機械畢業(yè)設(shè)計(論文)-板料折彎機設(shè)計【全套圖紙.doc

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1、黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計摘 要 在研究國內(nèi)外折彎機械的發(fā)展狀況和我國折彎機械存在的問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件作業(yè)的要求，設(shè)計了一種利用液壓元件驅(qū)動單向作業(yè)的折彎機。該機型 采用曲柄滑塊機構(gòu)，解決了實際生產(chǎn)之中薄板材的折彎。并且通過對機構(gòu)的運 動分析和計算，通過機構(gòu)的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)使折彎力在加工過程之中始終與零件時 刻保持垂直的一臺空調(diào)冷凝器后罩生產(chǎn)線上專用的三梁二柱式的非標準設(shè)備。 該折彎機的特點是結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，工效高。關(guān)鍵詞：折彎機；液壓；非標設(shè)備全套圖紙，加 153893706I黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計AbstractIn studies the domestic and forei

2、gn knee bend machinery the development condition and our country bends at the knees in the question foundation which the machinery exists, according to the components work request, designed one kind to actuate the unidirectional work using the hydraulic pressure part the booklet bender.This type use

3、s the crank slide organization, has solved during the actual production the thin plate knee bend.And through to the organization movement analysis and the computation, realizes through the organization transformation makes the knee bend strength throughout to maintain on a vertical air conditioning

4、condenser rear cowl production line in the processing process with the components time the special-purpose three Liang two column type non-standard equipment.This booklet bender characteristic is the structure is simple, the operation is easy, the work efficiency is high.Key word: Folds the bender;

5、Hydraulic pressure; Non-sign equipmentII黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計III黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要.IAbstract .II目錄.4第一章 緒 論.11.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.2本課題研究的目的與意義.1第二章 折彎產(chǎn)品的零件圖 .32.1產(chǎn)品的零件圖 .3第三章 折彎機設(shè)計原理和機構(gòu)方案 .53.1折彎機設(shè)計原理的分析、比較、確定 .53.2折彎機結(jié)構(gòu)方案的分析、確定 .6第四章 折彎機設(shè)計的計算和結(jié)構(gòu)說明 .94.1折彎力的計算 .94.2.1壓緊塊的設(shè)計 .104.2.2壓邊力的計算 .114.2.3壓緊塊中心位置的確定 .124

6、.3機架的受力分析.134.3.1機架以及相關(guān)零件參數(shù)的確定.134.3.2機架的受力分析 .164.4油缸的選取 .234.4.1 壓緊缸的選取.234.4.2折彎缸的選取 .244.5液壓系統(tǒng)的設(shè)計.304.5.1負載分析.304.5.2執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定 .314.5.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖.334.6 本章小結(jié) .36第五章 典型零件的加工工藝過程.375.1導柱 .385.2壓緊塊的工藝安排 .405.3 本章小結(jié) .41結(jié) 論.42 機械工業(yè)擔負著國民經(jīng)濟各部門，包括工業(yè)，農(nóng)業(yè)和社會生活各個方面提供各種性能 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計先進，價格低廉，使用安全可靠的技術(shù)裝備的任務(wù)

7、，在現(xiàn)代化建設(shè)中是舉足輕重的。 機械設(shè)計是機械產(chǎn)品研制的第一道工序，設(shè)計工作的質(zhì)量和水平直接關(guān)系到新產(chǎn)品質(zhì)量、性能、研制周期和技術(shù)經(jīng)濟效益。42參考文獻43致 謝錯誤！未定義書簽。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計第一章 緒 論1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀板料折彎機是一種使用最廣泛的彎曲機械，早已實現(xiàn)了徹底的液壓化，80年代迅速實現(xiàn)了數(shù)控化。據(jù)不完全統(tǒng)計，CIMT95 展出了 18 臺折彎機，其中外 國 7 臺，中國 11 臺（包括臺灣 1 臺）。除了臺灣 1 臺以外，17 臺全部是數(shù)控折彎機，在我國歷屆國際機床展會上，這一屆展出的折彎機最多，國產(chǎn)折彎機也 最多，而且水平較高。板料折彎機使用簡單的模具便可

