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攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 液壓卷花系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 王 友 學(xué)生學(xué)號(hào)： 200310622031 院（系）： 機(jī)電工程學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)：2003 級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 張勇 講師 二〇〇七年六月 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是液壓卷花系統(tǒng)設(shè)計(jì)。任務(wù)限制只能用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。本 人致力于整機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)方案的擬定，液壓油 箱的設(shè)計(jì)，液壓缸的設(shè)計(jì)，液壓站的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路是從卷花機(jī)的性能和動(dòng)作 要求入手，并以國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能接近設(shè)計(jì)要求的卷花機(jī)為基礎(chǔ)，研究國(guó) 外的先進(jìn)機(jī)型，開(kāi)發(fā)出自己的全套液壓系統(tǒng)方案。圖紙采用 Auto CAD 繪制。 經(jīng)過(guò)認(rèn)真地設(shè)計(jì)計(jì)算,查找資料撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。 本液壓卷花機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)，輸出力矩大，用模具來(lái)實(shí)現(xiàn)花形的變化， 且同一批形狀的一致性好，液壓機(jī)造型美觀。設(shè)計(jì)出來(lái)的液壓卷花系統(tǒng)具有， 尺寸精確，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于鐵藝行 業(yè)中。由該機(jī)器生產(chǎn)的各種花形可用在圍欄、大門(mén)、臺(tái)、椅、扶梯、窗、招牌、 藝術(shù)品等制作的地方。 關(guān)鍵詞 液壓卷花機(jī)，液壓系統(tǒng)，鐵藝 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT II ABSTRACT My graduation project topic is the Volume hydraulic system design. The duty limit only uses the hydraulic pressure to realize. I have carried on the whole design， namely, the mechanism design, hydraulic system plan drawing up, the hydraulic fluid tank design, the hydraulic cylinder design, the hydraulic pressure stands design and so on. The design start at the volume flower's machine performance and the movement, taking the home existing volume flower machine as the foundation, their quality and the technical performance approach to this design request, and has studied the overseas advanced type, developed own complete set hydraulic system plan. The blueprint draws up with Auto CAD. After earnestly calculated, has consulted the correlation data, I have composed this design paper. The volume flower's machine merit is the transmission steady, out put moment of force big, realizes the flowered shape change with the mold, also identical batch of product uniformity good, the volume flower's machine Modeling is artistic. The system of the volume flower’s machine has the merit, such as, size precisely, the production efficiency high, the labor intensity is low, the product quality is good and so on. This machine is widely applied in the steel art profession, and can product several kinds of flowers for fences, gates, place, chairs, elevator, windows, signs, art and so on. Key words volume hydraulic machine， hydraulic system，steel art 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACTII 1 緒論 1 1.1 本課題研究的目的意義 .1 1.2 本課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問(wèn)題 1 1.3 本課題解決的主要問(wèn)題 .2 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)思想 3 2.2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析 .3 2.2.1 本機(jī)設(shè)計(jì)要求及具體的技術(shù)參數(shù) 3 2.2.2 卷花機(jī)的液壓系統(tǒng) .3 2.2.3 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)方案的比較與選用 3 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 7 3.1 彎矩力的計(jì)算 .7 3.1.1 材料力學(xué)的角度 .7 3.1.2 采用類(lèi)比法 10 3.2 齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì) .11 3.3 載荷組成和計(jì)算 13 3.4 卷花機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .16 3.4.1 負(fù)載分析 16 3.4.2 初選液壓系統(tǒng)工作壓力 .16 3.4.3 液壓缸的類(lèi)型及安裝方式 .16 3.4.4 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 .16 3.4.5 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 .17 3.4.6 按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸 .18 3.4.7 計(jì)算液壓缸所需流量 18 3.4.8 繪制液壓系統(tǒng)工況圖 19 3.4.9 制定基本方案確定液壓系統(tǒng)原理圖 .21 3.5 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 22 3.5.1 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 .22 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 3.5.2 液壓閥的選擇和部分液壓輔助元件選擇 24 3.5.3 油箱容量的初步確定及油液的選擇 .27 3.6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 .28 3.6.1 壓力損失及調(diào)定壓力的確定 28 3.6.