目 录
摘要................................................................... Ⅴ 前言................................................................... Ⅶ
第一章 曲柄压力机概论
1.1曲柄压力机简介.....................................................1
1.2按机身结构型式的分类...................................................3
1.2.1开式压力机........................................................3
1.2.2闭式压力机..........................................................4
1.3曲柄压力机的组成...................................................5
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4机身................................................................5 动力传动系统........................................................5 工作机构............................................................6 操纵系统............................................................6
1.4压力机选择..........................................................6
1.4.1压力机类型的选择....................................................6
1.4.2压力机规格的选择....................................................6
1.5过载保护装置....................................................9
1.5.1压塌式过载保护装置..................................................9
1.6滑块导轨............................................................11
1.7压力机的精度等级...................................................11
第二章 曲柄压力机总体方案的设计
2.1曲柄压力机的技术参数..............................................12
2.2确定传动系统的布置方式............................................12
2.3控制的确定..........................................................12
2.4电动机的选择以及传动比的计算与分配..............................13
2.4.1电动机功率的确定....................................................13
2.4.2 传动比的计算与分配.................................................13
2.5曲柄压力机的主要组成部分......................................,,,13
2.6曲柄压力机传动原理图见下页.. ...................................,13
第三章 曲柄滑块的受力与运动分
3.1滑块的位移与曲柄转角的关系.......................................14
3.2滑块的速度与曲柄转角关系.........................................15
3.3曲柄、连杆和滑块的受力............................................16
3.4曲柄滑块机构中的摩擦..............................................17
3.4.1滑块导向面与导轨之间的摩擦..........................................17
3.4.2支承颈与轴承之间的摩擦..............................................17
3.4.3曲柄颈与连杆大端轴承之间的摩擦......................................17
第四章 小带轮和飞轮设计
4.1 小带轮的设计......................................................17
4.1.1小带轮的尺寸确定...................................................17
4.1.2飞轮的设计.........................................................19
第五章 曲柄压力机偏心机构的设计
5.1偏心轴的设计.......................................................20
5.1.1偏心轴的结构特点....................................................20
5.1.2 偏心轴的材料选择...................................................20
5.1.3 偏心轴的危险面分析以及尺寸设计....................................20
5.1.4 截面应力校核.....................................................21
5.1.5 截面的剪应力计算..................................................22
5.2 齿轮的设计........................................................22
5.2.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及其齿轮...............................22
5.3 连杆的设计....................................................... 26
5.3.1 两种形式的连杆结构特性对照.........................................26
5.3.2 连杆类型的选择.....................................................26
5.3.3 圆球面传力连杆尺寸的设计与计算.....................................26
5.4 滑块的设计.........................................................27
5.4.1 滑块的作用.........................................................27
5.4.2 滑块的结构.........................................................27
5.4.3 滑块的制造.........................................................27
5.4.4 滑块基本尺寸的确定.................................................27
第六章 滑动轴承
6.1 轴承的选择与设计..................................................28
6.1.1 偏心部分的滑动轴承.................................................28
6.2 偏心轴支承颈的滑动轴承...........................................29
6.2.1 材料选择及其固定形式...............................................29
6.2.2轴承润滑............................................................29
6.2.3 轴承的校核.........................................................29 结论....................................................................31 参考文献...............................................................32 致谢....................................................................32 附录....................................................................33
曲柄压力机偏心机构设计
摘要
中文摘要
锻压机械是为实现锻压工艺服务的。随着生产的发展，锻压机械越来越广泛的应用于国民经济部门的工业生产中，除机械制造业本身外，动力机械工业、船舶、电机、电器、汽车、拖拉机、农业机械、机车车辆制造业、航空航天工业，以及与人们日常生活密切相关的家用电器、日用五金等轻工部门，均需要大量锻压机械为之服务；随着科学技术的进步，需要更多、更好的各种锻压机械来进行各种锻压工艺，这就要求我们应用各种现代化的设计理论和计算方法，设计出自重轻、性能好生产率高的各类新型锻压机械，更好地服务于祖国现代化建设中，对现代制造业极具现实意义。本设计锻压机械设备为机械式曲柄压力机（采用偏心轴作为偏心机构）。
关键词: 曲柄压力机，曲柄滑块，偏心轴
连杆滑块，滑动轴承
Crank Press eccentric design
Abstract
English summary
Forging machinery for the realization of forging technology services. With the development of production, forging machinery increasingly broad sectors of the national economy for the industrial sector, In addition to manufacturing its own machinery, power machinery industry, shipbuilding, electronics, electronics, electrical appliances, cars, tractors, agricultural machinery, vehicle manufacturing, aviation and aerospace industry, as well as closely related to people's daily life of household appliances, daily hardware and other light departments, which need a lot of forging machinery servicing; With scientific and technological progress needs more, better the forging machinery for various forging process, This requires us to the application of modern design
theory and the calculation method, from the light weight, The performance of various types of high productivity forging new machinery, to better serve China's modernization drive, Modern manufacturing highly realistic significance. Forging the design of mechanical equipment for mechanical crank press (using the eccentric shaft as eccentric institutions).
