立式液压驱动数控滚弯机机械系统设计【说明书+CAD】
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哈尔滨技术学会日报（新系列） 发电站水煮容器中的弯曲管所用的有限元素和实验分析赖一楠 于浩楠 刘献礼 于延民(哈尔滨科学技术大学机械学院 力量工程系 中国哈尔滨 150080 邮箱 )摘要：联合计算机模拟、理论上的分析和实验为发电站水煮容器中的弯曲管提供程序 FEM-数字模拟系统被建立体现在制造程序中扮演重要角色的寒冷的弯曲管，比如椭圆度，壁厚和设备的驱动力比. 实验在哈尔滨煮器工厂进行.FEM模型的参数能为弯曲管的程序模拟力量和质量叁数且错误是在5%以内,实验已经示范了达成这一个系统的结果以及更有用和更经济的超过试验的那些生产方法它大量使用计算机模拟减少生产费用,效果比许多实验要好主要文字: 冷的弯曲管;FEM;椭圆度;稀薄比;CLC数;TG386.43 文件密码A 文章地址1005-9113(2008)02-0198-04 弯曲管的方法已经广泛地被应用在煮器和压力船制造业的领域中汽车工业、航空，航空宇宙制造业，船舶制造业等等以上研究有显示弯曲过程的寒冷能提高其降低强度的20 一 30的力量以及收据控制的成熟技术使它自然成为使用弯区控制的寒冷工作母体然而，弯曲管的程序非常复杂，因此,计划的程序以分析的解决为基础传统的错误法方法不能够解决生产的需要以及可能引起在时间和财务上的浪费,随着计算机科学的发展和 FEM 方法我们大量地使用复杂的程序分析的通常软件是能实现的. 软件 ANSYS 用来模拟那寒冷的管弯曲程序弯曲模拟制度的圆形管被建造为了要预测被驱动力而且有效地形成质量高的设备，像椭圆度，墙壁的稀薄比我们也已经给实验的确认1 冷弯曲程序的摘要经常地有三管弯曲方法：推动方法，磨擦方法和绘图方法。绘图方法在图1中显示风扇形状的模子是通过十字架形状的钥匙替换和固定在设备上的, 固定的螺钳被螺丝固定在风扇形状的模子上而且通过螺丝钳连接可动装置然后管的末端旋转的限制位置和所有的其他模子的替换来实现寒冷管的弯曲。图1，管弯曲的过程质量是最重要的一项评估弯曲管的程序通常，非理想毁坏在弯曲之后发生了。 (如图2所示)图2，管弯曲的形状管的外侧面m-m面以为外部的拉力而变薄，此时管的内部侧壁n-n由于弯曲程序而根据压力变薄，R是设计弯曲半径，是被设计了的管的外部直径，这部分图表表示了这部分形状从圆形到椭圆型，以及墙壁的厚度的不均匀，A是椭圆部分的长轴，B是短轴，S是理想的墙壁厚度，而且S是最小量，S是最大值，椭圆度a=（AB）/X 椭圆比b=（SS1）/S,厚度比C=(S2S)/S 随着煮器的功能的提高，弯管接头的能否符合更高的要求以及设备是否在受驱动力下充分旋转是一个很重要的问题，我们尽可能的预测设备的驱动力来达到高质量和效率，我们可以制造更好的产品来获得更高的利益2 模拟系统的结构 冷弯曲过程是最复杂的包括大的塑性破坏，大的位移，非线形连接的分析，所以我们使用ANSYS软件和它的非线性分析方法建立一个圆形管道弯曲模拟系统来有效的预测驱动力和成型质量21预加工：模型 考虑模型的结构的对称、负荷和限制，我们建造分析模型减少了一半的计算时间而且APDL 参数设计语言用来输入尺寸和和材料的参数，确认哪个是可以再次使用的记录文件，几何学的模型如图3显示图3，管弯曲的几何学模型 在FEM模式下，PLANE42是用来描述管道的部分，VISCO107用来描述销售的塑料管道进行大量的破坏性分析，与管道比较，风扇形状的模子的破坏，固定的螺丝钳和可动加紧装置是比较小的可以忽略不计，所以我们拿硬的或者软的管子用ANSYS来分析连接模型，我们使用三个双向连接，扇型模子的表面是目标元素，TARGE170，管子的附加联络元素是CONTA173，表面的位置是TARGE170，模子表面的夹紧是TARGE170， 连接硬件可达到0.65在理论上0.01到100就可以得到很好的精密和很高的效率2.2 解决;应用负荷 在弯曲管的模拟程序中,大的非线性塑性破坏已经被N-R方法解决,而且多步骤的负荷控制大的破坏,有人预言,自动过程将被加速应用,飞行员也用来控制身体的运动,我们强迫管子的移动然后代替斜坡夹紧的模子,再旋转之后,一个卸货步骤被执行去掉夹紧和空隙2.3继续加工:得到结果 在计算合成之后,解决问题需要以下步骤:1） 动态的展示弯曲管的过程：由于这个功能，我们可以动态的展示管的弯曲过程，并且将其储存，我们可以只选择管子而不是模子以便更清楚的观察管子的破坏，2） 得到模子的作用反力，在POST26中解决模子的作用反力可以帮助我们得到模子的瞬间受力情况，推力大小，和移动加紧力的大小。3） 计算质量参数：薄的切片可以帮助我们得到部分的毁形状，在任何位置可以画出压紧力和变形，我们也可以使用几何方法检查来得到每个环节的数据，然后计算质量参数，比如墙壁厚度，椭圆比，变稀比，厚度比等等3 实验和模拟之间的比较为了实验FEM的模拟系统的精确程度，实验被安排在了哈尔滨煮沸工厂用两种管子来做：管 A：直径 168 毫米，墙壁的厚度30 毫米，弯曲半径 400 毫米，材料 20 G管 B：直径 141 毫米，墙壁的厚度25毫米，弯曲半径 350 毫米，材料 20 G31比较模子的作用力 来自模拟的管 A 和 B 的瞬间弯曲被显示在图4中图4，弯曲时刻的图表显示载入程序时间在2点，完成时间在6点，卸载程序时间从6点到7点，从每一条单一的曲线上我们能可以看到弯曲的时刻从一开始很快增加到一个很高的水平，然后弯曲的的增长开始变慢，这就使得主要的压力分界点集中在弯曲的初始阶段，而且这与（6）中的判断一致，每条曲线最大弯曲时刻出现在最大破坏处，这个结果与实验者的预测一致。这很清楚的表明管A比管B需要更高的驱动力，这个结果使我们可以更适当的来安排设备。3.2管弯曲质量的比较 模拟管A和管B的椭圆度在图5中显示图5，椭圆度的图表很明显是1800的弯曲管最大椭圆度不是我们通常想象的在90上，而且真正的连接位置对弯曲半径是一个扩充，模拟错误是在不同的模拟实验中占的百分比不同，表1显示了个部分的比较。 外部墙壁的变薄是最严重的缺点，通过模拟，我们可以预测变薄的位置，然后决定时候需要尽快改善，在图6中显示了整个管外部墙壁的变薄情况表1 实验和模拟的椭圆度的比较图6，变薄比的图表 从中我们可以看到管最初的弯曲部分已经在压力的作用下发生了大的塑性破坏。表2展示了模拟和实验之间变薄的对比情况表2，实验和模拟的变薄比的对比情况。 FEM参数的模型在这此建立，可以模拟管的弯曲力和质量参数误差在5内，考虑到获得数据和真正因素的冲击的简单方法，我们可以接受和使用它因为设备的表现和质量预测能获得比实验生产更高效的结果。