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 .30 4 液壓缸的設(shè)計(jì) 32 4.1 選擇液壓缸類(lèi)型安裝方式 32 4.2 液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸 32 4.3 液壓缸的參數(shù)計(jì)算 .32 4.3.1 缸筒壁厚的計(jì)算 .32 4.3.2 液壓缸活塞行程 .33 4.3.3 液壓缸油口直徑計(jì)算 33 4.3.4 缸底厚度計(jì)算 .33 4.3.5 缸頭厚度計(jì)算 .34 4.3.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算 34 4.3.7 缸體長(zhǎng)度的確定 .34 4.4 活塞的設(shè)計(jì) .35 4.4.1 活塞的結(jié)構(gòu)形式 .35 4.4.2 活塞與活塞桿的連接 35 4.4.3 活塞的密封 36 4.4.4 活塞材料 39 4.4.5 活塞尺寸及加工公差 39 4.5 活塞桿 39 4.6 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 .40 4.7 液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 41 4.7.1 間隙緩沖 41 4.7.2 閥式緩沖 41 4.8 排氣閥 42 5 液壓站的設(shè)計(jì) 44 5.1 確定液壓站的結(jié)構(gòu)類(lèi)型方案 .44 5.1.1 分散配置型液壓裝置 44 5.1.2 集中配置型液壓裝置 44 5.1.3 確定液壓站的方案 44 5.2 液壓控制裝置（液壓閥站的集成設(shè)計(jì)） .44 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 5.2.1 有管集成 45 5.2.2 無(wú)管集成 45 5.2.3 確定液壓控制裝置 45 5.3 液壓動(dòng)力源裝置（液壓泵站）的設(shè)計(jì) .47 5.3.1 液壓泵組布 置方式的確定 .47 5.3.2 液壓油箱的設(shè)計(jì) 48 5.4 液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .54 5.4.1 液壓泵組的布置方式 54 5.4.2 液壓泵組的連接和安裝方式 .54 5.5 液壓站的結(jié)構(gòu)總成 .55 5.5.1 管路的選擇 55 5.5.2 電氣控制裝置的設(shè)計(jì)與布置 55 5.6 液壓站總圖的設(shè)計(jì)與繪制 56 6 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 57 6.1 齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì) .57 6.2 軸的設(shè)計(jì) .57 6.2.1 求輸出軸上的功率 P,轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T57 6.2.2 求作用在齒輪上的力 57 6.2.3 初步確定軸的最小直徑 .57 6.2.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .57 6.3 求軸上載荷 .60 6.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .61 6.5 卷花機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 62 結(jié) 論 63 參 考 文 獻(xiàn) 64 致 謝 65 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1 1 緒論 1.1 本課題研究的目的意義 液壓卷花機(jī)是一種利用液體壓力來(lái)傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的 機(jī)床。由該機(jī)器生產(chǎn)的各種花形可用在圍欄，大門(mén)，臺(tái)，椅，扶梯，窗，招牌， 藝術(shù)品等地方。隨著人民生活水平提高，這些鐵藝制品必然會(huì)有較大需求。另 一方面，用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，能滿足用戶(hù)任意設(shè)計(jì)的圖案，效率高，花形同一性好， 體積小，重量輕，功能多，施工方便，勞動(dòng)強(qiáng)度輕，隨著新工藝及新技術(shù)的應(yīng) 用，卷花機(jī)在金屬加工及非金屬成形方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在鐵藝行業(yè)中的 占有份額正在大幅度攀升。 1.2 本課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問(wèn)題 目前，用來(lái)制作卷花的設(shè)備還非常落后，按動(dòng)力的來(lái)源角度，大體分為四 種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：一、采用手工。該方法一般為小作坊生產(chǎn)，批量不大，生產(chǎn)效 率低，但也能滿足個(gè)性化的需要，因?yàn)樗扇我飧淖兓ㄐ?，但勞?dòng)強(qiáng)度高。代 表型號(hào)有北京光大利克經(jīng)貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的手動(dòng)式鐵藝軋花工裝設(shè)備。二、 采用機(jī)械方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。效率有所提高，但制作了的花形的尺寸有限，主要是受 動(dòng)力的限制。噪聲大，能耗大，不能完全滿足市場(chǎng)需求。代表型號(hào)有石家莊安 邦機(jī)械公司的電動(dòng)卷花機(jī), AB-DW10A, AB-DW10B; 東北林業(yè)大學(xué)機(jī)械廠的萬(wàn)能 鐵藝成形機(jī);寧夏富盛機(jī)械制造有限公司的電動(dòng)金屬扭曲機(jī)。三、采用鍛造方式。 鍛造方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，材料局限性較大，不能用厚板，也加工不出開(kāi)關(guān)復(fù)雜的尾 部曲卷，效率不高。代表型號(hào)有廣州郎亞公司的鍛鐵液壓裝置。四、采用液壓 來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用該方式的優(yōu)點(diǎn)比較明顯在，下面將要介紹。在鐵藝行業(yè)市場(chǎng)中， 它們四種方式對(duì)應(yīng)對(duì)的裝備的使用比例大概為2：4：3：1；可見(jiàn),使用機(jī)械方式 來(lái)加工的占了大多數(shù)，使用液壓的較少。 在總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外卷花機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展趨勢(shì)的情況下，當(dāng)前 卷花機(jī)還有著以下的幾點(diǎn)不足：1、能耗較大，不夠環(huán)?！，F(xiàn)在有的卷花機(jī)的能 源利用率不能，僅有 50%左右，因?yàn)橹饕遣捎玫氖菣C(jī)械方式作為動(dòng)力，熱損 耗較大。不符合當(dāng)今提倡的節(jié)約型社會(huì)的要求。而且，機(jī)械方式的噪音較大， 對(duì)工人及周邊的損害也嚴(yán)重，不人性化。2、卷花機(jī)體積大,占地面積較多。對(duì) 企業(yè)來(lái)說(shuō)不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限，花形較少。這主要受動(dòng)力的 限制。不能完全滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求,在模具上,也可在進(jìn)行改進(jìn)。 4、自動(dòng)化 程度不高，生產(chǎn)率也就不高。5、現(xiàn)在使用的模具較復(fù)雜。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 1.3 本課題解決的主要問(wèn)題 設(shè)計(jì)出的卷花機(jī)能滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需要。有效地規(guī)避了當(dāng)前卷花機(jī)的不足。 采用液壓力傳動(dòng)來(lái)代替機(jī)械傳動(dòng)，并且用模具來(lái)實(shí)現(xiàn)花形的變化。采用液壓液 壓傳動(dòng)能有效地克服，上面所說(shuō)的不足，并且傳動(dòng)平穩(wěn)，出力較大，從整體來(lái) 看單位體積的出力比機(jī)械的傳動(dòng)方式大得多，體積小。采用模具來(lái)加工，在需 要改變花形時(shí)，只需要改變模具的形狀即可，擴(kuò)充了機(jī)器的加工范圍，且又能 很好地保證同一批產(chǎn)品形狀的一致性。