簡(jiǎn)易插床及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易插床及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),簡(jiǎn)易,插床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 簡(jiǎn)易插床及液壓系統(tǒng)設(shè) 計(jì)  簡(jiǎn)易插床及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 機(jī)床在當(dāng)今制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，插床是用來插削鍵槽和型孔一類機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)為插刀的往復(fù)豎直運(yùn)動(dòng)。在單件或小批量的加工鍵槽或花鍵槽中有著廣泛的應(yīng)用，也可以加工方孔，平面等，在批量生產(chǎn)中常被銑床代替。但在加工不通孔或內(nèi)孔鍵槽內(nèi)有臺(tái)肩時(shí)，則只能由插床完成?！《簤合到y(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，在同等功率下，液壓系統(tǒng)具有更輕的重量，和更小的的體積，液壓元件早已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)選用和維修更換都比較容易實(shí)現(xiàn)，而且液壓系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，可以提高加工件的表面質(zhì)量。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一臺(tái)采用液壓系統(tǒng)傳動(dòng)的簡(jiǎn)易插床，主要完成了以下方面內(nèi)容：首是進(jìn)行插床總體布局的設(shè)計(jì)，然后對(duì)插床液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核；最后是對(duì)插床其他重要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)易插床，液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸  Abstract The machine tool has a wide range of applications in today's manufacturing industry. The slotting machine is used to insert a machine tool such as a keyway and a hole. The main movement is the reciprocating vertical motion of the inserter. It has a wide range of applications for single or small batches of machined keyways or splined grooves. It can also process square holes, planes, etc. Milling machines are often used instead of mass production. However, when processing the non-through hole or the shoulder in the inner hole, it can only be completed by the slotting machine. Compared with the mechanical system, the hydraulic system has the lighter weight and smaller volume at the same power. The hydraulic components have already been standardized. The design selection and maintenance are relatively easy to achieve, and the hydraulic system itself moves. Smooth, easy to achieve stepless speed, can improve the surface quality of the workpieces This graduation design and design of a simple hydraulic drive transmission system, mainly completed two aspects: First, the design and calculation of the slotting machine and hydraulic system The second is to design other important components of the slotting machine. Keywords: simple slotting, hydraulic system  目錄 1緒論 1 1.1設(shè)計(jì)目的和意義 1 1.