汽车弹簧液压弯管机设计

汽车弹簧液压弯管机设计 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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 1 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 2 页 .............................................................................. 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 ............................................................ 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 ........................................................................ 19 3.1 设备工作程序如下： ................................................................ 20 .................................................................................... 21 ............................................................................................ 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 3 页 5.2.4计算转位缸行程并选定 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 .................................................................... 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 ............................................................................................................ 38 ........................................................................................................ 39 ........................................................................................ 40 第 4 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 5 页 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。 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。 在生产中设备的布置如图1-2。 ?切头成型950工件?加热设备—?冲床—?弯耳设备—?合格品 将钢板弹簧加热至950,C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 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 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 第 6 页 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 在生产中，设备的布置如图1-5。 950?切头弯耳整工件?加热设备—?冲床— ?弯耳设备 —?整形设备— 型?合格品 钢板弹簧加热至950,C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 第 7 页 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。 生产中设备的布置见图1-8。 950?成型工件?加热设备—?弯耳设备—?合格品 将钢板弹簧加热至950,C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 第 8 页 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 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 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 9 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 10 页 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。 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 11 页 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。 卡块接头U形块芯轴 方案A 方案B 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 12 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。 方案A 方案B 第 13 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。 第 14 页 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。 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。 抓紧块 工件 芯轴 第 15 页 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。 