8、對金屬板料進行各種角 度的直線彎曲，以獲得形狀復雜的金屬板材制件，操作簡單，模具通用性強， 運行成本低，因此獲得了廣泛應(yīng)用。板料折彎機按其傳動形式可分為機械折彎 機和液壓折彎機兩類。目前，機械折彎機已被液壓折彎機取代。液壓折彎機的 優(yōu)點在于有較大的工作行程，在行程的任一點都可以產(chǎn)生最大公稱力；折彎行 程、壓力、速度可調(diào)，易于實現(xiàn)數(shù)控;可實現(xiàn)快速趨近、慢速折彎，符合工件折彎的工藝要求；采用多缸同步系統(tǒng)，極大地提高了折彎精度，并實現(xiàn)了折彎機 的多臺聯(lián)動，拓寬了折彎機的工藝范圍。數(shù)控液壓板料折彎機是問世最早、應(yīng) 用最廣泛、國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)最多的金屬板材加工機床，已由早期的 3 軸發(fā)展到現(xiàn) 在的 8 軸控

9、制，與上下料機器人和折彎機器人配套使用，可組成數(shù)控折彎單元。折彎機對折彎金屬板料具有較高的勞動生產(chǎn)率和較高的折彎精度。該機器 是采用鋼板連接機構(gòu)，具有足夠的強度和剛度，液壓傳動保證工作是不至于因 板料厚度變化或下模 V 形槽選擇不當而引起的嚴重超載事故。此外本機器工作平穩(wěn)可靠，操作方便，具有點動、單次行程，并能保壓，用戶只須配備各種不 同的模具，就能將金屬板料折彎成各種不同形狀的工件，當配備相應(yīng)的裝備后， 還能作沖孔用。1.2 本課題研究的目的與意義隨著對高產(chǎn)、高效工作面的要求，近年來折彎機的技術(shù)發(fā)展日新月異。為1黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計滿足工作需求，折彎機的功率越來越大；此外控制系統(tǒng)日趨

10、完善，折彎機控制 功能逐步齊全，可靠性不斷提高。折彎一般采用沖壓技術(shù)完成，沖壓是利用沖壓模在沖壓設(shè)備上對板料施加 壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的零件的一種壓力 加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加 工所需零件。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法。沖壓模具是沖壓生 產(chǎn)必不可少的工藝設(shè)備，折彎機結(jié)構(gòu)日趨完善和簡便，能簡化制造工藝，縮短 制造周期、降低生產(chǎn)成本，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟效益。對提高新產(chǎn) 品的開發(fā)速度，促進生產(chǎn)的發(fā)展有著非常重要的作用。因此進行折彎機的設(shè)計 具有一定的意義。2黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計第二章 折彎產(chǎn)品的零

11、件圖2.1 產(chǎn)品的零件圖本設(shè)計的折彎機適應(yīng)折彎鋼板厚度 0.5-1mm。具體對該折彎機來說所加工零件的材料為 08F，厚度為 0.6mm。在折彎加工之前，零件已經(jīng)由沖壓機床進行了加工，即使板材的四周向上折好高為 20mm 的邊，另外在零件的中間部位還均勻分布有一些凸起（如圖 2.1 所示）。圖 2.1 折彎產(chǎn)品加工前的零件圖經(jīng)過折彎機加工之后，即變成圖 2.2 所示的結(jié)構(gòu)。圖 2.2 折彎產(chǎn)品的零件圖3黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計對比圖 2.1 與圖 2.2，可得本設(shè)計所要完成的工作就是將圖 2.1 所示的零件沿中間的虛線將左邊部分向上折起 90 度，即達到圖 2.2 所示的形狀。要求在折彎后

12、，零件內(nèi)側(cè)的彎曲半徑為 3mm。同時由零件圖可知加工過程就是一個彎曲過程，而彎曲過程可分為三個階段：1） 彈性彎曲階段此時外彎曲力矩的數(shù)值不大，應(yīng)力小于材料的屈服點；2） 彈-塑性階段在階段 1）的基礎(chǔ)上，外應(yīng)力繼續(xù)增大；3） 純塑性階段在階段 2）的基礎(chǔ)上，隨著外應(yīng)力的繼續(xù)增大，毛坯的材料完全處于塑性變形階段。 要完成加工過程，就要使零件的變形達到純塑性變形階段，。只有這樣加工出的零件才能達到實際生活所需。4黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計第三章 折彎機設(shè)計原理和機構(gòu)方案3.1 折彎機設(shè)計原理的分析、比較、確定由折彎產(chǎn)品的零件圖可知，要實現(xiàn)的功能就是將圖 2.1 所示的形狀折彎成如 圖 2.2

