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黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要 在研究国内外折弯机械的发展状况和我国折弯机械存在的问题的基础上，根据零件作业的要求，设计了一种利用液压元件驱动单向作业的折弯机。该机型 采用曲柄滑块机构，解决了实际生产之中薄板材的折弯。并且通过对机构的运 动分析和计算，通过机构的转化来实现使折弯力在加工过程之中始终与零件时 刻保持垂直的一台空调冷凝器后罩生产线上专用的三梁二柱式的非标准设备。 该折弯机的特点是结构简单，操作容易，工效高。关键词：折弯机；液压；非标设备全套图纸，加 153893706I黑龙江工程学院本科生毕业设计AbstractIn studies the domestic and foreign 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 uses 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 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; Hydraulic pressure; Non-sign equipmentII黑龙江工程学院本科生毕业设计III黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要.IAbstract .II目录.4第一章 绪 论.11.1国内外研究现状.11.2本课题研究的目的与意义.1第二章 折弯产品的零件图 .32.1产品的零件图 .3第三章 折弯机设计原理和机构方案 .53.1折弯机设计原理的分析、比较、确定 .53.2折弯机结构方案的分析、确定 .6第四章 折弯机设计的计算和结构说明 .94.1折弯力的计算 .94.2.1压紧块的设计 .104.2.2压边力的计算 .114.2.3压紧块中心位置的确定 .124.3机架的受力分析.134.3.1机架以及相关零件参数的确定.134.3.2机架的受力分析 .164.4油缸的选取 .234.4.1 压紧缸的选取.234.4.2折弯缸的选取 .244.5液压系统的设计.304.5.1负载分析.304.5.2执行元件主要参数的确定 .314.5.3拟定液压系统原理图.334.6 本章小结 .36第五章 典型零件的加工工艺过程.375.1导柱 .385.2压紧块的工艺安排 .405.3 本章小结 .41结 论.42 机械工业担负着国民经济各部门，包括工业，农业和社会生活各个方面提供各种性能 黑龙江工程学院本科生毕业设计先进，价格低廉，使用安全可靠的技术装备的任务，在现代化建设中是举足轻重的。 机械设计是机械产品研制的第一道工序，设计工作的质量和水平直接关系到新产品质量、性能、研制周期和技术经济效益。42参考文献43致 谢错误！未定义书签。黑龙江工程学院本科生毕业设计第一章 绪 论1.1 国内外研究现状板料折弯机是一种使用最广泛的弯曲机械，早已实现了彻底的液压化，80年代迅速实现了数控化。据不完全统计，CIMT95 展出了 18 台折弯机，其中外 国 7 台，中国 11 台（包括台湾 1 台）。除了台湾 1 台以外，17 台全部是数控折弯机，在我国历届国际机床展会上，这一届展出的折弯机最多，国产折弯机也 最多，而且水平较高。板料折弯机使用简单的模具便可对金属板料进行各种角 度的直线弯曲，以获得形状复杂的金属板材制件，操作简单，模具通用性强， 运行成本低，因此获得了广泛应用。板料折弯机按其传动形式可分为机械折弯 机和液压折弯机两类。目前，机械折弯机已被液压折弯机取代。液压折弯机的 优点在于有较大的工作行程，在行程的任一点都可以产生最大公称力；折弯行 程、压力、速度可调，易于实现数控;可实现快速趋近、慢速折弯，符合工件折弯的工艺要求；采用多缸同步系统，极大地提高了折弯精度，并实现了折弯机 的多台联动，拓宽了折弯机的工艺范围。