压紧缸 导柱 压紧块 工件 工作台 第 16 页 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,=228.52,，最小转角,=216.92,，见后面运动设计运max min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。 第 17 页 钢板弹簧有各种不同的规格，卷耳直径有大有小(最大卷耳,=100mm，最小卷耳,=25mm，见后原始数据)，因此在工件规格变maxmin 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。 工作台 方杆紧固螺栓 紧锁螺母 调位螺栓 第 18 页 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。 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 19 页 〇(1)950C高温下工人放(2)在设备工作台上，定(3) 1缸伸长压紧工件 工件在工作台上位销对定位孔定位 (4)5缸伸长，切头机构(5)4缸伸长，切头机构（6）3缸伸长，刀具进移动到位摆动抱紧芯轴行加工，对工件进行切头 （7）3缸收缩，刀具离（8）4缸收缩，切头机（9）5缸收缩，切头机开工件构摆动回位构移动回位 （10）2缸伸长，抓紧工（11）8缸收缩，拔出定（12）1缸少量收缩 件位销 （13）7缸伸长，推动抓（14）2缸收缩，松开工（15）6缸收缩，抽出芯紧机构转位，弯耳卷耳成件轴 型 （16）1缸大量收缩，让（17）7缸收缩，抓紧机（18）6缸伸长，芯轴复位取出工件（工件由人工构因齿轮齿条带动复位位 取出） （19）8缸伸长，定位销（20）进入下一个工作循 复位环。 第 20 页 设备加工零件参数见表4—1： Mn 60Si工件材料 2 〇〇工件加工温度 900C—950C 工件板料最大厚度 =15mm ,max 工件板料最大宽度 B=100mm max 2工件板料最大截面积 A=1400mm max 工件最大卷耳直径 ,=100mm max 工件最小卷耳直径 ,=25mm min 工件单耳加工节拍 T=1min 设备加工零件如图4-1 第 21 页 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。 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。 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 ，压紧块对工件滑动摩擦力F，及定位切削力F，压紧N，支持力N11销对工件反作用F作用外，还受芯轴对工件的部分分布载荷q作用。2 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N，因此只好以同型设备类比取压紧缸的缸径。压紧缸缸径取： 1 D=32mm 〇（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 〇的推力（即切削力）应大于工件在900C下的剪切极限力。 #〇查《模具设计与制造简明手册》P67附表2得：50碳素钢在900 2〇C时的剪切强度 , =7kgf/mm而无60SiMn在900C时的抗剪强度 , 2 #又查《模具设计与制造简明手册》P70附表1得：50碳素钢在常 2温下的抗剪强度 , = 44—58kgf/mm 260SiMn在常温下的抗剪强度 , =72kgf/mm，类比来求60SiMn22 〇弹簧钢板在900C时的抗剪强度,，折换系数k=44/72=0.6111，则 900C 第 22 页 2=7/k=7/0.6111=11.545kgf/mm ,900,C 又根据设计参数知：加工的钢板弹簧工件最大截面积 2A=1400mm，由此计算出切断工件所需的最大剪切力F’ maxmax F’=A×,=1440×11.545=16494.845kgf maxmax900,C =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 F=F’=150000N maxmax （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4F/,p,maxt 式）。 以上公式摘自《机械设计手册》第四卷P17-262。 初定油缸时取,=,,,=0.95×1×1=0.95 tmvd 用公式求出切头缸缸径D，则 1/2D==（4×150000/3.14×0.95×16）=112.12mm查《机械4F/,p,maxt 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） 工件在抓紧力N作用下，绕芯轴中心线同芯轴一道转动，钢板发1 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 23 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 ，工件越难弯曲，N就越大。工件受力如图5-2。 用力N22 现在我们可以反过来分析：假设抓紧力N绝对能够抓紧工件，抓1紧机构固定不动，工件此时相当于悬臂梁，在力N的作用下，同样能2产生塑性变形，发生弯曲。因而可以理解为N产生的弯矩M=NL最22 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M=?y,dA minAs 假定工件受力如图5-3。 查《材料力学》 下册 数学七年级下册拔高题下载二年级下册除法运算下载七年级下册数学试卷免费下载二年级下册语文生字表部编三年级下册语文教材分析 P316例18-3公式： 2M??y,dA=I,/y=bh,/6 minAssmaxs加工板簧工件最大截面积如图5-4，由设计参数知： b=100mm max h=15mm max 第 24 页 22因此M= bh,/6=100×15 , /6=3750 , minsss（1）确定900?高温下板簧60SiMn的屈服极限, 2s 由前计算知，60SiMn板簧在900?时的抗剪应力2 2,=11.54kgf/mm，因而其许用抗剪应力[,]=11.54×[s] s 取安全系数[s]=1.5（因900?高温下材料,/,较小） ssb [s]取自《机械零件》P19表2-4 s 2?