設(shè)計(jì)出來(lái)的液壓卷花系統(tǒng)具有，尺寸精 確，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 3 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)思想 本課題是以機(jī)器使用功能多樣、經(jīng)濟(jì)性好、人性化設(shè)計(jì)、環(huán)境友好性好、 可靠性高、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維修性好為設(shè)計(jì)思想。 2.2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析 2.2.1 本機(jī)設(shè)計(jì)要求及具體的技術(shù)參數(shù) 在現(xiàn)有的機(jī)械卷花機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。根據(jù)機(jī)械卷花的原理，設(shè)計(jì) 相應(yīng)的液壓系統(tǒng)來(lái)代替機(jī)械卷花系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)液壓自動(dòng)化、效率高、多花形、經(jīng) 濟(jì)實(shí)用的要求。 目前市場(chǎng)上常用的加工件的最大加工規(guī)格及其種類(lèi)為：扁鋼 30X10；方鋼 16X16；圓鋼 。本設(shè)計(jì)中的卷花機(jī)也要求能加工出它們。卷花時(shí)最小花形是16F 標(biāo)準(zhǔn)弧中的 61035 的上半部，最大的花形是標(biāo)準(zhǔn)弧中的 6110 下半部份（來(lái)自資 料[5]） 。加工出的花形的最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為 2 圈。 考慮到鐵藝行業(yè)中用來(lái)制作各種花形的材料，常用普通碳素鋼中的甲類(lèi)鋼, A0,A1,A2,A3……A7。它們有良好的塑性，韌性，故廣泛用于鐵藝行業(yè)中。在本 設(shè)計(jì)中選 A5 計(jì)算。查資料[7]P303 附錄 B 常用材料的力學(xué)性能：舊牌號(hào) A5 對(duì) 應(yīng) Q275，其中 ，275saMPd=490~63baPd= 2.2.2 卷花機(jī)的液壓系統(tǒng) 卷花機(jī)是把一定長(zhǎng)度的工件（棒料、方鋼、扁鐵） ，通過(guò)壓力作用，使之彎 曲曲服，從而實(shí)現(xiàn)所需的花形。通過(guò)分析機(jī)械卷花機(jī)，當(dāng)用液來(lái)壓來(lái)代替時(shí).需 要實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。即用液壓能來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 2.2.3 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)方案的比較與選用 用液壓能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的有很多種方式，其中有:1.液壓缸加齒輪齒條； 2.齒輪缸；3.液壓馬達(dá)；4.擺動(dòng)缸等，都是能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式。 第四種即擺動(dòng)缸，當(dāng)它通入壓力油后，通常主軸只能輸出小于 360 度的擺運(yùn) 動(dòng)，常用于工夾具夾緊裝置、養(yǎng)料裝置、轉(zhuǎn)位裝置以及需要周期性進(jìn)給的系統(tǒng) 中。在此它并不適合。第二種即齒輪缸，它在市場(chǎng)上比較少見(jiàn)，生產(chǎn)廠家比較 少。并不常用。在此排除。 在此著重比較用第一種，和第三種。因?yàn)檫@兩種在工程上用的比較多，市場(chǎng) 上標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，且實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易些。 用液壓馬達(dá)與液壓缸加齒輪齒條方案的比較： 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 4 ①?gòu)膱?zhí)行元件性能方面來(lái)比較 用液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的所能輸出轉(zhuǎn)矩較小，起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩也不能太大。且 有泄漏；液壓缸能輸出較大的推力（通過(guò)改變活塞的有效面積來(lái)實(shí)現(xiàn)） ，無(wú)泄漏， 效率高于液壓馬達(dá)，無(wú)噪聲。液壓缸優(yōu)于液壓馬達(dá)。 ②從經(jīng)濟(jì)性方面比較 一般來(lái)說(shuō)，液壓馬達(dá)的價(jià)格比液壓缸的高，但它的壽命不如液壓缸長(zhǎng)，且 液壓馬達(dá)的可維修性不如液壓缸，使用成本也較高。 ③ 從空間的占用方面比較 液壓缸的占用的空間較液壓馬達(dá)的小，液壓馬達(dá)可選用雙速馬達(dá)，分別實(shí) 現(xiàn)工進(jìn)與快退。 ④從整體系統(tǒng)性能方面比較 初步擬定兩種方式的液壓系統(tǒng)圖，對(duì)比分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 用液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)圖如下： 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 5 圖 2.1 卷花機(jī)系統(tǒng)原理圖 1 用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)圖如下： 圖 2.2 卷花機(jī)系統(tǒng)原理圖 2 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 6 從上面兩個(gè)圖中可以看，原理圖 1 中的 11 是雙速馬達(dá)，通過(guò) 12 來(lái)改變速 度，系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，速度已定，不可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制；原理圖 2 是 通過(guò)節(jié)流閥 5 來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的變化;原理圖 1 用的元件除液壓馬達(dá)外比原理圖 2 的 便宜，大多數(shù)為普通元件；原理圖 1 的系統(tǒng)可靠性不如 2，它的速度控制是通 過(guò)液壓缸來(lái)控制，不如 2 中用直接控制方式。 綜上，選原理圖 2，即用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，較優(yōu)為合理。 機(jī)械方面在此采用模具來(lái)彎曲工件，彎制出所需的花形。模具的形狀與所 需的花形一致。當(dāng)卷花機(jī)的動(dòng)力頭帶動(dòng)模具旋轉(zhuǎn)時(shí)，工件則纏繞在模具上，并 在上面產(chǎn)生塑性變形，即可制出所需要的花形。當(dāng)加工圓鋼和方鋼在加工前要 將夾緊的一端頭部需壓制為魚(yú)尾狀，頭部厚度就小于 10mm，這是為了便于把加 工件放入模具的槽內(nèi)。并在模具的插口內(nèi)安裝一對(duì)偏心輪，作用是防止在彎制 的過(guò)程中工件脫出來(lái)。 要實(shí)現(xiàn)上述模具的旋轉(zhuǎn)，必然有一個(gè)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸。這就是卷花機(jī)的 動(dòng)力頭，用來(lái)輸出轉(zhuǎn)矩。因控制系統(tǒng)已選用上述的原理圖 2，用液壓缸作為動(dòng) 力輸出。那么這之間還缺少一個(gè)機(jī)構(gòu)，它的作用是能夠把直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換向旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 經(jīng)過(guò)分析，本設(shè)計(jì)中采用齒輪齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在此,為了 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),把齒條和液壓缸筒融為一體,即把齒條用螺釘固定在缸筒上，缸筒采 用鑄造的形式（要鑄造出承受力的凸臺(tái)） 。在彎制工件時(shí)，導(dǎo)軌和凸臺(tái)相接觸， 由導(dǎo)軌來(lái)承受垂直于齒條的力（由齒輪傳來(lái)） 。 