3748 液压卷花机设计
3748 液压卷花机设计,液压,卷花机,设计
攀枝花学院毕业设计(论文) 摘要I摘 要本次毕业设计题目是液压卷花系统设计。任务限制只能用液压来实现。本人致力于整机系统的设计,即机械结构的设计,液压系统方案的拟定,液压油箱的设计,液压缸的设计,液压站的设计。设计思路是从卷花机的性能和动作要求入手,并以国内的质量和技术性能接近设计要求的卷花机为基础,研究国外的先进机型,开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用 Auto CAD 绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。本液压卷花机的优点是传动平稳,输出力矩大,用模具来实现花形的变化,且同一批形状的一致性好,液压机造型美观。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。广泛应用于铁艺行业中。由该机器生产的各种花形可用在围栏、大门、台、椅、扶梯、窗、招牌、艺术品等制作的地方。关键词 液压卷花机,液压系统,铁艺 攀枝花学院毕业设计(论文) ABSTRACTIIABSTRACTMy 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 flowers 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 flowers 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 flowers machine Modeling is artistic. The system of the volume flowers 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 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 本课题研究的目的意义 .11.2 本课题国内外发展概况及存在的问题 .11.3 本课题解决的主要问题 .22 液压卷花机系统分析与设计 .32.1 设计思想 .32.2 液压卷花机系统分析 .32.2.1 本机设计要求及具体的技术参数 .32.2.2 卷花机的液压系统 .32.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 .33 液压系统的计算 .73.1 弯矩力的计算 .73.1.1 材料力学的角度 .73.1.2 采用类比法 .103.2 齿轮齿条传动设计 .113.3 载荷组成和计算 .133.4 卷花机液压系统设计 .163.4.1 负载分析 .163.4.2 初选液压系统工作压力 .163.4.3 液压缸的类型及安装方式 .163.4.4 液压缸的主要结构尺寸 .163.4.5 压杆稳定性验算 .173.4.6 按最低速度要求验算液压缸尺寸 .183.4.7 计算液压缸所需流量 .183.4.8 绘制液压系统工况图 .193.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图 .213.5 液压系统的计算和选择液压元件 .223.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 .22 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录3.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择 .243.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择 .273.6 液压系统性能验算 .283.6.1 压力损失及调定压力的确定 .283.6.2 系统温升验算 .304 液压缸的设计 .324.1 选择液压缸类型安装方式 .324.2 液压缸的主要性能参数和主要尺寸 .324.3 液压缸的参数计算 .324.3.1 缸筒壁厚的计算 .324.3.2 液压缸活塞行程 .334.3.3 液压缸油口直径计算 .334.3.4 缸底厚度计算 .334.3.5 缸头厚度计算 .344.3.6 最小导向长度的计算 .344.3.7 缸体长度的确定 .344.4 活塞的设计 .354.4.1 活塞的结构形式 .354.4.2 活塞与活塞杆的连接 .354.4.3 活塞的密封 .364.4.4 活塞材料 .394.4.5 活塞尺寸及加工公差 .394.5 活塞杆 .394.6 活塞杆的导向套、密封和防尘 .404.7 液压缸缓冲装置的设计 .414.7.1 间隙缓冲 .414.7.2 阀式缓冲 .414.8 排气阀 .425 液压站的设计 .445.1 确定液压站的结构类型方案 .445.1.1 分散配置型液压装置 .445.1.2 集中配置型液压装置 .445.1.3 确定液压站的方案 .445.2 液压控制装置(液压阀站的集成设计) .44 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录5.2.1 有管集成 .455.2.2 无管集成 .455.2.3 确定液压控制装置 .455.3 液压动力源装置(液压泵站)的设计 .475.3.1 液压泵组布 置方式的确定 .475.3.2 液压油箱的设计 .485.4 液压泵组的结构设计 .545.4.1 液压泵组的布置方式 .545.4.2 液压泵组的连接和安装方式 .545.5 液压站的结构总成 .555.5.1 管路的选择 .555.5.2 电气控制装置的设计与布置 .555.6 液压站总图的设计与绘制 .566 机械结构的设计 .576.1 齿轮齿条传动设计 .576.2 轴的设计 .576.2.1 求输出轴上的功率 P,转速 n 和转矩 T.576.2.2 求作用在齿轮上的力 .576.2.3 初步确定轴的最小直径 .576.2.4 轴的结构设计 .576.3 求轴上载荷 .606.