3753 液壓折彎機設計

3753 液壓折彎機設計,液壓,折彎,設計 I液壓折彎機設計摘 要折彎機屬于鍛壓機械中的一種，主要作用就是金屬加工行業(yè)。產(chǎn)品廣泛適用于：輕工、航空、船舶、電器、不銹鋼制品、鋼結構建筑及裝潢行業(yè)。液壓傳動系統(tǒng)采用壓力補償型柱塞泵供油，回油節(jié)流調(diào)速，能量利用合理，立式液壓缸設有平衡和鎖緊措施，工作安全可靠；同時以液壓缸作為執(zhí)行元件，夾緊力大，折彎動力也大，系統(tǒng)進行折彎時工作性能好。本次設計主要是通過液壓系統(tǒng)的設計對液壓傳動有了更清楚的認識，對液壓系統(tǒng)的組成，液壓系統(tǒng)的各部零件的作用有了具體深入的子解。在設計過程中，力求結構緊湊，布局合理，制造簡單。關鍵字：液壓；缸筒；活塞桿；導軌；滾珠絲桿 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計IIAbstractThe folding machine belongs to a kind of forging Machinery.lt is a major role in the metal processing industry. Products are widely applied to: light industry, aviation, shipping, metallurgy, instruments, electrical appliances, and stainless steel products, steel structure construction and decoration industries.Hydraulic system uses piston pump of pressure compensation to supply oil, the oil return throttle control, rational use of energy. Vertical hydraulic cylinder uses balance and locking measures, so it works safely and reliability. At the same time hydraulic cylinders as the implementation of components haves great clamping force and shear force. When system shear plats material, its performance is good..This design is mainly through hydraulic system design of hydraulic drive more clear understanding of the hydraulic system, composed of hydraulic systems, and each of the parts have concrete deep understanding. In the design process, it achieves structure compact and layout rational and manufacture simple.Key words: hydraulic；cylinder；The piston rod；guide；The ball screw III目 錄摘要 ...................................................................................................................ⅠAbstract ..............................................................Ⅱ 第 1 章 緒論 ........................................................................................................................11.1 課題背景 ...................................................................................................................11.1.1 折彎機簡介 ..................................................11.1.2 設計內(nèi)容簡介 ................................................21.2 液壓傳動的基本知識 ...............................................................................................21.2.1 液壓系統(tǒng)的組成 ..............................................21.2.2 液壓傳動的概念 ..............................................31.2.3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點 ..............................................4第 2 章 液壓系統(tǒng)設計 ......................................................................................................52.1 機器的電氣部分 ........................................................................................................62.2 電器箱上的電器元件功能 ........................................................................................6第 3 章 系統(tǒng)元件設計 ......................................................................................................73.1 液壓缸的設計 ............................................................................................................83.1.1 液壓折彎機的技術參數(shù)（見表 3.1） ............................83.1.2 負載分析和運動分析 ..........................................83.1.3 液壓缸主要零部件結構，材料與技術要求 ........................93.1.4 確定液壓缸的結構設計，編制工況圖 ...........................113.1.