畢業設計揚 州 市 職 業 大 學畢 業 設 計設計題目：空氣錘的傳動機構設計 系 別： 機械系 專 業：機械制造工藝/計算機班 級： 03機/計（1） 姓 名： 周旭 學 號： 0301610112 指導教師： 杜晉 完成時間： 07年5月 目 錄摘要-(4)第一章 課題簡介-(5)第二章 設計方案-(7)（1）V帶傳動與鏈傳動的比較-(7) （2）氣傳動與液壓傳動的比較-(7) （3）齒輪制作選擇-(7) （4）傳動方案-(7)第三章 V帶傳動設計-(9)第四章 齒輪傳動設計-(10)第五章 軸的設計-(12)第六章 軸承的壽命計算-(15)第七章 曲柄連桿機構的分析-(16)第八章 氣傳動設計-(18) （1）行程分析-(19) （2）打擊計算-(22) （3）氣缸的計算-(25)第九章 潤滑系統-(26)第十章 電氣系統-(27)第十一章 密封-(27)第十二章 個人小節-(28)第十三章 參考文獻-(29)致謝-(30)摘要國內對于鍛造方法可以采用自由鍛，模鍛，和特殊的鍛造形式冷鍛。采用最多的是自由鍛。而對于鍛造設備其中使用最普遍的是鍛錘。空氣錘又是其中的代表。空氣錘是由強迫產生的動能對斷坯做工使之塑性變形的機器設備。 本設計主要是空氣錘的傳動機構設計，包括帶傳動，齒輪傳動，曲柄連桿機構傳動，氣傳動。關鍵詞：自由鍛 空氣錘 氣傳動第一章 課題簡介本錘適用于鍛工車間對各種形狀的零件的自由鍛造，如延伸、鍛粗、沖孔、熱剪、鍛接、彎曲等工序，或在開式墊模中進行簡單的模鍛工序，但不宜在閉式鍛模內進行模鍛，因為閉式模鍛打擊力較強，易使錘桿、導程、機身等主要零件損壞。本錘系雙缸雙作用單柱式自由鍛錘，由錘身、砧座、傳動、配氣、操縱、潤滑、電器等部分組成。(見圖2)電機經一組三角帶輪及齒輪減速，自由軸曲柄連接桿機構驅動壓縮活塞往復行程，其形成的壓縮空氣經操作機構的旋閥獲得錘桿的各種動作。傳動軸采用圓錐滾子軸承支承，負壓油泵保證兩缸的潤滑。有皮帶的防護裝置確保安全。錘身以四個緊箍把機身和錘座組裝為一體。空心錘桿與頂蓋組裝后鉚緊，上砧塊用楔鐵緊固于錘體的燕尾槽內，并有擋鎖防止斜鐵外竄。工作缸的導程內設有兩塊平行導板，防止錘桿傳動。當錘桿上升，超過上氣道口時，球形安全閥密封，緩沖空氣受到壓縮，阻止錘桿繼續上升，避免頂缸。回程時從壓縮缸來的壓縮氣沖開鋼球，而加速錘桿返回。（見圖3） 第二章 設計方案（1） V帶傳動和鏈傳動的比較V帶傳動鏈傳動優點：傳動平穩，無噪聲，結構簡單，維護方便優點：無彈性滑動和打滑現象缺點：過載的情況下容易打滑從而引起疲勞破壞，磨損。缺點：瞬時速度和瞬時傳動比不是常數，傳動平穩性差，工作中有一定的沖擊和噪聲，且鏈輪應具有足夠的強度和耐磨性。故選擇V帶傳動。（2）氣壓傳動和液壓傳動的比較氣壓傳動液壓傳動（1）對于傳動形式而言，氣缸作為線性驅動器可在空間的任意位置組建它所需運動軌跡，安裝維護方便。（1）安裝要配線，配管，維護復雜。（2）工作介質是取之不盡，用之不竭的空氣，空氣本身不花錢，排氣處理簡單，不污染環境，成本低。（2）工作介質是油，成本高易污染。7（3）可靠性高，使用壽命長。（3）執行元件動作次數少，使用壽命低（4）氣缸傳動速度一般為50500mm/s傳動速度快。（4）傳動速度慢（5）壓力等級低，使用安全（5）易火，易爆，不宜高溫場合故選擇氣傳動（3）齒輪的選擇斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪傳動重合度大，承載能力高，傳動平穩，沖擊和噪音小。所以宜制作斜齒圓柱齒輪。