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1 前言
1.1課題研究的目的及意義
1.1.1 手動壓力機的研究目的
1.應用大學所學的基礎理論知識，進行刀桿手動壓力機的常規(guī)設計。設計過程是對大學所學理論知識的應用，并在設計中不斷發(fā)現問題、分析問題、解決問題，從而在具體的實踐中鞏固、拓展理論知識。
2.在設計過程中，要求了解相關機械產品的知識，尤其是國內外這種機械產品的發(fā)展狀況、發(fā)展前景等。這就要求我們有較好的語言功底，應用所學知識，還可能涉及專業(yè)英語知識等，通過互聯(lián)網等工具，搜索國外大學、研究所等一些最新的前緣論文。這一過程無形中提高了我收集、整理信息的能力。
3.在壓力機的設計中，要查閱很多相關書籍，圖表等，這是整個機械行業(yè)的一大特點。機械專業(yè)有著五、六百年的輝煌發(fā)展歷史，許多的實踐經驗已經成為國標，這給機械設計帶來了很大的便利。我們在從事設計過程中，提高了查閱資料、應用工具書的能力。
4.壓力機的設計還要求繪制一些裝配圖和零件圖，這就要用到一些畫圖軟件。通過畫圖，提高了我們的動手能力，為以后工作打下了堅實基礎。
1.1.2 手動壓力機的研究意義
手動壓力機作為一種常用的機械動力增壓裝置，它能克服大噸位液壓機體積大、重量大，不便攜帶的缺點，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，能提高生產效率，且具有操作方便、動作靈活，經久耐用等特點。它的用戶幾乎包羅了國民經濟各部門，量大面寬?，F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。因此設計滿足符合生產實踐要求的，能保證加工精度與要求的壓力機很有必要。
1.2 國內外研究現狀
機械在國民經濟中占有重要地位，在我國，機械制造是我國經濟的戰(zhàn)略重點。自新中國成立以來，尤其是改革開放30年來，我國的機械行業(yè)飛速發(fā)展，各種機械產品相繼問世。在設計機械產品時，首先要滿足一定的要求，其次機械產品的設計也要按照一定的方法。機械產品的基本要求取決于其所處的地位、作用及工作條件，主要考慮以下幾個方面的要求：功能要求、壽命要求、工藝性要求、價格要求、可靠性要求以及維護要求和標準化要求。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。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。
手動壓力機作為一種常用的機械動力增壓裝置，廣泛應用與各種產品的包裝、維修，提供更精確，更方便的服務，是工廠必備的工具之一。許多的零件已經形成標準件，這為零件和產品的生產專業(yè)化帶了便利。各個企業(yè)按照統(tǒng)一標準安排生產，便于組織管理。產品的標準化也推動了機床標準化的發(fā)展。小型手動壓力機也呈現標準化趨勢。這種不僅表現在手動壓機本身各個零件的標準化，還體現在它所能施力的各種產品。這就使其維修和零部件的更新有統(tǒng)一的參考標準。同時，設計手動壓機的工程師也根據產品的要求與相應的國家標準，兼顧手動壓機的工作壓力，底座尺寸、壓機高度、最大工作行程設計符合生產實踐要求的手動壓力機。
1.3 本課題研究內容
本文的探討內容是有關小型壓力機的設計，包括其傳動裝置和執(zhí)行部分。其中包括齒輪設計、軸的設計、齒條工藝的編制和各標準件的選用等，是對大學所學知識的綜合運用。此研究的目的是用一種合理的機械設計方法，設計出一種能保證加工精度，同時成本較低的手動壓力機。
2 總體方案的確定
根據設計任務書的要求，刀桿式手動壓力機的設計需要完成以下內容：最大工作壓力為1000kg，最大工作行程為121.5mm，齒條下降速度可由手動控制等方面的要求。此種類型的壓力機采用齒輪——齒條進行傳動，其動力為人手動提供。人施加于手柄上的力通過軸及齒輪傳遞到齒條上，使與齒輪嚙合的齒條上下運動，從而實現對放置在工作臺上的工件的壓制。另外，傳動軸并不是與箱體直接接觸，而是通過加裝軸承，從而減小了傳動軸與箱體的摩擦，使得機器工作更加的平穩(wěn)。下圖為壓力機的一個簡單結構示意圖。
圖2-1 手動壓力機結構示意圖
1—工作臺2—箱體3—軸承蓋4—齒條 5—壓蓋
3 齒輪的設計
齒輪傳動是機械傳動中的最重要的傳動之一,應用廣泛。其有傳動效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比較平穩(wěn)等優(yōu)點。同時，齒輪機構也有制造和安裝的精度要求較高，成本較高，不適應于兩軸距離較遠時的傳動等不足。
齒輪傳動可分開式、半開式、及閉式。一些齒輪沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外面是開式齒輪傳動，這種齒輪傳動輪齒易磨損，只適用于低速傳動。半開式齒輪傳動有簡單的防護罩，但不能嚴密地做到防止外界雜物侵入。閉式齒輪傳動裝在經過精確加工而且封閉嚴密的箱體內，與開式和半開式齒輪相比，潤滑和防護條件最好，多用于重要的場合。在本論文中，根據齒輪傳動的現場條件，符合半開式齒輪傳動的要求。
3.1 選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數
壓力機是齒輪與齒條嚙合的機構，通過杠桿使壓力增大，可以沖一些小型零件模型，齒輪是直齒圓柱齒輪傳動。該機械為一般工作機械，速度不高，選擇7級精度。材料的選擇與軸有關，因為軸的直徑和齒輪分度圓直徑相差不大，所以齒輪和軸聯(lián)成一體，做成齒輪軸。齒輪的尺寸較小，相對承受較大的載荷，對材料的要求較高，所以選用40Cr。齒數Z初選為20。
