車輛工程畢業(yè)設(shè)計17汽車彈簧液壓彎管機設(shè)計

第 1 頁 汽車彈簧液壓彎管機設(shè)計 摘要 在汽車彈簧生產(chǎn)工藝中，卷耳包耳工序是關(guān)鍵。單工位彎耳機是對汽車鋼板彈簧主板進行切頭彎耳一次成型的液壓設(shè)備。首先，文中提出了幾種鋼板切頭彎耳的可行性方案以及工藝措施，并進行了分析、比較、論證，選出最佳方案。其次，確定出單工位液壓彎耳設(shè)備主要需要的機構(gòu)及運動，并選定出各自具體的運動結(jié)構(gòu)方案。再通過以上分析、考慮，綜合確定出設(shè)備的總體運動結(jié)構(gòu)方案。利用所給有關(guān)數(shù)據(jù)，對設(shè)備的各個機構(gòu)進行動力、運動設(shè)計計算，確定各機構(gòu)的尺寸。繪制總體裝配圖及部件圖，確定本設(shè)備的布局尺寸，設(shè)計出達到要求的汽車鋼板彈簧的單工位液壓彎耳。而且在最后對整個設(shè)計工作進行總結(jié)、歸納，對部分設(shè)計問題進行分析說明。 關(guān)鍵詞 ： 液壓設(shè)備 彎耳機 單工位彎耳機 第 2 頁 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 頁 目錄 第一章 總體方案論證 . 6 1.1 液壓式雙工位彎橢圓耳型設(shè)備介紹 . 6 1.1.1 生產(chǎn)布置 . 6 1.1.2 工藝措施 . 6 1.2機械式多工位卷耳設(shè)備介紹 . 7 1.2.1 生產(chǎn)布置 . 7 1.2.2 工藝措施 . 7 1.3 液壓式單工位彎耳設(shè)備介紹 . 8 1.3.1 生產(chǎn)布置 . 8 1.3.2 工藝措施 . 8 1.4方案分析比較 . 9 第二章 具體運動結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 . 11 2.1 抽芯機構(gòu)運動結(jié) 構(gòu)方案的選定 . 11 2.2切頭機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 . 12 2.3 定位機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 . 15 2.4 抓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選 定 . 15 2.5壓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 . 16 2.6 轉(zhuǎn)位彎耳機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 . 17 2.7工作臺升降機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 . 18 第三章 總體方案的選定 . 19 3.1 設(shè)備工作程序如下： . 20 第四章 設(shè)計參數(shù) . 21 第五章 計算 . 22 5.1 動力設(shè)計計算 . 22 5.1.1 壓緊缸載荷分析并選定壓緊缸缸徑 . 22 5.1.2 計算切頭缸載荷并選定切頭缸缸徑。 . 22 5.1.3 計算抓緊缸載荷并選定抓緊缸缸徑 . 23 5.1.4 分析擺動缸載荷并選定擺動缸缸徑 . 26 5.1.5 計算轉(zhuǎn)動缸載荷并選定轉(zhuǎn)動缸缸徑 . 26 5.1.6 分析移位缸載荷并選定移動缸缸徑 . 28 5.2 運動設(shè)計計算 . 29 5.2.1 確定切頭刀具工作角度 ： . 29 5.2.2 確定齒輪齒條模數(shù)及齒輪齒數(shù) . 29 5.2.3 計算抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)位角度 . 29 第 4 頁 5.2.4 計算轉(zhuǎn)位缸行程并選定標(biāo)準(zhǔn)行程 . 30 5.2.5 計算切頭缸工作行程并選定標(biāo)準(zhǔn)行程 . 31 5.2.6 分析壓緊缸工作行程并選定壓緊缸標(biāo)準(zhǔn)行程 . 31 5.2.7 選定抓緊缸標(biāo)準(zhǔn)行程 . 32 5.2.8 選定切頭機構(gòu)移動缸標(biāo)準(zhǔn)行程 . 32 5.2.9 計算切頭機構(gòu)擺動缸并選定標(biāo)準(zhǔn)行程 . 32 5.2.10 選定抽芯缸標(biāo)準(zhǔn)行程 . 33 5.2.11 選定定位缸標(biāo)準(zhǔn)行程 . 33 5.3 選定各工作油缸標(biāo)準(zhǔn)型號 . 