数控液压板料折弯机是问世最早、应 用最广泛、国内生产企业最多的金属板材加工机床，已由早期的 3 轴发展到现 在的 8 轴控制，与上下料机器人和折弯机器人配套使用，可组成数控折弯单元。折弯机对折弯金属板料具有较高的劳动生产率和较高的折弯精度。该机器 是采用钢板连接机构，具有足够的强度和刚度，液压传动保证工作是不至于因 板料厚度变化或下模 V 形槽选择不当而引起的严重超载事故。此外本机器工作平稳可靠，操作方便，具有点动、单次行程，并能保压，用户只须配备各种不 同的模具，就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件，当配备相应的装备后， 还能作冲孔用。1.2 本课题研究的目的与意义随着对高产、高效工作面的要求，近年来折弯机的技术发展日新月异。为1黑龙江工程学院本科生毕业设计满足工作需求，折弯机的功率越来越大；此外控制系统日趋完善，折弯机控制 功能逐步齐全，可靠性不断提高。折弯一般采用冲压技术完成，冲压是利用冲压模在冲压设备上对板料施加 压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的零件的一种压力 加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加 工所需零件。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法。冲压模具是冲压生 产必不可少的工艺设备，折弯机结构日趋完善和简便，能简化制造工艺，缩短 制造周期、降低生产成本，在工业生产中取得了显著的经济效益。对提高新产 品的开发速度，促进生产的发展有着非常重要的作用。因此进行折弯机的设计 具有一定的意义。2黑龙江工程学院本科生毕业设计第二章 折弯产品的零件图2.1 产品的零件图本设计的折弯机适应折弯钢板厚度 0.5-1mm。具体对该折弯机来说所加工零件的材料为 08F，厚度为 0.6mm。在折弯加工之前，零件已经由冲压机床进行了加工，即使板材的四周向上折好高为 20mm 的边，另外在零件的中间部位还均匀分布有一些凸起（如图 2.1 所示）。图 2.1 折弯产品加工前的零件图经过折弯机加工之后，即变成图 2.2 所示的结构。图 2.2 折弯产品的零件图3黑龙江工程学院本科生毕业设计对比图 2.1 与图 2.2，可得本设计所要完成的工作就是将图 2.1 所示的零件沿中间的虚线将左边部分向上折起 90 度，即达到图 2.2 所示的形状。要求在折弯后，零件内侧的弯曲半径为 3mm。同时由零件图可知加工过程就是一个弯曲过程，而弯曲过程可分为三个阶段：1） 弹性弯曲阶段此时外弯曲力矩的数值不大，应力小于材料的屈服点；2） 弹-塑性阶段在阶段 1）的基础上，外应力继续增大；3） 纯塑性阶段在阶段 2）的基础上，随着外应力的继续增大，毛坯的材料完全处于塑性变形阶段。 要完成加工过程，就要使零件的变形达到纯塑性变形阶段，。只有这样加工出的零件才能达到实际生活所需。4黑龙江工程学院本科生毕业设计第三章 折弯机设计原理和机构方案3.1 折弯机设计原理的分析、比较、确定由折弯产品的零件图可知，要实现的功能就是将图 2.1 所示的形状折弯成如 图 2.2 所示。要实现这一功能可以有如下的方案：方案（1）利用冲压机床加工设计一台专用的冲压机床来加工，将待加工件置于冲压机床的工作台面上， 然后通过机床的冲压头作用加工而成。利用冲压机床加工的效率高，但是由于 所需加工的零件面积相对冲压机床的工作台很大，这样要求冲压头也很大，而零件本身的厚度仅为 0.6mm，单位面积上所能承受的压力很小，在加工过程之 中零件很易断裂。同时由于待加工件的四周已经加工了高为 20mm 的边，使得在冲压加工过程之中将产生干涉，因此该方案难于实现。方案（2）利用折弯机床加工 在方案（1）之中，为了加工得到所需的零件，所利用的方法就是将待加工件置于一工作台上，然后从待加工件的正上方施加一冲力。 相对方案（1）而言，方案（2）主要是从零件的下方施加一个始终垂直于零件的力，使零件的一部分向上折起成图 3.2 所示的形状。