1353-棘輪型手動壓力機的設計

1353-棘輪型手動壓力機的設計,棘輪,手動,壓力機,設計 畢業(yè)設計（論文）開題報告題目 棘輪手動壓機設計專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化班 級 學 號 068105332學 生 姓 名 楊 冰指 導 教 師 袁 寧填 表 日 期 2010 年 3 月 15 日一、選題的依據(jù)及意義：畢業(yè)設計（論文）選題的原則要根據(jù)教學計劃中所制定的培養(yǎng)目標要求，能達到綜合訓練為目的，有利于培養(yǎng)學生獨立工作能力，鞏固和提高所學知識。應盡量選擇既滿足教學基本要求，又結合生產、科研實際的題目。可根據(jù)學生的特點，結合個人的實際工作選擇題目。機械產品設計類型依據(jù)特點分為開發(fā)型、改進型、技術引進等三種類型。機械產品設計要求具有有效性、經濟性、工藝性和外觀質量。 題目類型 主要包括:機械設計類、工藝工裝設計類、機電產品設計、液壓系統(tǒng)及裝置設計、電氣控制系統(tǒng)設計等。 (所有專業(yè)課程的內容，結合生產實際都行) 題目示例 60 噸壓力機液壓系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設計 壓力機機械結構設計，液壓系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計。由于我國壓力機技術相比國外落后點，大型的壓力機和用于數(shù)控的比較欠缺，作為在校大學生，我就選棘輪式手動壓力機。手動壓力機制造簡單，操作方便，造價費用低廉。在更多的方面大型的壓力機起不到作用。所以選棘輪式的是對棘輪機構有所掌握。依據(jù)：（1）體現(xiàn)我國機械加工中冷壓工藝的實際發(fā)展需要 直接面向我國機械加工的當前實際，考慮今后發(fā)展趨向；壓力機在制造領域和應用領域的重要地位，努力實現(xiàn)標準化與自動化。 （2）滿足畢業(yè)設計的內容規(guī)定要求 機械專業(yè)畢業(yè)設計內容包含初步設計和技術設計兩大部分。畢業(yè)設計不是相關課程設計內容的簡單組合與重復，否則將對完成基本訓練和培養(yǎng)獨立工作能力極為不利。設計題目具有較完整的設計原始資料，包括所要設計的設備的原始數(shù)據(jù)（工作壓力、底座尺寸、壓力機高度、最大工作行程等）相關使用要求、運動分析、總體強度受力分析、齒條工藝規(guī)程設計、成本核算等，這些原始資料都來自實有機械設備的設計實踐。 （3）適應專業(yè)科技知識的實際水平 由于學時有限，在校所學專業(yè)課程知識的深、廣度難以滿足中型、大型設備設計工作的需要。畢業(yè)設計題目的規(guī)模和內容幅度，是從大多數(shù)學生能掌握的專業(yè)科技知識的實際水平出發(fā)，所要設計的設備型號以小型為主，工作壓力也在考慮范圍內，以中小負荷為主等。意義：（1）培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計思想，通過課題研究回顧、總結大學三年所學。在以后工作中,能更快速地提高專業(yè)技術；（2）綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決一個問題。使自己的實踐動手、動筆能力得到鍛煉；（3）為工作時候的產品開發(fā)、改進打下基礎；（4）掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識的能力。二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢：棘輪型手動壓力機是機械壓力機中具有代表性的一類加工設備，該類設備結構堅固，提高生產效率，且具有操作方便、動作靈活，經久耐用等特點。它廣泛應用于家電業(yè)、電子工業(yè)、電器端子、鐘表工業(yè)、照相機、微型馬達等制造及零部件裝配，最適用小零部件之壓入、成型、裝配、鉚合、打印、沖孔、切斷、彎曲、印花等工作要求。它的用戶幾乎包羅了國民經濟各部門，量大面寬?，F(xiàn)在我國經濟建設蓬勃發(fā)展，壓力機的使用從大型工廠到私人手工作坊，幾乎在涉及到零件冷壓工藝的地方都可以見到。壓力機種類繁多，型式多樣，工作壓力小到幾十公斤，大到幾噸；精密程度也有很大的差別，價值由幾百元到上萬元不等。