3753 液压折弯机设计
3753 液压折弯机设计,液压,折弯,设计
I液压折弯机设计摘 要折弯机属于锻压机械中的一种,主要作用就是金属加工行业。产品广泛适用于:轻工、航空、船舶、电器、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。液压传动系统采用压力补偿型柱塞泵供油,回油节流调速,能量利用合理,立式液压缸设有平衡和锁紧措施,工作安全可靠;同时以液压缸作为执行元件,夹紧力大,折弯动力也大,系统进行折弯时工作性能好。本次设计主要是通过液压系统的设计对液压传动有了更清楚的认识,对液压系统的组成,液压系统的各部零件的作用有了具体深入的子解。在设计过程中,力求结构紧凑,布局合理,制造简单。关键字:液压;缸筒;活塞杆;导轨;滚珠丝杆 黑龙江工程学院本科生毕业设计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 录摘要 .Abstract . 第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 折弯机简介 .11.1.2 设计内容简介 .21.2 液压传动的基本知识 .21.2.1 液压系统的组成 .21.2.2 液压传动的概念 .31.2.3 液压系统的优点 .4第 2 章 液压系统设计 .52.1 机器的电气部分 .62.2 电器箱上的电器元件功能 .6第 3 章 系统元件设计 .73.1 液压缸的设计 .83.1.1 液压折弯机的技术参数(见表 3.1) .83.1.2 负载分析和运动分析 .83.1.3 液压缸主要零部件结构,材料与技术要求 .93.1.4 确定液压缸的结构设计,编制工况图 .113.1.5 液压缸的工作循环中各阶段压力和流量计算(见表 3.5) .163.2 液压泵的选择 .183.2.1 液压泵的性能参数及计算公式 .183.2.2 轴向柱塞泵的工作原理 .203.2.3 轴向柱塞泵的工作要求 .213.2.4 油泵的选择 .213.3 油箱的设计 .223.3.1 油箱的基本功能: .22 黑龙江工程学院本科生毕业设计IV3.3.2 油箱的种类 .223.3.3 油箱的设计要求及结构 .233.3.4 油箱附件 .243.4 系统其它元件的选用 .253.4.1 蓄能器的选用 .253.4.2 电机的选择 .25第 4 章 XY 方向设计计算 .274.1 设计任务 .274.1.1 设计参数 .274.1.2 方案的分析、比较、论证 .274.2 脉冲当量和传动比的确定 .284.2.1 脉冲当量的确定 .284.2.2 传动比的确定 .284.2.3 确定步进电机步距角 .284.3 丝杠的选型及计算 .294.3.1 计算丝杠受力 .294.3.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 .294.4 导轨的选型及计算 .344.4.1 初选导轨型号 .344.4.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命 .34L4.5 步进电机的选择 .354.5.1 传动系统等效转动惯量计算 .364.5.2 所需转动力矩计算 .36结论 .41致谢 .42参考文献 .43附录 .44 黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 课题背景1.1.1 折弯机简介折弯机对折弯金属板料具有较高的劳动生产率和较高的折弯精度。该机器是采用钢板连接机构,具有足够的强度和刚度,液压传动保证工作是不至于因板料厚度变化或下模 V 形槽选择不当而引起的严重超载事故。此外本机器工作平稳可靠,操作方便,具有点动、单次行程,并能保压,用户只须配备各种不同的模具,就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件,当配备相应的装备后,还能作冲孔用。机器的主要部件均由钢板焊接或锻钢制造而成,强度高,刚性好,性能可靠。1. 机架由左右立柱、内撑挡、油箱等组成框形机架,工作台座于立柱下部并联接。2. 滑块滑块由整块钢板制成,与左右油缸中的活塞杆连接在一起,两个并联油缸分别固定在左右立柱上,通过液压驱动使活塞带动滑块上下动作,其同步方式为电液伺服同步方式,由数控系统控制,两同步的流量可自动调整,保证了滑块的同步精度,滑块位置的检测由光栅尺实现,滑块运行时由导轨装置导向。