（4）傳動方案1-三角帶的傳動效率0.940.972軸承傳動效率（滾動）0.980.9953齒輪傳動效率0.960.99計算：軸號功率P（KW）轉矩T()轉速n(rpm)傳動比電動機軸I0軸=1586=434i1=4.526軸=96第三章 帶傳動設計 已知電機功率P0=75KW,轉速n0=980r/min.傳動比為小皮帶輪: d大皮帶輪=860mm/380mm=2.26（1）選擇帶的型號.根據帶的工作情況查表5-7（以下同機械設計基礎）,取工作情況系數KA=1.3則PC=KAP=1.375=97.5 KW 根據PC和 n0,由V帶選型圖5-17選取D型帶.(2) 選取帶輪基準直徑.由圖5-17和表5-9選取d1=355mmd2=i d1=2.26380=860mm(3)驗算帶速V=19.4m/s(4)計算中心距和帶的基準長度.由已知條件初定中心距a0=450mm初定帶長Ld02a0+(d1+d2)+ =2975mm查帶的基準長度表5-10。選取Ld=3150實際中心距aa0 (5)驗算小帶輪包角1=(6)確定帶的根數Z查表5-6得特定條件下,單根V帶的額定功率P額=16.2KW查表5-11得單根V帶所能傳遞的轉矩的修正值T=28.4Nm非特定條件下單根V帶所能傳遞的功率增量P0.0001Tn0=0.000128.4980=2.78KW查表5-12得包角休整系數K=0.82.則查表5-13得帶長修正系數KL=0.83故Z=8根(7)計算V帶作用在軸上的Q壓力.由表5-14查得D型V帶的初拉力.F0=700N(8)確定帶輪結構.小帶輪采用實心輪,大帶輪采用孔板輪傳動比2.26帶型D型小帶輪基準直徑380mm大帶輪基準直徑860mm帶長3150mm實際軸間距538mm小帶輪包角128.92V帶根數8根帶輪寬度305mm單根V帶初拉力700N作用在軸上的壓力Q10109N第四章 齒輪的設計已知傳遞功率P=72KW,主動輪轉速n=434r/min.傳動比i=4.526(1)選擇齒輪材料并確定許用應力 根據表6-9小齒輪采用45鋼調質,大齒輪采用ZG35調質,齒面硬度分別為180HBS,200HBS由圖6-30,圖6-31查得Hlim1 =320MPa Flim1=260MPaHlim2=560MPa Flim2=420MPa齒輪的傳動重要性決定最小安全系數SHmin=1 SFmin=1H1= Hlim1/SHmin=320MPaH2= Hlim2/SHmin=560MPaF1= Flim1/SFmin=460MPaF2= Flim2/SFmin=420MPa(2)按齒面接觸疲勞強度設計計算傳遞轉矩T1: Nmm載荷系數K:因載荷有輕微沖擊,齒輪相對于軸承對稱布置,由表6-6取K=1.35齒寬系數d:由表6-7取d=1.4許用基礎應力H: H= H1=320MPa傳動比i:i=4.526將以上參數代入公式:(3)確定齒輪參數及主要尺寸確定齒輪齒數取Z1=19 Z2=iZ1 =194.526=86模數 初選螺旋角=8則法面模數 取標準值Mn=10mm中心距 為了便于箱體的加工和測量,取a=530mm則實際螺旋角其他主要尺寸分度圓直徑:齒頂圓直徑:齒寬(4)驗算齒根彎曲疲勞強度當量齒數ZV1=ZV2=復合齒形系數YFs:根據ZV1 ZV2查圖6-29得YFS1=4.35YFS2=3.95由X=0(標準齒輪)及ZV1 ZV2得(5)確定齒輪傳動精度齒輪圓周速度(6)齒輪結構設計小齒輪da1=211mm采用齒輪軸大齒輪da2=888mm采用腹板式齒輪第五章 軸的設計從動軸傳遞功率P=69KW,轉速n2=96r/min.