棘輪機構　　棘輪機構ratchet and pawl由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構。它將連續(xù)轉動或往復運動轉換成單向步進運動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉動。為了確保棘輪不反轉，常在固定構件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構、齒輪機構和擺動油缸等實現(xiàn)，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅動棘爪的。棘輪每次轉過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅動機構的結構參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調節(jié)，也可以在運轉過程中加以調節(jié)。如果希望調節(jié)的精度高于一個棘齒所對應的角度，可應用多棘爪棘輪機構。棘輪機構工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。棘輪機構常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉工作臺的轉位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機構用于單向驅動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉。棘輪機構基礎知識1 棘輪機構(ratchet mechanism)的基本型式和工作原理圖示為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅動棘爪用轉動副相聯(lián)。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。2 棘輪機構的分類方式有以下幾種：按結構形式分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構齒式棘輪機構結構簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合適的驅動機構實現(xiàn)。該機構的缺點是動程只能作有級調節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。齒式棘輪機構 摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。特點是傳動平穩(wěn)、無噪音；動程可無級調節(jié)。但因靠摩擦力傳動，會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高。適用于低速輕載的場合。按嚙合方式分外嚙合棘輪機構和內嚙合棘輪機構外嚙合式棘輪機構的棘爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內嚙合棘輪機構的棘爪或楔塊均在棘輪內部。外嚙合式棘輪機構由于加工、安裝和維修方便，應用較廣。內嚙合棘輪機構的特點是結構緊湊，外形尺寸小。外嚙合式棘輪機構 內嚙合式棘輪機構按從動件運動形式分單動式棘輪機構、雙動式棘輪機構和雙向式棘輪機構　　單動式式棘輪機構當主動件按某一個方向擺動時，才能推動棘輪轉動。雙動式棘輪機構，在主動搖桿向兩個方向往復擺動的過程中，分別帶動兩個棘爪，兩次推動棘輪轉動。雙動式棘輪機構常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。雙動式棘輪機構以上介紹的棘輪機構，都只能按一個方向作單向間歇運動。雙向式棘輪機構可通過改變棘爪的擺動方向，實現(xiàn)棘輪兩個方向的轉動。圖示為兩種雙向式棘輪機構的形式，雙向式棘輪機構必須采用對稱齒形。雙向式棘輪機構3 棘輪機構的應用棘輪機構的主要用途有：間歇送進、制動和超越等，以下是應用實例。1) 間歇送進圖示為牛頭刨床，為了切削工件，刨刀需作連續(xù)往復直線運動，工作臺作間歇移動。