[,]=,×[s]=11.54×1.5=17.31kgf/mm qs 又查《机械零件》P20表2-5 取：[,]=（0.6～0.8）[,] q [,]=（1～1.2）[,] b 2求出许用应力[,]=[,]/0.8=21.638kgf/mm q 2求出许用应力强度[,]=1.1×[,]=1.1×21.638=23.8kgf/mm b 而,=[,]×[s]，取安全系数[s]=1.5 bbss 2?,=[,]×[s]=23.8×1.5=35.7kgf/mm bbs 又查《机械零件》P19表2-4，取,/,=0.6，则 sb 2,=,×0.6=35.7×0.6=21.42kgf/mm sb 求出最小的弯矩M?3750,=3750×21.42=80325kgf?mm mins 又因M=NL，其中L=140mm（由总图结构定出） min2 ?N=M/L?80325/140=574kgf 2min 对工件抓紧转位弯耳过程进行分析，如图5-5 由图可见，工件受抓紧力N及压紧块反作用力N作用，同时还受12N对工件及工件对芯轴产生的摩擦力F及F作用。另N在压紧块处11 32 第 25 页 对工件还产生一个摩擦力F作用在工件上，因此抓紧机构要带动工件2 转位弯耳，必须满足条件： F?F+F 123 其中F=Nf，F相当于钢和热钢的滑动摩擦。（查《机械设计手1111 册》第一卷，参考类比取摩擦系数f=0.6） 1 F=Nf，F同样相当于钢和热钢的滑动摩擦，取f=0.6。 22222 F=Nf，F相当于热钢在轨道上摩擦。（查《机械设计手3133 册》第一卷，取f=0.3） 3故Nf?Nf+Nf112213 得：N=1148（kgf）=11250（N） 1 (2)计算选定抓紧缸缸径 由计算出的抓紧缸载荷N=11250N由公式计算出缸径的步骤方法1 同前D= 4F/,p,maxt 其中,=0.95，P取16Mpa t 1/2?D=(4×11250/0.95×16×3.14)=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 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 板簧在弯耳时，转动机构受力见图5—6 第 26 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 ?(R+,) F?a?F2maxmax 由前计算知： F=Nf=574×0.6=344.4kgf=3375.12N 222 而a=D/2=150/2=75（D为齿轮分度圆直径，由后运动计算可知） R+,=50+15=65（由设计参数得知） maxmax ?F?F?(R+,)/a=3375.12×65/75=2925.11N 2maxmax 同前，由公式计算得出转动缸缸径 D= 取,=0.95，P=16Mpa 4F/,p,tmaxt 则转动缸的缸径: 1/2D=（4×2925.11/0.95×16×3.14）=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 第 27 页 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 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 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 28 页 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。 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 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 抓紧机构转位过程如图5-8。 第 29 页 , =100时，其需要的转位角度最大由当工件的弯耳直径为最大,max图知,=360?—120?—, maxmin 其中,=arcos((50-1)/50)=arcos(49/50)=12.75? min ?,=360?—120?—,=360?—120?—12.75?=227.25? maxmin 当工件弯耳直径为最小,=25mm时，其需要的转位角度最小。min由图示知： ,=360?—120?,minmax 其中,=arcos((12.5-1)/12.5)=arcos(11.5/12.5)=25.64? max ?,=360?-120?-25.64?=214.36? min 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×,）/360? max =3.14×150×227.25/360 =297.32mm 第 30 页 园整取转动缸最大移动行程S=300mm max 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 当加工板簧弯耳直径为最大,=100mm，板料为最厚,=15mmmaxmax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： S=50+10+AB/cos30? max 其中: AB=ED+OD+OC =R+,+R?sin30? 图5-9 maxmaxmax AB =50+15+25 =90 ?S=50+10+90/cos30? =60+101.01=161.01mm max 查《机械设计手册》第四卷P17-257表17-6-2，取切头缸标准行程为： S=200mm 第 31 页 =100mm，最大板料厚度为由设计参数知：板簧最大卷耳直径Dmax,=15mm，因此加工工件最大轮廓直径D’=130mm,考虑到取卸工maxmax件的方便，压紧缸行程应大于130mm。查《机械设计手册》第四卷 P17-257表17-6-2，取压紧缸标准行程为： S=200mm 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P17-257表17-6-2，取抓紧缸的标准行程为： S=25mm 因总体结构要求工件在弯耳转位时，抓紧机构转动的空间位置不 会同切头机构发生干涉，因而移动缸的行程取决于抓紧机构至运动中 心的高度，从设计总图上得抓紧机构自转动中心高度H 为480mm。 查《机械设计手册》第四卷P17-257表17-6-2，取切头机构移动缸标准行程： S=500mm 根据加工要求：工件在切头完毕后。V形块应离开芯轴，当工件最大弯耳直径,=100mm时，即芯轴最大直径,=100mm，按标准maxmaxV形块结构，V形块完全离开工件的让位高度查《机床夹具零件及部 件》国标得H=21.8mm，又芯轴直径随工件弯耳规格变化而变化，max 根据前面的设计参数知其变动范围为R-R=100/2-25/2=37.5mm，maxmin因此V形块总计需移动最大位移s’=H+37.5=21.8+37.5=59.3mm。 