车辆工程毕业设计17汽车弹簧液压弯管机设计

第 1 页 汽车弹簧液压弯管机设计 摘要 在汽车弹簧生产工艺中，卷耳包耳工序是关键。单工位弯耳机是对汽车钢板弹簧主板进行切头弯耳一次成型的液压设备。首先，文中提出了几种钢板切头弯耳的可行性方案以及工艺措施，并进行了分析、比较、论证，选出最佳方案。其次，确定出单工位液压弯耳设备主要需要的机构及运动，并选定出各自具体的运动结构方案。再通过以上分析、考虑，综合确定出设备的总体运动结构方案。利用所给有关数据，对设备的各个机构进行动力、运动设计计算，确定各机构的尺寸。绘制总体装配图及部件图，确定本设备的布局尺寸，设计出达到要求的汽车钢板弹簧的单工位液压弯耳。而且在最后对整个设计工作进行总结、归纳，对部分设计问题进行分析说明。 关键词 ： 液压设备 弯耳机 单工位弯耳机 第 2 页 Abstract Bending is the key in the plate spring production.This description is a general design and elucidation relevant to automobile steel plate bending machine what is used as cutting-out the head of the plate spring and bending the plate spring. Designed in the description is a single working hydraulic plate bending equipments. First, in this description, it raised several executable programmers and posed several technological specifications to product the automobile plate spring. And then we proceeded to compare and argued the programmers. Be virtue of the argument, we selected the best project. Then make sure the main requirements of the machines and sport construction of the single working hydraulic plate bending equipments, and definitude the specific structures. Then we were virtue of these researches, and combined various opinions, we made selection out concretely the project again. Sum up the above analysis and consider again, synthesize to make sure the total sport construction of the equipments and the project. Then we can be virtue of the parameter and refer to the reference book, make use of an each organization for count, we proceed to design and calculate of the motive power and sport movement of the equipment, and make sure the size of each organization. Then we drafted the general assembly diagram and parts assembly diagram of this