裝配圖電磁閥體中心孔組合機(jī)床、機(jī)床總體工位布置和鉆、擴(kuò)、鉸工位液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
裝配圖電磁閥體中心孔組合機(jī)床、機(jī)床總體工位布置和鉆、擴(kuò)、鉸工位液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),裝配,電磁,閥體,中心,組合,機(jī)床,總體,整體,布置,以及,鉸工位,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
前 言
本課題主要涉及機(jī)械、液壓傳動(dòng)兩大方面,近年來(lái),液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、減震、節(jié)能和材質(zhì)等各方面都有長(zhǎng)足進(jìn)步,它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混合到到整合,步步深入。到現(xiàn)在,在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能在的功率并加以精確控制這一點(diǎn)上,液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首,無(wú)可替代。這種情況使液壓傳動(dòng)的元件類(lèi)型、油路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作工藝等都發(fā)生了深刻的變化,也改變了人們對(duì)它進(jìn)行認(rèn)識(shí)、分析和綜合的方式方法。
31
第一章 電磁閥體中心孔加工工藝
1.1零件分析
對(duì)生產(chǎn)綱領(lǐng)5萬(wàn)件/年的電磁閥體加工屬于大量生產(chǎn),為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證產(chǎn)品質(zhì)量,采用高效專(zhuān)用機(jī)床及自動(dòng)化機(jī)床,按流水線(xiàn)或自動(dòng)線(xiàn)依據(jù)工序?qū)ぜM(jìn)行加工,為了實(shí)現(xiàn)工序自動(dòng)化或建立自動(dòng)線(xiàn),應(yīng)實(shí)行機(jī)床加工循環(huán)自動(dòng)化,一般可通過(guò)機(jī)械、電氣、液壓、氣壓等控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化循環(huán)。
電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件,屬于執(zhí)行器;并不限于液壓,氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向,工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓缸控制,所以就會(huì)用到電磁閥。
電磁閥的工作原理,電磁閥里有密閉的腔,在的不同位置開(kāi)有通孔,每個(gè)孔都通向不同的油管,腔中間是閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面的磁鐵線(xiàn)圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊,通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)檔住或漏出不同的排油的孔,而進(jìn)油孔是常開(kāi)的,液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管,然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油剛的活塞,活塞又帶動(dòng)活塞桿,活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
1.2 明確設(shè)計(jì)要求
在開(kāi)始設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí),首先要對(duì)機(jī)械設(shè)備主機(jī)的工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析,明確
主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出的要求,具體包括:
(1)主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局;主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空
間尺寸上的限制。
(2)主機(jī)的工作循環(huán),液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式(移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng))及其工作范圍。
(3)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。
(4)主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求。
(5)對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能(如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等)、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求。
(6)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件,如周?chē)橘|(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等。
(7)其它方面的要求,如液壓裝置在重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。
1.3 對(duì)電磁閥總體加工工藝方案的設(shè)計(jì)
1.3.1.確定毛坯的制造形式