導(dǎo)軌采用雙矩形導(dǎo)軌,該導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易制造和承載能力大,安裝調(diào)整方便.缺 點(diǎn)是導(dǎo)軌面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償。但在該機(jī)器中軌導(dǎo)面的磨損對(duì)加工精度和過(guò) 程 影響不大,可忽略不計(jì)。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 液壓卷花機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 7 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 7 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 要進(jìn)行液壓系統(tǒng)計(jì)算，先應(yīng)計(jì)算要把工件彎曲成所需的形狀需要多大的力， 即卷花機(jī)的動(dòng)力頭應(yīng)該輸出多大的轉(zhuǎn)矩，這對(duì)后面計(jì)算與設(shè)計(jì)有著重要的意義。 這也是決定卷花機(jī)功率的依據(jù)。但卷花機(jī)在卷制工件的過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的 過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，主要是工件的塑性變形，還有摩擦，彈性恢復(fù)，并且在 每一個(gè)接觸點(diǎn)處的力（工件產(chǎn)生塑性變形所需要的力）是不同的。如果要把這 個(gè)過(guò)程的力分析清楚，每個(gè)接觸點(diǎn)處的力計(jì)算出來(lái)，這是不可能的，在本設(shè)計(jì) 中也是沒(méi)有意義的。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在此只進(jìn)行粗略估算，并留下一定的余量。 估算出一個(gè)在整個(gè)卷花過(guò)程中的最大轉(zhuǎn)矩，然后以這個(gè)最大轉(zhuǎn)矩作為卷花機(jī)的 動(dòng)力計(jì)算依據(jù)，使卷花機(jī)輸出這個(gè)最大的恒定轉(zhuǎn)矩，那么應(yīng)能滿足最大規(guī)格以 下的工件彎制。做這樣的簡(jiǎn)化，在這種類(lèi)型的機(jī)械上是可行的，工程是也是允 許的。 3.1 彎矩力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)的卷花機(jī)的三種規(guī)格的工件中，通過(guò)比較分析，卷制 16X16 的方鋼時(shí)， 所需的轉(zhuǎn)矩是最大的，固以下的轉(zhuǎn)矩 T 的計(jì)算均以它作為工件加工來(lái)計(jì)算。在 此，通過(guò)三種不同的角度來(lái)初步估算卷花機(jī)所需的彎矩。 工件在加工過(guò)程中,與模具的相對(duì)位置如下圖所示: 圖 3.1 加工示意圖 3.1.1 材料力學(xué)的角度 工件在彎曲變形的過(guò)程也就是工件產(chǎn)生塑性變性的過(guò)程，利用材料力學(xué)公 被加工的工 件 模具 與動(dòng)力頭相 連的方形槽 轉(zhuǎn)矩 T 有擋塊 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 8 式， ，即要想工具變形，模具對(duì)工件產(chǎn)生的最大應(yīng)力 大于工件本身的屈sd d 服應(yīng)力 。s 經(jīng)分析，一方面，彎曲得越厲害，所需要的力也就越大。另一方面，用模 具來(lái)彎制工件時(shí),在彎制到末位時(shí),工件受力點(diǎn)與主軸軸心的直線距離是最大的 距離,有可能存在著最大的力臂。所以，按照此方法來(lái)算轉(zhuǎn)矩，可通兩個(gè)極限位 置來(lái)定----開(kāi)始彎曲時(shí)的起始點(diǎn)、彎制到末位時(shí)的終點(diǎn)，取這兩個(gè)位置分別用 應(yīng)力計(jì)算公式來(lái)算，得出的最大力作為計(jì)算卷花機(jī)主軸的依據(jù)。 彎制時(shí),最大正應(yīng)力設(shè)為 ,由[7]P143 : maxd 式（3.1）azMW= 而矩形截面的抗彎截面系數(shù)為: 式（3.2） 26Zbh 不管是在彎制起時(shí)點(diǎn),還是終了位置。其受力分析的方法是一樣的，分析過(guò) 程如下： 先求彎曲時(shí)的最大彎矩 ：maxM 在彎曲時(shí)的受力情況可等價(jià)為懸臂梁： 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 9 圖 3.2 受力圖 由上面的圖可知，在截面 A 處是最大彎矩的點(diǎn)，由材料力學(xué)可知： 式（3.3）maxMFL=· 代（3.2） （3.3）入（3.1） ，有： 式（3.4）ax26bhd 要使工件彎曲成型，需要求 即： ，推出：maxs2sFLd 式（3.5） 26sbh 即工作所受的力達(dá)到 時(shí)，工作就發(fā)生塑性變形。 2sLd 則：此時(shí)，主軸上所需要的轉(zhuǎn)矩：T= 式（3.6）FaA a---為模具與工件作用點(diǎn)處的力臂 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 10 代（3-5 ）入（3-6 ） ， 推出：T= 式（3.7） 26sbhaLd 本設(shè)計(jì)中，上面公式（3-7）中的相關(guān)變量。 在加工起始點(diǎn)設(shè)為 a1,終點(diǎn) a2 經(jīng)測(cè)量: ； 12,9a=1296,4L= 故可得：起始點(diǎn)的主軸轉(zhuǎn)矩： =60 310.750T′′N(xiāo)MA 加工終了時(shí)的主軸轉(zhuǎn)矩: 3621.9213.4=′=′ 綜上: ,應(yīng)該用 作為計(jì)算主軸轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。21T2T 3.1.2 采用類(lèi)比法 找相同或相近的機(jī)器。在此參照廣州郎亞公司的機(jī)械卷花機(jī)，其參數(shù)見(jiàn)下 表。 表 3.1 朗亞牌彎花機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 最大加工規(guī)格 30X10 扁鋼 16X16 方鋼 16 圓棒? 主軸轉(zhuǎn)速 15r/min 電動(dòng)機(jī)性能 220V380v,50HZ 1400r/min,2.2KW 外形尺寸 850X80X820 凈重 220kg 由上表作如下的分析： 輸入總功率 ，傳入機(jī)器后，分成兩部份，一方面，由主軸輸出2.PKW=總 有用功 ，另一方面，損失功率 ，主要作為熱量消耗。在這里，假950Tn出 P損 設(shè) =0,即，假設(shè)輸入的所有功率都作為有用功率輸出。損 ， 即，2.PK=出 總 152.90T′= 轉(zhuǎn)矩 14067TNMA 在此根據(jù)前面確定的主軸轉(zhuǎn)矩取主軸轉(zhuǎn)矩 T=2000 ，即把它作為卷花機(jī)NMA 要輸出的轉(zhuǎn)矩。 在這下面的章節(jié)中，將把前面算得的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩 T，轉(zhuǎn)化為液壓缸的的推力。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 11 3.2 齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì) ①齒輪齒條的設(shè)計(jì)參數(shù)與要求 先進(jìn)行所需要的齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)，其要求如下： 由工作要求知：軸輸出功率 2015/min3.14959TnNMrPKWKW′==A 設(shè)計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速 ，工作壽命 15 年（設(shè)每年工作 300 天） ，兩班制，1/mir 卷花機(jī)工作平穩(wěn)，單向受力彎制工件，反向時(shí)齒輪無(wú)外負(fù)載（不考慮） 。 ②選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)。 1）選直齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)。傳動(dòng)方案如下圖： 2）卷花機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度。 （GB10095-88 ） 3）材料選擇。資料[8]表 10-1 選擇齒輪材料為 40 （調(diào)質(zhì)） ，硬度為rC 280HBS，齒條材料的選擇 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬 度差為 40HBS。 