equipment, certain this equipments attain the requests that we needed to product the spring. At finally proceeds to whole design work, and we can get the equipment of the simplex working bending machine of the automobile spring. Key word: Hydraulic equipment Bending equipment A single working bending equipment 第 3 页 目录 第一章 总体方案论证 . 6 1.1 液压式双工位弯椭圆耳型设备介绍 . 6 1.1.1 生产布置 . 6 1.1.2 工艺措施 . 6 1.2机械式多工位卷耳设备介绍 . 7 1.2.1 生产布置 . 7 1.2.2 工艺措施 . 7 1.3 液压式单工位弯耳设备介绍 . 8 1.3.1 生产布置 . 8 1.3.2 工艺措施 . 8 1.4方案分析比较 . 9 第二章 具体运动结构方案设计 . 11 2.1 抽芯机构运动结 构方案的选定 . 11 2.2切头机构运动结构方案选定 . 12 2.3 定位机构运动结构方案选定 . 15 2.4 抓紧机构运动结构方案选 定 . 15 2.5压紧机构运动结构方案选定 . 16 2.6 转位弯耳机构运动结构方案选定 . 17 2.7工作台升降机构运动结构方案选定 . 18 第三章 总体方案的选定 . 19 3.1 设备工作程序如下： . 20 第四章 设计参数 . 21 第五章 计算 . 22 5.1 动力设计计算 . 22 5.1.1 压紧缸载荷分析并选定压紧缸缸径 . 22 5.1.2 计算切头缸载荷并选定切头缸缸径。 . 22 5.1.3 计算抓紧缸载荷并选定抓紧缸缸径 . 23 5.1.4 分析摆动缸载荷并选定摆动缸缸径 . 26 5.1.5 计算转动缸载荷并选定转动缸缸径 . 26 5.1.6 分析移位缸载荷并选定移动缸缸径 . 28 5.2 运动设计计算 . 29 5.2.1 确定切头刀具工作角度 ： . 29 5.2.2 确定齿轮齿条模数及齿轮齿数 . 29 5.2.3 计算抓紧机构转位角度 . 29 第 4 页 5.2.4 计算转位缸行程并选定标准行程 . 30 5.2.5 计算切头缸工作行程并选定标准行程 . 31 5.2.6 分析压紧缸工作行程并选定压紧缸标准行程 . 31 5.2.7 选定抓紧缸标准行程 . 32 5.2.8 选定切头机构移动缸标准行程 . 32 5.2.9 计算切头机构摆动缸并选定标准行程 . 32 5.2.10 选定抽芯缸标准行程 . 33 5.2.11 选定定位缸标准行程 . 33 5.3 选定各工作油缸标准型号 . 34 第六章 部分设计问题说明 . 35 6.1机架、切头架及抓紧架结构及材料 . 35 6.2设备的润滑措施 . 35 6.3芯轴的冷却措施 . 36 结论 . 38 致 谢 . 39 参 考 文 献 . 40 第 5 页 引言 汽车钢板弹簧是极易损坏的零件，其主要是用于汽车、拖拉机和铁道车辆中作为一种弹性悬挂装置，起缓冲和减振作用，也可以在各种机械中作为防振装置。具有机构简单，修理方便的特点。 它不仅用量大，消耗多，而且对汽车工业发展有不可替代作用。 汽车弹簧单工位弯耳机是对汽车钢板弹簧进行切头弯耳的设备。 去年我到湖北东风汽车公司进行了实习，在实习中我发现其对钢板弹簧弯耳工序都采用陈旧的单工位机械式弯耳设备或双工位液压式弯耳设 备。而国外则大多采用单工位液压式自动控制设备及工艺。我们对汽车弹簧单工位弯耳机设备的产品开发和研究可以提高我国的钢板弹簧弯耳技术，使我国的弹簧弯耳技术跟上国际技术水平，加速我国汽车产业的发展。 本文所设计的设备，实现了一机多能即切头弯耳一机加工，提高生产效率，减低生产成本，使加工工艺变得简单易行，并且缩短了工作节拍，提高了加工的质量。