高速鐵路軸承內(nèi)圈淬火壓床開發(fā)設計

1、1 淬火壓床設計前言機床產(chǎn)業(yè)是機械制造業(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，為機械制造業(yè)提供裝備。從經(jīng)濟角度來講，機床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展國民經(jīng)濟、增強國家的綜合國力和發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有著重要的作用。機床產(chǎn)品的發(fā)展是高精度、高效率、柔性化、智能化和自動化。我國的機床產(chǎn)業(yè)在總體設計制造水平與工業(yè)發(fā)達的國家相比，還有很大的差距。主要是表現(xiàn)在設計方法的落后、設計資料的老化、設計標準難于與國際發(fā)達國家的技術(shù)指標接軌。在機械加工工業(yè)中，由于加工復雜工件的需要，一般機床已不能滿足要求，因而出現(xiàn)了自動控制機床及數(shù)字控制機床，用以加工復雜曲面和形狀的工件。我國進入WTO之后，為我國的機械行業(yè)的發(fā)展帶來了新的發(fā)展機遇，我國對機械行業(yè)裝備的高度

2、關(guān)注，促進了我國的機床設計制造水平的提高，增強了機床產(chǎn)品的國際競爭力。 畢業(yè)設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)教學計劃的一個重要組成部分，是各教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)深化和檢驗，其實踐性和綜合性是其他教學環(huán)節(jié)所不能替代的，是學生理論聯(lián)系實際的課堂。畢業(yè)設計是對大學生進行科學教育，強化工程意識和創(chuàng)新意識，進行工程基本訓練，提高工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要培養(yǎng)階段。通過畢業(yè)設計，可以培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和掌握現(xiàn)代設計方法，綜合運用所學的基礎理論，基本知識和基本技能，提高分析解決實際問題的能力。 可以提高學生的創(chuàng)造能力，增強創(chuàng)新設計水平?？傊?，畢業(yè)設計是對學生所學知識綜合運用能力的全面而又系統(tǒng)的總結(jié)。畢業(yè)

3、設計為大學生提供了培養(yǎng)和造就實踐能力和創(chuàng)新能力的必要物質(zhì)基礎和良好的環(huán)境，每位同學都必須珍惜這一難得的機會，有效地利用寶貴的畢業(yè)實習和畢業(yè)設計時間，把培養(yǎng)實踐能力和打造創(chuàng)新能力作為畢業(yè)設計的指導思想。本機床是對列車、汽車、拖拉機、軸承等行業(yè)齒輪及軸承環(huán)等零件進行淬火的熱處理設備。同時，圈套類和盤套類的零件也可以在本機上進行淬火。本機床必須和相應的淬火模具進行配套使用，本機床為半自動機床，適宜于成批生產(chǎn)，除了工件裝卸外，其它部分都該是自動化的。機床的傳動全部采用電氣、液壓控制，實現(xiàn)了自動工作循環(huán)。有助于被淬火零件的精度控制和淬火質(zhì)量的穩(wěn)定，又可以減輕工人的勞動強度。本機床工作臺采用液壓傳動，可在

4、上料位置與工作位置移動。把一批淬火零件加熱至淬火溫度，然后放入本機床，在壓床內(nèi)進行冷卻，完成淬火工序。設計說明書上的一些主要參數(shù)數(shù)據(jù)是以機械設計手冊、機床設計手冊、液壓和氣壓手冊、機械設計、液壓與氣壓傳動、機床裝備設計中的國家標準作為參考的。2淬火壓床主體結(jié)構(gòu)設計2.1 淬火壓床設計概述淬火壓床主要使工件在壓力和限位下進行淬火冷卻，以減少零件的冷卻變形和翅曲，把工件熱成型和淬火合并為一個工序，以簡化工序和節(jié)約能源。需要淬火的工件在機械模具的壓緊下進行淬火，便于控制需要冷卻的工件的主要設計參數(shù)，也是很好地控制介質(zhì)質(zhì)量、壓力、冷卻時間等有利于冷卻過程的控制。根據(jù)設計要求為高速鐵路軸承內(nèi)圈淬火壓床設