具体来说就是设计一 台专用的折弯机，先将图 3.1 所示待加工件虚线左边的部分置于折弯机的工作台上，再在工作台的正上方施加一垂直工作台的力，将零件压紧在工作台上，然后在零件的右边部分施加一个垂直该部分的力，慢慢的将右边部分向上折起， 直到达到所需的形状（加工过程受力如图 4.1.1 所示）。方案（2）改进了方案（1）之中出现的问题，避免了在零件的表面施加一很大冲量。使零件在加工过程之中受力均匀，不会发生断裂现象，该方案可行。 可选用该方案进行设计，来加工零件。5黑龙江工程学院本科生毕业设计图 3.1 零件加工过程受力图 3.2 折弯机结构方案的分析、确定 通过设计原理的分析比较以及选用，结合所给的任务书，可以确定折弯机 的大概轮廓，施加在零件上的压边力要求是一恒力，且在加工完成之后，该力 可以撤除以便取走加工件，则可以选用一个双作用的油缸用做压紧缸，利用油 缸活塞杆的上下移动来完成加工。又由任务书可知主机采用三梁二柱式的结构， 且活动梁采用主柱导向，下梁焊接在机架上，上梁通过导柱与下梁相连，则可 以大概的定出折弯机的结构，即压紧油缸固定在上梁之上，活塞杆与活动梁相 连，通过活塞杆的上下移动来带动活动梁运动（如图 3.2.1）。图 3.2.1 折弯机结构简图又由于零件的四周有一高为 20mm 的边、表面有凸起，则不能让活动梁直接压在零件之上，因此必须根据零件的结构来设计一压紧块，让压紧块与零件 作用。折弯机三梁二柱结构的确定提供了在加工过程之中的压边力，由图 3.1.1 可6黑龙江工程学院本科生毕业设计知要折弯零件不仅需要压边力，更重要的是需要有折弯力，由分析可知，要求折弯力在加工过程之中始终与零件垂直,则必须设计一个机构,通过机构的转化来实现上述的要求。结合任务书可得,提供折弯力的施力体为油缸即折弯缸。其机构可如图 3.2.2 所示。图 3.2.2 折弯机构图该机构为一个含一个移动副的四杆机构，有三个转动副和一个移动副，其自由度为：F=3n-2PL=3 x3-2x4=1该机构的原动件为移动副，具体对折弯机构来说就是折弯油缸。 通过折弯机结构和折弯机构的确定，可以定出折弯机的结构和折弯机工作过程：即为先是压紧油缸的活塞先动作，推动活动梁和压紧块向下运动,直到压紧块压住零件，并且保压一段时间，在压紧缸保压过程中，折弯缸对零件进行 折弯加工。加工完成后，压紧缸的活塞杆向上运动，将活动梁与压紧块移走， 以便取走已加工件。由以上的叙述可知，要完成零件的加工，最关键的就是要 有能够提供压紧力和折弯力的机构，且保证两力在工作过程之中的相互协调。3.3 本章小结通过对折弯机设计原理的分析、比较、确定。我们知道方案（1）利用冲压机床在加工过程之中零件很易断裂，难于实现。而方案（2）利用折弯机床加工改进了方案（1）之中出现的问题，避免了在零件的表面施加一很大冲量。使零件在加工过程之中受力均匀，不会发生断裂现象，该方案可行。可选用该方案7黑龙江工程学院本科生毕业设计进行设计，来加工零件。 通过折弯机结构和折弯机构的确定，可以定出折弯机的结构和折弯机工作过程：即为先是压紧油缸的活塞先动作，推动活动梁和压紧块向下运动,直到压紧块压住零件，并且保压一段时间，在压紧缸保压过程中，折弯缸对零件进行 折弯加工。加工完成后，压紧缸的活塞杆向上运动，将活动梁与压紧块移走， 以便取走已加工件。由以上的叙述可知，要完成零件的加工，最关键的就是要 有能够提供压紧力和折弯力的机构，且保证两力在工作过程之中的相互协调。8黑龙江工程学院本科生毕业设计第四章 折弯机设计的计算和结构说明4.1 折弯力的计算在整个设计过程之中，最终要达到的目的就是要将一板材加工成如产品的 零件图所示的形状。则在整个设计计算过程之中首先应从折弯零件所需的折弯 力入手。而此处所讲的折弯力即为在弯曲模中的弯曲力。弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料的机械性能、凹模支点间的距离、弯 曲半径以及模具间隙等因素有关，而且与弯曲方式有很大的关系，因此要从理 论上来计算弯曲力是很复杂的，计算的精确度也不高，通常在生产中是采用经 验公式或经简化的理论公式来计算。