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量計算（見表 3.5） ..........163.2 液壓泵的選擇 ..........................................................................................................183.2.1 液壓泵的性能參數(shù)及計算公式 .................................183.2.2 軸向柱塞泵的工作原理 .......................................203.2.3 軸向柱塞泵的工作要求 .......................................213.2.4 油泵的選擇 .................................................213.3 油箱的設計 .......................................................223.3.1 油箱的基本功能： ...........................................22 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計IV3.3.2 油箱的種類 .................................................223.3.3 油箱的設計要求及結構 .......................................233.3.4 油箱附件 ...................................................243.4 系統(tǒng)其它元件的選用 ...............................................253.4.1 蓄能器的選用 ...............................................253.4.2 電機的選擇 .................................................25第 4 章 XY 方向設計計算 ..............................................................................................274.1 設計任務 ........................................................274.1.1 設計參數(shù) ...................................................274.1.2 方案的分析、比較、論證 .....................................274.2 脈沖當量和傳動比的確定 ..........................................284.2.1 脈沖當量的確定 .............................................284.2.2 傳動比的確定 ...............................................284.2.3 確定步進電機步距角 .........................................284.3 絲杠的選型及計算 ................................................294.3.1 計算絲杠受力 ...............................................294.3.2 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 .................................294.4 導軌的選型及計算 ................................................344.4.1 初選導軌型號 ...............................................344.4.2 計算滾動導軌副的距離額定壽命 .............................34L4.5 步進電機的選擇 ..................................................354.5.1 傳動系統(tǒng)等效轉動慣量計算 ...................................364.5.2 所需轉動力矩計算 ...........................................36結論 .........................................................41致謝 .........................................................42參考文獻 .....................................................43附錄 .........................................................44 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計1第 1 章 緒 論1.1 課題背景1.1.1 折彎機簡介折彎機對折彎金屬板料具有較高的勞動生產(chǎn)率和較高的折彎精度。