5、計，按零件類型是軸類淬火壓床，其工作原理為工作臺采用液壓傳動，可在上料位置和工作位置內(nèi)移動。把一批淬火零件加熱至淬火溫度，然后放入本機床內(nèi)，驅(qū)動液壓使上模合并下壓工作臺，在壓床內(nèi)冷卻，完成淬火工序。臥式旋轉(zhuǎn)淬火壓床屬于半自動化加工機床，易于組成生產(chǎn)連線用于大批量成產(chǎn)。2.2 設計要求首先要滿足用戶的各種需要，確保機床的加工范圍、工業(yè)淬火的精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性等原則。合理安排工件的傳動位置，盡量用較短的傳動鏈，以簡化機床機構(gòu)，提高淬火機床傳動機構(gòu)的傳動精度和傳動效率。通用機床必須滿足參數(shù)標準和系列關(guān)于機床布局的方向規(guī)定，機床要求結(jié)構(gòu)要簡單、實用、合理。冷卻油量的控制裝置：通過不同通徑的電磁閥的相互

6、結(jié)合來實現(xiàn)冷卻油流量的控制。模具驅(qū)動油缸與開合油缸協(xié)調(diào)動作以保證其同時達到工作位置。設計參數(shù)：模具驅(qū)動油缸：工作負荷 1000Kg工作時間 3.2s最大工作速度 0.075m/s開合油缸： 工作負荷 300Kg工作時間 1.6s最大工作速度 0.025m/s2.3 設備的主要技術(shù)參數(shù)1、每循環(huán)淬火零件數(shù)量 2件2、生產(chǎn)節(jié)拍 6分鐘（可調(diào)）3、油循環(huán)冷卻時間 0-99分鐘4、設備主參數(shù) 立柱間距 960mm 動橫梁 行程 120mm 最大速度 75mm/s 進程 75mm/s 回程 65mm/s 工作臺 行程 500mm 最大速度 50mm/s 進程 50mm/s 回程 50mm/s6、機械手

7、橫向行程 750mm 提升距離 120mm 手指抓取范圍 160-260mm 單向循環(huán)時間 3-5s7、液壓站 油泵最大工作壓力 10Mpa 公稱流量 40L/min 電機功率 5.5KW8、冷卻系統(tǒng) 出油口距地面高度 2500mm 貯油箱有效容積 1.5m 0.8m0.65m 循環(huán)泵功率 3KW 循環(huán)泵揚程 14m2.4 設備結(jié)構(gòu) 2.4.1 設備組成部分 1、淬火壓床主機 1臺 2、淬火模具 4套 隨主機配備 3、機械手 1套 單獨配備 4、高位油箱 1套 單獨配備循環(huán)泵及油箱 1套 隨高位油箱配備 5、液壓站 1套 單獨配備電機、泵 1套 隨液壓站配備 6、電氣控制箱 1套 單獨配備 7

8、、翻轉(zhuǎn)臺 1套 單獨配備淬火壓床機身采用板焊結(jié)構(gòu)，機身是全機床的承載框架。動橫梁工作油缸固定在上橫梁上，動橫梁設計有導向桿，與衡量上的導向套滑配。動橫梁上裝有卸料油缸，正對油缸的下面裝有淬火上模具。動橫梁的下表面連接著起冷卻作用的開合油缸。工作臺由一只油缸可以在導軌上上下移動。配油閥箱與工作臺相對，裝在立柱一側(cè)。液壓操作板在機頂上側(cè)，就地控制箱在機柱的一側(cè)，就地起控制作用。機床在正常工作時就地控制柜起控制按鈕站的作用。機床的工作臺和動橫梁配備帶有內(nèi)撐式淬火模具，在淬火過程之中可以對工件發(fā)出力的作用，以克服工件應力變形。機床上下料的機械手移動導軌和機床的中心線重合。導軌一端用螺釘固定在機床的上橫

9、梁上，另一端利用支柱來支撐，形成和機床可相連接的過橋形式，機械手在上面移動，完成從送料端上的紅熱件套入淬火模具中，再從淬火模具中取出已經(jīng)淬火完成的工件放到出料端。 液壓系統(tǒng)采用一體化設計，即液壓發(fā)生裝置置操縱板于一體，油泵的輸出壓力油直接經(jīng)過操縱板、控制閥、管道和安裝在機床上的分油板，來控制執(zhí)行各個部件的動作，液壓油箱側(cè)面內(nèi)配有水冷式冷卻器。 機械手和冷卻油配流閥采用氣壓傳動，氣閥采用二組集裝閥，一組用來控制機械手的動作，二組控制經(jīng)配閥的動作，壓縮空氣經(jīng)過氣源三聯(lián)體向集裝閥供氣。電柜控制系統(tǒng)由總電控柜、機床控制箱和就地控制柜組成?？傠娍刂乒裱b有PLC主機及擴展、一次執(zhí)行器件，柜門上還設有控制按