零件的材料為HT200的灰鑄鐵。由于零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5萬(wàn)件/年,屬于大量生產(chǎn),而且零件的輪廓尺寸不大,為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證產(chǎn)品的質(zhì)量,采用砂型壓實(shí)型鑄造。
1.3.2 基準(zhǔn)的選擇
(1)粗基準(zhǔn)的選擇:
對(duì)于一般的閥體類(lèi)零件而言,以面作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。采用完全定位即可。
(2)精基準(zhǔn)的選擇:
精基準(zhǔn)是選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí),應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。
1.3.3 加工25公升電磁閥體的55毫米的四個(gè)平面銑削部分
根據(jù)工件的特點(diǎn)和需要本機(jī)床由左、右兩端各二個(gè)銑削頭組成,分別進(jìn)行粗銑和
精銑兩道工序。
工件穿入心軸后裝入夾具體內(nèi),本機(jī)床一次可裝三個(gè)工件,一次走刀完成兩平面的粗、精加工工序。
工件材料:HT21-40
工件硬度:HB170-241
刀具:直徑90mm鑲硬質(zhì)合金端面銑刀
被加工閥體面單向余量:<3.5mm
主孔直徑16D加工前保證直徑11,面孔中心線(xiàn)對(duì)72mm邊不得偏差1mm。
1.3.4 電磁閥中心孔加工中心孔的槽的加工部分
Ⅴ
圖1-1 切槽加工順序示意圖
電磁閥體的加工分為8個(gè)工位完成,車(chē)槽分別是第Ⅴ工位加工第2和第4個(gè)槽,加工完第2槽后夾具轉(zhuǎn)位180?°加工第4槽。然后工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)45°進(jìn)行第Ⅵ工位加工第3個(gè)槽。工作臺(tái)再旋轉(zhuǎn)45°進(jìn)行第Ⅶ工位加工第1,第5個(gè)槽和兩端彈簧卡槽。每個(gè)槽車(chē)兩刀,每刀都用擋鐵定位。因此槽的縱向尺寸精度較高,但槽的尺寸必須是對(duì)稱(chēng)的。每加工一個(gè)槽都要進(jìn)行兩次進(jìn)給。
1.3.5 鉆進(jìn)、出油口的加工工藝
加工此油口零件的作用:
該零件是一個(gè)三位五通電磁換向閥體,主要的作用是借助電磁鐵吸力推動(dòng)閥芯在閥體內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變閥的工作位置。靈機(jī)只能的一個(gè)側(cè)面上有12H7的四個(gè)階梯孔,用以連接進(jìn)相互口油管,起控制油量及換向的作用。
此零件油口的工藝分析
三位五通電磁換向閥體共有兩組加工表面,它們相互之間有一定的位置要求及其精度?,F(xiàn)分析如下:
(1)以20H7的階梯孔為中心的加工表面。這一組表面包括:四個(gè)20H7的階梯孔,尺寸為和四個(gè)的螺紋孔和,還有兩個(gè)的階梯孔。其中主要加工表面為的四個(gè)階梯孔。
(2)以的階梯孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括:的四個(gè)螺紋孔,一個(gè)8mm的U形槽和的中心孔。
這兩組表面之間有著一定的位置關(guān)系,主要是:
四個(gè)的階梯孔與的階梯孔相通,且分布在中心孔的兩側(cè)。
由以上的分析可知,對(duì)于這兩組加工表面而言,可以先加工其中一組表面,然后借助于專(zhuān)用夾具加工另一組表面,并且保證它們之間的位置精度要求。
1.3.6 電磁閥總體加工工藝
根據(jù)上述對(duì)零件的分析,制定其加工工工藝見(jiàn)附表1
第二章 編制中心孔的加工工藝
2.1 確定加工方案:
圖2-1 電磁閥中心孔結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)上圖其加工方案:鉆——擴(kuò)——鉸。
加工閥體中心孔如圖所示
2.1.1刀具選擇
采用高速鋼刀具
查得鉆頭直徑d小于等于20,后刀面磨損限度為0.5—0.8mm 不用切削液。(查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 P544 表2.4-37)
鉆頭直徑d在11到20之間,鉆頭耐用度為2700(T)s.
2.2鉆孔:
2.2.1鉆削時(shí)的進(jìn)給量:
查得 外頭直徑 d=13mm,灰鑄鐵HB200及銅合金,進(jìn)給量取0.26-0.32.。(查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 P545)
灰鑄鐵HB200的抗拉強(qiáng)度σb≥200 (查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P63表1.2-47)
2.2.2確定其各加工余量:
鉆孔余量查得:孔精度H8-7 D=10~30mm,鉆,擴(kuò)及一次或二次鉸孔。:查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3-47 P494)
擴(kuò)、鉸孔余量:
擴(kuò)孔d=10~18mm,擴(kuò)孔余量:1.0~1.5mm,粗鉸余量:0.1~0.15mm精鉸余量:0.05mm(查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3-48 P498)
2.2.3確定麻花鉆的直徑并選擇:
Dmin =16-1.5*2-0.05*2=12.9mm
Dmax=16.018-1*2-0.05*2=13.918mm
采用直柄長(zhǎng)麻花鉆:
查得:d0=13.7 mm L=214mm l=140mm 進(jìn)給量f=0.30mm/r (查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 P1031)
2.2.4確定主軸速度和轉(zhuǎn)速
V= (2-1)
查得f=0.3 CV=14.7 yV=0.55
(查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-68 P575)
鉆孔時(shí)查得:
KMV=1.0 KLV=0.6 查表2.4-46 P556