Keywords: Crank Press，Crank Slider，Eccentric shaft
Linkage slider，Sliding Bearings
前言
曲柄压力机偏心机构的设计是曲柄压力机机设计中的核心部分，要实现曲柄压力机的正常、高效工作和应用广泛，对偏心机构的研究与设计显然具有很重要的意义。实现偏心，目前有三种形式，即：曲轴式的偏心，曲拐轴式的偏心以及偏心轴式的偏心。
一般地，曲轴式和曲拐轴式的偏心压力机主要应用于中型、大型吨位上，而在不需要压力很大的锻压成型工艺中，无须使用大吨位的、且结构复杂的曲轴式或曲拐轴式压力设备。在本设计中设计任务是偏心轴式的曲柄压力机偏心机构的设计，设计思想是，连杆大端与偏心轴偏心部分联结，另一端与滑块联结，当偏心轴作圆周旋转运动时，连杆和滑块一起上下往复直线运动。纵观过内外同类型号的锻压设备情况，由于使用偏心轴式作为偏心机构，其偏心部分的轴径较大，应用范围仅仅局限于小吨位的锻压成型工艺中。本设计主要研究的是如何实现轴的偏心，如何实现连杆滑块按即定要求直线往复运动
第一章 曲柄压力机概论
1．1压力机发展简介
金属板材成形设备(如各种压力机、剪板机、折弯机等) 是汽车、电子信息、家用电器和仪表等行业最主要的工艺装备之一，在制造业发挥着重要的作用。其技术水平很大程度上决定了制件的质量和成本。
随着汽车工业的成长，金属板材成形设备在20世纪得到了全面的发展，形成了较完备的体系，并达到了较高的技术水平。进入新世纪后，不仅汽车工业持续发展，电子信息、家用电器和医疗器械等行业也如雨后春笋，蓬勃发展。它们对制造技术提出了更新、更高的要求，推动了包括金属板材成形设备在内的制造装备的持续向前发展。金属板材成形设备的范围很广。
为进一步提高工作性能，高速精密压力机技术近年来取得了一系列新的进展，包括：
（1）采用新材料、新结构，尽量减少运动部件的质量。如KYORI 公司Mach 系列超高速精密压力机，滑块采用了陶瓷－铝合金复合材料，使惯性力下降了40％；将封闭高度调节机构置于横梁部位，不但使调节范围加大，而且使运动部件的质量得到进一步降低。
（2）采取有效措施，减少温度对运动精度的影响，显著改善滑块的运动特性。日本KYORI 公司Beat ANEX系列高速压力机采用对称曲柄－肘杆机构，使连杆和肘杆的热变形互相抵消，不但减少了热变形对滑块运动位置精度的影响，而且降低了滑块在下死点附近的速度，提高了加工性能。
由于采用了热平衡设计和结构上的其他措施。日本KYORI 的高速精密压力机，运转8h 内下死点位置的变化以及速度调节后，下死点位置的变化均能控制在0.01mm 左右。瑞士BRUDERER 公司的产品则设有油-水冷却器，以控制温度的变化，确保工作精度。
（3）改善滑块导向，提高运动精度。瑞士BRUDERER 公司的压力机，其导向轴承可自动补偿热变形，导向元件与条料位于同一平面，以确保冲裁时的导向精度。日本KYORI 公司Mach 系列产品则采用了新型的动静压混合导向机构，以提高导向精度(该机构已经申报了专利) 。
（4）进一步提高自动化水平和工作可靠性。瑞士BRUDERER 产品采用计算
机控制，图形显示、滑块位置、送料长度均能实现实时检测和控制，采用人机对话可存储500套模具参数，大大节省了换模调节时间。选择适当的总线系统还可以实现数据的集中管理。此外，数控压力机因加工的万能性和高度的自动化，一直受到厂家的关注，成为现代化冲压设备的主力之一，其地位可与切削加工中的加工中心媲美。
数控压力机的发展已经有数十年的历史，技术已经比较成熟。进入新世纪后，仍然有新的发展，并不断完善。
曲柄压力机是使用比较广泛的一种锻压设备，结构形式也比较多。普通曲柄压力机主要用于生产冲压件；热模锻曲柄压力机用于生产热模锻件；手锻机用于长杆类锻件的局部镦粗和圆环类零件的镦粗和冲孔；冷镦自动机用于各冷镦标准件的加工；拉深压力机用于板材的拉延; 冷挤压力机用于各种冷挤压零件; 精压机用于高精度零件的加工。曲柄压力机的主要参数是公称压力，表示滑块上所容许的最大作用力.
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，对坯料动作平稳, 工作可靠, 广泛 用于冲压进行成形加工的锻压机械 。机械压力机、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力（千牛）表示，它是以滑块运动到距行程的下止点约10～15毫米处（或从下止点算起曲柄转角 约为15°～30°时）为计算基设计的最大工作力(图1.1[曲柄滑块机构运动简图])。
图
1.1
工作原理机械压力机 工作时(机械压力机工作图由电动机通过三角皮带驱动大皮带（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构, 使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行, 离合器自动脱开，同时曲柄轴上的
自动器接通，使滑块停止在上止点附近。
每个曲柄滑块机构称为一个“点”。最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采用双点或四点的。
机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内锻压工作的时间很短。短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮。按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。 机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械或电气连锁, 以保证离合器接合前制动器一定松开, 制动器制动前离合器一定脱开。机械压力机的操作分为连续、单次行程和寸动（微动），大多数是通过控制离合器和制动器来实现的。滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离（称为封密高度），可以通过螺杆调节。
生产中，有可能发生超过压力机公称工作力的现象。为保证设备安全，常在压力机上装设过载保护装置。为了保证操作者人身安全，压力机上面装有光电式或双手操作式人身保护装置。
1.2 按机身结构型式的分类。
1.2.1开式压力机：也称冲床，应用最为广泛。开式压力机多为立式，图3（开式压力机冲床）。（图1.2）
机身呈C 形，前、左、右三面敞开, 结构简单、操作方便、机身可倾斜某一
角度, 以便冲好的工件滑下落入料斗, 易于实现自动化。但开式机身刚性较差，影响制件精度和模具寿命，仅适用于40～4000千牛的中小型压力机。
1.2.2 闭式压力机：机身呈框架形（图1.3 [闭式压力
图1.3
机]），机身前后敞开，刚性好，精度高，工作台面的尺寸较大，适用于压制大型零件，公称工作力多为1600～60000千牛。冷挤压热模锻和双动拉深等重型压力机都使用闭式机身。
按应用特点分 ： 有双动拉深压力机、多工位自动压力机、回转头压力机、热模锻压力机和冷挤压机。
双动拉深压力机:它有内、外两个滑块, 用于杯形件的拉深成形。拉深前外滑块首先压紧板料外缘，然后内滑块带动凸模拉深杯体，以防板坯外缘起皱。拉深完成后内滑块先回程，外滑块后松开。内外滑块公称工作力之比为（1.7～1）:1。 料依次自动向下一工位移动。在压力机的一次行程中，各工位同时进行各道成形工序，制成一个工件。
回转头压力机：在滑块与工作台之间设有可装置数十组模具的回转头，可按需要选用模具。坯料放在模具上而不再移动。每次行程完毕，回转头转动一个位置，完成一道工序。这种压力机定位精度高，便于调整产品，一机多用，多用于冲制仪器底板和面板等。回转头压力机可配上数控系统，根据编好的指令选用模具和板材成形部位，自动完成复杂的冲压工作。
热模锻压力机：用于模锻件生产。机身刚度大，导向面长, 承受偏载能力强。过去多用曲柄连杆机构, 为提高刚性多已改用双滑块式和楔式。双滑块式结构较简单，重量轻；楔式结构支承面积大，但传动效率低。模锻时滑块在下止点附近
容易卡死（俗称闷车），所以设有脱出装置。机械中有上下顶出装置，能实现多模膛锻造, 锻件精度较高，适于大批量生产。最大规格为160兆牛。
冷挤压机：用于冷、温态挤压金属零件，如枪弹壳、牙膏管等。冷挤压机一般是立式的，特点是刚度好，导向精度高，工作压力大，工作台面小，工作行程长。曲柄压力机的曲柄连杆机构作用是它不但能使旋转运动变成往复直线运动，同时还能起力的放大作用。
开式曲柄压力机和闭式曲轴压力机各自特点：开式曲柄压力机的C 形床身三面敞开，特别适用于大张板料边缘的冲压加工。但这种形式的床身结构本身刚性较差，因而所能承受的载荷较小。闭式曲轴压力机的框架结构受立柱的限制，工作台面积有限，操做空间小，因而对冲压件的周边尺寸有一定的限制。框架形结构床身：在结构上，开式曲柄压力机的床身呈C 形结构，由连杆将偏片心轴的回转运动转变为滑块的上下往复运动。闭式压力机的床身成框架形结构，由曲柄代替了偏心轴。
1.3 曲柄压力机的组成。
1.3.1 机身
机身由床身、底座和工作台三部分组成，工作台上的垫板用来安装下模。机身大多为铸铁材料，而大型压力机采用钢板焊接而成。机身首先要满足刚度、强度条件，有利于减振降噪，保证压力机的工作稳定性。
