616 螺旋壓力機(jī)設(shè)計(jì)【CAD圖+說(shuō)明書+PPT+中英文翻譯】

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Widely used in metal forging, sizing processing, etc. This paper mainly introduces the general situation of the development of the electric screw press and working principle, and compared with other types of screw press, showed the electric screw press the advantages of simple structure, convenient operation. The electric screw press has a simple structure, convenient operation; High precision, good in usability, good reliability, etc. In this paper, through to this design adopts the working principle of the switched reluctance motor is introduced and the performance analysis, highlight to liquidate the superiority of the design of the electric screw press. After the material and the performance of the helical gear, and the final choice of prime mover types, design conforms to the workshop for pressure correction and demolition of the electric screw press, its easy operation, simple structure, meet the design requirements. KEYWORDS：Switch reluctance motor, transmission device, pressure calibration and installation 目錄 第一章 緒論 4 1.1 螺旋壓力機(jī)概述 4 1.2 螺旋壓機(jī)的發(fā)展史 4 1.3 螺旋壓力機(jī)的特點(diǎn) 4 1.4 螺旋壓力機(jī)發(fā)展趨向 5 1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟 6 第二章 螺旋壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)類型選擇 7 2.1 摩擦螺旋壓力機(jī) 7 2.2 液壓螺旋壓力機(jī) 8 2.3 離合器式螺旋壓力機(jī) 8 2.4 電動(dòng)螺旋壓力機(jī) 9 2.4.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的分類 9 2.4.2 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的特點(diǎn) 10 2.5 性能分析 10 第三章 螺旋傳動(dòng)主要參數(shù)計(jì)算 12 3.1 螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用和類型 12 3.2 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13 3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟: 15 3.3.1 螺旋機(jī)構(gòu)耐磨性的計(jì)算 15 3.3.2 螺母螺紋牙的計(jì)算 18 3.3.3 螺桿強(qiáng)度的校核 21 3.3.4 螺桿穩(wěn)定性的校核 22 3.3.5 自鎖性的校核 24 第四章 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 25 4.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)述 25 4.2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 25 4.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 26 4.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)發(fā)展前景 27 第五章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 5.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)工作原理 28 5.2 螺桿的設(shè)計(jì) 29 5.3 螺母的設(shè)計(jì) 30 5.4 機(jī)身設(shè)計(jì) 30 第六章 全文總結(jié) 32 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 34 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 35 41 第一章 緒論 1.1 螺旋壓力機(jī)概述 螺旋壓力機(jī)（Screw Press），是指通過(guò)使一組以上的外螺栓與內(nèi)螺栓在框架內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生加壓力形式的壓力機(jī)械的總稱。螺旋壓力機(jī)起源于公元15世紀(jì)的德國(guó)，有個(gè)叫約翰·唐地貝格的人發(fā)明了一種活字印刷機(jī)，涂上油墨的活字板通過(guò)螺旋裝置被壓摁在紙上。這種機(jī)器被當(dāng)作榨葡萄和橄欖油的木制螺栓壓榨機(jī)來(lái)使用，可以說(shuō)是所有壓力機(jī)械的起源。它采用的是逐步花時(shí)間壓縮的施加靜壓方式。在歐洲的博物館中，同樣陳列有通過(guò)靜壓進(jìn)行熱鍛造的螺旋壓力機(jī)。據(jù)推測(cè)是在中世紀(jì)，用于制造城市及教會(huì)的鋼制門窗及五金部件的。 1.2 螺旋壓機(jī)的發(fā)展史 最早用于現(xiàn)代工業(yè)化大生產(chǎn)的螺旋壓力機(jī)靠摩擦盤傳遞動(dòng)力，簡(jiǎn)稱摩擦壓力機(jī)，它在19世紀(jì)初開(kāi)始使用，1877年德國(guó)公布了摩擦壓力機(jī)的首個(gè)專利。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，摩擦壓力機(jī)至今仍在廣泛應(yīng)用。其最大的缺點(diǎn)是摩擦傳動(dòng)效率低，約為50%--55%，其總效率僅為20%至25%。近百年來(lái)，人們一直在尋求改進(jìn)的方法，主要目標(biāo)是:①提高傳動(dòng)效率，降低能耗;②加大設(shè)備噸位，提高工作能力;③提高打擊能量的控制精度和操作的自動(dòng)化程度。20世紀(jì)是螺旋壓力機(jī)大發(fā)展的時(shí)期，20年代，人們開(kāi)始研制液壓螺旋壓力機(jī)，40年代末期投入工業(yè)應(yīng)用。30年代，前蘇聯(lián)開(kāi)始電動(dòng)螺旋壓力機(jī)研制，50年代末期德國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)，到70年代末，德國(guó)辛佩坎公司研制成功離合器式螺旋壓力機(jī)。20世紀(jì)末期，日本Enomoto公司開(kāi)發(fā)研制成功伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)，螺旋壓力機(jī)這一古老的成形設(shè)備仍在蓬勃發(fā)展，已經(jīng)形成品種多樣，規(guī)格齊全，自動(dòng)化程度高的特色，為人類文明的發(fā)展繼續(xù)作出貢獻(xiàn)。 1.3 螺旋壓力機(jī)的特點(diǎn) 螺旋壓力機(jī)在鍛壓生產(chǎn)中的應(yīng)用已有近二百年的歷史。這種古老的鍛壓設(shè)備，結(jié)構(gòu)經(jīng)不斷改進(jìn)，使用性能日益完善，獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是近二十年來(lái)發(fā)展很快。