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 .616.5 卷花机的内部结构示意图 .62结 论 .63参 考 文 献 .64致 谢 .65 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录1 绪论1.1 本课题研究的目的意义液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工工艺的机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏,大门,台,椅,扶梯,窗,招牌,艺术品等地方。随着人民生活水平提高,这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面,用液压来实现,能满足用户任意设计的图案,效率高,花形同一性好,体积小,重量轻,功能多,施工方便,劳动强度轻,随着新工艺及新技术的应用,卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛,在铁艺行业中的占有份额正在大幅度攀升。1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题目前,用来制作卷花的设备还非常落后,按动力的来源角度,大体分为四种方式来实现:一、采用手工。该方法一般为小作坊生产,批量不大,生产效率低,但也能满足个性化的需要,因为它可任意改变花形,但劳动强度高。代表型号有北京光大利克经贸有限责任公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。二、采用机械方式来实现。效率有所提高,但制作了的花形的尺寸有限,主要是受动力的限制。噪声大,能耗大,不能完全满足市场需求。代表型号有石家庄安邦机械公司的电动卷花机, AB-DW10A, AB-DW10B; 东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机;宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机。三、采用锻造方式。锻造方式来实现的,材料局限性较大,不能用厚板,也加工不出开关复杂的尾部曲卷,效率不高。代表型号有广州郎亚公司的锻铁液压装置。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在,下面将要介绍。在铁艺行业市场中,它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2:4:3:1;可见,使用机械方式来加工的占了大多数,使用液压的较少。在总结目前国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下,当前卷花机还有着以下的几点不足:1、能耗较大,不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能,仅有 50%左右,因为主要是采用的是机械方式作为动力,热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且,机械方式的噪音较大,对工人及周边的损害也严重,不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限,花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。 4、自动化程度不高,生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录1.3 本课题解决的主要问题设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。采用液压力传动来代替机械传动,并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服,上面所说的不足,并且传动平稳,出力较大,从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多,体积小。采用模具来加工,在需要改变花形时,只需要改变模具的形状即可,扩充了机器的加工范围,且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计(论文)文献综述院 (系): 机电工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 03 级机械二班 学生姓名: 王友 学 号: 200310622031 2007 年 4 月 25 日文献综述:液压卷花机综述1 前言液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工工艺的机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏,大门,台,椅,扶梯,窗,招牌,艺术品等地方。1随着人民生活水平提高,这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面,用液压来实现,能满足用户任意设计的图案,效率高,花形同一性好,体积小,重量轻,功能多,施工方便,劳动强度轻,随着新工艺及新技术的应用,卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛,在铁艺行业中的占有份额正在大幅度攀升。22 卷花机的应用领域卷花机是用在铁艺行业,用来生产铁艺制品的基本单元-C、S、P、E 四种基本花型和5个几何形态(圆o)、(角/)、(曲线)、(螺旋线)和(麻花)。卷花机正是用于加工出这些形状的铁艺制品的机器装备。