汽车弹簧液压弯管机设计

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1、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

2、说明。关键词：液压设备弯耳机 单工位弯耳机 AbstractBending 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 i

3、s 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

4、 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 conc

5、retely 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

6、 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 proc

7、eeds 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 目录第一章 总体方案论证61.1 液压式双工位弯椭圆耳型设备介绍61.1.1 生产布置61.1.2 工艺措施61.2机械式多工位卷耳设备介绍71.2.1 生产布置71.2.2 工艺措施71.3

8、液压式单工位弯耳设备介绍71.3.1 生产布置81.3.2 工艺措施81.4方案分析比较9第二章 具体运动结构方案设计112.1 抽芯机构运动结构方案的选定112.2切头机构运动结构方案选定122.3 定位机构运动结构方案选定142.4 抓紧机构运动结构方案选定152.5压紧机构运动结构方案选定152.6 转位弯耳机构运动结构方案选定162.7工作台升降机构运动结构方案选定17第三章 总体方案的选定193.1 设备工作程序如下：20第四章 设计参数21第五章 计算225.1 动力设计计算225.1.1 压紧缸载荷分析并选定压紧缸缸径225.1.2计算切头缸载荷并选定切头缸缸径。225.1.3计

9、算抓紧缸载荷并选定抓紧缸缸径235.1.4分析摆动缸载荷并选定摆动缸缸径265.1.5计算转动缸载荷并选定转动缸缸径265.1.6 分析移位缸载荷并选定移动缸缸径275.2 运动设计计算285.2.1 确定切头刀具工作角度：285.2.2 确定齿轮齿条模数及齿轮齿数295.2.3计算抓紧机构转位角度295.2.4计算转位缸行程并选定标准行程305.2.5计算切头缸工作行程并选定标准行程305.2.6分析压紧缸工作行程并选定压紧缸标准行程315.2.7选定抓紧缸标准行程315.2.8选定切头机构移动缸标准行程315.2.9计算切头机构摆动缸并选定标准行程325.2.10选定抽芯缸标准行程325.

10、2.11选定定位缸标准行程335.3 选定各工作油缸标准型号34第六章 部分设计问题说明356.1机架、切头架及抓紧架结构及材料356.2设备的润滑措施356.3芯轴的冷却措施36结论38致 谢39参 考 文 献40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

11、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1-11.1.1 生

12、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1-21.1.2 工艺措施将钢板弹簧加热至9508C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1-31.2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1-41.2.1 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1-51.2.2 工艺措施钢板弹簧加热至9508C高温后，在冲床上进行切头，在弯耳设备上分三个工

13、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1-61.3 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1-71.3.1 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1-81.3.2 工艺措施将钢板弹簧加热至9508C高温，在弯耳机上分3个工

14、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1-91.4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

15、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

16、、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。（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

17、 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

18、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2-12.2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

19、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

20、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

21、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2-52.3 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

22、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。抓紧块工件芯轴图2-6 图2-72.5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

23、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2-82.6 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

24、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fmax =228.5288，最小转角fmin=216.9288，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

25、，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2-92.7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fmax=100mm，最小卷耳fmin=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

26、。工作台升降机构运动结构方案见图2-11。图2-10 图2-11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3-11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 3.1 设备工作程序如下：(1)950C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，

27、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。 第四章 设计参数设备加工零件参数见表41：表41工件材料60Si2Mn工件加工温度900C950C工件板料最大厚度max=15mm工件板料最大宽度Bmax=100mm工件

28、板料最大截面积Amax=1400mm2工件最大卷耳直径fmax=100mm工件最小卷耳直径fmin=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

29、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=32mm5.1.2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：50#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：50#碳素钢在常温下的抗剪强度 t = 4458kgf/mm260Si2Mn在常温下的抗剪强度 t =72kgf/mm2，类比来求60Si2Mn弹簧钢板在900C

30、时的抗剪强度t900C，折换系数k=44/72=0.6111，则t9008C=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FmaxFmax=Amax×t9008C=1440×11.545=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8-16

31、Mpa）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=0.95×1×1=0.95用公式求出切头缸缸径D，则D=（4×150000/3.14×0.95×16）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N

32、1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=AyssdA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：MminAyssdA

33、=Iss/ymax=bh2ss/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 因此Mmin= bh2ss/6=100×152 ss /6=3750 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=11.54kgf/mm2，因而其许用抗剪应力t=11.54×ss取安全系数ss=1.5（因900高温下材料ss/sb较小） ss取自机械零件P19表2-4tq=t×ss=11.54×1.5=17.31kgf/mm2又查机械零件P20表2-5取

