齊二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院 （黑龍江齊齊哈爾 161005） 劉洪成

沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司 （遼寧 110027） 蔣文瀚

1. 機(jī)構(gòu)原理及現(xiàn)狀分析

（1）工作原理。原機(jī)構(gòu)為自動(dòng)鍛壓機(jī)的送料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖1），由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送料箱實(shí)現(xiàn)線料的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)的曲軸通過(guò)脹套帶動(dòng)凸輪1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾子2，推動(dòng)擺叉5繞著支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，擺叉5通過(guò)連桿6的傳遞，實(shí)現(xiàn)擺叉7的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使線料能夠按照生產(chǎn)要求進(jìn)行送進(jìn)。

圖1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖

（2）現(xiàn)狀分析。在上述的結(jié)構(gòu)中，彈簧4起到彈性返回的作用，在工作的過(guò)程中使?jié)L子2能緊貼凸輪1。但是在現(xiàn)實(shí)中彈簧屬于易損件，需要定期更換。工作行程較大時(shí)，需要的彈簧長(zhǎng)度會(huì)很長(zhǎng)，不但容易變彎，也直接影響機(jī)床的外形尺寸。所以考慮用軸向尺寸短、噪聲小，動(dòng)作反應(yīng)靈敏，使用可靠且耐用的氣缸來(lái)代替彈簧。

2. 改進(jìn)結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

（1）原結(jié)構(gòu)彈簧參數(shù)分析。本課題以本公司3 000kN多工位筒形件冷成形機(jī)為例，參數(shù)如圖2所示：切斷最大直徑為24mm；送料長(zhǎng)度為40～200mm；彈簧長(zhǎng)度為564mm；生產(chǎn)率是70件/min。

根據(jù)已知條件，首先計(jì)算彈簧的彈簧剛度為

式中，Kf是彈簧剛度（N/mm）；G是彈簧材料的切變模量（MPa），彈簧材料選用60Si2MnA，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，其切變模量G=80 000MPa；d是鋼絲直徑（mm），d=16mm；D是彈簧平均直徑（mm），D=90mm；C是旋繞比，C=D/d=90mm÷16mm=5.625；n是工作圈數(shù)，n=18。

圖2 彈簧尺寸圖

將各個(gè)參數(shù)代入公式（1）得到彈簧的彈簧剛度為

經(jīng)確定彈簧在四桿機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中的產(chǎn)生的彈簧力為

式中，F(xiàn)是彈簧力（N）；L1是工作行程（mm）。

經(jīng)過(guò)四桿機(jī)構(gòu)的校驗(yàn)，測(cè)得彈簧的工作行程為L(zhǎng)1=120mm，代入公式（2）中，得到彈簧提供的彈簧力為

（2）新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋回來(lái)的信息，改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用氣缸（氣彈簧）代替彈簧。氣缸是將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的傳動(dòng)裝置，在自動(dòng)鍛壓機(jī)中應(yīng)用很多。最初設(shè)計(jì)選用成品的外購(gòu)件為雙作用氣缸（見(jiàn)圖3），但考慮到選用標(biāo)準(zhǔn)氣缸后，還需加上換向閥，并且在聯(lián)接處需要進(jìn)行基本件設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜，綜合考慮選用自主設(shè)計(jì)的氣缸（見(jiàn)圖4）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)氣缸

圖4 新設(shè)計(jì)氣缸

采用新型氣缸后，此氣缸只有一個(gè)進(jìn)氣口，按設(shè)計(jì)要求只有推力，沒(méi)有拉力，正符合氣彈簧的要求。采用推力公式

式中，F(xiàn)1是氣缸推力（N）；D是氣缸缸徑（mm）；P是空氣工作壓力（MPa），按照現(xiàn)場(chǎng)氣源提供的壓力，應(yīng)選取P=0.6MPa。

在實(shí)際中，由于漏氣和摩擦等損失，引入負(fù)載率的概念，它是由負(fù)載性質(zhì)和氣缸的運(yùn)動(dòng)速度選定的

式中，β是負(fù)載率，查閱參考資料得到，一般場(chǎng)合選取β=65%；FS是氣缸所受的實(shí)際負(fù)載力（N）。

計(jì)算氣缸的工作速度V=2×氣缸單向行程L1×生產(chǎn)率=2×120mm×70r/min =280mm/s，查詢標(biāo)準(zhǔn)氣缸的使用速度要求為50～500mm/s，比較后滿足要求。

在上述計(jì)算中得到彈簧在工作過(guò)程中產(chǎn)生的最大彈簧力為F=5 993N，如果換成氣缸，則設(shè)FS≈F=5 993N。將參數(shù)帶公式（3）和（4）中，計(jì)算氣缸缸徑D為

按照缸徑系列尺寸圓整，取缸徑D=140mm。

根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)新氣缸（見(jiàn)圖5）。本氣缸由三部分構(gòu)成：缸蓋、缸筒及活塞?？梢?jiàn)本結(jié)構(gòu)無(wú)活塞桿，其工作原理是通過(guò)兩個(gè)一端封閉的套筒聯(lián)接，形成一個(gè)充滿0.6MPa氣體的密閉空間，活塞的外壁與缸筒3的內(nèi)壁接觸軸向滑動(dòng)，保證在壓縮時(shí)有足夠的空間，防止壓力過(guò)高發(fā)熱。本結(jié)構(gòu)在端蓋上開(kāi)一個(gè)接口聯(lián)接進(jìn)氣管路，在工作時(shí)開(kāi)動(dòng)管路前的手動(dòng)換向閥門(mén)，使氣體進(jìn)入氣缸內(nèi)。如果需要更換和維修，就把手動(dòng)換向閥換到放空閥方向。在缸筒的內(nèi)壁上采用鍍硬鉻處理，提高耐磨性和壽命。采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)、品質(zhì)優(yōu)良的密封組件，可在無(wú)供油情況下正常工作，氣缸始動(dòng)壓力低，壽命長(zhǎng)。兩端通過(guò)軸鉸鏈聯(lián)接擺架和支架，中間采用自潤(rùn)滑軸承。

圖5 新氣缸結(jié)構(gòu)圖

3. 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)鍛壓機(jī)送料凸輪返回機(jī)構(gòu)采用氣缸復(fù)位，啟動(dòng)快、動(dòng)作反應(yīng)靈敏，在工作時(shí)間范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。此結(jié)構(gòu)已經(jīng)成功應(yīng)用在我廠改進(jìn)設(shè)計(jì)的機(jī)床上，使用效果良好，深受用戶好評(píng)，滿足了產(chǎn)品合理化設(shè)計(jì)的要求，為今后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 何德譽(yù). 曲柄壓力機(jī)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[2] 宋錦春，蘇東海，張志偉. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.

[3] 劉磊. 自動(dòng)鍛壓機(jī)送料機(jī)構(gòu)壓料裝置的改進(jìn)[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（2）：35-36.

[4] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.