1、11 前言1.1 课题研究的目的及意义1.1.1 手动压力机的研究目的1.应用大学所学的基础理论知识，进行刀杆手动压力机的常规设计。设计过程是对大学所学理论知识的应用，并在设计中不断发现问题、分析问题、解决问题，从而在具体的实践中巩固、拓展理论知识。2.在设计过程中，要求了解相关机械产品的知识，尤其是国内外这种机械产品的发展状况、发展前景等。这就要求我们有较好的语言功底，应用所学知识，还可能涉及专业英语知识等，通过互联网等工具，搜索国外大学、研究所等一些最新的前缘论文。这一过程无形中提高了我收集、整理信息的能力。3.在压力机的设计中，要查阅很多相关书籍，图表等，这是整个机械行业的一大特点。机械
2、专业有着五、六百年的辉煌发展历史，许多的实践经验已经成为国标，这给机械设计带来了很大的便利。我们在从事设计过程中，提高了查阅资料、应用工具书的能力。4.压力机的设计还要求绘制一些装配图和零件图，这就要用到一些画图软件。通过画图，提高了我们的动手能力，为以后工作打下了坚实基础。1.1.2 手动压力机的研究意义手动压力机作为一种常用的机械动力增压装置，它能克服大吨位液压机体积大、重量大，不便携带的缺点，手动压力机是机械压力机中具有代表性的一类加工设备，该类设备结构坚固，能提高生产效率，且具有操作方便、动作灵活，经久耐用等特点。它的用户几乎包罗了国民经济各部门，量大面宽。现在我国经济建设蓬勃发展，压
3、力机的使用从大型工厂到私人手工作坊，几乎在涉及到零件冷压工艺的地方都可以见到。因此设计满足符合生产实践要求的，能保证加工精度与要求的压力机很有必要。1.2 国内外研究现状机械在国民经济中占有重要地位，在我国，机械制造是我国经济的战略重点。自新中国成立以来，尤其是改革开放 30 年来，我国的机械行业飞速发展，各种机械产品相继问世。在设计机械产品时，首先要满足一定的要求，其次机械产品的设计也要按照一定的方法。机械产品的基本要求取决于其所处的地位、作用及工作条件，2主要考虑以下几个方面的要求：功能要求、寿命要求、工艺性要求、价格要求、可靠性要求以及维护要求和标准化要求。目前国内生产的一些大型机械压力
4、机及其生产线已跨出国门，走向世界。冷压设备质量的好坏，它直接影响到设备的安全和合理使用，也关系到生产中产品质量、生产效率及成本，以及模具寿命等一系列重要问题。随着科学技术的发展，压力机的精度也有了相当大的提高。手动压力机作为一种常用的机械动力增压装置，广泛应用与各种产品的包装、维修，提供更精确，更方便的服务，是工厂必备的工具之一。许多的零件已经形成标准件，这为零件和产品的生产专业化带了便利。各个企业按照统一标准安排生产，便于组织管理。产品的标准化也推动了机床标准化的发展。小型手动压力机也呈现标准化趋势。这种不仅表现在手动压机本身各个零件的标准化，还体现在它所能施力的各种产品。这就使其维修和零部
5、件的更新有统一的参考标准。同时，设计手动压机的工程师也根据产品的要求与相应的国家标准，兼顾手动压机的工作压力，底座尺寸、压机高度、最大工作行程设计符合生产实践要求的手动压力机。1.3 本课题研究内容本文的探讨内容是有关小型压力机的设计，包括其传动装置和执行部分。其中包括齿轮设计、轴的设计、齿条工艺的编制和各标准件的选用等，是对大学所学知识的综合运用。此研究的目的是用一种合理的机械设计方法，设计出一种能保证加工精度，同时成本较低的手动压力机。32 总体方案的确定根据设计任务书的要求，刀杆式手动压力机的设计需要完成以下内容：最大工作压力为 1000kg，最大工作行程为 121.5mm，齿条下降速度
6、可由手动控制等方面的要求。此种类型的压力机采用齿轮齿条进行传动，其动力为人手动提供。人施加于手柄上的力通过轴及齿轮传递到齿条上，使与齿轮啮合的齿条上下运动，从而实现对放置在工作台上的工件的压制。另外，传动轴并不是与箱体直接接触，而是通过加装轴承，从而减小了传动轴与箱体的摩擦，使得机器工作更加的平稳。下图为压力机的一个简单结构示意图。图 2-1 手动压力机结构示意图1工作台 2箱体 3轴承盖 4齿条 5压盖43 齿轮的设计齿轮传动是机械传动中的最重要的传动之一,应用广泛。其有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比较平稳等优点。同时，齿轮机构也有制造和安装的精度要求较高，成本较高，不适应于