該機器是采用鋼板連接機構，具有足夠的強度和剛度，液壓傳動保證工作是不至于因板料厚度變化或下模 V 形槽選擇不當而引起的嚴重超載事故。此外本機器工作平穩(wěn)可靠，操作方便，具有點動、單次行程，并能保壓，用戶只須配備各種不同的模具，就能將金屬板料折彎成各種不同形狀的工件，當配備相應的裝備后，還能作沖孔用。機器的主要部件均由鋼板焊接或鍛鋼制造而成，強度高，剛性好，性能可靠。1. 機架由左右立柱、內(nèi)撐擋、油箱等組成框形機架，工作臺座于立柱下部并聯(lián)接。2. 滑塊滑塊由整塊鋼板制成，與左右油缸中的活塞桿連接在一起，兩個并聯(lián)油缸分別固定在左右立柱上，通過液壓驅動使活塞帶動滑塊上下動作，其同步方式為電液伺服同步方式，由數(shù)控系統(tǒng)控制，兩同步的流量可自動調(diào)整，保證了滑塊的同步精度，滑塊位置的檢測由光柵尺實現(xiàn)，滑塊運行時由導軌裝置導向。3. 工作臺加凸機構位于工作臺右側面，由制動電機、蝸桿減速器、螺桿螺母、斜墊塊、拉桿及圓弧塊組成，墊塊左移 40mm 工作臺最大加凸量為 20mm。4. 液壓系統(tǒng)電動機和油泵安裝在油箱上部和內(nèi)部，泵塊安裝在油箱上，兩同步塊安裝在左右兩個油缸頂面。為保證滑塊快速下降時油缸內(nèi)充滿油液，采用沖油閥結構，以提高滑塊行程速度，節(jié)約能源。5. 前托料架、后擋料前托料架由手動調(diào)節(jié)后擋料位置由電機、皮帶、齒輪、擋料架和編碼器完成前后位移，電子計數(shù)器顯示，其最小讀數(shù)為 0.1mm。當前有手動微調(diào)。頂桿能繞軸心轉動，防止工件在折彎時 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計2造成損壞。擋料上網(wǎng)高低由絲桿手動調(diào)節(jié)。6. 模具采用工具鋼經(jīng)鍛造、熱處理、銑削、磨削等加工而成。上模為兩件拼接，下模為整體。借助工作臺前后壓板和螺釘以調(diào)整下模?？趯φ夏６瓿砂辶险蹚?。7. 電氣系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)和電器箱安裝在右立柱上，電器箱上安裝有各種動作按鈕，并裝有電源開關，打開電箱門時，首先要切斷電源，以保護人身安全。1.1.2 設計內(nèi)容簡介本次設計主要涉及板料折彎機的液壓系統(tǒng)。因液壓系統(tǒng)中很多零部件已標準化，所以在設計過程中只對標準件進行選型，沒有進行設計。對于非標準件，像油缸、等進行了設計。在設計油缸的過程中，我參考設計手冊的同時，也有自己的創(chuàng)新。比如。我把活塞的密封件、導向環(huán)、支撐環(huán)放在一起，這樣不但對活塞加工大大簡化，而且可以增加活塞的強度；同時對電機和油泵的放置進行了設計。液壓傳動發(fā)展非常迅速，特別是近年來隨著加工技術的提高，更是為液壓技術的發(fā)展鋪平了道路。雖然國內(nèi)液壓傳動發(fā)展很快，但與國外其他國家相比還是比較落后的。具體表現(xiàn)在，液壓系統(tǒng)承受壓力不高，傳遞介質泄漏等。整體表現(xiàn)為整個液壓系統(tǒng)的性價比明顯低于國外同行。液壓傳動在實現(xiàn)工業(yè)自動化方面與點配合有了很大發(fā)展，所以液壓傳動的發(fā)展前景還是很廣闊的。本次設計力求做到“優(yōu)化設計，綠色設計”。在設計過程中我做到合理有依據(jù)，但又有創(chuàng)新。設計中合理利用材料，盡量降低生產(chǎn)成本。在滿足要求的情況下，我降低了零件的粗糙度要求。本設計主要對油缸和油箱進行了設計，由于知識水平有限、設計經(jīng)驗不足，在設計過程中難免會出現(xiàn)錯誤，希望老師批評指正！1.2 液壓傳動的基本知識1.2.1 液壓系統(tǒng)的組成從不同的角度出發(fā)，可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。1. 按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。2. 按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。3. 按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。4. 按向執(zhí)行元件供油方式的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。全液壓傳動機械性能的優(yōu)劣，主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞，包括所用元件質 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計3量優(yōu)劣，基本回路是否恰當?shù)?。系統(tǒng)性能的好壞，除滿足使用功能要求外，應從液壓系統(tǒng)的效率、功率利用、調(diào)速范圍和微調(diào)特性、振動和噪聲以及系統(tǒng)的安裝和調(diào)試是否方便可靠等方面進行?，F(xiàn)代工程機械幾乎都采用了液壓系統(tǒng)，并且與電子系統(tǒng)、計算機控制技術結合，成為現(xiàn)代工程機械的重要組成部分。一個完整的液壓傳動系統(tǒng)包括五個基本組成部分，即動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質等五部分組成。 1. 動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 2. 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達） 它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。 3. 控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制。 4. 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件{主要包括: 各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式,sae 法蘭）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等}及油箱等，它們同樣十分重要。 