機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

武漢理工大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題來源11.2研究的意義及目的11.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4本文的研究?jī)?nèi)容22. 總體結(jié)構(gòu)分析23. 立柱部件設(shè)計(jì)43.1立柱部件總體結(jié)構(gòu)分析43.2立柱結(jié)構(gòu)分析43.2.1立柱應(yīng)滿足的基本要求43.3 絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)63.4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)74 平衡部件設(shè)計(jì)104.1 平衡部件結(jié)構(gòu)分析104.2 液壓缸的設(shè)計(jì)11總結(jié)與體會(huì)19參考文獻(xiàn)20致 謝21摘 要本文是基于對(duì)三峽水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床的研究時(shí)，而引出主要對(duì)其立柱及平衡部件設(shè)計(jì)的研究。開始，對(duì)加工零件及其加工環(huán)境的特殊性進(jìn)行了具體的描述：然后對(duì)這種特殊性要求引出對(duì)機(jī)床的性能及結(jié)構(gòu)的要求：進(jìn)而對(duì)普通搖臂鉆床和要設(shè)計(jì)的專用鉆床進(jìn)行了比較。所得結(jié)果對(duì)于水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔的加工具有重要意義，并且為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制提供一定的參考價(jià)值。論文主要研究了立柱及平衡部件的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)這兩方面的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究，并且對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了認(rèn)真的計(jì)算和校核。研究結(jié)果表明：在立柱上安裝一個(gè)導(dǎo)套，導(dǎo)套中安裝豎直的絲杠，然后利用立柱頂端安裝的電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速箱來使橫臂和主軸箱一起上下移動(dòng)：在空心立柱中安裝液壓缸來作為平衡部件是完全符合要求的。本文的特色在于對(duì)于實(shí)現(xiàn)該類專用鉆床的自主研制具有重大的工程應(yīng)用價(jià)值意義，畢竟國(guó)內(nèi)在大型水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床的研究有待開發(fā)。關(guān)鍵詞：立柱：液壓缸：平衡；移動(dòng)。AbstractThis article is based on the three gorges hydropower installation special drill holes in a pedestal of research, and leads to the pillar and balance the main parts of the design. Begin to processing parts and machining, the special environment of specific description: then the special requirements for the machine performance and structure of the requirements of ordinary radial drilling machine, and then to design and special drill. The results for hydropower station, the processing of a pedestal, and have important significance for the similar product design and development to provide certain reference value. The paper mainly studies the mast and balance parts design, mainly for the two aspects of the structure and properties were studied, and the design calculation, and has carried on the earnest.Research results show that: in the installation of a guide, guide in the installation of the vertical bar, then use the motor installed top post by worm gear and worm reducer to cross arm and spindle box together in the hollow columns move: installation of hydraulic cylinder for balance components is fully meet the requirements.This feature is to realize the self-developed special drill this has great significance to the engineering