采用液压和 PC自动控制，使设备的维护变简单。 第 6 页 第一章 总体方案论证 目前汽车生产厂家对钢板弹簧弯耳这一工序主要有以下三种。 1.1 液压式双工位弯椭圆耳型设备 介绍 该设备主要用于加工椭圆耳型的钢板弹簧卷耳，该卷耳结构如图 1-1。 图 1-1 1.1.1 生产布置 在生产中设备的布置如图 1-2。 工件 加热设备 950 冲床 切头 弯耳设备 成型 合格品 图 1-2 1.1.2 工艺措施 将钢板弹簧加热至 950C高温，在冲床上切头，然后在弯耳机上进行卷耳加工，完成一个合格的卷耳， 其工艺流程见图 1-3。 1工位：切头 2工位 1工步：弯耳成型 2工步：抽芯取工件 图 1-3 第 7 页 1.2机械式多工位卷耳设备介绍 该设备用于加工钢板弹簧卷耳耳型，耳型结构见图 1-4。 卷耳 图 1-4 1.2.1 生产布置 在生产中，设备的布置如图 1-5。 工件 加热设备 950 冲床 切头 弯耳设备 弯耳 整形设备 整型 合格品 图 1-5 1.2.2 工艺措施 钢板弹簧加热至 950C高温后，在冲床上进行切头，在弯耳设备上分三个工步进行弯耳，最后在整形设备上进行整形，完成一个合格的卷耳耳型，其工艺流程见图 1-6。 工位 1：切头 2 工位 1 工步：初弯 2 工步：二次弯曲 3 工步：成型 3 工位：整形 图 1-6 第 8 页 1.3 液压式单工位弯耳 设备介绍 该设备用于加工平卷耳。这种耳型较上、下卷耳及椭圆卷耳减小了耳型的内应力，因其纵向力作用方向和弹簧主片断面中线重合，使用性能较上、下卷耳好，因此是以后汽车应用的趋势，以前应用受阻碍的原因在于其制造较复杂。 平卷耳结构见图 1-7。 图 1-7 1.3.1 生产布置 生产中设备的布置见图 1-8。 工件加热设备 950 弯耳设备 成型 合格品 图 1-8 1.3.2 工艺措施 将钢板弹簧加热至 950C高温，在弯耳机上分 3个工步完成一个弯耳弯曲。 其工艺流程见图 1-9。 工步 1：切 头 工步 2：抓紧转位弯耳成型 工步 3：抽芯取工件 图 1-9 第 9 页 1.4方案分析比较 从上面的方案分析可以知道：机械式多工位弯耳机设备属于比较老的设备，其加工方法是靠模板的推移和工件沿模型强制卷曲成型。其 模具复杂 ， 更换调整困难 ， 生产效率不高 ，并且最后产品精度还须靠整型磨具来保证，提高了成本。双工位液压弯耳机虽然相对于机械式多工位弯耳机多了液压自动制，多了芯轴结构，加工质量较容易保证，但同样存在即多了冲床设备，扩大了生产面积，增加了工人配额，劳动生产率还是很不高，工人劳动强 度同样过大等机械式多工位弯耳机的缺点。而单工位液压弯耳设备较前两种设备有了许多改进和优点：首先，它将切头功能揉合到了设备中实现了一机多能并且无须整型，减少了生产设备，缩小了生产面积，同时提高了生产效率，降低了工人劳动强度，减少了工人配额，降低了板簧生产成本。其次，设备采用了芯轴结构，在切头时，对芯轴加了 V形支承块，使工艺的实施变得简单。同时，设备有了切头机构，缩短了工作节拍，单件生产时间变短，使工件在加工过程中温度变化范围减小，内部组织变动不大，可得到较好的组织结构，不易产生突出的加工应力及变形。因而在以上 条件保证下，能较好地保证加工质量，不易产生废品。最后，该设备采用液压传动，便于实现 PC自动控制避控制，所以维修简单 同时还 确保了设备良好的工作性能及使用性能 . 综合以上的分析、论证，考虑到具体的条件，确定出本设备的设计原则有以下几点： （ 1） 高的生产效率。尽量缩短各个动作时间，选用先进的工作方法及技术。 （ 2） 经济性原则。尽量减少生产成本，节约原材料。减少工人配额。 第 10 页 （ 3） 设备制造、维护、使用简单方便。尽量采用液压传动，以便采用 PC 自动控制。 （ 4） 扩大设备加工范围。考虑钢板弹簧卷耳规格的变化及设备的调整适应。 （ 5） 减轻工人的劳动强度。 第 11 页 第二章 具体运动结构方案设计 在查询相关资料及通过前面对各种设备方案及加工措施的分析、论证，可以确定出单工位液压弯耳设备主要需要以下的机构及运动来保证所须零件的加工要求： 1 抽芯机构及运动； 2 切头机构及运动； 3 定位机构及运动； 4 抓紧机构及运动； 5 压紧机构及运动； 6 转位弯耳机构及运动； 7 工作台升降机构及运动。 