弯曲有自由弯曲和校正弯曲之分，自由弯曲即在弯曲的过程之中，被弯曲 的部分没受到外部的阻碍；而校正弯曲是在弯曲的过程之中在外部对弯曲部位 施加一个阻力来限制弯曲件的自由变形。在本设计中，零件的弯曲属于自由弯曲。查冲压手册可得 V 形件的自 由弯曲力计算公式为:F自 =0.6Kbt 2sb（5.1）r +t式中 F 自-自由弯曲力，单位为 N；b-弯曲件的宽度，单位为 mm；t-弯曲件的厚度，单位为 mm；r-弯曲件的内半径，单位为 mm；b-材料的强度极限，单位为 MP；K-安全系数，一般取 K=1.3。由于板材的材料为 08F，材料的厚度为 a=0.6mm.查冲压手册，08F 所对应的最小的折弯半径分为两种情况：当弯曲线垂直于扎制方向时 rmin=0.4t（t 为材料的厚度）;当弯曲线平行于扎制方向时 rmin=0.8t。又由于在加工过程之中难9黑龙江工程学院本科生毕业设计于知道扎制的分布情况，则假设弯曲线平行于板材内的扎制方向，因此： rmin=0.8t=0.8*0.6=0.48mm；此时的 rmin 所在的层为材料变形的中性层，也是该材料所能折弯的最小半 径，而在本设计之中，零件折弯后内侧的半径为 3mm，大于弯曲的最小半径， 能加工。弯曲的最小半径 rmin 和弯曲后的结构如图所示。图 4.1.1 弯板材的示意图又由折弯产品的零件图可知板材的宽度 b=522mm、厚度 t=0.6mm、弯曲内侧半径 r=3mm，查机械设计手册可的零件的强度极限 b 不小于 295MP，此处取 b=295MP。则材料的自由弯曲力为：F自 =0.6Kbt 2s0.6 1.3 522 0.62 295=12011.2N 。b=3 +0.6r +t以上即为折弯力的求解过程，也就是说在折弯零件的过程之中，油缸通过 折弯机构的转化最终作用在零件上的力不能小于 12011.2N。4.2 压边力的计算4.2.1 压紧块的设计由折弯机的原理可知要对零件进行折弯必须有一压紧力先压住零件，然后 再进行加工。压边力由压紧油缸提供，通过压紧块作用在板材之上。而由图 2.2中可得，所加工的零件表面不是平整的，则需要在活动梁的下面装一压紧块用 来与零件接触，而压紧块的结构完全是由零件的结构来确定。又零件一直位于 工作台平面上的部分长为 792mm,宽为 522mm。四周有高为 20mm 的边，则将压紧块的长设计为 520.8mm 以便不碰到零件。从主视图上看，使压紧块前后侧的平面与活动梁前后侧的平面对齐，而任务书中要求工作台的有效面积为550mm*250mm,则取压紧块的宽为 300mm。又零件的中间部位排列有一些凸起，10黑龙江工程学院本科生毕业设计则压紧块的下部与一侧面应挖去深为 5mm 的块，在加工该处时由于结构的限制只能用铣床来加工。当零件折弯后，为使折起部分的凸起不与压紧块相干涉，则应在压紧块的侧面开一深为 5mm，宽为 490mm 的槽。总的说来就是让压紧块压住零件的三条靠外侧的边。同时由于零件的特殊结构，折弯前两侧的高与其垂直的平面的相交处是半径为 3mm 的圆弧，折弯后折弯半径也为 3mm，则要求压紧块同时与零件两相交面接触的地方也加工成半径为 3mm 的圆弧。又由于所折弯的零件仅为 0.6mm 厚，则对压紧块的精度要求很高，因此在装配压紧块与活动梁时，应配作定位销孔。在确定定位销孔的位置是应使两孔之间的直线距离越大越好，这样能够减小定位的误差，同时定位销与其孔应为过盈配合。则压紧块的具体结构如图 4.2.1 所示。其具体的结构尺寸见压紧块零件图。图 4.2.1 压紧块结构示意4.2.2 压边力的计算 在 4.2 中已将压紧块的结构设计好，压边力的计算查冲压手册可得：压 料力即压边力是 V 形自由弯曲力的 3080，即， F / =(0.3 -0.8)F式中：F/为压料力，单位为 N；F 为自由弯曲力，单位为 N；V 形自由弯曲力的计算公式为：F =Kbtsb11式中黑龙江工程学院本科生毕业设计K为系数，单位为mm，一般取0.3 -0.6 b为弯曲件的宽度，单位为mm； t为弯曲件的厚度，单位为mm；sb为弯曲件的抗弯强度，单位为MP；又由折弯产品的零件图可知板材的宽度 b=522mm、厚度 t=0.6mm，查机 械设计手册可的零件的强度极限 b 不小于 295MP，此处取 b=295MP。