， =29.99 2x从机械设计中的图 11-19 中查得齿形系数为 =2.87。2aFY螺旋角系数 =Y97.014.01许用弯曲应力 =FNFNK由铸锡磷青铜制造的蜗轮的基本许用弯曲应力为=56Mpa.寿命系数为 86.015.87FNk
