曲柄壓力機曲柄滑塊工作機構設計

1、摘 要曲柄壓力機廣泛應用于沖裁，彎曲，校正，模具沖壓等工作。本次設計的為單點閉式中型，公稱壓力為160噸曲柄壓力機。此次設計由于分工不同，主要完成的是曲柄壓力機曲柄滑塊機構的設計。在設計中主要是根據(jù)總體設計確定的壓力機主要參數(shù)，公稱壓力，滑塊行程等參數(shù)參考相關手冊初步估算曲柄，連桿，滑塊，導軌相關尺寸，然后分別校核，修正，最終確定各零部件尺寸，并根據(jù)要求完成裝模高度調節(jié)裝置設計。最后寫出詳盡曲柄滑塊機構設計說明書，繪出主要零件圖。關鍵字：公稱壓力，曲軸，連桿，導軌，調節(jié)裝置。AbstractIt was crank press slider crank mechanism design tha

2、t crank press extensive use to blanking，bent，adjustment，mould stamping quiescent. This degree rated for single-point closed type mesotype skill pressure for 160 ton crank press. This degree design owing to division of labour differ. Mostly finished at design suffer primarily as per overall design fi

3、nal contractor major parameter，nominal pressure，slide stroke is isoparametric reference correlation manual general estimate winch，pitman，slipper rack correlation size，then parting check，amend，ultimately ascertain each spare size，combine or finish fit design up with. be the last written out at large

4、slider crank mechanism design specifications，out major parts chart to.key word：nominal pressure，crankshaft，pitman，rack，regulating block.目錄前 言.1 曲柄壓力機構成及工作原理和相關參數(shù)1.1曲柄壓力機構成及工作原理.1.1.1曲柄壓力機一般有工作部分構成1.1.2.曲柄壓力機工作原理1.2 曲柄壓力機的主要技術參數(shù). 1.2.1曲柄壓力機的主要技術參數(shù)1.2.2曲柄壓力機的型號介紹2 曲柄壓力機滑塊機構的運動分析與受力分析2.1壓力機曲柄滑塊機構的構成2.2

5、曲柄壓力機滑塊機構的運動規(guī)律分析2.2.1滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系.2.2.2滑塊的速度和曲柄轉角的關系.2.3曲柄壓力機滑塊機構的受力分析2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機構主要構件的力學分析2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機構主要構件的力學分析3 齒輪傳動 3.1齒輪傳動的介紹. 3.1.1齒輪在應用的過程中對精度要求.3.2直齒輪傳動.3.2.1齒輪參數(shù)確定 3.2.2齒輪的尺寸初步計算 3.2.3 齒輪的強度校核3.3錐齒輪傳動3.3.1幾何參數(shù)的計算.3.3.2 核算彎曲應力.3.4蝸桿蝸輪傳動3.4.1蝸桿傳動的特點.3.4.2蝸桿蝸輪的材料.3.4.3蝸桿蝸輪尺寸的計算.3.4.4

6、 校核蝸輪蝸桿.4 曲柄壓力機滑塊機構的設計與計算。4.1曲柄壓力機滑塊機構的構成4.1.1選定軸的材料4.1.2估算曲軸的相關尺寸4.1.3 設計軸的結構并繪制結構草圖4.1.4 校核軸勁尺寸4.1.5曲軸的危險階面校核4.2曲軸設計與計算 4.2.1 連桿和調節(jié)螺桿初步確定4.2.2校核調節(jié)螺桿的和連桿尺寸4.3連桿設計與計算4.4導軌的設計與計算.4.5高度調節(jié)裝置的設計5 軸承的選用5.1滑動軸承的選用.5.1.1連桿大端滑動軸承選用與校核5.1.2曲軸頸上滑動軸承選用與校核5.2滾動軸承的選用.翻譯.英語原文.后記.致謝參考資料 前言制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志

7、著該國家的經(jīng)濟實力、科技水平和國防實力。壓力機是機械制造業(yè)的基礎設備。隨著社會需求和科學技術的發(fā)展，對機床設計要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。因此，對壓力機的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高。本次設計是結合中型壓力機的工作實際，對JB31-160型曲柄壓力機進行改造性設計。由于傳統(tǒng)JB31-160型曲柄壓力壓力機，存在滑塊運動精度底，裝模高度調節(jié)麻煩，滑塊行程量小等缺點，嚴重影響了生產(chǎn)效率。本次設計鑒于以上缺點對其進行了如下改正：1改進部件結構設計，采用新型材料。例如離合器部件，盡量減小其從動慣量，采用新興摩擦材料。2調節(jié)裝置方面，采用二級的