1、結構示意圖一，由齒輪、齒條確定傳動方案，選用直齒圓柱齒輪進行傳動。
2、由參考文獻【2】表10-8各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍，選取齒輪傳動的精度等級。
手動壓力機屬于一般工作機器，速度及精度要求都不是很高，故選用7級精度，由參考文獻【2】表10-1常用齒輪材料及其力學特性，選取傳動件的材料。選擇齒輪的材料均為40Cr，并經調質及表面淬火，齒面硬度為50-55HRC。
3.2 齒輪的設計
根據參考文獻【2】第十章，有關齒輪傳動的設計，齒輪的設計可按齒面接觸強度設計和齒根彎曲強度設計。根據以上兩種方法，確定齒輪的最小分度圓半徑和最小模數。
3.2.1 按齒面接觸強度設計
公式為
1）假設齒輪的分度圓直徑為d, 則齒輪的扭矩為：
2）齒輪工作壽命為三年，一天工作八小時，兩班制，齒輪齒數為20。則許用應力循環(huán)次數為：
根據參考文獻【2】圖10—21的接觸疲勞壽命系數為：
3)按齒面硬度查的小齒輪接觸疲勞強度極限為750MPa,安全系數S=1
所以，接觸疲勞許用應力為
4)查參考文獻【2】表10—7，齒寬系數取
5)查參考文獻【2】表10—6，材料的彈性影響系數為
6）齒輪與齒條嚙合的傳動比
7）計算齒輪分度圓直徑
mm
8）計算齒寬余齒高之比
齒寬
齒高
所以
9）計算載荷系數
因為壓力機的轉數較慢，并且設計時采用的數據是壓力最大時情況，查參考文獻【2】表10-2，所以使用系數。
對于直齒輪，
齒輪的轉速較低，精度為七級，查參考文獻【2】圖10-8動載系數
由參考文獻【2】表10-4用插值法得七級精度、相對支承對稱布置時
由， 查參考文獻【2】圖10-13的;故載荷系數
=1.364
10） 按實際的載荷系數校正所得分度圓直徑，
3.2.2 按齒根彎曲強度設計
公式為：
1）參考文獻【2】10-20c取齒輪彎曲強度疲勞極限
2）參考文獻【2】圖10-18取彎曲疲勞壽命系數
3）計算彎曲疲勞許用應力
安全系數S=1.4，得
4）查參考文獻【2】，表10-5齒形系數
5）計算
6）設計計算
對比上述計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算的的模數m=2.32就近圓整為m=2.5,按接觸強度算的的分度圓直徑為d=50mm,算出齒輪齒數
3.3 齒輪的幾何尺寸計算
1）計算齒數：
由公式：
代入數據d=50及m=2.5，計算得：
===20
2）壓力角
壓力角取國家標準（GB/T 1356--1988）：
α=20°
3）齒頂高ha：
由公式：
ha=ha*m
代入數據m=2.5，ha*（=1）為齒頂高系數，計算得：
ha=ha*m=1×2.5=2.5
4）齒根高hf：
由公式：
hf=(ha*+c*)m
代入數據m=2.5，c*為頂隙系數（=0.25），計算得：
hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2.5=3.125mm
5）齒全高h：
由公式：
h=ha+hf=(2ha*+c*)m
代入數據，計算得：
h=ha+hf=(2ha*+c*)m=5.625mm
6）齒頂圓直徑da：
由公式：
da=d+2ha=(z+2ha*)m
代入數據z=12，計算得：
da=d+2ha=(z+2ha*)m=(20+2×1)×2.5=54mm
7）齒根圓直徑df：
由公式：
df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m
代入數據，計算得：
df=(z-2ha*-2c*)m=(20-2×1-2×0.25)*2.5=43.75mm
8）齒厚s：
由公式：
s=πm/2
代入數據，計算得：
s=πm/2=3.14×2.5/2=3.925mm
9）齒槽寬e：
由公式：
e=πm/2
代入數據，計算得：
e=πm/2=3.14×4/2=3.925mm
10）計算齒輪寬度b：
由公式：
b=d
代入數據，=0.9及d=50mm計算得：
b=0.9×50=45mm
表3-1 齒輪主要尺寸計算結果
各部分名稱
代號
公式及結果
模數
m
2.5mm
齒數
Z
20
分度圓直徑
d
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
p
4 軸的設計
一切作回轉運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。
此處選擇的軸屬于轉軸。但是，在工作中該軸主要承受的是扭矩，彎矩相當的小。在多數情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。剛軸的毛坯多數用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
考慮到該齒輪軸上的齒是在軸上加工出來的，同時根據參考文獻【1】表15-1軸的常用材料及其主要力學性能，選取該齒輪軸的材料。選取此齒輪軸的材料為40Cr，調質處理。
4.1 初步確定軸的最小直徑大小
扭矩，由公式：
，
可得
查參考文獻【2】表15-3，40Cr的許用扭轉應力為35至55MPa之間,代入，求的
方案采用齒輪軸結構，齒輪的的分度圓直徑為，軸上鉆有一個直徑為20mm的孔，所以取最小直徑大小38mm，并在最小直徑處裝有軸承。查軸承相關圖表，參考文獻【5】表格15-3，得：軸承的寬度為B=15mm,外徑大小為D=68mm.