10、鈕。機床控制箱設計有操作、按鈕控制用來進行各種調(diào)整、調(diào)試、單動、自動各項操作功能的實現(xiàn)。就地按鈕有啟動、循環(huán)、急停三個常規(guī)按鈕，便于機床的操作和控制。圖一：鐵路軸承淬火壓床示意圖2.4.2機床的特點 1、機身配有可以移出工作臺進行卸料，機床機構(gòu)相對簡單，有良好的工藝性 2、開合油缸內(nèi)冷卻油從上到下、從外到內(nèi)循環(huán)流動形成循環(huán)冷卻系統(tǒng)。由得定向流動增加了冷卻效果 3、脫?？煽?，裝卸工件十分容易，便于機械手操作 4、機械手動作敏捷、準確 5、高位油箱自流進行冷卻，小功率電泵進行補充液體，冷卻油流動十分穩(wěn)定、平穩(wěn) 6、PLC程序自動控制 同時還有保護和報警提示功能，擴大應用范圍 7、就地控制柜操作方便

11、、安全、靈敏 8：內(nèi)圈用液壓脫料式內(nèi)撐模具，淬火件尺寸穩(wěn)定、變形量小，便于機械手工作和人工上下料操作。2.5 機床簡述 2.5 主機主機由負荷框架、動橫梁、移動臺三部分組成。負荷框架由動橫梁、左右立柱、底座構(gòu)成，其作用是承受壓件反力、油罩反力和脫模油缸的負荷以及匯集排除淬火冷卻油液。淬火壓床主要由加壓、升降、旋轉(zhuǎn)、退料、和卸料等部分組成。機床主橫梁與主油缸、模具缸、上模具、油罩、導向柱、排油管、密封條組成。其作用是完成淬火和脫模。固定在上橫梁的升降。左右導軌主要是方便機床的左右滑移。移動工作臺主要由導軌座、工作臺、油缸、壓板、接板、進油管、擋鐵組成。起作用是方便進行裝卸料，工件回位后實現(xiàn)淬火。

12、2.5.1加壓部分加熱后的工件由進料道滾入到隨動托輪16 的兩根輥棒11 上, 在活塞桿10 內(nèi),安裝著轉(zhuǎn)軸12, 當活塞桿10 向右移動時, 移動壓模15 將工件推套在主轉(zhuǎn)壓模18 上。與此同時,套裝在轉(zhuǎn)軸12 上的推桿13, 將隨動托輪16 推進一段行程之后, 使隨動托輪上的輥棒11 始終托著工件。注意 工件壓靠后應離開輥棒2mm, 使工件旋轉(zhuǎn)時不與輥棒接觸。2.5.2升降部分油缸體1 與床體3 固定相連聯(lián), 活塞桿2 通過座筒5與升降床身14 固定相連聯(lián), 活塞桿2 如向下移動時, 使升降床身14 及工件沉入油底。2.5.3 旋轉(zhuǎn)部分工件進入油底立即進行旋轉(zhuǎn)是由電機通過一對圓錐齒輪6 和

13、7, 及兩對直齒輪8 和26 帶動主軸21旋轉(zhuǎn)的。2.5.4退料部分工件在油中按預定時間旋轉(zhuǎn)結(jié)束時, 工件升起, 活塞桿10 左移退回,之后 主軸21 內(nèi)的彈簧25, 推著推料桿24, 通過穿銷20、推料筒19 將工件推出。同時，隨動托輪16 在彈簧17 的作用下, 隨著移動壓模19 退入到擋料筒9 內(nèi)時, 最后擋料筒將工件擋落在隨動拖輪16 的輥棒11 上。2.5.5 卸料部分工件落在隨動托輪的輥棒上后,接著 隨動托輪通過齒條22、齒輪23 翻轉(zhuǎn)90!, 將工件翻入出料道圖二臥式旋轉(zhuǎn)淬火壓床結(jié)構(gòu)3淬火壓床液壓系統(tǒng)的設計3.1液壓系統(tǒng)的組成按液壓循環(huán)方式的不同，液壓傳動系統(tǒng)可以分為開式和閉式兩