8、錐齒蝸桿蝸輪調節(jié)，節(jié)省了工人勞動量，又提高了精度。3采用了曲軸代替同類型的偏心軸，用變位齒輪代替普通齒輪，這樣就減小了機身的高度，更方便按裝。壓力機是沖壓模具制造的常用設備，而提高沖壓模具坯料精度，提高生產(chǎn)率，提高使用壽命，減少勞動勞動量的有效方法，此外，還要考慮到人機結合的合理性，使機床更人性化，便于工人的操作，減輕勞動強度和增加安全性。1曲柄壓力機的工作原理及主要參數(shù)1.1 曲柄壓力機的構成及工作原理.1.1.1曲柄壓力機一般有工作部分構成1)工作機構，一般為曲柄滑塊機構，由曲柄、連桿、滑塊等零件成。2)傳動系統(tǒng)，包括齒輪傳動、皮帶傳動等機構。3)操作系統(tǒng)，如離合器、制動器。4)能源系統(tǒng)，

9、如電動機、飛輪。5)支撐部件，如機身。上述除了的基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如潤滑系統(tǒng)、安全保護裝置以及氣墊等。1.1.2.曲柄壓力機工作原理:曲柄壓力機是以曲柄傳動的鍛壓機械，其工作原理是電動機通過三角帶把運動傳給大皮帶輪，再經(jīng)小齒輪，大齒輪，傳給曲軸。連桿上端連在曲軸上，下端與滑塊連接，把曲軸的旋轉運動變?yōu)檫B桿的上下往復運動。上模裝在滑塊上，下模裝在墊板上。因此，當材料放在上下模之間時，及能進行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝的需要，滑塊有時運動，有時停止，所以裝有離合器和制動器。壓力機在整個工作周期內進行工藝操作的時間很短，也就是說，有負荷的工作時間很短，大部分時間為無負

10、荷的空程時間。為了使電動機的負荷均勻，有效的利用能量，因而裝有飛輪。本次曲柄壓力機的設計中,大皮帶輪的設計兼有飛輪的作用。工作原理圖如下圖： 圖1-11.2曲柄壓力機的主要技術參數(shù)和型號1.2.1曲柄壓力機的主要技術參數(shù) 曲柄壓力機的主要技術參數(shù)是反映一臺壓力機的工藝能力,所能加工的零件尺寸范圍,以及有關生產(chǎn)率等指標的重要資料.本次設計的曲柄壓力機主要技術參數(shù)如下：1.公稱壓力： 160 噸2.滑塊行程： 200 mm3.滑塊每分次數(shù)： 32r/min4.最大裝模高度： 450 mm5.裝模高度調節(jié)量： 200 mm6.導軌間距離： 880 mm7.滑塊底面尺寸： 700 mm8.工作臺尺寸：

11、 800 mm1.2.2曲柄壓力機的型號曲柄壓力機的型號用漢語拼音字母和數(shù)字表示，例如J A 3 1 160 型曲柄壓力機型號的意義是：J A 3 1 160 型J機械壓力機（第一類鍛壓機）A次要參數(shù)與基本型號不同的第一變型3第三列 閉式單點壓力機1第一組 160公稱壓力（×10千牛） 2 曲柄滑塊機構的構成及相關分析2.1壓力機曲柄滑塊機構的構成 由于壓力機要求滑塊作往復直線運動,而為動力的電動機卻是作旋轉運動,因此,需要一套機構,將旋轉運動變?yōu)橹本€往復運動。下圖中的結構就是完成這部分工作的重要部分曲柄滑塊機構。 圖2-1 由本圖知采用一套曲柄連桿，它對滑塊只有一個加力點，因此常稱

12、做單點式曲柄壓力機，這是中小型壓力機廣泛采用的形式。當工作臺左右較寬時，也常采用兩套曲柄連桿，這時它們對滑塊有兩個加力點，叫雙點壓力機，對于左右前后都較寬的壓力機也可采用四套曲柄連桿，相應的滑塊有四個加力點。曲軸中心到曲柄頸中心的距離，這個距離通常叫做曲柄半徑，它是曲柄壓力機的一個重要參數(shù)，（有關曲軸的部分第四章詳述）。有時小型壓力機，可能用偏心軸代替曲軸，同樣偏心軸也可以將旋轉運動轉變?yōu)榛瑝K的直線往復運動。2.2曲柄壓力機滑塊機構的運動規(guī)律分析。本次設計壓力機工作機構采用是曲柄滑塊機構, A點表示連桿與曲軸的連結點,B點表示連桿與滑塊連接點,AB表示連桿長度. 滑塊的位移為s。a為曲柄的轉角

13、。習慣上有曲柄最底位置（相當于滑塊在下死點處），沿曲柄旋轉的相反方向計算。其運動簡圖如下圖所示., 圖2-22.2.1滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系表達為而 令 則而 所以 代入整理得: 代表連桿系數(shù)。通用壓力機一般在0.10.2范圍內.故上式整理后得:式子中 s滑塊行程.(從下死點算起) a曲柄轉角, 從下死點算起,與曲柄旋轉方向相反者為正. R曲柄半徑 連桿系數(shù) L連桿長度(當可調時取最短時數(shù)值) 因此,已知曲柄半徑R和連桿系數(shù)時,便可從上式中求出對應于的不同a角的s值.有余玄定理知2.2.2滑塊的速度和曲柄轉角的關系 求出滑塊的位移與曲軸轉角的關系后,將位移