4 管的弯曲上的进一步研究 FEM的数字模拟不仅能预测设备的功能和弯曲管的过程质量，而且可以也可以发现一些程序影响因素，这会帮助我们将程序做到最好来采取改善的措施，然后我们将讨论最佳的回转速度和背面的推力41 回转速度的冲击金属的塑性破坏一定伴随着速度的破坏，所以回转速度关系到管子的弯曲质量，我们将弯曲不同速度下的相同管子 ：0.4 rads，1.0 rads 和 1.6rads 比较他们的椭圆度 其结果显示在图7中图7，不同回转速度下的椭圆比显然我们使用越高的速度，使管变形的时间就会越短，这样将不利于我们得到高质量的管，这就建议我们减慢速度会有益与质量，42 背部力量的冲击 在实际生产中，背部受力总是可以得到更好的质量，在这里来模拟，（如图8所示） 我们能见到在管的最后使用了大的推力，我们就会得到更高的质量，但是这个影响不是很显著，在模块化的模拟中我们已经忽略了可逆破坏结构的影响，如果这个结构被采取，正如当真正生产时，材料会流动到结构的缝隙中，这会非常有益于质量参数，除此之外，在推力被应用以后，回转的时间就会大大减小，那对大管的弯曲是很重要的。图8，不同推力下的椭圆比的比较5 结论 一个FEM数字模拟系统的建立可以展示冷管的弯曲，比如椭圆比，侧壁的变薄比和设备的驱动力，计算机将模拟计划和使计划被预测，与实际生产做比较，模拟的方法被证明比通过试验-生产的方法得到更高的效率和经济性。参考：（1） 罗模占驼罗（印度的一个神教，）松紧带-塑性破坏的力学基础预测在经过一个侧壁圆周的管的弯曲中，交易在印度的金属学会进行，2005，58 (2)：461466（2） 自应力加工中的厚壁弯曲管，国际机械学会的记载2O04，46(11) 16751696（3） 贝克.海德。几何学在攀爬900的失败中具有影响力，用开始的状态给弯曲管增压了，国际压力管道，2005，82，（7）：509-16（4） 赖一喃 张光欲 于好喃 。数字的模拟和旋转的弯曲管的最佳设计 提供了材料和技术。2008。10-12：172-176。（5） 魏施 弯曲管的做图制造技术的数字分析，力量工程学。2003，19（4）：89-92（6） 胡中，对当地的用感应加热一个大的半径厚壁管的弯曲进行研究。中国机械工程。1998，9（3）：19-22。接收 2006-05-07根据哈尔滨科学和技术局 (授权号 2007 RFXXGO26) 黑龙江省对外贸易部赞助(授权号11511069)附件一毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目 立式液压驱动数控滚弯机机械系统设计 学院名称 专 业 （班 级） 姓 名 （学 号） 指 导 教 师 系（教研室）负责人 7一、 毕业设计（论文）的主要内容及要求（任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力）滚弯是坯料在滚轮施加弯矩的作用下逐渐被弯曲成形的工艺过程。型材滚弯成形工艺在飞机弯曲件的制造中得到了非常广泛的应用。1.查阅国内外滚弯机的最新研究成果，以综述的形式在论文中对当前的研究现状予以总结和评论。该阶段应充分利用网络手段，理解文献检索的意义、熟悉文献获取的途径、掌握文献检索的技巧，为日后针对特定目的的文献检索打下基础。2.利用任意机械三维和二维绘图软件，绘制挤压研磨机的三维和二维图。该阶段注重提高机械制图软件的使用能力。3.对关键部件进行校核或有限元分析。4.主要指标：立式、夹紧动力为液压、弯矩动力为液压马达，电控系统为数控，功率35kW。5.按照学校对毕业设计（论文）格式的要求，撰写说明书或论文，并用计算机打印后装订成册。二、 应收集的资料及主要参考文献1周养萍,. 型材滚弯加工现状与展望Z. 锻压装备与制造技术: 2010,03. 2周养萍,亓江文,. 型材变曲率滚弯过程有限元模拟J. 机械科学与技术,2008,(8). 3徐义,李落星,李光耀,钟志华,. 型材弯曲工艺的现状及发展前景J. 塑性工程学报,2008,(3). 4李克彬,王淑琴,林伟明,. 三维数控弯管机的研究与开发J. 轻工机械,2008,(3). 5周养萍,. 变曲率型材数控滚弯加工的实现J. 锻压装备与制造技术,2008,(1). 6邓援超,赖晓桦,王为,. 三辊滚弯机的成型半径与位移量的分析计算J. 湖北工业大学学报,2007,(4). 7于长生,鲁世红,王静,. 柔性滚弯成形的技术方案设计J. 新技术新工艺,2006,(3). 8胡军峰,杨建国,方洪渊,傅卫. 滚弯过程的三维动态仿真模拟J. 塑性工程学报,2005,(3). 9龚发云,王训响. 非对称式三辊弯板机卷板数学模型的研究J. 湖北工业大学学报,2005,(3). 三、毕业设计（论文）进度计划起 迄 日 期工 作 内 容备 注2011.12011.22011.22011.32011.32011.4.302011.5.12011.5.152011.5.162011.6.52011.6中旬熟悉毕业设计任务，完成外文翻译。资料查阅、进行毕业实习，并完成开题报告、文献综述。提出设计方案、完成设计草案。修改、完善，结束全部设计和制图工作。校核、返修，撰写毕业论文。完成答辩前的准备工作、毕业答辩。 开 题 报 告 （该表格由学生独立完成)建议填写以下内容：1.简述课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。2.重点介绍完成任务的可能思路和方案；3.需要的主要仪器和设备等；4.主要参考文献。滚弯技术的作用与意义滚弯是坯料在滚轮施加弯矩的作用下逐渐被弯曲成形的工艺过程。型材滚弯成形工艺在飞机弯曲件的制造中得到了非常广泛的应用。飞机生产中，滚弯工艺主要用于成形框肋缘条、机身前后段和发动机短舱的长桁。这些都是尺寸大、相对弯曲半径大的变曲率型材弯曲件，由于他们是组成飞机骨架的受力零件，并且直接影响到飞机的气动力外形，因而形状精度要求很高。因此，进行滚弯工艺的研究对提高飞机滚弯零件的质量有着十分重要的意义。而且数控弯弧机适合各种桥梁、火车、钢结构、钢管等等金属型材或异型型材弯弧。在我们平时生活中家具厂用来弯圆弧家具或铁艺工程，金属门窗厂用来弯圆弧型铁门窗或铝合金门窗等等。型材弯曲成形过程中普遍存在有回弹问题，特别在大尺度零件的滚弯过程中回弹现象更为严重，回弹对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响，为此，有必要对其进行深入的研究和有效的控制。