螺旋壓力機(jī)能夠得到發(fā)展，主要由于具有以下特點(diǎn):①工藝適應(yīng)性好，萬(wàn)能性強(qiáng)。②下死點(diǎn)不固定，機(jī)器受力件的彈性變形不會(huì)影響工件精度;導(dǎo)向精度好。由于可以裝頂出器，鍛件拔模斜度小，因此最適用于作精鍛。③模具安裝和調(diào)整方便，模具材料消耗低。④機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，基建投資費(fèi)用少，動(dòng)力消耗和維修費(fèi)用低。⑤有較高的生產(chǎn)率。⑥勞動(dòng)條件好，對(duì)環(huán)境危害小。 螺旋壓力機(jī)不足之處是:行程次數(shù)低，模鍛時(shí)制坯不便，往往要配備制還設(shè)備，承受偏載能力較差，生產(chǎn)率較低。 1.4 螺旋壓力機(jī)發(fā)展趨向 1. 基本參數(shù)系列化 目前很多國(guó)家或公司都制訂了螺旋壓力機(jī)的系列參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一般情況按系列生產(chǎn)，但也為滿足用戶要求，提供變型或?qū)Ｓ卯a(chǎn)品。西德是世界上制造螺旋壓力機(jī)品種數(shù)量最多的國(guó)家，其驅(qū)動(dòng)型式多樣，性能結(jié)構(gòu)先進(jìn)，工藝用途廣泛我國(guó)目前已制訂了雙盤摩擦壓力機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)J B 25.E 7-79和液動(dòng)螺旋壓力機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)JB2474-790。 2.螺旋壓力機(jī)大型化 隨著航空、交通和電力等工業(yè)的發(fā)展，需要大型螺旋壓力機(jī)。目前常用規(guī)格為40008000噸。我國(guó)正在研制40006300噸液動(dòng)螺旋壓力機(jī)。 3.擴(kuò)大工藝用途 工業(yè)的發(fā)展，需要研制技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高，工藝用途廣泛的螺旋壓力機(jī)。國(guó)外除通用型外，還按照體積模鍛、精鍛、壓印和拉伸等不同工藝，發(fā)展各種類型的機(jī)器。目前我國(guó)產(chǎn)品系列單一，與工業(yè)發(fā)展不適應(yīng)。需盡快發(fā)展餐具、醫(yī)療器具和壓制耐火材料生產(chǎn)所急需的品種系列。 4.加快滑塊行程次數(shù)，提高打擊速度 近代化工業(yè)生產(chǎn)要求螺旋壓力機(jī)加快行程次數(shù)，提高打擊速度。所得效果為:生產(chǎn)率提高，可與其他鍛壓設(shè)備配套組織機(jī)械化及自動(dòng)化生產(chǎn)，模鍛充填效果好，模具壽命提高，大噸位設(shè)備減輕機(jī)重顯著。 5.機(jī)械化與自動(dòng)化 近年來(lái)在螺旋壓力機(jī)上裝設(shè)了更換模具機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操縱，打擊力能自動(dòng)控制，模具的自動(dòng)冷卻、潤(rùn)滑及清除氧化皮等。在一些中小件的大批量生產(chǎn)過(guò)程中，螺旋壓力機(jī)也能夠排入一線中參加自動(dòng)化生產(chǎn)。隨著科技發(fā)展，變頻技術(shù)和電子數(shù)控技術(shù)的不斷提高，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)制造已全面展開(kāi)，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)已成為目前最具生命力的螺旋壓力機(jī)產(chǎn)品。 進(jìn)一步提高螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)化程度，使打擊力、速度、位置等參數(shù)的控制更加準(zhǔn)確、方便、將是螺旋壓力機(jī)今后繼續(xù)發(fā)展的方向。 1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟 本設(shè)計(jì)介紹了螺旋壓力機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，經(jīng)過(guò)與摩擦螺旋壓力機(jī)、離合器式螺旋壓力機(jī)、液壓式螺旋壓力機(jī)進(jìn)行對(duì)比，突出體現(xiàn)了電動(dòng)螺旋壓力機(jī)獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。主要思路如下： 1. 通過(guò)對(duì)幾種典型的螺旋壓力機(jī)的對(duì)比，確定螺旋壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)類型為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)； 2. 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)螺旋傳動(dòng)類型的選擇及傳動(dòng)裝置的計(jì)算； 3. 本設(shè)計(jì)所采用的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的概述及功率選擇； 4. 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第二章 螺旋壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)類型選擇 螺旋壓力機(jī)是最古老的成形設(shè)備之一，具有十分悠久的發(fā)展歷史。很久以前，歐洲就有木制螺旋壓力機(jī)，用以壓制葡萄汁和橄欖油。15世紀(jì)德國(guó)人Johann Gensleisch （1400--1468)在木制螺旋壓力機(jī)的基礎(chǔ)上制成了螺旋印刷機(jī)，它可以說(shuō)是螺旋壓力機(jī)和其他機(jī)械壓力機(jī)的老祖宗。16世紀(jì)初，意大利人采用螺旋壓力機(jī)壓制金屬藝術(shù)品和硬幣。直到19世紀(jì)中葉才出現(xiàn)了由蒸氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)。下面這里介紹幾種典型的螺旋壓力機(jī)。 2.1 摩擦螺旋壓力機(jī) 摩擦壓力機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)最早出現(xiàn)的螺旋壓力機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，迄今已有近二百年的歷史并仍在廣泛使用。除了在鍛壓行業(yè)外亦用于建材行業(yè)。摩擦壓力機(jī)的主要問(wèn)題是電機(jī)需帶動(dòng)摩擦盤始終高速旋轉(zhuǎn)，而飛輪在一個(gè)循環(huán)中還需改變旋轉(zhuǎn)方向，在換向時(shí)飛輪和摩擦盤產(chǎn)生嚴(yán)重打滑。這不但降 低了傳動(dòng)效率，也加劇了摩擦帶的磨損。為解決這一問(wèn)題，上世紀(jì)就有人進(jìn)行了改進(jìn)，先后開(kāi)發(fā)了三盤式和雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的摩擦壓力機(jī)。由于摩擦盤和飛輪間相對(duì)滑動(dòng)速度得以降低，設(shè)備性能得到一定改善。但是由于增加了結(jié)構(gòu)和操作的復(fù)雜性，從而增加了制造和維修費(fèi)用，未能得到廣泛應(yīng)用。 壓力機(jī)效率低，打擊力控制不精確，不適于大噸位。但由于造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)，中小噸位，尤其小噸位螺旋壓力機(jī)目前仍以摩擦壓力機(jī)為主。目前，這類螺旋壓力機(jī)的發(fā)展主要方向有:①提高控制水平。一些先進(jìn)的摩擦壓力機(jī)甚至裝有碼盤檢測(cè)飛輪速度。②提高自動(dòng)化程度。 摩擦壓力機(jī)雖然能耗高，控制精度不高，但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)應(yīng)用十分廣泛，而且仍具有很大的市場(chǎng)。但從節(jié)能考慮，其發(fā)展應(yīng)得到一定控制，尤其應(yīng)當(dāng)限制大噸位的摩擦壓力機(jī)的發(fā)展。 