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魯南新力機(jī)床有限公司
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剪板機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案
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剪板機(jī)曲柄滑塊(slide block)機(jī)構(gòu)方案
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的工作原理(yuán lǐ)如圖2-3所示：通過(guò)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過(guò)連桿使滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作。
圖2-3 曲柄滑塊(slide block)機(jī)構(gòu)原理圖
該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工(Processing)容易、維護(hù)修理方便、經(jīng)濟(jì)(jīng jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較合適[3]。
2.2 設(shè)計(jì)裝修方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（target aim)的對(duì)比分析
機(jī)械傳動(dòng)方案，機(jī)械傳動(dòng)是一種利用電動(dòng)機(jī)(Motor)為主要?jiǎng)恿ρb置(Apparatus)，在用機(jī)械傳動(dòng)的方法來(lái)達(dá)到傳動(dòng)的目的。
首先，從機(jī)械(machinery)設(shè)計(jì)的本身設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，機(jī)械設(shè)計(jì)方案比較復(fù)雜，由于有很多的傳動(dòng)系，在傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)有很大的誤差存在，同時(shí)加工的費(fèi)用(expense)也很高。機(jī)械剪板機(jī)的機(jī)架采用Q235進(jìn)行焊接而成，著是最為經(jīng)濟(jì)的一種方法。從經(jīng)驗(yàn)上來(lái)計(jì)算Q235鋼材的價(jià)格是5000元一噸，在算上它的加工費(fèi)用，在計(jì)算加工費(fèi)用時(shí)的經(jīng)驗(yàn)是，如果焊接比較多那么加工費(fèi)就是材料費(fèi)用的1~2倍，若是螺栓連接多就是材料費(fèi)的2~3倍，如果是要用特種加工方法來(lái)加工那就是3~4倍。
由以上的經(jīng)驗(yàn)（experience)公式就可以算出機(jī)械式剪板機(jī)機(jī)架的費(fèi)用為10000元，機(jī)械剪板機(jī)的上刀架、下刀架、擋板裝置(Apparatus)、和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的費(fèi)用按經(jīng)驗(yàn)來(lái)計(jì)算時(shí)機(jī)架加工費(fèi)用的5倍左右，所以機(jī)械設(shè)計(jì)方案的加工成本費(fèi)用為6萬(wàn)左右。
機(jī)械式剪板機(jī)的安裝比較復(fù)雜，有一個(gè)很大功率(High-power)的電動(dòng)(electric)機(jī)必須要很大強(qiáng)度的機(jī)架來(lái)安裝，這樣的話(huà)會(huì)導(dǎo)致安裝的不穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒(méi)有變動(dòng))，在機(jī)器(machine)運(yùn)行中不會(huì)很平穩(wěn)、可靠，在維修的時(shí)候也不太方便，在連接的地方要留出安裝空間，機(jī)械剪板機(jī)會(huì)占用一個(gè)比較大的空間。液壓壓力機(jī)的英文名稱(chēng)是hydraulic and oil press液壓壓力機(jī)又稱(chēng)液壓成形壓力機(jī)，使用各種金屬與非金屬材料成型加工的設(shè)備。
機(jī)械式剪板機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦?xí)纫簤菏降拇�，這就會(huì)導(dǎo)致它的使用壽命變短，經(jīng)濟(jì)性降低，綜合分析就是機(jī)械式剪板機(jī)的使用壽命低、加工費(fèi)用高昂、安裝空間大、同時(shí)噪音也會(huì)很大。液壓折彎?rùn)C(jī)左右立柱處在工作臺(tái)面為測(cè)量水平的基準(zhǔn)處，縱橫方向均應(yīng)小于或等于1000：0.2，按地基圖預(yù)先做好基礎(chǔ)，將液壓板料折彎?rùn)C(jī)安裝在基礎(chǔ)上，同時(shí)裝好地腳螺栓，最后灌漿，待水泥全部凝固后，緊定螺栓，校對(duì)水平。設(shè)計(jì)方案不是很適合。
液壓（hydraulic)傳動(dòng)方案(fāng àn)，液壓系統(tǒng)(system)是一種可以在市場(chǎng)(shì chǎng)上直接買(mǎi)到得產(chǎn)品，不需要我們自己設(shè)計(jì)，這就個(gè)我們帶來(lái)了很大的方便。在設(shè)計(jì)任務(wù)相同的情況液壓式剪板機(jī)要比機(jī)械式剪板機(jī)簡(jiǎn)單很多。