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.4設(shè)計(jì)要求 6 2總體設(shè)計(jì) 7 2.1 影響機(jī)床總體布局的基本因素 7 2.1.1工藝方法的影響 7 2.1.2運(yùn)動(dòng)分配的影響 7 2.1.3機(jī)床性能的影響 7 2.1.4機(jī)床自動(dòng)化的影響 8 2.1.5生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響 8 2.1.6操作調(diào)整的影響 8 2.2 機(jī)床總體布局方案分析 9 2.3機(jī)床總體布局方案的確定 9 2.4運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 10 2.5總體方案的確定 10 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 12 3.2液壓油路圖的擬定 12 3.2.1油路圖的擬定 12 3.2.2液壓系統(tǒng)工作原理 13 3.3液壓缸的主要尺寸參數(shù)確定 13 3.3.1.液壓缸工作壓力的確定 13 3.3.2液壓缸幾何參數(shù)的確定 14 3.3.3液壓缸的推力和流量計(jì)算 16 3.3.4活塞桿直徑驗(yàn)算 16 3.3.5液壓缸長(zhǎng)度及壁厚的確定 17 3.3.6液壓缸外徑的計(jì)算 18 3.3.7液壓缸底和缸蓋的計(jì)算 19 3.3.8液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 20 3.3.9液壓缸參數(shù)的綜合 20 3.4.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.4.1液壓缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu) 21 3.4.2缸筒與缸蓋的密封 21 3.4.3油缸固定底座連接螺栓的設(shè)計(jì)與校核 23 3.5液壓元件的選擇 25 3.5.1流量的計(jì)算 25 3.5.2電動(dòng)機(jī)的選擇 26 3.5.3聯(lián)軸器的選擇 26 3.5.4閥類元件的選擇 27 3.5.5管道尺寸的確定 27 3.5.6油箱的設(shè)計(jì) 28 3.6整體支撐架的設(shè)計(jì) 28 總結(jié) 29 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 1緒論 1.1設(shè)計(jì)目的和意義 現(xiàn)代制造業(yè)，機(jī)床發(fā)揮著重要作用，在當(dāng)今制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，開槽機(jī)是一種直線運(yùn)動(dòng)機(jī)床，用于通過插入刀具的垂直和往復(fù)運(yùn)動(dòng)來加工鍵槽和方孔。插床在某些方面與刨床相類似，就刀具而言，二者都用單刃刀具，但差別在于布局方式的不同，插床通常是立式布局，而刨床一般為臥式布局。由于插床較低的生產(chǎn)率和精度，多用在內(nèi)鍵槽的加工或花鍵槽的單件或小批量生產(chǎn)中，也可用于平面、多邊形孔等的加工，而銑床常用于在批量生產(chǎn)中完成同樣的工作。但若遇到加工盲孔孔或內(nèi)鍵槽中有凸出臺(tái)肩的時(shí)，則只能利用插床來完成加工。插床用于平面、成型面及鍵槽的成型加工等，并能加工傾斜度小于10度的模具等工件，適合那些單個(gè)或小批量加工生產(chǎn)的企業(yè)。而液壓系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，在同等功率下，液壓系統(tǒng)具有更輕的重量，和更小的的體積，液壓元件早已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)選用和維修更換都比較容易實(shí)現(xiàn)，而且液壓系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，可以提高加工件的表面質(zhì)量。 綜上所述，插床尤其專門的用途，為提高小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益降低成本設(shè)計(jì)一種生產(chǎn)低的插床設(shè)備。采用液壓傳動(dòng)，并結(jié)合現(xiàn)有插床結(jié)構(gòu)及工廠需求設(shè)計(jì)了一臺(tái)簡(jiǎn)易插床。 1.2液壓系統(tǒng)的概述 液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速，隨著機(jī)電液一體化趨勢(shì)的不斷提高，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工設(shè)備中。掌握液壓系統(tǒng)的工作原理以及設(shè)計(jì)維修保養(yǎng)具有重要意義。 社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)部門普遍采用了液壓傳動(dòng)，但液壓系統(tǒng)被采用的理由卻不盡相同。液壓系統(tǒng)輸出力矩大是各類工程機(jī)械采用它的主要原因；其有易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速以及可以快速頻繁的實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)床系統(tǒng)中。為此，機(jī)床的下列設(shè)備經(jīng)常采用液壓系統(tǒng)： 進(jìn)給裝置。車床、銑床、刨床、磨床、鉆床的刀架、工作臺(tái)、滑臺(tái)均可以采用液壓傳動(dòng)裝置。 往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置。