33 卷花机的发展现状及主要产品介绍目前,用来制作卷花的设备还非常落后,按动力的来源角度,大体分为四种方式来实现:一、采用手工。该方法一般为小作坊生产,批量不大,生产效率低,但也能满足个性化的需要,因为它可任意改变花形,但劳动强度高。二、采用机械方式来实现。效率有所提高,但制作了的花形的尺寸有限,主要是受动力的限制。噪声大,能耗大,不能完全满足市场需求。三、采用锻造方式。锻造方式来实现的,材料局限性较大,不能用厚板,也加工不出开关复杂的尾部曲卷,效率民不高。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在,下面将要介绍。在铁艺行业市场中,它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2:4:3:1;可见,4使用机械方式来加工的占了大多数,使用液压的较少。3.1 手动方式的代表型号有北京光大利克经贸有限责任公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。它是一种手动式铁艺轧花工装设备,其包括机座,该机座的前部安装有固定模座,在该固定模座上安装有固定模具,在机座的后部安装有固定的丝母,丝杠以螺合方式穿过丝母,通过旋转丝杠,可使该丝杠相对丝母作往复运动,在丝杠的前端按照随该丝杠移动而不随丝杠旋转的方式安装有移动模座,在该移动模座上安装有与上述固定模具配合的移动模具,在上述丝杠的后端安装有于持操作部。5 3.2 机械方式代表性的型号有3.2.1 石家庄安邦机械公司的电动弯花机 AB-DW10B6加工能力: 弯花、弯圆弧、折角:扁钢8mm50mm,方钢:25mm25mm,方管:10mm;弯小圆:圆钢:12mm,方钢:12mm12mm;主要特点:1、最大特点为A型机体动力为母机,通过特殊连接件使各机构与A型机动力输出端实现动力联接由此实现了一机多能,可随时升级。2、各另加机构可与弯花机模具盘更换使用,电动弯花机弯花功能不受任何影响。3、使用摆线针轮减速机运转平稳,省力、省工、效率高,加工强度大。4、生产加工的产品尺寸准确,形状规范,一致性好,加工能力大,适于批量生长。它的出现使铁艺制作出现一个飞跃式的革命。该机是以AB-DW10A型电动弯花机为机体,通过电动弯花机主轴传递动力,配置弯圆弧机构、折角机构和弯小圆弹簧机构,构成AB-DW10B全能型电动弯花机。该全能型弯花机除具有A型电动弯花机的全部功能特点外,又通过三个机构,增加了弯弧弯圆、捋直、折角、批量弯小圆的功能。卷曲部份特点分述如下:弯圆弧机构:该机构安装在电动弯花机台面上,通过电动弯花机主轴传递动力,完成圆钢、方钢、扁钢弯圆、弧、捋直的工作过程。该机构的两个主动滚轴由上半轮、下半轮、中间垫片组成,通过变换组合它们的组合位置,可以得到十五种不同的组合尺寸,即可以完成50*10以下各种扁铁、10*10以下各种方钢、10以下各种圆钢的弯曲加工工作。该机构通过控制被动滚轮的压入尺寸大小,可完成不同弧度产品零件的生产加工。该机构完全使用电动弯花机的电器控制系统控制,操作简便,效率高,适用性好。弯小圆(弹簧)机构:该机构安装在电动弯花机上,通过弯花机主轴传递动力,完成方钢、圆钢弯弹簧,剖开得到尺寸一致的批量小圆圈。其操作方法是,将被加工材料装卡在本机构的卡料槽内,开动机器使被加工材料缠绕在轴套的外圆上,形成弹簧,将弹簧切开,断口焊接后磨平即成为所需要的圆形产品。本机构所生产的产品由于已轴套外圆定位,所以弯成的圆尺寸准确、形状规范,一致性好。3.2.2 东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机7 “万能铁艺成形机”是由电动机驱动蜗杆减速器,实现低转速大扭矩输出,在机座上安装有牙嵌式离合器来控制加工件的扭曲变形,通过计数控制器可以自动控制扭曲工件的圈数及角度,来实现工件的变形。当主运动需要垂直时,转动手轮,通过连杆机构,使蜗轮轴由水平方向翻转到垂直方向,以适应不同形状工件的加工需要。该机结构简单,造价低廉,使用方便,利用胎具可以把多种金属型材料加工成麻花形、圆弧形、梅花形等多种形状,它适用于建筑,装修,环境建设等多方面。3.2.3 宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机8一种用于对方钢或扁铁之类的型材进行扭曲加工(铁艺)的电动金属扭曲机,包括固定夹头和扭曲夹头,其特点在于固定夹头的底部与固定在机体上的导轨滑动相联;扭曲夹头与固定夹头相对而固定在一设在机体内的减速机的输出轴上,减速机的输入轴与一固定在机体内的电动机相联,在输入轴上还设有一用来检测其转数的光电偶合检测器,其与一用来控制电动机运转的电控装置内的电子计数器相联。通过电控装置上的按钮可以自动控制工件的扭曲成型,具有节省人力、高效、加工精度高、批量一致性好等优点。3.3、锻造方式的代表型有:广州郎亚公司的锻铁液压装置9 该机械装置,包括机壳、带输出轴的电机、液压传动部分、液压缸、模具,液压传动部分把电机上的动力转化为压力,液压传动部分向液压缸传递动力,液压缸端部有一可伸缩柱塞,柱塞推动两模具挤压锻铁形成所需的弯曲形状。解决了手工工具加工铁艺产品工作效率低,加工的不够规范的问题。弥补了不能对大尺寸的锻铁进行冷弯加工的缺点。弯出的铁艺花型更美观。模具可以更换,适应不同花型的要求。 4 卷花机的发展方向和趋势41多工位卷花机的需求将会大幅度增加。由于加工设备、技术等原因,现在国内多工位卷花机不是很多。多工位卷花机有很多优点:一,多道工序在一台卷花机中不同的工位完成,减少了卷花机的台数,进而减少了设备占用面积;二,减少了设备的中间送料程序和操作人员;三,提高了生产效率;四,减少了投资成本。现在一大型的卷花机生产企业在加工及技术上已经具备了多工位卷花机的设计及生产能力。未来几年内, 国内多工位卷花机将在某些行业具有广泛的应用。42 快速、高速卷花机在批量生产中能成倍地提高效率。如果卷花机的效率能提高一倍,则一条生产线可代替两条生产线, 在用户投资增加不大的情况下一条线即可代替两条线。