代入公式得:
V=0.568m/s (即:34.078m/min)
則其轉(zhuǎn)速為:
算得:
m/s (即:792.3m/min)
2.3 擴(kuò)孔:
2.3.1擴(kuò)孔鉆的選擇:
查表2.4-51 P561 查得:擴(kuò)孔鉆直徑d0≤20 高速鋼磨損為0.6~0.9mm
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P566 擴(kuò)孔鉆的耐用度T(S)為1800s
查表2.4-56 查得:KMV=1.0
查表2.4-52 P562 查得擴(kuò)孔直徑d0≤15,HB≤200,f=0.7~0.9mm
因考慮到鉸刀時(shí)的加工余量,以及最后的中心孔的精度則需要把一直徑為15.9mm擴(kuò)孔鉆。參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第2卷 機(jī)械工業(yè)出版社P10-43 表10.2-36 整體式高速直柄擴(kuò)孔鉆形式和尺寸 GB4256-84 查得:自制鉆頭Φ15.7~16分級(jí)范圍15.00~16 偏差0-0.027 l=178mm l=120mm d1=10.4 螺旋角β=20 Kr=60ο d=15.9mm
2.3.2 擴(kuò)孔時(shí)的速度:
V=×KV (2-2)
(其中查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-56得:Kmv=0.1 Ktv=0.6 )
算得: V=0.71m/s (即:42.62m/min)
2.3.3 擴(kuò)孔時(shí)的轉(zhuǎn)速:
n= ?。?-3)
算得:n=14.23m/s (即:n=853.69m/min)
2.4 鉸孔:
2.4.1鉸刀的選擇:
采用機(jī)鉸
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-58 鉸刀直徑:do在(10-20)
查得進(jìn)給量為:
1.0-2.0
精鉸孔精度等級(jí): 加工表面粗糙度等級(jí) 切削速度
1.6~0.8 0.03~0.05
3.2~1.6 0.06~0.08
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-57 P567
查得:鉸刀直徑d0≤20 后刀面最大磨損0.4~0.6; 耐用度T(S)=2100S
查P567表2.4~58 查得:機(jī)鉸刀進(jìn)給量取1.0~2.0
查修正系數(shù)表2.4-63 P571 高速鋼鉸刀粗鉸使用條件變換時(shí)切削時(shí)修正系數(shù)查得:
Kcv=1.0 Ktv=1.0
2.4.2鉸刀速度:
V= ?。?-4)
=
=0.267m/s (即:16.02m/min)
2.4.3鉸刀轉(zhuǎn)速:
n=
=318.87m/min
2.5 計(jì)算切削力:
2.5.1鉆孔時(shí)的切削力:
F=9.81×42.7d0f0.8Kf (2-5)
M=9.81×0.021d02f0.8Km (2—6)
查表2.4-47 P558 查得:
Kmf=Kmm=1.0 普通標(biāo)準(zhǔn)頭型 Kxf=1.0 Knm=1.0 Kwf=1.0 Kwnf=1.0
則 F=9.81×42.7×13.7×0.30.8×Kf
算得:
F=2190.355(N)
M=9.81×0.021×13.7×0.30.8×1.0
算得:
F=14.758(N。m)
2.5.2 擴(kuò)孔時(shí)的扭矩:
M=9.81×0.196d00.85ap0.8f0.7Km (2-7)
算得:
M=52.34(N.m)
2.6 鉆、擴(kuò)、鉸切削的功率:
Pm= (2-8)
2.6.1鉆孔時(shí)的功率:
Pm=
算得:Pm=1.7975(KW)
2.6.2 擴(kuò)孔時(shí)的功率:
Pm=
算得:Pm=4.6765(KW)
2.7 確定工作循環(huán):
因中心孔是關(guān)于升起平分中心孔的軸線(xiàn)而對(duì)稱(chēng)的,則為了保證精度,特此工作循環(huán)是鉆出中心孔在擴(kuò)端面孔和車(chē)槽時(shí)每切削一個(gè)槽或一個(gè)端面孔時(shí)都將工件旋轉(zhuǎn)180度,加工另一面則其機(jī)床的工作過(guò)程和特點(diǎn)是:
由于中心孔的是孔中有槽和擴(kuò)端面,加工中心孔的精度較高要擴(kuò)和鉸孔,并且工作循環(huán)時(shí)還要旋轉(zhuǎn)。
則總共加工工步有:安裝工件,鉆、擴(kuò)、鉸、車(chē)端面孔、旋轉(zhuǎn)180度、車(chē)槽旋轉(zhuǎn)180度、車(chē)槽旋轉(zhuǎn)180度、車(chē)槽共8步,以此循環(huán)。
2.8 專(zhuān)用機(jī)床的概述為:
圖2-2 工作臺(tái)布置圖
根據(jù)如圖所示工作循環(huán),本機(jī)床總有8個(gè)工位,每一個(gè)加工工位各有一個(gè)回轉(zhuǎn)夾具和一個(gè)動(dòng)力頭工作臺(tái),夾具要求動(dòng)力頭既能單獨(dú)工作,又能聯(lián)合自動(dòng)循環(huán)工作,能同時(shí)進(jìn)行鉆孔擴(kuò)端面孔以及倒角、擴(kuò)孔、車(chē)槽、鉸孔等工序。
當(dāng)擴(kuò)孔端面孔及車(chē)槽時(shí),夾具能自動(dòng)(逆時(shí)針)回轉(zhuǎn)180度,以完成兩端面的任務(wù),機(jī)床每自動(dòng)循環(huán)一次做完一個(gè)工件時(shí),工件能自動(dòng)(逆時(shí)針)回轉(zhuǎn)45度,將加工的工件送到操作工位以便裝卸工件。
刀具為液壓無(wú)級(jí)每一個(gè)元件加工時(shí),在2~5分鐘財(cái)任意調(diào)整,機(jī)床動(dòng)作全部用電氣液壓控制,操作者只需按電鈕,即可進(jìn)行手動(dòng)操作和自動(dòng)循環(huán)工作。
第三章 液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
3.1 負(fù)載分析:
由切削原理課程可知:高速鋼外頭鑄鐵孔時(shí)的軸向力切削力Ft(以N計(jì))與鉆頭直徑D,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s(以mm/r計(jì))和鑄件硬度HB之間的經(jīng)驗(yàn)。
算式為:
