液压板料折弯机机械部分设计

目录第一章液压板料折弯机第二章概述VV第三章概述齿轮传动的设计计算第四章概述螺旋传动的设计计算第五章链传动的设计概述链条的设计和计算绪论第1章概述液压板料折弯机液压板料折弯机的简介液压折弯机按同步方式又可分为：扭轴同步、机液同步，和电液同步。0液压折弯机按运动方式又可分为：上动式、下动式。包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过铰链和夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工。折弯机可以通过更换折弯机模具，从而满足各种工件的需求！液压板料折弯机的工作原理折弯机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过铰链和夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工，操作上也十分简便。采用点动规范可方便的进行调模和调整。液压板料折弯机性能可靠，是理想的板料成型设备之一，它广泛使用于飞机、汽车、造船、电器、机械、轻工等行业，生产效率高。滑块滑块为钢板焊接机构，通过滑块导轨和机架相连，油缸紧定在左右立柱上，油缸的活塞杆通过螺钉和滑块相连，保证滑块同步运动。机械挡块调整机构为了提高工作精度，位于机架两侧的油缸内设有机械挡块左右油缸顶端通过手轮传动涡轮杆，而使螺杆传动，螺母做上下移动，限制了活塞杆下死点的位置，从而达到控制滑块下死点位置精度和重复定位精度，为保证工件的全长范围内的工作精度，两油缸中的机械挡块位置必须相同。同步机构一般不需要维修，能保持较长时间的使用。前托料架、后挡料（后挡料调节装置）前托料架由手动调节，后当料调节装置由电动机、皮带、齿轮、丝杠螺母、挡料架和编码器完成前后移动，由手动微调。挡料的高低可由手动调节。模具1即使您有满架子的模具，勿以为这些模具适合于新买的机器。必须检查每件模具的磨损，方法是测量凸模前端至台肩的长度和凹模台肩之间的长度。对于常规模具，每英尺偏差应在±0.001 英寸左右，而且总长度偏差不大于±0.005英寸。至于精磨模具，每英尺精度应该是±0.0004 英寸，总精度不得大于±0.002 英寸。最好把精磨模具用于CNC 折弯机，常规模具用于手动折弯机。电器系统丝杠1链传动1丝杠1链传动1带传动丝杠2手动轴齿轮传动丝杠3编码器链传动2图1.1 传动方案。第2章带的传动设计概述带传动的特点带传动是靠张紧在带轮上的挠性元件——带传动远东和动力的一种形式，带传动是一种结构简单、传动平稳、能缓和冲击、能实现两轴距离较远的传动。带传动的类型及使用在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔传动和同步带传动。在一般的机械传动中，使用最广的就是V带传动。V带的横截面是等腰梯形，带轮也作出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面，根据槽面摩2VVVVV带传动的使用比平带传动广泛的多。VV带的失效形式是：带打滑带疲劳断裂带工作面磨损因此设计V带的依据是：在保证带不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命，这也是带传动的设计准则。已知数据电动机的额定功率P=1.5KW电动机的转速n

=970r/min1从动轴的转速n=490r/min2每天工作时间t=10h设计计算pd查得工作情况系数ka

=1.1p=pd d

p=1.1×1.5KW=1.65KWV型带根据pd

=1.65KW和

=970r/min，确定为Z型。1传动比n 970i=1= =1.98n 49023小带轮基准直径dd1考虑结构紧凑，取dd1

=71mm［１］大带轮基准直径d =idd 2

(1-)通常取弹性滑动率=0.02，故d =1.98710.02)mm137.77mmd2取d =140mmd2验算带速v

nd1

=71

m/s3.6m/s25～30m/s601000 601000初定中心距a0a=270mm0因0.7(d d )147mm270mm2(d d )422mmd1 d2 d1 d2LL =2ad0

(d2

d0d )d2

(d d )2d1 d24a022707114014072mm876mm2 4270选取节线长度L900mm1的V带。d实际中心距aaa

LL 900876d d0270 mm282mm0 2 2小带轮包角1d=180°-d1

da d157.3°=166°>120°4Vp1根据带型及转速查得功率为0.23K［１］V带的额定功率增量△p1因为传动不不等于1,所以根据带型、转速及传动比查得△p1带的根数p