34 第六章 部分設(shè)計問題說明 . 35 6.1機架、切頭架及抓緊架結(jié)構(gòu)及材料 . 35 6.2設(shè)備的潤滑措施 . 35 6.3芯軸的冷卻措施 . 36 結(jié)論 . 38 致 謝 . 39 參 考 文 獻 . 40 第 5 頁 引言 汽車鋼板彈簧是極易損壞的零件，其主要是用于汽車、拖拉機和鐵道車輛中作為一種彈性懸掛裝置，起緩沖和減振作用，也可以在各種機械中作為防振裝置。具有機構(gòu)簡單，修理方便的特點。 它不僅用量大，消耗多，而且對汽車工業(yè)發(fā)展有不可替代作用。 汽車彈簧單工位彎耳機是對汽車鋼板彈簧進行切頭彎耳的設(shè)備。 去年我到湖北東風(fēng)汽車公司進行了實習(xí)，在實習(xí)中我發(fā)現(xiàn)其對鋼板彈簧彎耳工序都采用陳舊的單工位機械式彎耳設(shè)備或雙工位液壓式彎耳設(shè) 備。而國外則大多采用單工位液壓式自動控制設(shè)備及工藝。我們對汽車彈簧單工位彎耳機設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)和研究可以提高我國的鋼板彈簧彎耳技術(shù)，使我國的彈簧彎耳技術(shù)跟上國際技術(shù)水平，加速我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 本文所設(shè)計的設(shè)備，實現(xiàn)了一機多能即切頭彎耳一機加工，提高生產(chǎn)效率，減低生產(chǎn)成本，使加工工藝變得簡單易行，并且縮短了工作節(jié)拍，提高了加工的質(zhì)量。采用液壓和 PC自動控制，使設(shè)備的維護變簡單。 第 6 頁 第一章 總體方案論證 目前汽車生產(chǎn)廠家對鋼板彈簧彎耳這一工序主要有以下三種。 1.1 液壓式雙工位彎橢圓耳型設(shè)備 介紹 該設(shè)備主要用于加工橢圓耳型的鋼板彈簧卷耳，該卷耳結(jié)構(gòu)如圖 1-1。 圖 1-1 1.1.1 生產(chǎn)布置 在生產(chǎn)中設(shè)備的布置如圖 1-2。 工件 加熱設(shè)備 950 沖床 切頭 彎耳設(shè)備 成型 合格品 圖 1-2 1.1.2 工藝措施 將鋼板彈簧加熱至 950C高溫，在沖床上切頭，然后在彎耳機上進行卷耳加工，完成一個合格的卷耳， 其工藝流程見圖 1-3。 1工位：切頭 2工位 1工步：彎耳成型 2工步：抽芯取工件 圖 1-3 第 7 頁 1.2機械式多工位卷耳設(shè)備介紹 該設(shè)備用于加工鋼板彈簧卷耳耳型，耳型結(jié)構(gòu)見圖 1-4。 卷耳 圖 1-4 1.2.1 生產(chǎn)布置 在生產(chǎn)中，設(shè)備的布置如圖 1-5。 工件 加熱設(shè)備 950 沖床 切頭 彎耳設(shè)備 彎耳 整形設(shè)備 整型 合格品 圖 1-5 1.2.2 工藝措施 鋼板彈簧加熱至 950C高溫后，在沖床上進行切頭，在彎耳設(shè)備上分三個工步進行彎耳，最后在整形設(shè)備上進行整形，完成一個合格的卷耳耳型，其工藝流程見圖 1-6。 工位 1：切頭 2 工位 1 工步：初彎 2 工步：二次彎曲 3 工步：成型 3 工位：整形 圖 1-6 第 8 頁 1.3 液壓式單工位彎耳 設(shè)備介紹 該設(shè)備用于加工平卷耳。這種耳型較上、下卷耳及橢圓卷耳減小了耳型的內(nèi)應(yīng)力，因其縱向力作用方向和彈簧主片斷面中線重合，使用性能較上、下卷耳好，因此是以后汽車應(yīng)用的趨勢，以前應(yīng)用受阻礙的原因在于其制造較復(fù)雜。 平卷耳結(jié)構(gòu)見圖 1-7。 圖 1-7 1.3.1 生產(chǎn)布置 生產(chǎn)中設(shè)備的布置見圖 1-8。 工件加熱設(shè)備 950 彎耳設(shè)備 成型 合格品 圖 1-8 1.3.2 工藝措施 將鋼板彈簧加熱至 950C高溫，在彎耳機上分 3個工步完成一個彎耳彎曲。 其工藝流程見圖 1-9。 工步 1：切 頭 工步 2：抓緊轉(zhuǎn)位彎耳成型 工步 3：抽芯取工件 圖 1-9 第 9 頁 1.4方案分析比較 從上面的方案分析可以知道：機械式多工位彎耳機設(shè)備屬于比較老的設(shè)備，其加工方法是靠模板的推移和工件沿模型強制卷曲成型。其 模具復(fù)雜 ， 更換調(diào)整困難 ， 生產(chǎn)效率不高 ，并且最后產(chǎn)品精度還須靠整型磨具來保證，提高了成本。雙工位液壓彎耳機雖然相對于機械式多工位彎耳機多了液壓自動制，多了芯軸結(jié)構(gòu)，加工質(zhì)量較容易保證，但同樣存在即多了沖床設(shè)備，擴大了生產(chǎn)面積，增加了工人配額，勞動生產(chǎn)率還是很不高，工人勞動強 度同樣過大等機械式多工位彎耳機的缺點。