卷花机的及效率的提高还有很大的潜力, 各制造商应加这方面的研究与开发, 在配合自动上下料装置础上,实现高效率工作。43 在环保、节能方面,今后在卷花机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。这方面要做好以下几点: 减少卷花机的装机功率,减少工作中的能量损失。液压系统中尽量减少溢流、节流,合理设计液压系统。比如一台依靠溢流阀溢流保压的卷花机消耗的能源可能是闭泵保压的卷花机的2倍,依靠蓄能器提高空载速度的系统比快速缸系统浪费能源至少两倍以上。 提高密封质量,减少液压油泄漏对环境的污染。 减少噪声,对大的噪声源进行隔离和封闭。5 总结在总结目前,国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下,我认当前卷花机还有着以下的几点不足:1、能耗较大,不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能,仅有50%左右,4因为主要是采用的是机械方式作为动力,热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且,机械方式的噪音较大,对工人及周边的损害也严重,不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限,花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。7 4、自动化程度不高,生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。经过综合比较,可采用液压力传动来代替机械传动,并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服,上面所说的不足,并且传动平稳,出力较大,从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多,体积小。采用模具来加工,在需要改变花形时,只需要改变模具的形状即可,扩充了机器的加工范围,且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。设计过程也可能遇到以下的问题及解决办法:1、加工件在弯曲过程中力的变化的计算。难以准确计算出来。现在拟采用外端回转的非接触型平面蜗卷弹簧,相关的公式来近似得出。因为该弹簧的弯曲过程与卷化过程相似,在工程上完全可以。2、在卷花过程力是一个变量,在算液压系统的计算,可把它当成一个常量来看待,以最大的转矩来计算。3、模具来实现弯花的机械部份与液压部份的结合。在此采用牙嵌式离合器的原理来使模具与输出动力轴相联接。4、液压系统的设计。查资料就解决。对于该设计我以机械设计手册新版4为主要参考资料,该书的主要内容:液压传动与控制、气压传动与控制、液压传动。在该设计中主要用到:液压传动与控制,液压传动。这本书中,我能够能够选出适合于本系统要求的液压回路,并且能够用这些加路,设计出液压系统图来。再参照机械设计手册单行本液压传动成大先主编的,可进行液压系统的设计。对于设计过程中要进行齿轮齿条设计可参照机械设计手册新版3中的齿轮传动一章来进行计算。模具所需弯曲力的计算主要是参考了,机械设计手册新版2中的第7篇弹簧中的第5章平面蜗卷弹簧,来近似计算,然后用材料力学()中的第五章来针对实际的模具形状来进行验算。机构的设计及其布局还参照了阎晓军等的铁艺制作中的第十七章弯花机及扭花机。参 考 文 献1 徐刚,鲁 洁,黄才元金属板材冲压成形技术与装备的现状与发展锻压装备及控制技术2 2004年机床行业企业主要经济指标分析汇总中国机床工具协会。3 李贵闪,翟华电液比例控制技术在卷花机中的应用 2005,(6)4 阎晓军等.铁艺制作.黑龙江科学技术出版社.5 李运华,史维祥流体动力技术的现状与发展J机床与液压J994(4) 6 田晋跃工程机械液压传动新技术J液压与气动,1996(3)7 ILHYDRAUUC PREES DRIVES PAHNKE ENGINEERING8 中川威雄,阿部帮雄,等著郭青山,杨友志,等译板料液压加工天津科学技术出版社,19829 俞新陆,主编液压机北京:机械工业出版社,l982攀枝花学院本科毕业设计(论文)液压卷花系统设计学生姓名: 王 友 学生学号: 200310622031 院(系): 机电工程学院 年级专业:2003 级机械设计制造及其自动化指导教师: 张勇 讲师 二七年六月 攀枝花学院毕业设计(论文) 摘要I摘 要本次毕业设计题目是液压卷花系统设计。任务限制只能用液压来实现。本人致力于整机系统的设计,即机械结构的设计,液压系统方案的拟定,液压油箱的设计,液压缸的设计,液压站的设计。设计思路是从卷花机的性能和动作要求入手,并以国内的质量和技术性能接近设计要求的卷花机为基础,研究国外的先进机型,开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用 Auto CAD 绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。本液压卷花机的优点是传动平稳,输出力矩大,用模具来实现花形的变化,且同一批形状的一致性好,液压机造型美观。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。广泛应用于铁艺行业中。由该机器生产的各种花形可用在围栏、大门、台、椅、扶梯、窗、招牌、艺术品等制作的地方。