=0.02KW［１］dZ=(pp)KKd1 1 a l

=0.98Ka

=1.03Z=6.5根 取Z=7,因为装置经常不满载工作VF02.5 pF =5000

1 dKZVKa

mv2其中m为单位长度质量(kg/m)得m=0.06kg/m2F =51.6N0FtF=pd103=458.3Nt vFr

166F=2Fr

Zsin0

1251.672

N717N2（17）所用规格Z﹣900×7VV设计时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀；转速高时要求经过动平衡；轮槽加工面要求精细，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布均匀。5V带轮的材料Q235-AV因为V带轮的基准直径dd1

71mm2.5d1

47.5mm，且dd1

300mm，V带轮由7根皮带带动带轮宽很窄，所以带轮采用实心结构。由Z﹣900×7可知带轮的尺寸结构：基准宽度（节宽）bd

(b)pb(bd p

)=8.5mm基准线上槽深ha取h=2.0mma基准线下槽深hf取h=7.0mmf槽间宽ee=0第一槽对称面端面距离ff=7.0mm最小轮缘厚 5.5mmmin带轮宽BB=(z-1)e+2f=14mm外径dad da1 d1

2ha

=71+2×2.0mm=75mmd da2 d2

2ha

140+2×2.0mm=144mm轮槽角=34°16=38°2图2.1大带轮 图2.2小带轮第3章齿轮的设计概述齿轮的传动特点齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，使用广泛，传动的功率可达十万千瓦，圆周速度可达200m/s齿轮传动的特点有：效率高，在常用的间歇传动中，以齿轮传动的效率最高。结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。工作可靠，寿命长，工作可靠。是由于具有这一特点。齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜适用于传动距离较大的场合。7齿轮传动的类型及使用有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫做开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物容易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，齿轮容易受到磨损，只适用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防护罩，而且还把大齿轮部分浸如润滑油中，则称为半开式齿轮传动。工作条件虽有所改善，但不能做到完全防止外界杂物进入，润滑条件也不是很理想。而汽车，机床，航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体内，这称为闭式齿轮传动。相比之下它的润滑及防护条件最好，多用于重要场合。齿轮传动的失效形式齿轮的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，常见的有：齿轮断裂；齿面磨损；齿面点蚀；齿面胶合；塑性变形。除了这五种形式外，还可能出现过热和由于多种原因造成的腐蚀和裂纹等等。齿轮传动的设计计算已知数据1输入功率p`11p`=1.5KW1小齿轮的转速n3n=490r/min 齿数比4 工作寿命（每年工作300天）t=15年3选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿轮传动折弯机的后挡料调节装置材料选择 小齿轮的材料为240HBS

，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢硬度为r8Z1

=20，大齿轮的齿数为Z2

=80按齿面的接触强度设计KT u1Z 2t由设计计算公式t1t

2.323 1ud

EH进行计算。确定公式内的各计算数值计算载荷系数K=1.3齿宽系数 1取弹性影响系数Z 189.8［１］t d E小齿轮传递的矩T1

95.5105P 12.923104Nn3按硬齿面设计得小齿轮的接触疲劳强度极限 600MPa大齿轮的接触疲劳强Hlim1度极限 550MPaHlim2计算齿轮的工作应力循环次数N60njL1.0581091 3 hNN12.646108 其中，j2 4L为齿轮的工作寿命（单位为小时）h（5）取接触疲劳寿命系数K 0.94 K 0.98［１］HN1 HN2计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1公式

KNlim得H1

S1KNHlim1564MPaS1

H

KN2S

Hlim

539MPa计算小齿轮的分度圆直径d，将的最小值代入公式中得t1 H1.32.923104 41189.82d

mm

［１］1t取d 40mm1t

1 4 5399dnV= 1360

40490

601000m/s1.03m6010001000计算齿宽b1000B=d 140mm40mmd 1t计算齿宽和齿高之比b/h

40=d1t 2.0mmt z 201齿高h=2.25mt

=4.50mm b/h=40/4.50=8.89计算载荷系数根据速度等于1.03m/s，7级精度，取载荷系数K=1.8［１］K3K3t3dd1

40

44.7mmmmd1z

44.7202.23mm1按齿根弯曲强度计算2KTYY 弯曲强度计算公式为m3

1FaSmmz2zd1 d1确定公式内的各个计算数值小齿轮的弯曲疲劳强度极限 500MPa［１］，大齿轮的弯曲疲劳极限强度F1 380MPa［１］F2取弯曲疲劳寿命系数K 0.89，K 0.91FN1 FN2S=1.4，由 式 KNlS（4-11）10F1