從傳動(dòng)方面來(lái)看，液壓傳動(dòng)(Hydraulic transmission)就只需要一個(gè)液壓缸和液壓馬達(dá)就能完成傳動(dòng)需求(demand)，傳動(dòng)的跨度不會(huì)很大，而且它的傳動(dòng)系很簡(jiǎn)單就是一個(gè)皮帶(輪傳動(dòng)就能滿(mǎn)足要求，這是液壓設(shè)計(jì)方案的一大優(yōu)點(diǎn)。
液壓設(shè)計(jì)方案的加工成本計(jì)算，外圍機(jī)架加工費(fèi)用同機(jī)械式相差不大，但是液壓設(shè)計(jì)方案的其他部件要比機(jī)械式剪板機(jī)便宜得多，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，閘式剪板機(jī)的部件大多是由焊接完成，所以加工費(fèi)用是材料(Material)費(fèi)用的2~3倍，經(jīng)計(jì)算后有閘式剪板機(jī)的總費(fèi)用為4萬(wàn)元左右，相比之下較機(jī)械式剪板機(jī)得加工成本低2萬(wàn)元。
2.4 本課題擬采用的設(shè)計(jì)(design)裝修方案
綜合考慮，本次剪板機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案為電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)帶輪傳動(dòng)完成擋板裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上刀架由液壓缸來(lái)帶動(dòng)完成上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)完成剪板功能(gōng néng)要求，剪板機(jī)的剪切力是18噸，行程為50mm，每分鐘剪板10次。通過(guò)以上的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析后，確定了畢業(yè)設(shè)計(jì)的方案就為閘式液壓剪板機(jī)的設(shè)計(jì)，液壓設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖如圖2-3所示。
圖2-3系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
第三章參數(shù)(parameter)計(jì)
3.1 本課題主要設(shè)計(jì)參數(shù)(parameter)
由第二章中選擇了液壓傳動(dòng)方案，對(duì)于液壓閘式剪板機(jī)中主要的參數(shù)就是機(jī)架外形尺寸(size)、上刀架、下刀架、刀片間隙調(diào)整裝置尺寸、油缸缸徑尺寸等。從設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中得到基本要求尺寸有：1、可剪板厚：6mm 2、可剪板寬：2000mm
3、剪切角度：1° 4、行程(stroke)次數(shù)：10次/min
3.2 主要尺寸參數(shù)的確定
由審計(jì)任務(wù)書(shū)中所給4項(xiàng)數(shù)據(jù)要求，對(duì)剪板機(jī)的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定，首先計(jì)算出剪板機(jī)所需的剪切力。液壓折彎?rùn)C(jī)包括支架、工作臺(tái)和夾緊板，工作臺(tái)置于支架上，工作臺(tái)由底座和壓板構(gòu)成，底座通過(guò)鉸鏈與夾緊板相連，底座由座殼、線(xiàn)圈和蓋板組成，線(xiàn)圈置于座殼的凹陷內(nèi)，凹陷頂部覆有蓋板。如下：
一、剪切力的計(jì)算：
假設(shè)剪切面上剪切應(yīng)力分布是均勻分布的。則剪切力的公式為：
在使用(use)計(jì)算中由于剪切應(yīng)力分布是均勻的所以有剪切應(yīng)力公式為：
A表示剪切面的面積。Fs為剪切面上的剪切力，τ與剪切面相切，故為切應(yīng)力。
由設(shè)計(jì)(design)任務(wù)書(shū)上有剪切板得厚度為6mm,寬度為2000mm，剪切面積為：
A=h×L=6×2000=12000mm
由經(jīng)驗(yàn)可以取[τ]=15MP
由公式（1）有：F=τ×A=15MP×12000=1.8×10N
失效、安全因數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算。
由脆性材料(Material)制成的構(gòu)件，在拉力作用下，當(dāng)變形很小的時(shí)候就會(huì)突然斷裂（fracture)。折彎?rùn)C(jī)塑性材料制成的構(gòu)件，在拉斷之前先已出現(xiàn)塑性變形，由于不能保持原有的形狀和尺寸，它已不能正常工作，可以把斷裂和塑性變形統(tǒng)稱(chēng)為失效。
受壓短桿的被壓潰、壓扁同樣也是失效。上述這些失效現(xiàn)象都是強(qiáng)度不足造成的，可是構(gòu)件失效并不都是強(qiáng)度問(wèn)題。例如，若機(jī)床主軸變形過(guò)大，即使未出現(xiàn)塑性變形，但是還是不能保證加工精度，這也是失效，是剛度不足造成的。受壓細(xì)長(zhǎng)桿的被壓彎，則是穩(wěn)定性不足引起的失效。此外，不同的加載方式，如沖擊、交變應(yīng)力等，以及不同的環(huán)境條件(tiáo jiàn)，如高溫、腐蝕介質(zhì)等，都可以導(dǎo)致失效。著主要討論強(qiáng)度問(wèn)題。