其工艺流程图如下： 现考虑具体的工作条件及工作要求来分析选定各个具体的运动结构方案。 2.1 抽芯机构运动结构方案的选定 液压式单工位弯耳 机增设芯轴来保证板簧加工耳型精度，而抽芯机构就是为了顺利地卸出工件，使芯轴能脱离工件，方便地取出工 第 12 页 芯轴接头卡块U 形 块件。按工作条件而言，机构的运动很简单，一个油缸产生的直线往复运动即可满足要求。但从工作过程来看，如果芯轴在工件弯耳是固定不动，在抓紧机构抓紧工件后，转位弯耳机构带动抓紧机构转动，工件同芯轴产生滑动摩擦，必然增加转位机构转动扭矩，同时因磨损对芯轴寿命也十分不利。但反过来让芯轴转动，而芯轴与活塞杆的联接为固定联接，在芯轴转动时，活塞杆必然一起转动，长期如此工作对油缸来说是绝对不允许的。因此，该机构中芯轴结构要求对活 塞杆有相对转动，同时又能随活塞杆直线往复运动。在选定这种结构方案时，有许多方法。现将列举其中两个方案进行分析、比较以选定最佳方案。见图 2-1。 方案 A：作要求可以实现，但因联接螺钉的装拆涉及到空间位置，无法让开，所以对芯轴更换不便，不可取。 方案 B：作能够满足要求，同时对装配、更换芯轴极为有利，因此选用此方案。 方案 A 方案 B 图 2-1 2.2切头机构运动结构方案选定 切掉多余的头部是 钢 板弹簧在耳型弯曲加工前必要的工艺，其方法 是多种多样的。可以在冲床上进行切头，再在弯耳设备上进行弯耳，但这样势必扩大生产场地，提高生产成本。从前面的分析论证已知：这样的工艺不足取。当然也可以在弯耳设备上增设切头刀具结 第 13 页 构，利用弯耳的芯轴作为支承，切削去多余头部，如图 2-2。但这样对芯轴的影响很大，特别是对于加工板簧中小耳型时，对芯轴的寿命是一个严重影响，甚至影响到工件加工质量，因而不可取。考虑到芯轴的因素，可以在刀具对工件进行切头时为芯轴加一个支承，让切削力不由芯轴来承受，见图 2-3。此时，在切削中，刀具、芯轴、 V型块支承和切头架形成了一个封闭的系 统，切削力对芯轴是没有影响的。切削力的影响取决于切头架刚性。如在设计中保证切头架足够的刚性，则此方案是不错的。另外，在设计中还应该考虑保证切刀足够的刚性。方案也有多种，如图 2-4。方案 A：择标准油缸来推动刀具，刀具同活塞杆的联接依靠接头，由于活塞杆教细细，而这样一来，再加上接头长 度，很难保证刀具刚度，所以是不可取的；方案 B：样选择标准油缸，只是对活塞杆作非标准设计，加粗活塞杆，然后将活塞杆削边，使刀具直接与活塞杆安装联接，缩短了结构长度，同时利用刀具上的导向键在切削中承受一部分切削力足以保证刀具的刚性。 图 2-2 图 2-3 方案 A 方 案 B 图 2-4 第 14 页 考虑到抽芯 工步实施的需要，切头机构还应该有以下的动作要求： （ 1） 机构能够摆动，以使 V型块充分靠紧或离开芯轴，并为将来机构后移做准备。 （ 2） 切头机构能够后移，以便让出转位弯曲耳型时抓紧机构的空间行程位置。 再考虑到钢板弹簧加工规格的变化，芯轴定随之要产生变化。因此 V型块可设计为能更换调整的，以满足板簧生产规格变动时的调整需要。 综合以上分析、比较，选定切头机构运动结构方案见图 2-5所示。 图 2-5 第 15 页 2.3 定位机构运动结构方案选定 钢板弹簧在进行切头加工时，需要进行长度定位，工件上已经预先加工出定位孔，采用定位销配合，即可方便的实现定位。在板簧切头完毕后，定位销必须退出定位孔，以保证下一工步弯耳成型的顺利进行。定位销的运动可以采用人工或机械传动来实现，但都不利于生产效率的提高。因此采用一辅助油缸来实现定位销的动作，以缩短工作节拍，提高工作效率。定位机构运动结构方案见图 2-6。 2.4 抓紧机构运动结构方案选定 工件在切头加工完毕后，将进行卷耳成型加工。加工的原理很简单：就是使工件包络芯轴 近一周完成一个耳型。因此，工件及芯轴须转动一定的角度，因此必须将工件卡紧在芯轴上。运作的实现很简单，采用一个液压缸即可。