齒輪分度圓直徑d2=868mm所受圓周力:Ft2 徑向力: F r2= 軸向力:Fa2=Fttg75235=2222N（1）選擇軸的材料及熱處理方法,因該軸無特殊要求,故選45鋼正火處理.由表8-8查得-1b=55MPa（2）按扭轉強度估算最小直徑按式(8-2),由表8-11查得C=126130取C=120確定軸的各段直徑.根據軸各段直徑的確定原則由右端至左端開始.軸段處安裝軸承,確定d1=130mm軸段處考慮有一鍵槽,將軸徑增大5% d2=130(1+5%)=136.5取d2=140mm軸段考慮右面齒輪的定位和固定取d3d2,則取d3=145mm軸段安裝軸承,為方便裝拆應取d4d3且與軸承內徑標準系列相符.故d4=150mm軸段考慮右側軸段軸承蓋安裝取d5=170mm軸段考慮安裝曲柄機構取跟軸段同樣直徑d6=145mm確定軸的長度。為保證齒輪固定可靠，軸段的長度應該小于輪轂寬度5mm，取L2=350mm 為保證齒輪端面與箱體內壁不相碰及軸承拆卸方便，齒輪端面與箱體內壁應留有一定間隙，取兩者間隙為27mm 根據軸承寬度B=68.5取d1=96同理d5=27+28=55取d5=62mm軸承跨距=（3）按扭轉和彎曲組合進行強度校核1繪制軸的受力圖2求水平平面內的支反力及彎矩求支反力M水=0 FHAACFt2CB=0 FHA= FHB=Ft2-FHA=15882-4531=11351N求截面C處的彎矩：MHC左= FHAAC=45310.496=2247NmMHC右= FHBCB=113510.198=2247Nm求垂直平面內的支反力及彎矩求支反力：由MA=0得FVAACFr2CB-Fa=0FVA=VFB=Fr2-FVA=5834-3055=2784N求截面C左側的彎矩MVC1=FVAAC=30550.496=1515Nm求截面C右側的彎矩MVC2=FVBCB=27840.198=551Nm求合成彎矩求截面C左側的合成彎矩MC1= 求截面C右側的合成彎矩 MC2=計算轉矩計算C處當量彎矩：當量彎矩 因單向轉動 轉矩為脈動循環變化，故折算系數0.6危險截面C處的當量彎矩為Mec=計算危險截面處的軸徑因截面C處有一鍵槽 故將直徑增加5% 即d=96.421.05=101.24mm結構設計草圖中，此處直徑為140mm 故強度足夠，因此原結構設計的直徑為準校核危險截面強度e=第六章 軸承的壽命計算下圖為軸承的基本參數：名稱型號規格dDT基本額定負載荷KNCr Cor計算系數e Y Y0質量kg單列圓錐滾子軸承722211020041.529.825.20.421.40.85.422單列圓錐滾子軸承752613023068.552.250.20.461.40.811.37單列圓錐滾子軸承75301502702868.266.50.461.40.817.4軸上有型號分別為7526和7530單列圓錐滾子軸承，該軸轉速n=96r/min已知兩軸承的軸向載荷Fa1=4531N Fa2=11351N 徑向載荷Fr1=3055N Fr2=2784N。有輕微振動，工作溫度小于100度。設計此兩軸承的工作壽命。（1）確定Cr和Cor值查有關手冊得6310軸承的Cr1=52.2 KN Cr2=68.2KN Cor1=50.2KN Cor2=66.5KN（2）判別比值Fa/Fr與e值的大小Fa1/ Fr1=4531N/3055NeFa2/ Fr2=11351N/2784Ne 故X=0.4 Y=0.4tg（3）求Pr值Pr1=XFr1+Y Fa1=0.430551.44531=7565NPr2=XFr2+Y Fa2=0.428741.411351=17041N（4）求L值=57037r 同理 Lh2=11128r第七章 曲柄連桿機構的分析（1） 曲柄連桿機構的力和運動，圖為曲軸-連桿結構運動系統。