3. 工作台加凸机构位于工作台右侧面,由制动电机、蜗杆减速器、螺杆螺母、斜垫块、拉杆及圆弧块组成,垫块左移 40mm 工作台最大加凸量为 20mm。4. 液压系统电动机和油泵安装在油箱上部和内部,泵块安装在油箱上,两同步块安装在左右两个油缸顶面。为保证滑块快速下降时油缸内充满油液,采用冲油阀结构,以提高滑块行程速度,节约能源。5. 前托料架、后挡料前托料架由手动调节后挡料位置由电机、皮带、齿轮、挡料架和编码器完成前后位移,电子计数器显示,其最小读数为 0.1mm。当前有手动微调。顶杆能绕轴心转动,防止工件在折弯时 黑龙江工程学院本科生毕业设计2造成损坏。挡料上网高低由丝杆手动调节。6. 模具采用工具钢经锻造、热处理、铣削、磨削等加工而成。上模为两件拼接,下模为整体。借助工作台前后压板和螺钉以调整下模模口对正上模而完成板料折弯。7. 电气系统由数控系统和电器箱安装在右立柱上,电器箱上安装有各种动作按钮,并装有电源开关,打开电箱门时,首先要切断电源,以保护人身安全。1.1.2 设计内容简介本次设计主要涉及板料折弯机的液压系统。因液压系统中很多零部件已标准化,所以在设计过程中只对标准件进行选型,没有进行设计。对于非标准件,像油缸、等进行了设计。在设计油缸的过程中,我参考设计手册的同时,也有自己的创新。比如。我把活塞的密封件、导向环、支撑环放在一起,这样不但对活塞加工大大简化,而且可以增加活塞的强度;同时对电机和油泵的放置进行了设计。液压传动发展非常迅速,特别是近年来随着加工技术的提高,更是为液压技术的发展铺平了道路。虽然国内液压传动发展很快,但与国外其他国家相比还是比较落后的。具体表现在,液压系统承受压力不高,传递介质泄漏等。整体表现为整个液压系统的性价比明显低于国外同行。液压传动在实现工业自动化方面与点配合有了很大发展,所以液压传动的发展前景还是很广阔的。本次设计力求做到“优化设计,绿色设计”。在设计过程中我做到合理有依据,但又有创新。设计中合理利用材料,尽量降低生产成本。在满足要求的情况下,我降低了零件的粗糙度要求。本设计主要对油缸和油箱进行了设计,由于知识水平有限、设计经验不足,在设计过程中难免会出现错误,希望老师批评指正!1.2 液压传动的基本知识1.2.1 液压系统的组成从不同的角度出发,可以把液压系统分成不同的形式。1. 按油液的循环方式,液压系统可分为开式系统和闭式系统。2. 按系统中液压泵的数目,可分为单泵系统,双泵系统和多泵系统。3. 按所用液压泵形式的不同,可分为定量泵系统和变量泵系统。4. 按向执行元件供油方式的不同,可分为串联系统和并联系统。全液压传动机械性能的优劣,主要取决于液压系统性能的好坏,包括所用元件质 黑龙江工程学院本科生毕业设计3量优劣,基本回路是否恰当等。系统性能的好坏,除满足使用功能要求外,应从液压系统的效率、功率利用、调速范围和微调特性、振动和噪声以及系统的安装和调试是否方便可靠等方面进行。现代工程机械几乎都采用了液压系统,并且与电子系统、计算机控制技术结合,成为现代工程机械的重要组成部分。一个完整的液压传动系统包括五个基本组成部分,即动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1. 动力元件(油泵) 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能;是液压传动中的动力部分。 2. 执行元件(油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中,油缸做直线运动,马达做旋转运动。 3. 控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度,并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4. 辅助元件 除上述三部分以外的其它元件,包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件主要包括: 各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式,sae 法兰)、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等,它们同样十分重要。 5. 工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,它经过油泵和液动机实现能量转换。