14、s對時間t求導數(shù)就可求得到滑塊的速度v.即: 而 所以 式中 v滑塊速度 曲柄的角速度 又因為所以式中 n曲柄的每分鐘轉數(shù)從上式可看出,滑塊的速度V是隨曲柄轉角a角度變化的。在a=0時 V=0 , a角增大時V隨之顯著增大；但在a=之間時，V的變化很小,而數(shù)值最大.因此常常近似取曲柄轉角的滑塊的速度當作最大速度。用表示即上面公式表明，滑塊的最大速度與曲柄的轉速n，曲柄半徑R成正比，n越高，R越大，滑塊的最大速度Vmax也越大。 本壓力機滑塊的最大速度 2.3曲柄壓力機滑塊機構的受力分析判斷曲柄壓力機滑塊機構能不能滿足加工需要除了它的運動規(guī)律是否符合要求外，還有很重要的一點就是要校核它的強度。而

15、進行強度校核之前必須首先正確的將曲柄壓力機滑塊機構的主要構件進行力學分析。2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機構主要構件的力學分析忽略摩擦和零件本身重量時滑塊的受力情況如圖2-3所示。其中P1料抵抗變形的反作用力，N導軌對滑塊的約束反力，Pab對滑塊的約束反力，這三個力交于B，組成一個平衡的匯交力系。根據(jù)力的平衡原理，從力三角形中可以求得P1、N、Pab之間關系如下： 有上式知 當時，取到最大值 一般曲柄壓力機，負荷達到公稱壓力時的曲柄轉角僅30度左右。因此可近似認為： 上面兩式便成為： 例如求公稱壓力角時,曲軸上齒輪傳遞的扭矩因為在時,滑塊能承受的最大負荷是160噸,所以坯料抵抗變形的反作用力也允

16、許達到這個數(shù)值,即 可查表2-2得 因此在不考慮摩擦時齒輪傳動的扭矩為: 上面,我們在分析連桿、滑塊受力和曲軸所需傳遞的扭矩的過程中,都沒考慮各活動部位的摩擦.這種處理問題的方法,對于分析連桿和滑塊受力,來說,誤差很小.且簡化了計算公式,完全可應用.但是,在計算曲軸所需傳遞的扭矩時,不考慮摩擦的影響,卻會帶來較大的誤差,因此計算時,應考濾由于摩擦所增加的扭矩.2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機構主要構件的力學分析曲柄滑塊機構的摩擦主要發(fā)生在四處:1）.滑塊導向面與導軌之間的摩擦.如下圖所示,摩擦力的大小等于滑塊對導軌的正壓力,與摩擦系數(shù)的乘積,摩擦力的方向與滑塊的運動方向相反.工作行程時,滑塊向下

17、運動,導軌對滑塊的摩擦力朝上,形成對滑塊運動的阻力.2）. 曲軸支承勁與軸承之間的摩擦.軸旋轉時,軸承對軸勁的摩擦力分布在軸勁工作面上,這些摩擦力對軸頸中心O形成與軸旋轉方向相反的阻力矩.它可近似的按下式計算: 由于小齒輪的作用力遠小于,所以可以認為兩個支反力的和 于是上式可變?yōu)?3）曲軸頸與連桿大端軸承之間的摩擦,它和上一種摩擦相同,也形成阻力矩,且可按下式計算:4）連桿銷與連桿小端軸承能夠之間的摩擦.它也形成阻力矩: 根據(jù)能量守恒的原理,曲軸所需增加扭矩在單位時間內所做的功。等于克服各處磨擦所消耗的功率。即： 式中：曲柄的角速度； 滑塊的速度； 曲柄和連桿的相對角速度，連桿的擺動角速度，所

18、以可以求得的絕對值為：而將上式代入，并取=1，經(jīng)整理后得由于摩擦使曲軸所增加的扭矩為： 現(xiàn)以所設計的曲柄壓力機的曲柄滑塊機構為例,來分析上式中方括號內的值.有該曲柄壓力機的參數(shù)如下: R=80mm 代入式子中求得方括號內的值,即的值如下: 684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40從以上可以看出, 的值隨曲柄轉角而變化,但變化較小,在近似計算中,可以將看作不隨變化的常數(shù),并取其相當于=時的值.因此,上式可簡化為已知 與不記摩擦的扭矩比較,最后的到考慮摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩: 以上式子中:R曲柄半徑;曲柄的轉角;連桿系數(shù);摩擦系數(shù),一般取0.05曲軸支承頸