當曲柄 1 轉動時，經連桿 2 帶動搖桿 5 作往復擺動；搖桿 5 上裝有雙向棘輪機構的棘爪 3，棘輪 4 與絲杠 6 固連，棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉動，從而使螺母（即工作臺）作間歇進給運動。若改變驅動棘爪的擺角，可以調節(jié)進給量；改變驅動棘爪的位置（繞自身軸線轉過 180°后固定） ，可改變進給運動的方向。2) 制動圖示為杠桿控制的帶式制動器，制動輪與外棘輪 2 固結，棘爪 3 鉸接于制動輪4 上 A 點，制動輪上圍繞著由杠桿 5 控制的鋼帶 6。制動輪 4 按逆時針方向自由轉動，棘爪 3 在棘輪齒背上滑動，若該輪向相反方向轉動，則 4 輪被被制動。3) 超越圖示的棘輪機構可以用來實現(xiàn)快速超越運動。運動由蝸桿傳到蝸輪，通過安裝在蝸輪上的棘爪 3 驅動棘輪固連的輸出軸 5 按圖示方向慢速轉動。當需要軸快速轉動時，可按輸出軸的方向快速轉動輸出軸上的手柄，這時由于手動轉速大于蝸輪轉速，所以棘爪在棘輪齒背滑過，從而在蝸輪繼續(xù)轉動時，可用快速手動來實現(xiàn)輸出軸超越蝸輪的運動。4 棘輪機構的設計要點棘輪機構的設計主要應考慮：棘輪齒形的選擇 、模數(shù)齒數(shù)的確定 、齒面傾斜角的確定 、行程和動停比的調節(jié)方法　　現(xiàn)以齒式棘輪機構為例，說明其設計方法1) 棘輪齒形的選擇圖示為常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當棘輪機構承受的載荷較小時，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構。2) 模數(shù)、齒數(shù)的確定與齒輪相同，棘輪輪齒的有關尺寸也用模數(shù) m 作為計算的基本參數(shù)，但棘輪的標準模數(shù)要按棘輪的頂圓直徑 da 來計算。m = da/z棘輪齒數(shù) z 一般由棘輪機構的使用條件和運動要求選定。對于一般進給和分度所用的棘輪機構，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉角來確定棘輪的齒數(shù)（z ≤250，一般取 z = 8～30） ，然后選定模數(shù)。3) 齒面傾斜角的確定棘輪齒面與徑向線所夾 α 稱為齒面傾斜角。棘爪軸心 O1 與輪齒頂點 A 的連線O1A 與過 A 點的齒面法線 nn 的夾角 β 稱為棘爪軸心位置角。為使棘爪在推動棘輪的過程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應滿足棘齒對棘爪的法向反作用力 N 對 O1 軸的力矩大于摩擦力 Ff 沿齒面）對 O1 軸的力矩，即N·O1Asinβ > Ff ·O1Acosβ則 Ff/N tan即 β >式中 f 和分別為棘爪與棘輪齒面間的摩擦系數(shù)和摩擦角，一般 f 取 0.13 ～0.2。5. 行程和動停比的調節(jié)方法1）采用棘輪罩通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實現(xiàn)棘輪轉角大小的調整。2）改變擺桿擺角通過調節(jié)曲柄搖桿機構中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，從而實現(xiàn)棘輪機構轉角大小的調整。3） 采用多爪棘輪機構要使棘輪每次轉動的角度小于一個輪齒所對應的中心角 γ 時，可采用棘爪數(shù)為m 的多爪棘輪機構。如 n=3 的棘輪機構，三棘爪位置依次錯開 γ/3 ，當擺桿轉角 Ф1 在γ≥Ф1≥γ/3 范圍內變化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉動相應角度 Ф2為 γ≥Ф2≥γ/3 范圍內 γ/3 整數(shù)倍。我國許多企業(yè)自“八五” 以來，通過技術攻關、自行設計，以及從德國舒勒、美國維爾森、日本小松等著名公司引進設計制造技術，或采取與國外廠商合作生產的方式，將國內壓力機的技術水平提升到了國際先進水平。目前國內生產的一些大型機械壓力機及其生產線已跨出國門，走向世界。小型手動壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和制件質量。但是它成本低、操作方便，容易安裝機械化裝置。