7、两轴距离较远时的传动等不足。齿轮传动可分开式、半开式、及闭式。一些齿轮没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外面是开式齿轮传动，这种齿轮传动轮齿易磨损，只适用于低速传动。半开式齿轮传动有简单的防护罩，但不能严密地做到防止外界杂物侵入。闭式齿轮传动装在经过精确加工而且封闭严密的箱体内，与开式和半开式齿轮相比，润滑和防护条件最好，多用于重要的场合。在本论文中，根据齿轮传动的现场条件，符合半开式齿轮传动的要求。3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数压力机是齿轮与齿条啮合的机构，通过杠杆使压力增大，可以冲一些小型零件模型，齿轮是直齿圆柱齿轮传动。该机械为一般工作机械，速度不高，选择 7 级精度。材料的选
8、择与轴有关，因为轴的直径和齿轮分度圆直径相差不大，所以齿轮和轴联成一体，做成齿轮轴。齿轮的尺寸较小，相对承受较大的载荷，对材料的要求较高，所以选用 40Cr。齿数 Z 初选为 20。1、结构示意图一，由齿轮、齿条确定传动方案，选用直齿圆柱齿轮进行传动。2、由参考文献 【2】 表 10-8 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围，选取齿轮传动的精度等级。手动压力机属于一般工作机器，速度及精度要求都不是很高，故选用 7 级精度，由参考文献 【2】 表 10-1 常用齿轮材料及其力学特性，选取传动件的材料。选择齿轮的材料均为 40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为 50-55HRC。3.2 齿轮的设计
9、根据参考文献 【2】 第十章，有关齿轮传动的设计，齿轮的设计可按齿面接触强度设计和齿根弯曲强度设计。根据以上两种方法，确定齿轮的最小分度圆半径和最小模数。3.2.1 按齿面接触强度设计公式为53211 )(HEdt ZuKT1）假设齿轮的分度圆直径为 d, 则齿轮的扭矩为：dT49028.10为 接 触 疲 劳 许 用 应 力 。响 系 数 ， 是 材 料 的 弹 性 影是 齿 宽 系 数 ，为 载 荷 系 数 ，是 齿 轮 的 分 度 圆 直 径 ，式 中 ， H E1 ZKtd2）齿轮工作寿命为三年，一天工作八小时，两班制，齿轮齿数为 20。则许用应力循环次数为：51 1032.42063
10、N根据参考文献 【2】 图 1021 的接触疲劳寿命系数为： 5.1HNK3)按齿面硬度查的小齿轮接触疲劳强度极限为 750MPa,安全系数 S=1所以，接触疲劳许用应力为aHNMps5.162705.lim4)查参考文献 【2】 表 107，齿宽系数取 9d5)查参考文献 【2】 表 106，材料的弹性影响系数为 218.9PZE6）齿轮与齿条啮合的传动比 u7）计算齿轮分度圆直径538.4).16289(.04312.)(132.1 dZuKTdHEdt mm8）计算齿宽余齿高之比 hb齿宽426.0538.1zdmtt齿高6458.26.52. tmh所以0.48.3b9）计算载荷系数H
11、VAKK因为压力机的转数较慢，并且设计时采用的数据是压力最大时情况，查参考文献【2】 表 10-2，所以使用系数 1A。对于直齿轮，1HK齿轮的转速较低，精度为七级，查参考文献 【2】 图 10-8 动载系数.V由参考文献 【2】 表 10-4 用插值法得七级精度、相对支承对称布置时24.1HK由 ， 查参考文献 【2】 图 10-13 的 ;故载荷系数24.1HK5F.vA =1.36410）按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，mKdtt 718.493.1658.431 3.2.2 按齿根弯曲强度设计公式为：321)(FSadYZTm 是 齿 轮 齿 数 。为 齿 宽 系 数 ，是 弯 曲
