毕业设计（论文）开题报告

题目      棘轮手动压机设计

说    明
开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。

 
一、选题的依据及意义：
毕业设计（论文）选题的原则要根据教学计划中所制定的培养目标要求，能达到综合训练为目的，有利于培养学生独立工作能力，巩固和提高所学知识。应尽量选择既满足教学基本要求，又结合生产、科研实际的题目。可根据学生的特点，结合个人的实际工作选择题目。机械产品设计类型依据特点分为开发型、改进型、技术引进等三种类型。机械产品设计要求具有有效性、经济性、工艺性和外观质量。
题目类型
    主要包括:机械设计类、工艺工装设计类、机电产品设计、液压系统及装置设计、电气控制系统设计等。 (所有专业课程的内容，结合生产实际都行) 题目示例 60吨压力机液压系统与控制系统设计
压力机机械结构设计，液压系统设计，控制系统设计。
由于我国压力机技术相比国外落后点，大型的压力机和用于数控的比较欠缺，作为在校大学生，我就选棘轮式手动压力机。手动压力机制造简单，操作方便，造价费用低廉。在更多的方面大型的压力机起不到作用。所以选棘轮式的是对棘轮机构有所掌握。

依据：
（1）体现我国机械加工中冷压工艺的实际发展需要
直接面向我国机械加工的当前实际，考虑今后发展趋向；压力机在制造领域和应用领域的重要地位，努力实现标准化与自动化。
（2）满足毕业设计的内容规定要求
机械专业毕业设计内容包含初步设计和技术设计两大部分。毕业设计不是相关课程设计内容的简单组合与重复，否则将对完成基本训练和培养独立工作能力极为不利。设计题目具有较完整的设计原始资料，包括所要设计的设备的原始数据（工作压力、底座尺寸、压力机高度、最大工作行程等）相关使用要求、运动分析、总体强度受力分析、齿条工艺规程设计、成本核算等，这些原始资料都来自实有机械设备的设计实践。
（3）适应专业科技知识的实际水平
由于学时有限，在校所学专业课程知识的深、广度难以满足中型、大型设备设计工作的需要。毕业设计题目的规模和内容幅度，是从大多数学生能掌握的专业科技知识的实际水平出发，所要设计的设备型号以小型为主，工作压力也在考虑范围内，以中小负荷为主等。

意义：
（1）培养理论联系实际的设计思想，通过课题研究回顾、总结大学三年所学。在以后工作中,
能更快速地提高专业技术；
（2）综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题。使自己的实践动手、动笔能力得到
锻炼；
（3）为工作时候的产品开发、改进打下基础；
（4）掌握文献检索、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。

二、国内外研究概况及发展趋势：

棘轮型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；精密程度也有很大的差别，价值由几百元到上万元不等。
棘轮机构　　棘轮机构
ratchet and pawl
由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。
它将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的结构参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率不能过高。棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用在千斤顶上。在自行车中棘轮机构用于单向驱动，在手动绞车中棘轮机构常用以防止逆转。
棘轮机构基础知识