1.2.2 液压传动的概念1. 液压传动:它是以液压油为工作介质,通过动力元件(油泵)将原动机的机械能变为液压油的液压能,在通过控制元件,然后借助执行元件(油缸或油马达)将压力能转化为机械能,驱动负载实现直线或回转运动,且通过对控制元件遥杆操纵和对流量的调节,调定执行元件的力和速度。2. 液压控制:和液压传动一样,系统中也包括动力元件、控制元件和执行元件,也是通过油液的传递功率。二者不同之处是液压控制具有反馈装置,反馈装置的作用是执行元件的输出量(位移、速度、力等机械量)反馈回去与输出量(可以是变化的也可以是恒定的)进行比较,用比较后的差值来控制系统,使执行元件的输出随输入量的变化而变化或保持恒定。它是一种构成闭环回路的液压传动系统,也叫液压随动系统或液压伺服系统。液压传动系统中用的是通断式或逻辑控制元件,就其控制目的,是保持被调定值的稳定或单纯变换方向,也叫定值和顺序控制元件。 黑龙江工程学院本科生毕业设计4液压控制系统中用的是伺服控制元件,具有反馈结构,并用电气装置进行控制,有较高的控制精度和响应速度,所控制的压力和流量连续变化。输出功率可放大。比例控制是介于上述二者之间的一种控制,所用比例控制阀是通断式控制元件和伺服控制元件的基础上发展起来的一种新型的电-液控制元件,兼备了上述两类元件的一些特点,用于用手调的通断式控制不能满足要求,但也不需要伺服阀对液压系统那样严格的污染控制要求的场合。1.2.3 液压系统的优点在目前四大类传动方式(电气、机械、液压和电气)中,没有一种动力传动是十全十美的,而液压传动具有下述极其明显的优点:1从结构上看,其单位重量的输出功率和单位尺寸输出的功率在四类传动方式中力压群芳的,有很大的力矩惯量比,在传递相同的功率的情况下液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。2从工作性能上看,动作响应快,能够迅速换向和变速,调速范围宽;,便于电气控制相配合,以及与 CPU(计算机)的连接,便于实现自动化。3从使用维护上看,元件的润滑性好,易实现过载保护与保压,安全可靠;元件易实现系列化、标准化、通用化。4所有采用液压技术的设备安全可靠性好。5经济:液压技术的可塑性和可变性强,可以增强柔性生产的柔度,和容易对生产程序进行改变和调整,液压元件相对来说制造成本也不高,适应性比较强。6液压易于微机控制等技术相结合,构成“机-电-液-光”一体化以为成为世界的潮流,便于实现数字化。 黑龙江工程学院本科生毕业设计5第 2 章 液压系统设计 根据板料折弯机的使用要求及对加工板料的特殊要求,我们考虑采用液压传动作为板料折弯机的主要传动形式。由机器的特性可知,在机器工作时尚模块必须有以下几个动作:快速向下、慢速向下、向下点动、保压、快速向上。机器工作时,为了节约能源,在滑块距被加工工件较远时,滑块采用快速向下的动作。这样不仅节约能源,而且可以提高劳动生产率;当滑块距被加工工件很近时(通常为 20-40mm),滑块的下移速度会明显降低。此时,主要是因为上模将要接触工作,为了避免有较大的刚性冲击其下降速度减小,即为滑块的慢速向下阶段;当上模块接触被加工工件时,考虑到加工板料的特殊要求,上模块必须向下点动的形式来加工工件,以避免板料应力在短时间内迅速增大,损坏被加工工件;保压过程是板料折弯机工作过程不可缺少的。刚刚压制好的工件会因为应力的存在而有恢复原来形状的本性,为了保证加工精度,折弯机在压制过程结束后必须进行保压过程。一般情况下,加工板料越厚保压时间越长,反之亦然;当压制工作全部完成以后,为了节约能源和提高劳动生产效率,上模块即滑块采用快速向上动作,以便下一个工作过程的开始。为满足以上工作位置的要求,设计液压系统如 CAD 图纸:其工作原理为:电动机按泵标注的箭头方向旋转,即顺时针方向旋转,带动轴向柱塞泵将滤清的油液通过吸油管进入阀板和电磁阀回入油箱;10 号阀封闭 14 号油缸下腔油液使滑块停在任意位置上,此时各电磁阀不工作,油泵输出的油回入油箱当电磁阀 YV1、YV4 得电,滑块快速下降,下降速度由 10 号 YV3 阀调节并回入油箱,油缸上腔的油由油箱灌满。当滑块下降撞倒限位开关时,电磁阀 YV1、YV3、YV4 得电,16 号阀关闭,油泵输出的油进入油缸,滑块进入工作速度(慢速)工作行程时间的长短由电气的行程开关碰头和可调节电位器控制,滑块慢速下降的速度由 8 号阀调整。在回程的瞬间要求电磁阀 YV1 失电 2 秒钟实行泄压,随后电磁阀 YV2、YV4 得电,滑块回程。