5. 工作介質 工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉換。1.2.2 液壓傳動的概念1. 液壓傳動：它是以液壓油為工作介質，通過動力元件（油泵）將原動機的機械能變?yōu)橐簤河偷囊簤耗埽谕ㄟ^控制元件，然后借助執(zhí)行元件（油缸或油馬達）將壓力能轉化為機械能，驅動負載實現(xiàn)直線或回轉運動，且通過對控制元件遙桿操縱和對流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。2. 液壓控制：和液壓傳動一樣，系統(tǒng)中也包括動力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過油液的傳遞功率。二者不同之處是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量（位移、速度、力等機械量）反饋回去與輸出量（可以是變化的也可以是恒定的）進行比較，用比較后的差值來控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構成閉環(huán)回路的液壓傳動系統(tǒng)，也叫液壓隨動系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯控制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計4液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結構，并用電氣裝置進行控制，有較高的控制精度和響應速度，所控制的壓力和流量連續(xù)變化。輸出功率可放大。比例控制是介于上述二者之間的一種控制，所用比例控制閥是通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎上發(fā)展起來的一種新型的電-液控制元件，兼?zhèn)淞松鲜鰞深愒囊恍┨攸c，用于用手調(diào)的通斷式控制不能滿足要求，但也不需要伺服閥對液壓系統(tǒng)那樣嚴格的污染控制要求的場合。1.2.3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點在目前四大類傳動方式（電氣、機械、液壓和電氣）中，沒有一種動力傳動是十全十美的，而液壓傳動具有下述極其明顯的優(yōu)點：1．從結構上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出的功率在四類傳動方式中力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同的功率的情況下液壓傳動裝置的體積小、重量輕、慣性小、結構緊湊、布局靈活。2．從工作性能上看，動作響應快，能夠迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬；，便于電氣控制相配合，以及與 CPU（計算機）的連接，便于實現(xiàn)自動化。3．從使用維護上看，元件的潤滑性好，易實現(xiàn)過載保護與保壓，安全可靠；元件易實現(xiàn)系列化、標準化、通用化。4．所有采用液壓技術的設備安全可靠性好。5．經(jīng)濟：液壓技術的可塑性和可變性強，，可以增強柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對生產(chǎn)程序進行改變和調(diào)整，液壓元件相對來說制造成本也不高，適應性比較強。6．液壓易于微機控制等技術相結合，構成“機-電-液-光”一體化以為成為世界的潮流，便于實現(xiàn)數(shù)字化。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計5第 2 章 液壓系統(tǒng)設計 根據(jù)板料折彎機的使用要求及對加工板料的特殊要求，我們考慮采用液壓傳動作為板料折彎機的主要傳動形式。由機器的特性可知，在機器工作時尚模塊必須有以下幾個動作：快速向下、慢速向下、向下點動、保壓、快速向上。機器工作時，為了節(jié)約能源，在滑塊距被加工工件較遠時，滑塊采用快速向下的動作。這樣不僅節(jié)約能源，而且可以提高勞動生產(chǎn)率；當滑塊距被加工工件很近時（通常為 20-40mm），滑塊的下移速度會明顯降低。此時，主要是因為上模將要接觸工作，為了避免有較大的剛性沖擊其下降速度減小，即為滑塊的慢速向下階段；當上模塊接觸被加工工件時，考慮到加工板料的特殊要求，上模塊必須向下點動的形式來加工工件，以避免板料應力在短時間內(nèi)迅速增大，損壞被加工工件；保壓過程是板料折彎機工作過程不可缺少的。剛剛壓制好的工件會因為應力的存在而有恢復原來形狀的本性，為了保證加工精度，折彎機在壓制過程結束后必須進行保壓過程。一般情況下，加工板料越厚保壓時間越長，反之亦然；當壓制工作全部完成以后，為了節(jié)約能源和提高勞動生產(chǎn)效率，上模塊即滑塊采用快速向上動作，以便下一個工作過程的開始。為滿足以上工作位置的要求，設計液壓系統(tǒng)如 CAD 圖紙：其工作原理為：電動機按泵標注的箭頭方向旋轉，即順時針方向旋轉，帶動軸向柱塞泵將濾清的油液通過吸油管進入閥板和電磁閥回入油箱；10 號閥封閉 14 號油缸下腔油液使滑塊停在任意位置上，此時各電磁閥不工作，油泵輸出的油回入油箱當電磁閥 YV1、YV4 得電，滑塊快速下降，下降速度由 10 號 YV3 閥調(diào)節(jié)并回入油箱，油缸上腔的油由油箱灌滿。當滑塊下降撞倒限位開關時，電磁閥 YV1、YV3、YV4 得電，16 號閥關閉，油泵輸出的油進入油缸，滑塊進入工作速度（慢速）工作行程時間的長短由電氣的行程開關碰頭和可調(diào)節(jié)電位器控制，滑塊慢速下降的速度由 8 號閥調(diào)整。在回程的瞬間要求電磁閥 YV1 失電 2 秒鐘實行泄壓，隨后電磁閥 YV2、YV4 得電，滑塊回程。2、液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)整YV4 下的溢流閥是保證機器的公稱力，不至因過載而損壞機器，液壓系統(tǒng)中壓力可從壓力表中看出，最高工作壓力為 17MPa，使用時不準超過，回程工作壓力 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計610MPa 之內(nèi)，由 13 號溢流閥調(diào)整。