maxmax 第 32 页 根据设计总图得切头机构位置尺寸见图5-10。 由图可见，摆动油缸的最大工作行程Smax S=S’×560/790=59.3×560/790=42.04mm maxmax 查《机械设计手册》第四卷P17-257表17-6-2，取摆动缸标准行程: S=50mm 从设计参数知，工件最大加工宽度b=100mm，因而芯轴工作宽max 度最大为100mm。再考虑到芯轴支承长度及与活塞杆接头长度和方便 地更换芯轴的空间位置，从总图上确定抽芯缸的最大工作行程 S’=300mm。 max 查《机械设计手册》第四卷P17-257表17-6-2，取抽芯缸标准行程: S=320mm 从设计参数知：工件最大板料厚度,=15mm，即定位孔最大深度max H=15mm，因而定位缸行程应小于H而大于H/2。 maxmaxmax 查《机械设计手册》第四卷P17-257表17-6-2，取定位缸标准行程： S=16mm 第 33 页 根据前面计算分析已选定各工作油缸缸径和行程，结合各工作油 缸安装形式查《机械设计手册》选定各工作油缸标号见下表5-11。 油缸 油缸 缸径 行程安装型式 油缸的标准型号 代号 名称 (D)mm (s)mm 头部法兰固R 压紧缸 32 200 GT32×200.B7.1.9.00 1定 头部法兰固R抓紧缸 GT32×25.B7.1.1.00 32 25 2定 头部法兰固R 切头缸 110 200 GT100×200.B7.6.5.00 3定 尾部耳环悬R摆动缸 S32×50.B5.1.3.00 32 50 4挂 轴向底部安R移动缸 G50×500.B6.3.10.00 50 500 5装 头部法兰固R抽芯缸 GT32×320.B7.1.11.00 32 320 6定 头部法兰固R转动缸 GT32×320.B7.1.11.00 32 320 7定 头部法兰固R 定位缸 20 16 按类比设计 8定 第 34 页 本设计对机架、切头架及抓紧架等大小结构几乎全部采用焊接结 构。材料选用碳素钢板，保证良好的焊接性，在结构设计中采用各种 措施保证结构的刚性。详见总图及部件零件图。这样既能保证使用要 求，同时又可以保证良好的经济性。 本设计需要重点保证切头机构导柱导套滑动轴承，切头机构同机 体联接销轴滑动轴承及抓紧机构滚动支承轴承的润滑。 对于摆动缸活塞杆与切头机构联接销轴，压紧机构单向导柱及芯 轴与滑动轴承等次要，不方便部位采用人工每班定期注油润滑。 对于滚动轴承的润滑采用脂润滑，再定期更换润滑脂，简单、方 便、可靠。 对于切头机构导柱导套滑动轴承及切头机构与机体联接销轴滑动 轴承的润滑应采取各个独立润滑，但考虑到结构的独特性，设备的经 济性和润滑的简单、方便，因此在本设计中采用一个针阀式注油油杯 对两大润滑部分同时润滑。 其结构见图6-1。 第 35 页 另外，转位弯耳机构中，齿条在本设计中采用立式布置，这样虽 然缩小了结构空间，使总体结构变得紧凑，但对齿轮齿条的润滑不 利，如果对齿轮齿条的润滑采用油润滑，比如会出现漏油等不易处理 的问题。鉴于本机构中齿轮的饿转速很低（约8r/min，由转位工作时间计算知），而载荷并不高（由前计算知F=2925.11N），因此查《机械课程设计手册》，选普通润滑脂ZG-2对齿轮齿条润滑。 设计参数规定，板簧在900?高温下进行切头卷耳，从工件过程 看，芯轴与工件在高温下间歇地接触，其接触时间为52s（从控制过程定出），间歇时间仅为8s，芯轴在接触时间里从工件中大量传导热 量，影起芯轴温度升高，而间歇时间很短，散热极小，芯轴长期循环 工作，如无冷却处理，必然出现芯 轴长期在高温状态下工作，这对芯轴强度刚性及寿命都是极为不利 的。因而必须采取措施对芯轴实施冷却。冷却的方案有以下两种，见 图6-2。 出水 进水出水进水 出水 方案A 方案B 第 36 页 方案A的措施是在芯轴中加工一通孔，冷却水从孔的一端进，从 另一端出来。这样的结构对冷却效果而言是最佳的。但同样存在无法 避免的弊端：在芯轴抽芯时，会有余水泄漏出来，长期循环工作，必 然会污染生产场地，同时对设备有一定腐蚀。 方案B的措施是在芯轴中加工一盲孔，在盲孔中安装一通管，冷 却水从管子进入后冷却芯轴内部再流出，此方案冷却效果不及方案 1，但解决了冷却水泄漏的弊端。 考虑到保护生产场地的清洁卫生，以及对设备的防腐因素，在本 设计中选择方案B来解决芯轴的冷却问题。 第 37 页 本设计从汽车弹簧单工位液压弯耳机的基本原理出发，经过以上 的分析、设计、计算，得出了能达到要求的设备。本设备实现了一机多 能，将切头和弯耳功能揉合到了一个设备中并且无须整型，减少了生产 设备，缩小了生产面积，提高了生产效率，降低了工人劳动强度和板簧 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，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，不易产生突出的加工应力及变形。因而能较好地保证加 工质量，不易产生废品。另外，该设备采用液压传动，便于实现PC自动 控制，使控制的实现变得简单、易行。 第 38 页 这篇论文的完成，是我精心准备后的结晶，也离不开周围人的支 持。在整个毕业设计中，我遇到了许多困难，也得到了各位老师的帮 助。在此我要特别感谢导师于春海老师的细心指导，他是一位非常负 责且知识渊博的老师，在论文选题资料整理、文章结构等方面都给予 了许多方向性的建议。在此论文完成之际，我要特别感谢导师的教诲 和启迪。同时，我还要感谢在大学四年里教育和培养我的老师们，以 及为这篇论文提出过中肯意见的许多朋友和同学，最后，我 要向所有 辛勤劳动的老师说声：谢谢你们！ 第 39 页 ? 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册， 第二版.高等教育出版社.1999 ? 陈炎嗣、郭景仪.冲压模具设计与制造技术， 第二版.高等教育出版社.1999 ? 杨可桢、程光蕴.机械设计基础.高等教育出版社.1981 ? 杨兴骏.互换性与与技术测量. 中国计量出版社.2000 ? 骆志斌.金属工艺学. 上海科学技术出版社.1999 ? 季 云.机械制造工艺及设备设计指导手册. 机械工业出版社. 1997 ? 王启平.机械制造工艺学.哈尔滨教育出版社. 1999, ? 单辉祖.材料力学. 高等教育出版社. 1999 ? 陈炎嗣、郭景仪.冲压模具设计与制造技术， 第二版.高等教育出版社.1999 ? 成大先.机械设计手册， 第四版（第1卷）.化学工业出版社. 2000 ?成大先.机械设计手册， 第四版（第2卷）.化学工业出版社. 2000 ? 成大先.机械设计手册， 第四版（第3卷）.化学工业出版社.2000 ? 成大先.机械设计手册，第四版（第4卷）.化学工业出版社. 2000 第 40 页