只是设计中尽量降低抓紧机构的高度，以缩短切头机构的让位行程。抓紧机构运动结构方案见图 2-7。 图 2-6 图 2-7 抓紧块 工件 芯轴 第 16 页 压紧缸导柱压紧块工件工作台2.5压紧机构运动结构方案选定 工件在切头时必须将其压紧，否则切削无法进行。压紧的方法很多：可以手动压紧，但生产效率太低，不符合设计要求；还可以采用机械传动压紧，但结构复杂，不利于设备制造及自动控制。因此，在本设计中选用液压自动压紧，既提高生产效率，降低劳动强度，又便于自动控制。压紧工件的点应尽量靠近工件被切削点，以防止工件在切削时因夹紧点太远而发生饶曲，但太靠近切削位置又不会同抓紧机构发生干涉，因此以适宜的位置为度来选择压紧力作用点。考虑到压紧块的自重，应设计一导向柱，以保证压紧动作的顺利 实施。另外，还应考虑工作过程需要，板簧在切头时需要压紧，而在转位弯耳时应对工件无压紧力但又不离开工件，以防止工件的翻转。弯耳完成以后，才能离开工件以便顺利取出工件。因此，也只有液压传动才能自动完成这一过程，并且方便、可靠。 压紧机构运动结构方案见图 2-8。 图 2-8 第 17 页 2.6 转位弯耳机构运动结构方案选定 工件被抓紧机构抓紧块抓紧后，转位机构将带动抓紧机构转动一定的角度位置，完成一个合格的卷耳。转动的角位移不超过 2 (实际最大转 max =228.52 ，最小转角 min=216.92 ，见后面运动设计运算 )。考虑在机械 选择上力求简单，最好能选择标准的摆动油缸。查资料只能找到 BM500型摆动油缸，但其工作压力太低，不到 1Mpa，输出扭矩太小 ( 500kg.m)不能满足使用要求。而设计制造非标准摆动油缸，反而增加了制造的成本。因此，在设计中选择齿轮齿条机构。以一非标准油缸推动齿条移动，齿条带动齿轮转动，齿轮再带动抓紧机构转位来实现工作要求。 齿条可相对机体水平布置也可立体布置 。但因水平布置太占空间，而立体布置时结构并不超过设备的主体空间，为了使结构紧凑，节约空间，在本设计中采用齿条立体布置。 转位弯耳机构运动结构方案见图 2-9。 图 2-9 第 18 页 方杆紧固螺栓工作台紧锁螺母调位螺栓2.7工作台升降机构运动结构方案选定 钢板弹簧有各种不同的规格，卷耳直径有大有小 (最大卷耳max=100mm，最小卷耳 min=25mm，见后原始数据 )，因此在工件规格变换时，工作台高度应能调整。调节的措施可用导轨丝杠及液压升降，但考虑到设备工作台简单，重量较轻，升降位移小 ( 极限位移 D=（ 100-25） /2=37.5mm)， 且调节时间较少，设计导轨丝杠升降机构或液压升降机构不符合经济性原则，且使结构变得复杂，因此在本设计中采用螺栓螺母调整机构，依靠方杆紧固螺栓（见图 2-10）导向，能够简单、方便地保证工作要求。 工作台升降机构运动结构方案见图 2-11。 图 2-10 图 2-11 第 19 页 第三章 总体方案的选定 通过以上对各个具体的运动方案的分析选定，综合考虑确定的出设备总体结构方案。 总体运动结构方案见图 3-1。 图 3-1 1 压紧缸 2 抓紧缸 3 切头缸 4 摆位缸 5 移位缸 6 抽芯缸 7 转动缸 8 定位缸 9-芯轴 10-V形块 11-齿轮 12-齿条 13-工件 第 20 页 3.1 设备工作程序如下： (1)950 C高温下工人放工件在工作台上 (2)在设备工作台上，定位销对定位孔定位 (3) 1缸伸长压紧工件 (4)5缸伸长，切头机构移动到位 (5)4缸伸长，切头机构摆动抱紧芯轴 （ 6） 3缸伸长， 刀具进行加工，对工件进行切头 （ 7） 3 缸收缩，刀具离开工件 （ 8） 4缸收缩，切头机构摆动回位 （ 9） 5缸收缩，切头机构移动回位 （ 10） 2缸伸长，抓紧工件 （ 11） 8缸收缩，拔出定位销 （ 12） 1缸少量收缩 （ 13） 7缸伸长，推动抓紧机构转位，弯耳卷耳成型 （ 14） 2缸收缩，松开工件 （ 15） 6缸收缩，抽出芯轴 （ 16） 1缸大量收缩，让位取出工件（工件由人工取出） （ 17） 7缸收缩，抓紧机构因齿轮齿条带动复位 （ 18） 6缸伸长，芯轴复位 （ 19） 8缸伸长，定位销复位 （ 20）进入下一个工作循环。 