关键词 液压卷花机,液压系统,铁艺 攀枝花学院毕业设计(论文) ABSTRACTIIABSTRACTMy 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 flowers 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 flowers 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 flowers machine Modeling is artistic. The system of the volume flowers 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 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 本课题研究的目的意义 .11.2 本课题国内外发展概况及存在的问题 .11.3 本课题解决的主要问题 .22 液压卷花机系统分析与设计 .32.1 设计思想 .32.2 液压卷花机系统分析 .32.2.1 本机设计要求及具体的技术参数 .32.2.2 卷花机的液压系统 .32.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 .33 液压系统的计算 .73.1 弯矩力的计算 .73.1.1 材料力学的角度 .73.1.2 采用类比法 .103.2 齿轮齿条传动设计 .113.3 载荷组成和计算 .133.4 卷花机液压系统设计 .163.4.1 负载分析 .163.4.2 初选液压系统工作压力 .163.4.3 液压缸的类型及安装方式 .163.4.4 液压缸的主要结构尺寸 .163.4.5 压杆稳定性验算 .173.4.6 按最低速度要求验算液压缸尺寸 .183.4.7 计算液压缸所需流量 .183.4.8 绘制液压系统工况图 .193.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图 .213.5 液压系统的计算和选择液压元件 .223.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 .22 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录3.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择 .243.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择 .273.6 液压系统性能验算 .283.6.1 压力损失及调定压力的确定 .283.6.2 系统温升验算 .304 液压缸的设计 .324.1 选择液压缸类型安装方式 .324.2 液压缸的主要性能参数和主要尺寸 .324.3 液压缸的参数计算 .324.3.1 缸筒壁厚的计算 .324.3.2 液压缸活塞行程 .334.3.3 液压缸油口直径计算 .334.3.4 缸底厚度计算 .334.3.5 缸头厚度计算 .344.3.6 最小导向长度的计算 .344.3.7 缸体长度的确定 .344.4 活塞的设计 .354.4.1 活塞的结构形式 .354.4.2 活塞与活塞杆的连接 .354.4.3 活塞的密封 .364.4.4 活塞材料 .394.4.5 活塞尺寸及加工公差 .394.5 活塞杆 .394.6 活塞杆的导向套、密封和防尘 .404.7 液压缸缓冲装置的设计 .414.7.1 间隙缓冲 .414.7.2 阀式缓冲 .414.8 排气阀 .425 液压站的设计 .445.1 确定液压站的结构类型方案 .445.1.1 分散配置型液压装置 .445.1.2 集中配置型液压装置 .445.1.3 确定液压站的方案 .445.2 液压控制装置(液压阀站的集成设计) .44 攀枝花学院毕业设计(论文) 目录5.2.1 有管集成 .455.2.2 无管集成 .455.2.3 确定液压控制装置 .455.3 液压动力源装置(液压泵站)的设计 .475.3.1 液压泵组布 置方式的确定 .475.3.2 液压油箱的设计 .485.4 液压泵组的结构设计 .545.4.1 液压泵组的布置方式 .545.4.2 液压泵组的连接和安装方式 .545.5 液压站的结构总成 .555.5.1 管路的选择 .555.5.2 电气控制装置的设计与布置 .555.6 液压站总图的设计与绘制 .566 机械结构的设计 .576.1 齿轮齿条传动设计 .576.2 轴的设计 .576.2.1 求输出轴上的功率 P,转速 n 和转矩 T.576.2.2 求作用在齿轮上的力 .576.2.3 初步确定轴的最小直径 .576.2.4 轴的结构设计 .576.3 求轴上载荷 .606.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 .616.5 卷花机的内部结构示意图 .62结 论 .63参 考 文 献 .64致 谢 .65 攀枝花学院毕业设计(论文) 1 绪论11 绪论1.1 本课题研究的目的意义液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工工艺的机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏,大门,台,椅,扶梯,窗,招牌,艺术品等地方。随着人民生活水平提高,这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面,用液压来实现,能满足用户任意设计的图案,效率高,花形同一性好,体积小,重量轻,功能多,施工方便,劳动强度轻,随着新工艺及新技术的应用,卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛,在铁艺行业中的占有份额正在大幅度攀升。1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题目前,用来制作卷花的设备还非常落后,按动力的来源角度,大体分为四种方式来实现:一、采用手工。该方法一般为小作坊生产,批量不大,生产效率低,但也能满足个性化的需要,因为它可任意改变花形,但劳动强度高。