1棘轮机构(ratchet mechanism)的基本型式和工作原理
图示为机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。
2 棘轮机构的分类方式有以下几种：
按结构形式分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构
齿式棘轮机构结构简单，制造方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。
齿式棘轮机构 摩擦式棘轮机构
摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。特点是传动平稳、无噪音；动程可无级调节。但因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动精度不高。适用于低速轻载的场合。
按啮合方式分外啮合棘轮机构和内啮合棘轮机构
外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块均安装在棘轮的外部，而内啮合棘轮机构的棘爪或楔块均在棘轮内部。外啮合式棘轮机构由于加工、安装和维修方便，应用较广。内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑，外形尺寸小。
外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构
按从动件运动形式分单动式棘轮机构、双动式棘轮机构和双向式棘轮机构
单动式式棘轮机构当主动件按某一个方向摆动时，才能推动棘轮转动。双动式棘轮机构，在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中，分别带动两个棘爪，两次推动棘轮转动。
双动式棘轮机构常用于载荷较大，棘轮尺寸受限，齿数较少，而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合。
双动式棘轮机构
以上介绍的棘轮机构，都只能按一个方向作单向间歇运动。双向式棘轮机构可通过改变棘爪的摆动方向，实现棘轮两个方向的转动。图示为两种双向式棘轮机构的形式，双向式棘轮机构必须采用对称齿形。
双向式棘轮机构
3 棘轮机构的应用
棘轮机构的主要用途有：间歇送进、制动和超越等，以下是应用实例。
1)间歇送进
图示为牛头刨床，为了切削工件，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄1转动时，经连杆2带动摇杆5作往复摆动；摇杆5上装有双向棘轮机构的棘爪3，棘轮4与丝杠6固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180°后固定），可改变进给运动的方向。
2)制动
图示为杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮2固结，棘爪3铰接于制动轮4上A点，制动轮上围绕着由杠杆5控制的钢带6。制动轮4按逆时针方向自由转动，棘爪3在棘轮齿背上滑动，若该轮向相反方向转动，则4轮被被制动。
3)超越
图示的棘轮机构可以用来实现快速超越运动。运动由蜗杆传到蜗轮，通过安装在蜗轮上的棘爪3驱动棘轮固连的输出轴5按图示方向慢速转动。当需要轴快速转动时，可按输出轴的方向快速转动输出轴上的手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。
4 棘轮机构的设计要点
棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择 、模数齿数的确定 、齿面倾斜角的确定 、行程和动停比的调节方法
现以齿式棘轮机构为例，说明其设计方法
1)棘轮齿形的选择
图示为常用齿形，不对称梯形用于承受载荷较大的场合；当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用三角形或圆弧形齿形；矩形和对称梯形用于双向式棘轮机构。
2)模数、齿数的确定
与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要按棘轮的顶圆直径da来计算。
m = da/z
棘轮齿数z一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机构，可根据所要求的棘轮最小转角来确定棘轮的齿数（z ≤250，一般取z = 8～30），然后选定模数。
3)齿面倾斜角的确定
棘轮齿面与径向线所夹α称为齿面倾斜角。棘爪轴心O1与轮齿顶点A的连线O1A与过A点的齿面法线nn的夹角β称为棘爪轴心位置角。
为使棘爪在推动棘轮的过程中始终紧压齿面滑向齿根部，应满足棘齿对棘爪的法向反作用力N对O1轴的力矩大于摩擦力Ff沿齿面）对O1轴的力矩，即
N•O1Asinβ > Ff•O1Acosβ
则 Ff/N < tanβ
因为 f = tan = Ff/N
所以 tanβ > tan
即 β >
式中f和分别为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数和摩擦角，一般f取0.13 ～0.2。
5. 行程和动停比的调节方法
1）采用棘轮罩
通过改变棘轮罩的位置，使部分行程棘爪沿棘轮罩表面滑过，从而实现棘轮转角大小的调整。
2）改变摆杆摆角
通过调节曲柄摇杆机构中曲柄的长度，改变摇杆摆角的大小，从而实现棘轮机构转角大小的调整。
3） 采用多爪棘轮机构
要使棘轮每次转动的角度小于一个轮齿所对应的中心角γ时，可采用棘爪数为m的多爪棘轮机构。
如n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开γ/3 ，当摆杆转角Ф1在γ≥Ф1≥γ/3 范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度Ф2为 γ≥Ф2≥γ/3 范围内γ/3 整数倍。

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。
   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：
（1）小型高速精密压力机主要用于生产电传打字机、复印机、照相机等较厚的精密制件。其制件的种类、材料厚度、冲压工艺的难度、形状及尺寸各异，种类较多。总压力一般不超过2500kN。该压力机采用滑块式机械传动，刚性好，导向精度高，适应性强，工作可靠，操作维修方便，应用较广。法因图尔（Feintool AG LYSS）公司是目前世界上最大的精密压力机生产厂商。
   （2）步冲压力机是由计算机数控，并带有模具库的数控压力机，它不但能自动进行板料制作，而且还可以利用步冲轮廓的特性，突破传统加工离不开专用模具的概念，具有很大的通用性。目前已发展到带有激光切削，进一步降低了对于模具的依赖。日本的天田、村田公司和德国的通快机械公司更生产的设备都是集切、步冲、成形和等离子切割于一体的通用数控压力机。
   （3）BEAT系列高速压力机。由日本京利公司制造的BEAT系列高速压力机，其结构特点为四柱框架式结构，送料器按压力机的大小专门配备，送料精度高。适用于集成电路、接插件、高频头及小型、超小型电机的定子、转子等制件的生产。
   （4）A2系列高速压力机。德国舒勒公司制造的A2系列高速压力机，A2系列压力机共有从500～4000kN十个规格，采用框架式机架，结构紧凑。压力机设有凸轮式精密自动送料装置。适用于电器小零件的加工，不适宜于浅拉深。
   （5）BSTA与FP系列高速压力机。日本三井公司生产的BSTA系列高速压力机和山田公司生产的FP系列高速压力机结构类似，精度高。适用于中、小型制件的弯曲、浅拉深等较精密的工艺。当与材料开卷机、矫平机及自动送料装置、以及收卷机等联合使用后，对于像集成电路的引线框架一类的平板型制件，此类压力机具有很高的生产率。
   （6）SP系列高速压力机。日本山田公司生产的SP系列高速压力机为小型压力机，适用与电子工业的接插件、电位器、电容器等小型电子元件的制件生产。
   （7）脉冲星型（普尔萨型）超高速精密压力机。美国明斯特公司生产的脉冲星型（普尔萨型）超高速压力机，其结构特点是：机架为框架式，运动平稳，精度高，模具的闭合高度调整用数字显示等。该压力机不仅速度高，而且运动精密，可制作出高精密的制件。它是专门为集成电路引线框等导线板和终端接头等精密制件设计的。
   （8）多工位自动传递压力机。我国目前引进的大多是日本旭精机公司生产的TP系列多工位自动传递压力机，其特点是结构紧凑，集约程度高。该型压力机还可配置多种附属装置，以满足不同类型的精密、复杂制件的自动连续加工，主要加工小型拉深件。

