機械壓力機平衡缸吊耳螺栓設計

徐鍛集團有限公司 （江蘇徐州 221116） 張學銀

江南大學機械工程學院 （江蘇無錫 214122） 張 寒

在機械壓力機上一般都裝有氣動平衡裝置，起到平衡滑塊重量和模具重量的作用，可以消除連桿和滑塊間的間隙，減小受力零件的沖擊和磨損，提高設備的使用壽命，防止因制動器失靈或連桿折斷時，滑塊墜落而產生的安全事故，所以平衡缸吊耳起到關鍵的作用。

1.問題提出

如圖1所示，氣動平衡缸1通過平衡缸吊耳2，用螺栓3與滑塊4聯接，對大中型機械壓力機而言，滑塊與模具重量較大，因而吊耳承受較大彎矩，從而使螺栓受到很大的拉力，必須對受力最大的螺栓進行強校核。

圖1

2.受力模型及計算公式

建立如圖2所示的受力模型，平衡缸對吊耳拉力為P，吊耳上面A面靠緊滑塊下止口，P與Q相等，螺栓桿不承受剪力，因而對軸線O－O的翻轉力矩為M=PL。

圖2

距離O－O軸線越遠的螺栓變形和受到的拉力越大，因力與變形成線性關系，各螺栓的工作載荷F與其中心到O－O軸線的距離成比例，故有

又由靜力平衡條件可得

聯立解以上兩式，可求出距離軸線O－O最遠的第3排螺栓所受到的最大工作載荷

由于螺栓桿不承受剪力，但考慮吊耳在受拉時其靠緊滑塊B面的壓力大于0，所以螺栓需要預緊。由式（3）可看出，實際的產品設計中，在不增加螺栓數量和直徑的前提下，由于其為平方關系，通過加大L2值，就可有效降低Fmax值，從而降低螺栓所受最大拉應力。

3.計算實例

方案1：模具與滑塊重20t，L1＝35mm，L2＝150mm，L3＝265mm，L=370mm，螺栓為6個M30螺栓，則P=105N，代入式（3）得

方案2：將第二排螺栓下移40mm即L2＝190mm，其余數值不變，可計算出Fmax2=45 583N，下降值Fmax1－Fmax2=6599N，最大工作載荷數值下降非常明顯，故方案2更好。

4.結語

裝配機床時，必須使吊耳上表面與滑塊下止口靠實，使螺栓不得承受剪切應力，只承受拉應力，否則螺栓將受到復合應力，更容易損壞。