在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题HansenNE将板材与滚弯机组成的力学系统抽象为简支梁受集中载荷作用的力学模型。日本的曾田、小西对滚弯过程的分析，着重于零件成形过程中几何尺寸的变化，被弯曲部分既有弹塑性弯曲段，也有弯曲以后的卸载过渡段，但由于滚弯过程的复杂性，在整个分析过程中，他们作了许多近似假设，如弯矩沿板材弧长上呈线性分布，在利用曲线挠度角、曲率等关系进行有关公式的推导中也作了许多近似处理。上述分析方法，后经山川俊夫等人的处理，使之利用计算机的逐点迭加运算，可以用于变曲率滚弯过程的理论分析。1979年丹麦的HANSEN和Jannerup发表了一篇有关分析矩形截面钢梁在对称式三辊弯板机上滚弯成形的文章。文章着重研究了滚弯成形过程中各几何参数的变化，并假设各辊间的弯矩呈三角形分布，考虑实际材料的应力应变关系，利用滚弯过程中弯曲曲率、弧长、挠度角与所直角坐标系的简单关系，建立了具有对称截面的钢梁在对称式三辊弯板机上滚弯成形时的数学模型。型材滚弯研究展望陈待解决的问题主要有：1.对滚弯成形过程的研究大部分处于理论分析阶段，对实际工艺参数的研究较少，而生产加工过程中工艺参数的确定直接影响到零件的加工质量。2.板材的滚弯成形理论已发展到比较成熟的阶段，而型材的滚弯成形理论期待进一步的完善。3.滚弯成形的精度陈待提高，特别是对弯曲回弹的控制。随着一些基础性问题的解决，型材滚弯成形研究工作需集中于以下几个方面:1.基于弹塑性理论对型材滚弯成形的基本原理及滚弯成形中的弹性回复进行研究，推导出型材滚弯成形回弹半径的表达式，理论分析影响滚弯回弹量的因素。为数控滚弯成形中解决回弹问题奠定理论基础。2.对滚弯成形的工装设计进行研究，提出滚轮结构的设计方法，设计成形零件的滚轮结构，并在实验过程中总结出合理的工艺参数。3.一变曲率型材零件为加工对象，在充分考虑回弹的基础上，实现变曲率型材零件数控滚弯加工。4.采用有限元法建立型材滚弯成形弹塑性有限元模型，分析变曲率型材零件滚弯成形后的参与应力分布规律。研究不同滚弯半径时型材截面的应力应变，总结滚弯半径对型材截面应力应变的影响规律。分析滚弯成形后型材剖面角度的变化。研究弯曲半径、型材厚度、应变刚模量对回弹半径的影响规律。为进一步提高滚弯成形零件加工精度奠定基础。完成任务的可能思路和方案由于所要求的滚弯机主要指标为：立式、夹紧动力为液压、弯矩动力为液压马达，电控系统为数控，功率35kW。所以针对所要求的指标，可以了解到所加工的零件尺寸较大，对加紧力和弯矩动力的要求较高。而且又需要液压马达作为旋转的驱动力，那到底是每个滚轴独立配备液压马达，还是中心滚轴和前滚轴分两类配备液压马达，这都是可能的思路和方案，首先先明了滚弯工作原理：型材放在呈锯齿排列的辊间，靠辊转动时产生的摩擦力带动型材运动，并将之弯曲成一定的形状，通常每次弯曲过程，辊来回做多次转动，使弯曲型材获得均匀的塑性变形和弯曲半径。辊之间的相对位置决定了弯曲力矩的不同，也决定了弯曲后型材的曲率。四棍弯曲同三辊弯曲原理一样，但相对于三辊弯曲而言，第四辊的存在提高了型材的弯曲成形精度，减小了截面变形的发生，因而也更适合薄壁型材的弯曲。对于异型截面型材的弯曲，可以将辊的轮廓加工成与型材接触部分的形状相一致，这样有利于在弯曲时对型材有着支撑作用，保证弯曲时型材截面不发生变形，以提高弯曲质量。在获得不同弯曲角度和曲率型材时需要不同模具的要求，该工艺有一个明显的优点，就是只需调节辊与辊之间的相对位置，这样既节省了时间，又减少了生产成本。该工艺也有其缺点，就是弯曲后型材会有直边，即在型材的前后端各有一段不能弯曲的部分，这段长度取决于中心辊到旁边两辊的距离，减小直边的长度必须缩小辊距，这个缺点在一定程度上限制了该工艺的应用。这只是最原始的原理，而进一步的滚弯形式选择又有很多种选择，比如多辊，还有一种较为新的形式是柔性滚弯成形技术。多辊的一个缺陷就是由于滚轮非常多，导致机器非常庞大，而且主要生产曲率半径较大的零件，在常规生产中还较少看见，所以给予排除。柔性滚弯成形技术是一种可以在单一设备上弯曲变曲率板金和型材零件的先进制造工艺，它将运用弹性介质的冲压优势和传统的滚弯原理结合起来，大大提高零件的成形精度和表面质量。虽然柔性滚弯的技术较新，而且加工质量很高，但是它需要根据产品设计不同的凸模和凹模，对于一些小批量加工和小型公司不太合适，成本过高。因而综上所述，由于要采用立式液压驱动数控滚弯机，小批量生产，且要求成产成本要低，成产速率快，对占地要求不大，所以选择三辊滚弯机。然后是针对三辊滚弯机进行大致设计，滚弯法的工艺参数主要有两个，辊间的相对位置和弯曲时间，这个主要应用有限元模拟的方法，研究了这两个工艺参数对弯曲结果的影响，具体部分在有限元模拟中阐述，大致的模拟结果是滚弯时间越长，获得的工件各个部分的塑性变形和曲率也越均匀，且趋于一定值，而该定值由前压量和后压量决定。在确定设计前，确定机器的坐标系，X轴方向为中心滚轴前后移动的方向，Y轴为前滚轮左右移动的方向，Z轴则为滚珠上下移动的方向。首先确定驱动部分设计，课题要求为驱动部件由于已说明需要液压驱动辊轴，所以选择液压泵为驱动件，为了避免液压输出的均匀性和合理性，选择每个辊轴配备液压马达作为输出件，由于有3个独立的液压马达作为输出，则需要较大的油箱和功率较大的泵，根据一些要求初定滚轴直径为110mm，则泵，油箱马达具体选择将在论文和做图中体现。而且功率大了则发热情况也随之而来，配备风扇选择也需要确定。可预见驱动部分的体积较为庞大，所以在设计时专门独立一个空间给驱动部分和电配部分。传动部分主要分为两种，一个是利用液压缸控制中心滚轴沿X轴移动且对被加工零件施加作用力，由于靠此液压力夹紧零件，所以缸直径的选取也最好偏大一定，保证加工过程中的稳定性，具体选择将在以后给出具体参数，另一个是通过丝杠传动控制前滚轮沿Y轴的左右移动，考虑到有可能加工非常规异型零件，所以前滚轴的丝杠每个滚轴配备一个，用手动遥柄来控制，且还要配备夹紧装置，在加工过程中保证前辊的固定。测量系统也分为两种，一种是前滚轮之间有一个行程传感器，从型材开始滚弯时测控一直到型材滚弯完成，从而达到控制3个辊的运动和停止，行程传感器的两个核心部件分别为与型材相切的测量行程小轮，还有一个就是测量小轮滚过多少角度或者路程的传感器，以及转换数据的编码器。而中心辊轴的前后运动的移动距离测量主要由安装在机身一侧的齿轮齿条结构来实现，然后通过与小齿轮配合的编码器转化为数控形式传给PLC来控制。而至于控制部分，主要有液压系统和数控系统组成，液压系统主要由一系列换向阀来控制，而数控系统由传感器，PLC，数控面板和伺服系统组成。数控系统的具体在设计方面就不展开阐述。