1.3.2 动力传动系统
动力传动系统由电动机、传动装置（齿轮传动或带传动）以及飞轮组成，其中电动机和飞轮是动力部件。在压力机的空行程，靠飞轮自身转动惯量蓄积动能；在冲压工件瞬间受力最大时，飞轮放出蓄积的能量，这样使电动机负荷均衡，能量利用合理，减少振动。有的冲压机利用大齿轮或大皮带轮起到飞轮的作用。
1.3.3 工作机构
工作机构是曲轴、连杆和滑块组成曲柄连杆机构。曲轴是压力机最主要部分，它的强度决定压力机的冲压能力；它不但能使旋转运动变成往复直线运动，同时还能起力的放大作用。连杆是连接件，它的两端与曲轴、滑块铰接；装有上模的滑块是执行元件，最终实现冲压动作。输入的动力通过曲轴旋转，带动连杆上下摆动，将旋转运动转化成滑块沿着固定在机身上导轨的往复直线运动。
1.3.4 操纵系统
操纵系统包括离合器、制动器和操纵机构。离合器和制动器对控制压力机的间歇冲压起重要作用，同时又是安全保证的关键所在，离合器的结构对某些安全装置的设置产生直接影响。操纵装置一般采用脚踏开关。
压力机工作过程中，可能由于材料、模具、设备、操作等问题出现超载；由于滑块和上模的自重导致下降速度过快，对零件产生撞击；或由于制动器失灵、连杆折断，导致滑块坠落而引发事故。为此，应在压力机上采用一些保护性技术措施。
1.4 压力机选择
1.4.1 压力机类型的选择
(1）中、小型冲压件 选用开式机械压力机；
(2）大、中型冲压件 选用双柱闭式机械压力机；
(3）导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机；形模等。
(4）大量生产的冲压件 选用高速压力机或多工位自动压力机；
(5）校平、整形和温热挤压工序 选用摩擦压力机；
(6）薄板冲裁、精密冲裁 选用刚度高的精密压力机；
(7）大型、形状复杂的拉深件 选用双动或三动压力机；
(8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序，多采用液压压力机。
1.4.2 压力机规格的选择
(1）公称压力
压力机滑块下滑过程中的冲击力就是压力机的压力。压力的大小随 滑块下滑的位置不同，也就是随曲柄旋转的角度不同而不同，如图1.5中曲线1所示。
压力机的公称压力----我国规定滑块下滑到距下极点某一特定的距离Sp•（此距离称为公称压力行程，随压力机不同此距离也不同，如JC23-40规定为7mm,JA31-400规定为13mm ，一般约为（0.05～0.07•）滑块行程）或曲柄旋转到距下极点某一特定角度α（此角度称为公称压力角，随压力机不同公称压力角也不相同）时，所产生的冲击力称为压力机的公称压力。公称压力的大小，表示
压力机本身能够承受冲击的大小。压力机的强度和刚性就是按公称压力进行设计的。
压力机的公称压力与实际所需冲压力的关系----冲压工序中冲压力的大小也是随凸模（或压力机滑块）的行程而变化的。在图1.5中曲线2、3分别表示冲裁、拉深的实际冲压力曲线。从图中可以看出两种实际冲压力曲线不同步，与压力机许用压力曲线也不同步。在冲压过程中，凸模在任何位置所需的冲压力应小于压力机在该位置所发出的冲压力。图中，最大拉深力虽然小于压力机的最大公称压力，但大于曲柄旋转到最大拉深力位置时压力机所发出的冲压力，也就是拉深冲压力曲线不在压力机许用压力曲线范围内。故应选用比图中曲线1所示压力更大吨位的压力机。因此为保证冲压力足够，一般冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30%左右。拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60%～100%。
图1.5曲柄压力机特性曲线
1─压力机许用压力曲线；2─冲裁工艺冲裁力实际变化曲线；3─拉深工艺拉深力
实际变化曲线
（2）滑块行程长度
滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。选择压力机时，滑块行程长度应保证毛坯能顺利地放入模具和冲压件能顺利地从模具中取出。特别是成形拉深件和弯曲件应使滑块行程长度大于制件高度的2.5～3.0倍。
(3）行程次数
行程次数即滑块每分钟冲击次数。应根据材料的变形要求和生产率来考虑。
(4）工作台面尺寸
工作台面长、宽尺寸应大于模具下模座尺寸，并每边留出60～100mm ，以便于安装固定模具用的螺栓、垫铁和压板。当制件或废料需下落时，工作台面孔尺寸必须大于下落件的尺寸。对有弹顶装置的模具，工作台面孔尺寸还应大于下弹顶装置的外形尺寸。
(5）滑块模柄孔尺寸
模柄孔直径要与模柄直径相符，模柄孔的深度应大于模柄的长度。
(6）闭合高度
压力机的闭合高度----是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面（即垫板下平面）之间的距离。
压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化。当连杆调至最短（对偏心压力机的行程应调到最小），滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最大闭合高度；当连杆调至最长（对偏心压力机的行程应调到最大），滑块处于下止点，滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最小闭合高度。
压力机的装模高度----指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。没有垫板的压力机，其装模高度等于压力机的闭合高度。
模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。
模具闭合高度与压力机装模高度的关系，见图1.6。
理论上为： Hmin-H1≤H≤Hmax－H1
亦可写成： Hmax-M－H １≤H≤Hmax－H １
式中： H——模具闭合高度；
Hmin——压力机的最小闭合高度；
Hmax——压力机的最大闭合高度；
H１——垫板厚度；
M——连杆调节量；
Hmin－H １——压力机的最小装模高度；
Hmax-H１——压力机的最大装模高度。
由于缩短连杆对其刚度有利，同时在修模后，模具的闭合高度可能要减小。因此一般模具的闭合高度接近于压力机的最大装模高度。所以在实用上为： Hmin-H １＋10≤H≤Hmax-H １－
5
图1.6
(７）电动机功率的选择
必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需要的功率。常用压力机的技术参数可查阅相关手册。
1.5 过载保护装置。
1.5.1 压塌式过载保护装置
根据破坏式保护原理，在传动链中人为制造一个机械薄弱环节。当发生超载时，这个薄弱环节首先破坏，切断传动线路，使动力不能继续输入，后续机构运动停止，从而保护后续主要受力件不遭到损坏。压力机常用压塌块作为机械薄弱环节，保护主要受力件曲轴免受超载造成的破坏。
图1.7 压塌块过载保护装置的安装位置
1-连杆体 2-调节螺杆 3-支承座 4-滑块 5-压塌块
压塌块一般装在滑块球铰与滑块之间的部位（见图1.7），当压力机过载时，压榻块a ，b 两处的圆形截面首先剪切破坏，使连杆相对于滑块滑动一段距离，触动开关，将控制线路切断，压力机停止运转，保障机器安全。压塌块有双剪切面和单剪切面两种，以双剪切面的为例，压塌块儿何尺寸的确定原则是将a ，b 两处剪切面积设计得相同（见图1.8），以使两剪切面同时破坏。保护装置的破坏载荷约为额定载荷的125%左右，设两截面各承受一半工作载荷。剪切面设计参数计算公式为： F =τP g a da =τP g b db
式中:a,b--压塌块的两剪切断面面积；
da,db--a,b 截面处的直径；
τ--材料剪切强度极限；
Pg--压力机的公称压力。
图1.8 压塌块过载保护装置
压塌式过我保护装置的缺点是不能准确地限制过载力，因为压塌块的破
不仅由作用在它上面的外力决定，同时还与压塌块的材料疲劳有关。
1.6 滑块导轨
一种压力机滑块导轨装置用于在一个周期中引导滑块。滑块导轨装置可以消除偏心力错位，并且防止滑块与导轨之间偏心接触。滑块包含至少一个第一球瓦，其具有至少一个第一导向面。导轨包含与第一导向面面对着的至少一个第一滑动面。在操作过程中，球瓦相对于滑块转动，以提供出第一导向面与滑动面之间的自动平面对正功能。一个楔块支承着导轨，以使导轨能够快速和容易地对正滑块。
1.7压力机的精度等级
压力机的精度通常是以其静态精度和刚性来表示，静态下的精度等级，可按日本 JIS 压力机静态精度指标规定划分为特级、1级、2级、3级。对压力机来说静态
等级是个主要因素，但压力机的刚性也是一个不可忽视的重要因素，这就是压力 机的强度问题。
压力机通过冲模对材料施加超过屈服点的足够压力，在公称压力下压力机虽然不 破坏，但是床身的伸长和工作台的挠度等各部位弹性变形对冲压加工也有很大影 响。因此，最好在压力机静态精度上增加动态特性，在冲裁力的作用下，台面、 曲轴、床身产生变形，C 型压力机产生开口等使其静态精度破坏，把这时的精度 称为动态精度。由动态精度的好坏来决定压力机等级。动态精度与压力机各部分 的刚性直接相关，刚性好的压力机动态精度高。目前国外已生产了刚性很高的压 力机，其动态精度仍可控制在静态精度范围内。如表1中，在压力机的静态精度 下，把刚性好的划分为A 特级、A1级、A2级，刚性一般的划分为B 特级、B1 级、B2级。