2、液压系统的压力调整YV4 下的溢流阀是保证机器的公称力,不至因过载而损坏机器,液压系统中压力可从压力表中看出,最高工作压力为 17MPa,使用时不准超过,回程工作压力 黑龙江工程学院本科生毕业设计610MPa 之内,由 13 号溢流阀调整。2.1 机器的电气部分本机器采用 380V,50HZ,3PH 交流电源供电,电动机为 Y160L-4,额定功率为15KW,电气原理图见 CAD 图纸,电气元件清单。2.2 电器箱上的电器元件功能接通电源,电源指示灯亮,即可点动电机,如电机不能起动,电机可能缺相;如不缺相,则按电气原理图顺序检查,在点动电机时,必须检查电机的转向,电动机的旋向与油泵箭头方向一致,方可正常运转,否则将会损坏油泵。机床的操作方法及控制原理本机床上模具的上下运动均由双踏板脚踏开关 SF 控制,运动的性能由功能选择开关 2SA 控制,加压保压时间由 KT1 旋转调节,上死点由行程开关 SQ(上)控制,加压的起点由下行程开关 SQ(下)控制(位置可调)。各种运动性能分述如下:1. 连续行程(自动循环)当 2SA 选择在连续挡位上 2SA3 时,踏下脚踏开关 SF1 下,KA1 得电并自保,KA3 得电,YV1、YV4 得电,滑块下行,碰到控制下行位置开关 SQ1 下时,KA3 失电, KA6 得电,YV1、YV3、YV4 得电慢下,同时接通 KT3 进行加压,延时保压,保压终止时,KT3 延时触头闭合,接通 KT1,KT1 的瞬时触点断开 KA5,使 YV1 失电,油缸卸荷。KT1 经过延时触点断开,KA4、KA6 断电(这时如果仍踏住脚踏开关SF1 下滑块就停止不动), KA2 得电,YV2、YV4 得电,滑块上行,碰到上行程开关就止,KA2 断电,YV2、YV4 失电,滑块停止,由于 KA1 自锁,KA3 得电,YV1、YV4 得电,滑块快下,撞到 SQ1 下时,加压慢下,保压卸压回程,进行第二个循环、第三个循环。2. 单次行程当 2SA 选择在单次位置时,2SA2 通,踏下脚踏开关 SF1 下,KA1 得电,KA3得电,YV1、YV4 得电,滑块快下,滑块撞到 SQ1 下时,KA3 失电,KA4、KA5、KA6、得电,YV1、YV3、YV4 得电,滑块慢下,加压、保压,保压结束 KT3 动作, KT1 得电动作,其瞬时触点断开 KA5,使 YV1 失电,油缸卸荷,经KT1 延时断开 KA4、KA6,使 YV1、YV3、YV4 断电,滑块停止,松开 SF1 下、KA2 得电,YV2、YV4 得电滑块回程上行、直到撞到上行程开关 SQ2 上而停止。注意:滑块在此任意位置放开脚踏开关,SF1 下,滑块回程至上死点。 黑龙江工程学院本科生毕业设计73. 点动行程当 2SA 选择点动位置时,2SA1 通,踏下脚踏开关 SF1 下,KA1 得电,KA3 得电,YV1、YV4 同时得电,滑块快下。(滑块碰到下撞块时,进入慢下)松开 SF1下,滑块停止在任何位置上,踏下脚踏开关 2SA(上),KA2 得电,YV2、YV3 得电,滑块上行,松开 2SA 上,滑块停止在任何位置上。注意事项:A、机床必须有可靠的接地保护或接零保护。B、下撞块不得调得过高,因为在加压和保压过程中必须压住下行程开关本章小结本章完成了折弯机液压系统电器部分的电器元件选择以及电路图的绘制电器箱上的电器元件功能2.3 本章小结本章完成了折弯机液压系统电器元件的选择以及电路图纸的绘制,电器箱和电路图纸控制原理的说明。 黑龙江工程学院本科生毕业设计8第 3 章 系统元件设计3.1 液压缸的设计3.1.1 液压折弯机的技术参数(见表 3.1)3.1.2 负载分析和运动分析折弯机滑块做上下直线运动,且行程较小,可选单杆双作用液压缸液压缸作执行器(取缸的执行效率为 cm=0.91)表 3.1 折弯机的技术参数工作台长度 立柱间距 喉口深度 主电机功率 最大折弯力 滑块重力 G4000mm 3100mm 400mm 37KW 1.1x10 6N 15000N快速下降的速度 v1慢速加压的 速度 v2快速上升的速度 v3快速下降的行程 L1慢速加压的行程 L2快速上升的行程 L323mm/s 20mm/s 53mm/s 180mm 20mm 200mm表 3.2 数据计算 -3工况 计算公式外负载/N说明启动加速11/iFGgvt176快速下降 等速 0初压 1max5%eF88578慢速折弯终压F =F2e1.1x10 6启动 22/iGgvt15405.2快速回 等 F=G 15000(1)F i1=G/gv1/t=15000/9.81(2310-3/0.2)=176N; v1/t 