4.2 齒輪軸的結構設計
1、擬定軸上零件的裝配方案
擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。選用的裝配方案是：右端軸承、墊圈、軸承端蓋依次從軸的右端向左端安裝；左端從右到左依次安裝軸承、墊片、墊圈及軸承蓋。這樣就對各軸段的粗細順序做了初步安排。
2、根據軸向定位要求確定軸的各段直徑與長度
1）選擇所要使用的軸承為深溝球軸承。
因軸承主要承受徑向載荷，初步選擇深溝球軸承。深溝球軸承可用于雙支點各單向固定的支承。此種軸承在安裝時，通過調整端蓋面與外殼之間的墊片厚度，使軸承外圈與端蓋間存在很小的軸向間隙，以適當補償軸受熱所引起的變化。為了使軸的直徑與軸承孔徑相適應，需要選取軸承型號：
參照工作要求，查參考文獻【5】表15-3（GB276-89）得:
d=40mm
由軸承產品目錄中，初步選取特輕（1）系列，深溝球軸承6008，其尺寸為：dDB=40mm68mm15mm
2）為了滿足左端與右端的滾動軸承的定位，可采用軸肩進行軸向定位。定位軸肩高度h一般取為h=（0.07-0.1）d，d為與零件相配處軸的直徑。
查得6008型軸承定位軸肩的高度為：
h=3mm
則軸間處的直徑大小為46mm，大于齒輪的齒根圓半徑（43.75mm）。所以，兩邊軸承的內圈定位不使用軸肩，可以使用套筒定位。
同時，查閱參考文獻【5】表4-1，軸承端面至箱體內壁的距離為3mm，齒輪端面至箱體內壁的距離為10mm,所以，這一端軸的長度為兩者之和為13mm。
同理，軸的軸承關于齒輪對稱布置，另一端的長度和直徑一樣。在安裝手柄一側的軸承右端面，有一軸肩。這一設計減小了軸的重量和軸的加工精度，其直徑是38mm。
3）因齒輪寬b=d=0.9×50=45mm，則軸上加工齒輪的部位應與齒輪寬度一致。故取 L=45mm
4）在軸的安裝手柄的一側，考慮安裝端蓋的寬度，L=22mm，和端蓋距離手柄中心的長度，23mm。設計這一軸的的長度為45mm。
5）在手柄的右側，還安有一螺釘，其作用是調整手柄的松緊。在軸上其長度設計為10mm。
3、軸上零件的軸向定位
滾動軸承與軸的軸向定位，是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。
根據以上數據，設計軸的各部分尺寸如下：
圖4-1 齒輪軸的各部分尺寸
4.3 軸的校核
在完成軸的初步結構設計后進行校核計算，計算準則是滿足軸的強度或剛度要求，必要時還要校核軸的振動穩(wěn)定性。這里主要考慮軸的強度校核。
在進行軸的強度校核時，應該根據軸的具體受載及應力分析情況，采取相應的計算方法，并恰當地選取其許用應力。對于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應按扭矩強度條件計算；對于既承受彎矩又承受扭矩的軸（心軸），應按彎曲強度條件計算；對于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉軸），應按彎扭合成強度條件計算；需要時還應按疲勞強度條件進行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應力循環(huán)不對稱較為嚴重的軸，還應按峰尖載荷校核其靜強度，以免產生過量的塑性變形。
根據第二章的齒輪設計和第三章的軸的設計，可以做出軸的受力圖（圖4-2），軸的扭矩為:
是手作用在軸上的力，L為軸的實際有效長度。L=500mm。代入數據，求的T=245Nm。根據軸的受力圖和力矩平衡的知識，求的在軸的支撐處的分別為531Kg和419Kg。
做軸的受力圖：
圖4-2 齒輪軸的受力圖
根據軸的受力圖，做出軸的扭矩和彎矩圖，并合成如下：
圖4-3 齒輪軸的彎矩和扭矩圖
4.3.1 按軸的扭矩強度條件計算
按扭轉強度校核
在上文，已經用扭轉強度條件初步估算了軸的最小直徑，這里由于軸上開有一孔，使軸的抗扭強度有所減小，所以還要進行一次軸的扭轉強度校核，其條件為：
式中,——扭轉應力，MPa;
T——軸所受的扭矩，Nm；
——軸的抗扭截面系數，
在軸的最右端，直徑最小，并開有一直徑為20mm的孔徑。其視圖如下:
抗扭截面系數：
圖4-4 齒輪軸的最小端截面圖
代入數據算的：
代入上面數據：扭轉應力
而40cr的許用扭轉應力為35~55Mpa，符合要求。
4.3.2 按彎扭合成強度條件校核
在最大彎矩處，彎矩為：
扭矩為：
根據第三強度理論,軸的彎扭組合應力為：
由于壓力機的轉速很慢，所以把扭轉切應力假定為靜應力，取
代入得：
其中40cr的許用靜應力為，所以強度有富余，可以滿足強度要求。
5 軸承的選用和布置
軸承分為滑動軸承和滾動軸承，它們的作用都是支承旋轉軸及承受軸上載荷。滾動軸承因其具有摩擦阻力小，結構緊湊，旋轉精度高等優(yōu)點而被廣泛采用。滾動軸承種類很多，其結構大致相同，一般由外圈、內圈（上圈、下圈）、滾動體和保持架等組成。按照滾動軸承的承受載荷方向的不同，滾動軸承可分為：徑向接觸軸承、軸向接觸軸承、角接觸軸承。徑向接觸軸承主要承受徑向載荷，軸向接觸軸承主要承受軸向載荷，角接觸軸承同時承受徑向載荷和軸向載荷。
5.1 軸承的選用與校核
分析該機構的受力，軸上主要承受徑向力，軸向力基本忽略不計。選擇深溝球軸承，其內徑為ｄ＝40ｍｍ，簡化畫法如下：
圖5-1 軸承的結構簡圖
當量動載荷計算公式為：
Ｆｒ和Ｆａ分別為徑向載荷和軸向載荷。軸向載荷約等于０.徑向載荷為
對于球軸承
查參考文獻【5】表15-3，有Ｘ＝１，Ｙ＝０.齒輪的轉速較低，?。玻颍恚椋睿?
