铆钉机弯臂的疲劳问题分析

   铆钉机弯臂的疲劳问题是很多使用者所关心的，娄星机械根据铆钉机受载形式及其失效原因，并依据常规疲劳强度理论，对其弯臂进行了疲劳强度校核与疲劳寿命进行分析，帮大家寻找更有效的办法。

    在很多五金机械厂，铆钉机是厂内装配生产中的一重要设备。如果能用有效的办法延长铆钉机的使用寿命，可以减少企业的运作成本，铆钉机通常有二大部分组成：液压系统及弯臂。在铆接时，弯臂受等值、反向，共线的一对平    鹰衡力作用，其作用为不等时脉冲式循环，见图1。使用一段时间后，弯臂在力作用下间距扩张过大，造成铆接后的铆钉帽偏斜。至此，弯臂报废。

    分析受载形式及其失效现象，我们认为，弯臂的失效是由疲劳造成的。有限元分析结果亦表明，即使在极限荷载下，结构上的最大应力也远未达到材料的屈服极限。

1.弯臂的静强度分析

    为了对弯臂进行疲劳问题分析，首先要对其进行强度分析，以便找到危险点。

    考虑到结构基本对称及受到的是一对对称平衡力，所以，将该问题视作平面应力问题来处理是可行的。有限元计算模型如图2所示。该模型划分了159个三角形单元，101个结点。另外，考虑到截面不等厚，计算时简化为3阶梯形结构。为验证有限元计算，在图3所示的A，B，C，D四处进行了电测。弯臂材料为40Cr．E=206GPa，v=0.3。有关结果列于表1.

    由图3所示，结构的危险点约在B处，且该点应力集中现象较严重。

2.疲劳强度分析与疲劳寿命估算

弯臂的疲劳强度分析，涉及到危险点处应力的多种情况。首先，由有限元分析知道，危险点处应力尽管较大，应力集中现象也较严重，但仍远未达到材料的届服极限。40Cr材料的屈服极限=785MPa，且弯臂表面经过热处理还提高了材料的屈服极限值。其次，由应力状态理论可知。危险点处应力处于单向应力状态下，它的主应力方向与表面曲线相切。有限元分析的结果大体与之相符。由脉冲式受载特点，危险点处的应力具有不对称等幅应力循环形式。

    根据以上分析，按单向应力作用下计算弯臂疲劳强度是可行的。我们知道，结构的疲劳强度除了与危险点处的应力集中程度有关外，还与结构的尺寸，表面加工状况以及对表面的强化处理工艺情况等因素有关。考虑了上述诸因素后，可用下式来分析弯臂的疲劳强度。

    利用上式计算了弯臂在极限载荷315kN与工作载荷230kN分别作用下的二个安全系数。考虑到静强度分析精度等情况，此处许用安全系数取为[n]=1.3。有关数据列于表2。    ·

    弯臂的疲劳寿命估算，是基于单向应力状态下疲劳寿命的估算方法，查40Cr的S-N曲线图进行的。

    如铆钉机以每分钟工作10次，一天以7小时计，一年为365天，那么在极限载荷下，弯臂的使用寿命约为2．6年，工作载荷下弯臂的使用寿命约为6。5年。

3. 铆钉机弯臂的疲劳问题分析结论

   (1)在工作载荷下，弯臂满足疲劳强度安全要求，但在极限载荷下，不但不满足强度安全要求，而且使用寿命大为缩短。因而，应尽量避免在极限载荷下工作。

   (2)由工作载荷下弯臂疲劳强度安全系数[n]=1.51偏大于所用安全系数[n]=1.3，改小望弯臂尺寸是可能的。

   (3)从已知的弯臂使用单位反馈情况来看，我们对弯臂的疲劳问题分析结果基本与实际情况相符。