2.2 液壓螺旋壓力機(jī) 與摩擦傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)有更高的效率。油泵的總效率在70%--80%左右，而柱塞泵更可達(dá)到90%以上，還可利用蓄能器儲(chǔ)存減速制動(dòng)時(shí)的能量。 液壓螺旋壓力機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式有兩種：液壓缸驅(qū)動(dòng)(推缸式)和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)(副螺桿式)。液壓螺旋壓力機(jī)的效率大大提高，其加速傳動(dòng)效率可達(dá)60%--70%。此外，系統(tǒng)工作壽命大大提高， 液壓螺旋壓力機(jī)性能優(yōu)于摩擦壓力機(jī)，但是存在以下問(wèn)題： 1　 液壓系統(tǒng)復(fù)雜，管道敷設(shè)工作量大，液壓泄漏對(duì)環(huán)境有污染； 2　 維修技術(shù)水平要求高，一般鍛造工廠維修困難； 3　 價(jià)格遠(yuǎn)高于摩擦壓力機(jī)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本也更高些。 2.3 離合器式螺旋壓力機(jī) 具有很大慣性飛輪的頻繁正反轉(zhuǎn)是螺旋壓力機(jī)效率不高的主要原因，因?yàn)樵诩铀贉p速及制動(dòng)過(guò)程中會(huì)消耗大量能量。如果能像曲柄壓力機(jī)一樣，飛輪無(wú)需換向，效率就可以大大提高了。離合器式螺旋壓力機(jī)中（圖2.1），在飛輪與螺桿之間靠離合器來(lái)連接，與曲柄壓力機(jī)相似。飛輪在工作過(guò)程中始終向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，無(wú)須停止和反向，其尺寸和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可遠(yuǎn)大于普通摩擦壓力機(jī)。當(dāng)需打擊時(shí)，離合器結(jié)合，由于離合器靠螺桿一邊的部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量極小(只有飛輪的10% }，在極短的時(shí)間(約全程的5% )即可達(dá)到額定速度。成形過(guò)程中，和曲柄壓力機(jī)類似，靠飛輪減速釋放能量，直至離合器打滑，然后離合器迅速脫開(kāi)，油缸推動(dòng)滑塊—螺桿快速上升返同原位，打擊力和能量由離合器控制。一般當(dāng)飛輪減速達(dá)12.5%即可達(dá)到最大打擊力。 離合器式螺旋壓力機(jī)具有效率高、打擊能量大、控制精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前螺旋壓力機(jī)尤其是大噸位螺旋壓力機(jī)的發(fā)展方向，但還是存在以下問(wèn)題： 1　 機(jī)器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，既有機(jī)械離合器傳動(dòng)，又有用于滑塊回程的液壓傳動(dòng)。 2　 常用的滑塊回程方式是采用液壓缸推動(dòng)滑塊，同時(shí)使螺桿作反向運(yùn)動(dòng)。在鍛擊和回程時(shí)，主螺桿和螺母的螺牙為同一受力面，潤(rùn)滑液不易補(bǔ)充，導(dǎo)致螺母螺牙容易損壞。 圖2.1 離合器式螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 2.4 電動(dòng)螺旋壓力機(jī) 2.4.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的分類 由于電動(dòng)螺旋壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械部分制造容易，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)效率較高，機(jī)械部分零件損耗少等優(yōu)點(diǎn)故不斷得到發(fā)展。現(xiàn)有交流伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，楔型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，多擊式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)等型式。按照電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)分為直接用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩大類。 （一）、電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)式 這種電動(dòng)螺旋壓力機(jī)無(wú)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)，定子固定在壓力機(jī)機(jī)架的頂部，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就是壓力機(jī)的飛輪或飛輪的一部分，利用定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子（飛輪）外緣表面產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，由此產(chǎn)生電磁力矩，驅(qū)動(dòng)飛輪、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。定子與飛輪間有空氣間隙，主要傳動(dòng)部件之間是無(wú)接觸傳遞能量，所以稱為無(wú)接觸式傳動(dòng)。 （二）、電動(dòng)機(jī)機(jī)械傳動(dòng)式 特殊電動(dòng)機(jī)的功率大于 500kw時(shí)，結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)高，當(dāng)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)公稱壓力大于40MN后，采用電機(jī)---齒輪傳動(dòng)，由一臺(tái)或幾臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)小齒輪帶動(dòng)有大齒圈的飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪只起傳動(dòng)和蓄能作用，飛輪和螺桿只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)裝在滑塊上的螺母，使滑塊作上下直線運(yùn)動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)多用于小型的螺旋壓力機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，效率高等優(yōu)點(diǎn)。本論文所研究的螺旋壓力機(jī)為小型的的螺旋壓力機(jī)，由于適用范圍有限，所以采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)飛輪的傳動(dòng)方式。 2.4.2 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的特點(diǎn) （一）優(yōu)點(diǎn) 1）傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，除PZS系列以外，直接傳動(dòng)的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)定子和轉(zhuǎn)子（帶飛輪）之間不直接接觸，無(wú)機(jī)械磨損，因此，檢修工作量（包括備件的更換量）很小，節(jié)約勞動(dòng)力和維修費(fèi)用。 2）便于電控，力能參數(shù)調(diào)節(jié)方便可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，傳動(dòng)噪聲很小。 3）傳動(dòng)鏈短，部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，外形美觀，一般無(wú)傳動(dòng)部件暴露于機(jī)器外因此，在電力充分、工資高的國(guó)家頗受歡迎。 （二）缺點(diǎn) 最大缺點(diǎn)是每次行程要換向旋轉(zhuǎn)而起動(dòng)兩次，下行程時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速由零增加到儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速，回程逆轉(zhuǎn)，又要從零增，每啟動(dòng)一次，均產(chǎn)生啟動(dòng)能量耗損。 2.5 性能分析 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)是利用沖擊力使工件變形的設(shè)備，工藝適用性極強(qiáng)，既能用于板料的冷態(tài)沖壓、壓印、校平、彎曲等，又能用于精鍛、精整，既能適用于不銹鋼復(fù)底鍋壓力焊接工藝，又能適用于曲軸、鈦合金葉片及其它葉片的精密鍛造。它操作便捷，運(yùn)行安全，維修工作量小，生產(chǎn)率高，沒(méi)有摩擦粉屑的吸入，保障工人健康。打擊能量可準(zhǔn)確設(shè)置，可根據(jù)成型精度調(diào)節(jié)能量、打擊力，以減少模具的機(jī)械應(yīng)力和熱接觸時(shí)間，延長(zhǎng)模具壽命。電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的價(jià)格一般約為相當(dāng)能力的熱摸鍛壓力機(jī)的0.75倍，故有其良好的性能價(jià)格比。 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)與摩擦螺旋壓力機(jī)相比，不需要轉(zhuǎn)動(dòng)的橫軸、摩擦盤、兩個(gè)支臂，與液壓螺旋壓力機(jī)相比，不需要復(fù)雜的、要求較高的液壓系統(tǒng)。因此，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)零部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，動(dòng)作平穩(wěn)，傳動(dòng)噪聲很小，傳動(dòng)鏈短，制造容易，重量輕，便于安裝，造價(jià)低，傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，檢修工作量很小，便于維護(hù)和修理，不需要中間傳動(dòng)鏈，無(wú)復(fù)雜的液壓系統(tǒng)和電氣控制設(shè)備，摩擦螺旋壓力機(jī)上的摩擦材料易損件， 不存在摩擦傳動(dòng)中的摩擦損耗和磨損問(wèn)題，零件損耗小。 由于電力電子、電機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，為電動(dòng)螺旋壓力機(jī)注入了新的活力，它不但可以使控制更加精確，而且可將離合器、制動(dòng)器等耗能部件去除，進(jìn)一步減少能耗，具有極大的發(fā)展前途，應(yīng)予足夠地重視。進(jìn)一步提高螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)化程度，使輸出力、速度、位置等參數(shù)的控制更加準(zhǔn)確、方便、將是螺旋壓力機(jī)今后繼續(xù)發(fā)展的方向。 由于本次設(shè)計(jì)的螺旋壓力機(jī)主要用于主要用于機(jī)修車間壓力校正、壓力裝拆等，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了能更好的達(dá)到精度和節(jié)約成本，經(jīng)上述對(duì)比，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)是本次設(shè)計(jì)一個(gè)很好地選擇。 第三章 螺旋傳動(dòng)主要參數(shù)計(jì)算 3.1 螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用和類型 螺旋傳動(dòng)是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)均勻、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。 （1）按螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，螺旋傳動(dòng)可以有以下四種運(yùn)動(dòng)方式： ①螺母固定不動(dòng)，如圖3.1 (a) 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并往復(fù)移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機(jī)、螺旋千斤頂?shù)取? ②螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3.1 (b) 螺桿做直線移動(dòng)，螺桿應(yīng)設(shè)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)要設(shè)置軸承均使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應(yīng)用較少。 ③螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動(dòng)，如圖3.1 (c) 由于螺桿固定不動(dòng)，因而二端支承結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但精度不高。 ④螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3.1 (d) 螺母做直線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式占據(jù)空間尺寸小，適用于長(zhǎng)行程螺桿。螺桿兩端的軸承和螺母防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。車床絲杠、刀架移動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用這種運(yùn)動(dòng)方式。 (a) (b) (c) (d) 圖3.1 運(yùn)動(dòng)方式 本次設(shè)計(jì)的螺旋壓力機(jī)是運(yùn)用了圖3.1（d）的運(yùn)動(dòng)方式，即螺桿固定不動(dòng)。 （2）按照用途不同，螺旋傳動(dòng)分為三種類型。 ①傳力螺旋以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力。 ②傳導(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，這類螺旋常在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動(dòng)精度要求較高，下圖3.2為機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋。 圖3.2 傳導(dǎo)螺旋 ③調(diào)整螺旋用于調(diào)整并固定零件間的相對(duì)位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，要求能自鎖，有時(shí)也要求很高精度，如帶傳動(dòng)張緊裝置、機(jī)床卡盤和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋等。 本次設(shè)計(jì)的螺旋壓力機(jī)就是運(yùn)用了傳力螺旋這種傳動(dòng)類型。 3.2 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 在螺旋傳動(dòng)中，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單應(yīng)用最廣泛的是滑動(dòng)螺旋，本節(jié)主要介紹這種螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。滑動(dòng)螺旋副工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對(duì)滑動(dòng)，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損。滑動(dòng)螺旋的基本尺寸通常根據(jù)耐磨條件確定。對(duì)于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面。 滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，當(dāng)螺桿短而粗且垂直布置時(shí)，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結(jié)構(gòu)。當(dāng)螺桿細(xì)長(zhǎng)且水平布置時(shí)，如機(jī)床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。 螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適合在精度要求較低的場(chǎng)合中使用。對(duì)于經(jīng)常雙向傳動(dòng)的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸向間隙并補(bǔ)償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動(dòng)精度。 傳動(dòng)用螺桿的螺紋一般采用右旋結(jié)構(gòu)，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。 螺桿和螺母材料應(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性。 表3.1 螺桿與螺母常用的材料 螺紋副 材料 應(yīng)用場(chǎng)合 螺桿 Q235 Q275 45 50 輕載、低速傳動(dòng)。材料不熱處理 40Gr 65Mn 20GrMnTi 重載、較高速。材料需經(jīng)熱處理，以提高耐磨性 9Mn2V GrWMn 38GrMoAl 精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。材料需經(jīng)熱處理 螺母 ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 一般傳動(dòng) ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn 重載、低速傳動(dòng)。尺寸較小或輕載高速傳動(dòng)，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)空澆鑄巴士合金或青銅 3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟: 1.耐磨性計(jì)算 ： 滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過(guò)度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力 p，使其小于材料的許用壓力 [p]。 2.螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 ： 受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺桿工作時(shí)承受軸向壓力（或拉力）Q 和扭矩T的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力；又有切應(yīng)力。因此；核核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力 σ. 3.螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算： 螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強(qiáng)度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。 4.螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算： 在螺旋起重器螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算中，除了進(jìn)行耐磨性計(jì)算與螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算外，還要進(jìn)行螺母下段與螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算。如下圖所示的螺母結(jié)構(gòu)形式，工作時(shí)，在螺母凸緣與底座的接觸面上產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，凸緣根部受到彎曲及剪切作用。螺母下段懸置，承受拉力和螺 紋牙上的摩擦力矩作用。 設(shè)懸置部分承受全部外載荷 Q，并將Q增加 20～30％來(lái)代替螺紋牙上摩擦力矩的作用。 5.螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算： 對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力Q大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力Q必須小于臨界載荷Q。 3.3.1 螺旋機(jī)構(gòu)耐磨性的計(jì)算 耐磨性計(jì)算尚無(wú)完善的計(jì)算方法，目前是通過(guò)限制螺紋副接觸面上的壓強(qiáng)ｐ作為計(jì)算條件，其校核公式為： P＝≤[P] （式3.1） 式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm2）；d2為螺紋中徑(mm)；P為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5P,鋸齒形螺紋高度h=0.75P；z=H/P為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度(mm)，[p]為許用壓強(qiáng)(MPa)。 表3.2 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng) 螺紋副材料 滑動(dòng)副速度/(m·min-1) 許用壓強(qiáng)/MPa 鋼對(duì)青銅 低速 <3.0 6~12 >15 18~25 11~18 7~10 1~2 鋼-耐磨鑄鐵 6~12 6~8 鋼-灰鑄鐵 <2.4 6~12 13~18 4~7 鋼-鋼 低速 7.5~13 淬火鋼-青銅 6~12 10~13 注：?<2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，[p]可提高20%；螺母為剖分式時(shí)，[p]應(yīng)降低15%-20%。 為便于推導(dǎo)設(shè)計(jì)公式，令? =H/d2，代入整理后得螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式為： d2≥ （式3.2） 對(duì)矩形、梯形螺紋，h=0.5P，則： d2≥0.8 （式3.3） 對(duì)鋸齒形螺紋，h=0.75P，則 d2≥0.65 （式3.4） ?值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。對(duì)于整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，通常用于輕載或精度要求低的場(chǎng)合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，宜取?=1.2～2.5；對(duì)于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取?=2.5～3.5；傳動(dòng)精度高或要求壽命長(zhǎng)時(shí)，允許?=4。 根據(jù)公式計(jì)算出螺紋中徑 d2 后，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋的公稱直徑d和螺距P。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。 本論文要求：設(shè)計(jì)小型的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，主要用于機(jī)修車間壓力校正、壓力裝拆等。主要技術(shù)要求如下： 1） 最大輸出壓力為30kg。 2） 壓力機(jī)壓頭行程為350mm，運(yùn)動(dòng)速度為0.3m/min。 3） 壓力機(jī)內(nèi)可放置物體高度為400mm，直徑400mm。 考慮到轉(zhuǎn)速較低，單個(gè)作用面受力不大，螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。