并且由于手動壓力機總體處于質量穩(wěn)定、大批量廉價市售狀態(tài)，由國情決定，其市場需求量仍將保持在一個較高的水平。冷壓設備質量的好壞，它直接影響到設備的安全和合理使用，也關系到生產中產品質量、生產效率及成本，以及模具壽命等一系列重要問題。隨著科學技術的發(fā)展，壓力機的精度也有了相當大的提高：（1）小型高速精密壓力機主要用于生產電傳打字機、復印機、照相機等較厚的精密制件。其制件的種類、材料厚度、沖壓工藝的難度、形狀及尺寸各異，種類較多?？倝毫σ话悴怀^ 2500kN。該壓力機采用滑塊式機械傳動，剛性好，導向精度高，適應性強，工作可靠，操作維修方便，應用較廣。法因圖爾（Feintool AG LYSS）公司是目前世界上最大的精密壓力機生產廠商。（2）步沖壓力機是由計算機數(shù)控，并帶有模具庫的數(shù)控壓力機，它不但能自動進行板料制作，而且還可以利用步沖輪廓的特性，突破傳統(tǒng)加工離不開專用模具的概念，具有很大的通用性。目前已發(fā)展到帶有激光切削，進一步降低了對于模具的依賴。日本的天田、村田公司和德國的通快機械公司更生產的設備都是集切、步沖、成形和等離子切割于一體的通用數(shù)控壓力機。（3）BEAT 系列高速壓力機。由日本京利公司制造的 BEAT 系列高速壓力機，其結構特點為四柱框架式結構，送料器按壓力機的大小專門配備，送料精度高。適用于集成電路、接插件、高頻頭及小型、超小型電機的定子、轉子等制件的生產。（4）A2 系列高速壓力機。德國舒勒公司制造的 A2 系列高速壓力機，A2 系列壓力機共有從 500～4000kN 十個規(guī)格，采用框架式機架，結構緊湊。壓力機設有凸輪式精密自動送料裝置。適用于電器小零件的加工，不適宜于淺拉深。 （5）BSTA 與 FP 系列高速壓力機。日本三井公司生產的 BSTA 系列高速壓力機和山田公司生產的 FP 系列高速壓力機結構類似，精度高。適用于中、小型制件的彎曲、淺拉深等較精密的工藝。當與材料開卷機、矯平機及自動送料裝置、以及收卷機等聯(lián)合使用后，對于像集成電路的引線框架一類的平板型制件，此類壓力機具有很高的生產率。（6）SP 系列高速壓力機。日本山田公司生產的 SP 系列高速壓力機為小型壓力機，適用與電子工業(yè)的接插件、電位器、電容器等小型電子元件的制件生產。（7）脈沖星型（普爾薩型）超高速精密壓力機。美國明斯特公司生產的脈沖星型（普爾薩型）超高速壓力機，其結構特點是：機架為框架式，運動平穩(wěn)，精度高，模具的閉合高度調整用數(shù)字顯示等。該壓力機不僅速度高，而且運動精密，可制作出高精密的制件。它是專門為集成電路引線框等導線板和終端接頭等精密制件設計的。（8）多工位自動傳遞壓力機。我國目前引進的大多是日本旭精機公司生產的 TP系列多工位自動傳遞壓力機，其特點是結構緊湊，集約程度高。該型壓力機還可配置多種附屬裝置，以滿足不同類型的精密、復雜制件的自動連續(xù)加工，主要加工小型拉深件。三、研究內容及實驗方案： 內容：（1）開題報告；（2）總體設計；（3）常規(guī)設計；（4）成本核算；（5）箱體工藝規(guī)程設計；（6）編寫畢業(yè)設計說明書；（7）外文資料翻譯。方案：（1）獨立思考，繼承和創(chuàng)新設計時，要認真閱讀參考資料，繼承或借鑒前人的設計經驗和成果，但不能盲目地全盤抄襲，應根據(jù)具體的設計條件和要求，獨立思考，大膽地進行改進和創(chuàng)新。只有這樣，才能做出高質量地設計。 （2）全面考慮機械零部件地強度、剛度、工藝性、經濟性和維護等要求任何零部件的機構和尺寸，除去考慮它的強度剛度外，還應該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經濟性要求、使用要求等才能確定。（3）采用“三邊”設計方法機械設計中，多數(shù)零件可以由計算確定零件的基本尺寸，再通過草圖設計決定其具體結構和尺寸；而有些零件，則需先經初算和繪草圖，得出初步符合設計條件的基本結構尺寸，然后再進行必要得計算，根據(jù)計算的結果，再對結構和尺寸進行修改。因此，計算和畫圖互為依據(jù)，交叉進行。這種邊計算、邊畫圖、邊修改的“三邊”設計方法是經常采用的方法。（4）使用標準和規(guī)范設計時應盡量使用標準和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設計工作量、節(jié)省設計時間，對于國家標準或部門規(guī)范，一般都要嚴格遵守和執(zhí)行。