4）根據(jù)齒數(shù)初步選擇原則、卷花機(jī)的安裝位置要求及相類(lèi)似機(jī)構(gòu)的比較。 在此，初步確定此卷花機(jī)齒輪齒數(shù)為 Z=30。 ③按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算模數(shù) 本設(shè)計(jì)中的卷花機(jī)為一般機(jī)器，傳動(dòng)方式選開(kāi)式傳動(dòng)。傳動(dòng)精度不高，為 動(dòng)力傳動(dòng)。則有只需按彎曲強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)即可。 由[8]式(10-5） ，得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 : 式(3.8)132()[]FaSdYKTmZs3 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。 由[8]中圖 10-20C 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ，齒條的彎150FEaMPs= 曲疲勞強(qiáng)度極限 ；2380FEaMPs= 由[8]圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ，卷花機(jī)齒輪12.93,.8FNFNK 的轉(zhuǎn)速： ，齒輪每轉(zhuǎn)一圈同一齒面嚙合次數(shù) ，齒輪工作壽命15/minr 1j= ，又因在一個(gè)工作循環(huán)周期中，加工時(shí)速度與返'2830720()hLh=′′= 回時(shí)的速度為 1：2，可知整個(gè)壽命中加工的時(shí)間為 270480()3hLh′ 則：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由[8]公式 10-13 計(jì)算： 式(3.9)71601548.1hNnjL=′=′ 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 12 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中，卷花機(jī)的模具是按轉(zhuǎn) 2 圈來(lái)設(shè)定的。分析可知，在彎制工 件時(shí)，齒條在工進(jìn)階段，齒輪的一個(gè)齒要與齒條接觸兩次，對(duì)齒條而言，則在 工進(jìn)階段，只有一個(gè)齒參加工作。在整個(gè)壽命中，齒條的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 為：2N77124.302.16N′==′ 2)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得： 10.935[] 2.144FNEaKMPSs′==22.8[] 6FEa′ 3)計(jì)算載荷系數(shù) K： 式(3.10)1.21.35.84AVFab==′′= 4)查取齒形系數(shù)： 由資料[8]表 10-5 查得： 12.,.FaFaY 5)查取應(yīng)力校正系數(shù)： 由[8]表 10-5， 12.65,.73SaSa= 6)計(jì)算 并加以比較：[]FaYs ；12.5160.23[]34FaS′=2.81730.48[]6FaSYs′= 比較可知,齒條的數(shù)值大。 7)設(shè)計(jì)計(jì)算，代值上面的數(shù)值入(3.8)式： 3321.8401.48.926mm′′3 ? 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=5mm; ④計(jì)算幾何尺寸 因齒輪齒數(shù) Z=30,則: 1)齒輪分度圓直徑 13051dZ=′=A 2)齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離 H= 0752dxmm+=A 計(jì)算齒輪寬度： 。取齒輪寬為 B1=150mm，齒條1dbF′ 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 13 寬也為 150mm。 因齒輪齒條傳動(dòng)要使齒輪最多轉(zhuǎn) 2 圈，則齒條的工作長(zhǎng)度： L=2 取 L=1m。1942.8,dmp= 3.3 載荷組成和計(jì)算 液壓缸所需的外負(fù)載 F，包括二種類(lèi)型的力，即 wmF=+ ——是作用在活塞桿上外部載荷；wF ——是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。m 而 ，其中， 是工作載荷； 是導(dǎo)軌的摩擦力； 是由wgfa=+gf aF 于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。 計(jì)算上面各個(gè)力的大?。?①計(jì)算工作載荷 gF 在此，工作載荷就是齒條在運(yùn)動(dòng)方向上的推力。齒輪與齒條在嚙合過(guò)程中， 把齒輪對(duì)齒條的力分解為兩個(gè)相互垂直的方向上。齒輪對(duì)齒條的力如圖 3.3，其 中，齒輪切向方向?qū)σ簤焊椎牧褪枪ぷ鬏d荷，法向方向的力就是使液壓缸產(chǎn) 生摩擦力的正壓力。 齒 輪面 面導(dǎo) 軌 底 座 齒 條液 壓 缸 示 意 圖 (a) 齒輪與齒條在嚙合主視圖 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 14 正向 （b）齒輪與齒條嚙合俯視圖 圖 3.3 齒輪與齒條嚙合 液壓缸與導(dǎo)軌的接觸面 A 產(chǎn)生摩擦力 ；B 面產(chǎn)生摩擦力 ； 為齒fsAF- fsBF-t 輪對(duì)齒條切向的力；G 為液壓缸及齒條的重力； 是齒輪對(duì)齒條的法向力；r “正向”是指彎制工件的方向。 ； 3120126.75tTFNd′==0an.tan95.rt ′A 由以上分析： .gtF ②求摩擦力 f 工作時(shí)齒條運(yùn)動(dòng)速度： ，其中， 為齒輪分度圓直徑（mm） ；160dpu=′1d 為齒輪轉(zhuǎn)速（ ） 。1n/minr 代入值得，工進(jìn)時(shí)的齒條的速度為： 50.78/61msu′= 根據(jù)資料[9]，本設(shè)計(jì)中選用的導(dǎo)軌類(lèi)型為滑動(dòng)導(dǎo)軌（平導(dǎo)軌） ，鑄鐵對(duì)鑄 鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力。查資料[1]表 23.4-1， 取靜摩擦系數(shù)為 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為 0.1 由 ，來(lái)求摩擦力。()fNFGm=+ 其中， ——上面所提及的摩擦系數(shù)； 齒條 齒輪 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 15 G——液壓缸的重力，在此為 1000N； ——作用于導(dǎo)軌上正壓力（N） ，即上面的靜摩擦阻力F 'rF 求靜摩擦力： 0.2.'0.21.9705.214.8fSfFN=+=′+′= 求動(dòng)摩擦力： 1 9faf ③慣性載荷 ： 由公式 ，來(lái)求。其中，G 為重力；g 為加速度取aVgtDA 9.81 ； 為速度變化量（m/s） ，在此， =0.1178m/s; 為起運(yùn)或制動(dòng)2/ms VDt 時(shí)間（s ）, =0.1s。t 在此: 0.1782.09aFN=A ④求 ：m 由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估 算為： ，其中， 為液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90~0.95,在此(1)h-mh 取 =0.93,其中， F 為活塞桿的總的負(fù)載。m 綜上各階段的外負(fù)載如表 3.2 表 3.2 工作循環(huán)各階段外負(fù)載 工況 計(jì)算公式 外負(fù)載(N) 啟動(dòng) fsgmF=+30976.18 加速 faa29954.13 穩(wěn)定工進(jìn) fagmF=+29825.01 反向起運(yùn) 0.2G (1.93)F- 215.05 加速 .maF=+ 0.2560(.)981-A365.77 快退 .1mG (0.3)F=+-107.53 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 16 3.4 卷花機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)加工的目的，完成的工作循環(huán)是：工進(jìn)——停止（10s）— —快退。停止 10s 是為了讓工件徹底變形。運(yùn)動(dòng)部件（液壓缸）的重力為 1000N，工進(jìn)時(shí)，模具轉(zhuǎn)速為 15r/min;快退時(shí)模具轉(zhuǎn)速為 30r/min,活塞行程 1000mm。 初選系統(tǒng)工作壓力。 