刨床的軌枕采用液壓傳動(dòng)裝置可易于實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換向，可以減少?zèng)_擊，降低能量損失。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置。液壓馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以應(yīng)用在車床等主軸上面。 輔助裝置。消除絲杠螺母間的間隙，夾緊，平衡，裝卸，換刀，這些裝置若采用液壓裝置，可以大大簡(jiǎn)化機(jī)床的結(jié)構(gòu)，提高自動(dòng)化水平。 液壓動(dòng)力滑臺(tái)是一種基于速度變換的中低壓液壓系統(tǒng)。在某些專用的自動(dòng)化機(jī)床上應(yīng)用普遍。 1.3設(shè)計(jì)要求 插床的刀架的縱向往復(fù)主運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，工件由工作臺(tái)帶動(dòng)，采用手動(dòng)進(jìn)給。插頭向上運(yùn)動(dòng)為空行程，速度應(yīng)較快；插頭在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，不致因自重而下落。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明的要求：工件材料為碳鋼，最大鍵槽寬度12mm，最大走刀量0.3mm/行程。插頭刀架重500N，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.1，活塞和活塞桿的摩擦系數(shù)為0.3，插頭工作行程的下行速度0.2mm/s，啟動(dòng)時(shí)間0.01s，最大工作行程250mm。設(shè)計(jì)出的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足上述要求。 2插床的總體設(shè)計(jì) 機(jī)床總布局的目的是使機(jī)床的造型協(xié)調(diào)完善以及各部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)和位置關(guān)系更加的合理。機(jī)床的布局形式要受工藝和工件形狀、尺寸和重量的影響。工藝決定了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)由執(zhí)行部件來完成，部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系由傳動(dòng)解決。機(jī)床總布局的設(shè)計(jì)是具有全局性的問題，它很大程度上影響機(jī)床部件的設(shè)計(jì)制造。 2.1 影響機(jī)床總體布局的基本因素 工藝方法的影響：工件的加工工藝方法是五花八門的。經(jīng)常由于工藝方法的改變，在進(jìn)行總體布局時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)等產(chǎn)生一系列變化。故在確定總體布局時(shí)，首先應(yīng)確定合理的工藝方法。工藝方法不同，刀具、運(yùn)動(dòng)以及機(jī)床布局也不同。 運(yùn)動(dòng)分配的影響：只要能確定工藝方法，之后刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也自然能夠確定了。此時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)只由刀具來完成，也可只由工件完成，或者同時(shí)由刀具和工件完成。采取不同的運(yùn)動(dòng)分配形式，就有不同的機(jī)床布局。 機(jī)床性能的影響：加工過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳給工件和刀具，往往會(huì)把振動(dòng)痕留在加工表面，會(huì)使得表面粗糙度降低；刀具壽命也會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而縮短，同時(shí)也使得機(jī)床零件磨損加?。还と烁菀资苷駝?dòng)噪音的影響變得更加疲勞。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)消除或減少振動(dòng)也應(yīng)得到充分考慮。 機(jī)床自動(dòng)化的影響：機(jī)床布局時(shí)，也應(yīng)考慮排屑的問題，為了使拍屑更加容易，可以傾斜或垂直布置刀架和導(dǎo)軌，便于上料、下料和進(jìn)入自動(dòng)線。為了使各刀架在循環(huán)工作中有獨(dú)立的動(dòng)作，在床身上應(yīng)該分別設(shè)置導(dǎo)軌，便于調(diào)整機(jī)床和刀具的相對(duì)位置和觀察加工情況。 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響：機(jī)床的自動(dòng)化程度、排屑和裝卸方便程度等會(huì)受到生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響，進(jìn)一步使得機(jī)床布局發(fā)生變化。機(jī)床結(jié)構(gòu)也隨著生產(chǎn)批量的不同而改變。 操作調(diào)整的影響：為了減少工人的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)機(jī)床也應(yīng)顧及人體的運(yùn)動(dòng)構(gòu)造和四肢的運(yùn)動(dòng)范圍。