19、的直徑曲軸頸的直徑連桿銷的直徑坯料抵抗變形的反作用力. 3齒輪傳動 3.1 齒輪傳動的介紹由于齒輪傳動能傳遞較大的扭矩，又具有結構緊湊、工作可靠和壽命較長等優(yōu)點，因此齒輪得到了廣泛的應用，齒輪傳動一般會遇到：齒面磨損、牙齒折斷、倒牙、齒面麻點和振動、噪音等。根據(jù)這些情況，對于曲柄壓力機的齒輪傳動提出下面兩點基本要求：1） 夠的承載能力。要盡可能縮小齒輪的尺寸，采用常用的材料，又要保證能承受外載荷的作用，并且有足夠的壽命。2） 要的傳動平穩(wěn)性。齒輪在傳動過程中產(chǎn)生的噪音和振動要在允許范圍之內，不能過大。3.1.1齒輪在應用的過程中對精度有以下的要求1） 動精度為了準確的傳遞運動，要求主動齒輪轉過

20、一個角度，從動齒輪按傳動比關系準確的轉過相應的角度，但由于制造的誤差，使從動齒輪不能按傳動比關系準確地轉過相應的角度。但為了滿足使用要求，規(guī)定齒輪一轉的過程中回轉角誤差絕對值的最大值不超過一定限度。2） 工作平穩(wěn)性精度為了減小齒輪傳動的躁聲和振動，必須將齒輪在一轉中的瞬時傳動比的變化限制在一定的范圍之內，也就是要求齒輪每轉中回轉角誤差多次反復變化的數(shù)值小。3） 接觸精度在齒輪的使用過程中要使齒輪的齒面有足夠的接觸面積，不可是齒輪局部接觸。4） 齒側間隙互相嚙合的一對牙齒，在非工作面沿齒廓法線方向留有一定的間隙Cn,這是為了避免安裝、制造不準確，以及工作時溫度變化和彈性變化而造成牙齒卡住，同時還

21、可以利用它儲存潤滑油，改善齒面的摩擦條件。總之，為了保證齒輪傳動有良好的性能，必須對齒輪的運動精度、工作平穩(wěn)性、接觸精度和齒輪側隙有一定的要求，但這，四方面的要求也不能夠平均對待，具體工作條件不同，每個方面的要求也不一樣。 3.2 直齒輪傳動根據(jù)總體的設計方案，曲柄滑快機構的里是有齒輪傳入的。由于傳遞的力較大，結合已有的設計方案，確定本傳動采用雙邊齒輪傳動。為了達到傳動平穩(wěn)和足夠承載能力。本設計采用的是直齒圓柱齒輪。3.2.1齒輪參數(shù)確定參考同類型的曲柄壓力機的傳動齒輪設計。有傳動比i為6.47初步確定齒輪的相關參數(shù)方案如下：方案一齒輪摸數(shù)m=12mm, 標準直齒輪為不發(fā)生根切， 小齒輪齒數(shù),

22、那么大齒輪齒數(shù)為：. 方案二齒輪摸數(shù)m=12mm，采用變位齒輪。由于采用了變位齒輪，可不考慮根切，這時可暫定小齒輪齒數(shù)，那么大齒輪齒數(shù)為： 從以上兩種齒輪的參數(shù)比較可知，諾用直齒圓拄標準齒輪比變位齒輪中心距增加了90毫米，分度圓增加了156毫米。為了傳動系統(tǒng)機構尺寸減小，相應減輕機器的重量和節(jié)約材料。結合近年來曲柄壓力機和其它這種設備中變位齒輪的廣泛應用，本次設計曲柄壓力機采用變位直齒圓柱輪傳動。相關參數(shù)如下：模數(shù) m 12 壓力角 a 變位系數(shù) 齒數(shù) 3.2.2齒輪的尺寸初步計算 有以上數(shù)據(jù)根據(jù)齒輪設計時的相關尺寸計算公式，計算齒輪的相關尺寸如下：分度圓直徑 D=mz 齒頂圓直徑 . 齒根圓

23、直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 3.2.3 齒輪的強度校核有總體設計的計算知大齒輪承受的扭距為M2=515000千克*厘米，變位系數(shù)為-0.4，轉速為n=32r/min；加工精度為八級?，F(xiàn)按照彎曲強度計算方法檢驗所設計的齒輪是否恰當。并確定齒輪的材料和熱處理方式。1） 確定載荷集中系數(shù)k。因為齒寬與小齒輪節(jié)圓直徑的比值：齒輪位于兩軸承之間并對稱布置。軸的剛度較好，大齒輪的齒面不準備火（即硬度HBS<350）。查機械設計齒輪設計部分表得出K=1.05。2） 確定動載荷系數(shù)因為大齒輪是精度八級的直齒圓柱齒輪，所以查機械設計齒輪設計部分表得出3） 確定大小齒輪的齒形系數(shù)和。因為是閉式傳動，大齒輪

24、的齒數(shù)為，變位系數(shù)，又因為小齒輪齒數(shù),變位系數(shù)所以查機械設計齒輪設計部分相關圖表取得： 4） 計算大齒輪的齒根處的最大彎曲應力1和2。對于大齒輪對于小齒輪 5）根據(jù)工廠的實際條件并參照齒輪的許用應力值（表3-23）選定大、小齒輪的材料和熱處理方式。為了保證牙齒不會因彎曲疲勞而折斷，齒輪的允許彎曲應力不應小于齒根處的最大彎曲應力.所以大齒輪需要用ZG35(正火)或ZG45(正火),小齒輪需用鍛鋼45或40Cr(調質且最好進行高頻淬火)制成.6）有以上計算知所設計的齒輪合適:用的材料能滿足要求.現(xiàn)將計算校核后的齒輪繪圖如下：圖3-1 3.3圓錐齒輪的設計與計算由于圓錐齒輪用于兩相交軸之間的傳動，因