Ft=25.5Ds0.8(HB)0.6 ?。?-1)
則
Ft=25.5×13.4×0.30.8×2000.6
算得:
Ft=3203.14
(查〈機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)〉第二版 高等教育出版社 吳宗澤 主編 P2)
查得:
灰鑄鐵的[質(zhì)量]密度是7.0 ()=7.0×103kg/m3
則
G=ρ×g×v
算得:
G=7.0×103×110×10-3×72×10-3×9.8
=38.1N
設(shè)該工作部件的總重量為6000N
則
Fm=
算得:
Fm=357.1
加工Φ13.7的孔一個(gè),刀具材料為高速鋼工件材料為鑄件,硬度為200HB,機(jī)床工作部件總重量為G=6000N,快進(jìn)、快退速度V1=V3=7m/min,快進(jìn)行程長(zhǎng)度l=70mm,工進(jìn)長(zhǎng)度為l2=130mm往復(fù)運(yùn)動(dòng)加速不希望超過(guò)0.2s,動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌其摩擦系數(shù)fs=0.2;動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1,液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。
則 阻力負(fù)載:
靜摩擦阻力:Ffs=0.2×6000=1200N
動(dòng)摩擦阻力:Ffd=0.1×6000=600N
所以
當(dāng)液壓負(fù)啟動(dòng)時(shí)需克服靜摩擦推力就行了,則F=1333.4N
當(dāng)液壓缸加速時(shí)需克服動(dòng)摩擦力和工作部件重量帶的阻力,即 F=1063.5N
快進(jìn)時(shí)只需克服摩擦力 F=666.7N
工進(jìn)時(shí)需克服軸向力和動(dòng)摩擦力 F=4226.7N
表3-1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值
工況
負(fù)載組成
負(fù)載值
推力F/ηm(N)
啟動(dòng)
F=Ffs
1200
1333.4
加速
F=Ffd+Fm
957.1
1063.5
快進(jìn)
F=Ffd
600
666.7
工進(jìn)
F=Ffd+Ft
3804
4226.7
快退
F=Ffd
600
666.7
注:液壓缸的機(jī)械效率取ηm=0.9。
不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上顛覆力矩的作用。
3.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制:
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制速度圖已知數(shù)值V1=V3=7m/min l1=200mm l2=130mm,快退行程l3=l1+l2=200+130=430mm和工進(jìn)速度V2等繪制如圖所示,其中主軸轉(zhuǎn)速及每分進(jìn)給量求出。
即:
V2=n1s1=n2s2=34.078m/min
約取 34.1m/min
則其負(fù)載圖為:
圖3-1 負(fù)載圖
則速度圖為:
圖3-2 液壓速度圖
3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定
由《液壓傳動(dòng)》P178表11-1 執(zhí)行元件形式的選擇得:
運(yùn)動(dòng)形式為:往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和短行程。
采用的執(zhí)行元件形式:活塞缸。
表11-2按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力分為:{
所以:鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等。這里,液壓缸可選用單桿的,這種情況由《液壓傳動(dòng)》第五章得無(wú)桿腔工作面積A應(yīng)用有桿腔工作面積工作。即:活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d0=0.707D的關(guān)系。
在鉆孔時(shí),液壓缸回路必須具有背壓P2=2~5×105Pa(回油路有背壓閥或調(diào)速系統(tǒng):背壓壓力以0.5MPa計(jì)算)
則按GB2348-80將這些直徑圓整成就接近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得:
F1=(P1A1-P2A2)ηm
推出:A=()/(P1-) (3-2)
代入數(shù)據(jù)得:
算得:
A=70.44cm2
則 D=
算得:
D=9.48cm
則d=0.3D
算得:
d=2.8cm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)(第二版)由化學(xué)工業(yè)出版社 P159表11-133得:
D=100mm d=70mm A1=78.54cm2 A2=40.06cm2
活塞桿的計(jì)算:
主要受拉力和壓力作用:(活塞桿材料取45號(hào)鋼 σb=110MPa)
d≥ ?。?-3)
代入數(shù)據(jù)得:
d≥
算得:
d≥0.0686m
因 0.0686m<70mm
驗(yàn)算合格
3.3.1穩(wěn)定性驗(yàn)算:
活塞桿所能承受的負(fù)載FR應(yīng)小于使它保持工作穩(wěn)定的負(fù)載FK、FR的值與活塞材料的性質(zhì)截面形狀、直徑長(zhǎng)度以及安裝方式等因素有關(guān),可按材料力學(xué)中有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算:
即: FR≤FK/nK
(其中nK:安全因素,一般取nK=2~4)
則 FK=FR?nK ?。?-6)
算得: FK=4226.7×2=8453.4
活塞長(zhǎng)度:
L=1.01×d2× ?。?-5)
代入數(shù)據(jù)得:
L=1.01×72×
算得:
L=0.309m
則 J=
算得:
J=0.000001177
則 rK=
代入數(shù)據(jù)算得:
rK=0.00172
所以 =
算得:
=179.73
算得結(jié)果為:42.5
因?yàn)?
