机械压力机平衡缸吊耳螺栓设计

徐锻集团有限公司 （江苏徐州 221116） 张学银

江南大学机械工程学院 （江苏无锡 214122） 张 寒

在机械压力机上一般都装有气动平衡装置，起到平衡滑块重量和模具重量的作用，可以消除连杆和滑块间的间隙，减小受力零件的冲击和磨损，提高设备的使用寿命，防止因制动器失灵或连杆折断时，滑块坠落而产生的安全事故，所以平衡缸吊耳起到关键的作用。

1.问题提出

如图1所示，气动平衡缸1通过平衡缸吊耳2，用螺栓3与滑块4联接，对大中型机械压力机而言，滑块与模具重量较大，因而吊耳承受较大弯矩，从而使螺栓受到很大的拉力，必须对受力最大的螺栓进行强校核。

图1

2.受力模型及计算公式

建立如图2所示的受力模型，平衡缸对吊耳拉力为P，吊耳上面A面靠紧滑块下止口，P与Q相等，螺栓杆不承受剪力，因而对轴线O－O的翻转力矩为M=PL。

图2

距离O－O轴线越远的螺栓变形和受到的拉力越大，因力与变形成线性关系，各螺栓的工作载荷F与其中心到O－O轴线的距离成比例，故有

又由静力平衡条件可得

联立解以上两式，可求出距离轴线O－O最远的第3排螺栓所受到的最大工作载荷

由于螺栓杆不承受剪力，但考虑吊耳在受拉时其靠紧滑块B面的压力大于0，所以螺栓需要预紧。由式（3）可看出，实际的产品设计中，在不增加螺栓数量和直径的前提下，由于其为平方关系，通过加大L2值，就可有效降低Fmax值，从而降低螺栓所受最大拉应力。

3.计算实例

方案1：模具与滑块重20t，L1＝35mm，L2＝150mm，L3＝265mm，L=370mm，螺栓为6个M30螺栓，则P=105N，代入式（3）得

方案2：将第二排螺栓下移40mm即L2＝190mm，其余数值不变，可计算出Fmax2=45 583N，下降值Fmax1－Fmax2=6599N，最大工作载荷数值下降非常明显，故方案2更好。

4.结语

装配机床时，必须使吊耳上表面与滑块下止口靠实，使螺栓不得承受剪切应力，只承受拉应力，否则螺栓将受到复合应力，更容易损坏。