扭矩MC在曲軸上產生的切向力Ft作用在曲軸端的運動方向，徑向力Fr垂直于曲軸運動端，力FCR作用在連桿上，忽略摩擦，上述力可計算如下：切向力Ft=連桿受力FCR= 徑向力Fr=FCRcos(+)=徑向力的反作用力是由曲柄軸承來支承的滑塊力：FR=FCR=法向力：Fn=FCR連桿系數的值介于1/41/15，平均值=1/10。這樣導致角變小，例如=0.1時則sin=sin而值最大角為。這樣可用cos=1和sin(+)=sin來進行精化，而有FR=因此滑塊力的大小是曲柄扭矩，曲柄半徑和曲柄角的函數。扭矩的大小規定了機械壓力機在特定曲柄角n時相應的額定力FN。這個角稱為使用角或公稱角，這個力稱為標稱力或公稱力。為了產生這個力所需的扭矩為：Mc=FNrsinN由此可知任意曲柄角時的滑塊力FR有FR=采用=30設計時 MC=當金屬成形是在時1當，可用的滑塊力將隨曲柄角的增加而減小，并達到一個Frmin值（時其值為標稱值一半）若滑塊力增加（曲柄轉動的任意點）則可用力增大，曲軸所需的扭矩變長，有可能導致傳動系統的過載。在區間容許的滑塊力或者小于或者多等于可用的滑塊力。2，滑塊力隨曲柄角的減小迅速增加，理論上在下止點（=0）時達到無限大。 第八章 氣傳動設計 (1)行程分析設起動前壓縮活塞在最上位置，工作活塞在最小位置，工作缸上下腔分別相通，這時壓縮缸的上下腔通過壓縮活塞和活塞桿的補氣孔與大氣相通，兩缸上下腔的壓力均為大氣壓力。當電動機通過傳動系統，曲柄連桿機構帶動壓縮活塞向下運動時，下腔氣體被壓縮，壓力升高，上腔氣體膨脹，壓力降低。當壓縮活塞下行至某一位置時，作用在工作活塞下部的壓力大于工作活塞上部的壓力，落下部分重量及其運動的摩擦力時，錘頭開始上升。壓縮活塞繼續下行，由于壓縮活塞向下運動的速度大于工作活塞向上運動的速度，使下腔壓力繼續升高，上腔壓力繼續下降，結果使錘頭加速上升，壓縮活塞下行過程中下腔的最大壓力一般可以達到2.5105Pa 上腔壓力可降至0.5105Pa當壓縮活塞回程時，由于兩個活塞均向上運動，兩缸下腔容積不斷增大，上腔容積不斷減小，即下腔壓力不斷減小，上腔壓力不斷增高，作用在落下部分的合力的方向逐漸轉為向下方向。因此錘頭上升進入減速階段，錘頭向上運動直至工作活塞把上腔通壓縮缸的通道切斷進入緩沖缸，并且運動能全部被緩沖氣墊吸收為止。此時壓縮活塞上行了一段距離。壓縮活塞繼續上行，上腔壓力繼續增高，下腔壓力繼續下降。錘頭在上腔氣體壓力和落下部分重量的作用下加速下行，直至打擊鍛件。當壓縮活塞接近行程的上極限位置時錘頭降至下極限位置。此后壓縮活塞回至原始位置。由此可知曲柄轉一周壓縮活塞往復運動一次，則錘頭打擊一次也就是錘頭打擊次數與曲柄轉數一致，不斷重復上述過程就可得連續打擊。空氣錘可以實現空行程，懸空，壓緊和打擊等動作。打擊又有輕，重，連打和單打之分。這些動作是通過配氣操縱機構來實現。目前空氣錘使用的空氣分配閥主要有兩種形式：三閥式和兩閥式。本錘才用三閥式。把短手柄放在使中旋閥全開的位置上，下旋閥的長手柄放在相當于懸空時的垂直位置（或把手柄順時針推轉一角度，放在相當于壓緊時的位置），使兩缸上下腔與大氣相通，這時錘頭在自重的作用下下落，并在下砧面上保持不動。由于空行程時壓縮缸不產生壓縮空氣，啟動力矩小，故常用于電動機的啟動。