第 21 页 第四章 设计参数 设备加工零件参数见表 4 1： 表 4 1 工件材料 60Si2Mn 工件加工温度 900 C 950 C 工件板料最大厚度 max=15mm 工件板料最大宽度 Bmax=100mm 工件板料最大截面积 Amax=1400mm2 工件最大卷耳直径 max=100mm 工件最小卷耳直径 min=25mm 工件单耳加工节拍 T=1min 设备加工零件如图 4-1 图 4-1 第 22 页 第五章 计算 5.1 动力设计 计算 先根据工作条件确定各个油缸的载荷，再选定各油缸的缸径。 5.1.1 压紧缸载荷分析并选定压紧缸缸径 板簧在切头加工时，压紧缸压紧工件，且定位销将工件定位，工件受力分析如图 5-1。 图 5-1 由受力分析图知：在切头时，工件受力较复杂，不但受集中载荷切削力 F，压紧 N，支持力 N1，压紧块对工件滑动摩擦力 F1，及定位销对工件反作用 F2作用外，还受芯轴对工件的部分分布载荷 q 作用。因此，以目前的我的理论知识还无法对其进行定量的计算以求出压紧力 N1，因此只好以同型设备类比取压紧缸的缸径。压紧缸缸径取： D=32mm 5.1.2 计算切头缸载荷并选定切头缸缸径。 （ 1）钢板弹簧工件在 900 C 高温下进行切头加工，因而切头缸产生的推力（即切削力）应大于工件在 900 C 下的剪切极限力。 查模具设计与制造简明手册 P67 附表 2 得： 50#碳素钢在 900C 时的剪切强度 =7kgf/mm2而无 60Si2Mn 在 900 C 时的抗剪强度 又查模具设计与制造简明手册 P70 附表 1 得： 50#碳素钢在常温下的抗剪强度 = 44 58kgf/mm2 60Si2Mn 在常温下的抗剪强度 =72kgf/mm2，类比来求 60Si2Mn弹簧钢板在 900 C 时的抗剪强度 900C，折换系数 k=44/72=0.6111，则 第 23 页 900C=7/k=7/0.6111=11.545kgf/mm2 又根据设计参数知：加工的钢板弹簧工件最大截面积Amax=1400mm2，由此计算出切断工件所需的最大剪切力 Fmax Fmax=Amax900C=144011.545=16494.845kgf =161649.485N 因此，切头缸需要的最大推力，但考虑到液压缸的自重故可取小些 Fmax=Fmax=150000N （ 2）选定切头缸缸径 考虑到油缸工作压力太高时，油缸的价格增高，同时在使用中有漏油等弊病不易解决。因此定油缸工作压力为中高压（大于 8-16Mpa）以后各油缸定工作压力同此原则。 因切头缸推力较大，定其工作压力为 P=16Mpa 由公式 D= pFt/4 max计算出油缸的缸径（以后各缸的计算同此公式）。 以上公式摘自机械设计手册第四卷 P17-262。 初定油缸时取 t=mvd=0.9511=0.95 用公式求出切头缸缸径 D，则 D= pFt/4 max=（ 4150000/3.140.9516） 1/2=112.12mm 查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取切头缸缸径 D=110mm（由于切头架、液压缸等自重故不用放大 10%，并且工程上允许偏差 3%是合格的） 5.1.3计算抓紧缸载荷并选定抓紧缸缸径 工件在抓紧力 N1作用下，绕芯轴中心线同芯轴一道转动，钢板发生塑性变形产生弯曲，此时压紧块虽然对工件无压紧力作用，但工件 第 24 页 必然因翅曲对压紧块产生一作用力，相应地压紧块对工件产生一反作用力 N2，工件越难弯曲， N2就越大。工件受力 如图 5-2。 图 5-2 现在我们可以反过来分析：假设抓紧力 N1绝对能够抓紧工件，抓紧机构固定不动，工件此时相当于悬臂梁，在力 N2的作用下，同样能产生塑性变形，发生弯曲。因而可以理解为 N2产生的弯矩 M=N2L最小应该大于板簧工件在 900 时屈服极限力，才能使工件产生塑性变形而弯曲。即 Mmin= AysdA 假定工件受力如图 5-3。 