则材料的自由弯曲力为：F = Kbtsb =0.5 522 0.6 295 =46197N又由于有：F / =(0.3 -0.8)F ，取中值，则压边力为：F / =0.6F =0.6 46197 =27718.2N 。以上即为压边力的求解过程，具体来说就是，在折弯机工作过程之中，要能够顺利完成折弯过程，压紧缸通过力的传递作用在零件上的压边力不能小于27718.2N。4.2.3 压紧块中心位置的确定 在 4.2.1 和 4.2.2 中，已经将压紧块的结构和具体尺寸确定，为计算方便在 确定位置时将压紧块的长度取为 520mm。由于压紧块的形状不规则，则其中心 位置不在与活动梁相连的平面的几何中心位置。也就是说压紧块的中心不在活 塞杆对活动梁作用的受力中心，这样在压紧缸保压过程中，将会产生转矩，则 为了维持系统的平衡，导柱会对活动梁产生的弹力。 对压紧块的中心求解可采用面积等价法。由图 4.2.1 可知，可将压紧块分为 两部分，即对中间的规则部分和余下的部分分别求其中心。以压紧块两边的交 点为原点，两边分为 X 和 Y 轴建立坐标系（如图 4.2.3）。 12黑龙江工程学院本科生毕业设计图 4.2.2 压紧块中心图由图可知，将压紧块分为四部分，则 D 的中心坐标为（260，159），A 的中心坐标为（15/2，150），B 的中心坐标为（520-15/2，150），C 的中心坐标为（260， 5+13/2）。设 A、B、C 三块的合中心为 A1（x1,y1），则显然，在 X 轴方向上关于C 点对称，则 x1=260。在 Y 方向上由面积法得:y1*A1=150*A+150*B+（5+13/2）*C其中：A、B、C 分别表示对应的三部分的面积；A1=A+B+C。代入数值可得 y1=92.6；则 A、B、C 三块的中心为 A1（260，92.6）；设整个压紧块的中心为 A0（x,y），则可转化为求 A1 与 D 的合中心。同理可得：x=260， y=96.9；而假若压紧块为一规则形状时的中心位置应为（260，150），则由以上可见 压紧块的实际中心位置沿 Y 轴方向偏离出压紧块的受力中心 150-96.9=53.1mm；以上即为压紧块的中心的求法，实际上就是压紧块的中心所在平面 a 平行于两导柱所确定的平面 b，且平面 a 向着零件弯曲线的方向平移了 53.1mm 的距离。4.3 机架的受力分析4.3.1 机架以及相关零件参数的确定折弯机采用三梁二柱式。三梁采用焊接结构，具体来说，机架采用焊接结 构，则机架的材料均选用焊接性能好的 A3，下梁焊接在机架上，又要求工作台13黑龙江工程学院本科生毕业设计的工作面积为 550mmX250mm，且导柱要通过螺母固定在下梁上，则选机架的底座为 740mmX720mm，下梁选用 A3，其尺寸为 720mmX306mmX44mm，将两导柱中心之间的距离设计为 620mm，导柱的直径为 60mm。这样两导柱内侧之间的距离为 560mm，同时，在下梁上还应装两个定位轴座，使折弯机构的中心定位在下梁所在平面上。取定位轴座的宽度为 80mm,取定位轴座上销轴的直径为 25mm，则销轴的台阶的宽度为 5mm,则工作台可用的长度为 720-2X（80+5）=550mm。工作台的宽度应大于活动梁的宽度取 306mm。则工作台的实际有效面积可达到 550mm*306mm。同时在加工零件时，可根据零件的具体尺寸在下梁上 钻两个直径为 5mm 的螺纹孔，使两螺纹孔确定一个平面。又零件在未加工前的 面积为 1040mmX522mm，折弯部分的长度为 248mm,因此余下的长度大于下梁的宽度，则可在下梁的一侧加一个托板托住零件伸出的部分。托板外侧的最外 端焊上两个带内螺纹孔的小挡块，小挡块上装有螺钉，螺钉是用来定位零件在 工作台上的位置。这样，下梁上两螺纹孔与托板上的螺钉就准确的确定零件在 工作台上位置。