軸承的動載荷，查表的：
Ｆｐ?。?代入一下公式：
算的Ｌｈ＝１６８９７．１（ｈ）。查參考文獻【2】表13-3，推薦的一般此種工作條件的軸承工作機械壽命為12000~20000h.，Ｌｈ在其范圍之內。所以，軸承的壽命能滿足要求，很適合工作需要。
5.2 滾動軸承的配置
一般來說，一根軸需要有兩個支點，每個支點可由一個或一個以上的軸承組合。合理的配置是要考慮軸在機器中有正確的位置、防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后不致將軸承卡死等因素。
深溝球軸承也可用于雙支點各單向固定的支承。其軸的支承跨距較小，故較常采用雙支點各單向固定的支撐。
這種軸承在安裝時，通過調整端蓋面與外殼之間的墊片厚度，使軸承外圈與端蓋間存在很小的軸向間隙，以適當補償軸受熱所引起的變化。
此外，對于固定間隙軸承（深溝球軸承），可在軸承蓋與箱體軸承座端面之間或在軸承蓋與軸承外圓之間設置調整墊片，以此在裝配時通過調整來控制軸向間隙大小。
5.3 滾動軸承的潤滑
潤滑對于滾動軸承具有重要的意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。
選用的潤滑方式與軸承的速度有關，手動壓力機屬于低速設備，滾動軸承的dn(d為軸承的內徑，n為軸承的轉速）值較小，適用于用脂潤滑。
潤滑脂形成的潤滑強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間。對于那些不便經常添加潤滑劑的地方，這種潤滑方式十分適宜。且這種潤滑方式只適用于較低的dn值。所以說，此滾動軸承采用潤滑脂進行潤滑是比較合適的。
滾動軸承的裝脂量一般以軸承內部空間容積的1/3—2/3為宜。
5.4 滾動軸承的密封裝置
在壓力機的傳動軸的外伸段，應在軸承蓋的軸孔內設置密封件。
軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類。
由于已經選定了軸承的潤滑方式為脂潤滑，所以選定該軸承的密封裝置為氈圈油封。
在軸承上開出梯形槽，將毛氈按標準制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中以與軸密切接觸；或者在軸承上開缺口放置氈圈油封，然后用另外一個零件壓在氈圈油封上，以調整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。
采用氈圈油封主要用于脂潤滑的場合，它的結構簡單，但摩擦較大，只用于滑動速度小于4—5m/s的地方。當與氈圈油封相接觸的軸表面經過拋光且毛氈質量高時，可用到滑動速度達7—8m/s的地方。
基于氈圈密封和機器運行速度較低等特點，采用此種密封方式是比較合適的。
6 壓力機箱體及附件的設計
6.1 箱體的結構設計
箱體起著支承軸系、保證傳動件和軸系正常運轉的重要作用。箱體按其結構形狀不同分為剖分式和整體式；按照制作方式的不同有鑄造箱體和焊接箱體。
本次課題所設計的箱體為整體式，制造方法為鑄造箱體。為了保證箱體的剛度，要設有加強肋。箱體底座要有一定的寬度和厚度，以保證安裝的穩(wěn)定性和剛度。整體式箱體重量輕，零件少、機體的加工量也少。
壓力機的箱體一般多用HT150、HT200制造。本次設計采用HT200材料。鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，成本低。
在已確定箱體結構形式整體式和箱體毛坯制造方法（鑄造箱體）的基礎上，可進行箱體的結構設計。
（1）箱體的壁厚
箱體要有合理的壁厚,軸承座、箱體底座等處承受的載荷較大，其壁厚應該更厚些。其數值可查閱參考文獻【5】表4-1確定。
箱座壁厚δ，查參考文獻【5】表11—8，鑄鋼的最小壁厚在10與12mm之間。選擇δ=10mm 符合要求。
（2）地腳螺釘直徑df
查參考文獻【5】表3-1，由公式：
df=0.036a+10
A取90mm。代入數據，計算得：
df=13.24mm
取df=16mm
（3）地腳螺釘數目n
查參考文獻【5】表3-1，確定n=2。
（4）壓蓋、箱體聯(lián)結螺栓直徑d1
查參考文獻【5】表3-1，由公式：
d1=（0.6--0.8）df
且有，螺栓間距L≤150—200
代入數據，計算得：
d1=9.6mm，取標準為10mm。
6.2 軸承蓋的設計
1）軸承蓋的結構
軸承蓋的作用是固定軸承、承受軸向載荷、密封軸承座孔、調整軸系位置和軸承間隙等。其類型有凸緣式和嵌入式兩種。