2.1 機器的電氣部分本機器采用 380V,50HZ,3PH 交流電源供電，電動機為 Y160L-4，額定功率為15KW，電氣原理圖見 CAD 圖紙，電氣元件清單。2.2 電器箱上的電器元件功能接通電源，電源指示燈亮，即可點動電機，如電機不能起動，電機可能缺相；如不缺相，則按電氣原理圖順序檢查，在點動電機時，必須檢查電機的轉向，電動機的旋向與油泵箭頭方向一致，方可正常運轉，否則將會損壞油泵。機床的操作方法及控制原理本機床上模具的上下運動均由雙踏板腳踏開關 SF 控制，運動的性能由功能選擇開關 2SA 控制，加壓保壓時間由 KT1 旋轉調(diào)節(jié)，上死點由行程開關 SQ（上）控制，加壓的起點由下行程開關 SQ（下）控制（位置可調(diào)）。各種運動性能分述如下：1. 連續(xù)行程（自動循環(huán)）當 2SA 選擇在連續(xù)擋位上 2SA3 時，踏下腳踏開關 SF1 下，KA1 得電并自保，KA3 得電，YV1、YV4 得電，滑塊下行，碰到控制下行位置開關 SQ1 下時，KA3 失電， KA6 得電，YV1、YV3、YV4 得電慢下，同時接通 KT3 進行加壓，延時保壓，保壓終止時，KT3 延時觸頭閉合，接通 KT1，KT1 的瞬時觸點斷開 KA5，使 YV1 失電，油缸卸荷。KT1 經(jīng)過延時觸點斷開，KA4、KA6 斷電（這時如果仍踏住腳踏開關SF1 下滑塊就停止不動）， KA2 得電，YV2、YV4 得電，滑塊上行，碰到上行程開關就止，KA2 斷電，YV2、YV4 失電，滑塊停止，由于 KA1 自鎖，KA3 得電，YV1、YV4 得電，滑塊快下，撞到 SQ1 下時，加壓慢下，保壓卸壓回程，進行第二個循環(huán)、第三個循環(huán)。2. 單次行程當 2SA 選擇在單次位置時，2SA2 通，踏下腳踏開關 SF1 下，KA1 得電，KA3得電，YV1、YV4 得電，滑塊快下，滑塊撞到 SQ1 下時，KA3 失電，KA4、KA5、KA6、得電，YV1、YV3、YV4 得電，滑塊慢下，加壓、保壓，保壓結束 KT3 動作， KT1 得電動作，其瞬時觸點斷開 KA5，使 YV1 失電，油缸卸荷，經(jīng)KT1 延時斷開 KA4、KA6，使 YV1、YV3、YV4 斷電，滑塊停止，松開 SF1 下、KA2 得電，YV2、YV4 得電滑塊回程上行、直到撞到上行程開關 SQ2 上而停止。注意：滑塊在此任意位置放開腳踏開關，SF1 下，滑塊回程至上死點。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計73. 點動行程當 2SA 選擇點動位置時，2SA1 通，踏下腳踏開關 SF1 下，KA1 得電，KA3 得電，YV1、YV4 同時得電，滑塊快下。（滑塊碰到下撞塊時，進入慢下）松開 SF1下，滑塊停止在任何位置上，踏下腳踏開關 2SA（上），KA2 得電，YV2、YV3 得電，滑塊上行，松開 2SA 上，滑塊停止在任何位置上。注意事項：A、機床必須有可靠的接地保護或接零保護。B、下撞塊不得調(diào)得過高，因為在加壓和保壓過程中必須壓住下行程開關本章小結本章完成了折彎機液壓系統(tǒng)電器部分的電器元件選擇以及電路圖的繪制電器箱上的電器元件功能2.3 本章小結本章完成了折彎機液壓系統(tǒng)電器元件的選擇以及電路圖紙的繪制，電器箱和電路圖紙控制原理的說明。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計8第 3 章 系統(tǒng)元件設計3.1 液壓缸的設計3.1.1 液壓折彎機的技術參數(shù)（見表 3.1）3.1.2 負載分析和運動分析折彎機滑塊做上下直線運動，且行程較小，可選單桿雙作用液壓缸液壓缸作執(zhí)行器（取缸的執(zhí)行效率為 ηcm=0.91）表 3.1 折彎機的技術參數(shù)工作臺長度 立柱間距 喉口深度 主電機功率 最大折彎力 滑塊重力 G4000mm 3100mm 400mm 37KW 1.1x10 6N 15000N快速下降的速度 v1慢速加壓的 速度 v2快速上升的速度 v3快速下降的行程 L1慢速加壓的行程 L2快速上升的行程 L323mm/s 20mm/s 53mm/s 180mm 20mm 200mm表 3.2 數(shù)據(jù)計算 -3工況 計算公式外負載/N說明啟動加速11//iFGgvt???　　　176快速下降 等速 ─────0初壓 1max5%eF??88578慢速折彎終壓F =F2e1.1x10 6啟動 22//iGgvt?????15405.2快速回 等 F=G 15000（1）F i1=G/g×△v1/△t=15000/9.81×(23×10-3/0.2)=176N; △v1/△t 為下行平均加速度， m/s；（2）由于忽略滑塊導軌摩擦力，故快速下降等速時外負載為 0；（3）折彎時壓頭上的工作負載可分為兩個階段：初壓階段，負載力緩慢的增加，約達到最大折彎力的 5%，其行程為 15mm；終壓階段，負載力急劇增加到最大折彎力，上升規(guī)律近似于直線，行程為 5mm；（4)F i2=G/g×△v/△t=15000/9.81×(53×10-3/0.2) =4025.2N; △v/2△t 為回程平均加速度，m/s 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計9速程制動G -F 2i=G- G/g×△ v /△ t14594.8工況持續(xù)時間見表 3.3表 3.3 工況時間工況 計算式 時間/s 說明快速下行 t=l/v 7.82慢速折彎 初壓 t=l/v 0.75終壓 t=l/v 0.25快速上行 t=l/v 3.774折彎時分為兩個階段初壓階段為 15mm 終壓階段為 5mm3.1.3 液壓缸主要零部件結構，材料與技術要求1. 缸筒與端蓋：缸筒與端蓋連接用法蘭形式連接，前端蓋用螺紋連接，后端蓋用焊接連接。2. 缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形；有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。根據(jù)缸筒內(nèi)徑，選用 45 號鋼，抗拉強度 σb=600MPa、屈服強度 σs=355MPa，伸長率為 5%、硬度為 HV 229～197。技術要求：（1）缸筒：①缸筒內(nèi)徑選用 H8、H9 或 H10 配合。