三、研究内容及实验方案：

内容：
（1）开题报告；
（2）总体设计；
（3）常规设计；
（4）成本核算；
（5）箱体工艺规程设计；
（6）编写毕业设计说明书；
（7）外文资料翻译。
   
方案：
  （1）独立思考，继承和创新
设计时，要认真阅读参考资料，继承或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全盘抄袭，应根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆地进行改进和创新。只有这样，才能做出高质量地设计。
   （2）全面考虑机械零部件地强度、刚度、工艺性、经济性和维护等要求
任何零部件的机构和尺寸，除去考虑它的强度刚度外，还应该综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。
   （3）采用“三边”设计方法
机械设计中，多数零件可以由计算确定零件的基本尺寸，再通过草图设计决定其具体结构和尺寸；而有些零件，则需先经初算和绘草图，得出初步符合设计条件的基本结构尺寸，然后再进行必要得计算，根据计算的结果，再对结构和尺寸进行修改。因此，计算和画图互为依据，交叉进行。这种边计算、边画图、边修改的“三边”设计方法是经常采用的方法。
   （4）使用标准和规范
设计时应尽量使用标准和规范，这有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。因此，课程设计中，凡是有标准或规范的，应该尽量采用。

四、目标、主要特色及工作进度

目标：
（1）通过毕业设计，提高并巩固所学的理论知识；
   （2）通过毕业设计，培养自己科学，严谨，实务和创新的 工作作风；
   （3）通过毕业设计，综合利用自己所学的理论知识，分析解决工作中遇到的问题；
  （4）为工作时候的产品开发、改进打下基础；
   （5）培养独立思考，独立工作的态度。

特色：
  （1）协调性
整个机器由许多零件组成，虽然各零件的功能不同、性能各异，但它们在组合时必须按照机器整体功能的需要。因各个零件都是为了共同实现整体的目标，所以，各零件应该有机地联系在一起。一个系统的好坏，最终要由其整体功能来体现。若各个子系统设计合理、能协调工作，系统运行后的整体功能会大于各子系统功能的简单代数和，即符合系统的增益规律。若各个子系统设计不合理，导致各部分间存在矛盾，组成的系统运行后会出现内耗，从而造成整体功能小于各部分的功能之和。因此，性能不匹配或达不到整体目标的设计，无论其局部的功能和性能设计的多么好，都是失败的设计。
   （2）相关性
构成整个系统的各要素之间也是互相关联的，它们之间有着相互作用、相互制约的特定关系。某个要素性能的变化将影响对相关要素的作用，从而对整个系统产生影响。
   （3）内外结合性
任何系统必定存在于一定的社会和物质环境中，机械系统也不例外。环境的变化必将引起系统输入的变化，从而也将导致其输出的变化。应在调查研究的基础上，搞清外部环境对该机械系统的作用和影响。如市场对该机械的要求（功能、价格、数量、尺寸、重量、工期和外观等）和约束条件（基金、材料、设备、技术、使用环境、基础和地基以及法律与政策等），这些都对内部设计有直接的影响，影响其可行性、经济性、可靠性和使用寿命等指标，在进行总体方案设计时，必须考虑这些影响。否则，可能导致设计失败。同时，也不能忽略内部系统对外部环境的作用和影响，如系统运行后或产品投产后对周围环境的影响，对操作人员的影响等。内部系统与外部环境相一致是系统设计的另一特点。它可以使设计尽量做到周密、合理，少走弯路，避免不必要的返工和浪费。从而，以尽可能少的投资获取尽可能大的效益。

进度：毕业设计（论文）工作内容及完成时间：
1、开题报告                                                       第 1周
2、总体方案设计                                                   第2周
3、常规设计                                                第3周—第 7周
4、箱体工艺规程设计                                  第8周—第10周      5、编写毕业设计说明书                                    第11周—第14周
6、外文资料翻译（不少于6000字符）                                第15周


五、参考文献

（1）机械设计手册 第4卷 液压、气动与液力传动与控制  北京：机械工业出版社   2004
（2）沈纫秋主编《工程材料与制造工艺教程》 北京：航空工业出版社   1991.5
（3）张鼎承主编 冲压机械化与自动化  北京:机械工业出版社   1982
（4）[日]日本塑性加工学会编 压力加工手册  北京:机械工业出版社   1984
（5）德国 OPTIMA 夹紧技术公司产品样本 冲锻压模具的快速夹紧    2001
（6）Pearce,R.Sheet Matal Forming,Bristol、philadelphia:Adam hilger    c1991
（7）青岛市机械系统翻译网译 青岛市机械工业局科技情报站    1985
（8） 濮良贵、纪名刚主编《机械设计》第八版  北京：高等教育出版社，2006.5.
（9） 孟宪源 姜琪编著«机构构型与应用» 机械工业出版社
（10）清华大学何德誉主编«专用压力机»  机械工业出版社
（11） 赵呈林主编«锻压设备» 西北工业大学出版社