表1.1冲床静态精度指标(mm)
这样以刚性为基础的静态精度等级是有区别的。如A2级，B1级这样的区别说明压力机等级对制件就有不同影响。AB 的级别由加工压力达到公称压力时，比较刚性来决定。刚性随着加工压力的大小变化，在公称压力1000kN 的B 级压力机，只用500kN 压力进行冲压加工时，具有与公称压力500kN 的A 级压力机在公称压力进行冲压加工时相同或大于它的刚性，所以在大型压力机上安装小冲模，压力机的刚性当然好。还有在公称压力，工作台面积和行程长度等主要参数大致相同的压力机，重量大的刚性好。
压力机在承受负荷的同时要产生变形，如图1所示。必须根据变形量来决定
压力机能力。例如，精密冲裁加工时必须在压力机加工能力的50%以下进行。即使一般的冲裁，超过其能力80%时，就不能保证模具间隙的均匀。精度高的压力机能延长模具寿命，所生产的冲压件的质量也好。
第二章 曲柄压力机总体方案的设计
2.1曲柄压力机的技术参数
本设计采用的设计类型为开式单点。
表2.1 曲柄压力机技术参数
2.2确定传动系统的布置方式
由于上传动的曲柄压力机重量轻，成本较低，安装维修都比较方便，地基较为简单，该设计采用上传动的布置方式
2.3控制的确定
由于工艺上要求曲柄压力机的滑块每往返一次后，能够在上死点附近下停
来，以便取出工件和送料，同时在调整模具时也需要滑块作少量的移动，故在压力机传动系统中，需要安装一制动器和一离合器。本设计选用浮动嵌块式的摩擦离合器和圆盘式制动器。
2.4电动机的选择以及传动比的计算与分配
2.4.1电动机功率的确定
N =KP g (KN )
=630⨯0. 01=6. 3(KN )
（K 为系数，取0.01，P g 为压力机公称压力，单位为KN ）
根据《机械设计课程设计》重庆大学出版社表2—8，因为本设计采用二级传动（第一级为带传动，第二级为齿轮传动），故电机的同步转速为1000r/min,即查得电机相应参数为：
电机型号：Y160M —6 额定功率：7.5KW
满载转速：n=970r/min 起动转矩T=2.0
电动机轴伸出端直径d=42
电动机轴伸出端安装尺寸 110
电动机中心高度 160
电动机外形尺寸长´ 宽´ 高=600´325´335
2.4.2 传动比的计算与分配
根据满载转速和滑块行程次数得总传动比i
i =970=12.125 80
第一级为带传动i 1=3.25 (2＃i 1
第二级为齿轮传动i 2=3.73 (3＃i 24 ) 5)
2.5曲柄压力机的主要组成部分
（1）主要由偏心连杆和滑块组成的工作机构
（2）由电动机、皮带轮、皮带、飞轮等组成传动系统
（3）制动器、离合器和机身等
2.6 曲柄压力机传动原理图
曲柄压力机传动原理图
图2.1
第三章 曲柄滑块的受力分析
3.1 滑块的位移与曲柄转角的关系
滑块经连杆与曲柄连接，滑块的位移与曲柄转角之间存在一定的规律，这
个规律可由下图之间的几何关系得出：
S B =OB 1-OB =OB 1-OA +AB
- =R (1c o q s +) L -(1a c o s
L (1-c o s a ) （1） R )
令=R (1-c o s q )+L =l （l 为连杆系数）代入 （1）式得： R
1q )+(1-c o s a ) （2） S B =R (1-c o s l
在D OAB 中求得：
Sin a =AA 1RSinq =l sin q （3）= L L
因为cos a =将（3）式代入此式，
即：cos a = （4）
将（4）代入（2）得
S B =R (1-cos q )+1(1-cos a ) （5） l
根据二项多项式公式将
l 小于0.25，展开后取
1前二项已经有足够的精确度，所以-lSin 2q =1-l 2Sin 2q ，将次式代入（5）得： 2
q )+ S B =R (1-c o s l (1-c o s 2q ) （6） 4
由图可知，S 为滑块行程为100mm ，R 为曲柄半径，当q =900时，S B =R =S 100==50，l 的近似值一般在0.05~0.45，常用l £0.2，现在取22
l =0.1，即l =R R 50? L ===500L
0. 10. 1
图3.1曲柄连杆运动简图
3.2滑块的速度与曲柄转角关系
S B =R (1-cos q )+(1-cos 2q )
按照微分原理，对位移S B 对时间t 求导数，可以得到滑块速度u B ，即： u B =dS B dS B dq =∙ dt dq dt
l
2d q s i q n ) （7） dt l 4n + =R (s i q
式中d q 是曲柄的角速度w ，虽然压力机在工作行程时，曲柄的角速度会dt
减慢，但是由于这个变化小，在计算滑块速度时候，仍然可以将角速度看作常数
目 录
摘要................................................................... Ⅴ 前言................................................................... Ⅶ
第一章 曲柄压力机概论
1.1曲柄压力机简介.....................................................1
1.2按机身结构型式的分类...................................................3
1.2.1开式压力机........................................................3
1.2.2闭式压力机..........................................................4
1.3曲柄压力机的组成...................................................5
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4机身................................................................5 动力传动系统........................................................5 工作机构............................................................6 操纵系统............................................................6
1.4压力机选择..........................................................6
1.4.1压力机类型的选择....................................................6
1.4.2压力机规格的选择....................................................6
1.5过载保护装置....................................................9
1.5.1压塌式过载保护装置..................................................9
1.6滑块导轨............................................................11
1.7压力机的精度等级...................................................11
第二章 曲柄压力机总体方案的设计
2.1曲柄压力机的技术参数..............................................12
2.2确定传动系统的布置方式............................................12
2.3控制的确定..........................................................12
2.4电动机的选择以及传动比的计算与分配..............................13
2.4.1电动机功率的确定....................................................13
2.4.2 传动比的计算与分配.................................................13
2.5曲柄压力机的主要组成部分......................................,,,13
2.6曲柄压力机传动原理图见下页.. ...................................,13
第三章 曲柄滑块的受力与运动分
3.1滑块的位移与曲柄转角的关系.......................................14