工人操作的位置和操作按鈕手柄等的位置應(yīng)設(shè)計(jì)合理。操縱手柄和控制按鈕應(yīng)放在操作者所能及的范圍內(nèi)。 影響機(jī)床布局的因素是多種多樣的，起決定作用的是工藝方法，機(jī)床運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)分配；主要因素有工件的重量、形狀、尺寸、精度等。此外還應(yīng)兼顧其他各種因素。 2.2運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 2.2.1運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的形式 動(dòng)力源的動(dòng)力如何傳遞到刀具上成為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系。機(jī)床的傳動(dòng)主要有機(jī)械、電氣和液壓傳動(dòng)。這幾種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 機(jī)械聯(lián)系的可靠性較高，現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛，對(duì)加工、制造的技術(shù)水平要求較低，可以用在加工螺紋、齒輪、花鍵等。 應(yīng)用非機(jī)械聯(lián)系（液、氣、電、磁等）可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)，而且現(xiàn)在非機(jī)械聯(lián)系的可靠性正不斷提高，相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造維護(hù)技術(shù)的也在快速進(jìn)步，在機(jī)床中的應(yīng)用正逐漸增加。 機(jī)電液的綜合應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)也較為容易，正廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代機(jī)床中。 2.2.2運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 本次設(shè)計(jì)的鉆床計(jì)劃采用液壓傳動(dòng)。其傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下所示： 圖2—1 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 工作原理： 工進(jìn)：兩個(gè)電磁換向閥均居左位，液壓油通過單向閥進(jìn)入油缸上腔，液壓桿帶動(dòng)插刀向下運(yùn)動(dòng)。 快退：兩個(gè)電磁換向閥均居右位，液壓油通過單向閥進(jìn)入油缸下腔，由于下腔為有桿腔，接觸面積比上腔小，在同等流量下活塞桿上升的速度應(yīng)比下降快。 停止：三位四通電磁換向閥居中位，液壓油回油箱，電磁換向閥密封使活塞桿不會(huì)移動(dòng)。 保護(hù)裝置：當(dāng)?shù)额^運(yùn)動(dòng)受阻，液壓回路內(nèi)壓力上升，溢流閥打開，實(shí)現(xiàn)泄壓。 2.3 機(jī)床總體布局方案的確定 上文敘述了影響機(jī)床總體布局的因素，此外，還要確定支承部件、傳動(dòng)部件和執(zhí)行部件的布局方案。 支撐部件主要由底座、立柱、床身、橫梁等部件組成，這些部件組合起來，用做機(jī)床的支撐。主要的支撐形式有以下幾種。 立式機(jī)床1所占面積小，運(yùn)動(dòng)自1由度大，操作也較為方便1，但若工件較長(zhǎng)時(shí)，重心不穩(wěn)，工件易振動(dòng)，適用于加工短而粗的工件。 臥式機(jī)床所占1面積較大，重心低，振動(dòng)小，其執(zhí)行元件可沿縱橫兩方面移動(dòng)，適用于加工細(xì)而長(zhǎng)的工件。 單臂式機(jī)床橫梁相當(dāng)于懸臂梁結(jié)構(gòu)，受力時(shí)剛度較低。橫梁越大能加工更大的零件，但相應(yīng)的剛度也降低。 綜上所述，機(jī)床總體布局采用立式布局。這種形式，自由度大，便于操作，完全可以完成加工。 在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)分配采用液壓傳動(dòng)，主軸縱向移動(dòng)，工作臺(tái)手動(dòng)調(diào)整移動(dòng)。通過更換插刀，可以完成其他形式零件的生產(chǎn)。 2.4總體布局圖 圖2-2總體方案 中間移動(dòng)平臺(tái)上有一個(gè)固定端蓋孔的裝置，按照端蓋孔的輪廓尺寸，加工出一個(gè)端蓋孔形狀的孔，用來固定它，限制其六個(gè)自由度。  3液壓傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3.1液壓裝置的設(shè)計(jì)分析 為滿足插床的工作需求，液壓系統(tǒng)能夠保證進(jìn)給和回退保持不同的速度，插刀工作過程主要為直線運(yùn)動(dòng)所以液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件選擇為液壓缸，用兩個(gè)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)換向。 3.2液壓油路圖的擬定 工作條件分析：主要工作臺(tái)、床身、手動(dòng)夾緊、刀具等，加工對(duì)象是待加工工件，可實(shí)現(xiàn)加工中鍵槽的功能。