內(nèi)徑的表面粗糙度，當活塞密封采用橡膠密封件時，取 Ra0.4～0.1μm ，當采用活塞環(huán)密封時，則取 Ra 為 0.4～0.2μm 而且均須珩磨。②缸筒端面 T 的垂直度公差可選取 7 級精度。③缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度公差可選取 8 級或 9 級精度。④缸筒端部用螺紋連接時，螺紋應選用 6 級精度的細牙螺紋。⑤當液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型或耳軸型時，后端蓋的耳孔 D1 或缸筒耳軸軸徑D2 的中心線，對缸筒內(nèi)孔軸線的垂直度可取 9 級精度。⑥為了防止腐蝕以及其它使用的特殊要求，缸筒內(nèi)表面可鍍鉻，鍍層厚度為30～40μm 鍍后珩磨并拋光。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計10（2）活塞：①活塞的結構主要考慮與缸筒內(nèi)壁的滑動和密封，以及與活塞桿之間的連接和密封?；钊慕Y構形式取決于密封件的形式，密封形式由壓力、速度溫度來決定。②活塞的密封：活塞與缸筒常用的密封有間隙密封，活塞環(huán) O 型密封圈，采用組合密封裝置。活塞與活塞桿之間為間隙密封、配合之間的密封為固定密封，采用 O 型圈密封密封槽開在活塞桿上。③活塞的導向：導向環(huán)（支撐環(huán)）的作用：具有精確的導向作用，并可吸收活塞運動時產(chǎn)生的側向力。帶導向環(huán)的活塞在缸筒內(nèi)為非金屬接觸，摩擦系數(shù)小，無爬行；導向環(huán)能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄漏；軸環(huán)采用耐磨材料，使用壽命長，且具有良好的承載能力。采用組合型導向環(huán)。組合型導向環(huán)是由密封圈、擋圈和導向環(huán)組成，它們安裝在同一溝槽內(nèi)，具有密封、導向雙重作用。④活塞的材料：選用碳素鋼 45 號。⑤技術要求:a.活塞外徑 D 對內(nèi)徑 D1 徑向公差值取 7 級。b.端面 T 對內(nèi)徑 D1 軸線的垂直度公差值按 7 級精度選取。c.活塞 D 的圓柱度公差按 9～11 級精度選取。（3）活塞桿：①活塞桿外端連接形式采用單耳環(huán)形式。②活塞桿的導向、密封和防塵：活塞桿的導向、密封和防塵結構全部在前端蓋內(nèi)，具體結構見液壓缸圖。③活塞桿采用非金屬導向環(huán)，前端蓋用碳素鋼制成，其內(nèi)孔安裝用聚四氟乙烯等非金屬耐磨材料制成的導向環(huán)，為活塞桿導向?；钊麠U與前端蓋為非金屬接觸摩擦阻力小，使用壽命長。導向環(huán)的溝槽加工容易，磨損后更換導向環(huán)也很方便，應用比較普遍。④活塞的密封，以往多采用 O 型密封圈和唇形密封圈。這些密封圈形式由于活塞桿與密封圈之間是干摩擦，摩擦阻力大，磨損快。因此，近年來較多選用組合式密封圈，如方形圈（格來圈）、階梯圈（斯特封）。它們具有摩擦阻力小，啟動時無爬行，較低的泄漏量和耐磨等優(yōu)點。⑤活塞桿的防塵，以往多采用無骨架防塵圈。目前多采用既可以防塵，又可以密封的雙唇型防塵圈。外唇起防塵作用，保證活塞桿表面清潔，內(nèi)唇起密封作用。當活塞桿外伸時，通過主密封圈留在活塞桿表面的油膜，即被防塵圈的內(nèi)唇刮下，這樣， 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計11在主密封圈和防塵圈之間保留一層油膜，起潤滑作用，提高了密封圈的使用壽命。⑥活塞桿的材料：由專業(yè)廠生產(chǎn)的高精度冷拔活塞桿，可直接選用。⑦活塞桿的技術要求：a.活塞桿表面須鍍硬鉻，鍍層厚度為 15～25 微米或 30～50 微米。防腐要求特別高的則要先鍍一層軟鉻或鎳，然后再鍍硬鉻并拋光。b.在惡劣的、腐蝕性極強的工作環(huán)境中，活塞桿噴涂一種名為 Ceramax-1000 陶瓷涂層，在強度、抗腐蝕性和抗磨損等方面，比硬鉻更優(yōu)。c.活塞桿外徑公差取 17～ 19；直線度≤0.02mm/100mm；表面粗糙度Ra≤0.3 ～0.4 微米，對精確度要求更高者，Ra≤0.1～0.2 微米。d.活塞桿外徑 d 的圓柱度公差值，按 8 級精度選取。3.1.4 確定液壓缸的結構設計，編制工況圖①缸筒的計算與驗算預選液壓缸的設計壓力 P1=23Mpa。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸的無桿腔的有效面積max11cFAp??（3.1） 62max10.478.92cFA???液壓缸內(nèi)徑1AD??（3.2）140478.m=247AD???按 GB/T 2438-1993 ，取標準值 D=250mm=250cm式中： D----缸筒內(nèi)徑Fmax---液壓缸受到的最大推力P1-----液壓缸的額定壓力 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計12η cm----液壓缸的執(zhí)行效率②缸筒壁厚 δ 的計算:當 0.08<δ/D<0.3 時 max2.3sP????（3.3）缸筒材料選用 45 號鋼 σb=600Mpa，σ s=355Mpa，伸長率 16%，硬度HRC229～197 ；安全系數(shù)為 5，則 6012MpabPn??Pmax=1.5,P =34.5Mpa則將上式代入式（3.3）得：max34.502.45m2.31bD????????經(jīng)圓整取缸筒壁厚 δ=45mm。 缸筒外徑 D1=D+2δ=0.34m式中：δ----缸筒壁厚D----缸筒內(nèi)徑D1----缸筒外徑Pmax----最高允許壓力σp----缸筒材料的許用壓力σb----缸筒材料的的抗拉強度σs----缸筒材料的屈服強度n----安全系數(shù)③缸筒壁厚的驗算：a.液壓缸的額定壓力 Pn 值應低于一定的極限值，保證工作安全。21()0.35sD???（3.4）式中：D----缸筒內(nèi)徑 D1---缸筒外徑 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計13σs----缸筒材料的屈服強度Pn----液壓缸的額定壓力將 D=0.32m， D1=0.47m， σs-=355Mpa，P n=25Mpa 代入式(3.4)得：2 21()35(045)0.35..nD??????=57.03Mpab.