液压板料折弯机同步轴优化设计*

郑志敏，程海斌

(天水锻压机床(集团)有限公司，甘肃 天水 741020)

1 引言

折弯机是一种对各种金属板料进行弯曲的通用设备，在造船、汽车、车辆、五金、装潢、石油、电力等行业得到了广泛应用，按其结构分为液压板料折弯机和数控板料折弯机，由于液压板料折弯机的成本比数控折弯机低很多，因此，液压板料折弯机在一些小型企业和个体户中得到广泛应用，市场前景比较乐观。但为了达到良好的折弯精度，控制左右油缸带动滑块运动的一致性，液压板料折弯机中的同步轴就显得尤为关键。

2 同步轴的工作原理

液压板料折弯机由左右油缸驱动滑块运动使上模和下模合模，工件在上、下模合模的过程中折弯，由于采用的是液压驱动，在精度方面是很难控制的，由此就需要增加一个机械平衡机构，即同步轴机构，保证左右油缸的同步性，使滑块左右两端运动一致，提高抗偏载的能力，控制滑块进深一致，从而控制产品的折弯精度。

同步轴的结构如图1所示。其工作原理为:同步轴体两端通过耐磨套与固定轴端与左右立柱相连，并通过两扇形板与滑块固定相连，滑块在液压缸驱动下向下运动，通过同步轴结构抵抗滑块在运动中产生的偏载力，达到折制精度。

连接座7固定在滑块8上，连接座7与连杆5铰接，连杆5与扇形板4铰接，扇形板板4与同步轴体3焊接为一体，同步轴体3通过轴承2固定在左右立柱1上，油缸驱动滑块运动，通过连接座、连杆、扇形板带动同步轴转动。

图1 原同步轴结构

图2 优化同步轴结构

3 改进方案分析

同步轴作为折弯机中的闭环结构，对整个产品质量和精度有着关键的作用，优化设计后的同步轴结构如图2所示，主要优化点如下:

(1)轴承1原产品采用的是滑动耐磨套，在旋转过程中，受到过大的偏载荷时出现研磨卡死，以致损坏耐磨套。经过分析认为此处属于面接触，载荷过大且发生偏载时，同步轴端在转动过程中其中心与固定端轴不同心，与耐磨套之间的间隙发生变化，研死耐磨套。

(2)轴体3原产品采用的是实心钢棒，重量过大，浪费材料。经过分析认为，在保证相同强度和刚度的情况下，可以采用空心钢管，适当增加钢管直径，保证截面积不变或适当增大截面积来实现，经过计算，重量明显下降。

(3)连接座与滑块连接采用焊接工艺，效率低，焊接位置不美观。经过分析认为，此配焊这一装配工艺比较落后，调整困难，配焊后影响产品的外观质量，且不适合产品的批量生产，认为可以采用一种更加简捷可靠的结构。

优化方案如下:

(1)轴承1采用滚动轴承，采用线接触，使同步轴运动更加灵活。

(2)同步轴轴体采用空心钢管和两端实心圆钢的组焊结构，如图3。

图3 同步轴轴体

(3)连接座中间增加一道调整垫6，当加工不能保证同步轴装置左右平行时，只需要将调整垫拆下进行修配，就能快速的调整好滑块的精度。

4 同步轴的受力分析

滑块在受到偏载力的情况下，板料给滑块施加载荷P，将P分解为沿连杆方向分力F和水平方向Q，Q被滑块导轨侧向力平衡，F力作用在连杆上，将力分解为与扇形板垂直力F和轴向力F。

通过图4和图5对同步轴进行强度校核:

同步轴抗扭截面系数:

同步轴的材料许用应力为［σ］，根据第四强度定理进行校核:

通过图4和图5对同步轴进行刚性校核:

式中:G为钢的抗剪弹性模量;［θ］为许用扭转角;J为抗扭惯性矩:J=，则:

式中:α、β 、a、b、L、L1、L2由所设的结构确定;P 由机床压力确定。

图4 连杆受力简图

图5 扭力轴受力图

5 结论

通过上述对液压板料折弯机同步轴进行优化，使同步轴结构和重量得到了明显改善，在公司40～320 t液压板料折弯机上采用了此种优化结构，经过实践证明，此优化结构安装及调整更加方便，在机床偏载的情况下运行更加可靠，机床精度也得到了很好的保证，获得了良好的效果。

［1］孙 桓，陈作模.机械原理［M］.第六版.北京:高等教育出版社，2001.

［2］单辉祖.材料力学［M］.第二版.北京:高等教育出版社，2004.

［3］濮良贵.机械设计［M］.第七版.北京:高等教育出版社，2001.

［4］余松敏.自由折弯方式下数控折弯机滑块进深计算和实用公式［J］.锻压技术，1994(3):23 －25.