則 FK=
算得:FK=1.05×1011(N)
FK/4=
算得結(jié)果為:0.2625×1011>FR
所以,穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果滿(mǎn)足要求
則 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值為
表3-2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值為
工況
負(fù)載
回油腔壓力
進(jìn)油腔壓力
輸入負(fù)載
輸入功率
快進(jìn)
啟動(dòng)
1333.4
P2=0
0.35
加速
1063.5
P2=P1+△P
0.29
恒速
666.7
0.18
27
0.081
工進(jìn)
4226.7
0.8
1.08
0.5
0.009
快退
啟動(dòng)
1333.4
P2=0
0.33
加速
1063.5
0.5
0.28
恒速
666.7
0.17
28
0.079
3.4液壓缸的組成:
通常它主要是由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分組成的。但是根據(jù)工作具體情況的需要,在此次設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)置緩沖裝置都已經(jīng)達(dá)到工作的
3.4.1缸筒和缸蓋的聯(lián)接
如圖所示:
圖3-3 缸筒和缸蓋的聯(lián)接
一般地說(shuō),缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力P<10MPa時(shí)使用無(wú)縫鋼管,這里所用的聯(lián)接形式為半環(huán)連接式,它的缸筒壁部因開(kāi)了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度,為此有時(shí)要加厚缸壁,它容易加和裝折,重量較輕,常用于無(wú)縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。
3.4.2 活塞和活塞桿的聯(lián)接
活塞和活塞桿的聯(lián)接形式有很多,這里所用的聯(lián)接是螺紋式連接,它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝折方便,但在高壓大負(fù)載下需備有螺帽防松裝置?;钊话阌媚湍ヨT鐵制造,活塞桿是采用空心的,用鋼料制造。
螺紋聯(lián)接形式采用類(lèi)似的如圖所示
圖3-4 活塞和活塞桿連接圖
3.4.3 液壓缸的密封:
圖3-5 液壓缸密封圖
通常中用O形密封,它是利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈幔在靜、動(dòng)配
合面之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋這間都能使用。
對(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō),由于它很容易把臟物帶入液壓缸,使油液受污染,使密封件磨損,因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈,并在向著活塞桿外伸的一端。
3.5 液壓系統(tǒng)圖的擬定
3.5.1 液壓回路的選擇
首先選擇調(diào)速回路,由圖可知,這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小,滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低,工作負(fù)載變化小,可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式,為了解決進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式,為了解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速在孔鉆通時(shí)的滑臺(tái)突然前沖現(xiàn)象,回油路上要設(shè)置背壓閥。
快進(jìn)、快退時(shí)工進(jìn)所花的時(shí)間為:
T1= (3-7)
代入數(shù)據(jù):
T1=
算得:
T1=2.32(s) 0.35
0.29
0.18
1.08
0.33
0.28
0.17
進(jìn)油圖
圖3-6 液壓進(jìn)油圖
27
0.5
28
輸入流量圖
圖3-7 液壓流量圖
0.081
0.009
0.079
功率圖
圖3-8 液壓功率圖
T2=
算得:
T2=13.74(s)
則
其速比為:
φ=
代入數(shù)據(jù)算得:
φ=≈2
3.5.2 缸筒厚度
δ= ?。?-8)
查《液壓傳動(dòng)控制》駱簡(jiǎn)文,主編 重慶大學(xué)出版社 P69 (4-12式)
Py=1.25Pn Pn≤16MPa時(shí)
則 δ≥
算得:
δ=3.68mm 取δ=5mm
因本缸屬于中低壓系統(tǒng)它的強(qiáng)度已足夠,不需要進(jìn)行校核
則 缸的外徑為:
100+2×5=110mm
3.5.3 螺栓的計(jì)算
固定螺栓直徑按式計(jì)算:
ds≥ (3-9)
(查《液壓傳動(dòng)》機(jī)械工業(yè)出版社 P25 5-2式)
其中: F為液壓缸負(fù)載 Z為固定螺栓個(gè)數(shù) K為螺栓擰緊系數(shù) 一般K取1.12~1.5
[σ]= σs為材料屈服極限
則
ds=
算得:
ds=20.7mm
查 《液壓傳動(dòng)》北京理工大學(xué)出版社 李壽剛 編 P93
查得:
缸筒材料多用無(wú)縫鋼管,若缸筒上焊有缸底,耳軸等零部件時(shí),缸筒用35號(hào)鋼,并需調(diào)質(zhì)處理,若缸筒上無(wú)焊接零件,則用45鋼調(diào)質(zhì),若缸筒有內(nèi)部油道,常用鑄鋼。
缸筒內(nèi)徑和活塞用配合,表面粗糙度0.4~0.1,缸筒內(nèi)表面研磨,珩磨或滾壓,直徑的圓度不大于直徑公差之半,軸線(xiàn)的直徑線(xiàn)度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm端面對(duì)軸線(xiàn)的垂直度100以上應(yīng)小于0.04mm,缸體內(nèi)孔與螺紋或卡環(huán)的同軸度先差為0.02~0.05mm
活塞材料通常用耐磨鑄鐵,個(gè)別用銅(在外徑上套尼龍66或尼龍101耐磨環(huán))其主要的兩個(gè)問(wèn)題是活塞和缸筒之間的密封以及活塞桿的連接和密封,活塞和活塞桿之的密封多用O形密封圈。
3.5.4 端蓋厚度計(jì)算
(3-10)
前面算得:
De=200mm dH=150mm db=24mm d1=115mm d2=125mm
d=100mm
代入數(shù)據(jù)算得:
h=0.11?
h=0.0061m(即取h=7mm)
平底缸進(jìn)度計(jì)算:
代入數(shù)據(jù)算得:
算得:
h=7.722mm (即取h=8mm)
3.5.5 缸體連接計(jì)算
缸體端部采用螺紋連接進(jìn)其強(qiáng)度計(jì)算為:
螺紋拉應(yīng)力:
?。?-11)
代入數(shù)據(jù)算得:
算得:
螺紋處剪切應(yīng)力計(jì)算:
(3-12)
代入數(shù)據(jù)算得:
算得:
則 ?。?-13)
代入數(shù)據(jù)算得:
算得:
(其中:[σ] 許用應(yīng)力(MPa) ; 缸體材料的屈服極限(MPa);
n為安全系數(shù) n=1.2~2.5; P 液壓最大推力; D缸內(nèi)徑;
K1螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)K1=0.07~2; d0:螺紋直徑; d1:螺紋內(nèi)徑; t:螺距(m);
K:擰緊螺紋系數(shù) K=1.25~1.5.)