3.2滑块的速度与曲柄转角关系.........................................15
3.3曲柄、连杆和滑块的受力............................................16
3.4曲柄滑块机构中的摩擦..............................................17
3.4.1滑块导向面与导轨之间的摩擦..........................................17
3.4.2支承颈与轴承之间的摩擦..............................................17
3.4.3曲柄颈与连杆大端轴承之间的摩擦......................................17
第四章 小带轮和飞轮设计
4.1 小带轮的设计......................................................17
4.1.1小带轮的尺寸确定...................................................17
4.1.2飞轮的设计.........................................................19
第五章 曲柄压力机偏心机构的设计
5.1偏心轴的设计.......................................................20
5.1.1偏心轴的结构特点....................................................20
5.1.2 偏心轴的材料选择...................................................20
5.1.3 偏心轴的危险面分析以及尺寸设计....................................20
5.1.4 截面应力校核.....................................................21
5.1.5 截面的剪应力计算..................................................22
5.2 齿轮的设计........................................................22
5.2.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及其齿轮...............................22
5.3 连杆的设计....................................................... 26
5.3.1 两种形式的连杆结构特性对照.........................................26
5.3.2 连杆类型的选择.....................................................26
5.3.3 圆球面传力连杆尺寸的设计与计算.....................................26
5.4 滑块的设计.........................................................27
5.4.1 滑块的作用.........................................................27
5.4.2 滑块的结构.........................................................27
5.4.3 滑块的制造.........................................................27
5.4.4 滑块基本尺寸的确定.................................................27
第六章 滑动轴承
6.1 轴承的选择与设计..................................................28
6.1.1 偏心部分的滑动轴承.................................................28
6.2 偏心轴支承颈的滑动轴承...........................................29
6.2.1 材料选择及其固定形式...............................................29
6.2.2轴承润滑............................................................29
6.2.3 轴承的校核.........................................................29 结论....................................................................31 参考文献...............................................................32 致谢....................................................................32 附录....................................................................33
曲柄压力机偏心机构设计
摘要
中文摘要
锻压机械是为实现锻压工艺服务的。随着生产的发展，锻压机械越来越广泛的应用于国民经济部门的工业生产中，除机械制造业本身外，动力机械工业、船舶、电机、电器、汽车、拖拉机、农业机械、机车车辆制造业、航空航天工业，以及与人们日常生活密切相关的家用电器、日用五金等轻工部门，均需要大量锻压机械为之服务；随着科学技术的进步，需要更多、更好的各种锻压机械来进行各种锻压工艺，这就要求我们应用各种现代化的设计理论和计算方法，设计出自重轻、性能好生产率高的各类新型锻压机械，更好地服务于祖国现代化建设中，对现代制造业极具现实意义。本设计锻压机械设备为机械式曲柄压力机（采用偏心轴作为偏心机构）。
关键词: 曲柄压力机，曲柄滑块，偏心轴
连杆滑块，滑动轴承
Crank Press eccentric design
Abstract
English summary
Forging machinery for the realization of forging technology services. With the development of production, forging machinery increasingly broad sectors of the national economy for the industrial sector, In addition to manufacturing its own machinery, power machinery industry, shipbuilding, electronics, electronics, electrical appliances, cars, tractors, agricultural machinery, vehicle manufacturing, aviation and aerospace industry, as well as closely related to people's daily life of household appliances, daily hardware and other light departments, which need a lot of forging machinery servicing; With scientific and technological progress needs more, better the forging machinery for various forging process, This requires us to the application of modern design
theory and the calculation method, from the light weight, The performance of various types of high productivity forging new machinery, to better serve China's modernization drive, Modern manufacturing highly realistic significance. Forging the design of mechanical equipment for mechanical crank press (using the eccentric shaft as eccentric institutions).