34、：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=1.1×s=1.1×21.638=23.8kgf/mm2而sb=sb×ss，取安全系数ss=1.5sb=sb×ss=23.8×1.5=35.7kgf/mm2又查机械零件P19表2-4，取ss/sb=0.6，则ss=sb×0.6=35.7×0.6=21.42kgf/mm2求出最小的弯矩Mmin3750ss=3750×21.42=80325kgf·mm又因Mmin=N2L，其中L=14

35、0mm（由总图结构定出）N2=Mmin/L80325/140=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，

36、取f3=0.3）故N1f1N2f2+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=其中ht=0.95，P取16MpaD=(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=32mm5.1.4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=32mm5.

37、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56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·aF2·(Rmax+dmax)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+dmax=50+15=65（由设计参数得知）FF2·(Rmax+dmax)/a=3375.12×65/75=

38、2925.11N同前，由公式计算得出转动缸缸径D= 取ht=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565.1.6 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

39、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=50mm5.1.7 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=20mm5.1.8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

40、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=32mm5.2 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a=30°。 见图5-7 图5-75.2.2 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

41、齿数z=30齿轮分度圆直径D=zm=5×30=150mm5.2.3计算抓紧机构转位角度抓紧机构转位过程如图5-8。 w图5-8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=360°120°amin其中amin=arcos(50-1)/50)=arcos(49/50)=12.75°wmax=360°120°amin=360°120°12.75°=227.25°当工件弯耳直径为最小wmin=25mm时，其需要的转位角度最小。由图示知：wmin=360°120

42、°amax其中amax=arcos(12.5-1)/12.5)=arcos(11.5/12.5)=25.64°fmin=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= （p×D×wmax）/360° =3.14×150×227.25/360 =297.32mm园整取转动缸最大

43、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=320mm5.2.5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fmax=100mm，板料为最厚dmax=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+dmax+Rmax·sin30° 图5-9 AB

44、=50+15+25 =90Smax=50+10+90/cos30° =60+101.01=161.01mm 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=200mm5.2.6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=15mm，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P17-257表17-6-2，取压紧缸标准行程为：S=200mm5.2.7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

45、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=25mm5.2.8选定切头机构移动缸标准行程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=500mm5.2.9计算切头机构摆动缸并选定标准行程根据加工要求：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fmax=100mm时，即芯轴最大直径fma

46、x=100mm，按标准V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Hmax=21.8mm，又芯轴直径随工件弯耳规格变化而变化，根据前面的设计参数知其变动范围为Rmax-Rmin=100/2-25/2=37.5mm，因此V形块总计需移动最大位移smax=Hmax+37.5=21.8+37.5=59.3mm。根据设计总图得切头机构位置尺寸见图5-10。图5-10由图可见，摆动油缸的最大工作行程SmaxSmax=Smax×560/790=59.3×560/790=42.04mm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=50mm5

47、.2.10选定抽芯缸标准行程从设计参数知，工件最大加工宽度bmax=100mm，因而芯轴工作宽度最大为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Smax=300mm。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=320mm5.2.11选定定位缸标准行程从设计参数知：工件最大板料厚度dmax=15mm，即定位孔最大深度Hmax=15mm，因而定位缸行程应小于Hmax而大于Hmax/2。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=16mm5.3 选定各工作油缸标准型号根据前面计

48、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。表5-11油缸代号油缸名称缸径(D)mm行程(s)mm安装型式油缸的标准型号 R1压紧缸32200头部法兰固定GT32×200.B7.1.9.00R2抓紧缸3225头部法兰固定GT32×25.B7.1.1.00R3切头缸110200头部法兰固定GT100×200.B7.6.5.00R4摆动缸3250尾部耳环悬挂S32×50.B5.1.3.00R5移动缸50500轴向底部安装G50×500.B6.3.10.00R6抽芯缸32320头部法兰固定G

49、T32×320.B7.1.11.00R7转动缸32320头部法兰固定GT32×320.B7.1.11.00R8定位缸2016头部法兰固定按类比设计第六章 部分设计问题说明6.1机架、切头架及抓紧架结构及材料本设计对机架、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。6.2设备的润滑措施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

50、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。图6-1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

51、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。6.3芯轴的冷却措施设计参数规定，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。 方案A 方案B图6-2方案A的措施是在芯轴中加工一通孔，冷

52、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。结论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

53、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。致 谢这篇论文的完成，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

54、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！参 考 文 献 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