缸體法蘭連接的螺紋計(jì)算:
螺栓的強(qiáng)度計(jì)算:
螺紋處的拉應(yīng)力:
(3-14)
代入數(shù)據(jù)算得:
螺紋處的剪切應(yīng)力:
?。?-15)
代入數(shù)據(jù)算得:
算得:
其合成為:
=73.4
缸體焊接計(jì)算:
(3-16)
代入數(shù)據(jù)得:
算得:
因 ≤
則焊接合格
3.5.6液壓回路的選擇:
圖3-9 調(diào)速回路
首先選擇調(diào)速回路,由其前面的工況圖得:這臺(tái)機(jī)床系統(tǒng)的功率大小,滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低。工作負(fù)載變化不大,可采用節(jié)口節(jié)流調(diào)速回路。為解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在鉆孔時(shí)的滑臺(tái),突然前沖現(xiàn)象,回油路上要設(shè)置背壓閥。
?。ㄗⅲ? 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的使用普遍,但由于執(zhí)行元件的回油不受限制,所以不宜用在超越負(fù)載(負(fù)載方向與運(yùn)動(dòng)方向相同)的場(chǎng)合。閥應(yīng)安裝在液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油路上,多用于輕載,低速場(chǎng)合,對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高時(shí),可采用節(jié)流閥對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高時(shí),應(yīng)用調(diào)速閥該回路效率低功率損失大。)
其次是選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路,
系統(tǒng)中采用節(jié)流高速回路后,不管采用什么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接向液壓缸兩腔以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。
圖3-10 換接回路圖
(注: 換接回路的功用是使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)工作循環(huán)中有一種運(yùn)動(dòng)速度換成另一運(yùn)動(dòng)速度。 )
圖示用行程程閥來(lái)實(shí)現(xiàn)快慢速度換接速度回路,當(dāng)換向閥右位和行程閥下位接入回路中時(shí),節(jié)流閥被短路,流入液壓缸左腔的壓力油使活塞快速向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞移動(dòng)到擋塊壓下行程閥的位置時(shí),行程閥關(guān)閥液壓缸右腔的油液必須通過(guò)節(jié)流閥才能流回油箱,活塞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁俟みM(jìn),當(dāng)換向閥在位接入回路時(shí),壓力油經(jīng)單向閥進(jìn)入液壓缸右腔,活塞快速向左返回這種快慢換接過(guò)程比較平穩(wěn),活塞換接點(diǎn)較易控制,缺點(diǎn)是行程閥的安裝位置不能任意布置,管路連接較為復(fù)雜,如將行程閥改用電磁閥,并通過(guò)擋塊下的電氣行程開(kāi)關(guān)操作縱也可實(shí)現(xiàn)上述的快慢)自動(dòng)換接,這樣雖可靈活地布置電磁閥的安裝位置,但換接平穩(wěn)性和慢換接精度沒(méi)有行程閥好!
溢流定壓回路:
(注: 它是通過(guò)改變回路中流量控制元件通流截面積的大小來(lái)控制流入執(zhí)行元件或自動(dòng)執(zhí)行元件流出流量以調(diào)節(jié)真運(yùn)動(dòng)速度,定壓式節(jié)流調(diào)速回路的一般形式都是使用定量泵,并且必須并聯(lián)一個(gè)溢流閥。)
圖3-11 溢流定壓回路圖
卸荷回路:
卸荷回路的功用是在液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)不須頻繁啟閉的情況下,使液壓泵在零壓或很低壓力下運(yùn)轉(zhuǎn),以減少功率損耗,降低系統(tǒng)發(fā)熱,延長(zhǎng)液壓泵和電機(jī)的使用壽命。
把上面所選回路組合在一起,得到的圖為則液壓回路的綜合:
圖3-12 液壓系統(tǒng)圖
表3-3 鉆擴(kuò)鉸動(dòng)作情況表
序號(hào)
動(dòng)作名稱(chēng)
工位代號(hào)
記號(hào)來(lái)源
電磁鐵編號(hào)
1DT
2DT
3DT
3
動(dòng)力頭
快進(jìn)
1K3
+
-
+
4
工進(jìn)
K7
+
-
-
5
快退
K8
-
+
-
6
停止
K10
-
-
-
3.6 液壓元件的選擇
3.6.1選擇液壓泵
液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,它把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的湍流的壓力能,供液壓系統(tǒng)使用。
液壓泵在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力1.08MPa,如取進(jìn)油路上壓力損失為0.8MPa,則流量泵的最大工作壓力為:1.08+0.8=1.88MPa。
供油時(shí)最大輸入流量為28L/min若回路中的泄漏按10%的輸入
流量估計(jì),
則溢流閥的最小穩(wěn)定流量為2.8L/min,而工進(jìn)時(shí)輸入的流量為0.5L/min所
以流量泵的最小規(guī)格為3.3L/min.