空行程把短手柄放在使中旋閥全關閉的位置（圖中短手柄設在左邊水平位置），長手柄放在垂直位置，這時兩缸上腔通大氣，壓縮缸下腔的氣體經旋閥D段，止回閥再經下旋閥的C段進入工作缸的下腔。在壓縮空氣的作用下，錘頭被提起至行程的上方，直至工作活塞進入頂部的緩沖腔，在緩沖腔氣壓的作用下達到平衡為止。止回閥的作用是防止工作缸下腔的壓縮空氣倒流，當止回閥兩端壓力達到平衡時，止回閥關閉。這時壓縮缸下腔的氣體僅在其下腔及錘身氣道內壓縮膨脹。當工作缸下腔壓縮空氣有泄露，止回閥兩端壓力不平衡時，止回閥被頂開，補入一部分壓縮空氣，懸空時錘頭在行程上方往復顫動。懸空時可以進行放置工具或鍛件等工件。懸空把短手柄放在使中旋閥全關的位置，長手柄從垂直位置順時針方向轉動一角度，使壓縮缸上腔及工作缸下腔與大氣相通，壓縮缸下腔的氣體經下旋閥的D段，止回閥上旋閥的A段進入工作缸的上腔，則下砧在落下部分重量及工作腔上腔氣體壓力的作用下壓緊下砧上的工件。在壓緊狀態時可以對工件進行彎曲或扭轉操作。 壓緊四把短手柄放在使中旋閥全關的位置，長手柄從垂直位置逆時針轉一角度，使兩缸上下腔分別連通，則可實現連續打擊，當錘頭打擊一次后立即把長手柄至“懸空”位置，錘頭不再下落就可得到單次打擊。打擊的輕重是靠操作手柄來實現的，手柄回拉的角度越大，則兩缸上下通道的開口越大，上旋閥中段通大氣的通道的開口越小或完全被堵死，打擊就越重；反之，打擊就較輕。上旋閥A段的小孔是為了從“懸空”到“打擊”有一段過度，使工作缸上下腔瞬時溝通，錘頭快速下落，動作靈敏。為了確保錘正常工作時，保持足夠的空氣，實現補償泄漏損失的目的，壓縮缸上腔由活塞的環形孔于缸側的雙排孔接通大氣，其下腔由活塞圓周上的小孔與大氣接通而補氣。(見圖4)d)打擊 錘桿和活塞設有密封環，前后導程內均設有彈簧拉緊的弓形密封環，為補償磨損，保持密封環接縫處留有0.25-0.4mm間隙。（見圖5）為保證密封，允許對摩擦面及間隙端面刮修使相配合件接觸面積不少于70%。（2）打擊計算序號名稱單位C41-10001落下部分公稱質量千克10002.最大打擊能量千焦26.53.錘頭打擊次數次/分954錘頭安裝行程毫米9505錘桿中心至錘身的距離毫米8006錘桿導程底面至下砧面距離毫米8207下砧面至地面距離毫米7058上砧面平面尺寸（長寬）毫米3651809電動機型號Y315S-6功率千瓦75轉速轉/分980電壓伏38010錘的外型尺寸前后毫米4125左右毫米1500地面以上高度毫米340511砧座質量千克1300012錘重（不包括砧座及電機）千克20000E=（mTg+PmA）HE鍛錘的打擊能量（J）mT落下部分的重量（kg）VT為落下部分接觸鍛件時候的打擊速度（m/s）G為重力加速度（m/s2）A- 為汽缸活塞的面積Pm為汽缸內作用在活塞上的壓力單作用錘：5m/sE=（mTg+PmA）H26500=（10009.8+Pm3.140.692）0.8 Pm=15550Pa當兩個質量為m1和m2以速度V1和V2相撞時可分為兩個階段。第一階段（t0tt1）.當t=t1時兩物體靠近，由于沖擊力變形，第一階段末變形達到最大，此時兩物體具有相同速度V即V11=V21=V 根據沖擊理論速度V可按下式計算： 第二階段（t1tt2）.變形一部分是永久的（實際打擊）一部分是彈性的，此階段的特征是彼此接觸是瞬間的之后相應的速度變為V12 和V22沖擊因子K的值在0（塑性打擊）和1（彈性打擊）之間。