本課題中所選用的軸承蓋為凸緣式。凸緣式軸承蓋用螺釘固定在箱體上，調整軸系位置或軸系間隙時不需要開箱蓋，密封性也較好。
2）軸承蓋參數的確定
（1）軸承蓋螺釘直徑和數目d3、n
查參考文獻【5】表9-9，確定：螺釘直徑為6mm，螺釘數為n=4。
（2)軸承蓋（軸承座端面）外徑D2
查參考文獻【5】凸緣式軸承蓋，由公式：
D2=D0+2.5d3，D0=D+2.5d3
d3為螺釘直徑，D為軸承外徑。根據已知數據，代入公式，計算得：
D0=83mm,D2=98mm
6.3 手柄的設計與強度校核
1、材料的選用
手柄是壓力機上傳力構件，查參考文獻【1】表12-6，可選用合金結構鋼制造，牌號：40Ｃｒ。此種材料廣泛應用于齒輪、軸、曲軸、連桿螺栓等。
2、長度的確定
初定壓力機手柄的長度為620mm，考慮到手的實際作用點及機器本身結構的特點，取實際在壓力機手柄上產生的力臂約為500mm。
3、彎曲應力的校核
手柄的材料：40Ｃｒ，調質，許用靜應力為400MPA。
手柄的受彎長度為550mm，最大彎矩為：
最大彎矩出的應力：
40Cr的許用彎矩為400Mpa。所以，手柄的材料滿足受力強度要求。
7 齒條和其工藝規(guī)程的設計
7.1齒條參數的確定
1）、模數m與齒輪相同，即模數：
m=2.5
2）、壓力角處處相等，且等于齒形角，壓力角取國家標準（GB/T 1356--1988）即： α=20°
3）、齒頂高ha：
由公式：
ha=ha*m
代入數據m=4，ha*為齒頂高系數（=1），計算得：
ha=ha*m=1×2.5=2.5
4）、齒根高hf：
由公式：
hf=(ha*+c*)m
代入數據m=4，c*為頂隙系數（=0.25），計算得：
hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2.5=3.125mm
5）、齒厚s：
由公式：
s=πm/2
代入數據，計算得：
s=πm/2=3.14×2.5/2=3.925mm
6）、齒槽寬e：
由公式：
e=πm/2
代入數據，計算得：
e=πm/2=3.14×4/2=3.925mm
7）、齒條長度：
根據任務書上的數據：壓力機的整體高度297mm，和最大工作行程121.5mm， 定齒條的長度為300mm。
8）、齒條寬度：
已經求出齒輪的寬度b=45mm，考慮到齒輪與齒條之間的嚙合關系，兩者之間的寬度之差為5至10mm，取整40mm作為齒條的寬度.
9）齒條長度的確定
根據任務書要求，確定齒條的長度為300mm,齒條的有齒嚙合部分長度為
L=260mm.
表7-1 齒條各部分尺寸的計算結果
各部分名稱
代號
公式及計算結果
模數
m
2.5
齒頂高
齒根高
齒全高
h
壓力角
20
齒距
p
齒厚
s
S=1.5708m=3.925mm
齒槽
e
e=1.5708m=3.925mm
徑向間隙
c
C=0.25m=0.625mm
7.2 齒條工藝設計分析
制定工藝路線是一個反復斟酌、修改的過程，主要是根據被加工零件表面的幾何特征，應用常見的機械加工方法，如車削、銑削、刨削、鏜削、鉆削、磨削等，依據加工經濟精度原則預訂工藝路線，然后在將相識或相同的加工方法組合起來，逆向遞推到毛胚設計為止的反復修改完善的過程。工藝路線制訂要考慮的問題有：1.始終考慮的是經濟性即制造成本低；一般來講要制造成本低，主要是從現有資源的重復利用和提高加工效率兩方面出發(fā)。齒條有狹長平面組成，其相當于分度圓無限增大的齒輪。從結構尺寸可見其剛性不好，加工中保證平面度是主要任務，四個相互垂直的平面也應重視。齒條固定在床身上，安裝后齒向要與底面保持垂直，否者影響齒輪與齒條的嚙合精度。
工藝分析：齒條是一種直徑無限增大的齒輪，它的外圓與根圓已變成直線。中批量生產齒條上齒形，一般可在插齒機上配以專用夾具插削而成，若無插齒機或少量單件生產可采用齒輪銑刀，其精度較插齒差。圖樣中要求齒頂面有平面度要求實際加工中需要交替定位，所以四個平面均加以磨削，而且保證相互垂直。這樣插齒時，與底面定位在夾具中加工出的齒向能保證垂直度要求。
7.2.1 確定毛坯制造方法
本零件的主要功用是傳遞動力，其工作時需承受較大的載荷，要求有較高的強度和韌性，故毛坯應選擇鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷。又由于是單件小批量生產、且零件形狀較簡單，尺寸也不大，故應采用自由鍛。
7.2.2 各平面加工方法的確定
齒條的左右端面粗糙度要求是12.5，可以選擇先粗車后半精車。對齒條的四個狹長的側面，粗糙度要求是3.2，通過先粗銑后精銑可以達到要求。