而执行部分还是主要一液压部分为主，执行部件是3个分别独立的液压马达来执行。一个注意事项是液压油的选择要求较高，举例选择可为BP HLP 46。在泵的选择方面，初步选择功率为11KW，电力提供为400V,40A，该机器每个辊轴最大转矩初定为3000Nm，前轮调节距离为360-1100mm，滚轴直径为105mm。参考文献1周养萍,. 型材滚弯加工现状与展望Z. 锻压装备与制造技术: 2010,03.2徐义,李落星,李光耀,钟志华,. 型材弯曲工艺的现状及发展前景J. 塑性工程学报,2008,(3).3于长生,鲁世红,王静,. 柔性滚弯成形的技术方案设计J. 新技术新工艺,2006,(3).4王元生,.冷弯型钢滚弯解决方案探讨J. 中国农机化.2005.(5).指导教师评语：（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） 指导教师签名： 20 年 月 日 毕业设计过程记录表 （教师填写）序号检查时间检查内容指导教师阶段检查评语（要指出该阶段存在的问题及解决的方法）指导教师签 名13月中旬1.资料收集情况2.开题报告完成情况3.外文翻译完成情况 年 月 日24月上旬1.检查学生投入情况2.设计论文进展情况 年 月 日35月中旬1.总体任务完成是否过半2.院系中期检查意见3.存在问题及采取措施 年 月 日46月上旬1.审查论文质量注意英文摘要部分2.答辩前的准备情 况 年 月 日备注：指导教师应按要求和时间段及时填写，该表格由学生保管，留在设计现场随时接受校、院两级督导组检察。主要为机械设计部分，液压件的选型，而数控部分从简，2D最好为DWG文件，3D为solidworks，驱动为液压泵，马达实际流量1-16U/min，三个辊的输出件为3个独立的液压马达，液压泵大致功率为11KW，最大转矩3000Nm，前轮调节360-1100mm，辊轴直径105mm立式液压驱动数控滚弯机机械系统设计目 录目录1第一章 绪论21.1 弯管机在工业中的地位和各种弯管机的性价比21.2 弯管机的基本原理与选择3第二章 弯管机的设计42.1 工件的工艺分析52.2 计算弯曲力矩52.3 电机的选取62.4 传动比的计算与各传动装置的运动参数82.5 皮带与皮带轮的计算与选取92.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选取92.7 联轴器的计算与选取102.8 轴承的选取102.9 轴的初步计算与设计及校核142.10 齿轮的计算与设计172.11 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计182.12 轴套的结构设计192.13 盖板的结构设计与计算202.14 机身的结构设计与计算212.15 弯管机的主要参数22第三章 挡料架的结构设计233.1 挡料架的结构设计 23第四章 液压系统设计244.1 动力设计计算224.1.1 压紧缸载荷分析并选定压紧缸缸径224.1.2计算切头缸载荷并选定切头缸缸径。224.1.3计算抓紧缸载荷并选定抓紧缸缸径234.1.4分析摆动缸载荷并选定摆动缸缸径264.1.4计算转动缸载荷并选定转动缸缸径264.1.6 分析移位缸载荷并选定移动缸缸径274.2 运动设计计算284.2.1 确定切头刀具工作角度：284.2.2 确定齿轮齿条模数及齿轮齿数294.2.3计算抓紧机构转位角度294.2.4计算转位缸行程并选定标准行程304.2.4计算切头缸工作行程并选定标准行程304.2.6分析压紧缸工作行程并选定压紧缸标准行程314.2.7选定抓紧缸标准行程314.2.8选定切头机构移动缸标准行程314.2.9计算切头机构摆动缸并选定标准行程324.2.10选定抽芯缸标准行程324.2.11选定定位缸标准行程33设计总结34参考文献35第1章 绪 论1.1 弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比：现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等，这些场合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因此价格上比较容易被用户接受。市面上现有的自动弯管机大多数是液压的，数控的(如图1-1,1-2)，也有机械传动的，但它们的占地面积较大(长度在2.54m之间)，价格昂贵(25万元人民币或更多)，然而大多数用户都需求是是小占地面积小价格便宜使用方便的自动本设计便是朝这方面的用途方面设计的自动弯管机，设计出一种价格便宜,占地面积少,使用方便的自动弯管机（长0.9M，宽0.8M，高1.1M，价格9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能更进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 液压弯管机1-1 数控弯管机1-21.2 弯管机的基本原理与选择弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以下二种情况，即滚弯式与缠绕式。如下图1-1、1-2分别是弯管原理图。 图 1-3 图 1-4二者各有优缺点：缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。弯管的步骤大致是： 1.留出第1段直线段长度，并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开夹紧块，取出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。4.重复第1步，直至弯完管子为止。第二章 弯管机设计2.1 工件工艺分析此工作件采用的直径为30mm,厚为2mm的无缝钢管做为弯管件，材料为10号钢，其最小弯曲半径为60mm,而弯曲件的弯曲半径为100mm，固其符合加工工艺性。弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸,不能有皱纹。其工件如图2-1,2-1.1。 图 2-1 图 2-1.12.2 计算弯曲力矩由弯管力矩公式 由于弯管时弯曲半径越小所用的力矩越大，故以钢管在最小半径弯曲时的力矩来做为管的弯曲弯力矩。