application value in large-scale hydropower station, domestic special drill holes in a pedestal installation of the research and developmentKeywords: pillar；hydraulic ;balance; movement.II1 緒論1.1 課題來源本課題的來源是三峽水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床的設(shè)計(jì)1.2 研究的意義及目的水電站發(fā)電機(jī)機(jī)座環(huán)由于其尺寸和重量非常大, 并在混凝土澆筑后對(duì)座環(huán)與頂蓋和底環(huán)的聯(lián)接面等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工。為確?；A(chǔ)環(huán)與底環(huán)、頂蓋與座環(huán)的正確、可靠聯(lián)接以及機(jī)組軸線和導(dǎo)葉端面間隙符合設(shè)計(jì)要求, 必須用專用鉆床對(duì)座環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆孔及攻絲。然而長(zhǎng)期以來, 我國(guó)大型水電站加工發(fā)電機(jī)機(jī)座環(huán)螺孔的專用鉆床一直依賴進(jìn)口。因此實(shí)現(xiàn)該類專用鉆床的自主研制具有重大的工程應(yīng)用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景。所以，水電站發(fā)電機(jī)機(jī)座安裝孔專用鉆床立柱及平衡部件設(shè)計(jì)的研究是非常有必要的，當(dāng)然前景也是光明的，也可以為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制提供一定的參考價(jià)值。同時(shí)通過本次設(shè)計(jì)，我們很好的理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉了與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。這樣既讓我們懂得了怎樣把理論聯(lián)系實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 專用鉆床現(xiàn)已廣泛地在我國(guó)紡織機(jī)械、石油機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、航空航天、汽車拖拉機(jī)、橡塑模具以及發(fā)電機(jī)制造、機(jī)床制造等行業(yè)。近年來專用鉆床的發(fā)展速度很快，其中主要發(fā)展方向?yàn)椋恒@削孔徑向小方向延伸，說明技術(shù)含量高，質(zhì)量要求嚴(yán)格； 主軸向多軸發(fā)展,可以同時(shí)加工多件工件，提高加工效率；主軸轉(zhuǎn)速高，應(yīng)用先進(jìn)的電主軸，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精度提高；進(jìn)給速度范圍廣且大，因此專用鉆床這些年來由于先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，水平提高很快。然而長(zhǎng)期以來, 我國(guó)大型水電站加工發(fā)電機(jī)機(jī)座環(huán)螺孔的專用鉆床的自主研發(fā)產(chǎn)品基本處于空白，并且一直依賴進(jìn)口，而歐美國(guó)家在該技術(shù)上發(fā)展較早，并且技術(shù)較成熟。因此，實(shí)現(xiàn)該類專用鉆床的自主研制具有重大的工程應(yīng)用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景，也可以為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制提供一定的參考價(jià)值。1.4 本文的研究?jī)?nèi)容 本文的設(shè)計(jì)題目是水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床立柱及平衡部件設(shè)計(jì)，該專用鉆床的加工工件體積重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)床本身的重量，且工件是固定不動(dòng)的，需要調(diào)整鉆頭的位置來適應(yīng)加工孔位置的要求，應(yīng)此立柱及平衡部件區(qū)別與普通的搖臂鉆床。因此本文的研究?jī)?nèi)容是該專用鉆床的立柱及平衡部件。2. 總體結(jié)構(gòu)分析 我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床的設(shè)計(jì)，本機(jī)床是用于三峽右岸電站12臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)安裝，并對(duì)其基礎(chǔ)環(huán)平面和座環(huán)進(jìn)行各種加工，而工作環(huán)境是在發(fā)電機(jī)的地坑里，鉆床的地腳與鋼平臺(tái)固定，考慮, 座環(huán)專用鉆床的設(shè)計(jì)要求如下:1） 橫臂能繞立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，橫臂沿立柱上下移動(dòng)行程Z=1800mm，主軸箱橫向行程X=1000mm，保證鉆床移動(dòng)一個(gè)位置能加工多個(gè)孔；2） 要求鉆頭在水平面內(nèi)能在X和Y兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)50 的擺動(dòng), 保證鉆頭軸線與將要加工孔的軸線的重合度；3） 要求自身重量不小于21t,工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床不能進(jìn)行混凝土澆筑固定,設(shè)備質(zhì)量大，有利于加工過程中的穩(wěn)定性；4） 要求鉆床在機(jī)組座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)窄小空間野外作業(yè)鉆攻M806 螺孔; 能锪200的沉孔平面, 平面度要求。