图 5-3 查材料力学下册 P316 例 18-3 公式： Mmin AysdA=Is/ymax=bh2s/6 加工板簧工件最大截面积如图 5-4，由设计参数知： bmax=100mm hmax=15mm图 5-4 第 25 页 因此 Mmin= bh2s/6=100152s /6=3750s （ 1）确定 900高温下板簧 60Si2Mn的屈服极限 s 由前计算知， 60Si2Mn 板簧在 900 时的抗剪应力=11.54kgf/mm2，因而其许用抗剪应力 =11.54 ss 取安全系数 ss=1.5（因 900 高温下材料 s/b较小） ss取自机械零件 P19 表 2-4 q=ss=11.541.5=17.31kgf/mm2 又查机械零件 P20 表 2-5 取： q=（ 0.6 0.8） b=（ 1 1.2） 求出许用应力 =q/0.8=21.638kgf/mm2 求出许用应力强度 b=1.1 =1.1 21.638=23.8kgf/mm2 而 b=b ss，取安全系数 ss=1.5 b=b ss=23.8 1.5=35.7kgf/mm2 又查机械零件 P19 表 2-4，取 s/b=0.6，则 s=b 0.6=35.7 0.6=21.42kgf/mm2 求出最小的弯矩 Mmin 3750s=3750 21.42=80325kgf mm 又因 Mmin=N2L，其中 L=140mm（由总图结构定出） N2=Mmin/L 80325/140=574kgf 对工件抓紧转位弯 耳过程进行分析，如图 5-5 图 5-5 由图可见，工件受抓紧力 N1及压紧块反作用力 N2作用，同时还受N1对工件及工件对芯轴产生的摩擦力 F1 及 F3作用。另 N2在压紧块处 第 26 页 对工件还产生一个摩擦力 F2作用在工件上，因此抓紧机构要带动工件转位弯耳，必须满足条件： F1 F2+F3 其中 F1=N1f1， F1相当于钢和热钢的滑动摩擦。（查机械设计手册第一卷，参考类比取摩擦系数 f1=0.6） F2=N2f2， F2同样相当于钢和热钢的 滑动摩擦，取 f2=0.6。 F3=N1f3， F3相当于热钢在轨道上摩擦。（查机械设计手册第一卷，取 f3=0.3） 故 N1f1 N2f2+N1f3 得： N1=1148（ kgf） =11250（ N） (2)计算选定抓紧缸缸径 由计算出的抓紧缸载荷 N1=11250N 由公式计算出缸径的步骤方法同前 D= pFt/4 max其中 t=0.95， P 取 16Mpa D=(4 11250/0.95 16 3.14)1/2=30.71mm 按计算值增加 10，查机械设计手册第 四卷 P17-257 表 17-6-2，取抓紧缸缸径 D=32mm 5.1.4 分析摆动缸载荷并选定摆动缸缸径 摆动缸载荷只取决于切头机构自重，而切头机构自重估算不大于500 ，因此，查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取摆动缸缸径 D=32mm 5.1.5 计算转动缸载荷并选定转动缸缸径 板簧在弯耳时，转动机构受力见图 5 6 第 27 页 由受力分析可见，工件在弯耳时齿条的推动油缸的推力 F 对转动中心的力矩必须大于等于轴承摩擦力对转动中心的力矩之和，才能使抓紧机构转动实现弯耳动作，而轴承摩擦力矩很小，在此可忽略不计。即 F a F2 (Rmax+max) 由前计算知： F2=N2f2=574 0.6=344.4kgf=3375.12N 而 a=D/2=150/2=75（ D 为齿轮分度圆直径，由后运动计算可知） Rmax+max=50+15=65（由设计参数得知） F F2 (Rmax+max)/a=3375.12 65/75=2925.11N 同前，由公式计算得出转动缸缸径 D= pFt/4 max取 t=0.95， P=16Mpa 则转动缸的缸径 : D=（ 4 2925.11/0.95 16 3.14） 1/2=15.66mm 按计算值增加 10，查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取转动缸缸径 D=32mm 图 5 6 第 28 页 5.1.6 分析移位缸载荷并选定移动缸缸径 移位缸承受的载荷主要是因切头机构因自重在导柱导套处滑动轴承中产生的滑动摩擦载荷，而切头机构自重由估算知不大（不大于500 ），因而产生的摩擦载荷很小。