其式如下2-1 (2-1) 其中 为弹性应力r为管材内径t为管材壁厚为屈服应力为中性层的弯曲半径=2420 Nm 2.3 电机选取由经验选取弯管机的弯管速度为8r/min则有 P=M*=2 KW (2-2)由工作功率为2KW 所以电机功率P= (2-3)、分别为带传动、蜗轮传动、联轴器、齿轮、轴承的传动效率。取=0.96、=0.9、=0.99、=0.97、=0.98则P=2.5 KW由于弯管机需要弯多种型式的钢型，固选用较大功率的电机以使弯管机能够适用更大的弯曲范围，又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机，且电机正反的频率过大，所以电机转速不宜过大，现取电机的转速为960r/min为宜。故选用电机的型号为YEP132S-6，其基本性能如表12.1 表2.1YEP132-6的主要性能参数型号功率满载时堵转转矩最大转达矩静制动转达矩不小于空载制动时间不大于噪声转速电流效率功率因数YEP132S-63KW960r/min8.8A77%0.672.22.2294Nm04/s71/db 电机的主要安装尺寸如下 图2-2 表12.2 电机的安装尺寸 单位（mm）型号ABCDEFGHILYEP-132S-6280140893880315216132210515 2.4 传动比的计算与各传动装置的运动与参数由电机转速N1=960r/min ，而弯管机的速度初拟为N5 =8r/min所以 总传动比 =N1/N5=120由皮带轮的传动比为14 所以取皮带轮的传动比=2.5，由于单付齿轮的传动比为18 。便拟定取齿轮传动比=3,则蜗轮蜗杆的传动比=16,蜗轮的传动比不大这有利于提高蜗轮的寿命。为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为1轴、2轴以及, 为相邻两轴间的传动比；， 为相邻两轴间的传动效率；P1，P2 为各轴的输入功率（Kw）；T1 ,T2 为各轴的输入转矩（Nm）；N1 ,N2 为各轴的转速（r/min）；（1） 各轴转速电机轴转速Nm=960 r/min蜗轮小轴端N1=384 r/min （2-4） 蜗轮大轴端N2=24 r/min 小齿轮转速 N3= N2=24 r/min 大齿轮转速N4=8 r/min工作台转速N5= N4=8 r/min（2） 各轴的输入功率电机输出功率 P0=3KW蜗轮小轴输入功率 P1= P0*=3*=3*0.96=2.88KW （2-5）蜗轮大轴输入功率 P2= P1= P1*=2.88*0.9=2.59KW齿轮小轴输入功率 P3= P2*= P2*=2.59*0.99=2.56KW齿轮大轴输入功率 P4= P3= P3*=2.56*0.972=2.41KW工作台输入功率 = P4*= P4*=2.41*0.972*0.98=2.22KW（3） 各轴输入转矩电机输出转矩 =9550*=9500*=29.84 Nm （2-6）蜗轮小轴输入转矩 =*=29.84*2.5*0.96=71.62 Nm蜗轮大轴输入转矩 =*=71.62*16*0.9=1031.27 Nm齿轮小轴输入转矩 =*=1031.27*0.99=1020.96 Nm齿轮大轴输入转矩 =*=1020.96*3*0.972=2881.86 Nm工作台输入转矩 =*=2881.86*0.972*0.98=2657.31 Nm2.5 皮带轮与皮带的计算与选择由电机转速与功率，确定了采用普通A型皮带作为传动带。由A型带的小带轮最小直径为70mm，故定小带轮直径为=100mm皮带速度验算=5.03 （2-7）所以5带的根数 z= (2-11)其中取 =00.97KW=0.11KW=0.96=0.99可得 z=2.92取z=32.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用CWS型的蜗轮蜗杆减速器，又因为 蜗轮大轴输入转矩 =1031.27 Nm蜗轮小轴输入功率 P1=2.88 KW传动比 =16所以选用蜗轮蜗杆的型号为1 CWS-125 JB/T 7935其基本性能如表2-2 表12-2 蜗轮减速器的主要友参数型号公称传动比转速中心距额定输入功率额定输出转矩CWS-12516750r/min125mm7.781KW1400 Nm2.7 联轴器的计算与选择由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需用专用的加工设备，工作是不需润滑，维修方便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。由于 =1020.96 Nm且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为55mm 故选用ZL4联轴器，其型号为 ZL4GB50151985其主要尺寸及参数如表2-3 表12-3联轴器的主要参数 未标单位（mm）型号许用转矩Nm许用转速r/min轴孔直径轴孔长度外径凸圆厚度转动惯量(kgm2)重量(Kg)ZL41600400040,45,50,5511284158890.04614.82.8 轴承的选择由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟滚子轴承。且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承，且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用32912和32918二种圆锥轴承。其主要参数及基本尺寸如表2-4 表12-4轴承的主要参数 未注单位（mm）型号小径外径厚度内圈厚度外圈厚度额定载荷极限转速重量32912608517161434.5KN4000r/min0.24kg329189012523221977.8KN3200r/min0.79kg2.9 轴的初步计算与设计及校核初步计算轴径选取轴的材料为45钢，调质处理。 (2-12)P为轴所传递的功率，KW为轴的转速，r/minA由轴的许用切应力所确定的系数，其值可取A=现在取A=115则 =54.54 mm取 =55mm则 =77.09mm取 =85 mm为了满足半联轴器的轴向定位要求，故在轴与联轴器相接间需制出一个轴肩，由于半联轴器的连接长度为L=84mm又因轴段长度比L要短些故取L1为82mm，且轴径与半联轴器直径一样取d1=55mm。