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先應(yīng)設(shè)計(jì)該專用鉆床的總體設(shè)計(jì)，本機(jī)床的總體方案如下圖所示：1. 橫臂；2.橫臂垂直移動(dòng)絲桿；3.立柱；4.主軸箱；5.主軸機(jī)床總體圖 被加工零件時(shí)大型水電站發(fā)電機(jī)底座，由于體積和重量過大的緣故，加工時(shí)工件處于固定狀態(tài)，故加工時(shí)專用鉆床要放在一個(gè)吊起的支承平臺(tái)上，通過調(diào)整鉆床位置來完成工件不同方位的加工。一般鉆床的X方向移動(dòng)是主軸箱在橫臂上移動(dòng)，而因工作環(huán)境是在發(fā)電機(jī)的地坑里，所要加工的部位離坑壁很近，所以在加工時(shí)，主軸箱離坑壁不能太遠(yuǎn)，要求在更換加工點(diǎn)時(shí)，主軸箱和坑壁的距離能夠保持不變，即鉆床的橫臂和主軸箱是一起相對(duì)于立柱相對(duì)移動(dòng)的，主軸箱設(shè)計(jì)在橫臂的最前端，這樣，當(dāng)加工點(diǎn)的位置相對(duì)于機(jī)床發(fā)生改變時(shí)，仍然可以保證主軸箱和坑壁的距離保持不變，因此一般的搖臂鉆床不能被加工零件的要求，橫臂的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用左右橫臂，左臂用于移動(dòng)，右臂傳動(dòng)主電機(jī)的動(dòng)力，鉆床可以在3個(gè)方向上的所能實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)分別是：在立柱上安裝一個(gè)導(dǎo)套，導(dǎo)套中安裝豎直的絲杠，然后利用立柱頂端安裝的電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速箱來使橫臂和主軸箱一起上下移動(dòng)，即W方向上的移動(dòng)；導(dǎo)套外面再安裝一個(gè)滑塊，該滑塊可以繞導(dǎo)套作圓周運(yùn)動(dòng)，可以在滑塊上開一個(gè)T型槽，橫臂和主軸箱一起放在滑塊的T型槽上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在左橫臂上，利用利用絲杠傳動(dòng)使橫臂完成X方向上的移動(dòng)；最后便是主軸箱鉆頭的移動(dòng)，即Z方向移動(dòng)，是通過齒輪齒條運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，其動(dòng)力來自主傳動(dòng)電機(jī)。另外，利用錐齒輪來實(shí)現(xiàn)鉆床的主軸箱在水平面內(nèi)能在X和Y兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)的擺動(dòng)，以補(bǔ)償大型鉆床底座的水平度。3. 立柱部件設(shè)計(jì)3.1 立柱部件總體結(jié)構(gòu)分析 我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床立柱及平衡部件設(shè)計(jì)，立柱主要是起支承作用的，支承著專用鉆床的橫臂和主軸箱，并使之可以沿立柱上下移動(dòng)，有前面的分析可知，我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的專用鉆床與一般的搖臂鉆床不同。一般的搖臂鉆床橫臂只能繞立柱作圓周運(yùn)動(dòng)及上下移動(dòng)，主軸箱在橫臂上作X方向上下移動(dòng)，而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鉆床的橫臂不僅能繞立柱作圓周運(yùn)動(dòng)和X方向的上下移動(dòng)，而且還要求橫臂和主軸箱一起作X方向的上下移動(dòng)，主軸箱相對(duì)于橫臂不作運(yùn)動(dòng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將立柱放在一個(gè)座體上，然后在將座體固定在底座上，整個(gè)機(jī)床放在支承平臺(tái)上。橫臂的上下移動(dòng)靠絲桿傳動(dòng)，由于采用雙橫臂，重量非常大，因此在立柱里面安裝一個(gè)液壓缸作為平衡部件，可以將橫臂及主軸箱大部分重力平衡掉，以達(dá)到減少絲杠的軸向載荷。3.2 立柱結(jié)構(gòu)分析 機(jī)床立柱是整個(gè)機(jī)床系統(tǒng)的重要部件之一,其結(jié)構(gòu)連接橫臂結(jié)構(gòu)和床身。它是機(jī)床的核心結(jié)構(gòu),是加工中心剛度的主要影響部件,直接影響到整機(jī)的工作性能。所以提高立柱的靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)特性,對(duì)于保證零件的加工精度具有十分重要的意義。3.2.1 立柱應(yīng)滿足的基本要求3.2.1.1 立柱應(yīng)滿足的靜態(tài)剛度和較高的固有頻率 立柱的靜態(tài)剛度包括整體剛度、局部剛度和接觸剛度。立柱的的整體剛度又稱自身剛度，與立柱的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。而局部剛度是指立柱載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力。