表7-2 平面的各種加工方案及能達到的經濟精度及表面粗糙度
序號
加工方法
公差等級
表面粗糙度
1
粗車
IT13~IT11
12.5~50
2
粗車——半精車
IT10~IT8
3.2~6.3
3
粗車——半精車——精車
IT8~IT7
0.8~1.6
4
粗車——半精車——磨削
IT8~IT6
0.2~0.8
5
粗刨
IT13~IT11
6.3~25
6
精銑
IT13~IT11
6.3~25
7
粗刨——精刨（精銑）
IT10~IT8
1.6~6.3
8
粗銑——精銑（或精刨）
IT10~IT8
1.6~6.3
9
粗刨——精刨（或精銑）——刮研
IT7~IT6
0.1~0.8
10
粗銑——精銑（或精刨）——刮研
IT7~IT6
0.1~0.8
11
粗刨——精刨（或精銑）——寬刃精刨
IT7
0.2~0.8
12
粗銑——精銑（或精刨）——寬刃精刨
IT7
0.2~0.8
13
粗刨——精刨（或精銑）——磨削
IT7
0.2`0.8
14
粗銑——精銑（或精刨）——磨削
IT7
0.2`0.8
15
粗銑——精銑——磨削——研磨
IT5
0.006~0.1
16
粗銑——拉削
IT9~IT7
0.8~1.6
7.2.3 各平面加工余量的確定
工序間加工余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差，有雙邊和單邊余量。工序間加工加工余量的確定原則：1.加工余量應盡可能小，余量小可以縮短加工時間，提高加工效率，降低制造成本，延長機床、刀具的使用壽命；2.加工余量應能保證按此余量加工后能達到零件圖樣要求的尺寸、形狀、位置公差和表面粗糙度，工序公差不應超出經濟加工精度范圍，本工序的余量應大于上工序留下的尺寸公差、形狀公差和表面切削層厚度；3.本工序的余量還應考慮裝夾誤差、加工中的變形、熱處理變形和加工方法可能帶來的誤差。確定方法：1.分析計算法：在可靠的實際數據資料基礎上進行計算，目前應用較少；2..經驗估算法：根據工藝人員的實際經驗確定工序余量，通常都比較偏大，一般用于單件小批量生產中;3.查表法：應用廣泛的方法，查閱有關的手冊，在結合工廠的實際情況適當修正使用。工藝基準與設計基準重合時，由最后一道工序依次向前推算工序基本尺寸，直到毛胚尺寸（本工序的余量=前工序的工序尺寸—本工序的工序尺寸）。工序尺寸的公差按各工序采用的加工方法的經濟精度確定，并按“入體原則”確定上、下偏差；毛胚和兩孔中心距按雙向對稱偏差標注。工藝基準與設計基準不重合時，應用工藝尺寸鏈分析計算。
查參考文獻【1】，端面的最大尺寸小于等于50mm的平面最大尺寸,查表的自由鍛第一次粗加工余量1.0~1.4mm,取1.0mm，半精車端面余量是1.0mm。在四個狹長平面，先粗銑后精銑，可以達到粗糙度要求。參考文獻【1】，表7-24,表7-25，粗銑的加工余量是1.5mm，精銑的加工余量是0.7~81.0mm，取1.0mm。齒條的毛胚寬度取45mm,,一次粗銑后精銑可與達到精度要求和粗糙度要求。
7.2.4 繪制毛坯圖
根據上文確定的各平面加工余量，可以得出毛胚的尺寸。
圖7-1 毛胚的尺寸圖
7.2.5 背吃刀量的選擇
對粗加工，根據工件的加工余量來確定，除留下精加工余量外，一次進給盡可能切除全部余量。背吃刀量可達8~810mm。當切削加工余量過大、工藝系統(tǒng)剛度過低、機床功率不足、刀具強度不夠或斷續(xù)切削的沖擊振動較大時，可分多次進給。切削表面有硬皮的鑄、鍛件時，應盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護刀具。對半精加工和粗加工，此時一般加工余量較小，可一次切除。為了保證加工精度和表面質量，也可多次進給，第一次進給的背吃刀量一般為加工余量的2/3以上。半精加工（表面粗糙度為6.3~3.2）時，背吃刀量可取0.5~2mm，精加工（表面粗糙度為1.6~0.8）時，背吃刀量取為0.1~0.4mm。
所以，在車端面時粗車和半精車背吃刀量均取1.0mm，粗銑齒條的四個狹長表面時背吃刀量取1.5mm，精銑是取1.0mm。
7.2.6 加工齒條的機床和刀具選擇
車端面，可以選擇普通車床，如C6140，銑床可選擇X52K，插齒要在專用的插齒機上進行。
加工齒條可以用齒輪銑刀、滾刀、插齒刀等。方案一用銑的方法加工齒條，齒輪銑刀分為指形齒輪銑刀和盤形齒輪銑刀，其中指形齒輪銑刀主要用以加工大模數的齒輪，盤形齒輪銑刀分為盤形齒輪銑刀和盤形錐齒輪銑刀，前者用于加工直齒或斜齒圓柱齒輪和齒條；后者齒形的制造誤差比較大，因此只能用于粗加工和加工低精度的直齒錐齒輪。方案二采用的的是插齒加工，插齒法加工齒輪比較方便，插齒刀包括盤形直齒插齒刀、碗形直尺插齒刀、錐柄斜齒插齒刀。盤形插齒刀主要用于加工內外嚙合的直齒或斜齒圓柱齒輪、人字齒輪；碗形插齒刀主要用于加工帶臺肩及階梯的內、外嚙合的直齒齒輪；錐柄插齒刀主要用于加工內嚙合直齒或斜齒齒輪。