为下行平均加速度, m/s;(2)由于忽略滑块导轨摩擦力,故快速下降等速时外负载为 0;(3)折弯时压头上的工作负载可分为两个阶段:初压阶段,负载力缓慢的增加,约达到最大折弯力的 5%,其行程为 15mm;终压阶段,负载力急剧增加到最大折弯力,上升规律近似于直线,行程为 5mm;(4)F i2=G/gv/t=15000/9.81(5310-3/0.2) =4025.2N; v/2t 为回程平均加速度,m/s 黑龙江工程学院本科生毕业设计9速程制动G -F 2i=G- G/g v / t14594.8工况持续时间见表 3.3表 3.3 工况时间工况 计算式 时间/s 说明快速下行 t=l/v 7.82慢速折弯 初压 t=l/v 0.75终压 t=l/v 0.25快速上行 t=l/v 3.774折弯时分为两个阶段初压阶段为 15mm 终压阶段为 5mm3.1.3 液压缸主要零部件结构,材料与技术要求1. 缸筒与端盖:缸筒与端盖连接用法兰形式连接,前端盖用螺纹连接,后端盖用焊接连接。2. 缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性,能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形;有足够的刚度,能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。根据缸筒内径,选用 45 号钢,抗拉强度 b=600MPa、屈服强度 s=355MPa,伸长率为 5%、硬度为 HV 229197。技术要求:(1)缸筒:缸筒内径选用 H8、H9 或 H10 配合。内径的表面粗糙度,当活塞密封采用橡胶密封件时,取 Ra0.40.1m ,当采用活塞环密封时,则取 Ra 为 0.40.2m 而且均须珩磨。缸筒端面 T 的垂直度公差可选取 7 级精度。缸筒内径的圆度和圆柱度公差可选取 8 级或 9 级精度。缸筒端部用螺纹连接时,螺纹应选用 6 级精度的细牙螺纹。当液压缸的安装方式为耳环型或耳轴型时,后端盖的耳孔 D1 或缸筒耳轴轴径D2 的中心线,对缸筒内孔轴线的垂直度可取 9 级精度。为了防止腐蚀以及其它使用的特殊要求,缸筒内表面可镀铬,镀层厚度为3040m 镀后珩磨并抛光。 黑龙江工程学院本科生毕业设计10(2)活塞:活塞的结构主要考虑与缸筒内壁的滑动和密封,以及与活塞杆之间的连接和密封。活塞的结构形式取决于密封件的形式,密封形式由压力、速度温度来决定。活塞的密封:活塞与缸筒常用的密封有间隙密封,活塞环 O 型密封圈,采用组合密封装置。活塞与活塞杆之间为间隙密封、配合之间的密封为固定密封,采用 O 型圈密封密封槽开在活塞杆上。活塞的导向:导向环(支撑环)的作用:具有精确的导向作用,并可吸收活塞运动时产生的侧向力。带导向环的活塞在缸筒内为非金属接触,摩擦系数小,无爬行;导向环能改善活塞与缸筒的同轴度,使间隙均匀,减少泄漏;轴环采用耐磨材料,使用寿命长,且具有良好的承载能力。采用组合型导向环。组合型导向环是由密封圈、挡圈和导向环组成,它们安装在同一沟槽内,具有密封、导向双重作用。活塞的材料:选用碳素钢 45 号。技术要求:a.活塞外径 D 对内径 D1 径向公差值取 7 级。b.端面 T 对内径 D1 轴线的垂直度公差值按 7 级精度选取。c.活塞 D 的圆柱度公差按 911 级精度选取。(3)活塞杆:活塞杆外端连接形式采用单耳环形式。活塞杆的导向、密封和防尘:活塞杆的导向、密封和防尘结构全部在前端盖内,具体结构见液压缸图。活塞杆采用非金属导向环,前端盖用碳素钢制成,其内孔安装用聚四氟乙烯等非金属耐磨材料制成的导向环,为活塞杆导向。活塞杆与前端盖为非金属接触摩擦阻力小,使用寿命长。导向环的沟槽加工容易,磨损后更换导向环也很方便,应用比较普遍。活塞的密封,以往多采用 O 型密封圈和唇形密封圈。这些密封圈形式由于活塞杆与密封圈之间是干摩擦,摩擦阻力大,磨损快。因此,近年来较多选用组合式密封圈,如方形圈(格来圈)、阶梯圈(斯特封)。它们具有摩擦阻力小,启动时无爬行,较低的泄漏量和耐磨等优点。活塞杆的防尘,以往多采用无骨架防尘圈。目前多采用既可以防尘,又可以密封的双唇型防尘圈。外唇起防尘作用,保证活塞杆表面清洁,内唇起密封作用。当活塞杆外伸时,通过主密封圈留在活塞杆表面的油膜,即被防尘圈的内唇刮下,这样, 黑龙江工程学院本科生毕业设计11在主密封圈和防尘圈之间保留一层油膜,起润滑作用,提高了密封圈的使用寿命。