接觸剛度是指立柱的結(jié)合面在外載荷作用下抵抗接觸變形的能力，接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)與變形量之比表示；由于結(jié)合面在加工中存在著圓柱度誤差，當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸變性大，接觸剛度低；當(dāng)接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，變形量的增加比率小于；接觸壓強(qiáng)的增加，因而接觸剛度較高，即接觸剛度是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增加。接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式有關(guān)，等接觸面積情況下活動(dòng)接觸的接觸剛度小于固定接觸的接觸剛度。由此可見，立柱的接觸剛度主要取決于結(jié)合面的表面粗糙度和立柱的圓柱度，結(jié)合面面積的大小，材料的硬度，接觸面的壓強(qiáng)大小等因素。立柱的固有頻率是剛度和質(zhì)量之比的平方，當(dāng)切削力的接近固有頻率時(shí)，立柱將產(chǎn)生共振現(xiàn)象。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)使固有頻率高于切削頻率的30%。由于切削力的頻率較低，所以相對(duì)來說立柱應(yīng)有較高的固有頻率。因此在滿足剛度的情況下，可以盡量減小立柱的質(zhì)量。3.2.2.1 良好的動(dòng)態(tài)特性立柱設(shè)計(jì)時(shí)除了保證機(jī)床的各階固有頻率遠(yuǎn)離切削頻率以免產(chǎn)生共振外，立柱還要有較大的阻尼，來抑制共振的振幅，以此來獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。3.2.1.3 其他要求性好，易于制造，成本低；還要充分考慮立柱質(zhì)量、動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性三者之間的關(guān)系，通過多目標(biāo)優(yōu)化，使設(shè)計(jì)更加合 立柱應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，成形后進(jìn)行實(shí)效處理，充分消除內(nèi)應(yīng)力，熱變形小；公藝?yán)怼?.2.2 立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 立柱的變形，主要是彎扭變形。而抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度都是截面慣性矩的函數(shù)，隨立柱截面慣性矩的增大而增大。同時(shí)可以得出如下結(jié)論：1）空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓尺寸，減少壁厚，可以提高支承 件的剛度；設(shè)計(jì)時(shí)在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。 2）方形界面的抗彎剛度比圓形截面的剛度大，而抗扭剛度比圓形截面低；矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比方形截面大，而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形的低。因此，承受一個(gè)方向彎矩為主的支承件，其截面形狀應(yīng)為矩形，高度方向?yàn)槭軓澐较?；承受彎扭組合作用的支承件截面形狀應(yīng)為方形；承受純轉(zhuǎn)矩的支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。3）不封閉截面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的截面的剛度，其抗扭剛度下降更大；因此，在可能的情況下，應(yīng)盡量把支承件做出封閉形狀。截面不能封閉的支承件應(yīng)采取補(bǔ)償剛度的措施。本次設(shè)計(jì)的專用鉆床的立柱里面還要安裝一個(gè)平衡液壓缸，再加上上面的分析可知，立柱應(yīng)設(shè)計(jì)成封閉的空心圓柱形。3.3 絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 橫臂的垂直運(yùn)動(dòng)要靠絲杠來傳動(dòng)。在立柱的頂部的支架上安裝一蝸輪蝸桿的減速裝置，電機(jī)通過該減速裝置將傳動(dòng)傳給絲杠，絲杠再帶動(dòng)滑座上的橫臂作上下移動(dòng)。橫臂垂直運(yùn)動(dòng)的速度S=300mm/min，絲杠采用40Cr材料，基本參數(shù)為：Tr5010-e，屈服強(qiáng)度=550MPa。由于立柱里面裝有液壓平衡裝置可以平衡橫臂大約75%的重量，橫臂的重量大約為G=1.4N，因此，絲杠承受的軸向載荷為 絲杠的許用應(yīng)力 計(jì)算公式為= 式 31式中：絲杠的屈服強(qiáng)度，MPa； n安全系數(shù)，通常取n=1.52.5，取大數(shù)n=2.5所以有 =550/2.5=220 MPa螺紋的許用應(yīng)力為：=0.6=0.6220=132 MPa螺紋的強(qiáng)度計(jì)算公式為： 式32而且還滿足 式33 式中：F軸向載荷，N； D絲杠牙根部?jī)?nèi)徑，d=40mm； b 絲杠牙根部的寬度，b=4.5mm； z旋合圈數(shù)，取z=10螺紋的許用應(yīng)力得 =F/ =6.2 MPa=132 MPa故絲杠的強(qiáng)度足夠。3.4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)可以傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的一種機(jī)構(gòu)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，震動(dòng)、沖擊和噪音均較小，在一定的條件下具有自鎖性等優(yōu)點(diǎn)。