為避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力 Pn 值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍。P ≤（0.35～0.42）P npl（3.5）由 Pn=25Mpa 取 Pn ≤0.4 P pL得：P pl=57.5Mpa 12.3logplsD??=2.3×355×log 25.04=109.0Mpa故彈性變形符合要求。c.為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力 PE 應遠遠大于耐壓試驗壓力P=31.25Mpa PE=2.3σblog D1（3.6）=2.3×600×log 25.034=184.3Mpa式中：D----缸筒內(nèi)徑 D1 ----缸筒外徑Pn----液壓缸額定壓力PT----液壓缸耐壓試驗壓力σb----缸筒材料的抗拉強度 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計14σs----缸筒材料的屈服強度④液壓缸進出油口液壓缸進出口不知在前后端蓋上，采用螺紋連接。根據(jù)國標 GB/T2878-1993 規(guī)定的液壓缸進出油口螺紋尺寸。選用螺紋為M50×2，即 EC 為 M50×2，EF =32mm。螺紋精度為 6H。⑤缸底厚度計算：選用法蘭液壓缸，則缸筒底部為平面，其厚度 δ 可以按照四周嵌住的圓盤強度公式近似計算：δ≥0.433D 0pnP?（3.7） 式中：δ----缸筒的底部厚度D0----缸底內(nèi)徑Pn----液壓缸額定壓力σp----缸筒底部材料的許用應力將 D0=0.28m, Pn=23Mpa, σp=300Mpa 代入式（3.7）可得： 20.4.80.86m1????取缸底壁厚為 δ=0.086m⑥活塞桿直徑計算及穩(wěn)定性驗算：a.活塞桿直徑計算：根據(jù)快速下行與快速上升的速度比確定活塞桿的直徑 d：231vDd??（3.8）式中：D----缸筒內(nèi)徑d----活塞桿直徑v1----快速下降的速度v2----快速上升的速度將：D=250mm ，v 1=23mm/s，v 3=53mm/s 代入式中得 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計1523153.vDd??得：d=0.752 ，=0.752×250=188mm取標準值為 200mmb.活塞桿的強度計算：一般以液壓缸活塞桿端部和缸蓋均為耳環(huán)鉸接安裝方式的情況來考慮 ，而且當活塞全部伸出時，活塞桿端和負載的連接點到液壓缸支撐點間的距離假定為 L 。B由液壓缸實際情況及活塞直徑可知 LB≤10d。主要驗算活塞桿壓縮和拉伸強度，即2sFn???（3.9）式中：d- ---活塞桿直徑F----液壓缸的最大推力σs----材料的屈服強度ns----安全系數(shù)將 d=0.20m， F=106 N ，σ s=355Mpa ，n s= 5 代入上式中則6102.sF????=0.134m≤0.25m 所以符合要求⑦緩沖裝置的選擇采用節(jié)流閥進行節(jié)流的緩沖裝置，其最高緩沖壓力 Pmax 近似計算式為：210maxEeGAPVRSg????????（3.10）式中：A 1----活塞的有效作用面積P1----進油口壓力S1----活塞的緩沖行程 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計16G----所有運動部件的重量g----重力加速度V0----活塞在緩沖行程開始時的速度R----活塞承受的全部載荷（包括重量及液壓缸的摩擦阻力）A----緩沖腔內(nèi)的有效作用面積Pmax 的大小，可通過改變節(jié)流閥的節(jié)流面積來調(diào)定，其值不應超過液壓缸的最大允許壓力 Pmax（1.5P ）n⑧繪制工況圖液壓缸的實際有效面積：2221380.4cm4DA????????2221 513.d??⑨密封件的選擇活塞與缸筒的密封選用組合密封件，詳見圖紙；活塞與活塞桿的密封選用 O 型密封圈，密封圈內(nèi)徑為 148mm，槽開在活塞桿上；活塞桿密封件選用：Y 型橡膠密封圈，由活塞桿直徑為 160mm。選用尺寸詳見《中國機械設計大典》第五分冊《機械控制系統(tǒng)設計》的 538 頁。防塵圈根據(jù)國際 GB/T10708.3-1989 選擇，由活塞桿直徑為 160mm，選用 A 型，具體尺寸見表 3.4：表 3.4 防塵圈尺寸（mm）d D s l基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差200 ±0.5 220 ±0.290 7.5 ±0.15 9.5-0.3003.1.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量計算（見表 3.5）表 3.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量表輸入流量 q工作階段 計算公式 負載 F/N 工作腔壓力 P/Pa /cm ·s31?/L·min快速 啟動P= cm1AF?176 2189.5 1848.8 110.93 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計17下行 恒速 ，q=A v10 0 — —初壓 8.86×10 41.21×10 61607.68 96.46慢速加壓 終壓P= cm1AF?，q=A v10 624.22×10 61607.68→0 96.46→0啟動 15405.2 0.54×10 6— —恒速 15000 0.526×10 1660.225 99.6135快速回程 制動P= cm2F?，q=A v 314594.8 0.512×106— —循環(huán)中各階段的功率計算如下快速下行（啟動）階段 P1=P1q=2189.5×1848.8×10-6=4.05W快速下行（恒速）階段 P1′=0慢速加壓（初壓）階段 P2= P2q=1.21×106×1607.68×10-6=1945.3W慢速加壓（終壓）在形程只有 5mm 持續(xù)時間 t3=0.25s 壓力和流量的變化情況較復雜為此作如下處理壓力由 1.21Mpa 增至 24.22Mpa，其變化規(guī)律近似用一線函數(shù) P（ t） 表示，即 24.131. .29.0405ptt?????