插齒刀精度有AA級、A級、Ｂ級三種ＡＡ級可以加工六級精度齒輪，Ａ級可以加工七級精度齒輪、Ｂ級可以加工八級精度齒輪。插齒刀的模數范圍為0.2~12ｍｍ，其中1~8ｍｍ為中模數插齒刀，模數小于１ｍｍ的為小模數插齒刀，模數大于８ｍｍ的為大模數插齒刀。綜上所述，加工齒條的銑刀可以選用盤形齒輪銑刀，如果用插齒加工齒條，可以選用盤形直齒插齒刀，因為齒條的精度為八，所以插齒刀精度選擇Ｂ級。
7.2.7 選擇定位基準
（1）定位精基準的選擇
齒條的設計基準是如圖7-1的零件圖所示的齒條底面?？紤]定位穩(wěn)定可靠，所以選取底面作為定位精基準。加工時還要設定定位粗基準：第一個面銑平后，工件轉90。已加工面靠在固定鉗口一側，重新裝夾工件，再銑第二面，這樣依次將四平面銑完，可保證平面之間的垂直度要求。
（2）定位粗基準選擇
主要考慮裝夾方便、可靠，在加工四個表面的時候，選取已經加工好的表面靠在固定鉗口的一側作為定位粗基準。
7.2.8 擬定零件加工工藝路線
齒條工藝方案有如下兩種：
1.單件小批量生產(銑齒)
工序00 下料
工序05 調度
工序10 粗銑后精銑下端面
工序15 粗銑后精銑后端面
工序20 粗銑后精銑上端面
工序25 粗銑后精銑前端面
工序30 車端面
工序35 車端面
工序40 檢驗
工序45 銑齒
工序50 熱處理：高頻感應加熱淬火
工序55 鉗
工序60 檢驗
工序65 入庫
a) 小批量生產（插齒）
工序00 下料
工序05 調度
工序10 車端面
工序15 車端面
工序20 銑
工序25 銑
工序30 銑
工序35 銑
工序40 檢驗
工序45 插齒
工序50 熱處理：高頻感應加熱淬火
工序55 修毛刺
工序60 檢驗
工序65 入庫
注：齒條有齒的端面設為上表面，其對面為下表面，正對面為前端面，依此其背面為后端面。
兩種方案的比較：第一種方案是采用銑齒的加工方法，齒形要逐個加工，這種加工方法加工適合小批量生產，加工效率低下；第二種方案用插齒的加工方法，加工的效率較高，并且加工精度較第一種方案得到提高。所以根據生產單位的具體情況選擇加工方案。
8成本校核
8.1成本校核概念和意義
成本是企業(yè)為生產產品、提供勞務而發(fā)生的各種經濟資源的耗費。生產經意過程同時也是資產的耗費過程。例如，為生產產品需要耗費材料、磨損固定資產、用現金向職工支付工資等職工薪酬。材料、固定資產和現金都是企業(yè)的固定資產。這些資產的耗費，在企業(yè)內部表現為一種資產轉變成另一種資產，是資產內部的相互轉變，不會導致企業(yè)所有者權益的減少，不是經濟利益流出企業(yè)，因此不是企業(yè)的費用。成本核算是成本管理工作的重要組成部分，它是將企業(yè)在生產經營過程中發(fā)生的各種耗費按照一定的對象進行分配和歸集，以計算總成本和單位成本。成本核算過程，是對企業(yè)生產經營過程中各種耗費如實反映的過程，也是為更好地實施成本管理進行成本信息反饋的過程，因此，成本核算對企業(yè)成本計劃的實施、成本水平的控制和目標成本的實現起著至關重要的作用。：①完整地歸集與核算成本計算對象所發(fā)生的各種耗費。②正確計算生產資料轉移價值和應計入本期成本的費用額。③科學地確定成本計算的對象、項目、期間以及成本計算方法和費用分配方法，保證各種產品成本的準確、及時。成本核算的實質是一種數據信息處理加工的轉換過程，即將日常已發(fā)生的各種資金的耗費，按一定方法和程序，按照已經確定的成本核算對象或使用范圍進行費用的匯集和分配的過程。正確、及時地進行成本核算，對于企業(yè)開展增產節(jié)約和實現高產、優(yōu)質、低消耗、多積累具有重要意義。
8.2 產品生產成本項目
根據生產特點和管理要求，企業(yè)一般設立以下3個成本項目：
1.直接材料成本
直接材料是指企業(yè)在生產產品和提供勞務過程中所耗費的直接用于產品生產并購成產品實體店原料、主要材料、外購半成品成品以及有助于產品形成的輔助材料等。
2.直接人工成本
直接人工是指企業(yè)在生產產品和提供勞務過程中，直接參加產品生產的工人工資以及其他各種形式的職工薪酬。
3.制造費用
制造費用是指企業(yè)為生產產品和提供勞務而發(fā)生的各項間接費用，包括生產車間管理人員的工資等職工薪酬、折舊費、機物料消耗、勞動保護費等費用。