13、所示。要實現(xiàn)這一功能可以有如下的方案：方案（1）利用沖壓機床加工設(shè)計一臺專用的沖壓機床來加工，將待加工件置于沖壓機床的工作臺面上， 然后通過機床的沖壓頭作用加工而成。利用沖壓機床加工的效率高，但是由于 所需加工的零件面積相對沖壓機床的工作臺很大，這樣要求沖壓頭也很大，而零件本身的厚度僅為 0.6mm，單位面積上所能承受的壓力很小，在加工過程之 中零件很易斷裂。同時由于待加工件的四周已經(jīng)加工了高為 20mm 的邊，使得在沖壓加工過程之中將產(chǎn)生干涉，因此該方案難于實現(xiàn)。方案（2）利用折彎機床加工 在方案（1）之中，為了加工得到所需的零件，所利用的方法就是將待加工件置于一工作臺上，然后從待加工件的正

14、上方施加一沖力。 相對方案（1）而言，方案（2）主要是從零件的下方施加一個始終垂直于零件的力，使零件的一部分向上折起成圖 3.2 所示的形狀。具體來說就是設(shè)計一 臺專用的折彎機，先將圖 3.1 所示待加工件虛線左邊的部分置于折彎機的工作臺上，再在工作臺的正上方施加一垂直工作臺的力，將零件壓緊在工作臺上，然后在零件的右邊部分施加一個垂直該部分的力，慢慢的將右邊部分向上折起， 直到達到所需的形狀（加工過程受力如圖 4.1.1 所示）。方案（2）改進了方案（1）之中出現(xiàn)的問題，避免了在零件的表面施加一很大沖量。使零件在加工過程之中受力均勻，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象，該方案可行。 可選用該方案進行設(shè)計，來加工

15、零件。5黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計圖 3.1 零件加工過程受力圖 3.2 折彎機結(jié)構(gòu)方案的分析、確定 通過設(shè)計原理的分析比較以及選用，結(jié)合所給的任務(wù)書，可以確定折彎機 的大概輪廓，施加在零件上的壓邊力要求是一恒力，且在加工完成之后，該力 可以撤除以便取走加工件，則可以選用一個雙作用的油缸用做壓緊缸，利用油 缸活塞桿的上下移動來完成加工。又由任務(wù)書可知主機采用三梁二柱式的結(jié)構(gòu)， 且活動梁采用主柱導向，下梁焊接在機架上，上梁通過導柱與下梁相連，則可 以大概的定出折彎機的結(jié)構(gòu)，即壓緊油缸固定在上梁之上，活塞桿與活動梁相 連，通過活塞桿的上下移動來帶動活動梁運動（如圖 3.2.1）。圖 3.2.1

16、折彎機結(jié)構(gòu)簡圖又由于零件的四周有一高為 20mm 的邊、表面有凸起，則不能讓活動梁直接壓在零件之上，因此必須根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)來設(shè)計一壓緊塊，讓壓緊塊與零件 作用。折彎機三梁二柱結(jié)構(gòu)的確定提供了在加工過程之中的壓邊力，由圖 3.1.1 可6黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計知要折彎零件不僅需要壓邊力，更重要的是需要有折彎力，由分析可知，要求折彎力在加工過程之中始終與零件垂直,則必須設(shè)計一個機構(gòu),通過機構(gòu)的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)上述的要求。結(jié)合任務(wù)書可得,提供折彎力的施力體為油缸即折彎缸。其機構(gòu)可如圖 3.2.2 所示。圖 3.2.2 折彎機構(gòu)圖該機構(gòu)為一個含一個移動副的四桿機構(gòu)，有三個轉(zhuǎn)動副和一個移動副，其自由度為

17、：F=3n-2PL=3 x3-2x4=1該機構(gòu)的原動件為移動副，具體對折彎機構(gòu)來說就是折彎油缸。 通過折彎機結(jié)構(gòu)和折彎機構(gòu)的確定，可以定出折彎機的結(jié)構(gòu)和折彎機工作過程：即為先是壓緊油缸的活塞先動作，推動活動梁和壓緊塊向下運動,直到壓緊塊壓住零件，并且保壓一段時間，在壓緊缸保壓過程中，折彎缸對零件進行 折彎加工。加工完成后，壓緊缸的活塞桿向上運動，將活動梁與壓緊塊移走， 以便取走已加工件。由以上的敘述可知，要完成零件的加工，最關(guān)鍵的就是要 有能夠提供壓緊力和折彎力的機構(gòu)，且保證兩力在工作過程之中的相互協(xié)調(diào)。3.3 本章小結(jié)通過對折彎機設(shè)計原理的分析、比較、確定。我們知道方案（1）利用沖壓機床在加