代表型号有北京光大利克经贸有限责任公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。二、采用机械方式来实现。效率有所提高,但制作了的花形的尺寸有限,主要是受动力的限制。噪声大,能耗大,不能完全满足市场需求。代表型号有石家庄安邦机械公司的电动卷花机, AB-DW10A, AB-DW10B; 东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机;宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机。三、采用锻造方式。锻造方式来实现的,材料局限性较大,不能用厚板,也加工不出开关复杂的尾部曲卷,效率不高。代表型号有广州郎亚公司的锻铁液压装置。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在,下面将要介绍。在铁艺行业市场中,它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2:4:3:1;可见,使用机械方式来加工的占了大多数,使用液压的较少。在总结目前国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下,当前卷花机还有着以下的几点不足:1、能耗较大,不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能,仅有 50%左右,因为主要是采用的是机械方式作为动力,热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且,机械方式的噪音较大,对工人及周边的损害也严重,不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限,花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。 4、自动化程度不高,生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。 攀枝花学院毕业设计(论文) 1 绪论21.3 本课题解决的主要问题设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。采用液压力传动来代替机械传动,并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服,上面所说的不足,并且传动平稳,出力较大,从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多,体积小。采用模具来加工,在需要改变花形时,只需要改变模具的形状即可,扩充了机器的加工范围,且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。 攀枝花学院毕业设计(论文) 2 液压卷花机系统分析与设计32 液压卷花机系统分析与设计2.1 设计思想本课题是以机器使用功能多样、经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、结构简单、可维修性好为设计思想。2.2 液压卷花机系统分析2.2.1 本机设计要求及具体的技术参数在现有的机械卷花机系统的基础上进行改造。根据机械卷花的原理,设计相应的液压系统来代替机械卷花系统。实现液压自动化、效率高、多花形、经济实用的要求。目前市场上常用的加工件的最大加工规格及其种类为:扁钢 30X10;方钢16X16;圆钢 。本设计中的卷花机也要求能加工出它们。卷花时最小花形是16F标准弧中的 61035 的上半部,最大的花形是标准弧中的 6110 下半部份(来自资料5) 。加工出的花形的最大旋转圈数为 2 圈。考虑到铁艺行业中用来制作各种花形的材料,常用普通碳素钢中的甲类钢,A0,A1,A2,A3A7。它们有良好的塑性,韧性,故广泛用于铁艺行业中。在本设计中选 A5 计算。查资料7P303 附录 B 常用材料的力学性能:旧牌号 A5 对应 Q275,其中 ,275saMPd=49063baPd=2.2.2 卷花机的液压系统卷花机是把一定长度的工件(棒料、方钢、扁铁) ,通过压力作用,使之弯曲曲服,从而实现所需的花形。通过分析机械卷花机,当用液来压来代替时.需要实现主轴的旋转运动。即用液压能来驱动输出主轴进行旋转。2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用用液压能够实现旋转运动的有很多种方式,其中有:1.液压缸加齿轮齿条;2.齿轮缸;3.液压马达;4.摆动缸等,都是能够实现旋转运动的方式。第四种即摆动缸,当它通入压力油后,通常主轴只能输出小于 360 度的摆运动,常用于工夹具夹紧装置、养料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。在此它并不适合。第二种即齿轮缸,它在市场上比较少见,生产厂家比较少。并不常用。在此排除。在此着重比较用第一种,和第三种。因为这两种在工程上用的比较多,市场上标准系列产品,且实现起来相对容易些。用液压马达与液压缸加齿轮齿条方案的比较: 攀枝花学院毕业设计(论文) 2 液压卷花机系统分析与设计4从执行元件性能方面来比较用液压马达来实现,它的所能输出转矩较小,起始负载转矩也不能太大。且有泄漏;液压缸能输出较大的推力(通过改变活塞的有效面积来实现) ,无泄漏,效率高于液压马达,无噪声。液压缸优于液压马达。从经济性方面比较一般来说,液压马达的价格比液压缸的高,但它的寿命不如液压缸长,且液压马达的可维修性不如液压缸,使用成本也较高。 从空间的占用方面比较液压缸的占用的空间较液压马达的小,液压马达可选用双速马达,分别实现工进与快退。从整体系统性能方面比较初步拟定两种方式的液压系统图,对比分析它们的优缺点。