25、此本次設計的圓錐齒輪主要用于裝模高度調節(jié)裝置的輸入級，這樣利于傳動的平穩(wěn)性和功率的傳遞。3.3.1幾何參數(shù)的計算直齒圓錐齒輪的齒廓參數(shù)以大端為標準，所以，需要把當量齒輪的參數(shù)用大端的參數(shù)來表示。查閱相關手冊，參考設計經(jīng)驗，確定錐齒輪齒數(shù)及相關參數(shù)如下： 大端模數(shù)m 小齒輪圓錐角. . 分度圓直徑 齒頂高（大端） 齒根高（大端） 齒全高（大端） 齒頂圓直徑 節(jié)錐長 式中 E一個工作周期內壓力機所消耗的能量（公斤·米）； E工作行程時消耗的能量； E非工作行程時消耗的能量； t一個工作周期的時間。因此， (千瓦)K的數(shù)值隨壓力機的具體情況而定，一般K在1.151.6范圍內2. 封閉高度調

26、節(jié)裝置電動機功率的計算方法在穩(wěn)定負載下，電動機在單位時間內所做的有用功，除以傳動系統(tǒng)的效率，便是電動機所需的功率。寫成公式為： (千瓦) 式中 N電動機所需的功率（千瓦） N電動機每分鐘所做的有用功； 傳動系統(tǒng)的機械效率；上式中102是單位換算常數(shù)，表示功率1千瓦相當102kg·m/s。電動機通過傳動系統(tǒng)提升滑塊時，每秒中內所做的有用功為 N=Gv 式中 G滑塊部件重量 v滑塊的調節(jié)速度（m/s）3封閉高度調節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機械效率傳動系統(tǒng)的機械效率主要包括：1)導軌與滑塊相對滑動的效率1。2)調節(jié)螺桿傳動效率2。3)調節(jié)螺母與套筒端面之間相對滑動的效率3。4)皮帶、齒輪傳動效率4。

27、除了以上幾方面的摩擦損失之外，軸承處還有摩擦損失，但因調節(jié)裝置多采用滾動軸承，效率較高，所以可忽律。因此，封閉高度調節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機械效率為： （10-3）多數(shù)曲柄壓力機封閉高度調節(jié)裝置傳動系統(tǒng)的機械效率在0.020.03之間。4 電動機功率計算將式N=Gv代入式中，得：調節(jié)電動機可采用一般封閉式鼠籠型電動機。電動機的同步轉速根據(jù)傳動級數(shù)和傳動類型而定，在實際生產(chǎn)過程中，為了減少曲軸壓力機的零件品種和規(guī)格，實現(xiàn)部件通用化，常常將噸位接近的曲柄壓力機采用相同的調節(jié)電動機，傳動系統(tǒng)的某些零件亦相互通用。5軸承的選用由于曲軸受沖擊較大,參考同類型壓力機, 連桿與曲軸接觸, 曲軸頸與箱體接觸處采用滑

28、動軸承.調節(jié)裝置軸采用選用滾動軸承.5.1滑動軸承選用與校核5.1.1連桿大端滑動軸承選用與校核初步擬訂軸承的尺寸如下： =250mm L=270mm H =6mm B=10mm根據(jù)曲軸上滑動軸承的工作條件，承受的載核較大，查手冊選用鉛青銅Zcupb30材料較符合要求，為滿足要求，現(xiàn)對所選材料校核。根據(jù)曲軸的轉速n=32r/min軸勁 Mpa 由以上計算知，此軸承的材料。及尺寸合適，形狀如圖5-1所示： 圖5-1選擇軸承的配合，參考手冊，選用H7/e6為軸承的配合。按此配合確定軸勁和軸瓦的加工偏差標注在繪制的零件圖上。5.1.2曲軸頸上滑動軸承選用與校核已知軸瓦的內徑為d=200mm,軸瓦的工

29、作長度L=270mm,曲軸轉速為32r/min,軸瓦初定材料為鉛青銅Zcupb30.查軸承選用手冊暫定選YD4/180型.1. 核算比壓 所以有公式 2 核算pv 核算表明最初所確定的軸承材料是合適的,所選的型號能滿足要求.圖型如下圖5-2所示: 圖5-2 5.2 滾動軸承選用與校核 本滾動軸承是用于調節(jié)裝置,不經(jīng)常使用,且受力較小,故選用普通深溝球軸承即可滿足需要.有軸承徑向載荷Fa =2700N,Fr=5500N,軸承轉速為500r/min,裝軸承處的軸頸可在3040mm,范圍內選擇,運轉時有輕微沖擊,預期壽命為Lh=5000h.5.2.1求比值:有公式根據(jù)手冊查表,深溝球軸承的最大e值為