机架、下梁和导柱的确定，就已经定出了折弯机的基本框架，活动梁在导 柱上移动，上梁固定在导柱的另一头，又对于折弯机来说，应尽可能的保持三 梁的长与宽一致，这样不仅结构对称而且受力也均匀，由此可确定上梁的尺寸 为 720mmX300mm。同时在上梁的中心开孔，使压紧油缸的活塞杆上下移动， 油缸又通过法兰固定在上梁之上，这样上梁可以选用厚为 50mm 的钢板，又因为油缸位于上梁的中心，且作用力大，则在上梁的中心将产生挠度，因此在上 梁的外侧焊接两钢板以增加其刚度，由于上梁为一组焊件，则将上梁选用 A3。同时由于上下梁分别固定在导柱的两端，活动梁在导柱上下移动，则要求两导 柱平行，为了保证平行可在上下梁与导柱相配合的四孔处焊上厚度为 5mm 的钢 板，再对钢板进行加工，以减小加工面积。则上梁的具体结构如图 4.3.1 所示(具体尺寸见零件图)。14黑龙江工程学院本科生毕业设计图 4.3.1 上梁结构图由以上的叙述可知，已将上下梁的结构和具体的尺寸确定。而对于活动梁，是为了使活塞杆与其相连，带动压紧块上下运动，其结构简单。活动梁的长与宽分别与上梁一致，取 720mm 和 300mm ,但在活动梁长的一侧应挖去一长为524mm,宽为 20mm 的槽以让开零件折弯后四周的边产生干涉。同时，由于活动梁要在导柱上上下活动，则应在活动梁上装上导向套，同时配作螺纹孔用来装配油杯，其结构如图 4.3.2 所示（具体尺寸见零件图）。图 4.3.2 活动梁结构示意图三梁的确定已经将折弯机的具体结构定出，同时将工作台与地面的距离定为 800mm，由此来确定机架的高度，同时机架的结构为焊接式，则将机架的材料选为 A3，机架的底座选长 740mm,宽 720mm,高为 25mm 的钢板，然后在平行于底板长的方向上焊上两垂直于底板的钢板，为增加其强度，再在两垂直钢板15黑龙江工程学院本科生毕业设计之间焊上一钢板，这样从正上方看三块钢板，就形成了一个 H 的形状，然后在三垂直底板的另一端焊接一长 720mm，宽 286mm，厚 20mm 的钢板，再在该钢板上焊接两根型号为 8 的槽钢，用来连接下梁。这样整个机架和下梁就形成了一组焊件。同时，在底板上还需装上一个支撑架用来定位折弯缸。在中间垂直 钢板上开一个长为 300mm，宽为 150mm 的孔让折弯缸通过。而对于折弯缸底座的支撑架，将其设计为一个单独的构件，这样既便于加工有便于装配。其具体 的结构尺寸由折弯缸尾部转耳来决定。另外，在导柱与上下梁相连接的地方应 采用过渡配合，这样可以保证导柱装上后不会晃动。由以上叙述可知，已经将折弯缸的具体结构和各梁的尺寸定出，只需要校 核各处的强度来确定所选的零件尺寸是否合格。4.3.2 机架的受力分析通过压紧块中心的计算可知，在压紧缸的保压过程之中，由于压紧块的受 力中心与压紧块的中心不重合，则将会以压紧块中心产生偏转，但系统却是保 持平衡的，则活动梁将受到导柱对其产生的弹力，受力图见图 4.3.3。对该系统进行受力分析得，系统受到压紧力 P，重力 G，支撑力 N 以及导柱对上梁的弹力 T1 和 T2，由于 T1 和 T2 为一对内力，则 T1= T2，又由钢的密度 为：=7.8g/cm3,则将活动梁与压紧块当中规则的形状来计算，可求得其重量为：G = rgv =7.8 10-3 (40 720 300 +520 300 30) 10-3 10 =1039N因为压紧力为 50KN，则重力远小于压紧力，在计算过程之中，可忽略活动 梁与压紧块的重力，即认为 P=N。对活动梁和压紧块进行受力分析得：在水平方向上：T1=T2，且方向相反； 在竖直方向上：N=P=27718.2N。再以 O 点为转动中心，以逆时针转动方向为正，则力矩平衡方程为：P 53.1+T2 30 2 -T1 (40 +30) 2 =0 又有T1 =T2，P =27718.2N53.1P则T1 =T2 = 80 =18398N则由上述计算可知，在压紧缸保压的过程之中，导柱受到活动梁的两弹力 作用，在此时导柱相当于一固定梁，受到一对大小相等，方向相反的力作用，16黑龙江工程学院本科生毕业设计将发生弯曲变形，受力图如图 4.3.4 所示：图 4.3.3 压紧块受力图图 4.3.4 导柱受力简图对导柱进行受力分析，取水平向右为正，竖直向上为正，则可分别求得导 柱在水平方向与竖直方向上所受到的力：在水平方向上： R1 =R2 ；在竖直方向上：由于T1 =T2 ，则 RA = RB 。