3.4.1 負(fù)載分析 液壓缸所受負(fù)載 F,已在前面已經(jīng)算得。 3.4.2 初選液壓系統(tǒng)工作壓力 根據(jù)資料[1]表 23.42-2，初選工作壓力為 4MPa 3.4.3 液壓缸的類(lèi)型及安裝方式 液壓缸類(lèi)型選雙作用液壓缸，不可調(diào)質(zhì)緩沖式，活塞行程終了時(shí)減速制動(dòng)， 減速值不變。安裝方式選徑向底座型（液壓缸所受傾翻力矩較?。?。 3.4.4 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 計(jì)算中要用到的相關(guān)參數(shù)說(shuō)明如下： ——無(wú)桿腔活塞有效作用面積（ ）24ADp=1 2m ——有桿腔活塞有效作用面積（ ）()d- ——液壓缸工作腔壓力。1P ——液壓缸回油腔壓力，即背力。其值可根據(jù)回路的具體情況而定，預(yù)2 算時(shí)可參照[1] 表 23.4-4 取值。在此因回油路較短，且直接回油箱，忽略不計(jì)。20= D——活塞直徑（m）; d——活塞桿直徑（m） 一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為： 式(3.11)2FPA+=11 運(yùn)用上式事先確定 與 的關(guān)系,或是活塞桿徑 d 與活塞直徑 D 的關(guān)系,按A12 [1]表 23.4-6 按速比要求確定 ,取/dD0.7f 根據(jù)公式[1]式 23.4-18 求活塞直徑 D: 式(3.12)2624439.18[(1)][()]FDPpfp′==--9.30m= 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 17 根據(jù) ,則活塞桿直徑取 d=0.71D，d=0.71 99.30=70.503mm0.71dDf= ′ 又根據(jù)表 23.6-33、34 活塞直徑 D=100mm，活塞桿直徑取 d=70mm;根據(jù)表 23.6-35,液壓缸活塞行程取 ，因行程與活塞桿直徑比0lm= ，需要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。104.37ld 3.4.5 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 在此，因是沒(méi)有偏心載荷的細(xì)長(zhǎng)桿，按等截面計(jì)算法來(lái)驗(yàn)算。 計(jì)算細(xì)長(zhǎng)比 ，其中 k 為活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑（m） ，對(duì),1()lmk=活 塞 行 程 實(shí)心桿： ； 式0.1754JdkA= (3.13) 故： ，而 ，可知：157.430.lk=85170mn.1lk=4mm，故，滿5.920.1374[]8ypDms′=? 足要求。 4.3.2 液壓缸活塞行程 本設(shè)計(jì)中計(jì)算得出活塞行程為 ，查查[1]表 23．6-35 液壓缸活塞942.8 第一行程系列選取活塞行程為 1000mm。 4.3.3 液壓缸油口直徑計(jì)算 根據(jù)油缸的整體設(shè)計(jì)，將液壓缸進(jìn)、出油口分別設(shè)計(jì)在缸底和缸頭上，同 時(shí)進(jìn)、出口連接形式采用螺孔聯(lián)接。 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度 和油口最高液流速度 而定。u0u 參照資料[1]中，由下式來(lái)計(jì)算： 式00.13dD= （4.2） 其中： ——液壓缸油口直徑（m） ；D——液壓缸內(nèi)徑（m） ；0d v——液壓缸最大輸出速度，V=0.272m/min； ——油口液流速度（m/s） 。0u 則； 016.3.247d=′= 查[3]表 7-12，以及考慮到后面的油管所用的管接頭(因管子選用的是 外徑為 28mm,查資料[3]表 7-76,擴(kuò)口式端直通管接頭 d=33mm),選取油口安 裝尺寸為 M33X2。 4.3.4 缸底厚度計(jì)算 一般液壓缸為平形缸底，在本設(shè)計(jì)中缸底有油孔，按[1]23.6-28 公式來(lái) 計(jì)算缸底蓋的厚度 ：h ， 式（4.3）00.43()[]ypDds=- 式中, h—缸底厚度（m） D—液壓缸內(nèi)徑（m） —試驗(yàn)壓力，由前面計(jì)算得 5.925 ；yp aMP —缸底油孔直徑（m） ，在此為 0.024m。0d — 缸體的許用應(yīng)力（Mpa） 。為 80 ，缸底與缸筒的材料是相[]s 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 34 同的。 代入數(shù)據(jù)，則： 5.920.10.43.1.7091(4)h m′=′=?- 4.3.5 缸頭厚度計(jì)算 由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所 不同。但考慮到缸頭端容腔所受的壓力比缸底端容腔的小得多， （在工進(jìn)時(shí)缸頭 在液壓缸的回油腔調(diào)）故，在此為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取缸頭的厚度與缸底相同 H=17mm。 4.3.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)到的距離 H 稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度,見(jiàn)下圖。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間 隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性。因此 ，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 圖 4.1 液壓缸示意圖 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足以下要求 式20LD3+ （4.4） 式中， L—液壓缸的最大行程。為 1000mm。 D—液壓缸的內(nèi)徑。為 100mm。 所以 ： min10102Hm=+ 活塞寬度 B 一般取 ，在此?。?.6~)D 。0.8.8=′ 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度 ，即導(dǎo)向套長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑 D 而定（參考資料1l [6]） ，因 D=100 80，取 =0.8X70=56mm。d 為活塞桿直徑。(0.)d= 為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 ，若過(guò)分增大 和 B 都是不適宜的。在此，用在minH1l 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 35 活塞與導(dǎo)向?qū)еg的缸頭的厚度來(lái)保證。即缸頭的軸向長(zhǎng)度至少要達(dá)到 a： =32mm11()0(5680)22aHlB=-+=-+ 4.3.7 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體的內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程和活塞寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度 還要考慮到兩端蓋的厚度，同時(shí)液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20 30 倍。~ 缸筒長(zhǎng)度 S： ；80180BLm=+= 缸筒外形長(zhǎng)度 =1080+32+56+30+40=1238mm；（其中，2lalK總 為缸底總長(zhǎng)度 30； 為缸頭總長(zhǎng)度取 40mm） ，一般應(yīng)小于 20D，即1K2 20X100=2000mm。因 12382000，所以滿足要求。 4.4 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng) 適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大， 降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起 液壓缸內(nèi)部泄漏，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。 4.4.1 活塞的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)密封裝置的形式來(lái)選用活塞的結(jié)構(gòu)形式（密封裝置則按工作條件選定） 。 通常分為整體活塞和組合活塞兩類(lèi)。整體活塞在活塞周?chē)舷麻_(kāi)溝槽，安裝密 封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但給活塞的加工帶來(lái)難度，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。 