而單工位液壓彎耳設(shè)備較前兩種設(shè)備有了許多改進和優(yōu)點：首先，它將切頭功能揉合到了設(shè)備中實現(xiàn)了一機多能并且無須整型，減少了生產(chǎn)設(shè)備，縮小了生產(chǎn)面積，同時提高了生產(chǎn)效率，降低了工人勞動強度，減少了工人配額，降低了板簧生產(chǎn)成本。其次，設(shè)備采用了芯軸結(jié)構(gòu)，在切頭時，對芯軸加了 V形支承塊，使工藝的實施變得簡單。同時，設(shè)備有了切頭機構(gòu)，縮短了工作節(jié)拍，單件生產(chǎn)時間變短，使工件在加工過程中溫度變化范圍減小，內(nèi)部組織變動不大，可得到較好的組織結(jié)構(gòu)，不易產(chǎn)生突出的加工應(yīng)力及變形。因而在以上 條件保證下，能較好地保證加工質(zhì)量，不易產(chǎn)生廢品。最后，該設(shè)備采用液壓傳動，便于實現(xiàn) PC自動控制避控制，所以維修簡單 同時還 確保了設(shè)備良好的工作性能及使用性能 . 綜合以上的分析、論證，考慮到具體的條件，確定出本設(shè)備的設(shè)計原則有以下幾點： （ 1） 高的生產(chǎn)效率。盡量縮短各個動作時間，選用先進的工作方法及技術(shù)。 （ 2） 經(jīng)濟性原則。盡量減少生產(chǎn)成本，節(jié)約原材料。減少工人配額。 第 10 頁 （ 3） 設(shè)備制造、維護、使用簡單方便。盡量采用液壓傳動，以便采用 PC 自動控制。 （ 4） 擴大設(shè)備加工范圍。考慮鋼板彈簧卷耳規(guī)格的變化及設(shè)備的調(diào)整適應(yīng)。 （ 5） 減輕工人的勞動強度。 第 11 頁 第二章 具體運動結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 在查詢相關(guān)資料及通過前面對各種設(shè)備方案及加工措施的分析、論證，可以確定出單工位液壓彎耳設(shè)備主要需要以下的機構(gòu)及運動來保證所須零件的加工要求： 1 抽芯機構(gòu)及運動； 2 切頭機構(gòu)及運動； 3 定位機構(gòu)及運動； 4 抓緊機構(gòu)及運動； 5 壓緊機構(gòu)及運動； 6 轉(zhuǎn)位彎耳機構(gòu)及運動； 7 工作臺升降機構(gòu)及運動。 其工藝流程圖如下： 現(xiàn)考慮具體的工作條件及工作要求來分析選定各個具體的運動結(jié)構(gòu)方案。 2.1 抽芯機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案的選定 液壓式單工位彎耳 機增設(shè)芯軸來保證板簧加工耳型精度，而抽芯機構(gòu)就是為了順利地卸出工件，使芯軸能脫離工件，方便地取出工 第 12 頁 芯軸接頭卡塊U 形 塊件。按工作條件而言，機構(gòu)的運動很簡單，一個油缸產(chǎn)生的直線往復(fù)運動即可滿足要求。但從工作過程來看，如果芯軸在工件彎耳是固定不動，在抓緊機構(gòu)抓緊工件后，轉(zhuǎn)位彎耳機構(gòu)帶動抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)動，工件同芯軸產(chǎn)生滑動摩擦，必然增加轉(zhuǎn)位機構(gòu)轉(zhuǎn)動扭矩，同時因磨損對芯軸壽命也十分不利。但反過來讓芯軸轉(zhuǎn)動，而芯軸與活塞桿的聯(lián)接為固定聯(lián)接，在芯軸轉(zhuǎn)動時，活塞桿必然一起轉(zhuǎn)動，長期如此工作對油缸來說是絕對不允許的。因此，該機構(gòu)中芯軸結(jié)構(gòu)要求對活 塞桿有相對轉(zhuǎn)動，同時又能隨活塞桿直線往復(fù)運動。在選定這種結(jié)構(gòu)方案時，有許多方法?，F(xiàn)將列舉其中兩個方案進行分析、比較以選定最佳方案。見圖 2-1。 方案 A：作要求可以實現(xiàn)，但因聯(lián)接螺釘?shù)难b拆涉及到空間位置，無法讓開，所以對芯軸更換不便，不可取。 方案 B：作能夠滿足要求，同時對裝配、更換芯軸極為有利，因此選用此方案。 方案 A 方案 B 圖 2-1 2.2切頭機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 切掉多余的頭部是 鋼 板彈簧在耳型彎曲加工前必要的工藝，其方法 是多種多樣的。可以在沖床上進行切頭，再在彎耳設(shè)備上進行彎耳，但這樣勢必擴大生產(chǎn)場地，提高生產(chǎn)成本。從前面的分析論證已知：這樣的工藝不足取。