18、工過程之中零件很易斷裂，難于實現(xiàn)。而方案（2）利用折彎機床加工改進了方案（1）之中出現(xiàn)的問題，避免了在零件的表面施加一很大沖量。使零件在加工過程之中受力均勻，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象，該方案可行。可選用該方案7黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計進行設(shè)計，來加工零件。 通過折彎機結(jié)構(gòu)和折彎機構(gòu)的確定，可以定出折彎機的結(jié)構(gòu)和折彎機工作過程：即為先是壓緊油缸的活塞先動作，推動活動梁和壓緊塊向下運動,直到壓緊塊壓住零件，并且保壓一段時間，在壓緊缸保壓過程中，折彎缸對零件進行 折彎加工。加工完成后，壓緊缸的活塞桿向上運動，將活動梁與壓緊塊移走， 以便取走已加工件。由以上的敘述可知，要完成零件的加工，最關(guān)鍵的就是要 有

19、能夠提供壓緊力和折彎力的機構(gòu)，且保證兩力在工作過程之中的相互協(xié)調(diào)。8黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計第四章 折彎機設(shè)計的計算和結(jié)構(gòu)說明4.1 折彎力的計算在整個設(shè)計過程之中，最終要達到的目的就是要將一板材加工成如產(chǎn)品的 零件圖所示的形狀。則在整個設(shè)計計算過程之中首先應(yīng)從折彎零件所需的折彎 力入手。而此處所講的折彎力即為在彎曲模中的彎曲力。彎曲力的大小不僅與毛坯尺寸、材料的機械性能、凹模支點間的距離、彎 曲半徑以及模具間隙等因素有關(guān)，而且與彎曲方式有很大的關(guān)系，因此要從理 論上來計算彎曲力是很復雜的，計算的精確度也不高，通常在生產(chǎn)中是采用經(jīng) 驗公式或經(jīng)簡化的理論公式來計算。彎曲有自由彎曲和校正彎曲之

20、分，自由彎曲即在彎曲的過程之中，被彎曲 的部分沒受到外部的阻礙；而校正彎曲是在彎曲的過程之中在外部對彎曲部位 施加一個阻力來限制彎曲件的自由變形。在本設(shè)計中，零件的彎曲屬于自由彎曲。查沖壓手冊可得 V 形件的自 由彎曲力計算公式為:F自 =0.6Kbt 2sb（5.1）r +t式中 F 自-自由彎曲力，單位為 N；b-彎曲件的寬度，單位為 mm；t-彎曲件的厚度，單位為 mm；r-彎曲件的內(nèi)半徑，單位為 mm；b-材料的強度極限，單位為 MP；K-安全系數(shù)，一般取 K=1.3。由于板材的材料為 08F，材料的厚度為 a=0.6mm.查沖壓手冊，08F 所對應(yīng)的最小的折彎半徑分為兩種情況：當彎曲

21、線垂直于扎制方向時 rmin=0.4t（t 為材料的厚度）;當彎曲線平行于扎制方向時 rmin=0.8t。又由于在加工過程之中難9黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計于知道扎制的分布情況，則假設(shè)彎曲線平行于板材內(nèi)的扎制方向，因此： rmin=0.8t=0.8*0.6=0.48mm；此時的 rmin 所在的層為材料變形的中性層，也是該材料所能折彎的最小半 徑，而在本設(shè)計之中，零件折彎后內(nèi)側(cè)的半徑為 3mm，大于彎曲的最小半徑， 能加工。彎曲的最小半徑 rmin 和彎曲后的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖 4.1.1 彎板材的示意圖又由折彎產(chǎn)品的零件圖可知板材的寬度 b=522mm、厚度 t=0.6mm、彎曲內(nèi)側(cè)半徑 r

22、=3mm，查機械設(shè)計手冊可的零件的強度極限 b 不小于 295MP，此處取 b=295MP。則材料的自由彎曲力為：F自 =0.6Kbt 2s0.6 1.3 522 0.62 295=12011.2N 。b=3 +0.6r +t以上即為折彎力的求解過程，也就是說在折彎零件的過程之中，油缸通過 折彎機構(gòu)的轉(zhuǎn)化最終作用在零件上的力不能小于 12011.2N。4.2 壓邊力的計算4.2.1 壓緊塊的設(shè)計由折彎機的原理可知要對零件進行折彎必須有一壓緊力先壓住零件，然后 再進行加工。壓邊力由壓緊油缸提供，通過壓緊塊作用在板材之上。而由圖 2.2中可得，所加工的零件表面不是平整的，則需要在活動梁的下面裝一壓