轴肩后却是齿轮段，于是轴承的关系故取d2为60mm，取轴承端盖的总厚度为42mm（由箱体及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离L2=10mm，由于轴承是由轴承座支撑住的，故取轴承座的高厚为25mm，取齿轮与轴承座之间的距离为15mm由于齿轮的宽度为175mm，齿轮左端需制出一个轴肩，由齿轮与轴承座之间的距离为15mm且轴承座与轴承之间的距离相差为8mm，则此轴肩的长度为23mm，又因为轴承的厚度为17mm则轴肩之至左端要比轴承的厚度要长一点，取18mm，其直径为60mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。查得键的截面为 b*h=18*11键槽用键槽刀加工，长为160mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为16mm*10mm*70mm，半联轴器的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为n6。取轴端倒角为2*450。轴上载荷的计算与轴的校核=4861 N (2-13)=1794 N (2-14)=830.9 N (2-15)由轴的结构尺寸及安装条件可知，作为得支梁的轴的支承跨距a=221 mm，从轴的结构图以及弯矩各扭矩图中可以看出截面C是危险截面。现将计算出的截面C处的、的值如表2-5 表2-5载荷水平面H垂直面V支反力F=2430.5N =2430.5N=1005.7N =794 N弯矩M=268570 N/mm=111129 N/mm =87734N/mm总弯矩=290653 N/mm =282536 N/mm扭矩T=1 020 960N/mm轴的弯矩图:图2-4进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。则由=31.39Mpa (2-16)前已选定轴的材料为45钢，调质处理，可得=60Mpa 因此，故安全故小轴的结构尺寸如图2-5 图2-5由于大轴的结构设计与计算大部分与小轴类同。故在此，类同的省略，且经验算此轴也为安全轴。由于轴不是与半联轴器相连，而是与工作台即弯曲模。由于转矩较大且要求工作台要较为平稳及误差小，由此轴与弯曲模的连接采用矩形花键连接。由静联接有 (2-17) 对矩形花键进行验算。 载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取=0.70.8，现取=0.8花键的齿数 =8花键齿侧面工作高度= =3mm (2-18)齿的工作长度 =80mm花键平均直径 = = =60mm (2-19)故有=56.77Mpa=100140Mpa (2-20)故此矩形花键安全另外，为了紧固弯曲模在轴上，从而在轴端钻了螺纹孔，其规格为M12-深30mm，轴的主要尺寸及其结构如下图2-6 图2-62.10 齿轮的计算与设计由于齿轮传动只有一对，为利于机器的平稳，寿命及制造方便，故选用直齿齿轮传动。此机器为一般工作机器，速度不高故选用7级精度采用锻造制造。材料选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS按齿面接角强度设计 (2-21)式中取载荷系数 =1.3取小齿轮传递的传矩 =1020.96 Nm取齿宽系数 =1查得材料的弹性影响系数 =189.8MPa大齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa； 小齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa各取值代入公式则得 13.9 mm由于小齿轮直径为55mm 而为了达到2*故取 =140mm所以齿轮中心矩 =280 mm (2-22)初步定 =280一般=1730，=初选 =23，=，则=69则 m= =5.99 (2-23)取 m=6则 =91.9 (2-24)取 =92则按=可得 =23 , =69则 = (2-25)则小齿轮 =140.00 mm大齿轮 =420.00 mm则齿厚 =1.2*140=168 mm取大齿轮厚 =170mm则小齿轮厚取 =175mm验算齿轮,由 =*103=14571 N (2-26) =83.26N/mm100N/mm 合适 (2-27)大、小齿轮的结构及尺寸如图2-7，2-8 图2-7 大齿轮 图2-8 小齿轮2.11 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计考虑到综合性能故都采用45号钢，由于轴主要是由钢板支撑，但由于钢板不能选用太厚，而轴承的厚度又是过厚故采用加入轴承座用螺钉紧固于钢板从而来支持轴承，从而支持轴，这样较于用轴承套焊接于钢板上或是用超厚钢板来支持轴与轴承大大的降低了成本，同时也便于安装和维修。由于受力不大所以采用四根M10的内六角螺钉来紧固轴的前后端盖及轴承承座，已经足够支撑。它的的结构及尺寸图2-9，2-10，2-11，2-12，2-13，2-14 图2-9 大轴前端盖 图2-10大轴后端盖 图2-11大轴承座 图2-12小轴承座 图2-13 小轴后端盖 图2-14 小轴前端盖2.12 轴套的结构设计由于轴套的厚度s在0.5d2.0d之间小轴轴径为60mm 故取小轴的轴套厚度为6mm大轴轴径为90mm 故取大轴的轴套厚度为8mm 轴套的材料为45钢，为能与轴与轴承之间的更好，更耐久的配合，故把轴套进行调质处理，轴套的结构其尺寸如图2-15，2-16 图2-15 大轴轴套 图2-16 小轴轴套2.13 盖板的结构设计及计算由于在盖板上需装好多零件，如行程开关，挡料架，大小齿轮轴的端盖以及用于安装定位的孔。故盖板采用厚度为20mm是45钢。此盖板的长与度主要是由电机与蜗轮蜗杆所占的空间位置所取定的，由于电机与蜗轮蜗杆的中心距 a=519.6mm 大飞轮的分度圆直径为 d2=250mm电机的安装地脚宽为 L1=280mm取壁至电机脚的空间长度 L0=90mm取壁到大飞轮的空间长度 L2=110mm壁厚取 b1=10mm又因盖板要比壁凸出以便于与壁配合 b0=10mm故盖板长度 L=2* b0 +2*b1+ +L2 +L0 + L1/2 +d2/2+ a=1024.6mm取 L=1025mm盖板的宽厚主要跟大齿轮的位置及电机各自的相互空间位置有关取齿轮端到壁的距离 B1=100mm齿轮另一端到壁的距离 B2=160同大齿轮的d5=420mm则 B=B1+B2+d5=100+160+420=680mm则得盖板尺寸车 B*L*h=680*1025*20(mm)结合其它结构需要，故其结构及尺寸如图2-16图2-162.14 机身的结构设计与计算由于机身支撑了整套机器的零件，故机身采用厚钢板及钢管焊接而成，由于机器重且机器性能要求平稳，故用地脚螺钉来紧固机器以减少机器的振动，脚板采用45钢厚10mm，尺寸为B*L*h=80*120*10（mm）用四个脚来支撑机器。