8.3生產成本的核算
壓力機中，箱體是鑄造而成，其占整個機身的大部分重量，對價格的影響最大，這里把它單獨核算。所以，可以把成本核算歸為兩部分：1.箱體鑄造過程的成本（包括原材料）；2. 產品生產成本項目，包括軸的加工，齒條的加工以及箱體的鑄造完成后的加工。
8.3.1鑄件的成本核算
定價時往往只能根據每公斤的平均價格乘以相應的浮動系數來確定。浮動系數的確定通常是參照典型鑄件進行對比，鑄件成本可分為直接成本和期間成本。直接制造成本又可分為直接材料、直接人工、燃料和動力等。為將制造過程消耗的燃料和動力、輔助材料等計為過程成本，以區(qū)別于會計中的制造成本概念。把折舊、房屋租金、財務費用等并入企業(yè)管理費（即成本會計通常的制造成本核算）作為期間成本。這樣直接材料和過程成本構成了鑄件的直接成本，這個成本也是鑄件的變動成本。直接材料費取決于合金的種類和配料成本，是社會上比較透明的成本項目。因此，把鑄件的成本更詳細的分成三部分：直接制造成本、過程成本、期間成本。
直接制造成本計算：HT200鑄件的價格是4300元/噸，鑄件的質量估算為26.5至28.3Kg之間，取它的質量為27Kg，一臺壓力機鑄件的材料費用為116.1元。
過程成本的核算：嚴格來講，不同鑄件在每個工序的制造成本是不完全相同的，但有的環(huán)節(jié)差異很小可以按照平均水平核算，我們所要關注的是那些對鑄件成本影響比較大的因素。導致鑄件過程成本差異的主要因素是工藝出品率。工藝出品率也叫收得率，是實際得到的鑄件重量占澆注重量的百分比，對具體鑄件來說工藝出品率可能在30%至60%的范圍內變化，一般多在40-50%之間。每公斤鑄件的成本與工藝出品率成反比，工藝出品率越低單位重量的鑄件成本就越高，而且工藝出品率越低影響的程度越顯著。澆注每公斤鋼水的成本為6元，當工藝出品率為45%時，每公斤鑄件的成本為13.33元；工藝出品率為30%時鑄件成本為20元/公斤，比平均水平高6.7元，使過程成本上升37.6%。這里取平均水平，當工藝出品率為45%時，每公斤鑄件的成本為13.33元，則過程成本為359.91元。
期間成本的核算：這部分費用歸在制造成本里，即8.3.4節(jié)。
8.3.2直接材料成本的核算
壓力機要用到的材料有45號鋼、HT200鑄件、40Cr以及一些標準件，經咨詢得各種材料及標準件的價格如下：45號鋼：5800元/噸；HT200：4300元/噸；Q235 4350元/噸；40Cr：6500元/噸；軸承（6008）：10.8元/個 ；軸套：2元/個；墊片：1元/個；螺釘：1元/個；套筒：2元/個。
軸的材料：40Cr，直徑是60mm，長度175mm, 質量是0.50Kg，價格是3.25元
手柄的材料：40Cr，直徑24mm，長度630mm.質量是2.22Kg ，價格是14.43元
齒條材料：45鋼，尺寸45X45X304mm,質量是2.22Kg ，價格是12.88元
壓蓋材料：Q235，質量為1.99Kg ，價格是8.66元
螺釘總數：14個 ，價格總額:14元
圓柱銷：一個，價格1元
軸承：兩個，價格總額：21.6元
軸套：二個，價格總額：4元
套筒：一個，價格:2元
總計：99.5元。
注：各鋼鐵密度（)：灰鑄鐵 HT100～HT350 6.6--7.4 ，普通碳素鋼 Q235 7.85 ，40Cr 7.8，45鋼 7.85。
8.3.3直接人工成本的核算
經咨詢得機械行業(yè)工人的工資在大約在2000—2500元左右，本文中取2300元，該車間有30位工人，壓力機月產量為1000臺，則應向每臺壓力機攤派69元；經咨詢相關行業(yè)人士知工人的福利（五險一金等)250-300元左右，本文取270元，則應向每臺壓力機攤派8.1元.所以直接人工成本費為77.1元/臺。
8.3.4制造成本的核算
經咨詢的機械行業(yè)管理人的工資在大約在2500—3000元左右，本文中取2700元，壓力機月產量為1000臺，設該廠有10位管理人員，所以每臺攤派27元；攤派折舊費按每臺20元攤派；機物料費按每臺10元攤派；勞動保護費按每臺5元攤派；水電費按每臺10元攤派。所以直接人工成本為72元/臺。
8.3.5壓力機成本價格總額
壓力機的總的成本價格為以上各個價格之和。
其中鑄件過程成本：359.91元，
直接材料成本的核算：99.5元，
直接人工成本的核算：77.1元，
制造成本的核算：72元
以上各價格相加的608.51元。
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