23、緊塊用 來與零件接觸，而壓緊塊的結(jié)構(gòu)完全是由零件的結(jié)構(gòu)來確定。又零件一直位于 工作臺平面上的部分長為 792mm,寬為 522mm。四周有高為 20mm 的邊，則將壓緊塊的長設(shè)計為 520.8mm 以便不碰到零件。從主視圖上看，使壓緊塊前后側(cè)的平面與活動梁前后側(cè)的平面對齊，而任務(wù)書中要求工作臺的有效面積為550mm*250mm,則取壓緊塊的寬為 300mm。又零件的中間部位排列有一些凸起，10黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計則壓緊塊的下部與一側(cè)面應(yīng)挖去深為 5mm 的塊，在加工該處時由于結(jié)構(gòu)的限制只能用銑床來加工。當零件折彎后，為使折起部分的凸起不與壓緊塊相干涉，則應(yīng)在壓緊塊的側(cè)面開一深為 5mm

24、，寬為 490mm 的槽?？偟恼f來就是讓壓緊塊壓住零件的三條靠外側(cè)的邊。同時由于零件的特殊結(jié)構(gòu)，折彎前兩側(cè)的高與其垂直的平面的相交處是半徑為 3mm 的圓弧，折彎后折彎半徑也為 3mm，則要求壓緊塊同時與零件兩相交面接觸的地方也加工成半徑為 3mm 的圓弧。又由于所折彎的零件僅為 0.6mm 厚，則對壓緊塊的精度要求很高，因此在裝配壓緊塊與活動梁時，應(yīng)配作定位銷孔。在確定定位銷孔的位置是應(yīng)使兩孔之間的直線距離越大越好，這樣能夠減小定位的誤差，同時定位銷與其孔應(yīng)為過盈配合。則壓緊塊的具體結(jié)構(gòu)如圖 4.2.1 所示。其具體的結(jié)構(gòu)尺寸見壓緊塊零件圖。圖 4.2.1 壓緊塊結(jié)構(gòu)示意4.2.2 壓邊力的

25、計算 在 4.2 中已將壓緊塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計好，壓邊力的計算查沖壓手冊可得：壓 料力即壓邊力是 V 形自由彎曲力的 3080，即， F / =(0.3 -0.8)F式中：F/為壓料力，單位為 N；F 為自由彎曲力，單位為 N；V 形自由彎曲力的計算公式為：F =Kbtsb11式中黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計K為系數(shù)，單位為mm，一般取0.3 -0.6 b為彎曲件的寬度，單位為mm； t為彎曲件的厚度，單位為mm；sb為彎曲件的抗彎強度，單位為MP；又由折彎產(chǎn)品的零件圖可知板材的寬度 b=522mm、厚度 t=0.6mm，查機 械設(shè)計手冊可的零件的強度極限 b 不小于 295MP，此處取 b=295

26、MP。則材料的自由彎曲力為：F = Kbtsb =0.5 522 0.6 295 =46197N又由于有：F / =(0.3 -0.8)F ，取中值，則壓邊力為：F / =0.6F =0.6 46197 =27718.2N 。以上即為壓邊力的求解過程，具體來說就是，在折彎機工作過程之中，要能夠順利完成折彎過程，壓緊缸通過力的傳遞作用在零件上的壓邊力不能小于27718.2N。4.2.3 壓緊塊中心位置的確定 在 4.2.1 和 4.2.2 中，已經(jīng)將壓緊塊的結(jié)構(gòu)和具體尺寸確定，為計算方便在 確定位置時將壓緊塊的長度取為 520mm。由于壓緊塊的形狀不規(guī)則，則其中心 位置不在與活動梁相連的平面的幾

27、何中心位置。也就是說壓緊塊的中心不在活 塞桿對活動梁作用的受力中心，這樣在壓緊缸保壓過程中，將會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，則 為了維持系統(tǒng)的平衡，導柱會對活動梁產(chǎn)生的彈力。 對壓緊塊的中心求解可采用面積等價法。由圖 4.2.1 可知，可將壓緊塊分為 兩部分，即對中間的規(guī)則部分和余下的部分分別求其中心。以壓緊塊兩邊的交 點為原點，兩邊分為 X 和 Y 軸建立坐標系（如圖 4.2.3）。 12黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計圖 4.2.2 壓緊塊中心圖由圖可知，將壓緊塊分為四部分，則 D 的中心坐標為（260，159），A 的中心坐標為（15/2，150），B 的中心坐標為（520-15/2，150），C 的中心坐標