組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝， 密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向套環(huán)的大量使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向套環(huán) 聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。所以在該設(shè)計(jì)中選用組合式活塞。 4.4.2 活塞與活塞桿的連接 液壓缸的活塞與活塞桿的連接方式很多種型式，所有型式均需要鎖緊措施，以 防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開(kāi)，同時(shí)在活塞與活塞桿之間需要設(shè)置靜密封。 油缸在一般的工作條件下，活塞與活塞桿的連接采用螺紋連接，但當(dāng)油缸工作 壓力較大、工作機(jī)械振動(dòng)較大時(shí)，采用半環(huán)連接。根據(jù)具體情況，也有把活塞 與活塞桿做成一個(gè)整體。所以根據(jù)系統(tǒng)工作條件在本設(shè)計(jì)中選用螺紋連接?；?塞多采用此種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)用在機(jī)床上，工程機(jī)械也廣泛采用。 連接方式分為 1）卡環(huán)型 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 36 圖 4.2 卡環(huán)型 兩半環(huán)卡入環(huán)槽后回松脫，需要套上卡環(huán)帽，再裝上彈性擋圈。裝拆方便， 低速時(shí)使用廣泛。 2） 軸套型 3） 螺母型 圖 4.3 螺母型 4）鎖緊螺母型 圖 4.4 鎖緊螺母型 5）焊接型 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用螺母型連接方式，最適用本設(shè)計(jì)要求。 4.4.3 活塞的密封 ①間隙密封 間隙密封是依靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件的配合表面間的微小縫隙來(lái)防止泄漏，活 塞上一般做出環(huán)槽，如下圖所示。其目的是為了使徑向壓力平衡，并改善密封 性，環(huán)形槽的形狀主要有矩形，V 形和半圓形。 間隙密封應(yīng)用較廣，特別在各種閥類(lèi)中得到廣泛的應(yīng)用，其密封性能與間 隙大小、壓力差、配合表面的長(zhǎng)度和直徑尺寸以及加工質(zhì)量等有關(guān)，其中間隙 大小及均勻與否影響最大。這種密封 間隙密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦力小，但它 不能隨壓力的增大而提高其密封性能。對(duì)于圓柱形表面，制造精度較易保證， 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 37 但摩損后無(wú)法補(bǔ)償。對(duì)平面配合，制造較困難，但摩損后可以采取自動(dòng)壓緊等 措施進(jìn)行補(bǔ)償。 對(duì)尺寸較大的液壓缸，由于配合尺寸較大，要達(dá)到間隙密封所要求的加工 精度比較困難，而且也不經(jīng)濟(jì)。因此，間隙密封僅用于尺寸較小，壓力較低， 運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸。當(dāng)采用間隙密封時(shí)，應(yīng)考慮零件材料的耐磨性，通常 采用耐磨鑄鐵制造活塞。 圖 4.5 間隙密封 ②O 形密封圈密封 圖 4.6 O 型密封圈 上圖所示是一種斷面形狀為圓形的 O 形密封圈。 O 形密封 圈通常安裝在 矩形的溝槽中，用于固定件或往復(fù)運(yùn)動(dòng)件間的密封為了使密封圈保持良好的密 封性能而又不致產(chǎn)生過(guò)大的摩擦力，O 形密封圈安裝在槽中應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)念A(yù)壓 量。預(yù)壓量的大小，對(duì)密封性能影響很大。過(guò)小，密封性能不好，易泄漏；過(guò) 大，則壓縮形密封圈力增加，摩擦力增大，使密封圈容易在溝槽中產(chǎn)生扭曲， 加快磨損，縮短壽命。 O 形密封圈的預(yù)壓縮量大小及壓力分布，如下圖所示。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 38 圖 4.7 O 型密封圈預(yù)壓縮量及壓力分布 O 形密封圈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能良好，動(dòng)摩擦阻力小，制造容易，成 本低，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，所以在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛?？捎糜谥本€往復(fù)運(yùn) 動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)密封，也可用于無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的靜密封，可用于外徑密封，也 可用于內(nèi)徑密封等。一般使用工作壓力小于 30MPa ③Y 形密封圈密封 圖 4.8 Y 型密封圈 Y 形密封圈是一種斷面形狀為形的密封元件，如圖 2-3-1 所示，圖中尺寸 d 和 D 是 Y 形密封圈的公稱(chēng)外徑和內(nèi)徑。形密封圈分為等高唇和不等高唇兩種。 Y 形密封圈的應(yīng)用如圖 2-3-2(a) 所示。是依靠密封圈的兩唇邊和軸或孔的 表面相接觸而起密封作用如圖 2-3-2(b)所示，隨著工作油壓升高，兩唇的張開(kāi)力 也增大，使密封圈唇邊和軸或孔的表面貼得更緊，密封效果好，并能補(bǔ)償磨損 的影響。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 39 圖 4.9 Y 型密封圈的應(yīng)用 ④V 型密封圈 V 形密封圈主要用于壓力較高（如油壓機(jī)）和更換密封圈較困難的場(chǎng)合。在 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。不太高的活塞桿處常常使用這種密封圈。 圖 4.10 V 型密封圈 圖 4.11 V 型密封圈的結(jié)構(gòu) 使用 V 形密封圈的優(yōu)點(diǎn)是： （1）適宜在工作壓力小于 50MPa，溫度在-48~80℃條件下工作，安裝時(shí)也 應(yīng)注意方向，即密封環(huán)的開(kāi)口，應(yīng)面向壓力。 （2）密封性能好，壽命長(zhǎng)。若有泄漏，只要重新壓緊就可繼續(xù)使用。 （3）可用于活塞密封，也可用于活塞桿密封。 缺點(diǎn)是： （1）摩擦阻力大 （2）調(diào)整困難。如調(diào)整不當(dāng)，可能會(huì)引起爬行，因此，安裝時(shí)應(yīng)仔細(xì)調(diào)整， 不可使摩擦力過(guò)大。 （3）安裝尺寸大，并有安裝方向要求。 （4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 通過(guò)比較，活塞與活塞桿的密封選用 O 密封。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 40 圖 4.12 O 型密封圈 4.4.4 活塞材料 無(wú)導(dǎo)向套環(huán)活塞：用高強(qiáng)度鑄鐵 HT200~300 或墨鑄鐵。有導(dǎo)向套環(huán)活塞： 用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20 號(hào)、35 號(hào)及 45 號(hào)。在本設(shè)計(jì)中選用 45 號(hào)鋼。 4.4.5 活塞尺寸及加工公差 活塞寬度 B 已由前面算得為 80mm?；钊鈴降呐浜弦话悴捎?f9，外徑對(duì) 內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之差，表面粗糙 度結(jié)構(gòu)型式不同而異。 4.5 活塞桿 ①桿的結(jié)構(gòu) 活塞桿要連接整形塊，需要整形力，選用實(shí)心活塞桿，活塞桿的外端頭部 與載荷的拖動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應(yīng)液 壓缸的安裝要求，提高作用效率，應(yīng)該根據(jù)載荷的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)臈U頭 連接型式。 ②活塞桿的材料和技術(shù)要求 根據(jù)資料選用 35 號(hào)鋼，需要淬火，淬火深度為 0.5~1mm。活塞桿要在導(dǎo)向 套中滑動(dòng)，一般采用 H8/h7。