當(dāng)然也可以在彎耳設(shè)備上增設(shè)切頭刀具結(jié) 第 13 頁 構(gòu)，利用彎耳的芯軸作為支承，切削去多余頭部，如圖 2-2。但這樣對芯軸的影響很大，特別是對于加工板簧中小耳型時，對芯軸的壽命是一個嚴(yán)重影響，甚至影響到工件加工質(zhì)量，因而不可取?？紤]到芯軸的因素，可以在刀具對工件進行切頭時為芯軸加一個支承，讓切削力不由芯軸來承受，見圖 2-3。此時，在切削中，刀具、芯軸、 V型塊支承和切頭架形成了一個封閉的系 統(tǒng)，切削力對芯軸是沒有影響的。切削力的影響取決于切頭架剛性。如在設(shè)計中保證切頭架足夠的剛性，則此方案是不錯的。另外，在設(shè)計中還應(yīng)該考慮保證切刀足夠的剛性。方案也有多種，如圖 2-4。方案 A：擇標(biāo)準(zhǔn)油缸來推動刀具，刀具同活塞桿的聯(lián)接依靠接頭，由于活塞桿教細(xì)細(xì)，而這樣一來，再加上接頭長 度，很難保證刀具剛度，所以是不可取的；方案 B：樣選擇標(biāo)準(zhǔn)油缸，只是對活塞桿作非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，加粗活塞桿，然后將活塞桿削邊，使刀具直接與活塞桿安裝聯(lián)接，縮短了結(jié)構(gòu)長度，同時利用刀具上的導(dǎo)向鍵在切削中承受一部分切削力足以保證刀具的剛性。 圖 2-2 圖 2-3 方案 A 方 案 B 圖 2-4 第 14 頁 考慮到抽芯 工步實施的需要，切頭機構(gòu)還應(yīng)該有以下的動作要求： （ 1） 機構(gòu)能夠擺動，以使 V型塊充分靠緊或離開芯軸，并為將來機構(gòu)后移做準(zhǔn)備。 （ 2） 切頭機構(gòu)能夠后移，以便讓出轉(zhuǎn)位彎曲耳型時抓緊機構(gòu)的空間行程位置。 再考慮到鋼板彈簧加工規(guī)格的變化，芯軸定隨之要產(chǎn)生變化。因此 V型塊可設(shè)計為能更換調(diào)整的，以滿足板簧生產(chǎn)規(guī)格變動時的調(diào)整需要。 綜合以上分析、比較，選定切頭機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-5所示。 圖 2-5 第 15 頁 2.3 定位機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 鋼板彈簧在進行切頭加工時，需要進行長度定位，工件上已經(jīng)預(yù)先加工出定位孔，采用定位銷配合，即可方便的實現(xiàn)定位。在板簧切頭完畢后，定位銷必須退出定位孔，以保證下一工步彎耳成型的順利進行。定位銷的運動可以采用人工或機械傳動來實現(xiàn)，但都不利于生產(chǎn)效率的提高。因此采用一輔助油缸來實現(xiàn)定位銷的動作，以縮短工作節(jié)拍，提高工作效率。定位機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-6。 2.4 抓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 工件在切頭加工完畢后，將進行卷耳成型加工。加工的原理很簡單：就是使工件包絡(luò)芯軸 近一周完成一個耳型。因此，工件及芯軸須轉(zhuǎn)動一定的角度，因此必須將工件卡緊在芯軸上。運作的實現(xiàn)很簡單，采用一個液壓缸即可。只是設(shè)計中盡量降低抓緊機構(gòu)的高度，以縮短切頭機構(gòu)的讓位行程。抓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-7。 圖 2-6 圖 2-7 抓緊塊 工件 芯軸 第 16 頁 壓緊缸導(dǎo)柱壓緊塊工件工作臺2.5壓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 工件在切頭時必須將其壓緊，否則切削無法進行。壓緊的方法很多：可以手動壓緊，但生產(chǎn)效率太低，不符合設(shè)計要求；還可以采用機械傳動壓緊，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于設(shè)備制造及自動控制。因此，在本設(shè)計中選用液壓自動壓緊，既提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，又便于自動控制。壓緊工件的點應(yīng)盡量靠近工件被切削點，以防止工件在切削時因夾緊點太遠(yuǎn)而發(fā)生饒曲，但太靠近切削位置又不會同抓緊機構(gòu)發(fā)生干涉，因此以適宜的位置為度來選擇壓緊力作用點?？紤]到壓緊塊的自重，應(yīng)設(shè)計一導(dǎo)向柱，以保證壓緊動作的順利 實施。