脆性材料(Material)斷裂（fracture)時(shí)的應(yīng)力是強(qiáng)度極限σ,塑性材料到達(dá)屈服時(shí)的應(yīng)力是屈服極限σ，這兩者都是構(gòu)件失效時(shí)的極限應(yīng)力。為了保證構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度，在載荷作用下構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力σ（稱(chēng)為工作應(yīng)力），顯然要低于極限應(yīng)力。強(qiáng)度計(jì)算中，以大于1的因數(shù)除極限應(yīng)力，并將所得結(jié)果稱(chēng)為許用應(yīng)力，用[σ]來(lái)表示。
對(duì)塑性材料。數(shù)控折彎?rùn)C(jī)其本質(zhì)是對(duì)薄板進(jìn)行折彎的數(shù)控折彎?rùn)C(jī)模具，該模具由支架、工作臺(tái)和夾緊板組成，通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈通電產(chǎn)生對(duì)壓板的引力，從而完成對(duì)壓板與底座之間薄板的夾持。因?yàn)椴捎昧穗姶帕A持的方法，使得壓板按照特定的工件要求進(jìn)行制作，操作簡(jiǎn)單，而且可對(duì)帶側(cè)壁的工件進(jìn)行加工。
[σ]=
對(duì)脆性材料。
[σ]=
式中，大于1的因數(shù)或稱(chēng)為安全(security)因數(shù)。把許用應(yīng)力[σ]作為構(gòu)件工作(gōng zuò)應(yīng)力的最高限度，即要求工作應(yīng)力σ不超過(guò)許用應(yīng)力[σ]。于是得構(gòu)件軸向拉伸或壓縮時(shí)強(qiáng)度條件為
σ = [σ]
根據(jù)以上強(qiáng)度條件(tiáo jiàn)，便可以進(jìn)行強(qiáng)度校核、截面設(shè)計(jì)和確定許可載荷等強(qiáng)度計(jì)算
三、扭轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算
在研究扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力和變形之前，先討論作用于軸上的外力偶矩及很截面上的內(nèi)力。
作用于軸上的外力偶矩往往是不會(huì)直接給出，經(jīng)常是給出軸的傳送功率和軸的轉(zhuǎn)速。
2π××=P×1000
= 9549
在作用于軸上的所有外力偶矩都求出后，即可用截面法研究橫截面上的內(nèi)力�，F(xiàn)以下圖所示圓軸為例，假想地將圓軸沿n—n截面分為兩部分，并取部分I作為研究對(duì)象。由于整個(gè)軸是平衡的，所以I部分也處于平衡狀態(tài)，這就要求截面n—n上的內(nèi)力系必須歸結(jié)為一個(gè)內(nèi)力偶矩T，且由部分I的平衡方程∑=0，求出
T –= 0
T =
T稱(chēng)為n—n截面上的扭矩，它是I,II兩部分在截面上相互作用力的分布內(nèi)力系的合力偶矩。
如果取部分II作為研究對(duì)象，仍然可以求得T=Me的結(jié)果，其方向則與用部分I求得的扭矩相反。為了使無(wú)論用部分I或是部分II求得的同一截面上的扭矩非但數(shù)值相等，而且符號(hào)也相同，把扭矩T的符號(hào)規(guī)定如下：若按右手螺旋法則把T表示為矢量，當(dāng)矢量方向與截面的外法線(xiàn)的方向一致是，T為正；反正為負(fù)。根據(jù)這一法則，在圖中的扭矩不論是I部分還是II部分都是正的。
若作用于軸的外力偶多于兩個(gè)，也與拉伸（壓縮）問(wèn)題中畫(huà)軸力圖一樣，可以用圖線(xiàn)來(lái)表示各截面上的扭矩沿軸線(xiàn)變化的情況，圖中以橫軸表橫截面的位置。縱軸表示相應(yīng)的截面上的扭矩。這種圖就稱(chēng)為扭矩圖。
通過(guò)以上的，計(jì)算和校核之后，可以基本確定出剪板機(jī)的外形尺寸，機(jī)架長(zhǎng)為2000mm,板厚為50mm,機(jī)架高為1700mm，液壓缸直徑暫時(shí)設(shè)計(jì)為100mm。
3.3主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
本機(jī)器用于剪切厚度為1～6mm,寬度為2500mm的鋼板。
被剪切板料強(qiáng)度以450N/mm2為準(zhǔn),如需剪切其它強(qiáng)度的板料時(shí),應(yīng)相應(yīng)減薄被剪板料的厚度。
液壓閘式剪板機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)裝置是液壓油缸，這項(xiàng)內(nèi)容就是液壓缸的選擇(xuanze)。液壓壓力機(jī)的英文名稱(chēng)是hydraulic and oil press液壓壓力機(jī)又稱(chēng)液壓成形壓力機(jī)，使用各種金屬與非金屬材料成型加工的設(shè)備。
液壓缸的工作原理
缸筒固定：一腔連續(xù)（Continuity)地輸入壓力油。當(dāng)油的壓力足以克服活塞桿上的所有負(fù)載時(shí)，活塞以速度連續(xù)向另一腔運(yùn)動(dòng)(movement)，活塞桿對(duì)外界做功。反之亦然，活塞桿固定：一腔連續(xù)地輸入壓力油時(shí)，則缸筒向另一方向運(yùn)動(dòng)。反之亦然，液壓缸的組成液壓缸組成：活塞、缸體、活塞桿、端蓋、密封。
液壓缸的分類(lèi)
按結(jié)構(gòu)形式分：
活塞(piston)缸：又分單桿活塞缸，雙桿活塞缸
柱塞缸：又分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵
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