支撑钢管采用20号方管钢。型号为60*60*4地脚高度取h1=80mm采用45号厚为20mm的钢板来作为底板支撑电机与蜗轮蜗杆减速箱。考虑中板与与底板是距离过及支撑齿轮的问题，故在两侧多加二个钢板以增加机身的强度。侧板的尺寸 B*L*h= 487*540*20(mm)，且在二侧有碟结配合后用薄铁板把前后面给围住。盖板与中板之间是齿轮的箱体机构，四边都采用45号钢，厚度为20mm的钢板与20号钢方管焊接而成，为让机身与盖板容易装拆，以便齿轮箱内各零件容易装拆与维修，故采用盖板与机身用螺钉连接。采用四个螺钉连接。在方管上焊接一块45号钢厚为20mm的小钢板，尺寸B*L*h=80*80*20(mm)机身的基本尺寸及其结构如图2-17 图2-172.15 弯管机的主要参数主要为机械设计部分，液压件的选型，而数控部分从简，2D最好为DWG文件，3D为solidworks，驱动为液压泵，马达实际流量1-16U/min，三个辊的输出件为3个独立的液压马达，液压泵大致功率为11KW，最大转矩3000Nm，前轮调节360-1100mm，辊轴直径105mm第三章 挡料架的结构设计3.1挡料架的结构设计 挡料架在弯管机上的作用主要是用来挡弯曲钢管时的反力，同时也具有定位的作用。 有如同夹具一般。由于本弯管机是采用滚弯式的弯管原理，故钢管与挡料轮的接触面较不大，故挡料轮的硬度不能比钢管的硬，故采用黄铜作为挡料轮的材料。挡料轮的结构主要由挡料轮、挡料轴、挡料轮架、轴承、键、轴盖、挡料座、螺纹杆、手轮等一些组成。结构设计上，由于弯管时不同型号的弯曲半径相差可能会很大，但由于 单纯在挡料轮架的调整来调整弯曲半径远远不足，故采用挡料架具有不同的定位安装位置，以增加挡料架与弯曲模的调整范围。设计了在挡料架上的调范围为50mm而在位置调整的范围可达100mm。故总调整范围有150mm。锁紧螺纹采用自锁螺纹，用手轮锁紧。滚轮主要由轴支持再结合二个滚子轴承而装于挡料轮架上，这样滚轮滚动时的滚动摩擦小有利于提高弯管的合格率。采用普通黄铜H62材料作为其直径D=100mm高度H=60mm挡料轴采用45号钢轴径 D1=20mm挡料轮架采用45号钢尺寸为 B*L*h=80*84*100(mm)轴承采用深沟滚子轴承 B*D*d=7*32*20键采用45号钢其尺寸为 B*L*h=4*6*40（mm）挡料座采用45号钢其尺寸为 B*L*h=100*190*95(mm)螺纹杆采用45号钢其尺寸为 d*L=16*145(mm)手轮的尺寸为 d*D=12*100(mm)轴盖采用45号钢其尺寸为 D*H=56*20（mm）挡料架的主要尺寸及结构如图3-1 图3-1 第四章 液压系统设计4.1 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。4.1.1 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4-1。图4-1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=32mm4.1.2计算切头缸载荷并选定切头缸缸径。（1）钢板弹簧工件在900C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900C下的剪切极限力。查模具设计与制造简明手册P67附表2得：40#碳素钢在900C时的剪切强度 t =7kgf/mm2而无60Si2Mn在900C时的抗剪强度 t 又查模具设计与制造简明手册P70附表1得：40#碳素钢在常温下的抗剪强度 t = 4448kgf/mm260Si2Mn在常温下的抗剪强度 t =72kgf/mm2，类比来求60Si2Mn弹簧钢板在900C时的抗剪强度t900C，折换系数k=44/72=0.6111，则t9008C=7/k=7/0.6111=11.444kgf/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FmaxFmax=Amaxt9008C=144011.444=16494.844kgf =161649.484N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=140000N（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=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ht=hmhvhd=0.9411=0.94用公式求出切头缸缸径D，则D=（4140000/3.140.9416）1/2=112.12mm查机械设计手册第四卷P17-247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）4.1.3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4-2。 图4-2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=AyssdA假定工件受力如图4-3。 图4-3查材料力学下册P316例18-3公式：MminAyssdA=Iss/ymax=bh2ss/6加工板簧工件最大截面积如图4-4，由设计参数知： bmax=100mm hmax=14mm 图4-4 因此Mmin= bh2ss/6=100142 ss /6=3740 ss（1）确定900高温下板簧60Si2Mn的屈服极限ss由前计算知，60Si2Mn板簧在900时的抗剪应力t=11.44kgf/mm2，因而其许用抗剪应力t=11.44ss取安全系数ss=1.4（因900高温下材料ss/sb较小） ss取自机械零件P19表2-4tq=tss=11.441.4=17.31kgf/mm2又查机械零件P20表2-4取：tq=（0.60.8）s sb=（11.2）s求出许用应力s=tq/0.8=21.638kgf/mm2求出许用应力强度sb=1.1s=1.121.638=23.8kgf/mm2而sb=sbss，取安全系数ss=1.4sb=sbss=23.81.4=34.7kgf/mm2又查机械零件P19表2-4，取ss/sb=0.6，则ss=sb0.6=34.70.6=21.42kgf/mm2求出最小的弯矩Mmin3740ss=374021.42=80324kgfmm又因Mmin=N2L，其中L=140mm（由总图结构定出）N2=Mmin/L80324/140=474kgf对工件抓紧转位弯耳过程进行分析，如图4-4 