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄,最后確定選取CB-B4單級(jí)齒輪
泵主要技術(shù)規(guī)格為:
型號(hào):CB-B4; 工作壓力:25(公斤/平方厘米);轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分
傳動(dòng)功率(千瓦):0.21; 容積效率(ηV)≥0.85; 重量:2.8公斤
生產(chǎn)廠:上海機(jī)床廠
取單級(jí)齒輪的總效率取ηP=0.75 則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為:
(3-17)
代入數(shù)據(jù)算得:
根據(jù)此查閱電機(jī)產(chǎn)品目錄最后選定Y801-2型電動(dòng)機(jī)。
其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為:
額定功率:0.75Kw; 滿(mǎn)載:2825; 額定轉(zhuǎn)矩:2.2; 質(zhì)量:16Kg
同步轉(zhuǎn)速:300r/min; 2極
齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn):
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸小,重量輕,制造方便,價(jià)格低廉,工作可靠,自吸能力強(qiáng)(容許的吸油真空度大),對(duì)油液污染不敏感,維護(hù)容易。它的缺點(diǎn)是一些機(jī)件承受不平衡徑向力,磨損嚴(yán)重,泄漏大,工作壓力的提高受到限制。此外,它的流量脈動(dòng)大,因而壓力脈動(dòng)和噪聲都較大。
3.6.2閥類(lèi)元件及輔助元件
液壓閥的作用
液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液系統(tǒng)中的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的。一個(gè)
形狀相同的閥,可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同,而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量,而方向閥則利用通流的更換控制著湍流的流動(dòng)方向。這就是說(shuō),盡管液壓閥存在著各種各樣的不同的類(lèi)型,它們之間還是保持著一些基本共同之點(diǎn)的。
在結(jié)構(gòu)上,所有的閥都由閥體、閥心(座閥或滑閥)和驅(qū)動(dòng)心動(dòng)的元、部件組成。
在工作原理上,所有閥的開(kāi)口大小,閥進(jìn)、出口間的壓差以及流過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式,僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。
輔助裝置的功用
液壓系統(tǒng)中的輔助裝置,如蓄能器、濾油器、油箱、熱交換器、管件等,對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、工作穩(wěn)定性、工作壽命、溫升等都有直接影響,必須予以重視。其中油箱須根據(jù)系統(tǒng)要求自行設(shè)計(jì),其它輔助裝置則做成標(biāo)準(zhǔn)件,供設(shè)計(jì)時(shí)選用。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類(lèi)元件和輔助元件的實(shí)際流量可選出這些元件的型號(hào)和規(guī)格:
表3-4 液壓元件選擇圖
序號(hào)
元件名稱(chēng)
估計(jì)通過(guò)流量
型號(hào)
規(guī)格
生產(chǎn)廠家
1
單級(jí)齒輪泵
CB-B4
28L/min
上海機(jī)床廠
2
三位四通電磁閥
63
34E-10※
3
二位二通電磁閥(2)
63
22D-63
4
二位二通電磁閥(1)
10
22D-10
5
單向閥1
63
I-63
6
單向閥2
63
I-63
7
單向閥3
25
I-25
8
粗過(guò)濾器
32
XU-B32×100
25Kg/cm2
9
溢流閥
4.5
YF3-E10B
16MPa 10通徑
10
壓力表開(kāi)關(guān)
KF3-E3B
16MPa 3測(cè)點(diǎn)
11
調(diào)速閥
<1(L/min)
AXQF-E10B
16MPa 10通徑
選擇油管
液壓系統(tǒng)中使用的油管種類(lèi)很多,如鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等,須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來(lái)正確選用。
油管的管徑不宜選得過(guò)大,以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大,但也不能選得太小,以免使管內(nèi)液體流速加大,系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,影響正常工作。
在強(qiáng)度保證的情況下,管壁可盡量選得薄些。薄壁易于彎曲,規(guī)格較多,裝接較容易,采用它可減少管系統(tǒng)接頭數(shù)目,有助于解決系統(tǒng)泄漏問(wèn)題。
液壓系統(tǒng)中的泄漏問(wèn)題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上,為此對(duì)管材的選用,接頭形式的確定(包括接頭設(shè)計(jì)、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等),管系的設(shè)計(jì)(包括彎管設(shè)計(jì)、管道支承和支承形式的選取等)以及管道的安裝(包括正確的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、清洗、組裝等)都要仔細(xì),以免影響整個(gè)系統(tǒng)的使用質(zhì)量。
各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定,液壓缸進(jìn)出油管則按輸入排出最大流量計(jì)算,由于液壓泵具體選定之后,液壓缸在各階段進(jìn)出流量已與原來(lái)數(shù)值不同,則需要重新計(jì)算,見(jiàn)表
表3-5 元件選擇后的工作情況表
快進(jìn)
工進(jìn)
快退
輸入流量
0.5
排出流量
運(yùn)動(dòng)速度
根據(jù)這些數(shù)值:當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/min時(shí),按《液壓傳動(dòng)》式(7-8)算得和液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連油管內(nèi)徑分別為:
mm
mm
算得:
d=18.54mm d=9.86mm
這兩根管都按JB827-60選用內(nèi)徑10mm、外徑20的無(wú)縫鋼管
選擇油箱
油箱的功用:
油箱的功用主要是儲(chǔ)存油液,此外還起著散發(fā)油液中的熱量(在周?chē)h(huán)境溫度較較低的情況下是保持油液中熱量)、釋出混 在油液中的氣體、沉淀油液中污物等作用?! ?