活塞杆的材料:由专业厂生产的高精度冷拔活塞杆,可直接选用。活塞杆的技术要求:a.活塞杆表面须镀硬铬,镀层厚度为 1525 微米或 3050 微米。防腐要求特别高的则要先镀一层软铬或镍,然后再镀硬铬并抛光。b.在恶劣的、腐蚀性极强的工作环境中,活塞杆喷涂一种名为 Ceramax-1000 陶瓷涂层,在强度、抗腐蚀性和抗磨损等方面,比硬铬更优。c.活塞杆外径公差取 17 19;直线度0.02mm/100mm;表面粗糙度Ra0.3 0.4 微米,对精确度要求更高者,Ra0.10.2 微米。d.活塞杆外径 d 的圆柱度公差值,按 8 级精度选取。3.1.4 确定液压缸的结构设计,编制工况图缸筒的计算与验算预选液压缸的设计压力 P1=23Mpa。将液压缸的无杆腔作为主工作腔,考虑到液压缸下行时滑块自重采用液压方式平衡,则可计算出液压缸的无杆腔的有效面积max11cFAp(3.1) 62max10.478.92cFA液压缸内径1AD(3.2)140478.m=247AD按 GB/T 2438-1993 ,取标准值 D=250mm=250cm式中: D-缸筒内径Fmax-液压缸受到的最大推力P1-液压缸的额定压力 黑龙江工程学院本科生毕业设计12 cm-液压缸的执行效率缸筒壁厚 的计算:当 0.08/D0.3 时 max2.3sP(3.3)缸筒材料选用 45 号钢 b=600Mpa, s=355Mpa,伸长率 16%,硬度HRC229197 ;安全系数为 5,则 6012MpabPnPmax=1.5,P =34.5Mpa则将上式代入式(3.3)得:max34.502.45m2.31bD经圆整取缸筒壁厚 =45mm。 缸筒外径 D1=D+2=0.34m式中:-缸筒壁厚D-缸筒内径D1-缸筒外径Pmax-最高允许压力p-缸筒材料的许用压力b-缸筒材料的的抗拉强度s-缸筒材料的屈服强度n-安全系数缸筒壁厚的验算:a.液压缸的额定压力 Pn 值应低于一定的极限值,保证工作安全。21()0.35sD(3.4)式中:D-缸筒内径 D1-缸筒外径 黑龙江工程学院本科生毕业设计13s-缸筒材料的屈服强度Pn-液压缸的额定压力将 D=0.32m, D1=0.47m, s-=355Mpa,P n=25Mpa 代入式(3.4)得:2 21()35(045)0.35.nD=57.03Mpab.为避免缸筒在工作时发生塑性变形,液压缸的额定压力 Pn 值应与塑性变形压力有一定的比例范围。P (0.350.42)P npl(3.5)由 Pn=25Mpa 取 Pn 0.4 P pL得:P pl=57.5Mpa 12.3logplsD=2.3355log 25.04=109.0Mpa故弹性变形符合要求。c.为确保液压缸的安全使用,缸筒的爆裂压力 PE 应远远大于耐压试验压力P=31.25Mpa PE=2.3blog D1(3.6)=2.3600log 25.034=184.3Mpa式中:D-缸筒内径 D1 -缸筒外径Pn-液压缸额定压力PT-液压缸耐压试验压力b-缸筒材料的抗拉强度 黑龙江工程学院本科生毕业设计14s-缸筒材料的屈服强度液压缸进出油口液压缸进出口不知在前后端盖上,采用螺纹连接。根据国标 GB/T2878-1993 规定的液压缸进出油口螺纹尺寸。选用螺纹为M502,即 EC 为 M502,EF =32mm。螺纹精度为 6H。缸底厚度计算:选用法兰液压缸,则缸筒底部为平面,其厚度 可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算:0.433D 0pnP(3.7) 式中:-缸筒的底部厚度D0-缸底内径Pn-液压缸额定压力p-缸筒底部材料的许用应力将 D0=0.28m, Pn=23Mpa, p=300Mpa 代入式(3.7)可得: 20.4.80.86m1取缸底壁厚为 =0.086m活塞杆直径计算及稳定性验算:a.活塞杆直径计算:根据快速下行与快速上升的速度比确定活塞杆的直径 d:231vDd(3.8)式中:D-缸筒内径d-活塞杆直径v1-快速下降的速度v2-快速上升的速度将:D=250mm ,v 1=23mm/s,v 3=53mm/s 代入式中得 黑龙江工程学院本科生毕业设计1523153.vDd得:d=0.752 ,=0.752250=188mm取标准值为 200mmb.活塞杆的强度计算:一般以液压缸活塞杆端部和缸盖均为耳环铰接安装方式的情况来考虑 ,而且当活塞全部伸出时,活塞杆端和负载的连接点到液压缸支撑点间的距离假定为 L 。