图4-4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： F1F2+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N1f1N2f2+N1f3得：N1=1148（kgf）=11240（N）(2)计算选定抓紧缸缸径由计算出的抓紧缸载荷N1=11240N由公式计算出缸径的步骤方法同前D=其中ht=0.94，P取16MpaD=(411240/0.94163.14)1/2=30.71mm按计算值增加10，查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取抓紧缸缸径D=32mm4.1.4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400，因此，查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取摆动缸缸径D=32mm4.1.4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46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FaF2(Rmax+dmax)由前计算知：F2=N2f2=4740.6=344.4kgf=3374.12N而a=D/2=140/2=74（D为齿轮分度圆直径，由后运动计算可知）Rmax+dmax=40+14=64（由设计参数得知）FF2(Rmax+dmax)/a=3374.1264/74=2924.11N同前，由公式计算得出转动缸缸径D= 取ht=0.94，P=16Mpa则转动缸的缸径:D=（42924.11/0.94163.14）1/2=14.66mm按计算值增加10，查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取转动缸缸径D=32mm图464.1.6 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400），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400）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P17-247表17-6-2，取移位缸缸径：D=40mm4.1.7 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P17-247表17-6-2，取抓紧缸缸径：D=20mm4.1.8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P17-247表17-6-2，取抽芯缸的缸径为：D=32mm4.2 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。4.2.1 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a=30。 见图4-7 图4-74.2.2 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=4，齿轮齿数z=30齿轮分度圆直径D=zm=430=140mm4.2.3计算抓紧机构转位角度抓紧机构转位过程如图4-8。 w图4-8当工件的弯耳直径为最大fmax=100时，其需要的转位角度最大由图知wmax=360120amin其中amin=arcos(40-1)/40)=arcos(49/40)=12.74wmax=360120amin=36012012.74=227.24当工件弯耳直径为最小wmin=24mm时，其需要的转位角度最小。由图示知：wmin=360120amax其中amax=arcos(12.4-1)/12.4)=arcos(11.4/12.4)=24.64fmin=360-120-24.64=214.364.2.4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= （pDwmax）/360 =3.14140227.24/360 =297.32mm园整取转动缸最大移动行程Smax=300mm查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取转动缸标准行程：S=320mm4.2.4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fmax=100mm，板料为最厚dmax=14mm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4-9计算：估计取工件切头工作开始前，刀尖距工件的距离为40mm，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=40+10+AB/cos30 其中:AB=ED+OD+OC =Rmax+dmax+Rmaxsin30 图4-9 AB =40+14+24 =90Smax=40+10+90/cos30 =60+101.01=161.01mm 查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取切头缸标准行程为：S=200mm4.2.6分析压紧缸工作行程并选定压紧缸标准行程由设计参数知：板簧最大卷耳直径Dmax=100mm，最大板料厚度为dmax=14mm，因此加工工件最大轮廓直径Dmax=130mm,考虑到取卸工件的方便，压紧缸行程应大于130mm。查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取压紧缸标准行程为：S=200mm4.2.7选定抓紧缸标准行程鉴于设备总体结构要求：抓紧机构的高度应尽量小，以缩小切头机构的让位行程，并抓紧动作对行程并无特殊要求。查机械设计手册第四卷P17-247表17-6-2，取抓紧缸的标准行程为：S=
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