工作流程如下：工件夾緊，插入刀啟動(dòng)，快進(jìn)，停止，插入刀啟動(dòng)，快速撤退，循環(huán)工作，直到處理所需的內(nèi)部鍵槽。 3.2.1油路圖的擬定 圖3-1　液壓系統(tǒng)原理圖 表3-1 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵動(dòng)作順序表 Tab．3-1 Oil potential action sequence table 元件 1Y 2Y 3Y 4Y 工進(jìn) + - + + 快退 - + - + 卸荷 - - - - 3.2.2液壓系統(tǒng)工作原理 工進(jìn)：三位四通閥與二位三通閥均居左位，液壓油流經(jīng)單向閥然后進(jìn)入油缸上腔，液壓桿帶動(dòng)插刀向下運(yùn)動(dòng)。 快退：三位四通閥與二位三通閥均居右位，液壓油流經(jīng)單向閥然后進(jìn)入油缸下腔，由于下腔為有桿腔，接觸面積比上腔小，在同等流量下活塞桿上升的速度應(yīng)比下降快。 停止：三位四通電磁換向閥居中位，液壓油回油箱，電磁換向閥密封使活塞桿不會(huì)移動(dòng)。 保護(hù)裝置：當(dāng)?shù)额^運(yùn)動(dòng)受阻，液壓回路內(nèi)壓力上升，溢流閥打開，實(shí)現(xiàn)泄壓。 3.3液壓缸的主要尺寸參數(shù) 3.3.1.液壓缸工作壓力的確定 （1）工作載荷的計(jì)算 機(jī)械總負(fù)載F: 空載啟動(dòng)加速階段: 快進(jìn)： F= (忽略慣性力 ,和摩擦力 ) 制動(dòng)減速： F=（--) 工作負(fù)載：=4000N 密封阻力：=5%×=200N 重力負(fù)載：=600N 快進(jìn)時(shí)的負(fù)載最大，最大壓力為：（查得=0.90~0.97，取0.94） =(-)/=(4000-600)/0.94=3617N （2）液壓缸工作壓力的確定 工作壓力的確定見下表（表3-2） 表3-2按工作負(fù)載選定工作壓力 液壓缸工作負(fù)載（N） <5000 5000～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 >50000 液壓缸工作壓力（MPa） 0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 5～7 參考上表，工作壓力選擇為0.8~1MPa,為保證液壓缸體積更加緊湊,取液壓系統(tǒng)的初始?jí)毫? 1Mpa 3.3.2液壓缸幾何參數(shù)的確定 （1）內(nèi)外徑計(jì)算 由且得 d ====0.0677m D=d=0.0957m (差動(dòng)連接，當(dāng)快進(jìn)、快退相等時(shí)D=d，） 根據(jù)表3—3，表3—4液壓缸直徑園整后的結(jié)果為D=100mm ,d=70mm。 。 表3-3液壓缸內(nèi)徑系列（JB2183-77） 16 20 25 32 45 46 49 51 56 69 75 150 105 111 123 145 165 181 210 265 320 400 500 630 表3-4活塞直徑系列（JB2183-77） 2 8 15 17 19 21 23 24 29 30 33 37 6 45 65 51 54 80 88 105 120 155 122 58 160 222 130 250 256 258 320 360 400 410 600 當(dāng)傳動(dòng)比確定時(shí)，活塞桿與液壓缸內(nèi)徑關(guān)系，可以在下表中進(jìn)行選擇。 表 3-5活塞桿與液壓缸內(nèi)徑的關(guān)系 缸體 內(nèi)徑 D （mm） 活塞桿直徑d（mm） 缸體 內(nèi)徑 D （mm） 活塞桿直徑d（mm） 速比 速比 2 1.46 1.33 1.25 1.15 2 1.46 1.33 1.25 1.15 40 28 22 20 18 14 125 90 70 60 55 45 50 35 28 25 22 18 140 100 80 70 60 50 63 45 35 32 28 22 150 105 85 75 65 55 80 55 45 40 35 28 160 110 90 80 70 55 90 60 50 45 40 32 180 125 100 90 80 63 100 70 55 50 45 35 200 140 110 100 90 70 110 80 60 55 50 40 3.3.3液壓缸的推力和流量計(jì)算 （1）液壓缸的推力計(jì)算 當(dāng)液壓缸的各種等參數(shù)確定后，實(shí)際工作推力可由下式得出： P=PA(N) 式中， P—液壓缸工作壓力（Pa）； A—活塞有效工作面積； 得到出P=1993.26N （2）液壓缸的工作流量計(jì)算 液壓缸所需的工作流量也就可以用下面的公式來計(jì)算： Q=Av 式中， v——液壓缸工作速度； A——,液壓缸有效工作面積 A1= =5026.5mm A2= ==3769.9mm 無桿腔：Q1=A1v= 有桿腔：Q2=A2v= 本設(shè)計(jì)中 v=10m/min。 3.3.4活塞桿直徑驗(yàn)算 按強(qiáng)度條件驗(yàn)算活塞桿的直徑， （1） 活塞桿直徑校核。 當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L小于10d時(shí) 驗(yàn)算方法如下： d=mm 式中， P——活塞桿的推力（N）； L——活塞桿長(zhǎng)度（m）； ——活塞桿材料的許用應(yīng)力；=／n ——材料屈服極限（Pa）； N——安全系數(shù)，n≥1.4 ，，n=2。 解得：d=6.0mm小于40 mm， 可以滿足要求。 3.3.5液壓缸長(zhǎng)度及壁厚的確定 （1）推桿的工作行程決定著液壓缸的長(zhǎng)度，同時(shí)也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和制造過程。 