Keywords: Crank Press，Crank Slider，Eccentric shaft
Linkage slider，Sliding Bearings
前言
曲柄压力机偏心机构的设计是曲柄压力机机设计中的核心部分，要实现曲柄压力机的正常、高效工作和应用广泛，对偏心机构的研究与设计显然具有很重要的意义。实现偏心，目前有三种形式，即：曲轴式的偏心，曲拐轴式的偏心以及偏心轴式的偏心。
一般地，曲轴式和曲拐轴式的偏心压力机主要应用于中型、大型吨位上，而在不需要压力很大的锻压成型工艺中，无须使用大吨位的、且结构复杂的曲轴式或曲拐轴式压力设备。在本设计中设计任务是偏心轴式的曲柄压力机偏心机构的设计，设计思想是，连杆大端与偏心轴偏心部分联结，另一端与滑块联结，当偏心轴作圆周旋转运动时，连杆和滑块一起上下往复直线运动。纵观过内外同类型号的锻压设备情况，由于使用偏心轴式作为偏心机构，其偏心部分的轴径较大，应用范围仅仅局限于小吨位的锻压成型工艺中。本设计主要研究的是如何实现轴的偏心，如何实现连杆滑块按即定要求直线往复运动
第一章 曲柄压力机概论
1．1压力机发展简介
金属板材成形设备(如各种压力机、剪板机、折弯机等) 是汽车、电子信息、家用电器和仪表等行业最主要的工艺装备之一，在制造业发挥着重要的作用。其技术水平很大程度上决定了制件的质量和成本。
随着汽车工业的成长，金属板材成形设备在20世纪得到了全面的发展，形成了较完备的体系，并达到了较高的技术水平。进入新世纪后，不仅汽车工业持续发展，电子信息、家用电器和医疗器械等行业也如雨后春笋，蓬勃发展。它们对制造技术提出了更新、更高的要求，推动了包括金属板材成形设备在内的制造装备的持续向前发展。金属板材成形设备的范围很广。
为进一步提高工作性能，高速精密压力机技术近年来取得了一系列新的进展，包括：
（1）采用新材料、新结构，尽量减少运动部件的质量。如KYORI 公司Mach 系列超高速精密压力机，滑块采用了陶瓷－铝合金复合材料，使惯性力下降了40％；将封闭高度调节机构置于横梁部位，不但使调节范围加大，而且使运动部件的质量得到进一步降低。
（2）采取有效措施，减少温度对运动精度的影响，显著改善滑块的运动特性。日本KYORI 公司Beat ANEX系列高速压力机采用对称曲柄－肘杆机构，使连杆和肘杆的热变形互相抵消，不但减少了热变形对滑块运动位置精度的影响，而且降低了滑块在下死点附近的速度，提高了加工性能。
由于采用了热平衡设计和结构上的其他措施。日本KYORI 的高速精密压力机，运转8h 内下死点位置的变化以及速度调节后，下死点位置的变化均能控制在0.01mm 左右。瑞士BRUDERER 公司的产品则设有油-水冷却器，以控制温度的变化，确保工作精度。
（3）改善滑块导向，提高运动精度。瑞士BRUDERER 公司的压力机，其导向轴承可自动补偿热变形，导向元件与条料位于同一平面，以确保冲裁时的导向精度。日本KYORI 公司Mach 系列产品则采用了新型的动静压混合导向机构，以提高导向精度(该机构已经申报了专利) 。
（4）进一步提高自动化水平和工作可靠性。瑞士BRUDERER 产品采用计算
机控制，图形显示、滑块位置、送料长度均能实现实时检测和控制，采用人机对话可存储500套模具参数，大大节省了换模调节时间。选择适当的总线系统还可以实现数据的集中管理。此外，数控压力机因加工的万能性和高度的自动化，一直受到厂家的关注，成为现代化冲压设备的主力之一，其地位可与切削加工中的加工中心媲美。
数控压力机的发展已经有数十年的历史，技术已经比较成熟。进入新世纪后，仍然有新的发展，并不断完善。
曲柄压力机是使用比较广泛的一种锻压设备，结构形式也比较多。普通曲柄压力机主要用于生产冲压件；热模锻曲柄压力机用于生产热模锻件；手锻机用于长杆类锻件的局部镦粗和圆环类零件的镦粗和冲孔；冷镦自动机用于各冷镦标准件的加工；拉深压力机用于板材的拉延; 冷挤压力机用于各种冷挤压零件; 精压机用于高精度零件的加工。曲柄压力机的主要参数是公称压力，表示滑块上所容许的最大作用力.
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，对坯料动作平稳, 工作可靠, 广泛 用于冲压进行成形加工的锻压机械 。机械压力机、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力（千牛）表示，它是以滑块运动到距行程的下止点约10～15毫米处（或从下止点算起曲柄转角 约为15°～30°时）为计算基设计的最大工作力(图1.1[曲柄滑块机构运动简图])。
图
1.1
工作原理机械压力机 工作时(机械压力机工作图由电动机通过三角皮带驱动大皮带（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构, 使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行, 离合器自动脱开，同时曲柄轴上的
自动器接通，使滑块停止在上止点附近。
每个曲柄滑块机构称为一个“点”。最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采用双点或四点的。
机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内锻压工作的时间很短。短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮。按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。 机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械或电气连锁, 以保证离合器接合前制动器一定松开, 制动器制动前离合器一定脱开。机械压力机的操作分为连续、单次行程和寸动（微动），大多数是通过控制离合器和制动器来实现的。滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离（称为封密高度），可以通过螺杆调节。
生产中，有可能发生超过压力机公称工作力的现象。为保证设备安全，常在压力机上装设过载保护装置。为了保证操作者人身安全，压力机上面装有光电式或双手操作式人身保护装置。
1.2 按机身结构型式的分类。
1.2.1开式压力机：也称冲床，应用最为广泛。开式压力机多为立式，图3（开式压力机冲床）。（图1.2）
机身呈C 形，前、左、右三面敞开, 结构简单、操作方便、机身可倾斜某一
角度, 以便冲好的工件滑下落入料斗, 易于实现自动化。但开式机身刚性较差，影响制件精度和模具寿命，仅适用于40～4000千牛的中小型压力机。
1.2.2 闭式压力机：机身呈框架形（图1.3 [闭式压力
图1.3
机]），机身前后敞开，刚性好，精度高，工作台面的尺寸较大，适用于压制大型零件，公称工作力多为1600～60000千牛。冷挤压热模锻和双动拉深等重型压力机都使用闭式机身。
按应用特点分 ： 有双动拉深压力机、多工位自动压力机、回转头压力机、热模锻压力机和冷挤压机。
双动拉深压力机:它有内、外两个滑块, 用于杯形件的拉深成形。拉深前外滑块首先压紧板料外缘，然后内滑块带动凸模拉深杯体，以防板坯外缘起皱。拉深完成后内滑块先回程，外滑块后松开。内外滑块公称工作力之比为（1.7～1）:1。 料依次自动向下一工位移动。在压力机的一次行程中，各工位同时进行各道成形工序，制成一个工件。
回转头压力机：在滑块与工作台之间设有可装置数十组模具的回转头，可按需要选用模具。坯料放在模具上而不再移动。每次行程完毕，回转头转动一个位置，完成一道工序。这种压力机定位精度高，便于调整产品，一机多用，多用于冲制仪器底板和面板等。回转头压力机可配上数控系统，根据编好的指令选用模具和板材成形部位，自动完成复杂的冲压工作。