由上表3.1（螺桿與螺母常用的材料）選材料為45鋼，由手冊(cè)查σ=360Mpa；為了提高耐磨性，螺母選較軟的材料錫青銅為ZCuSn10P1。 按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d2、螺距P及其它尺寸（圖3.3）。 根據(jù)規(guī)定，對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，故取φ=1.22.5，此處取φ=1.5。螺桿--螺母材料分別為鋼--青銅，滑動(dòng)速度為低速，得許用壓力[P]為1825MPa。[P]取18MPa。（摩擦系數(shù)起動(dòng)時(shí)取大值，校核是為安全起見(jiàn)，應(yīng)以起動(dòng)時(shí)為準(zhǔn)，由f 值0.080.1，應(yīng)取f =0.1）。 圖3.3 螺桿簡(jiǎn)圖 （1）取 計(jì)算d2 d2==2.67㎜ (式3.5) 由于d2 10㎜，不便于設(shè)計(jì)。為了方便設(shè)計(jì)與計(jì)算，據(jù)GB/T 5796.3-2005，取： d=30mm，D=31.00mm 由d2=D2=d－H1=d－0.5P 推得P=6.66mm，則P=6.00mm d1=23.00mm，D1=24.00mm d2=D2=d-0.5P=27.00mm 已知工作行程， 同時(shí)，取為， 3.3.2 螺母螺紋牙的計(jì)算 螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=30o，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。矩形螺紋牙根強(qiáng)度低，鋸齒形螺紋牙型為不等腰梯形，加工成本高。從實(shí)用性考慮，故選梯形螺紋，它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的規(guī)定，如圖3.4所示。 圖3.4 螺桿和螺母的螺紋配合圖 螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強(qiáng)度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。假設(shè)載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開(kāi)的懸臂梁，螺紋牙根部的彎曲強(qiáng)度校核公式為： = 3Fh/πDb2z≤[] （式3.6） 剪切強(qiáng)度校核公式為： τ=F/zπDb≤[τ] （式3.7） 式中D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙根部寬度(mm)；可由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查得，也可取矩形螺紋b=0.5P，梯形螺紋b=0.65P，鋸齒形螺紋b=0.74P；[] 、[τ]分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力和許用切應(yīng)力(MPa)。 表3.3 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力 項(xiàng) 目 許用應(yīng)力/ MPa 鋼制螺桿 [σ]=σS/3~5 σS為材料的屈服極限/ MPa 螺 母 材料 許用彎曲應(yīng)力[σb] 許用切應(yīng)力[τ] 青銅 4060 3040 耐磨鑄鐵 5060 40 鑄鐵 4555 40 鋼 （1.01.2）[σ] 0.6[σ] 注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。 若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑小于螺母螺紋的大徑D，故應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強(qiáng)度，這時(shí)公式中的D應(yīng)改為。 (1) 計(jì)算螺母高度H： H===40㎜ （式3.8） (2）計(jì)算旋合圈數(shù)z： =6.7 取 （式3.9） 本設(shè)計(jì)采用鑄錫青銅材料,螺母的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.5所示。 1. 根據(jù)其材料為青銅，則其許用應(yīng)力，則：其擠壓許用應(yīng)力為：，取其平均值為，拉伸許用應(yīng)力為： ，取其值為。 圖3.5 螺母的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2、凸緣拉伸強(qiáng)度計(jì)算確定直徑 根據(jù)公式 得： 45.24㎜ （式3.10） 取凸緣的外直徑為46. 3、凸緣環(huán)面擠壓強(qiáng)度計(jì)算確定直徑 根據(jù)公式 得： ㎜ （式3.11） 可確定螺母的環(huán)面直徑為51㎜。 4、 凸緣根部彎曲強(qiáng)度計(jì)算確定凸緣厚度 根據(jù)公式 ， 得： 6.00㎜ （式3.12） （6）螺母螺紋牙強(qiáng)度校核： 由上表查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力[σ]=4060MPa,許用剪切應(yīng)力[τ]=3040MPa；梯形螺紋螺紋牙根寬度b=0.65p=0.65×6=3.9mm；梯形螺紋螺紋牙工作高度h=0.5p=0.5×6=3㎜。則： ①?gòu)澢鷱?qiáng)度校核： =26.05MPa 合格； （式3.13） ②剪切強(qiáng)度校核： MPa 合格； （式3.14） 綜上，所選定的螺旋傳動(dòng)桿材料和直徑，在假設(shè)的30KN的輸出壓力下，能達(dá)到螺桿和螺母的各項(xiàng)強(qiáng)度校核。所以設(shè)計(jì)題目所要求的30Kg的輸出壓力肯定在強(qiáng)度范圍之內(nèi)。 3.3.3 螺桿強(qiáng)度的校核 螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用，危險(xiǎn)截面上受拉（壓）應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，τ螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核公式為： = （式3.15） 式中d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；[σ]為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩(N·m)T=； ①由上表查得螺桿許用應(yīng)力 （式3.16） ②螺桿所受轉(zhuǎn)矩： 60889.03 （式3.17） ③螺桿強(qiáng)度校核： 74.46MPa≤120MPa 合格；（式3.18） 3.3.4 螺桿穩(wěn)定性的校核 對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F超過(guò)某一臨界載荷FC時(shí)，螺桿可能會(huì)突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對(duì)細(xì)長(zhǎng)螺紋應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為： （式3.19） 式中S為穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋取S=3.5～5；對(duì)于傳導(dǎo)螺旋取S=2.5～4；對(duì)于精密螺桿或水平螺桿取S>4。 臨界載荷FC與螺桿的柔度γ及材料有關(guān)，根據(jù)γ=的大小選用不同的公式計(jì)算。 當(dāng)γ≥85～90時(shí)，根據(jù)歐拉公式計(jì)算，即： （式3.20） 當(dāng)γ<85～90時(shí)；對(duì)σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275） =(304/1.12γ) （式3.21） 當(dāng)γ<85～90時(shí)，對(duì)σb≥470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如355、45） =(461/2.57γ) （式3.22） 已知：，并可查得：，螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩：，，同時(shí)，，其中，為螺旋桿的揉度。