14、種。在開式系統(tǒng)中，油泵從油箱吸油，供入液動機后再排出油箱。其結(jié)構(gòu)簡單，散熱結(jié)構(gòu)簡單，散熱良好，油液能在油箱內(nèi)澄清，因而應用比較普遍。但油箱較大，客氣和油液的接觸機會較多，容易滲入。在閉式系統(tǒng)中，油泵進油管直接與液動機的排油管相通，形成一個閉合循環(huán)。為了補償系統(tǒng)的泄露損失，因而常需附加一個小型的輔助補償油泵和油箱。液壓傳動系統(tǒng)的主要組成1、液動機（液壓缸、液壓馬達）2、液壓泵3、控制調(diào)節(jié)裝置。包括各種壓力、流量及方向控制閥，用以控制和調(diào)節(jié)液流的壓力、速度和方向，以滿足機器的工作性能要求和實現(xiàn)各種不同的工作循環(huán)。4、輔助裝置。如油箱、冷卻器、濾油器、蓄能器、管道以及控制儀表等。5、傳動介質(zhì)。是指各

15、類液壓傳動中的液壓油和乳化液。3.2 液壓傳動的基本性質(zhì)3.2.1力比例關(guān)系 液壓傳動區(qū)別于其他傳動方式的基本特征一：力的傳遞是靠液體壓力的傳遞來實現(xiàn)的，或者說力的傳遞是按帕斯卡原理來進行的。因此有人把液壓傳動成為“靜壓傳動”。帕斯卡原理：在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力等值地作用于液體的各個部分。 結(jié)論：在液壓傳動中的工作壓力取決于負載，而與流入的液體量的多少沒有任何的關(guān)系。注意：負載包括，有效負載、無效負載、液體的流動阻力。3.2.2運動關(guān)系 液壓傳動區(qū)別于其他傳動方式的基本特征二：運動速度的傳遞是按照“容積變化相等”的原則進行的?；诖耍河腥朔Q液壓傳動為“等容積式液體傳動”。 在流體

16、力學中，把單位時間內(nèi)流過某一通流截面A的流體體積成為流量，則流量Q = v * A結(jié)論：1、活塞移動速度正比于流入液壓缸中的油液流量Q,與負載無關(guān)。2、活塞的運動速度反比于活塞面積，可通過對活塞面積的控制來控制液體速度。3.2.3 功率關(guān)系 由前述可得：P = Fv =Wv =Pq上式說明，在不計各種功率損失的條件下，液壓傳動系統(tǒng)的輸出功率Wv等于輸入功率Fv，并且液壓傳動中的功率可以用壓力P和流量Q的乘積來表示。3.3液壓傳動的特點 3.3.1 液壓傳動的特點 與電氣及機械傳動方式比較，液壓傳動具有以下優(yōu)點：1、同樣的功率，液壓傳動的質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小；2、能在很大調(diào)整范圍內(nèi)，實現(xiàn)無級

17、調(diào)速；3、運動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁及平穩(wěn)的換向；4、與電氣或壓縮空氣相配合，可實現(xiàn)多樣的自動化；5、系統(tǒng)內(nèi)全部機構(gòu)都在油內(nèi)工作，能自行潤滑，經(jīng)久耐用；6、液壓元件易于實現(xiàn)通用化和標準化；7、液壓傳動易于實現(xiàn)過載保護； 3.3.2液壓傳動的缺點1、泄露難以避免，影響工作效率和運動的平穩(wěn)性，而且不適合用于較高的定比傳動。為了防止泄露，配合件的制造精度要求相對比較高；2、油液的溫度及粘度的變化，會影響傳動件機構(gòu)的工作能力。在低溫及高溫條件下，采用液壓傳動，均有較大的困難；3、油液中如滲有空氣，則會產(chǎn)生噪音并使傳動不平穩(wěn)；4、液壓元件的制造及系統(tǒng)的調(diào)整均需要較高的技術(shù)水平；5、確定故障產(chǎn)生的原因及消除這