热模锻压力机：用于模锻件生产。机身刚度大，导向面长, 承受偏载能力强。过去多用曲柄连杆机构, 为提高刚性多已改用双滑块式和楔式。双滑块式结构较简单，重量轻；楔式结构支承面积大，但传动效率低。模锻时滑块在下止点附近
容易卡死（俗称闷车），所以设有脱出装置。机械中有上下顶出装置，能实现多模膛锻造, 锻件精度较高，适于大批量生产。最大规格为160兆牛。
冷挤压机：用于冷、温态挤压金属零件，如枪弹壳、牙膏管等。冷挤压机一般是立式的，特点是刚度好，导向精度高，工作压力大，工作台面小，工作行程长。曲柄压力机的曲柄连杆机构作用是它不但能使旋转运动变成往复直线运动，同时还能起力的放大作用。
开式曲柄压力机和闭式曲轴压力机各自特点：开式曲柄压力机的C 形床身三面敞开，特别适用于大张板料边缘的冲压加工。但这种形式的床身结构本身刚性较差，因而所能承受的载荷较小。闭式曲轴压力机的框架结构受立柱的限制，工作台面积有限，操做空间小，因而对冲压件的周边尺寸有一定的限制。框架形结构床身：在结构上，开式曲柄压力机的床身呈C 形结构，由连杆将偏片心轴的回转运动转变为滑块的上下往复运动。闭式压力机的床身成框架形结构，由曲柄代替了偏心轴。
1.3 曲柄压力机的组成。
1.3.1 机身
机身由床身、底座和工作台三部分组成，工作台上的垫板用来安装下模。机身大多为铸铁材料，而大型压力机采用钢板焊接而成。机身首先要满足刚度、强度条件，有利于减振降噪，保证压力机的工作稳定性。
1.3.2 动力传动系统
动力传动系统由电动机、传动装置（齿轮传动或带传动）以及飞轮组成，其中电动机和飞轮是动力部件。在压力机的空行程，靠飞轮自身转动惯量蓄积动能；在冲压工件瞬间受力最大时，飞轮放出蓄积的能量，这样使电动机负荷均衡，能量利用合理，减少振动。有的冲压机利用大齿轮或大皮带轮起到飞轮的作用。
1.3.3 工作机构
工作机构是曲轴、连杆和滑块组成曲柄连杆机构。曲轴是压力机最主要部分，它的强度决定压力机的冲压能力；它不但能使旋转运动变成往复直线运动，同时还能起力的放大作用。连杆是连接件，它的两端与曲轴、滑块铰接；装有上模的滑块是执行元件，最终实现冲压动作。输入的动力通过曲轴旋转，带动连杆上下摆动，将旋转运动转化成滑块沿着固定在机身上导轨的往复直线运动。
1.3.4 操纵系统
操纵系统包括离合器、制动器和操纵机构。离合器和制动器对控制压力机的间歇冲压起重要作用，同时又是安全保证的关键所在，离合器的结构对某些安全装置的设置产生直接影响。操纵装置一般采用脚踏开关。
压力机工作过程中，可能由于材料、模具、设备、操作等问题出现超载；由于滑块和上模的自重导致下降速度过快，对零件产生撞击；或由于制动器失灵、连杆折断，导致滑块坠落而引发事故。为此，应在压力机上采用一些保护性技术措施。
1.4 压力机选择
1.4.1 压力机类型的选择
(1）中、小型冲压件 选用开式机械压力机；
(2）大、中型冲压件 选用双柱闭式机械压力机；
(3）导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机；形模等。
(4）大量生产的冲压件 选用高速压力机或多工位自动压力机；
(5）校平、整形和温热挤压工序 选用摩擦压力机；
(6）薄板冲裁、精密冲裁 选用刚度高的精密压力机；
(7）大型、形状复杂的拉深件 选用双动或三动压力机；
(8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序，多采用液压压力机。
1.4.2 压力机规格的选择
(1）公称压力
压力机滑块下滑过程中的冲击力就是压力机的压力。压力的大小随 滑块下滑的位置不同，也就是随曲柄旋转的角度不同而不同，如图1.5中曲线1所示。
压力机的公称压力----我国规定滑块下滑到距下极点某一特定的距离Sp•（此距离称为公称压力行程，随压力机不同此距离也不同，如JC23-40规定为7mm,JA31-400规定为13mm ，一般约为（0.05～0.07•）滑块行程）或曲柄旋转到距下极点某一特定角度α（此角度称为公称压力角，随压力机不同公称压力角也不相同）时，所产生的冲击力称为压力机的公称压力。公称压力的大小，表示
压力机本身能够承受冲击的大小。压力机的强度和刚性就是按公称压力进行设计的。
压力机的公称压力与实际所需冲压力的关系----冲压工序中冲压力的大小也是随凸模（或压力机滑块）的行程而变化的。在图1.5中曲线2、3分别表示冲裁、拉深的实际冲压力曲线。从图中可以看出两种实际冲压力曲线不同步，与压力机许用压力曲线也不同步。在冲压过程中，凸模在任何位置所需的冲压力应小于压力机在该位置所发出的冲压力。图中，最大拉深力虽然小于压力机的最大公称压力，但大于曲柄旋转到最大拉深力位置时压力机所发出的冲压力，也就是拉深冲压力曲线不在压力机许用压力曲线范围内。故应选用比图中曲线1所示压力更大吨位的压力机。因此为保证冲压力足够，一般冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30%左右。拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60%～100%。
图1.5曲柄压力机特性曲线
1─压力机许用压力曲线；2─冲裁工艺冲裁力实际变化曲线；3─拉深工艺拉深力
实际变化曲线
（2）滑块行程长度
滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。选择压力机时，滑块行程长度应保证毛坯能顺利地放入模具和冲压件能顺利地从模具中取出。特别是成形拉深件和弯曲件应使滑块行程长度大于制件高度的2.5～3.0倍。
(3）行程次数
行程次数即滑块每分钟冲击次数。应根据材料的变形要求和生产率来考虑。
(4）工作台面尺寸
工作台面长、宽尺寸应大于模具下模座尺寸，并每边留出60～100mm ，以便于安装固定模具用的螺栓、垫铁和压板。当制件或废料需下落时，工作台面孔尺寸必须大于下落件的尺寸。对有弹顶装置的模具，工作台面孔尺寸还应大于下弹顶装置的外形尺寸。
(5）滑块模柄孔尺寸
模柄孔直径要与模柄直径相符，模柄孔的深度应大于模柄的长度。
(6）闭合高度
压力机的闭合高度----是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面（即垫板下平面）之间的距离。
压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化。当连杆调至最短（对偏心压力机的行程应调到最小），滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最大闭合高度；当连杆调至最长（对偏心压力机的行程应调到最大），滑块处于下止点，滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最小闭合高度。
压力机的装模高度----指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。没有垫板的压力机，其装模高度等于压力机的闭合高度。
模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。
模具闭合高度与压力机装模高度的关系，见图1.6。
理论上为： Hmin-H1≤H≤Hmax－H1
亦可写成： Hmax-M－H １≤H≤Hmax－H １
式中： H——模具闭合高度；
Hmin——压力机的最小闭合高度；
Hmax——压力机的最大闭合高度；
H１——垫板厚度；
M——连杆调节量；
Hmin－H １——压力机的最小装模高度；
Hmax-H１——压力机的最大装模高度。
由于缩短连杆对其刚度有利，同时在修模后，模具的闭合高度可能要减小。因此一般模具的闭合高度接近于压力机的最大装模高度。所以在实用上为： Hmin-H １＋10≤H≤Hmax-H １－