因此，課程設計中，凡是有標準或規(guī)范的，應該盡量采用。四、目標、主要特色及工作進度目標：（1）通過畢業(yè)設計，提高并鞏固所學的理論知識；（2）通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)自己科學，嚴謹，實務和創(chuàng)新的 工作作風；（3）通過畢業(yè)設計，綜合利用自己所學的理論知識，分析解決工作中遇到的問題；（4）為工作時候的產品開發(fā)、改進打下基礎；（5）培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的態(tài)度。特色：（1）協(xié)調性整個機器由許多零件組成，雖然各零件的功能不同、性能各異，但它們在組合時必須按照機器整體功能的需要。因各個零件都是為了共同實現(xiàn)整體的目標，所以，各零件應該有機地聯(lián)系在一起。一個系統(tǒng)的好壞，最終要由其整體功能來體現(xiàn)。若各個子系統(tǒng)設計合理、能協(xié)調工作，系統(tǒng)運行后的整體功能會大于各子系統(tǒng)功能的簡單代數(shù)和，即符合系統(tǒng)的增益規(guī)律。若各個子系統(tǒng)設計不合理，導致各部分間存在矛盾，組成的系統(tǒng)運行后會出現(xiàn)內耗，從而造成整體功能小于各部分的功能之和。因此，性能不匹配或達不到整體目標的設計，無論其局部的功能和性能設計的多么好，都是失敗的設計。（2）相關性構成整個系統(tǒng)的各要素之間也是互相關聯(lián)的，它們之間有著相互作用、相互制約的特定關系。某個要素性能的變化將影響對相關要素的作用，從而對整個系統(tǒng)產生影響。（3）內外結合性任何系統(tǒng)必定存在于一定的社會和物質環(huán)境中，機械系統(tǒng)也不例外。環(huán)境的變化必將引起系統(tǒng)輸入的變化，從而也將導致其輸出的變化。應在調查研究的基礎上，搞清外部環(huán)境對該機械系統(tǒng)的作用和影響。如市場對該機械的要求（功能、價格、數(shù)量、尺寸、重量、工期和外觀等）和約束條件（基金、材料、設備、技術、使用環(huán)境、基礎和地基以及法律與政策等） ，這些都對內部設計有直接的影響，影響其可行性、經濟性、可靠性和使用壽命等指標，在進行總體方案設計時，必須考慮這些影響。否則，可能導致設計失敗。同時，也不能忽略內部系統(tǒng)對外部環(huán)境的作用和影響，如系統(tǒng)運行后或產品投產后對周圍環(huán)境的影響，對操作人員的影響等。內部系統(tǒng)與外部環(huán)境相一致是系統(tǒng)設計的另一特點。它可以使設計盡量做到周密、合理，少走彎路，避免不必要的返工和浪費。從而，以盡可能少的投資獲取盡可能大的效益。進度：畢業(yè)設計（論文）工作內容及完成時間：1)查閱資料，英文資料翻譯（6000 字符）撰寫開題報告； 2 周2)總體設計繪制總圖 7 周3)箱體工藝規(guī)程 2 周4)成本核算 1 周5)編寫設計說明書（畢業(yè) 論文） 2 周6)畢業(yè)設計審查，畢業(yè)答辯 1 周五、參考文獻（1）機械設計手冊 第 4 卷 液壓、氣動與液力傳動與控制 北京：機械工業(yè)出版社 2004（2）沈紉秋主編《工程材料與制造工藝教程》 北京：航空工業(yè)出版社 1991.5（3）張鼎承主編 沖壓機械化與自動化 北京:機械工業(yè)出版社 1982（4）[日]日本塑性加工學會編 壓力加工手冊 北京:機械工業(yè)出版社 1984（5）德國 OPTIMA 夾緊技術公司產品樣本 沖鍛壓模具的快速夾緊 2001（6）Pearce,R.Sheet Matal Forming,Bristol、philadelphia:Adam hilger c1991（7）青島市機械系統(tǒng)翻譯網譯 青島市機械工業(yè)局科技情報站 1985（8） 濮良貴、紀名剛主編《機械設計》第八版 北京：高等教育出版社，2006.5.（9） 孟憲源 姜琪編著?機構構型與應用? 機械工業(yè)出版社（10）清華大學何德譽主編?專用壓力機? 機械工業(yè)出版社（11） 趙呈林主編?鍛壓設備? 西北工業(yè)大學出版社