18、些原因都比較困難；6、液壓傳動有較多的能量損失；7、液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度下工作；8、液壓傳動出現(xiàn)故障不易排除； 3.3.3液壓泵、液壓馬達的選擇應用 一般常用的油泵有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。按泵的流量特性，可以分為定量泵和變量泵這兩種類型。前者指當油泵轉(zhuǎn)速不變時，不可以調(diào)節(jié)流量的變化。后者是指當油泵轉(zhuǎn)速不變時，通過變量機構(gòu)的調(diào)節(jié)，可使泵具有不同的流量。一般調(diào)節(jié)流量的方式有手動、電動、液動、隨動和壓力補償?shù)然拘问健｝X輪泵一般均為定流量泵，葉片泵和柱塞泵有定流量和變流量兩種形式。此外，對變量泵，按照輸油方向，又可以分為單向和雙向變量泵。前者工作時，輸油方向

19、不可以改變；后者工作時，通過調(diào)節(jié)可以改變油流的方向。 齒輪泵可以分為外嚙合及內(nèi)嚙合兩種。前者構(gòu)造十分簡單，價格便宜。應用廣泛。后者這種制造十分復雜，所以采用基本較少，但由于其體積小，重量輕、流量均勻所以壽命比較長，因而適合某些體積要求緊湊，重量要求輕的機器上。為了提高泵的流量均勻和運行穩(wěn)定性，可以采用螺旋齒輪或者是人字齒輪。在結(jié)構(gòu)上可以做成單機泵，雙級泵和雙聯(lián)泵。齒輪泵構(gòu)造簡單，價格合適，工作可靠，維護方便，對于沖擊負荷適應性好，旋轉(zhuǎn)部分慣性小。但是它的漏油較多，軸承負荷較大，磨損較為劇烈。主要用于一般工程機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械等行業(yè)。 葉片泵分單作用非卸荷式和雙作用卸荷式兩種。前者轉(zhuǎn)子及軸

20、受單向力，承受較大彎矩，故稱為非卸荷式。然而后者，泵的吸油孔與壓油孔都是徑向相對的，軸只受扭矩不受彎矩，故稱為卸荷式。單作用式葉片泵，可以采用改變定子和轉(zhuǎn)子間偏心距的方法來調(diào)節(jié)流量的大小，所以一般適合做變量泵。但是相對運動部件較多，泄露較大，調(diào)節(jié)也就不方便，不適合于高壓。雙作用葉片泵，只能做定量泵。壓力較高。輸油較為均勻，應用較為廣泛。葉片泵一般用于中、快速度，作用力中等的液壓系統(tǒng)中，常見的工作場合有機床、油壓機、起重運輸機械、工程機械塑料注射機等等。 柱塞泵分軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩種。前者較后者有很多的優(yōu)點：當功率和轉(zhuǎn)速相同時，徑向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，因而有較小的慣性矩，單位功率所消耗的金屬

21、較少。轉(zhuǎn)速高，壓力大，效率較高。泵的徑向作用力小，變量調(diào)節(jié)十分方便。但是軸向柱塞泵的軸向尺寸大，軸向作用力大，使止推軸承構(gòu)造復雜化，加工工藝復雜，制造困難。 液壓馬達與油泵在結(jié)構(gòu)上無太大的差別，多數(shù)油泵若通入高壓油，即可作為液壓馬達。由于電動機廉價，而且供應十分方便，所以只有在特殊情況下才采用液壓馬達，如果需要無級調(diào)速，速度的調(diào)節(jié)范圍較大，而占地面積又需特別緊湊之處。液壓馬達傳出的能量是液壓馬達的扭矩和轉(zhuǎn)速，其大小取決于液壓馬達的工作容積、壓力及其流量。工作容積越大，壓力越大，則扭矩也就越大。工作容積越小，輸入油量越多，則轉(zhuǎn)速也就越大。類型壓力排量轉(zhuǎn)速扭矩技術(shù)性能及適用情況齒輪馬達中低壓小高小