應(yīng)該取l’<(20～30)。l’為液壓缸的長(zhǎng)度，為缸體內(nèi)徑。=100mm,現(xiàn)取l’=600mm （2）缸體壁厚的計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn)11，鋼筒的材料選擇為20鋼，并可以查得抗拉強(qiáng)度20鋼的為410Mp。 通常，液壓缸的缸壁在低壓系統(tǒng)中是薄壁圓筒。液壓缸的缸體壁厚可用下式計(jì)算： δ≥==9.146（mm） 式中，δ——缸壁厚度（m） ——試驗(yàn)壓力（Pa） 當(dāng)額定壓力Pn小于16Mpa時(shí)。 =×150%； 在本設(shè)計(jì)中查表得==1MPa D——液壓缸內(nèi)徑（m） 為缸體材料許用應(yīng)力（Pa） =／n； ——材料的抗拉強(qiáng)度 n——安全系數(shù)。取n=5 。 通過查看液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)查得45號(hào)鋼=600MPa。 將=600MPa帶入上式可求得δ=9.146mm。 在設(shè)計(jì)中液壓缸的外徑可通過表3-13（JB1068-67）查詢標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便設(shè)計(jì)加工。選取δ=10mm。 3.3.6液壓缸外徑的計(jì)算 =D+2δ=100+2×10=120（mm） 液壓缸外徑按標(biāo)準(zhǔn)JB1068-67可得=121mm 實(shí)際壁厚為δ=（121-100）/2=10.5mm 表3-6工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） 液壓缸內(nèi)徑D 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 液壓缸外徑 20號(hào)鋼 工 作 壓 力 （Mpa） ≤16 50 60 76 95 108 121 133 146 168 194 219 245 45號(hào)鋼 ≤20 50 60 76 95 108 121 133 146 168 194 219 245 25 50 60 83 102 108 121 133 152 168 194 219 245 31.5 54 63.5 83 102 114 127 140 3.3.7液壓缸底和缸蓋的計(jì)算 確定好設(shè)計(jì)方案后，液壓缸的底部和液壓蓋的計(jì)算方法如下： （1） 缸底厚度計(jì)算 當(dāng)缸底有油孔時(shí)（=30mm) h=0.433=1.81（cm）其中，=D=100mm,式中，p——缸內(nèi)最大工作壓力（×pa） 解得：h=18.1mm。 取h=19mm。 （2） 缸蓋厚度計(jì)算 本液壓缸的蓋采用整體法蘭缸蓋 h= 式中，——螺釘孔分布圓直徑（cm） ——法蘭根部直徑（cm） ——許用應(yīng)力（Pa） P——液壓缸受力，(p=1Mpa×(兩底面＋兩圓柱面） 從以前的計(jì)算可知：D1 =92mm,圓整后取為D=100mm。 =82Mpa.帶入后可解得： h=64.4mm，圓整后取h=65mm。 （3） 缸體連接強(qiáng)度計(jì)算 螺栓強(qiáng)度計(jì)算步驟如下： 拉應(yīng)力：===2505pa； 式中： P—液壓缸的最大推力； ——螺紋內(nèi)徑； Z——螺紋數(shù)目，取為6； K——擰緊螺紋系數(shù)，一般取K=1.25～1.5，現(xiàn)取1.3 由上面計(jì)算可知： P=1MpaN, =22mm。 代入上式可得出=410MPa。 合成應(yīng)力：= 許用應(yīng)力：=/n=410/1.2=3416×Mpa ——螺栓材料屈服極限； N——安全系數(shù)，一般取N=1.2~2.5 螺栓用8.8號(hào)鋼，=640Mpa；N取2 因?yàn)楱Q所以滿足要求。 3.3.8液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 根據(jù)參考文獻(xiàn)12，油口直徑取為20mm。 3.3.9液壓缸參數(shù)的綜合 缸筒（20鋼） 活塞（45鋼） 進(jìn)出油口連接 速比 內(nèi)徑 外徑 直徑 公稱直徑 接頭連接螺紋 1 100mm 121mm 70mm 20mm M27×2 3.4.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4.1液壓缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu) 選取法蘭連接。 取H=66mm 活塞寬度B: B=(0.6~1.0)D=40m沒 活塞桿長(zhǎng)度L1=(0.6~1.0) L =650mm 缸體長(zhǎng)度L0=600mm 3.4.2缸筒與缸蓋的密封 氣缸與氣缸蓋之間需要采取密封措施，除了合理的靜配合間隙和合適的O形環(huán)外，最好在O形環(huán)的另外一側(cè)安裝尼龍材料，提高其工作時(shí)的承載能力。法蘭氣缸蓋采用螺栓預(yù)緊，防止工件松動(dòng)，損壞靜密封零件 活塞桿與缸蓋導(dǎo)向套內(nèi)孔的密封力 根據(jù)參考文獻(xiàn)12，采用端蓋直接導(dǎo)向（C）。 （1） 缸蓋與活塞桿裝配 在液壓系統(tǒng)中裝配清潔油清洗所有的配件。在密封件如o形環(huán)和導(dǎo)向套接觸面上涂抹汽油。在保證兩部分的同心度后，使用硬桿進(jìn)入。當(dāng)條件為條件時(shí)，可以加工導(dǎo)錐，然后將螺母旋入或撞擊硬木，不僅保護(hù)油封的表面，而且確保氣缸蓋加載到氣缸中。 （2） 活塞密封件裝配 根據(jù)參考文獻(xiàn)12，采用螺紋連接，采用O型密封。在裝配前必須檢查導(dǎo)環(huán)的襯墊是否磨損，以便更換磨損，從而使導(dǎo)環(huán)能夠保證活塞與缸體孔之間的正常間隙。導(dǎo)環(huán)又稱耐磨環(huán)，常是耐油、耐磨、耐熱、摩擦系數(shù)小的材料如錫青銅、聚四氟乙烯、尼龍1010、MC尼龍和聚甲醛。非金屬材料導(dǎo)向環(huán)的切割寬度隨著導(dǎo)向件直徑的增大而增大，并且必須保持膨脹量，以防止高溫工作中嚴(yán)重的拉罐現(xiàn)象，并導(dǎo)致液壓缸筒報(bào)廢。 在設(shè)計(jì)中，必須保證活塞內(nèi)孔與活塞桿之間采用間隙配合，并且間隙要足夠小?；钊I應(yīng)該能夠靈活進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)軸向間隙。采用螺栓浴巾，螺紋連接要有足夠的預(yù)緊扭矩，并與開口銷采用緊定螺釘鎖緊，但開口銷和緊固螺釘不應(yīng)過長(zhǎng)，以免與缸底內(nèi)孔部分發(fā)生碰撞。在操作過程中，汽缸嚴(yán)重?fù)p壞或活塞頭脫落。 （3） 缸筒與活塞桿總成裝配 在裝配完活塞、活塞桿及其他配件后，應(yīng)確?；钊^正確、安全和無損地進(jìn)入氣缸中。不同的活塞結(jié)構(gòu)和氣缸蓋連接應(yīng)采用有不同的裝配環(huán)節(jié)。 ① 法蘭連接的缸筒。當(dāng)活塞缸體內(nèi)徑的倒角沒有損傷時(shí)，活塞表面具有液壓油潤(rùn)滑，缸體的內(nèi)孔與活塞同心配合，從而可以加載到活塞組件中。氣缸蓋靜密封襯里應(yīng)涂有潤(rùn)滑脂或工業(yè)凡士林，背面襯層不脫位，應(yīng)規(guī)定氣缸蓋連接螺栓的力矩和對(duì)稱緊固。 ② 內(nèi)卡連接的氣缸蓋。裝配時(shí)，必須將缸體的內(nèi)表面進(jìn)行完全填充。為了確保氣缸的內(nèi)表面不被卡住，活塞密封件不會(huì)被損壞。 ③ 在工廠運(yùn)行或情況下，3個(gè)卡扣應(yīng)被加工并用于卡鍵槽的填充。在活塞和氣缸蓋被引導(dǎo)進(jìn)入氣缸后，取出3個(gè)快速夾緊環(huán)，然后裝入卡鑰匙。在氣缸蓋導(dǎo)向套復(fù)位連接后，需要安裝在氣缸蓋上定位環(huán)和卡環(huán)。 ④ 在進(jìn)行工作或無加工條件下，可以切割石棉（使用橡膠板）板條（寬度等于卡片鑰匙），用其余的方法填入鑰匙槽，其余的用上面的方法。 ⑤ 由內(nèi)螺紋連接的氣缸蓋。由于缸體內(nèi)孔的內(nèi)螺紋容易損壞密封件，薄壁開口導(dǎo)套必須加工固定在活塞頭上，使活塞能夠成功地加載到缸體內(nèi)，既保護(hù)了密封，又提高了密封性。裝配的質(zhì)量。 3.4.3油缸固定底座連接螺栓的設(shè)計(jì)與校核 螺栓所受工作剪力為： 在傾覆力矩的作用下前部底座的螺栓受拉，后部底座螺栓受壓。 在橫向載荷的作用下，如果壓力過大液壓缸底板連接接合面會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移，保證其不發(fā)生滑移的條件為： f摩擦系數(shù)（查表可知f=0.16）；防滑系數(shù)（取1.2）；i接合面數(shù)量（i=2）；z螺栓數(shù)量（z=8）。分別為螺栓和被連接件的剛度，為定值。取=0.2則=0.8 預(yù)緊力：N=5230.3N 前部底座每個(gè)螺栓受的總拉力為： =831.15×0.2+5230.3=5396.53N 一般螺栓的材料為Q235查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得屈服極限為240MPa安全系數(shù)取1.5則其許用應(yīng)=160MPa 螺栓最小直徑：≈7.47mm 查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T196-2003。 根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，本次連接采用普通螺紋，公稱直徑選擇為10mm。 = =1.0489MPa 查表=125MPa>>1.05MPa連接面后端不會(huì)壓碎。 前底座與連接板之間不能產(chǎn)生間隙即：>0 = ≈12.89N/≈0.13MPa>0 不會(huì)產(chǎn)生間隙。經(jīng)過分析螺栓連接滿足使用要求。 3.4.4液壓缸裝配圖 3.5液壓元件的選擇 3.5.1流量的計(jì)算 主推力油缸所需最大流量為： =220×3.14×（12800-1600） =8892000 震動(dòng)油缸所需最大流量為： =2×30×3.14×1792 =337612.8 將液壓缸輸入流量的百分之五作為整個(gè)回油路的泄漏量。 根據(jù)工作要求計(jì)算液壓泵所提供的總流量： 1.12×（8.802+0.3286）≈10.05L/min 液壓油路所需要的總壓力包括油路中的壓力損失和其他元件的工作壓力，總的壓力為 =P+=4+0.5=4.5MPa 為保證液壓泵的使用壽命，液壓泵處于額定狀態(tài)的時(shí)間不能過長(zhǎng)，通常液壓泵的額定壓力會(huì)不能太低本文采取6.85MPa。依據(jù)前面計(jì)算的工作壓力和流量選擇齒輪泵的型號(hào)，型號(hào)為CBN-E310并依據(jù)外形設(shè)計(jì)出其支撐架。 