B由液压缸实际情况及活塞直径可知 LB10d。主要验算活塞杆压缩和拉伸强度,即2sFn(3.9)式中:d- -活塞杆直径F-液压缸的最大推力s-材料的屈服强度ns-安全系数将 d=0.20m, F=106 N , s=355Mpa ,n s= 5 代入上式中则6102.sF=0.134m0.25m 所以符合要求缓冲装置的选择采用节流阀进行节流的缓冲装置,其最高缓冲压力 Pmax 近似计算式为:210maxEeGAPVRSg(3.10)式中:A 1-活塞的有效作用面积P1-进油口压力S1-活塞的缓冲行程 黑龙江工程学院本科生毕业设计16G-所有运动部件的重量g-重力加速度V0-活塞在缓冲行程开始时的速度R-活塞承受的全部载荷(包括重量及液压缸的摩擦阻力)A-缓冲腔内的有效作用面积Pmax 的大小,可通过改变节流阀的节流面积来调定,其值不应超过液压缸的最大允许压力 Pmax(1.5P )n绘制工况图液压缸的实际有效面积:2221380.4cm4DA2221 513.d密封件的选择活塞与缸筒的密封选用组合密封件,详见图纸;活塞与活塞杆的密封选用 O 型密封圈,密封圈内径为 148mm,槽开在活塞杆上;活塞杆密封件选用:Y 型橡胶密封圈,由活塞杆直径为 160mm。选用尺寸详见中国机械设计大典第五分册机械控制系统设计的 538 页。防尘圈根据国际 GB/T10708.3-1989 选择,由活塞杆直径为 160mm,选用 A 型,具体尺寸见表 3.4:表 3.4 防尘圈尺寸(mm)d D s l基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差200 0.5 220 0.290 7.5 0.15 9.5-0.3003.1.5 液压缸的工作循环中各阶段压力和流量计算(见表 3.5)表 3.5 液压缸的工作循环中各阶段压力和流量表输入流量 q工作阶段 计算公式 负载 F/N 工作腔压力 P/Pa /cm s31/Lmin快速 启动P= cm1AF176 2189.5 1848.8 110.93 黑龙江工程学院本科生毕业设计17下行 恒速 ,q=A v10 0 初压 8.8610 41.2110 61607.68 96.46慢速加压 终压P= cm1AF,q=A v10 624.2210 61607.680 96.460启动 15405.2 0.5410 6 恒速 15000 0.52610 1660.225 99.6135快速回程 制动P= cm2F,q=A v 314594.8 0.512106 循环中各阶段的功率计算如下快速下行(启动)阶段 P1=P1q=2189.51848.810-6=4.05W快速下行(恒速)阶段 P1=0慢速加压(初压)阶段 P2= P2q=1.211061607.6810-6=1945.3W慢速加压(终压)在形程只有 5mm 持续时间 t3=0.25s 压力和流量的变化情况较复杂为此作如下处理压力由 1.21Mpa 增至 24.22Mpa,其变化规律近似用一线函数 P( t) 表示,即 24.131. .29.0405ptt(3.11)流量由 1607.68cm /s 减小为零,其变化规律可近似用一线性函数 q( t) 表示,3即1607.8.25tq(3.12)式(3.11)、式(3.12),t 为终压阶段持续时间,取值范围( 00.417)从而得此阶段功率方程:1607.829.041.25tpqt(3.13) 黑龙江工程学院本科生毕业设计18这是一个开口向下抛物线方程,令 ,可求得极值点 t=0.1184s0tP以及此处最大功率值为2max 0.1841607.829.426.10.525tpt W而 t=0.1184s 处的压力和流量可由式(3.11)(3.12)算得即:P=1.21+92.04 0.1184=12.1Mpa30.184167. 6.2cm/s=50.78L/in5q快速回程(启动)阶段 P3 =0快速回程(恒速)阶段 P3= P3q3=1660.22599.6135=873.3W快速回程(制动)阶段 P3=03.2 液压泵的选择3.2.1 液压泵的性能参数及计算公式(1)液压泵的压力 额定压力 ps在正常工作条件下,根据实验结果推荐的允许连续运行的最高压力。额定压力值与液压泵的结构形式及其零部件的强度、工作寿命和容积效率有关。 最高压力 pmax按实验标准规定超过额定压力而允许短暂运行的最高压力,其值主要取决于零件及相对摩擦副的极限强度。 工作压力 p液压泵出口的实际压力,其值取决于负载。 