22、結(jié)構(gòu)簡單、價格低，抗污染性好。用于負載扭矩不大，速度平穩(wěn)性要求不高，噪聲限制不大及環(huán)境粉塵較大的條件葉片馬達中壓小高小結(jié)構(gòu)簡單，噪聲和流量脈動小。適用于負載扭矩不大，速度平穩(wěn)性和噪聲要求較高的條件。軸向柱塞馬達高壓小高較大結(jié)構(gòu)較復雜，價格高，抗污染性差，效率高，可變量。適于高轉(zhuǎn)速扭矩較大平穩(wěn)性較高的條件。行星轉(zhuǎn)子擺線馬達高壓較大較低較大結(jié)構(gòu)較復雜，價格高，抗污染性較好，輸出扭矩大。適用于中速160-320r/min、中轉(zhuǎn)矩條件曲軸連桿式徑向柱塞馬達高壓大較大大結(jié)構(gòu)較復雜，價格高，低速穩(wěn)定性和啟動性能較差。適于負載扭矩大，速度低5-100 r/min，對運動平穩(wěn)性要求不高的條件。內(nèi)曲線徑向柱塞馬

23、達高壓大低大結(jié)構(gòu)較復雜，價格高，徑向尺寸較大，低速穩(wěn)定性和啟動性能好，適于負載扭矩大，速度低0-40 r/min，對速度平穩(wěn)性要求高的條件，一般用于直接工作驅(qū)動機構(gòu)。 3.3.4液壓缸的分類 液壓缸的種類繁多，按照不同的分類方法，主要有以下類型： 1：按照運動方式的不同分為：往復直線運動液壓缸和往復擺動液壓缸； 2：按照壓力作用方式可分為：單作用液壓缸和雙作用液壓缸。對于單作用液壓缸，液壓力只能使液壓缸單向運動，返回靠外力，對于雙作用液壓缸，液壓缸正反兩個方向的運動均靠液壓力。 3：按照結(jié)構(gòu)特點分為：活塞式、柱塞式、組合式?；钊胶椭绞且簤焊椎幕窘Y(jié)構(gòu)形式，而組合式則是他們的組合，以適應不

24、同條件的要求。組合式種類較多，如伸縮缸、增壓缸、串聯(lián)缸等。 液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維修方便，所以應用相當?shù)貜V泛，其數(shù)量也遠遠超過了液壓馬達。 3.3.5液壓閥的選擇與使用 直動式溢流閥與先導式溢流閥的流量一壓力特性比較；減壓閥的作用；調(diào)速閥的基本工作原理是本章的難點。從直動式溢流閥與先導式溢流閥的流量一壓力特性曲線可看出,直動式溢流閥的調(diào)壓偏差大于先導式,即其曲線斜率小于先導式。這是因為直動式溢流閥閥芯上的調(diào)壓彈簧直接與閥的人口油壓相對抗,為使彈簧能在較小的壓縮量下獲得足夠的彈簧力(液壓力),彈簧剛度較大(遠大于先導式溢流閥主閥芯上的平衡彈簧剛度,否則彈簧將加長,閥體將增大),這就使得開啟

25、壓力(克服彈簧力、剛剛頂起閥芯的液壓力)與額定壓力(將閥芯頂?shù)阶罡呶恢?、彈簧壓縮量為最大時的液壓力,即全流壓力)之差一一調(diào)壓偏差加大(大于先導式溢流閥的調(diào)壓偏差),故使曲線斜率小于先導式溢流閥,在流量發(fā)生相同或單位變化時,閥人口壓力的波動量直動式溢流閥大于先導式,其定壓精度低于先導式。又由于在高壓大流量下,特別是在高壓下,直動式溢流閥的彈簧力(變形量)較大,人工操作(旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母)很費力,故直動式溢流閥適用于低壓、小流量系統(tǒng)o而先導式溢流閥則因其調(diào)壓偏差小(主閥芯上的平衡彈簧剛度很軟),開啟比大,定壓精度高,調(diào)節(jié)省力調(diào)壓彈簧剛度雖然很大,但導閥(錐閥)的有效承壓面積很小,故彈簧力自然減小,調(diào)節(jié)

26、省力、靈活而適用于高壓大流量系統(tǒng)。減壓閥的作用是減壓、穩(wěn)壓:將較高的人口壓力扣減低為較低的出口壓力P2(即減壓),并使P2穩(wěn)定在所調(diào)定的數(shù)值上(即穩(wěn)壓)。當負載(減壓支路的負載)為零或負載所決定的壓力小于減壓閥的調(diào)定壓力時,減壓閥口常開,減壓閥處非工作狀態(tài),這時減壓閥口相當于一個通道,減壓閥出口油壓為零或為小于減壓閥調(diào)定壓力的某個數(shù)值；當負載壓力等于減壓閥調(diào)定壓力時,減壓閥口關(guān)小,減壓閥處工作(減壓)狀態(tài),其出口壓力為所調(diào)定的額定值；當負載壓力大于減壓閥的調(diào)定壓力或為無窮大(液壓油推不動負載、負載速度為零)時,減壓閥仍處于工作狀態(tài),出口壓力仍為減壓閥的調(diào)定值。與前者不同的是此時負載流量(流徑減