K FN1F1S

0.871.4

311MPa

K FN2F

0.91

247MPaF2

1.4查齿形系数YFa

［１］Y 2.85，Y 2.228Fa1 Fa2查应力校正系数YSa

［１］Y 1.54，Y 1.762Sa1 Sa2

YFaSaF

并加以比较Y YFa1

Sa1

0.0141F1Y YFa

Sa

0.0159F221.82.92310421.82.9231040.01591202m=2mm得的分度园直径d

44.7mm，算出小齿轮齿数z

d 44.7=1 221 1 m 21大齿轮z4z =88这样设计出的齿轮的传动既满足了接触疲劳强度要求又满足12了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免了浪费。几何尺寸计算计算分度圆直径d44mmd176mm1 2计算中心距a11a=d1d2110mm2计算齿宽bb45mm，b1

50mm验算T2TF 1t d1KF

22.9231041328.6N4411328.6At N/mm30.2N/mm100n/mm 故合适。b 44齿轮的基本参数模数m=2压力角20分度圆直径dd44mm，d1

176mm齿顶高hahh*ma a其中 h*1则h h h*m12mm2mma齿根高hf

a1 a2 ah(h*c*)mf a其中，顶隙系数c*0.25，则h hf1 f2

(10.25)22.5mm全齿高hhh1 2

(2h*c*)m4.5mma齿顶圆直径da

(z2h*)ma12d (za1 1

2h*)m48mm，da a

(z2

2h*)m180mma齿根圆直径df

(z2h*2c*)mad (zf1

2h*2c*)m29mm，da f

171mm基圆直径db

dcosbd db1

cos44cos2041mmd db2

cos176cos20165mm齿距pmpm6.28mm基圆齿距pb

pcosp6.28cos205.90mmb齿厚sm22s2

3.14mm齿槽宽em2e3.14mm顶隙cc*mc0.2520.5mm标准中心距aam(z1z2)2(2288)mm110mm2 2节圆直径daddd1 1

44mm；dd2 2

176mm传动比iz2z1

8842213图3.1小齿轮 图3.2大齿轮第4章螺旋传动（丝杠）的设计概述螺旋传动的特点螺旋传动一般是将旋转运动变成直线运动，或反过来将直线运动变成旋转运动，并同时进行能量和力的传递。螺旋传动的分类螺旋传动按用途可分为：①以传递动力为主的传力螺旋，如螺旋千斤顶和螺旋压力机；②以传递动力为主，精度要求较高的传动螺旋，如金属切削机床的进给丝杠；③调整零件位置的调整螺旋，如轧钢机的压下螺旋等螺旋传动按螺纹间摩擦状态可分为：①滑动螺旋；②滚动螺旋；③静压螺旋14滑动螺旋传动要用于单向受力。矩形螺纹虽然传动效率高，但加工困难，且强度较低，使用比较少。滑动螺旋传动的特点：结构简单，加工方便，成本低廉；当螺纹升角小于摩擦角时能自锁；传动平稳；（4） 0.3-0.70.50.3-0.4之间；螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度及轴向刚度较差；磨损快，低速和微调时可能出现爬行。及千斤顶的传动力螺旋。螺旋传动的设计计算概述根据设计要求选取滑动螺旋传动。滑动螺旋传动副设计计算主要是确定螺旋的中径、螺牙基本高度以及螺母的基本长度等尺寸。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损，因此应该根据螺杆、螺母的耐磨性来决定其中径，或由结构决定中径后，再进行耐磨性的计算。长径比大且受压的螺杆，还应该算其压杆的稳定性。精密的传导螺杆应该校核其轴向刚度。要求自锁的螺杆应该校核其自锁有时还应该校核其剪切和弯曲强度。传力螺杆则应该校核危险截面的强度。设计计算已知数据：轴向载荷FFmax

