机械毕业设计1215汽车弹簧液压弯管机设计论文

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说明。

关键词：液压设备弯耳机单工位弯耳机

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

目录

第一章总体方案论证 (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)

第二章具体运动结构方案设计 (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)

第三章总体方案的选定 (19)

3.1 设备工作程序如下： (20)

第四章设计参数 (21)

第五章计算 (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)

5.2.4计算转位缸行程并选定标准行程 (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)

第六章部分设计问题说明 (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)

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。

1.1.1 生产布置

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1-2

1.1.2 工艺措施

图1-3

1.2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。

1.2.1 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1-5

1.2.2 工艺措施

1.3 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1-7

1.3.1 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1-8

1.3.2 工艺措施

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

1.4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。

（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 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

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

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

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

图2-5

2.3 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 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。

图2-6 图2-7

2.5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。

2.6 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φmax=228.528，最小转角φmin=216.928，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，

2.7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

φmax=100mm，最小卷耳φmin=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。

工作台升降机构运动结构方案见图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。

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