經(jīng)計(jì)算得出：，則 ， （式3.23） 又螺桿的穩(wěn)定性安全系數(shù)為：3.5～5.0，則： （式3.24） 由上式可知，本設(shè)計(jì)滿足螺桿的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。 表3.4 長(zhǎng)度系數(shù)μ的選擇 螺桿端部結(jié)構(gòu) μ 兩端固定 0.5 一端固定，一端不完全固定 0.6 一端固定，一端自由（如千斤頂） 2 一端固定，一端鉸支（如壓力機(jī)） 0.7 兩端鉸支（如傳導(dǎo)螺桿） 1 注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況： 采用滑動(dòng)支承時(shí)： lo為支承長(zhǎng)度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。 采用滾動(dòng)支承時(shí)： 只有徑向約束時(shí)為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。 注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況： 采用滑動(dòng)支承時(shí)： lo為支承長(zhǎng)度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。 采用滾動(dòng)支承時(shí)：只有徑向約束時(shí)為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。 3.3.5 自鎖性的校核 對(duì)于要求自鎖的螺旋傳動(dòng)，應(yīng)校核是否滿足自鎖條件，即： （式3.25） 式中，fV為螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù) 表3.5 螺旋傳動(dòng)螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)?ν（定期潤(rùn)滑） 螺旋副材料 鋼和青銅 鋼和耐磨鐵 鋼和鑄鐵 鋼和鋼 淬火鋼和銅 ?ν 0.08～0.10 0.10～0.12 0.12～0.15 0.11～0.17 0.06～0.08 （4） 校核螺旋副自鎖性： 4.05° （式3.26） 由上表查得，滿足自鎖條件。 綜上，所選定的螺旋傳動(dòng)桿材料和直徑，在假設(shè)的30KN的輸出壓力下，能達(dá)到螺桿和螺母的各項(xiàng)強(qiáng)度校核。所以設(shè)計(jì)題目所要求的30Kg的輸出壓力肯定在強(qiáng)度范圍之內(nèi)。 第四章 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 4.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)述 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器與位置檢測(cè)器四部分組成。 　　近年來(lái)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展取得了明顯的進(jìn)步，已成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器和紡織機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域，功率范圍從10W到5MW，最大速度高達(dá)100,000 r/min。 4.2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在圖4.1 中，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子 轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩極磁一相。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可設(shè)計(jì)成多種不同的相數(shù)以及極數(shù)結(jié)構(gòu)，且定子、轉(zhuǎn)子的極數(shù)總是不相同，有多種不同的搭配，這種特殊的組合形式在螺旋壓力機(jī)上可得到充分的應(yīng)用。 在圖4.1中， 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程是 以定子、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置作為起始位置，依次給D→a→b→c相繞組通電,轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn),反之, 依次給B→A→d→c相通電,則電動(dòng)機(jī)會(huì)順時(shí)針旋?？梢?jiàn)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)，而取決于相繞組通電的順序。通過(guò)控制與電動(dòng)機(jī)每相繞組相串接的各組S1\S2的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。 圖4.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)由于采用先進(jìn)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù),普通交流電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的功率因數(shù)為0.20.4，滿載時(shí)為0.80.9；而開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)在空載和滿載時(shí)的功率因數(shù)均大于0.98,功率因數(shù)高。該種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，比鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，故障率低，有軟起動(dòng)特性，無(wú)過(guò)沖起動(dòng)電流, 無(wú)普通交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大于額定電流5~7倍現(xiàn)象，而是起動(dòng)電流平滑增加至所需的電流，起動(dòng)沖電流小，避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的峰值電流，保證了電溫升在允許范圍之內(nèi)，有效控制了電動(dòng)機(jī)因頻繁啟停和換向運(yùn)動(dòng)所引起的發(fā)熱問(wèn)題?？深l繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動(dòng)、停止，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的l50%時(shí)，起動(dòng)電流僅為額定電流的30%。 因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，起動(dòng)電流低，過(guò)載能力強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時(shí)，轉(zhuǎn)速恢復(fù)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。 4.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 由題目所給條件可知：最大輸出壓力為30kg。壓力機(jī)壓頭行程為350mm，運(yùn)動(dòng)速度為0.3m/min。由計(jì)算得螺母高度H=40㎜，旋合圈數(shù)z=7,螺桿直徑；則螺母從上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)的時(shí)間 （式4.1） 螺母從上止點(diǎn)運(yùn)行到下止點(diǎn)所轉(zhuǎn)的圈數(shù) （式4.2） 所以轉(zhuǎn)速 （式4.3） 則工作機(jī)的輸入功率可近似的看作 （式4.4） 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的螺旋壓力機(jī)最大輸出壓力為300N,并且在車間壓力校正和壓力裝拆瞬間，產(chǎn)生沖擊載荷，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，查開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相關(guān)資料，電動(dòng)機(jī)功率，可滿足轉(zhuǎn)速和輸出壓力要求。 