油箱容積按《液壓傳動(dòng)》式(7-7)估算,當(dāng)取ξ為4時(shí),求得其容積為:
按GB2876-81規(guī)定取最接近的標(biāo)準(zhǔn)值:
取得:V=125L
3.7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
3.7.1回路壓力損失驗(yàn)算
由于系統(tǒng)的具體管路布置沿未確定,整個(gè)回路的壓力損失無(wú)法估算,僅只閥類(lèi)元件對(duì)壓力損失造成的影響可以看出來(lái),供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時(shí)參考,這里估算從略。
3.7.2 油液溫升驗(yàn)算
工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例很大,所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工時(shí)的情況來(lái)計(jì)算。
工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為:
?。?-18)
代入數(shù)據(jù)得:
P0
則泵的總輸出功率:
代入數(shù)據(jù)得:
=0.744Kw
由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為:
Hi=
代入數(shù)據(jù)算得:
Hi=0.744-0.041=0.703Kw
按《液壓傳動(dòng)》式(11-3)求出油液溫升近似值:
△ T
代入數(shù)據(jù)得:
△ T
=28.1度
溫升沒(méi)有超出允許范圍,液壓系統(tǒng)不設(shè)置冷卻器。
液壓缸緩沖計(jì)算:
Pcmax (3-20)
設(shè)緩沖壓力為Pc=0.8
則代入數(shù)據(jù)算得:
液壓裝置中的控制系統(tǒng)可以是用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng),(液壓開(kāi)關(guān)的控制系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、液壓比例控制系統(tǒng)等),也可以不是(繼電器控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等)。但不管是與不是,它們都必須設(shè)計(jì)得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作用迅速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、可靠、經(jīng)濟(jì)耐用。
第四章 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)主要是涉及機(jī)械加工和液壓傳動(dòng),在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,曾遇到許多問(wèn)題,在老師的指導(dǎo)下和同學(xué)的幫助下最終完成了本次設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)里所學(xué)的知識(shí)綜合大考驗(yàn),查閱資料,以及對(duì)此綜合運(yùn)用把我在大學(xué)里所學(xué)的知識(shí)不斷綜合達(dá)到學(xué)以致用目的,同時(shí)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中正確對(duì)待所遇問(wèn)題,從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題了解整個(gè)過(guò)程,這對(duì)于我們即將走出校門(mén),參加工作有著很大的幫助。
參考文獻(xiàn)
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致謝
本次設(shè)計(jì)是對(duì)我們即將結(jié)束的大學(xué)四年里最后一次設(shè)計(jì),在四年里,我不僅學(xué)習(xí)了本專(zhuān)業(yè)各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程,并且學(xué)有所得,這離不開(kāi)老師和學(xué)校的精心培養(yǎng),和同學(xué)們的幫助,才有我豐富的大學(xué)學(xué)習(xí)、生活環(huán)境,在此次設(shè)計(jì)中,遇到了許多的問(wèn)題,我得到了指導(dǎo)老師耐心的幫助,老師每周都按時(shí)給我們指導(dǎo),對(duì)同學(xué)得謁可親,和老師交流起來(lái)很隨和,這對(duì)設(shè)計(jì)有莫大的幫助,使我們對(duì)此次設(shè)計(jì)充滿(mǎn)了信心,同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)也有了清楚的認(rèn)識(shí)和重視。使我們按時(shí)完成本次設(shè)計(jì)。
同時(shí),也感謝許多的同學(xué)對(duì)我的幫助,有了同學(xué)的幫助使我加快了些設(shè)計(jì)的進(jìn)度,
大學(xué)四年即將過(guò)去,在這四年的時(shí)間里學(xué)校給我留下了十分深刻的印象,在這里有教導(dǎo)我學(xué)習(xí)工作的老師,有關(guān)心互助的同學(xué),有親密無(wú)間的朋友,有我留下汗水后的收獲,也有失敗后留給我的堅(jiān)強(qiáng),有大家共同創(chuàng)造的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境。
在此特別感謝!
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裝配
電磁
閥體
中心
組合
機(jī)床
總體
整體
布置
以及
鉸工位
液壓
系統(tǒng)
設(shè)計(jì)
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裝配圖電磁閥體中心孔組合機(jī)床、機(jī)床總體工位布置和鉆、擴(kuò)、鉸工位液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),裝配,電磁,閥體,中心,組合,機(jī)床,總體,整體,布置,以及,鉸工位,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
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