用液压马达来实现的系统图如下: 攀枝花学院毕业设计(论文) 2 液压卷花机系统分析与设计5图 2.1 卷花机系统原理图 1用液压缸来实现的系统图如下:图 2.2 卷花机系统原理图 2 攀枝花学院毕业设计(论文) 2 液压卷花机系统分析与设计6从上面两个图中可以看,原理图 1 中的 11 是双速马达,通过 12 来改变速度,系统控制比较简单,速度已定,不可调,能够实现自动控制;原理图 2 是通过节流阀 5 来实现速度的变化;原理图 1 用的元件除液压马达外比原理图 2 的便宜,大多数为普通元件;原理图 1 的系统可靠性不如 2,它的速度控制是通过液压缸来控制,不如 2 中用直接控制方式。综上,选原理图 2,即用液压缸来实现,较优为合理。机械方面在此采用模具来弯曲工件,弯制出所需的花形。模具的形状与所需的花形一致。当卷花机的动力头带动模具旋转时,工件则缠绕在模具上,并在上面产生塑性变形,即可制出所需要的花形。当加工圆钢和方钢在加工前要将夹紧的一端头部需压制为鱼尾状,头部厚度就小于 10mm,这是为了便于把加工件放入模具的槽内。并在模具的插口内安装一对偏心轮,作用是防止在弯制的过程中工件脱出来。要实现上述模具的旋转,必然有一个带动其转动的主轴。这就是卷花机的动力头,用来输出转矩。因控制系统已选用上述的原理图 2,用液压缸作为动力输出。那么这之间还缺少一个机构,它的作用是能够把直线运动,转换向旋转运动。经过分析,本设计中采用齿轮齿条来实现直线运动转换为旋转运动。在此,为了简化结构,把齿条和液压缸筒融为一体,即把齿条用螺钉固定在缸筒上,缸筒采用铸造的形式(要铸造出承受力的凸台) 。在弯制工件时,导轨和凸台相接触,由导轨来承受垂直于齿条的力(由齿轮传来) 。导轨采用双矩形导轨,该导轨结构简单,易制造和承载能力大,安装调整方便.缺点是导轨面磨损后不能自动补偿。但在该机器中轨导面的磨损对加工精度和过程 影响不大,可忽略不计。 攀枝花学院毕业设计(论文) 2 液压卷花机系统分析与设计7 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算73 液压系统的计算要进行液压系统计算,先应计算要把工件弯曲成所需的形状需要多大的力,即卷花机的动力头应该输出多大的转矩,这对后面计算与设计有着重要的意义。这也是决定卷花机功率的依据。但卷花机在卷制工件的过程是一个较为复杂的过程,在这个过程中,主要是工件的塑性变形,还有摩擦,弹性恢复,并且在每一个接触点处的力(工件产生塑性变形所需要的力)是不同的。如果要把这个过程的力分析清楚,每个接触点处的力计算出来,这是不可能的,在本设计中也是没有意义的。为了简化计算,在此只进行粗略估算,并留下一定的余量。估算出一个在整个卷花过程中的最大转矩,然后以这个最大转矩作为卷花机的动力计算依据,使卷花机输出这个最大的恒定转矩,那么应能满足最大规格以下的工件弯制。做这样的简化,在这种类型的机械上是可行的,工程是也是允许的。3.1 弯矩力的计算本设计的卷花机的三种规格的工件中,通过比较分析,卷制 16X16 的方钢时,所需的转矩是最大的,固以下的转矩 T 的计算均以它作为工件加工来计算。在此,通过三种不同的角度来初步估算卷花机所需的弯矩。工件在加工过程中,与模具的相对位置如下图所示:图 3.1 加工示意图3.1.1 材料力学的角度工件在弯曲变形的过程也就是工件产生塑性变性的过程,利用材料力学公被加工的工件模具与动力头相连的方形槽转矩 T有挡块 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算8式, ,即要想工具变形,模具对工件产生的最大应力 大于工件本身的屈sd d服应力 。s经分析,一方面,弯曲得越厉害,所需要的力也就越大。另一方面,用模具来弯制工件时,在弯制到末位时,工件受力点与主轴轴心的直线距离是最大的距离,有可能存在着最大的力臂。所以,按照此方法来算转矩,可通两个极限位置来定-开始弯曲时的起始点、弯制到末位时的终点,取这两个位置分别用应力计算公式来算,得出的最大力作为计算卷花机主轴的依据。弯制时,最大正应力设为 ,由7P143 : maxd式(3.1)azMW=而矩形截面的抗弯截面系数为: 式(3.2)26Zbh不管是在弯制起时点,还是终了位置。其受力分析的方法是一样的,分析过程如下:先求弯曲时的最大弯矩 :maxM在弯曲时的受力情况可等价为悬臂梁: 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算9图 3.2 受力图由上面的图可知,在截面 A 处是最大弯矩的点,由材料力学可知: 式(3.3)maxMFL=代(3.2) (3.3)入(3.1) ,有:式(3.4)ax26bhd要使工件弯曲成型,需要求 即: ,推出:maxs2sFLd式(3.5)26sbh即工作所受的力达到 时,工作就发生塑性变形。 2sLd则:此时,主轴上所需要的转矩:T= 式(3.6)FaAa-为模具与工件作用点处的力臂 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算10代(3-5 )入(3-6 ) , 推出:T= 式(3.7)26sbhaLd本设计中,上面公式(3-7)中的相关变量。在加工起始点设为 a1,终点 a2 经测量:; 12,9a=1296,4L=故可得:起始点的主轴转矩: =60310.750.TNMA加工终了时的主轴转矩:3621.9213.4=综上: ,应该用 作为计算主轴转矩的依据。21T2T3.1.2 采用类比法找相同或相近的机器。在此参照广州郎亚公司的机械卷花机,其参数见下表。表 3.1 朗亚牌弯花机的主要技术参数最大加工规格30X10 扁钢16X16 方钢16 圆棒主轴转速 15r/min电动机性能 220V380v,50HZ1400r/min,2.2KW外形尺寸 850X80X820净重 220kg由上表作如下的分析:输入总功率 ,传入机器后,分成两部份,一方面,由主轴输出2.PKW=总有用功 ,另一方面,损失功率 ,主要作为热量消耗。