4.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)發(fā)展前景 作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性，愈來(lái)愈得到人們的認(rèn)可和應(yīng)用。目前已成功應(yīng)用于在電動(dòng)車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)應(yīng)用、伺服系統(tǒng)、高速驅(qū)動(dòng)、航空航天等眾多領(lǐng)域中，成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。 開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)尚處于深化研究開(kāi)發(fā)、不斷完善提高的階段，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展之中。 第五章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)工作原理 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)是利用可逆式電動(dòng)機(jī)不斷作正反方向的換向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪和螺桿旋轉(zhuǎn)，使滑塊作上下運(yùn)動(dòng)。如圖5.1所示，電動(dòng)螺旋壓力機(jī)包括機(jī)身9，安裝在機(jī)身9 上方的罩子4，固定在罩子4上的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)3，由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)的飛輪5，固定在飛輪5 上的螺桿6，由螺桿6 驅(qū)動(dòng)的螺母7，固定在螺母7上的滑塊8，與滑塊8相連并固定在機(jī)身上的滑塊重量平衡裝置1，安裝在機(jī)身上用于制動(dòng)飛輪的制動(dòng)器2。在圖5.1中電動(dòng)螺旋壓力機(jī)根據(jù)工藝需要可設(shè)置頂料器10。 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿通過(guò)螺旋副驅(qū)動(dòng)螺母向下運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。打擊后飛輪系統(tǒng)的能量全部釋放完畢，然后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。將滑塊提升到預(yù)定高度電動(dòng)機(jī)斷電，制動(dòng)器制動(dòng)飛輪，使滑塊停在初始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 圖5.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1. 滑塊重量平衡裝置 2.制動(dòng)器 3.開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 4.罩子 5.飛輪 6.螺桿 7.螺母 8.滑塊 9.機(jī)身 10.頂出器 5.2 螺桿的設(shè)計(jì) 上一章已經(jīng)計(jì)算出螺桿的長(zhǎng)度直徑，對(duì)其材料選擇也做了說(shuō)明。根據(jù)總體的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)需要，繪制螺桿的零件圖如圖5.2所示： 圖5.2 螺桿零件圖 5.3 螺母的設(shè)計(jì) 第4章 我們已經(jīng)計(jì)算出了螺母的總體尺寸，對(duì)于其選材也做出了說(shuō)明。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求，繪制螺母零件圖如圖5.3所示： 圖5.3 螺母零件圖 5.4 機(jī)身設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)要求可知，螺旋壓力機(jī)壓頭行程為350㎜，壓力機(jī)內(nèi)可放置體高度為400mm，直徑400mm。可知，工作臺(tái)尺寸和滑塊必須大于400㎜，所以工作臺(tái)尺寸選定為500㎜，滑塊尺寸為450㎜。以便工件在校正工程中能均勻受力，保證校正精度。 由于壓力機(jī)壓頭行程為350 ㎜，可放置物體高度為400毫米，所以壓力機(jī)滑塊上止點(diǎn)到下止點(diǎn)距離必須大于400㎜，選定上止點(diǎn)到下止點(diǎn)距離為500㎜。 第六章 全文總結(jié) 此次關(guān)于螺旋壓力機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱相關(guān)資料，了解了螺旋壓力機(jī)的發(fā)展史和今后的發(fā)展?fàn)顩r，從古老的鍛壓設(shè)備到現(xiàn)在數(shù)控的鍛壓設(shè)備，螺旋壓力機(jī)的種類和性能越來(lái)越完善，也越來(lái)越先進(jìn)。 由于科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新科技被應(yīng)用的鍛壓設(shè)備領(lǐng)域。螺旋壓力機(jī)也從機(jī)械傳動(dòng)更新?lián)Q代到現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)控制，大大提高了生產(chǎn)效率，保證了工藝精度。由于現(xiàn)在鍛壓工藝要求越來(lái)越高，對(duì)壓力機(jī)的要求也越來(lái)越高。 通過(guò)查閱相關(guān)資料和文獻(xiàn)，了解了電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要求進(jìn)行分析與計(jì)算，確定螺旋壓力機(jī)的傳動(dòng)類型，熟悉并了解了本論文中所采用的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理。通過(guò)查閱相關(guān)的技術(shù)資料，確定了相應(yīng)條件下的螺桿、螺母的材料，并由此計(jì)算出對(duì)螺桿、螺母相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)螺桿、螺母強(qiáng)度及穩(wěn)定性的計(jì)算與校核，及此次設(shè)計(jì)中技術(shù)參數(shù)滿足，確定了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率大小。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)通過(guò)一級(jí)減速器（標(biāo)準(zhǔn)件）驅(qū)動(dòng)螺旋壓力機(jī)工作，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的機(jī)修車間壓力校正、壓力裝拆等。 由于本論文題目中所給數(shù)據(jù)太小，計(jì)算后得出的螺桿相關(guān)數(shù)據(jù)不便于螺旋傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，文中采用了類比的計(jì)算方法，通過(guò)選取比題目所給數(shù)據(jù)較大的輸出壓力及通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用常用的螺桿半徑，校核在此輸出壓力下若能滿足螺桿及螺母相關(guān)強(qiáng)度，那么必能滿足題目所給條件。 參考文獻(xiàn) [1].機(jī)械原理與機(jī)械零件. 北京.高等教育出版社 王定國(guó) [2].機(jī)械零件. 上海.等教育出版社 鄭志祥,劉天一 [3].機(jī)械零件. 北京.廣播電視大學(xué)出版社 吳宗澤 [4].非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備實(shí)際手冊(cè). 北京.機(jī)械工業(yè)出版社 范祖堯 [5].螺旋壓力機(jī)發(fā)展史. 濟(jì)南鍛造機(jī)械研究所第三研究室 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