2105N 螺杆的最大工作长度l l1600mm选取丝杠外径d80mm,螺距p10mm,15螺母中径d2丝杠内径d1

d580575mmd11801169mm导程对于单线螺纹Sp10mm螺纹升角arctans2

arctan

1010375103

2.431牙型角30 牙侧角（1）耐磨性计算

152滑动螺母的磨损和螺纹工作面上的压力、华东速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关，其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大，螺旋副之间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的磨损计算，主要是限制螺纹工作面上的压力pW,许用压力p，即p

使其小于材料的p F pW dhn p2其中，对于梯形螺纹应使FpFpp2根据设计要求1.5,取pp由公式（5-5）得

20MPa［３］Fmaxpp0.8 0.8 2105 m0.065m65Fmaxpp1.520106 螺母高度H=d

75mm故满足要求2Hd2

1.575mm112.5mmn应使nH10~12，则pnH112.511.2512满足要求。p 1016梯形螺纹h0.5p0.510mm5mm由公式（5-5）得工作比压pwF 2105p p15.1106

20MPa符合w

hn 75103510311.25 a a p2耐磨性条件螺杆稳定性计算对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性，因此在正常情况下，螺杆承受的轴向力F必须小于临界载荷F。则e螺杆的稳定性条件为Fe2.5~4.0FF螺杆危险截面的轴惯性Ia

4d1d64d4I 1a 64

(69103)464

m41.1106m4螺杆危险截面的惯性半径IaAIaAIaAi d169mm17.25mmIaA4 4取长度系数13，则l11600103i 17.25103l

92.754当 80~90时，临界载荷Fi e2EI 22061091.1106Fa

N8.74105Ne

116001032其中材料的弹性模量E206109Pa由公式（5-8）可得17eF8.7361054.372.5~4.0 故满足稳定性条件。eF 2105螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需j校核螺母螺纹牙的强度。螺纹的剪切强度条件为 F p螺纹牙的弯曲强度条件为3F(dd) 2W 2n WP其中b为螺纹牙根部的宽度许用应力 35MPa［３］许用弯曲应力 50MPa［３］。p WP对于梯形螺纹b0.65p0.6515.875mm10.32mm。分别由公式（5-13）和（5-14）得 F

2105

Pa6.86MPa

35MPa8010310.3210311.25 p 3F(dd2) 3210(8010 7510) Pa5 3 3W 2n 80103103)211.259.96MPaWP

50MPa根据以上计算得满足螺母螺纹牙的强度条件。螺杆的强度计算受力较大的螺杆需要进行强度计算，螺母工作时承受轴向压力（或拉力）F和扭矩T的作用。螺杆危险截面上即有压缩（或拉伸）应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的应力

［４］，其强度条件为ca4F24F2 d3T0.2d2311ca p螺杆的许用应力 ［３］。p

500

MPa100~166.67MPap 3~5 3~5摩擦系数f=0.09［３］18arctan

arctan

0.09

5.32V cos cos15螺杆受到的扭矩TdTF)2V 2751032105tan(2.4315.32) Nm21021.24Nm则4F4F2d2 T0.2d2311ca 42105 2