另外，還應(yīng)考慮工作過程需要，板簧在切頭時需要壓緊，而在轉(zhuǎn)位彎耳時應(yīng)對工件無壓緊力但又不離開工件，以防止工件的翻轉(zhuǎn)。彎耳完成以后，才能離開工件以便順利取出工件。因此，也只有液壓傳動才能自動完成這一過程，并且方便、可靠。 壓緊機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-8。 圖 2-8 第 17 頁 2.6 轉(zhuǎn)位彎耳機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 工件被抓緊機構(gòu)抓緊塊抓緊后，轉(zhuǎn)位機構(gòu)將帶動抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)動一定的角度位置，完成一個合格的卷耳。轉(zhuǎn)動的角位移不超過 2 (實際最大轉(zhuǎn) max =228.52 ，最小轉(zhuǎn)角 min=216.92 ，見后面運動設(shè)計運算 )?？紤]在機械 選擇上力求簡單，最好能選擇標(biāo)準(zhǔn)的擺動油缸。查資料只能找到 BM500型擺動油缸，但其工作壓力太低，不到 1Mpa，輸出扭矩太小 ( 500kg.m)不能滿足使用要求。而設(shè)計制造非標(biāo)準(zhǔn)擺動油缸，反而增加了制造的成本。因此，在設(shè)計中選擇齒輪齒條機構(gòu)。以一非標(biāo)準(zhǔn)油缸推動齒條移動，齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪再帶動抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)位來實現(xiàn)工作要求。 齒條可相對機體水平布置也可立體布置 。但因水平布置太占空間，而立體布置時結(jié)構(gòu)并不超過設(shè)備的主體空間，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間，在本設(shè)計中采用齒條立體布置。 轉(zhuǎn)位彎耳機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-9。 圖 2-9 第 18 頁 方桿緊固螺栓工作臺緊鎖螺母調(diào)位螺栓2.7工作臺升降機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案選定 鋼板彈簧有各種不同的規(guī)格，卷耳直徑有大有小 (最大卷耳max=100mm，最小卷耳 min=25mm，見后原始數(shù)據(jù) )，因此在工件規(guī)格變換時，工作臺高度應(yīng)能調(diào)整。調(diào)節(jié)的措施可用導(dǎo)軌絲杠及液壓升降，但考慮到設(shè)備工作臺簡單，重量較輕，升降位移小 ( 極限位移 D=（ 100-25） /2=37.5mm)， 且調(diào)節(jié)時間較少，設(shè)計導(dǎo)軌絲杠升降機構(gòu)或液壓升降機構(gòu)不符合經(jīng)濟性原則，且使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，因此在本設(shè)計中采用螺栓螺母調(diào)整機構(gòu)，依靠方桿緊固螺栓（見圖 2-10）導(dǎo)向，能夠簡單、方便地保證工作要求。 工作臺升降機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)方案見圖 2-11。 圖 2-10 圖 2-11 第 19 頁 第三章 總體方案的選定 通過以上對各個具體的運動方案的分析選定，綜合考慮確定的出設(shè)備總體結(jié)構(gòu)方案。 總體運動結(jié)構(gòu)方案見圖 3-1。 圖 3-1 1 壓緊缸 2 抓緊缸 3 切頭缸 4 擺位缸 5 移位缸 6 抽芯缸 7 轉(zhuǎn)動缸 8 定位缸 9-芯軸 10-V形塊 11-齒輪 12-齒條 13-工件 第 20 頁 3.1 設(shè)備工作程序如下： (1)950 C高溫下工人放工件在工作臺上 (2)在設(shè)備工作臺上，定位銷對定位孔定位 (3) 1缸伸長壓緊工件 (4)5缸伸長，切頭機構(gòu)移動到位 (5)4缸伸長，切頭機構(gòu)擺動抱緊芯軸 （ 6） 3缸伸長， 刀具進行加工，對工件進行切頭 （ 7） 3 缸收縮，刀具離開工件 （ 8） 4缸收縮，切頭機構(gòu)擺動回位 （ 9） 5缸收縮，切頭機構(gòu)移動回位 （ 10） 2缸伸長，抓緊工件 （ 11） 8缸收縮，拔出定位銷 （ 12） 1缸少量收縮 （ 13） 7缸伸長，推動抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)位，彎耳卷耳成型 （ 14） 2缸收縮，松開工件 （ 15） 6缸收縮，抽出芯軸 （ 16） 1缸大量收縮，讓位取出工件（工件由人工取出） （ 17） 7缸收縮，抓緊機構(gòu)因齒輪齒條帶動復(fù)位 （ 18） 6缸伸長，芯軸復(fù)位 （ 19） 8缸伸長，定位銷復(fù)位 （ 20）進入下一個工作循環(huán)。 