棘轮型手动压力机的设计
1 引言
1.1课题研究的目的及意义
机械设计是机械工业的基础技术。科研成果要转变成有竞争里的新产品，设计起着关键性的作用。设计工作的质量和水平，直接关系到产品的质量、性能和技术经济效益。工业发达的国家都十分重视机械设计工作，依靠先进的技术和数字化的电控部件不断的研制出适应市场需求的机电产品，有力的促进全球经济的蓬勃发展。机械工业的水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。人们之所以要广泛使用机器是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。
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，提高生产效率，且具有操作方便、动作灵活，经久耐用等特点。它广泛应用于家电业、电子工业、电器端子、钟表工业、照相机、微型马达等制造及零部件装配，最适用小零部件之压入、成型、装配、铆合、打印、冲孔、切断、弯曲、印花等工作要求。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。压力机种类繁多，型式多样，工作压力小到几十公斤，大到几吨。
我国许多企业自“八五” 以来，通过技术攻关、自行设计，以及从德国舒勒、美国维尔森、日本小松等著名公司引进设计制造技术，或采取与国外厂商合作生产的方式，将国内压力机的技术水平提升到了国际先进水平。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。小型手动压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和制件质量。但是它成本低、操作方便，容易安装机械化装置。并且由于手动压力机总体处于质量稳定、大批量廉价市售状态，由国情决定，其市场需求量仍将保持在一个较高的水平。
这次所设计的棘轮式手动压力机属于中小型压力机，其中主要以人力为主，通过齿轮带动齿条运动，用棘轮实现自锁，用手轮回复齿条，其中主要设计了各个系统传动的零部件，结构比较简单，属于典型的手动压力机。
2 棘轮型手动压力机的设计
2.1总体方按的确定
根据设计的要求，本次设计内容为棘轮式手动压力机，设计所要完成的内容为：最大工作压力2000kg；最大工作行程205mm；齿轮带动齿条传动；以棘轮达到自锁目的；手轮控制齿条的回反运动；根据各方面的考虑，最终确定了下图所示的结构方案。
该机器放置在工作台上，动力为人力，工作时齿条通过齿轮带动做用在零件上，齿条与齿轮轴为一体，齿轮轴通过螺母与手柄固定，齿轮轴不直接固定在箱体上，而是通过轴承来减小轴与箱体之间的摩擦力，延长机器的使用寿命，提高机器的精度。
图2-1 总体方按图
1.定位盘
2.齿轮轴
3.手轮
4.轴承
5.齿条
6.手柄
7.端盖
8.棘轮
9.棘爪
2.2齿轮的设计
2.2.1齿轮材料及精度的选择
本课题所要设计的压力机采用齿轮传动，齿轮材料及其热处理方法直接影响齿轮的强度、耐磨性等性能，因而直接影响齿轮的承载能力和使用寿命。选择齿轮材料要根据齿轮的载荷大小、工作要求、工作环境、加工精度及加工成本等综合考虑。
根据要求，所设计的是手动压力机，所以在齿轮工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，齿轮精度的选择，必须
根据用途、工作条件等确定。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的设计计算方法及设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动，通常只按保证齿根疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。
1、按上图的压力机总体结构示意图，由齿轮、齿条、棘轮确定传动方案，选用
直齿圆柱齿轮进行传动。
2、根据参考文献[3]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（GB-10095-88）。
3、根据参考文献[3]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、齿条的材料均为40Cr ，并经调质及表面淬火，齿面硬度为
48-55HRC 。
2.2.2齿轮的设计计算
根据参考文献[9]，人的力量在10-50kg 之间，所以取作用于压力机手柄处的力为50kg 。初定压力机手柄的长度为1000mm ，但是实际的作用力臂长度不足，去掉手握位置及其他因素构，最后取实际在压力机手柄上产生的力臂约为950mm 。根据设计任务书中的数据，压力机的最大工作压力为2000kg 。
根据计算式带入数据：
2211d F d F =
其中：1F =50 1d =0.95 2F =2000
50×9.8×0.95=2000×9.8×2d
所求得： 2d =24mm
所以可确定分度圆直径为：
d=22d =2×24=48(mm)
选择齿数：z =18
根据计算式带入数据：
其中：z =12，d=46
18
48m ==2.67 所求得： m=2.67
2.2.3齿轮的校核
根据齿根弯曲强度
由于齿面硬度很高，赤芯强度又很低的齿轮40Cr 调质淬火，通常保证齿根弯曲疲劳强度为主。
效核弯曲强度： []
32112F sa Fa d σY Y z φKT m ≥ 1、确定公式的各个计算数值
1）根据参考文献[3]表10-7圆柱齿轮的齿宽系数d φ，选取齿宽系数
因齿轮、齿条均为硬齿面，故宜选择稍小的齿宽系数，故取d φ=1
2）根据参考文献[3]图10-20（d ）渗碳淬火钢和表面硬化（火焰或感应淬火）
刚的弯曲疲劳强度极限，选取齿轮的弯曲疲劳强度极限
查取=FE σ580Mpa
3）根据参考文献[3]图10-18弯曲疲劳寿命系数FN K ，查取弯曲疲劳寿命系数 查得弯曲疲劳寿命系数:FN K =0.87
4）计算弯曲疲劳许用应力
根据设计要求取弯曲疲劳安全系数S=1.4，
根据计算式：
[]F σ=S
σK FE FN 其中=FE σ580Mpa ，FN K =0.87，S=1.4代入上式得：
[]F σ=S σK FE FN =4
.1580×87.0=360.43MPa
5）计算载荷系数K 。
根据计算式：