而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的減速裝置要求將電機(jī)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠在豎直方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且傳動(dòng)比較大，絲杠的轉(zhuǎn)速為30r/min，所選電機(jī)的型號(hào)為Y90S6，功率P=0.75KW，其滿載轉(zhuǎn)速為91030r/min，傳動(dòng)比約為30，故本次設(shè)計(jì)的減速裝置采用蝸輪蝸桿來減速。3.4.1 材料選擇 蝸桿采用45號(hào)鋼，表面高頻淬火，硬度為4555HRC，渦輪材料采用ZCuSn10P1，采用砂模鑄造。3.4.2 蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的確定 查蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用表值表,可取=1，=301=30。3.4.3 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按=1估取=0.7，則 =9.55i =9.55300.7=141676Nmm2) 確定載荷系數(shù)查使用系數(shù)，可以選取=1。3) 確定許用應(yīng)力查蝸輪常用材料N=時(shí)的基本許用接觸應(yīng)力表得，基本許用接觸應(yīng)力=220 MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 N=60=60=6010000=1.82則壽命系數(shù)為 故許用應(yīng)力為 = =0.928220=204.2 MPa4)確定彈性系數(shù)由于銅蝸輪和鋼蝸桿相配合得 =1605） 確定模數(shù)及蝸桿直徑蝸桿傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 式34得 = =629.5 查普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)（）（GB/T 100851988），并考慮參數(shù)的匹配，取=640629.5時(shí)，m=4mm, =40mm， =1， q=10， =30， =m=430=120mm。6） 確定中心距中心距為 7） 計(jì)算蝸桿分度圓柱倒程角蝸桿分度圓柱倒程角為 3.4.4 熱平衡計(jì)算1） 計(jì)算滑動(dòng)速度滑動(dòng)速度為 2） 當(dāng)量摩擦角查普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的、值表得 =3） 計(jì)算總效率總效率為 =0.814） 箱體散熱面積估算散熱面積為 A=95） 計(jì)算工作油溫取， =15W/()達(dá)到熱平衡時(shí)的工作油溫為 48 低于6070的范圍之內(nèi)，故滿足要求。4 平衡部件設(shè)計(jì)4.1 平衡部件結(jié)構(gòu)分析本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的專用鉆床是為了加工水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔的專用鉆床，基于被加工零件的特殊性和鉆床的工作環(huán)境要求，鉆床的結(jié)構(gòu)不像一般搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)，主軸箱在橫臂上移動(dòng)，橫臂繞立柱轉(zhuǎn)動(dòng)和上下移動(dòng)，而是橫臂還要能在X方向上的左右移動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用左右雙橫臂，然而，這樣就大大增加了橫臂的質(zhì)量，約為8t，進(jìn)而就對(duì)橫臂的上下移動(dòng)以及夾緊帶來了很大的負(fù)擔(dān)，解決這個(gè)問題的最好方法是給橫臂設(shè)置一個(gè)配重裝置，以此來平衡掉橫臂的大部分重力，這樣橫臂既容易鎖緊，又方便上下移動(dòng)。配重一般有以下三種方法：1） 直接掛重物配重。此方法最為簡(jiǎn)單，懸掛較大體積的重物就可以了，但是這樣不僅需要很大的體積空間，還大大加重了機(jī)床本身的質(zhì)量，使鉆床搬運(yùn)不方便，并且造成了材料的浪費(fèi)，故不采用此種方法。2） 彈簧配重。此方法相對(duì)于前者大大節(jié)約了空間，但是彈簧配重的可靠性不如配重塊配重，橫臂在上下移動(dòng)時(shí)，彈簧就會(huì)被拉伸或者壓縮，在這個(gè)過程中，隨著彈簧長(zhǎng)度的變化，它對(duì)橫臂的作用了也隨之變化，因此必須在彈簧上安裝凸輪等機(jī)構(gòu)輔助，以便橫臂在上下移動(dòng)時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度基本保持不變，使得彈簧配重的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故也不采用此種方法。3） 液壓缸配重。此種方法不僅節(jié)約空間，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只要設(shè)計(jì)時(shí)液壓回路合理，其配重系統(tǒng)的可靠性較高，并且可以平衡很大的重量。故采用此種方法來配重。在本次的專用鉆床設(shè)計(jì)中我選用液壓缸來配重，而且可以將液壓配重系統(tǒng)安裝在鉆床的的空心立柱里面。液壓配重系統(tǒng)可以安裝在鉆床的立柱外面，也可以安裝在立柱的里面。若安裝在立柱的外面，就需要很大行程的液壓缸，橫臂上下移動(dòng)的行程是1800mm，液壓缸行程絕不能低于橫臂上下移動(dòng)的行程，這樣就大大增加了立柱的高度。