27、壓閥口通向負載的流量)已為零(因負載已停止運動),但仍有一部分流量經(jīng)減壓閥的導閥泄回油箱,因此,此時減壓閥閥口的流量并不為零。這一點有些初學者理解不透,判斷經(jīng)常有誤。調(diào)速閥的基本工作原理：其前置減壓閥的作用是保證調(diào)速閥中節(jié)流閥兩端壓差不隨負載而變化,使所控制的速度穩(wěn)定(只取決于節(jié)流閥的過流斷面積)。但是從普通節(jié)流閥與調(diào)速閥的特性曲線看即二者作用相同。這主要是調(diào)速閥由不工作到工作這一啟動(過渡)過程所致。調(diào)速閥在不工作時,其中的減壓閥閥芯處最下端、減壓閥口開度最大,不起減壓作用,相當于一通道。此時的調(diào)速閥就是個普通的節(jié)流閥,所以二者的特性曲線重合。這時的減壓閥出口、即節(jié)流閥入口處的油壓還較小,還

28、不足以克服減壓閥閥芯上面的油壓和彈簧力；當輸入流量增加時,節(jié)流閥人口即減壓閥出口泊壓憋高,當憋高的油壓對閥芯向上的作用力大于閥芯上端的油壓與彈簧力之和時,亦即閥芯兩端(下端與上端)的壓差大于閥芯上端的彈簧力時,減壓閥芯被頂起、上移,最后穩(wěn)定在某一位置上,從而使減壓閥口關(guān)小,起減壓作用,調(diào)速閥啟動完畢,進入工作狀態(tài)。此后不管調(diào)速閥兩端壓差如何變化,其流量都是不變的。因此,若設完成啟動過程的閥芯兩端的壓差為Pmin,則只有在閥芯兩端(調(diào)速閥兩端)壓差P Pmin時,調(diào)速閥才能進入工作狀態(tài),調(diào)速閥的特性曲線亦呈水平狀態(tài),。 3.3.6液壓油的使用要求3.4 任務分析設計參數(shù)：模具驅(qū)動油缸：工作負荷

29、1000Kg工作時間 3.2s最大工作速度 0.075m/s開合油缸： 工作負荷 300Kg工作時間 1.6s最大工作速度 0.025m/s設計要求： 模具驅(qū)動油缸與開合油缸協(xié)調(diào)動作以保證其同時達到工作位置。系統(tǒng)壓緊力F=40000N。工件重G=10000N；機械手重G=600N；模具重G=40000N；滑臺重G=1000N；系統(tǒng)要求最大速度V=75mm/s=0.075m/s 啟動與減速時間t=0.5s則有；橫梁；下降V=0.065m/s；上升V=0.075m/s .行程：L=200mm工作臺：前進V=0.050m/s；后退V=0.060m/s 行程：L=450mm模具油缸：下降V=0.050

30、m/s；上升V=0.065m/s行程： L=260mm開合油缸：下降V=0.050m/s；上升V=0.070m/s行程： L=300mm其導軌面的夾角為90度，已知垂直作用于導軌的載荷FN=120N，靜摩擦因數(shù)：Fs=0.2,動摩擦因數(shù)：Fd=0.1。液壓缸的機械效率為=0.91。3.5 液壓系統(tǒng)方案的確定液壓工作過程：工作臺液壓缸：后退前進；動橫梁：下降上升；模具缸：下降上升；綜上所述，考慮到系統(tǒng)的流量很大，變量泵不好選，第二種方案的經(jīng)濟性好，系統(tǒng)效率高，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個定量泵的、供油方式不太適，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源，所以選第二種方案。3.6 負載