表CBN-E310性能參數(shù) 型號(hào) 公稱排量ml/r 額定壓力MPa 最高壓力MPa 額定轉(zhuǎn)速rev/min 最高轉(zhuǎn)速rev/min 容積效率% CBN-E310 10 10 12.5 2000 3000 ≥85 3.5.2電動(dòng)機(jī)的選擇 經(jīng)過計(jì)算液壓油缸的工作功率：= =7500w=0.75KW 齒輪泵的效率一般為0.6~0.7，則電機(jī)的最小功率為0.75/0.6≈1.17KW，保證工作需要選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90L-4功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，則齒輪泵的實(shí)際排量為10×1400ml/min=14L/min>10L，本設(shè)計(jì)滿足工作要求。 3.5.3聯(lián)軸器的選擇 依據(jù)所選電機(jī)輸出軸和齒輪泵輸入軸的直徑確定齒輪泵與電機(jī)之間所用的聯(lián)軸器，電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)齒輪泵無需減速，所以選擇的聯(lián)軸器為NL5型齒輪聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器中間用尼龍塊材料的內(nèi)齒輪作為傳動(dòng)連接對(duì)電動(dòng)機(jī)和齒輪泵起到了保護(hù)作用，防止電機(jī)與齒輪泵在卡死時(shí)的損壞，同時(shí)也增強(qiáng)了輸出和輸入軸之間的連接彈性。 3.5.4閥類元件的選擇 液壓原理圖中包含溢流閥、電磁換向閥、單向閥等元件，選擇的閥應(yīng)滿足相關(guān)的工作要求，一般情況下所選擇的元件流量比實(shí)際流量大一些，同時(shí)為使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活、閥塊的占地面積小選用了疊加式減壓閥，閥的型號(hào)及性能如下表所示。 液壓元件型號(hào)表 元件名稱 規(guī)格 額定流量（L/min） 額定壓力（MPa） 型號(hào) 溢流閥 15 20 Y-10B 電磁換向閥 20 20 DSG-02-3C12 3.5.5管道尺寸的確定 管道內(nèi)經(jīng)的計(jì)算： q管道內(nèi)液壓油流量（L/min）； v液壓油流速(m/s)；常用流速如下表所示： 表3-9 管道常用流速 Tab．3-9 Of velocity commonly used 管道 推薦流速v（m/s） 吸油管道 0.5~2 壓油管道 2.5~6 回油管道 1.5~3 對(duì)于吸油管直徑，取v=1m/s則有： ≈17.25mm 對(duì)于壓油管道，取v=3m/s則有： ≈8.42mm 油箱的吸油管道選擇鋼管，其他管道選擇橡膠管。根據(jù)工作壓力管道壁厚通常選取4~5mm，所以本設(shè)計(jì)吸油管道直徑為10mm，壓油管道直徑選擇為13mm。 3.5.6油箱的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)液壓泵額定流量的5~7倍一般就可作為油箱的容積，本設(shè)計(jì)取5倍，故油箱容積為5×4.5=22.5L依據(jù)機(jī)架尺寸，使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊設(shè)計(jì)的油箱尺寸為300×210×160mm 4支撐架的設(shè)計(jì) 支撐架的整體尺寸為400×250×350mm，角鋼支架采用焊接而成。包括電機(jī)安放架、油箱安放架。在保證各零件安裝位置要求的前提下，整體結(jié)構(gòu)比較緊湊，占地面積較小。支撐架的材料選擇HT150，可以滿足整體的強(qiáng)度和剛度要求。支撐架上的潤(rùn)滑油箱支撐部分，接觸面部分采用一排角鋼支架用來固定油箱。 圖4-1總體支撐架  總結(jié) 完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我收獲了很多，畢業(yè)設(shè)計(jì)用的知識(shí)很多，幾乎包含全部專業(yè)課程知識(shí)。這個(gè)課題深深的考察了我，我從未自己動(dòng)手自下而上完成類似設(shè)計(jì)，所以更能激勵(lì)我全身心投入其中來完成它。我相信通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以綜合運(yùn)用從課本上學(xué)到的知識(shí)，它不僅使我們了解如何將理論應(yīng)用于實(shí)踐，而且使我們能夠理解如何在實(shí)踐中解決問題。又對(duì)課本所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了綜合運(yùn)用。初步培養(yǎng)我們解決問題的能力,提高了獨(dú)立工作的能力。在這個(gè)過程中，我們還有很多工作要做。在周毓明教授的指導(dǎo)下，經(jīng)過數(shù)月的不懈努力，成功地完成了簡(jiǎn)易插床和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我學(xué)到了很多新知識(shí)、新方法、新思想 ，以及對(duì)我四年大學(xué)學(xué)習(xí)的良好總結(jié)。這些都是我的好基石，所以我覺得我獲得了很多。在設(shè)計(jì)期間，周毓明教授給了我很大的幫助和指導(dǎo)。我謹(jǐn)向您表示衷心的感謝。 ?  致謝  參考文獻(xiàn) [1]楊明建. 金屬切削機(jī)床.清華大學(xué)出版社.2004 [2]李洪. 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2007 [3]李勇，李光偉. 機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社.2007 [4]魏靜姿. 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