1021.24 2Pa(69103)2 0.2(69103)359.9MPap

100~166.67MPa满足螺杆的强度条件。基本尺寸螺距pp10mm丝杠外径dd80mm丝杠外径d1d69mm1丝杠、螺母中径d2d75mm2螺母外径ddd10801070mm牙底宽Wf19Wf3.92mm间隙ZZ0.5mm圆角半径rr0.3mm-- - －图（4.1）丝杠螺母—[ 二图（4.2）滚珠丝杠围 户-一至 20 -呵－－ 五一第5章链传动的设计概述链传动的特点及使用链传动是使用较广泛的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮组成的，链轮上有特殊齿形的齿，依靠链轮的轮齿和链节的啮合传递运动和动力。链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。它兼有齿轮传动和带传动的特点。和齿轮传动比较，链传动的安装精度和制造精度要求传动比恒定、转速极高、噪声很小的情况下不如齿轮传动。链传动和带传动比较，链传动的传动比准确，传动效率高；链条对轴的作用力较小；结构尺寸紧凑；传动比较大，要求的中心距较小；对环境的适应力强，能在多尘、腐蚀性气体和高温条件下工作。但它的噪声比带传动大，需要润滑；中心距长、转速极高时，不如带传动。一般的链传动适用范围是：传动功率P100kW,效率0.92~0.96，传动比i7，v15m/s不宜采用齿轮传动及带传动的场合。链的分类按用途不同，链可分为：传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般传动中，常用的是传动链。传动链传递的功率一般在100kW以下，链速一般不超过15m/s，推荐使用的最大传动比i 8。链传动有滚子链、齿形连等类型。其中滚子链使用最广，齿形连使用较少。max链传动的失效形式链传动的失效形式有：链的疲劳破坏；链条铰链的磨损；链条铰链的胶合；链条静力拉断。21链条的设计和计算已知数据PP1.5kW转速n3nn2490r/min122.5r/min3 4 4传动链的选取链的主要目的是通过链轮带动丝杠同步旋转。选择链轮齿数zz1 2

。小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。齿数少可减少轮廓尺寸，但齿数过少，将会导致：传动的不均匀性和动载荷增大；链跳进如何退出啮合时，链节间的相对转角增大，使铰链的磨损加剧；链传动的圆周力增大，从而加速了链条和链轮的损坏。为了提高链传动的平稳，降低动载荷，减少齿轮受力和磨损，通常z1

17。链节数通常是偶数，为了使链条和链齿磨损均匀，链轮齿数一般应取和链节数互为质数的奇数，并优先选用以下数列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。假设链速v0.6~/sz1计算功率

19］2PKc A

P1.01.5kW1.5kWLp初定中心距a0

。中心距过小时，单位时间内链条绕过链轮的次数过多，链条铰链次数和链极应力循环次数过多，会加快铰链的磨损和链轮的疲劳；中心距过大时，会加速链条的抖动，因此中心距不受限制时，可定中心距a0

30~50p，最大可取到a0

80p。根据传动要求初定a02a zz

=80p，则链节数为pzz2L 01 2 2 1p p 2 a0

22 280p1919 p19192179 p 2 80p 取L180节pp按照小链轮转速的估计，链工作在功率曲线顶点的左侧，就会出现链板疲劳破坏。1z1.08 191.08据此查得小链轮齿数系数KzK 1.0 ，故所需传递的功率为m

119

19 19

1［１］，选取的是单排链，即PP cP0 KKz m

1.5111.5kW根据小链轮转速n1

122.5r/P0

1.5kW，由此选择链号为10A的单排链，查得链节距p15.875mmL及中心距aLpL p

18015.875

2.86m1000 1000p zz

zz2 z

2a L

2 L1 2

14p

2

2

=1278mm验算带速vnzpv 60311000122.51915.875m/s0.62m/s和原假设相符。601000验算小轮毂孔dk根据小链轮的节距和齿数由链轮毂孔直径表确定链轮毂孔的最大直径d ，若d 小max max于安装链轮处的轴径，则应重新选择链传动的参数（增大Z或p）。1小链轮毂孔许用最大直径d =51mm，大于丝杠轴径d50mm，故符合要求。max a23FpFK Fp FPe有效圆周力FeF1000e v1.510000.62N2419.4N按水平布置取压轴力系数KFP

1.15，故FK Fp FP

1.152419.42782.31N链轮的主要尺寸45节圆直径dd p 15.875mm96mmsin180sin180z 19齿顶圆直径da

180dp0.54cot a z 15.8750.54cot180mm104mm齿根圆直径dfd ddf 1

19其中，d为滚子外径，有以上计算得d10.16mm，所以d 86mm1 1 f最大齿根距离LxLdcos90dx z 196cos9010.1685mm1924齿侧凸缘（或排间槽）最大直径dh 180 dpcot 10.8h z 15.875cot18010.878mm 19 链轮毂孔dkd 50mmk1d 40mmk2链轮轴向齿廓尺寸齿宽bf1由于是单排链轮，p15.875mm12.70mm所以bf1