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象 和單邊磨損，其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外 圓的同軸度公差不大于 0.01mm，取 0.01mm。 活塞桿的外圓粗糙度 Ra 取 1.6 活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要 保證與軸線同心。 ③活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 在本設(shè)計(jì)中，活塞桿的穩(wěn)定性校驗(yàn)已經(jīng)在前面已作了驗(yàn)算。 4.6 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 活塞導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封 裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜 質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)， 其內(nèi)圈還可以裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞的導(dǎo)向。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)型式有軸套式 和端蓋式。 ① 結(jié)構(gòu) 選用軸套式導(dǎo)向套。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 41 ② 導(dǎo)向套的材料 采用金屬導(dǎo)向套，采用摩擦系數(shù)小，耐磨性好的青銅材料制作。 ③ 導(dǎo)向套的長(zhǎng)度的確定 1）導(dǎo)向套的尺寸配置 導(dǎo)向套的主要尺寸是支承長(zhǎng)度，按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套材 料的承壓能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來(lái)考慮。導(dǎo)向套的長(zhǎng)度已由前 面算出為 L1=56mm. 2）最小導(dǎo)向套長(zhǎng)度 導(dǎo)向套長(zhǎng)度過(guò)短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的 工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)中 的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度已經(jīng)由前面算得為 100mm。 3）加工要求 導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)徑的配合取 H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合取 H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.03mm，取 0.02mm。圓度和圓柱度公 不大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤(rùn) 滑。 4.7 液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 4.7.1 間隙緩沖 間隙緩沖裝置是利用活塞頂端的凸臺(tái)和缸蓋上的凹槽夠成的，其縫隙大小 和緩沖力是不可調(diào)節(jié)的，如圖 2-3-6 所示。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到靠近缸蓋時(shí)，凸合逐 漸進(jìn)入凹槽，將存于凹槽中的油液經(jīng)凸臺(tái)與凹槽間的間隙逐漸擠出，凹槽由于 內(nèi)部油液受到擠壓，產(chǎn)生反壓力，活塞受到這個(gè)壓力的作用，使運(yùn)動(dòng)速度減慢 下來(lái)。 間隙緩沖裝置的緩沖效果與間隙的大小有關(guān)，間隙過(guò)大起不到緩沖作用； 間隙過(guò)小則緩沖時(shí)間太長(zhǎng)，效果也不好。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，通常取間隙 圖 4.13 間隙緩沖圖 4.7.2 閥式緩沖 這種緩沖裝置的特點(diǎn)是在液壓缸的兩端裝上單向閥和節(jié)流閥。如圖 2-3-7 所 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 42 示。當(dāng)活塞運(yùn)行到行程末端接近缸蓋時(shí)，將缸蓋的回油道堵死，這時(shí)活塞凸臺(tái) 與缸蓋間的油液只有經(jīng)缸蓋上的節(jié)流閥流回油箱，由于節(jié)流閥的阻尼作用，使 活塞緩慢地接近缸蓋，避免了撞擊。并且改變節(jié)流閥開(kāi)口大小就可改變緩沖作 用的大小。 圖 4.14 閥式緩沖裝置結(jié)構(gòu)原理圖 在本設(shè)計(jì)中，活塞的運(yùn)動(dòng)速度不大，動(dòng)力部件的質(zhì)量?。ㄖ挥?100KG） ，慣 性就小，且卷花機(jī)對(duì)速度的穩(wěn)定性要要求求不高。通過(guò)比較選用間隙緩沖裝置， 本設(shè)計(jì)中使用間隙緩沖較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，液壓缸的加工工藝較簡(jiǎn)單。 4.8 排氣閥 液壓缸中（或液壓系統(tǒng)）混入了空氣，會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，引起活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的 爬行和振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，甚至使整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。因此在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng) 時(shí)，必須考慮排氣裝置。為了排除積留在液壓缸內(nèi)的空氣，可在缸的兩端各裝 一只排氣塞。圖為排氣塞的結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)時(shí)擰開(kāi)排氣塞，返行程時(shí)再關(guān) 閉排氣塞，使活塞空載全行程往復(fù)數(shù)次，液壓缸內(nèi)空氣通過(guò)排氣塞錐部縫隙和 小孔排出?？諝馀磐旰?，需把排氣塞緊緊關(guān)死。 排氣閥分為組合式排氣閥（圖 4.16）和整體式排氣閥（圖 4.17） 。 組合式排氣閥：閥體與閥針為兩個(gè)不同零件，擰松閥體螺母后，錐閥在壓力 的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣，閥體材料用 35 號(hào)或 45 號(hào)碳素鋼，閥針用不 銹鋼 3Cr13。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 液壓缸的設(shè) 計(jì) 43 圖 4.15 組合式排氣閥 整體式排氣閥：閥體與閥針合為遺體，用螺紋與缸筒或缸蓋連接，靠頭部 錐面起密封作用。排氣擰松螺母，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)斜孔派出 缸外 這種排氣閥簡(jiǎn)單、方便。 閥的材料用 35 或 45 號(hào)碳素鋼，錐部熱處理硬度 38~44HRC 整體排氣閥的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 4.17。 圖 4.16 整體式排氣閥 根據(jù)比較選用整體式排氣閥。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 液壓站的設(shè)計(jì) 44 5 液壓站的設(shè)計(jì) 5.1 確定液壓站的結(jié)構(gòu)類(lèi)型方案 液壓裝置按其總體配置分為分散配置型和集中配置型兩種主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型， 而集中配置型即為通常所說(shuō)的液壓站。 5.1.1 分散配置型液壓裝置 分散配置型液壓裝置是將液壓系統(tǒng)的液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、執(zhí)行器、液壓 控制閻相輔助元件按照機(jī)器的布局、工作特性相操縱要求等分散安設(shè)在主機(jī)的 適當(dāng)位置上，液壓系統(tǒng)各組成元件通過(guò)管道逐一連接起來(lái)。例如有的金屬加工 機(jī)床采用此種配置時(shí)，可將機(jī)床的床身、立柱或底座等支撐件的空腔部分兼作 液壓油箱，安放動(dòng)力源，而把液壓控制閥等元件安設(shè)在機(jī)身上操作者便于接近 和操縱調(diào)節(jié)的位置。 分散配置型液壓裝置