如果將液壓配重系統(tǒng)安裝在專用鉆床的立柱里面，再加上采用動(dòng)滑輪組機(jī)構(gòu)，這樣就減少了液壓缸的行程，而且不必增加立柱的高度，以免帶來諸多不便。4.2 液壓缸的設(shè)計(jì)4.2.1 初選配重液壓缸的公稱壓力 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床中的液壓平衡裝置用于平衡橫臂的大部分重量，所以整個(gè)裝置處于中低壓下工作，由于橫臂的重力約為G=1.4N，而運(yùn)用動(dòng)滑輪組機(jī)構(gòu)后，液壓缸的活塞的壓力約為T=2.8N，而且屬于重型機(jī)床范疇，根據(jù)新編液壓工程手冊(cè)，初選該液壓系統(tǒng)的工作壓力為=5MPa。 公稱壓力也即為額定壓力，是液壓缸能用以長(zhǎng)期工作的安全壓力。根據(jù)新編液壓工程手冊(cè)表23.12中公稱壓力的推薦值及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，則選液壓缸的公稱壓力=5 MPa，令最高許用壓力，是液壓缸在瞬時(shí)所能承受的極限壓力。各國(guó)規(guī)范通常規(guī)定為：（MPa）所以，其最高許用壓力5=7.5 MPa，匹配。4.2.2確定液壓缸的聯(lián)系尺寸 于橫臂上下移動(dòng)的速度大小要一致，這里可以選用單桿式的液壓缸，令液壓缸的無桿腔的工作面積為,有桿腔工作面積為，活塞桿的直徑為d與缸筒直徑為D。當(dāng)液壓缸進(jìn)入配重液壓缸的上缸時(shí)，下缸的背壓為零，要橫臂達(dá)到平衡，又由于該系統(tǒng)對(duì)速度比沒有什么要求，可以令d=（）D，取d=D。4.2.3計(jì)算液壓缸的缸筒內(nèi)徑及活塞直徑根據(jù)液壓缸有活塞桿一側(cè)的缸筒內(nèi)徑的計(jì)算公式 D= 式41把d=D帶入上式，得 D= 解方程得D=0.23756m=237.56mm，查取相關(guān)資料，液壓缸的內(nèi)徑取第一系列的標(biāo)準(zhǔn)值D=250mm，則活塞桿的直徑d=63mm，選取d=100mm，以其具有足夠的剛度，畢竟承受的作用力很大。4.2.4 計(jì)算配重液壓缸的速度比液壓缸的無桿腔的工作面積為： 液壓缸的有桿腔的工作面積為 液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間速度之比為： 4.2.5 配重液壓缸的理論壓力計(jì)算對(duì)于單作用單活塞桿的液壓缸來說，只有當(dāng)液壓缸在回縮作用時(shí)，那么活塞縮回時(shí)的理論拉力為： F= 式42 式43得 F=4.2.6 活塞的最大允許行程活塞的行程S在初步確定時(shí)，主要是按實(shí)際工作需要的長(zhǎng)度來考慮的，但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。在計(jì)算行程前，首先必須計(jì)算出活塞的最大允許計(jì)算長(zhǎng)度L，因?yàn)榛钊麠U一般是細(xì)長(zhǎng)狀的，當(dāng)L10D時(shí)，由歐拉公式可以導(dǎo)出 L=mm 式44將上式整理得 L=320 式45 式46 式中: d活塞桿的直徑，d=100mm， 安全系數(shù)，一般取為=4，又P=5MPa，則計(jì)算得到， L=0.73m，而配重缸要求移動(dòng)距離為0.8m，故滿足要求。4.2.7 配重液壓缸的功和功率的計(jì)算 液壓缸每次移動(dòng)的距離為100mm，速度為5mm/s，每次移動(dòng)時(shí)，液壓缸做功為： W=FS=2.060.1=2.06J功率為： N= 式中：F配重液壓缸的理論拉力，F(xiàn)=2.06N； S活塞桿每次的移動(dòng)距離，mm； v活塞桿的移動(dòng)速度，mm/s。4.2.8 配重缸筒的壁厚計(jì)算初步假定0.3,則有： 式47缸筒材料的許用應(yīng)力計(jì)算公式為： = 式48式中：缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa； 缸筒的屈服強(qiáng)度，MPa，缸筒的材料選為45號(hào)鋼，所以其屈服強(qiáng)度滿足要求； n安全系數(shù)，通常取n=1.52.5，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中取n=2.5。所以可得： =340/2.5=136MPa所以有： =7mm 依據(jù)新編液壓工程手冊(cè)表23.32中典型液壓缸產(chǎn)品壁厚的參考值，選取缸筒的壁厚為15mm。4.2.9 配重液壓缸缸筒外徑的計(jì)算因?yàn)榕渲匾簤焊赘淄驳膬?nèi)徑為D=250mm，而壁厚為15mm，那么，配重液壓缸缸筒的外徑=250+2=250+215=280mm。4.2.10 配重液壓缸效率的計(jì)算液壓缸的總效率的計(jì)算公式為： 式49式中：機(jī)械效率，由活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失，在額定壓力時(shí)，通?？梢匀?0.95； 容積效率，由各密封件的泄露造成的，通常情況下活塞是密封成彈性材料的，=1，當(dāng)為金屬環(huán)密封時(shí)，=0.98。本設(shè)計(jì)中采用金屬環(huán)密封，所以取=0.98； 作用力效率，由排出口的背壓所產(chǎn)生的反向作用力所造成的，當(dāng)活塞縮回時(shí)，油直接回油箱， =1。故有 =0.9511=0.954.2.11 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)新編液壓工程手冊(cè)式23.328可知： 式410式中： F液壓缸的最大推力，此處為活塞啟動(dòng)加速時(shí)的載荷了F=250KN； 材料的屈服強(qiáng)度，MPa，在本設(shè)計(jì)中活塞桿的材料按45號(hào)鋼設(shè)計(jì)，故340 MPa； 安全系數(shù)，一般取=23，本設(shè)計(jì)中取=3.5； d活塞桿直徑，m；即： =0.0572m=57.2mm 所以取d=100mm可以滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。