刀杆式手动压机设计

1 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，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

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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。

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2 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

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3 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

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

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u?1ZKT1?3(E)2 d1t??u[?H]d

1）假设齿轮的分度圆直径为d, 则齿轮的扭矩为：

d T1000?9.8??4900d1?2

式中，d1t是齿轮的分度圆直径，K为载荷系数，?d是齿宽系数，ZE是材料的弹性影??H?为接触疲劳许用应力。响系数，应力循环次数为：

3?300?16?3600?65 N??4.32?10120

根据参考文献【2】图10—21的接触疲劳寿命系数为：

2）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

K1.55HN? 3)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

K??1.55?750HNlim [?]???1162.5MpHas1

4)查参考文献【2】表10—7，齿宽系数取?d?0.9

2 5)查参考文献【2】表10—6，材料的弹性影响系数为Z 189.8MPaE?1 6）齿轮与齿条啮合的传动比u ??? 7）计算齿轮分度圆直径

u?1KT1.3?4900d189.822E?Z3mm d?2.32?()?2.32?()?48.5381tu0.91162.5dH3

??b 8）计算齿宽余齿高之比

h 齿宽

齿高

d48.5381tm???2.426tz20

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