28、為（260， 5+13/2）。設(shè) A、B、C 三塊的合中心為 A1（x1,y1），則顯然，在 X 軸方向上關(guān)于C 點對稱，則 x1=260。在 Y 方向上由面積法得:y1*A1=150*A+150*B+（5+13/2）*C其中：A、B、C 分別表示對應(yīng)的三部分的面積；A1=A+B+C。代入數(shù)值可得 y1=92.6；則 A、B、C 三塊的中心為 A1（260，92.6）；設(shè)整個壓緊塊的中心為 A0（x,y），則可轉(zhuǎn)化為求 A1 與 D 的合中心。同理可得：x=260， y=96.9；而假若壓緊塊為一規(guī)則形狀時的中心位置應(yīng)為（260，150），則由以上可見 壓緊塊的實際中心位置沿 Y 軸方向偏離出

29、壓緊塊的受力中心 150-96.9=53.1mm；以上即為壓緊塊的中心的求法，實際上就是壓緊塊的中心所在平面 a 平行于兩導柱所確定的平面 b，且平面 a 向著零件彎曲線的方向平移了 53.1mm 的距離。4.3 機架的受力分析4.3.1 機架以及相關(guān)零件參數(shù)的確定折彎機采用三梁二柱式。三梁采用焊接結(jié)構(gòu)，具體來說，機架采用焊接結(jié) 構(gòu)，則機架的材料均選用焊接性能好的 A3，下梁焊接在機架上，又要求工作臺13黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計的工作面積為 550mmX250mm，且導柱要通過螺母固定在下梁上，則選機架的底座為 740mmX720mm，下梁選用 A3，其尺寸為 720mmX306mmX44

30、mm，將兩導柱中心之間的距離設(shè)計為 620mm，導柱的直徑為 60mm。這樣兩導柱內(nèi)側(cè)之間的距離為 560mm，同時，在下梁上還應(yīng)裝兩個定位軸座，使折彎機構(gòu)的中心定位在下梁所在平面上。取定位軸座的寬度為 80mm,取定位軸座上銷軸的直徑為 25mm，則銷軸的臺階的寬度為 5mm,則工作臺可用的長度為 720-2X（80+5）=550mm。工作臺的寬度應(yīng)大于活動梁的寬度取 306mm。則工作臺的實際有效面積可達到 550mm*306mm。同時在加工零件時，可根據(jù)零件的具體尺寸在下梁上 鉆兩個直徑為 5mm 的螺紋孔，使兩螺紋孔確定一個平面。又零件在未加工前的 面積為 1040mmX522mm，折

31、彎部分的長度為 248mm,因此余下的長度大于下梁的寬度，則可在下梁的一側(cè)加一個托板托住零件伸出的部分。托板外側(cè)的最外 端焊上兩個帶內(nèi)螺紋孔的小擋塊，小擋塊上裝有螺釘，螺釘是用來定位零件在 工作臺上的位置。這樣，下梁上兩螺紋孔與托板上的螺釘就準確的確定零件在 工作臺上位置。機架、下梁和導柱的確定，就已經(jīng)定出了折彎機的基本框架，活動梁在導 柱上移動，上梁固定在導柱的另一頭，又對于折彎機來說，應(yīng)盡可能的保持三 梁的長與寬一致，這樣不僅結(jié)構(gòu)對稱而且受力也均勻，由此可確定上梁的尺寸 為 720mmX300mm。同時在上梁的中心開孔，使壓緊油缸的活塞桿上下移動， 油缸又通過法蘭固定在上梁之上，這樣上梁可

32、以選用厚為 50mm 的鋼板，又因為油缸位于上梁的中心，且作用力大，則在上梁的中心將產(chǎn)生撓度，因此在上 梁的外側(cè)焊接兩鋼板以增加其剛度，由于上梁為一組焊件，則將上梁選用 A3。同時由于上下梁分別固定在導柱的兩端，活動梁在導柱上下移動，則要求兩導 柱平行，為了保證平行可在上下梁與導柱相配合的四孔處焊上厚度為 5mm 的鋼 板，再對鋼板進行加工，以減小加工面積。則上梁的具體結(jié)構(gòu)如圖 4.3.1 所示(具體尺寸見零件圖)。14黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計圖 4.3.1 上梁結(jié)構(gòu)圖由以上的敘述可知，已將上下梁的結(jié)構(gòu)和具體的尺寸確定。而對于活動梁，是為了使活塞桿與其相連，帶動壓緊塊上下運動，其結(jié)構(gòu)簡單。