4.2.12 活塞桿彎曲穩(wěn)定性的驗(yàn)算 活塞桿通常是細(xì)長(zhǎng)桿，因此活塞桿的彎曲計(jì)算一般可以按歐拉公式進(jìn)行計(jì)算?；钊麠U彎曲失穩(wěn)的臨界載荷，可以按下式計(jì)算： = 式411式中：E活塞桿材料的彈性模量，MPa，鋼材取E=210 MPa； J活塞桿的橫截面積慣性矩，； K安裝及導(dǎo)向系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取K=0.5； 安裝距，m，本設(shè)計(jì)中取=1.0m。當(dāng)處于彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷時(shí)，活塞桿將縱向彎曲。因此，活塞桿最大工作負(fù)載F應(yīng)該按照下式驗(yàn)證 F 式412式中： 安全系數(shù)，一般取=3.5。活塞桿為圓截面，橫截面積慣性矩的計(jì)算公式為： J=所以可以計(jì)算得彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)載 =9.37N然后，可得到活塞桿的最大工作負(fù)荷F F=2.68N其中，配重液壓缸的工作壓力大小=0.75G=0.752.68=2.0N，故本液壓缸滿足要求。 總結(jié)與體會(huì)2010年3月，我開始了畢業(yè)設(shè)計(jì)，到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成了。從最初的茫然，到逐漸進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路的清晰，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程難以用語言來形容。歷經(jīng)了幾個(gè)月的努力，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千.3月初，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來，是：水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床立柱及平衡部件設(shè)計(jì)，當(dāng)開始著手開題報(bào)告的時(shí)候，我便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了徐瑾老師，在她的細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了大致的掌握，到月底終于完成了開題報(bào)告和相關(guān)的準(zhǔn)備工作。4月初時(shí)，我開始著手具體的設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)過程中遇到困難我就及時(shí)和老師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，到月底時(shí)，設(shè)計(jì)也慢慢的成型了。 5月開始進(jìn)行相關(guān)圖形的繪制工作和說明書的書寫。為了畫出自己滿意的裝配圖和零件圖，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了CAXA和Solidworks兩款軟件。在設(shè)計(jì)裝配圖初期，由于沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺得無從下手，空有很多設(shè)計(jì)思想，卻不知道應(yīng)該選哪個(gè)，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。其中的配重方案采用的是液壓缸配重。當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人感覺很累，但同時(shí)看到自己畢業(yè)設(shè)計(jì)成果，我覺得這一切都值了，因?yàn)檫@次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在設(shè)計(jì)中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；親手設(shè)計(jì)裝配圖和零件圖的時(shí)間里，記憶最深的是每一步小小思路實(shí)現(xiàn)時(shí)那幸福的心情；為了完成論文的寫作，我也曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了專用鉆床設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，讓我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有所鞏固和提高，并且讓我增長(zhǎng)了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 我想這不光是對(duì)我四年所學(xué)專業(yè)知識(shí)的考察，更是對(duì)我一次意志的磨練、對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作莫大的幫助。 參考文獻(xiàn)1) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，成大先，化學(xué)工業(yè)出版社2) 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社3) 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)，