对于移动缸选择缸径来说，载荷不是主要因素，考虑到移动缸的行程较长（由后运动计算知行程为500 ）因而缸径如取的太小，虽然能满足载 荷要求，但活塞杆太小，压杆稳定性较差，查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取移位缸缸径： D=50mm 5.1.7 分析定位缸载荷并选定定位缸缸径 定位缸承受的载荷主要是定位销的重量，而定位销直径很小，长度也短，因而重量也轻。在此对载荷不作考虑。考虑到使定位机构结构紧凑，因而，查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取抓紧缸缸径： D=20mm 5.1.8 分析抽芯缸载荷并选定抽芯缸缸径 工件在耳型弯曲成型后，抓紧块松开，工件此时不受任何载荷。然后抽芯缸动作，将芯轴抽出，以便 取出工件。因此抽芯缸载荷极小，仅为芯轴及接头的自重。但考虑到活塞杆长期在芯轴及接头自重作用下弯曲变形，因此缸径在选择时不宜太小，以免活塞杆太细。 查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取抽芯缸的缸径为： D=32mm 第 29 页 5.2 运动设计计算 根据设备总体结构及各机构具体工作要求，确定各油缸工作行程及各机构运动参数。 5.2.1 确定切头刀具工作角度 ： 如果切头刀具相对工件垂直安装，对于机构总体受力效果是好的。但是由于抓紧机构要占据一定空间位置，因而如刀具相对工件垂直工作时，必然会产生切头机 构与抓紧机构的相互干涉，因此，在参考同型设备后，确定切头刀具的工作角度为 =30。 见图 5-7 图 5-7 5.2.2 确定齿轮齿条模数及齿轮齿数 按类比，取转位机构： 齿轮齿条模数 m=5，齿轮齿数 z=30 齿轮分度圆直径 D=zm=5 30=150mm 5.2.3 计算抓紧机构转位角度 抓紧机构转位过程如图 5-8。 第 30 页 图 5-8 当工件的弯耳直径为最大 max=100 时，其需要的转位角度最大由图知 max=360 120 min 其中 min=arcos(50-1)/50)=arcos(49/50)=12.75 max=360 120 min=360 120 12.75 =227.25 当工件弯耳直径为最小 min=25mm 时，其需要的转位角度最小。由图示知： min=360 120 max 其中 max=arcos(12.5-1)/12.5)=arcos(11.5/12.5)=25.64 min=360 -120 -25.64 =214.36 5.2.4 计算转位缸行程并选定标准行程 由前取的齿轮齿条模数及齿轮齿数和前计算出的最大转位角度来计算齿条需要移动的长度（即为转位缸的行程） 而齿条的移动长度应等于齿轮分度圆转动最大圆周长，则齿轮分度圆最大转动圆周长 = （ D max） /360 =3.14 150 227.25/360 =297.32mm 第 31 页 园整取转 动缸最大移动行程 Smax=300mm 查机械设计手册第四卷 P17-257 表 17-6-2，取转动缸标准行程： S=320mm 5.2.5 计算切头缸工作行程并选定标准行程 当加工板簧弯耳直径为最大 max=100mm，板料为最厚 max=15mm时，刀具需要移动的位移即为切头缸的最大工作行程。其最大工作行程参考图 5-9 计算： 估计取工件切头工作开始前，刀尖距工件的距离为 50mm，工件切头完毕后，刀尖距切头完成点距离为 10mm。 由图知： 刀具最大工作行程： Smax=50+10+AB/cos30 其中 : AB=ED+OD+OC =Rmax+max+Rmax sin30 图 5-9 AB =50+15+