30、0.44,故此時 1）初步計算當量動載荷p,根據(jù)式查表的fp=1.01.2,在此取為fp=1.2查表的X=0.56,Y值需要在已知型號和基本靜載荷C0后才能求出.現(xiàn)暫選一近似中間值,取Y=1.5.則: 2）根據(jù)公式求軸承的基本額定動載荷值 3）按照軸承的選用手冊選擇C=45460N的軸承為6307型.此軸承的基本額定靜載荷C0=38000N.驗算如下:5.2.2求相對應軸承軸向載荷的e值與Y值1）查手冊,知深溝球軸承f0=14.7,則相對應軸向載荷為 在此間對應的e值為0.280.30,Y值為1.551.45.2)用線性插值法求Y值. 故X=0.56 Y=1.553)求當量動載荷P 4)驗算6

31、307軸承的壽命 故所選用的6307軸承合響應曲面法在最優(yōu)化切削條件下獲得最小表面粗糙度的應用 摘要：這篇文章主要討論：在模具表面的銑削中，綜合運用響應曲面法和常規(guī)算法相結合這樣一種有效的方法，在最佳的切削條件下獲得最小的表面粗糙度。響應曲面法被用于創(chuàng)造一種有效的模型來分析表面粗糙度，即切削參數(shù)：進給量、切削速度、軸向切深、徑向切深和機器公差。為了收集表面粗糙度值，做了大量基于三個等級的，大部分因素的試驗方法設計的機械試驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。一個有效的第四等級的響應曲面模具的型腔在試驗中被測量。最優(yōu)化切削條件下的常規(guī)算法對響應曲面模具獲得預想表面粗糙度有很大的影響。常規(guī)算法使模具型腔的表面粗糙度值有過

32、去降到現(xiàn)在的，相對降低了10%。基于常規(guī)算法的最優(yōu)化切削條件下的生產(chǎn)被實驗測量證實具有一致性。關鍵詞：銑削、切削條件、表面粗糙度、注射模、響應曲面法、遺傳算法.1、引言目前生產(chǎn)塑料制品的模具零件需要銑削加工，而制造工業(yè)的發(fā)展主要取決于數(shù)控加工技術的發(fā)展。在用鋁合金7075T6制造機械模具零件時也常用數(shù)控銑削加工中心。在本次的研究中用的也是鋁合金7075T6，由于它具有像高抗變形、良好的傳導性、較高的拉伸強度等優(yōu)點，所以在飛行器和模具工業(yè)中廣泛應用。塑料注射模生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品的質量受模具表面銑削質量的影響，這些產(chǎn)品的質量通常與表面粗糙度值和表面粗糙度的測量有關。各種機床加工出來的工件的表面粗糙度是

33、不規(guī)則的。表面粗糙度值即平均表面粗糙度，常用符號Ra表示。理論上，Ra是離輪廓中心線的長度的算術平均值。Ra也是控制機器工作的重要因素。刀具幾何尺寸、進給量、切削條件和其它不規(guī)則的機器運轉因素，如：刀具的涂層、振動、刀具撓度、切削液和工件特性等都會影響表面粗糙度。這里研究的主要是切削條件的影響（進給量、切削速度、軸向、徑向切深和機床公差）。一些學者已經(jīng)研究過銑削條件在銑削和塑料注射模制造中的影響。例如真空封蠟模的制造。為了預測表面粗糙度和刀具壽命，也就是在銑削鋼材時的切削速度、進給量和軸向切深，建立了分析模型。在銑削鉻鎳鐵合金718時，提出了一種優(yōu)化表面光潔度的有效方法 。在這個研究中，建立了

34、一個四等級的響應曲面模型，能夠在銑削鋁合金7075T6材料的模具表面時獲得預期的表面粗糙度。通常利用響應曲面法統(tǒng)計響應曲面模型，實驗測量證實了響應曲面模具的精確度。在尋找最佳切削條件獲得最小表面粗糙度上，成熟的響應曲面模型和成熟的遺傳算法有很大的聯(lián)系。切削條件用進給量、切削速度、軸向和徑向切深及機器公差表示。用遺傳算法預期的最佳切削條件可用實驗測量證實。目前，在這個研究中創(chuàng)造和利用響應曲面模型和常規(guī)算法比手冊中的其它方法有許多優(yōu)點。響應曲面模型是一個具有足夠精確度的高等級、更富經(jīng)驗性的多項式模型，遺傳算法去除了在遺傳算法中存在的需用戶定義的參數(shù)。用響應曲面法和遺傳算法得到的最優(yōu)化加工所生成的響