33、活動梁的長與寬分別與上梁一致，取 720mm 和 300mm ,但在活動梁長的一側(cè)應(yīng)挖去一長為524mm,寬為 20mm 的槽以讓開零件折彎后四周的邊產(chǎn)生干涉。同時，由于活動梁要在導柱上上下活動，則應(yīng)在活動梁上裝上導向套，同時配作螺紋孔用來裝配油杯，其結(jié)構(gòu)如圖 4.3.2 所示（具體尺寸見零件圖）。圖 4.3.2 活動梁結(jié)構(gòu)示意圖三梁的確定已經(jīng)將折彎機的具體結(jié)構(gòu)定出，同時將工作臺與地面的距離定為 800mm，由此來確定機架的高度，同時機架的結(jié)構(gòu)為焊接式，則將機架的材料選為 A3，機架的底座選長 740mm,寬 720mm,高為 25mm 的鋼板，然后在平行于底板長的方向上焊上兩垂直于底板的鋼板

34、，為增加其強度，再在兩垂直鋼板15黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計之間焊上一鋼板，這樣從正上方看三塊鋼板，就形成了一個 H 的形狀，然后在三垂直底板的另一端焊接一長 720mm，寬 286mm，厚 20mm 的鋼板，再在該鋼板上焊接兩根型號為 8 的槽鋼，用來連接下梁。這樣整個機架和下梁就形成了一組焊件。同時，在底板上還需裝上一個支撐架用來定位折彎缸。在中間垂直 鋼板上開一個長為 300mm，寬為 150mm 的孔讓折彎缸通過。而對于折彎缸底座的支撐架，將其設(shè)計為一個單獨的構(gòu)件，這樣既便于加工有便于裝配。其具體 的結(jié)構(gòu)尺寸由折彎缸尾部轉(zhuǎn)耳來決定。另外，在導柱與上下梁相連接的地方應(yīng) 采用過渡配合，這

35、樣可以保證導柱裝上后不會晃動。由以上敘述可知，已經(jīng)將折彎缸的具體結(jié)構(gòu)和各梁的尺寸定出，只需要校 核各處的強度來確定所選的零件尺寸是否合格。4.3.2 機架的受力分析通過壓緊塊中心的計算可知，在壓緊缸的保壓過程之中，由于壓緊塊的受 力中心與壓緊塊的中心不重合，則將會以壓緊塊中心產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，但系統(tǒng)卻是保 持平衡的，則活動梁將受到導柱對其產(chǎn)生的彈力，受力圖見圖 4.3.3。對該系統(tǒng)進行受力分析得，系統(tǒng)受到壓緊力 P，重力 G，支撐力 N 以及導柱對上梁的彈力 T1 和 T2，由于 T1 和 T2 為一對內(nèi)力，則 T1= T2，又由鋼的密度 為：=7.8g/cm3,則將活動梁與壓緊塊當中規(guī)則的形狀來計算

36、，可求得其重量為：G = rgv =7.8 10-3 (40 720 300 +520 300 30) 10-3 10 =1039N因為壓緊力為 50KN，則重力遠小于壓緊力，在計算過程之中，可忽略活動 梁與壓緊塊的重力，即認為 P=N。對活動梁和壓緊塊進行受力分析得：在水平方向上：T1=T2，且方向相反； 在豎直方向上：N=P=27718.2N。再以 O 點為轉(zhuǎn)動中心，以逆時針轉(zhuǎn)動方向為正，則力矩平衡方程為：P 53.1+T2 30 2 -T1 (40 +30) 2 =0 又有T1 =T2，P =27718.2N53.1P則T1 =T2 = 80 =18398N則由上述計算可知，在壓緊缸保壓