12、 疲 劳 许 用 应 力校 正 系 数 ， 是 应 力是 齿 形 系 数 ，为 齿 轮 传 递 的 转 矩为 载 荷 系 数 ，为 齿 轮 模 数 ，式 中 ， Z, YKF SF1d aa1）参考文献 【2】 10-20c 取齿轮弯曲强度疲劳极限 MPaFE502）参考文献 【2】 图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 8.1NK3）计算弯曲疲劳许用应力7安全系数 S=1.4，得MPaF9.642.15084）查参考文献 【2】 ，表 10-5 齿形系数 5.1,.SaFaYY5）计算 FSaY06751.9.642518FSaY6）设计计算32.06751.209.453613 m对比上述计
13、算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的的模数m=2.32 就近圆整为 m=2.5,按接触强度算的的分度圆直径为 d=50mm,算出齿轮齿数205.Z3.3 齿轮的几何尺寸计算1）计算齿数：由公式： zdm代入数据 d=50 及 m=2.5，计算得：= = =205.202）压力角压力角取国家标准（GB/T 1356-1988）：=203）齿顶高 ha：由公式：8ha=ha*m代入数据 m=2.5，ha*（=1）为齿顶高系数，计算得：h
14、a=ha*m=12.5=2.54）齿根高 hf：由公式：hf=(ha*+c*)m代入数据 m=2.5，c*为顶隙系数（=0.25） ，计算得： hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2.5=3.125mm5）齿全高 h：由公式：h=ha+hf=(2ha*+c*)m代入数据，计算得：h=ha+hf=(2ha*+c*)m=5.625mm6）齿顶圆直径 da：由公式：da=d+2ha=(z+2ha*)m代入数据 z=12，计算得：da=d+2ha=(z+2ha*)m=(20+21)2.5=54mm7）齿根圆直径 df：由公式：df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m代入数据，计算得：df=(
15、z-2ha*-2c*)m=(20-21-20.25)*2.5=43.75mm8）齿厚 s：由公式：s=m/2代入数据，计算得：s=m/2=3.142.5/2=3.925mm9）齿槽宽 e：由公式：e=m/29代入数据，计算得：e=m/2=3.144/2=3.925mm10）计算齿轮宽度 b：由公式：b= dd代入数据， d=0.9 及 d=50mm 计算得：b=0.950=45mm表 3-1 齿轮主要尺寸计算结果各部分名称 代号 公式及结果模数 m 2.5mm齿数 Z 20分度圆直径 d mz502.齿顶高 ahha齿根高 f f 1.3.齿顶圆直径 adZda5)2(齿根圆直径 f mf 7
16、.4.齿距 p 813.104 轴的设计一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。此处选择的轴属于转轴。但是，在工作中该轴主要承受的是扭矩，弯矩相当的小。在多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。轴的材料主要是碳钢和合金钢。刚轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是 45 钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。考虑到该齿轮轴上的齿是在轴上加工出来的，同时根据参考文献 【1】 表 15-1 轴的常用材料及其主要力学性能，选取该齿轮轴的材料。选取此齿轮轴的材料为 40Cr，调质处理。4.1 初步确定轴的最小直径大小扭矩 mNT5104.2508.910 ，由公式：332dTWT，可得32Td查参考文献 【2】 表 15-3，40Cr 的许用扭转应力为 35 至 55MPa 之间,代入mNT245，求的md82.35104.326