35、應曲面模具的細節(jié)在下面的章節(jié)中給出。2、試驗過程2.1試驗規(guī)劃響應曲面法生成響應曲面模具的一個重要階段是試驗規(guī)劃。在這個研究中，計劃用三個等級的全部因素的設計來統(tǒng)計切削實驗數(shù)據(jù)。切削實驗表現(xiàn)為5個參數(shù)：進給量（）、切削速度（）、軸向切深（）、徑向切深（）和機器公差（）。進行所有35=243個切削實驗。切削余量分為高中低三個等級的全部因素試驗設計的切削參數(shù)在表1中列出。切削參數(shù)的取值范圍都是從Sandvik Tool Catalogue中的推薦值選取的。銑削加工是在已設置完畢切削參數(shù)的DECKEL MAHO DMU 60P五軸銑削加工中心上進行的，表面粗糙度Ra從模具的表面上量取。2.2刀具和材

36、料實驗中的刀具是銑頭直徑為10mm的平頭四齒銑刀，刀具材料是PVD AlTiN，表面滲碳處理。刀具的螺旋角為45，前傾角為10。機械實驗都是在尺寸為120×120×50的鋁合金（7075T6）錠上的模腔上進行的。后面所用的試件材料化學成分是：1.6%的銅，2.5%的鎂，0.23%的鉻，5.4%的鋅。工件的硬度值為布氏硬度150。鋁合金的機械特性是：拉伸強度為570MPa，屈服強度為505MPa，剪切強度為330MPa，延伸率為11%.用Surftest 301表面粗糙度測量儀通過一條沿中心線為2.5的樣條測量表面粗糙度，把測量結果轉化為Ra數(shù)值。由于這種方法比較簡便，通用，

37、這個研究也采用這種方法。每個Ra的測量至少重復三次，三個Ra的平均值作為響應曲面模具的表面粗糙度值記錄下來。2.3模具零件用于該研究的模具零件是用于生產(chǎn)應用于生物力學上的矯正部件的組成部分。如圖1所示。矯正部件常用于行走器械上用于保持人腿在行走時的平穩(wěn)。它配備有一根直徑為12，長度為300的鋁制圓棒，綁到膝蓋的區(qū)域。矯正部件由三個主要組成部分。本次研究的對象就是其中之一。2.4制造矯正部件的零件用一套完整的方法制造矯正部件的組件，用了三道機械加工工序。首先，在數(shù)控銑削加工中心上加工選定的部件，表面粗糙度值Ra從模具型腔表面量取。其次，用ARBURG把塑料注射進塑料注射模中，Polyacetal

38、 (POM)C902是常用的注射用聚合材料。這種材料熔化后的密度為，注射溫度是165，粘度為50 Pa s，熔化后的填充流速是。最后，為了獲得模具鑄件，進行澆鑄。模具部件、塑料產(chǎn)品和模鑄件都在圖2中給出了。3、響應曲面模具的表面粗糙度在用響應曲面法獲得預期的表面粗糙度中，響應曲面模型是一個分析函數(shù)。在模具的生產(chǎn)階段響應曲面法利用了試驗數(shù)值統(tǒng)計法和最小正方形填充法。它被總結在圖3中。響應曲面法最初被Box和Draper用于物理實驗的填充中，后來在其它領域也被采用。響應曲面模型可用下面的多項式函數(shù)表示：式中，和為切削參數(shù)，是模型的參數(shù)(例如：加工參數(shù))。在這個研究中，建立一個響應曲面模型，必須用M

39、ATLAB語言編寫一個計算機程序，如果有足夠的數(shù)據(jù)，響應曲面程序具有創(chuàng)建多達第十等級多項式的能力。在模型中所有的交叉條件都能考慮到（例如：參數(shù)的相互影響）。響應曲面模型同樣能在參數(shù)相反的條件下生成，即：如果需要的話能用取代。在建立響應曲面模型中，為5個參數(shù)（、和）設計的基于3個等級的全部因素試驗決定了243個表面粗糙度值，將其分為訓練數(shù)組和檢驗數(shù)組兩部分。訓練數(shù)組包括236個用于模具安裝中的粗糙度。為了節(jié)省空間，大量的訓練數(shù)組值用圖4表示，而不用表格。在圖4中橫坐標表示數(shù)組數(shù)，縱坐標表示相應的表面粗糙度值。檢驗數(shù)組包括7個表面粗糙度值，用于檢驗響應曲面模具的精度。檢驗數(shù)組如表2所示。它們都選自

40、243個數(shù)組，顯示了切削參數(shù)空間上良好的分布狀況和在響應曲面模具精度上的良好檢驗。在這個研究中，用設計的程序建立和檢驗從第一等級到第四等級的響應曲面模型。表3中幾個響應模型的建立顯示了各自精度上的誤差。在表3中相反的部分中：0表示參數(shù)，1表示它的倒數(shù)。四等級的全部多項式方程為：用測量數(shù)組得到最好的安裝結果，用檢驗數(shù)組檢查響應曲面模具的精度。最大的精度誤差大約為2.05%。這一結果表明切削參數(shù)在允許的變化范圍內響應曲面模具獲得預期的表面粗糙度值具有足夠的可能性。4、最優(yōu)切削條件下獲得的表面粗糙度4.1最優(yōu)化問題的公式化由于表面粗糙度值表示模具銑削質量的高低，因此希望得到盡可能低的表面粗糙度。在合