对导柱由力矩平衡方程可得：以A点为支点：30T1 +255RB -70T2 =0以B点为支点：225T1 +255RA -185T2 =0又与T1 =T2 =18398N；RA = RB又两方程可得：RA =RB =2886N，且RB竖直向上，RA与RB的方向相反。当确定好各力的大小后，设弹力 T1 的作用点为 C，T2 的作用点为 D，则 C点的弯矩 Mc 为：M c =T1 AC =18398 0.03 10-3 =0.55KN.mD 点的弯矩 Md 为:M d =T2 DB =18398 0.185 10-3 =3.4KN.m则其弯矩图为：17黑龙江工程学院本科生毕业设计图 4.3.5 导柱受力弯矩图则由弯矩图可知，危险截面将在截面 D，由于导柱的材料为 45，查机械设计手册 1，可得 45 的屈服极限为ss =350MP ，安全系数为 4，则导柱的许用强度为：s=ss=350MP=87.5MP 。n4又由于导柱的截面形状是直径为 42mm 的圆，则可求得它的抗弯截面系数为：W =IZ=pd 4 64=32pd3=32 3.14 0.0423=0.000233m4d2d23232则导柱的弯曲强度条件为：s=M maxsmaxW带入数据得：s=M max=3.4 103=14.6MP s=87.5MPmaxW 0.000233则由上式可知导柱的强度满足要求，安全。 由以上计算可知，导柱的强度小于许用值，但由于导柱两端固定，而在靠近下梁的一端受到活动梁对其的弹力作用，则导柱将会产生弯曲变形，如果导 柱的挠度过大，产生的变形将会影响活动梁在上面顺利移动。由图 4.3.5 可得， 导柱的挠度是由弹力 T1 和 T2 产生的。则可以分别求出弹力 T1 和 T2 产生的挠度， 再将两挠度合成，而得出总的挠度。其具体的示意图如图 4.3.6 所示：18黑龙江工程学院本科生毕业设计图 4.3.6 导柱弯曲变形示意图又有 b=0.03m,a=0.225m，d=0.07m,c=0.185m，设总长为 l=0.255m。令T =P =18398N，E =210GP ，I =pd 4=3.14 0.064=6.3585 10-7 m4a6464则弹力 T1 对导柱作用产生的挠曲线方程为：BC段的挠曲线方程为：v = 6PbxEIl (l 2 -x2 -b2 )(0 x a)将数据带入挠曲线方程，可以求得在弹力 T1 的作用下，C 和 D 处的挠度。在C点时，x =a =0.225m,则挠度为：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点时，x =c =0.185m,则挠度为：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，在弹力 T2的作用下，DA 段的挠曲线方程为：v =-Pdl( x -c)3 +(l2 -d 2 )x -x3 (c x l)6EIl d将数据带入挠曲线方程，可以求得在弹力 T2 的作用下，C 和 D 处的挠度。在 C 点时，x=a=0.225m，则挠度为：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 点时，x=c=0.185m，则挠度为：19黑龙江工程学院本科生毕业设计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分别求出弹力 T1和 T2 的挠度后，再将其合成，则可求出总的挠度：fc = fc1 +fc2=0.00821-0.0213 =-0.01039mmfd = fd1 +fd 2=0.0
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