（3.11）流量由 1607.68cm /s 減小為零，其變化規(guī)律可近似用一線性函數(shù) q（ t） 表示，3即1607.8.25tq?????????（3.12）式（3.11）、式（3.12），t 為終壓階段持續(xù)時間，取值范圍（ 0～0.417）從而得此階段功率方程:??1607.829.041.25tpqt?????????（3.13） 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計18這是一個開口向下拋物線方程，令 ，可求得極值點 t=0.1184s0tP??以及此處最大功率值為??2max 0.1841607.829.426.10.525tpt W???????????而 t=0.1184s 處的壓力和流量可由式（3.11）（3.12）算得即：P=1.21+92.04 0.1184=12.1Mpa?30.184167. 6.2cm/s=50.78L/in5q?????????快速回程（啟動）階段 P3 =0快速回程（恒速）階段 P3′= P3′×q3=1660.225×99.6135=873.3W快速回程（制動）階段 P3′′=03.2 液壓泵的選擇3.2.1 液壓泵的性能參數(shù)及計算公式（1）液壓泵的壓力① 額定壓力 ps在正常工作條件下，根據(jù)實驗結果推薦的允許連續(xù)運行的最高壓力。額定壓力值與液壓泵的結構形式及其零部件的強度、工作壽命和容積效率有關。② 最高壓力 pmax按實驗標準規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運行的最高壓力，其值主要取決于零件及相對摩擦副的極限強度。③ 工作壓力 p液壓泵出口的實際壓力，其值取決于負載。④ 吸入壓力液壓泵進出口壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力，一般用于吸入告訴衡量。當液壓泵的安裝高度太高或吸油阻力過大時，液壓泵的進口壓力將因低于壓力而導致吸油不充分，而在吸油區(qū)產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結構型式有關。（2） 液壓泵的轉速①額定轉速 n在額定壓下，根據(jù)實驗結果推薦能長時間連續(xù)運行并保持較高運行效率的轉速。②最高轉速 nmax 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計19在額定的壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運行的最高轉速。其值主要與液壓泵的結構形式及自吸能力有關。③ 最低轉速 nmin為保證液壓泵可靠工作或運行效率不致過低所允許的最低轉速。（3） 液壓泵的排量及流量① 排量 V液壓泵主軸轉一周所排出的液體體積。排量的大小僅取決于液壓泵的結構和幾何尺寸，有時又稱為理論排量。② 理論流量 qt不考慮泄漏，液壓泵的單位時間內(nèi)所排出的液體體積（m 3/s）610tnVq???（3.14）式中：n- ---液壓泵轉速（ r/min）V----液壓泵排量（cm 3/r）③實際流量 q實際運行時在不同的壓力下液壓泵所排出的流量。實際流量低于理論流量，其差值 q=qt-q 液壓泵的泄漏量。?④ 額定流量 qs在額定壓力、額定轉速下，液壓泵所排出的實際流量。⑤瞬時理論流量 qtsh由于運動學機理，液壓泵的流量往往具有脈動性，液壓泵某一瞬間所排的理論流量稱為瞬時理論流量。⑥流量不均勻系數(shù) δq在液壓泵的轉速一定時，因流量脈動造成的流量不均勻速度。??maxintshtshqq???????（3.15）（4）液壓泵的功率和效率①輸出功率 P液壓泵的輸出功率（KW ）用其流量 q 和出口壓力 p 或進出口壓力差 △p 表示310p???? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計20（3.16）式中：q- ---液壓泵的實際流量（ m-3/s）△ p----液壓泵的進出口壓力差，通常液壓泵的進口壓力近似為零，因此液壓泵的進出口壓力差可用其出口壓力表示（Pa）②輸出功率 Pp液壓泵的輸出功率即原動機的輸出功率。③總效率 液壓泵的輸出功率和輸入功率之比/pvm?? （3.17）④ 容積效率 ηv在轉速一定的條件下，液壓泵的實際流量與理論流量之比。/1/vtqnV???? （3.18）式中： △ q----液壓泵的泄漏量，在液壓泵的結構式、幾何尺寸確定后，泄漏量 △q 的大小主要取決于泵的出口壓力，與液壓泵的轉速（對定量泵）或排量（對變量泵）無多大關系。因此液壓泵在低速或小排量下工作時，其容積效率將會很低，一致無法正常工作。⑤機械效率 ηm對液壓泵，除容積泄漏損失都歸于機械損失，因此//mvtpq??? （3.19）（5）液壓泵的噪聲液壓泵的噪聲通常用分貝（dB）衡量，液壓泵的噪聲產(chǎn)生的原因包括：流動脈動、液流沖擊、零部件的振動和摩擦以及液壓沖擊等。液壓泵按照泵的工作形勢不同可分為：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵；按照泵的輸出量是否可變可分為定量泵和變量泵。其中柱塞泵又可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。根據(jù)本設計所需壓力和放置油泵的體積，初步選定用軸向柱塞泵。 3.2.2 軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵是柱塞泵線與缸體軸線平行且在缸體孔內(nèi)作往復運動來改變柱塞底部 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計21容積大小實現(xiàn)吸油和壓油的柱塞泵。軸向柱塞泵不僅額定壓力高，而且可以實現(xiàn)多種形式的變量，因此應用極廣在液壓泵中占有及其重要的位置。軸向柱塞泵柱塞實現(xiàn)往復運動的方式分斜盤式和斜軸式。斜盤式利用斜盤對柱塞的約束反力和彈簧力的共同作用使柱塞泵縮回或外伸；斜盤式利用缸體軸線相對泵軸存在一個擺角而被連桿強制的實現(xiàn)柱塞的往復運動。斜盤式軸向栓賽泵又按以下幾種分類方法分類：1. 按泵軸的支承方式分為通軸式和非通軸式。通軸式的泵軸穿過缸體，兩端有軸承支承，此時斜盤位于泵軸的輸入端，因此又稱前置斜盤式。非通軸式的泵軸的輸入端由軸承支承，另一端為花鍵，與缸體內(nèi)花鍵連接，其軸承位于缸體的外圓，此時斜盤處于泵軸的尾端，因此由稱后置斜盤。2.按柱塞球頭與斜盤的接觸方式分為點接觸式和滑稽式。點接觸的接