41、適的數(shù)學優(yōu)化條件方法的幫助下通過調整切削條件，很容易得到較低的表面粗糙度。為了獲得最小的表面粗糙度必須將這個問題用標準的數(shù)學形式公式化。如下：參數(shù)：、最小化方程：Ra（、）限制條件：Ra0.412m參數(shù)取值范圍：0.08 0.13100 3000.3 0.71 20.001 0.01在等式3中Ra值是在第三章中獲得的響應曲面模具的表面粗糙度。、和都是切削參數(shù)。在最優(yōu)化問題定義如上的同時，迫切需要通過約束來定義一個解決方案。限制定義一個表面粗糙度值Ra，如果可以的話使它小于243個數(shù)組中的最小值。243個數(shù)組中最小表面粗糙度值是0.412m。基于Sandvik Tool Catalogue 的推

42、薦，選擇最優(yōu)化切削參數(shù)的范圍。4.2最優(yōu)化的解決方法用成熟的響應曲面模型和成熟的遺傳算法來解決等式3表示的最優(yōu)化問題。如圖5基于自然界生物進化過程的演變，交互式的遺傳算法解決優(yōu)化問題。在解決這個問題的過程中，需要無規(guī)律地選擇一套參數(shù)。設定取決于它們表面粗糙度值的等級（如遺傳算法中的值）。獲得最小的表面粗糙度取決于最優(yōu)的參數(shù)組合，新參數(shù)的組合是用模仿生物后裔結構的交叉變異而成的。這個過程一直重復直到表面粗糙度值和新的參數(shù)組合不再產(chǎn)生。最優(yōu)化解決方法就是參數(shù)的最后組合，遺傳算法的重要參數(shù)：種群大小、變異比率、重復次數(shù)等，它們的值都在表4中給出。用MATLAB編寫遺傳算法，染色體的選擇基于對象值和限

43、制等級，合適的種群大小偏向于最小目標值和在它們的后代中最不可出現(xiàn)提趨勢。大部分遺傳算法在獲得解之前，通過處罰函數(shù)把限制優(yōu)化的問題轉化為非限制優(yōu)化的形式。這就引出了選擇合適的處罰系數(shù)的難題，它需要使用者的經(jīng)驗。在這次研究的程序中不需要處罰系數(shù)，所以這個難題被避免了。4.3優(yōu)化結果及對它的討論解決這個優(yōu)化問題后，遺傳算法使表面粗糙度從降到，和原始切削條件下的表面粗糙度相比降幅幾乎是10%。最優(yōu)化切削條件獲得的表面粗糙度在表5中列出。通過遺傳算法所獲得的最優(yōu)化切削條件被物理測量所證實。在圖6中把預期的表面粗糙度和物理測量作了比較。從圖6中可以看出物理測量和遺傳算法的結果非常接近。5、結論在這個研究中

44、，在銑削鋁合金7075T6制成的模具表面時，為了獲得預期的表面粗糙度，應用了一個第四等級的響應曲面模型。在生成響應曲面模型時，用了數(shù)理統(tǒng)計響應曲面法。響應曲面模型的精確度被試驗測量所證實。精確度的誤差很小，只有2.05%。成熟的響應曲面模型和成熟的遺傳算法在尋找最優(yōu)化切削條件，獲得最小表面粗糙度上有很大的聯(lián)系。模具和表面粗糙度由優(yōu)化前的降到優(yōu)化后的。遺傳算法使表面粗糙度提高了10%，預期的最優(yōu)化切削條件被試驗測量證實。研究發(fā)現(xiàn)遺傳算法的預測結果和實驗結果相差很小，誤差小于1.4%。這表示在這個研究中用到的成熟的響應曲面模型和成熟的遺傳算法獲得最優(yōu)化方法是有效的，它還可以用于解決其它機械方面的問

45、題，如：刀具壽命、尺寸誤差等等。致謝作者感謝卡卡里大學的Dr. Mustafa COL提供了該項目，也感謝吉布茲工業(yè)技術學院的Dr. Fehmi ERZINCANLI為本項目提供了數(shù)控銑削加工中心。后記 日月如梭，光陰似箭。轉眼之間，我的大學生活即將畫上一個句號。是滿載而歸，還是一無所獲？我想，每個人都會做出自我評價，這在即將要踏入的社會中得到檢驗。作為一名新時代的大學生，不論當初的決定和選擇是否正確，都應該胸懷祖國，勇于憂國憂民。畢竟大學連接者個人和社會。在這個空間里，我們理應了解國情，刻苦學習專業(yè)知識，以期為改變我國落后的現(xiàn)狀做出自己的貢獻。在大學的學習中，我主修了機械設計制造及其自動化這個專業(yè)。通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的制造業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。畢業(yè)前的這一次設計任務，是對我們大學學習情況的一次較為全面的檢驗。在整個設計的過程中，我查閱了大量的書籍資料，進行了一次次的方案論證，和同學們也進行了