第 21 頁 第四章 設(shè)計參數(shù) 設(shè)備加工零件參數(shù)見表 4 1： 表 4 1 工件材料 60Si2Mn 工件加工溫度 900 C 950 C 工件板料最大厚度 max=15mm 工件板料最大寬度 Bmax=100mm 工件板料最大截面積 Amax=1400mm2 工件最大卷耳直徑 max=100mm 工件最小卷耳直徑 min=25mm 工件單耳加工節(jié)拍 T=1min 設(shè)備加工零件如圖 4-1 圖 4-1 第 22 頁 第五章 計算 5.1 動力設(shè)計 計算 先根據(jù)工作條件確定各個油缸的載荷，再選定各油缸的缸徑。 5.1.1 壓緊缸載荷分析并選定壓緊缸缸徑 板簧在切頭加工時，壓緊缸壓緊工件，且定位銷將工件定位，工件受力分析如圖 5-1。 圖 5-1 由受力分析圖知：在切頭時，工件受力較復(fù)雜，不但受集中載荷切削力 F，壓緊 N，支持力 N1，壓緊塊對工件滑動摩擦力 F1，及定位銷對工件反作用 F2作用外，還受芯軸對工件的部分分布載荷 q 作用。因此，以目前的我的理論知識還無法對其進行定量的計算以求出壓緊力 N1，因此只好以同型設(shè)備類比取壓緊缸的缸徑。壓緊缸缸徑取： D=32mm 5.1.2 計算切頭缸載荷并選定切頭缸缸徑。 （ 1）鋼板彈簧工件在 900 C 高溫下進行切頭加工，因而切頭缸產(chǎn)生的推力（即切削力）應(yīng)大于工件在 900 C 下的剪切極限力。 查模具設(shè)計與制造簡明手冊 P67 附表 2 得： 50#碳素鋼在 900C 時的剪切強度 =7kgf/mm2而無 60Si2Mn 在 900 C 時的抗剪強度 又查模具設(shè)計與制造簡明手冊 P70 附表 1 得： 50#碳素鋼在常溫下的抗剪強度 = 44 58kgf/mm2 60Si2Mn 在常溫下的抗剪強度 =72kgf/mm2，類比來求 60Si2Mn彈簧鋼板在 900 C 時的抗剪強度 900C，折換系數(shù) k=44/72=0.6111，則 第 23 頁 900C=7/k=7/0.6111=11.545kgf/mm2 又根據(jù)設(shè)計參數(shù)知：加工的鋼板彈簧工件最大截面積Amax=1400mm2，由此計算出切斷工件所需的最大剪切力 Fmax Fmax=Amax900C=144011.545=16494.845kgf =161649.485N 因此，切頭缸需要的最大推力，但考慮到液壓缸的自重故可取小些 Fmax=Fmax=150000N （ 2）選定切頭缸缸徑 考慮到油缸工作壓力太高時，油缸的價格增高，同時在使用中有漏油等弊病不易解決。因此定油缸工作壓力為中高壓（大于 8-16Mpa）以后各油缸定工作壓力同此原則。 因切頭缸推力較大，定其工作壓力為 P=16Mpa 由公式 D= pFt/4 max計算出油缸的缸徑（以后各缸的計算同此公式）。 以上公式摘自機械設(shè)計手冊第四卷 P17-262。 初定油缸時取 t=mvd=0.9511=0.95 用公式求出切頭缸缸徑 D，則 D= pFt/4 max=（ 4150000/3.140.9516） 1/2=112.12mm 查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取切頭缸缸徑 D=110mm（由于切頭架、液壓缸等自重故不用放大 10%，并且工程上允許偏差 3%是合格的） 5.1.3計算抓緊缸載荷并選定抓緊缸缸徑 工件在抓緊力 N1作用下，繞芯軸中心線同芯軸一道轉(zhuǎn)動，鋼板發(fā)生塑性變形產(chǎn)生彎曲，此時壓緊塊雖然對工件無壓緊力作用，但工件 第 24 頁 必然因翅曲對壓緊塊產(chǎn)生一作用力，相應(yīng)地壓緊塊對工件產(chǎn)生一反作用力 N2，工件越難彎曲， N2就越大。工件受力 如圖 5-2。 圖 5-2 現(xiàn)在我們可以反過來分析：假設(shè)抓緊力 N1絕對能夠抓緊工件，抓緊機構(gòu)固定不動，工件此時相當(dāng)于懸臂梁，在力 N2的作用下，同樣能產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生彎曲。