在这里,假950Tn出 P损设 =0,即,假设输入的所有功率都作为有用功率输出。损, 即,2.PK=出 总 152.90T=转矩 14067TNMA在此根据前面确定的主轴转矩取主轴转矩 T=2000 ,即把它作为卷花机NMA要输出的转矩。在这下面的章节中,将把前面算得的动力转矩 T,转化为液压缸的的推力。 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算113.2 齿轮齿条传动设计齿轮齿条的设计参数与要求先进行所需要的齿轮齿条传动设计,其要求如下:由工作要求知:轴输出功率 2015/min3.14959TnNMrPKWKW=A设计齿轮转速 ,工作寿命 15 年(设每年工作 300 天) ,两班制,1/mir卷花机工作平稳,单向受力弯制工件,反向时齿轮无外负载(不考虑) 。选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数。1)选直齿轮圆柱齿轮传动。传动方案如下图:2)卷花机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。 (GB10095-88 )3)材料选择。资料8表 10-1 选择齿轮材料为 40 (调质) ,硬度为rC280HBS,齿条材料的选择 45 钢(调质) ,硬度为 240HBS,二者材料硬度差为 40HBS。4)根据齿数初步选择原则、卷花机的安装位置要求及相类似机构的比较。在此,初步确定此卷花机齿轮齿数为 Z=30。按齿根弯曲强度计算模数本设计中的卷花机为一般机器,传动方式选开式传动。传动精度不高,为动力传动。则有只需按弯曲强度来设计即可。由8式(10-5) ,得弯曲强度的设计公式为 :式(3.8)132()FaSdYKTmZs1)确定公式内的各计算数值。由8中图 10-20C 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 ,齿条的弯150FEaMPs=曲疲劳强度极限 ;2380FEaMPs=由8图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 ,卷花机齿轮12.93,.8FNFNK的转速: ,齿轮每转一圈同一齿面啮合次数 ,齿轮工作寿命15/minr 1j=,又因在一个工作循环周期中,加工时速度与返2830720()hLh=回时的速度为 1:2,可知整个寿命中加工的时间为 270480()3hLh则:应力循环次数由8公式 10-13 计算:式(3.9)71601548.1hNnjL= 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算12因为本设计中,卷花机的模具是按转 2 圈来设定的。分析可知,在弯制工件时,齿条在工进阶段,齿轮的一个齿要与齿条接触两次,对齿条而言,则在工进阶段,只有一个齿参加工作。在整个寿命中,齿条的应力循环次数 为:2N77124.302.16N=2)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式(10-12)得:10.935 2.144FNEaKMPSs=22.8 6FEa3)计算载荷系数 K:式(3.10)1.21.35.84AVFab=4)查取齿形系数:由资料8表 10-5 查得: 12.,.FaFaY5)查取应力校正系数:由8表 10-5, 12.65,.73SaSa=6)计算 并加以比较:FaYs;12.5160.2334FaS=2.81730.486FaSYs=比较可知,齿条的数值大。7)设计计算,代值上面的数值入(3.8)式: 3321.8401.48.926mm 就近圆整为标准值 m=5mm;计算几何尺寸因齿轮齿数 Z=30,则:1)齿轮分度圆直径 13051dZ=A2)齿轮中心到齿条基准线距离 H= 0752dxmm+=A计算齿轮宽度: 。取齿轮宽为 B1=150mm,齿条1dbF 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算13宽也为 150mm。因齿轮齿条传动要使齿轮最多转 2 圈,则齿条的工作长度:L=2 取 L=1m。1942.8,dmp=3.3 载荷组成和计算液压缸所需的外负载 F,包括二种类型的力,即 wmF=+是作用在活塞杆上外部载荷;wF是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。m而 ,其中, 是工作载荷; 是导轨的摩擦力; 是由wgfa=+gf aF于速度变化而产生的惯性力。计算上面各个力的大小:计算工作载荷 gF在此,工作载荷就是齿条在运动方向上的推力。齿轮与齿条在啮合过程中,把齿轮对齿条的力分解为两个相互垂直的方向上。齿轮对齿条的力如图 3.3,其中,齿轮切向方向对液压缸的力就是工作载荷,法向方向的力就是使液压缸产生摩擦力的正压力。 齿 轮面 面导 轨 底 座 齿 条液 压 缸 示 意 图(a) 齿轮与齿条在啮合主视图 攀枝花学院毕业设计(论文) 3 液压系统的计算14正向(b)齿轮与齿条啮合俯视图图 3.3 齿轮与齿条啮合液压缸与导轨的接触面 A 产生摩擦力 ;B 面产生摩擦力 ; 为齿fsAF- fsBF-t轮对齿条切向的力;G 为液压缸及齿条的重力; 是齿轮对齿条的法向力;r“正向”是指弯制工件的方向。;3120126.75tTFNd=0an.tan95.rt A由以上分析: .gtF求摩擦力 f工作时齿条运动速度: ,其中, 为齿轮分度圆直径(mm) ;160dpu=1d为齿轮转速( ) 。1n/minr代入值得,工进时的齿条的速度为: 50.78/61msu=根据资料9,本设计中选用的导轨类型为滑动导轨(平导轨) ,铸铁对铸铁的相对运动。启动时为静摩擦力,启动后为动摩擦力。查资料1表 23.4-1,取静摩擦系数为 0.2,动摩擦系数为 0.1
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