吸入压力液压泵进出口压力,自吸泵的吸入压力低于大气压力,一般用于吸入告诉衡量。当液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时,液压泵的进口压力将因低于压力而导致吸油不充分,而在吸油区产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构型式有关。(2) 液压泵的转速额定转速 n在额定压下,根据实验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。最高转速 nmax 黑龙江工程学院本科生毕业设计19在额定的压力下,为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速。其值主要与液压泵的结构形式及自吸能力有关。 最低转速 nmin为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速。(3) 液压泵的排量及流量 排量 V液压泵主轴转一周所排出的液体体积。排量的大小仅取决于液压泵的结构和几何尺寸,有时又称为理论排量。 理论流量 qt不考虑泄漏,液压泵的单位时间内所排出的液体体积(m 3/s)610tnVq(3.14)式中:n- -液压泵转速( r/min)V-液压泵排量(cm 3/r)实际流量 q实际运行时在不同的压力下液压泵所排出的流量。实际流量低于理论流量,其差值 q=qt-q 液压泵的泄漏量。 额定流量 qs在额定压力、额定转速下,液压泵所排出的实际流量。瞬时理论流量 qtsh由于运动学机理,液压泵的流量往往具有脉动性,液压泵某一瞬间所排的理论流量称为瞬时理论流量。流量不均匀系数 q在液压泵的转速一定时,因流量脉动造成的流量不均匀速度。maxintshtshqq(3.15)(4)液压泵的功率和效率输出功率 P液压泵的输出功率(KW )用其流量 q 和出口压力 p 或进出口压力差 p 表示310p 黑龙江工程学院本科生毕业设计20(3.16)式中:q- -液压泵的实际流量( m-3/s) p-液压泵的进出口压力差,通常液压泵的进口压力近似为零,因此液压泵的进出口压力差可用其出口压力表示(Pa)输出功率 Pp液压泵的输出功率即原动机的输出功率。总效率 液压泵的输出功率和输入功率之比/pvm (3.17) 容积效率 v在转速一定的条件下,液压泵的实际流量与理论流量之比。/1/vtqnV (3.18)式中: q-液压泵的泄漏量,在液压泵的结构式、几何尺寸确定后,泄漏量 q 的大小主要取决于泵的出口压力,与液压泵的转速(对定量泵)或排量(对变量泵)无多大关系。因此液压泵在低速或小排量下工作时,其容积效率将会很低,一致无法正常工作。机械效率 m对液压泵,除容积泄漏损失都归于机械损失,因此/mvtpq (3.19)(5)液压泵的噪声液压泵的噪声通常用分贝(dB)衡量,液压泵的噪声产生的原因包括:流动脉动、液流冲击、零部件的振动和摩擦以及液压冲击等。液压泵按照泵的工作形势不同可分为:齿轮泵、叶片泵和柱塞泵;按照泵的输出量是否可变可分为定量泵和变量泵。其中柱塞泵又可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。根据本设计所需压力和放置油泵的体积,初步选定用轴向柱塞泵。 3.2.2 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵是柱塞泵线与缸体轴线平行且在缸体孔内作往复运动来改变柱塞底部 黑龙江工程学院本科生毕业设计21容积大小实现吸油和压油的柱塞泵。轴向柱塞泵不仅额定压力高,而且可以实现多种形式的变量,因此应用极广在液压泵中占有及其重要的位置。轴向柱塞泵柱塞实现往复运动的方式分斜盘式和斜轴式。斜盘式利用斜盘对柱塞的约束反力和弹簧力的共同作用使柱塞泵缩回或外伸;斜盘式利用缸体轴线相对泵轴存在一个摆角而被连杆强制的实现柱塞的往复运动。斜盘式轴向栓赛泵又按以下几种分类方法分类:1. 按泵轴的支承方式分为通轴式和非通轴式。通轴式的泵轴穿过缸体,两端有轴承支承,此时斜盘位于泵轴的输入端,因此又称前置斜盘式。非通轴式的泵轴的输入端由轴承支承,另一端为花键,与缸体内花键连接,其轴承位于缸体的外圆,此时斜盘处于泵轴的尾端,因此由称后置斜盘。2.按柱塞球头与斜盘的接触方式分为点接触式和滑稽式。点接触的接
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