因而可以理解為 N2產(chǎn)生的彎矩 M=N2L最小應(yīng)該大于板簧工件在 900 時屈服極限力，才能使工件產(chǎn)生塑性變形而彎曲。即 Mmin= AysdA 假定工件受力如圖 5-3。 圖 5-3 查材料力學(xué)下冊 P316 例 18-3 公式： Mmin AysdA=Is/ymax=bh2s/6 加工板簧工件最大截面積如圖 5-4，由設(shè)計參數(shù)知： bmax=100mm hmax=15mm圖 5-4 第 25 頁 因此 Mmin= bh2s/6=100152s /6=3750s （ 1）確定 900高溫下板簧 60Si2Mn的屈服極限 s 由前計算知， 60Si2Mn 板簧在 900 時的抗剪應(yīng)力=11.54kgf/mm2，因而其許用抗剪應(yīng)力 =11.54 ss 取安全系數(shù) ss=1.5（因 900 高溫下材料 s/b較?。?ss取自機械零件 P19 表 2-4 q=ss=11.541.5=17.31kgf/mm2 又查機械零件 P20 表 2-5 取： q=（ 0.6 0.8） b=（ 1 1.2） 求出許用應(yīng)力 =q/0.8=21.638kgf/mm2 求出許用應(yīng)力強度 b=1.1 =1.1 21.638=23.8kgf/mm2 而 b=b ss，取安全系數(shù) ss=1.5 b=b ss=23.8 1.5=35.7kgf/mm2 又查機械零件 P19 表 2-4，取 s/b=0.6，則 s=b 0.6=35.7 0.6=21.42kgf/mm2 求出最小的彎矩 Mmin 3750s=3750 21.42=80325kgf mm 又因 Mmin=N2L，其中 L=140mm（由總圖結(jié)構(gòu)定出） N2=Mmin/L 80325/140=574kgf 對工件抓緊轉(zhuǎn)位彎 耳過程進行分析，如圖 5-5 圖 5-5 由圖可見，工件受抓緊力 N1及壓緊塊反作用力 N2作用，同時還受N1對工件及工件對芯軸產(chǎn)生的摩擦力 F1 及 F3作用。另 N2在壓緊塊處 第 26 頁 對工件還產(chǎn)生一個摩擦力 F2作用在工件上，因此抓緊機構(gòu)要帶動工件轉(zhuǎn)位彎耳，必須滿足條件： F1 F2+F3 其中 F1=N1f1， F1相當(dāng)于鋼和熱鋼的滑動摩擦。（查機械設(shè)計手冊第一卷，參考類比取摩擦系數(shù) f1=0.6） F2=N2f2， F2同樣相當(dāng)于鋼和熱鋼的 滑動摩擦，取 f2=0.6。 F3=N1f3， F3相當(dāng)于熱鋼在軌道上摩擦。（查機械設(shè)計手冊第一卷，取 f3=0.3） 故 N1f1 N2f2+N1f3 得： N1=1148（ kgf） =11250（ N） (2)計算選定抓緊缸缸徑 由計算出的抓緊缸載荷 N1=11250N 由公式計算出缸徑的步驟方法同前 D= pFt/4 max其中 t=0.95， P 取 16Mpa D=(4 11250/0.95 16 3.14)1/2=30.71mm 按計算值增加 10，查機械設(shè)計手冊第 四卷 P17-257 表 17-6-2，取抓緊缸缸徑 D=32mm 5.1.4 分析擺動缸載荷并選定擺動缸缸徑 擺動缸載荷只取決于切頭機構(gòu)自重，而切頭機構(gòu)自重估算不大于500 ，因此，查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取擺動缸缸徑 D=32mm 5.1.5 計算轉(zhuǎn)動缸載荷并選定轉(zhuǎn)動缸缸徑 板簧在彎耳時，轉(zhuǎn)動機構(gòu)受力見圖 5 6 第 27 頁 由受力分析可見，工件在彎耳時齒條的推動油缸的推力 F 對轉(zhuǎn)動中心的力矩必須大于等于軸承摩擦力對轉(zhuǎn)動中心的力矩之和，才能使抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)彎耳動作，而軸承摩擦力矩很小，在此可忽略不計。即 F a F2 (Rmax+max) 由前計算知： F2=N2f2=574 0.6=344.4kgf=3375.12N 而 a=D/2=150/2=75（ D 為齒輪分度圓直徑，由后運動計算可知） Rmax+max=50+15=65（由設(shè)計參數(shù)得知） F F2 (Rmax+max)/a=3375.12 65/75=2925.11N 同前，由公式計算得出轉(zhuǎn)動缸缸徑 D= pFt/4 max取 t=0.95， P=16Mpa 則轉(zhuǎn)動缸的缸徑 : D=（ 4 2925.11/0.95 16 3.14） 1/2=15.66mm 按計算值增加 10，查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取轉(zhuǎn)動缸缸徑 D=32mm 圖 5 6 第 28 頁 5.1.6 分析移位缸載荷并選定移動缸缸徑 移位缸承受的載荷主要是因切頭機構(gòu)因自重在導(dǎo)柱導(dǎo)套處滑動軸承中產(chǎn)生的滑動摩擦載荷，而切頭機構(gòu)自重由估算知不大（不大于500 ），因而產(chǎn)生的摩擦載荷很小。