小型沖床主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計

周廣智　陳　威

（聊城鑫泰機(jī)床有限公司，聊城 252000；山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，濟(jì)南 25000）

小型沖床主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計

周廣智陳威

（聊城鑫泰機(jī)床有限公司，聊城 252000；山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，濟(jì)南 25000）

本文對一種小型沖床主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過參數(shù)設(shè)計計算與強(qiáng)度校核，確定了曲柄壓力機(jī)構(gòu)核心部件、沖床床身、發(fā)動機(jī)的參數(shù)。本機(jī)設(shè)結(jié)構(gòu)簡單合理，操作方便，適用性強(qiáng)，沖壓過程平穩(wěn)，效果較為理想。

沖壓機(jī)械技術(shù)參數(shù)機(jī)械設(shè)計

沖壓機(jī)和送料裝置相配合完成板料的進(jìn)給。首先上模下行，然后在大致均勻進(jìn)行拉深成形或沖裁工作，到達(dá)下死點后完成半個沖程，最后快速返回上模，完成一個周期的沖壓工作［1］。

圖1　機(jī)械沖床工作原理圖

1　小型曲柄壓力機(jī)設(shè)計及計算

1.1曲柄壓力機(jī)設(shè)計

曲柄壓力機(jī)的組成可分為：工作機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、操作部分、動力系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、輔助設(shè)備［2-3］。曲柄傳動系統(tǒng)壓力機(jī)選用上傳動機(jī)構(gòu)，安裝模式為縱向，選用開始傳動結(jié)構(gòu)，單邊傳動。

1.2曲柄壓力機(jī)構(gòu)核心部件的設(shè)計

沖床設(shè)計的主要參數(shù)見表1。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)構(gòu)的核心構(gòu)件，設(shè)計的主要任務(wù)是S-α曲線的繪制，滑塊速度的計算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強(qiáng)度的計算［3］。

表1

（4）曲軸扭矩的計算。

曲軸在公稱轉(zhuǎn)角αg時發(fā)生公稱力Pg。曲軸傳遞的扭矩按下式求得，其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)，對于開式壓力機(jī)μ=0.04；

曲拐軸式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲軸扭矩為：Mq=Pgmg=771Nm；

其當(dāng)量力臂為mq：

dA：連桿上支撐直徑，這里為32；dB：連桿下支撐直徑，，這里為30；d01：曲拐支撐1直徑，這里為40；d02：曲拐支撐2直徑，這里為37；l1：按圖紙設(shè)計取60mm；l2：按圖紙設(shè)計取22mm。

（5）曲軸強(qiáng)度的計算。

其危險截面為Ⅰ-Ⅰ截面。受到彎扭聯(lián)合作用，其彎矩為：

當(dāng)α=αg時，Mn=Mng即稱其為公稱壓力角下的扭矩。

其綜合強(qiáng)度條件為：

與圖紙設(shè)計對應(yīng)取值計算：e調(diào)整的偏心軸套的偏心距，按圖紙設(shè)計取10mm，La曲拐頸長度，按圖紙設(shè)計取37mm，則分別計算得：

查表知其強(qiáng)度條件滿足要求。

2　沖床床身的設(shè)計與校核

將床身結(jié)構(gòu)簡化，具體形狀尺寸為：長為=415mm，寬度為=357mm，高度為=660mm。床身自身重力可以簡化為平均分布在床身上的分布力，預(yù)定裝載質(zhì)量為1000KG。

則平均分布力

較核安全因數(shù)ns=1.5

此時托架受力情況可簡化如圖3.7所示，約束A處和B處的支反力分別為 FRA和 FRB，其中 CA=170mm，AB=280mm m，BD=195mm。

圖2　床身簡化受力圖

由靜力平衡可得：

綜上可得，床身在工作時安全，符合強(qiáng)度要求。

3　電機(jī)選型分析

A.功率計算

對恒速驅(qū)動下的功率計算，壓力機(jī)一個工作循環(huán)過程中，所消耗的能量A為：

B.電機(jī)轉(zhuǎn)矩計算

（1）電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)輸出軸上的扭矩，計算公式為：

其中Pg=60kN，曲柄半徑 R=15mm，β=0，i=10。則 TL= （60×15×sin46.72°）÷10=65.52 Nm

（2）電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩。

其中Tjf為機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩，μ為機(jī)械摩擦系數(shù)，

機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：

因此，電機(jī)軸上的最大轉(zhuǎn)矩T=TL+Tf= 65.52+21=86.52Nm。在工作行程內(nèi)，為了保證瞬時電機(jī)工作在過載狀態(tài)而不被損壞，因而確定了過載倍數(shù)為3，因此Te=86.52f3=28.84Nm。根據(jù)以上計算確定了電機(jī)參數(shù)為0.75kW。

4　結(jié)論

伴隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，模具設(shè)計水平成為一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，而沖床水平的高低對模具沖壓生產(chǎn)起到直接的影響作用。本文采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，主要對曲柄壓力機(jī)、沖床床身、電機(jī)進(jìn)行了設(shè)計計算與校核。本設(shè)計彌補(bǔ)了傳統(tǒng)沖床體積大，移動不方便的特點，采取輕量化設(shè)計，方便工作人員使用。

［1］陸品，秦彥斌.機(jī)械原理導(dǎo)教·導(dǎo)學(xué)·導(dǎo)考［M］.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［2］肖景容，姜奎華.沖壓工藝學(xué)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］賈俐俐.沖壓工藝與模具設(shè)計［M］.人民郵電出版社，2008.

［4］張宏超.金屬板材加工設(shè)備發(fā)展新動向 ［J］.鍛壓技術(shù)，2004，4：2-4.

Structural Design of Main Components in Small Punch

ZHOU Guangzhi，CHEN Wei
（Liaocheng Xintai Machine Co.Ltd，Liaocheng 252000；Shandong Province Product Quality Inspection Institute，Jinan，25000）

The design issue is a small punch structure design. Through the parameter design and strength check，parameters of core componentsofcrankmechanism，engineandpunchbedwere determined.The machine design is simple and reasonable in structure with convenient operation，has a strong applicability，the stamping process is smooth，and the effect is more ideal.

stamping machine，technical parameter，mechanical design