有砧座錘，錘頭質量為mT,其行程速度為vT 等效砧座質量為mA*,速度為vA等效砧座的質量mA*是實際砧子質量mA和基礎質量mF（典型的比值, ）對柔性系數mA* =mA，剛性系數mA*=mA+mF的組合打擊效率的不同值可從相關方程式得到： , vA=0vT2=v+K(v-vT)VA2=V(K+1)對擊錘可得出類似方程：mTmA*=m對應的VTv,0-VTL,0V0和VTV,2VTL,2V2錘的打擊效率，根據能量平衡原理:E=WU+WL E總能量WU有用功WL損失的功 能量平衡方程在 t=t1和t=t2相應為E=WU+WA2+WT2+WeL,T+WBL,1和E=WU+WA2+WT2+WBL,2等效砧座質量MA*在t1時的動能為錘頭的動能 WT1在t1時為：T1時，工具中的彈性變形功在第二階段得到恢復，在錘頭中由于打擊而損失的動能在兩個階段分別為 WBL,1和WBL,2.在t=t2時,等效砧座的動能同樣的錘頭的動能 t=t2時為：為打擊效率定義：=WU/E將上述原理應用到有砧座錘，砧座的開始速度VA0=0 1）錘長和砧座在t=t1 時，損耗： =在這里Q*=mA*/mT= 2）砧座在t=t2 時，損耗：= 3）錘頭在t=t2 時，損耗： 4）彈性變形功在t=t1 時損耗：, F1最終的成形力CT工具彈性常數 5）打擊在t=t 時，損耗：WBL,1為了考慮這部分能量損耗，引入打擊因子最終打擊效率表達式：其值在0.150.45（3）氣缸的計算一般氣缸缸筒厚與內徑之比=730-690=40mm 符合要求活塞桿直徑d=90mm 長度L=1470mm由公式E=（mTg+PmA）HA=D2=3.14（0.69）2=1.5m2Pm=15550Pa推力Fpu=(0.650.4) D2P=(0.650.4)（0.69）215550=2761N4912N拉力 Fpo=(0.60.37) D2P=(0.60.37) （0.69）215550=2640N4442N第九章 潤滑系統： 本錘在室溫較高的鍛工車間使用，潤滑油容易消耗，故應特別注意潤滑，以保證正常工作。（1） 兩缸的潤滑：錘的兩缸由柱塞油泵供油潤滑，油量由轉動調節桿控制。在正常工作中，壓縮缸供油量應大于工作缸。（潤滑方式：壓力循環潤滑）前后導程均由兩缸多余油液潤滑每班開錘前，須搖動油泵手柄，使預先給油100200克油泵用油 GB44864 11#機械油 GB443-64 20#機械油 （冬季用） GB443-64 24#機械油 （夏季用） GB443-64 40#機械油 （夏季用）（2） 活塞銷的潤滑：活塞銷與銅套的潤滑是由壓縮缸中聚集在活塞頂面上剩余的潤滑油管進入連桿頭部而得到潤滑的。（3）齒輪箱的潤滑：齒輪箱內經常保持足夠的GB443-64 24號汽缸油，由齒輪濺潑油液潤滑軸頭的軸承，潤滑油應保持清潔，每半年應換油一次。（4） 連桿頭上軸承的潤滑：采用SY1514-65滾柱軸承脂（滴點120，針入度250-290）定期打開入孔蓋從油杯給油，一般每兩個月一次。（5）操作系統關節處的潤滑：采用GB443-64，30號機械油，按需隨時注油。第十章 電氣系統(1)錘采用Y315S-6，75KW，380電動機，控制系統應能作Y/ 轉換起動，起動時間由時間繼電器控制。具有失壓保護和熱保護.(2)電氣系統不宜安裝在錘體上(3)錘身，電機和電氣柜等不帶電的導體必須可靠接地。(4)行程過程中的發生熔斷或熱繼電器脫扣，應切斷電源，查明原因，排除故障后方可繼續啟動。(5)本錘電機功率較大，應盡可能的縮短電源變壓器至電機之間的距離，其距離以不超過100m為宜。電源線截面積不少于70mm2以減少線損，降低電機電流，減少電機發熱。第十一章