對于移動缸選擇缸徑來說，載荷不是主要因素，考慮到移動缸的行程較長（由后運動計算知行程為500 ）因而缸徑如取的太小，雖然能滿足載 荷要求，但活塞桿太小，壓桿穩(wěn)定性較差，查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取移位缸缸徑： D=50mm 5.1.7 分析定位缸載荷并選定定位缸缸徑 定位缸承受的載荷主要是定位銷的重量，而定位銷直徑很小，長度也短，因而重量也輕。在此對載荷不作考慮?？紤]到使定位機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，因而，查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取抓緊缸缸徑： D=20mm 5.1.8 分析抽芯缸載荷并選定抽芯缸缸徑 工件在耳型彎曲成型后，抓緊塊松開，工件此時不受任何載荷。然后抽芯缸動作，將芯軸抽出，以便 取出工件。因此抽芯缸載荷極小，僅為芯軸及接頭的自重。但考慮到活塞桿長期在芯軸及接頭自重作用下彎曲變形，因此缸徑在選擇時不宜太小，以免活塞桿太細(xì)。 查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取抽芯缸的缸徑為： D=32mm 第 29 頁 5.2 運動設(shè)計計算 根據(jù)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)及各機構(gòu)具體工作要求，確定各油缸工作行程及各機構(gòu)運動參數(shù)。 5.2.1 確定切頭刀具工作角度 ： 如果切頭刀具相對工件垂直安裝，對于機構(gòu)總體受力效果是好的。但是由于抓緊機構(gòu)要占據(jù)一定空間位置，因而如刀具相對工件垂直工作時，必然會產(chǎn)生切頭機 構(gòu)與抓緊機構(gòu)的相互干涉，因此，在參考同型設(shè)備后，確定切頭刀具的工作角度為 =30。 見圖 5-7 圖 5-7 5.2.2 確定齒輪齒條模數(shù)及齒輪齒數(shù) 按類比，取轉(zhuǎn)位機構(gòu)： 齒輪齒條模數(shù) m=5，齒輪齒數(shù) z=30 齒輪分度圓直徑 D=zm=5 30=150mm 5.2.3 計算抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)位角度 抓緊機構(gòu)轉(zhuǎn)位過程如圖 5-8。 第 30 頁 圖 5-8 當(dāng)工件的彎耳直徑為最大 max=100 時，其需要的轉(zhuǎn)位角度最大由圖知 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 當(dāng)工件彎耳直徑為最小 min=25mm 時，其需要的轉(zhuǎn)位角度最小。由圖示知： 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 計算轉(zhuǎn)位缸行程并選定標(biāo)準(zhǔn)行程 由前取的齒輪齒條模數(shù)及齒輪齒數(shù)和前計算出的最大轉(zhuǎn)位角度來計算齒條需要移動的長度（即為轉(zhuǎn)位缸的行程） 而齒條的移動長度應(yīng)等于齒輪分度圓轉(zhuǎn)動最大圓周長，則齒輪分度圓最大轉(zhuǎn)動圓周長 = （ D max） /360 =3.14 150 227.25/360 =297.32mm 第 31 頁 園整取轉(zhuǎn) 動缸最大移動行程 Smax=300mm 查機械設(shè)計手冊第四卷 P17-257 表 17-6-2，取轉(zhuǎn)動缸標(biāo)準(zhǔn)行程： S=320mm 5.2.5 計算切頭缸工作行程并選定標(biāo)準(zhǔn)行程 當(dāng)加工板簧彎耳直徑為最大 max=100mm，板料為最厚 max=15mm時，刀具需要移動的位移即為切頭缸的最大工作行程。其最大工作行程參考圖 5-9 計算： 估計取工件切頭工作開始前，刀尖距工件的距離為 50mm，工件切頭完畢后，刀尖距切頭完成點距離為 10mm。 由圖知： 刀具最大工作行程： Smax=50+10+AB/cos30 其中 : AB=ED+OD+OC =Rmax+max+Rmax sin30 圖 5-9 AB =50+15+