5
图1.6
(７）电动机功率的选择
必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需要的功率。常用压力机的技术参数可查阅相关手册。
1.5 过载保护装置。
1.5.1 压塌式过载保护装置
根据破坏式保护原理，在传动链中人为制造一个机械薄弱环节。当发生超载时，这个薄弱环节首先破坏，切断传动线路，使动力不能继续输入，后续机构运动停止，从而保护后续主要受力件不遭到损坏。压力机常用压塌块作为机械薄弱环节，保护主要受力件曲轴免受超载造成的破坏。
图1.7 压塌块过载保护装置的安装位置
1-连杆体 2-调节螺杆 3-支承座 4-滑块 5-压塌块
压塌块一般装在滑块球铰与滑块之间的部位（见图1.7），当压力机过载时，压榻块a ，b 两处的圆形截面首先剪切破坏，使连杆相对于滑块滑动一段距离，触动开关，将控制线路切断，压力机停止运转，保障机器安全。压塌块有双剪切面和单剪切面两种，以双剪切面的为例，压塌块儿何尺寸的确定原则是将a ，b 两处剪切面积设计得相同（见图1.8），以使两剪切面同时破坏。保护装置的破坏载荷约为额定载荷的125%左右，设两截面各承受一半工作载荷。剪切面设计参数计算公式为： F =τP g a da =τP g b db
式中:a,b--压塌块的两剪切断面面积；
da,db--a,b 截面处的直径；
τ--材料剪切强度极限；
Pg--压力机的公称压力。
图1.8 压塌块过载保护装置
压塌式过我保护装置的缺点是不能准确地限制过载力，因为压塌块的破
不仅由作用在它上面的外力决定，同时还与压塌块的材料疲劳有关。
1.6 滑块导轨
一种压力机滑块导轨装置用于在一个周期中引导滑块。滑块导轨装置可以消除偏心力错位，并且防止滑块与导轨之间偏心接触。滑块包含至少一个第一球瓦，其具有至少一个第一导向面。导轨包含与第一导向面面对着的至少一个第一滑动面。在操作过程中，球瓦相对于滑块转动，以提供出第一导向面与滑动面之间的自动平面对正功能。一个楔块支承着导轨，以使导轨能够快速和容易地对正滑块。
1.7压力机的精度等级
压力机的精度通常是以其静态精度和刚性来表示，静态下的精度等级，可按日本 JIS 压力机静态精度指标规定划分为特级、1级、2级、3级。对压力机来说静态
等级是个主要因素，但压力机的刚性也是一个不可忽视的重要因素，这就是压力 机的强度问题。
压力机通过冲模对材料施加超过屈服点的足够压力，在公称压力下压力机虽然不 破坏，但是床身的伸长和工作台的挠度等各部位弹性变形对冲压加工也有很大影 响。因此，最好在压力机静态精度上增加动态特性，在冲裁力的作用下，台面、 曲轴、床身产生变形，C 型压力机产生开口等使其静态精度破坏，把这时的精度 称为动态精度。由动态精度的好坏来决定压力机等级。动态精度与压力机各部分 的刚性直接相关，刚性好的压力机动态精度高。目前国外已生产了刚性很高的压 力机，其动态精度仍可控制在静态精度范围内。如表1中，在压力机的静态精度 下，把刚性好的划分为A 特级、A1级、A2级，刚性一般的划分为B 特级、B1 级、B2级。
表1.1冲床静态精度指标(mm)
这样以刚性为基础的静态精度等级是有区别的。如A2级，B1级这样的区别说明压力机等级对制件就有不同影响。AB 的级别由加工压力达到公称压力时，比较刚性来决定。刚性随着加工压力的大小变化，在公称压力1000kN 的B 级压力机，只用500kN 压力进行冲压加工时，具有与公称压力500kN 的A 级压力机在公称压力进行冲压加工时相同或大于它的刚性，所以在大型压力机上安装小冲模，压力机的刚性当然好。还有在公称压力，工作台面积和行程长度等主要参数大致相同的压力机，重量大的刚性好。
压力机在承受负荷的同时要产生变形，如图1所示。必须根据变形量来决定
压力机能力。例如，精密冲裁加工时必须在压力机加工能力的50%以下进行。即使一般的冲裁，超过其能力80%时，就不能保证模具间隙的均匀。精度高的压力机能延长模具寿命，所生产的冲压件的质量也好。
第二章 曲柄压力机总体方案的设计
2.1曲柄压力机的技术参数
本设计采用的设计类型为开式单点。
表2.1 曲柄压力机技术参数
2.2确定传动系统的布置方式
由于上传动的曲柄压力机重量轻，成本较低，安装维修都比较方便，地基较为简单，该设计采用上传动的布置方式
2.3控制的确定
由于工艺上要求曲柄压力机的滑块每往返一次后，能够在上死点附近下停
来，以便取出工件和送料，同时在调整模具时也需要滑块作少量的移动，故在压力机传动系统中，需要安装一制动器和一离合器。本设计选用浮动嵌块式的摩擦离合器和圆盘式制动器。
2.4电动机的选择以及传动比的计算与分配
2.4.1电动机功率的确定
N =KP g (KN )
=630⨯0. 01=6. 3(KN )
（K 为系数，取0.01，P g 为压力机公称压力，单位为KN ）
根据《机械设计课程设计》重庆大学出版社表2—8，因为本设计采用二级传动（第一级为带传动，第二级为齿轮传动），故电机的同步转速为1000r/min,即查得电机相应参数为：
电机型号：Y160M —6 额定功率：7.5KW
满载转速：n=970r/min 起动转矩T=2.0
电动机轴伸出端直径d=42
电动机轴伸出端安装尺寸 110
电动机中心高度 160
电动机外形尺寸长´ 宽´ 高=600´325´335
2.4.2 传动比的计算与分配
根据满载转速和滑块行程次数得总传动比i
i =970=12.125 80
第一级为带传动i 1=3.25 (2＃i 1
第二级为齿轮传动i 2=3.73 (3＃i 24 ) 5)
2.5曲柄压力机的主要组成部分
（1）主要由偏心连杆和滑块组成的工作机构
（2）由电动机、皮带轮、皮带、飞轮等组成传动系统
（3）制动器、离合器和机身等
2.6 曲柄压力机传动原理图
曲柄压力机传动原理图
图2.1
第三章 曲柄滑块的受力分析
3.1 滑块的位移与曲柄转角的关系
滑块经连杆与曲柄连接，滑块的位移与曲柄转角之间存在一定的规律，这
个规律可由下图之间的几何关系得出：
S B =OB 1-OB =OB 1-OA +AB
- =R (1c o q s +) L -(1a c o s
L (1-c o s a ) （1） R )
令=R (1-c o s q )+L =l （l 为连杆系数）代入 （1）式得： R
1q )+(1-c o s a ) （2） S B =R (1-c o s l
在D OAB 中求得：
Sin a =AA 1RSinq =l sin q （3）= L L
因为cos a =将（3）式代入此式，
即：cos a = （4）
将（4）代入（2）得
S B =R (1-cos q )+1(1-cos a ) （5） l
根据二项多项式公式将
l 小于0.25，展开后取
1前二项已经有足够的精确度，所以-lSin 2q =1-l 2Sin 2q ，将次式代入（5）得： 2
q )+ S B =R (1-c o s l (1-c o s 2q ) （6） 4
由图可知，S 为滑块行程为100mm ，R 为曲柄半径，当q =900时，S B =R =S 100==50，l 的近似值一般在0.05~0.45，常用l £0.2，现在取22
l =0.1，即l =R R 50? L ===500L
0. 10. 1
图3.1曲柄连杆运动简图
3.2滑块的速度与曲柄转角关系
S B =R (1-cos q )+(1-cos 2q )
按照微分原理，对位移S B 对时间t 求导数，可以得到滑块速度u B ，即： u B =dS B dS B dq =∙ dt dq dt
l
2d q s i q n ) （7） dt l 4n + =R (s i q
式中d q 是曲柄的角速度w ，虽然压力机在工作行程时，曲柄的角速度会dt
减慢，但是由于这个变化小，在计算滑块速度时候，仍然可以将角速度看作常数