37、的過程之中，導柱受到活動梁的兩彈力 作用，在此時導柱相當于一固定梁，受到一對大小相等，方向相反的力作用，16黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計將發(fā)生彎曲變形，受力圖如圖 4.3.4 所示：圖 4.3.3 壓緊塊受力圖圖 4.3.4 導柱受力簡圖對導柱進行受力分析，取水平向右為正，豎直向上為正，則可分別求得導 柱在水平方向與豎直方向上所受到的力：在水平方向上： R1 =R2 ；在豎直方向上：由于T1 =T2 ，則 RA = RB 。對導柱由力矩平衡方程可得：以A點為支點：30T1 +255RB -70T2 =0以B點為支點：225T1 +255RA -185T2 =0又與T1 =T2 =18398N；

38、RA = RB又兩方程可得：RA =RB =2886N，且RB豎直向上，RA與RB的方向相反。當確定好各力的大小后，設(shè)彈力 T1 的作用點為 C，T2 的作用點為 D，則 C點的彎矩 Mc 為：M c =T1 AC =18398 0.03 10-3 =0.55KN.mD 點的彎矩 Md 為:M d =T2 DB =18398 0.185 10-3 =3.4KN.m則其彎矩圖為：17黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計圖 4.3.5 導柱受力彎矩圖則由彎矩圖可知，危險截面將在截面 D，由于導柱的材料為 45，查機械設(shè)計手冊 1，可得 45 的屈服極限為ss =350MP ，安全系數(shù)為 4，則導柱的許用強

39、度為：s=ss=350MP=87.5MP 。n4又由于導柱的截面形狀是直徑為 42mm 的圓，則可求得它的抗彎截面系數(shù)為：W =IZ=pd 4 64=32pd3=32 3.14 0.0423=0.000233m4d2d23232則導柱的彎曲強度條件為：s=M maxsmaxW帶入數(shù)據(jù)得：s=M max=3.4 103=14.6MP s=87.5MPmaxW 0.000233則由上式可知導柱的強度滿足要求，安全。 由以上計算可知，導柱的強度小于許用值，但由于導柱兩端固定，而在靠近下梁的一端受到活動梁對其的彈力作用，則導柱將會產(chǎn)生彎曲變形，如果導 柱的撓度過大，產(chǎn)生的變形將會影響活動梁在上面順利移

40、動。由圖 4.3.5 可得， 導柱的撓度是由彈力 T1 和 T2 產(chǎn)生的。則可以分別求出彈力 T1 和 T2 產(chǎn)生的撓度， 再將兩撓度合成，而得出總的撓度。其具體的示意圖如圖 4.3.6 所示：18黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計圖 4.3.6 導柱彎曲變形示意圖又有 b=0.03m,a=0.225m，d=0.07m,c=0.185m，設(shè)總長為 l=0.255m。令T =P =18398N，E =210GP ，I =pd 4=3.14 0.064=6.3585 10-7 m4a6464則彈力 T1 對導柱作用產(chǎn)生的撓曲線方程為：BC段的撓曲線方程為：v = 6PbxEIl (l 2 -x2 -b2

41、 )(0 x a)將數(shù)據(jù)帶入撓曲線方程，可以求得在彈力 T1 的作用下，C 和 D 處的撓度。在C點時，x =a =0.225m,則撓度為：fc1 =Pba(l 2-a2-b2 )=18398 0.03 0.225 0.0135=0.00821mm6 210 109 6.3585 10-7 0.2556EIl在D點時，x =c =0.185m,則撓度為：fd1 =Pbc(l 2 -c2-b2 )=18398 0.03 0.185 0.0299=0.01495mm6210 109 6.3585 10-7 0.2556EIl同理可得，在彈力 T2的作用下，DA 段的撓曲線方程為：v =-Pdl(

42、x -c)3 +(l2 -d 2 )x -x3 (c x l)6EIl d將數(shù)據(jù)帶入撓曲線方程，可以求得在彈力 T2 的作用下，C 和 D 處的撓度。在 C 點時，x=a=0.225m，則撓度為：Pdl3223 fc2=-(a -c)+(l-d)a -a6EIld=-18398 0.070.2550.073 +(0.2552-0.072 )0.225 -0.2253 9-76 210 106.3585 100.2550.07=-0.0213mm在 D 點時，x=c=0.185m，則撓度為：19黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計Pd l3223 fd 2=-(c-c) +(l-d)c -c 6EIl d=-18398 0.07(0.2552-0.072 )0.185 -0.18536 210 109 6.358510-7 0.255=-0.03mm分別求出彈力 T1和 T2 的撓度后，再將其合成，則可求出總的撓度：fc = fc1 +fc2=0.00821-0.0213 =-0.01039mmfd = fd1 +fd 2=0.0