31、分析3.6.1 工作負載動橫梁；工作最大負載：F=10000+600N=10600N工作臺：工作最大負載F=0.2（10000+1000）N=2200N模具油缸：工作最大負載F=40000N 模具油缸有兩個相同的油缸，所以每個的工作負載滿載時為F=40000/2N=20000N。開合油缸：工作最大負載F=40000N 模具油缸有兩個相同的油缸，所以每個的工作負載滿載時為F=40000/2N=20000N。3.6.2 磨擦負載由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)公式計算出滑臺垂直作用于導軌的壓力約為120N，取則有：靜摩擦負載 動磨擦負載 3.6.3、慣性負載動

32、橫梁：加速時最大慣性負載 F= G/gv/t =10600/9.810.075/0.5N=162.08N 制動時最大慣性負載F= G/gv/t =10600/9.810.075/0.5N=162.081N工作臺:加速時最大慣性負載 F=G/gv/t=2200/9.810.060/0.5N=26.911N制動時最大慣性負載F=G/gv/t=2200/9.810.060/0.5N=26.911N模具油缸：加速時最大慣性負載 F=G/gv/t=20000/9.810.065/0.5N=265.04N制動時最大慣性負載F=G/gv/t=22000/9.810.065/0.5N=265.04N開合油缸：

33、加速時最大慣性負載 F=G/gv/t=20000/9.810.070/0.5N=285.42N制動時最大慣性負載F=G/gv/t=22000/9.810.070/0.5N=285.42N根據(jù)以上計算，考慮到模具，動橫梁液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而下滑，系統(tǒng)中應設置平衡回路。因此在對快速向下運動的負載分析時，就不考慮滑臺2的重量。3.6.4、最大負載動橫梁F=（10600+162.08+33.94）/0.91N=11863.76N工作臺:F=（2200+26.91+33.94）/0.91N=2484.45N模具油缸：F=（20000+265.04+33.94）/0.91N=2230

34、6.57N開合油缸：F=（20000+285.43+33.94）/0.91N=22328.97N3.7液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸：是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。液壓缸的輸入量是流體的流量和壓力，輸出的是直線運動速度和力。液壓缸的活塞能完成直線往復運動，輸出的直線位移是有限的。 結(jié)構(gòu)形式可分為：缸體固定和活塞桿固定缸體固定工作臺往復運動范圍為活塞有效行程的三倍，（占地面積較大）。常用于小型設備?；钊麠U固定工作臺往復運動的范圍為活塞有效行程的兩倍（活塞桿固定，缸筒與工作臺相連，進出油口可以做在活塞桿的兩端（油液從空心的活塞桿中進去）。也可以做在缸筒的兩端（需用軟管連接）

35、。動力由缸筒傳出。常用于中、大型設備上。單活塞桿式液壓缸的特點：往復運動速度不同常用于實現(xiàn)機床的快速退回和慢速工作進給。兩端面積不同，輸出推力不相等。無桿腔吸油時工作進給運動（克服較大的外負載）。有桿腔進油時驅(qū)動工作部件快速退回運動（只克服摩擦力的作用）。工作臺運動范圍等于活塞桿有效行程的兩倍。缸體和底蓋焊接成一體。活塞靠支撐環(huán)導向用Y型密封圈密封，活塞與活塞桿用螺紋連接?；钊麠U靠導向套導向，用V型密封圈密封。端蓋和缸體用螺紋連接，螺母用來調(diào)整V型密封圈的松緊。缸底端蓋和活塞桿頭部都有耳環(huán)，便于鉸接。因此這種液壓缸在往復運動時，其軸線可隨工作需要自由擺動。綜上所述，選擇單活塞桿式液壓缸 3.7

36、.1、初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設備的負載，按類型屬組合機床類，所以初選液壓缸的工作壓力為4.0MPa1.3.2計算液壓缸的尺寸動橫梁A=F/P=11863.76/m2=2.966103 m2D=(4A/)0.5=(43.0220.001/3.)0.5m=0.0613m按標準取：63mm。工作臺A=F/P=2484.45/m2=0.621103 m2D=(4A/)0.5=(40.6210.001/3.)0.5m=0.0281m按標準?。?2mm。模具油缸：A=F/P=22306.57/m2=5.577103 m2D=(4A/)0.5=(46.9680.001/3.)0.5m=0.084m按

37、標準?。?0mm。開合油缸：A=F/P=22328.97/m2=5.582103 m2D=(4A/)0.5=(46.9680.001/3.)0.5m=0.084m按標準?。?0mm。根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：橫梁：D2/(D2-d2)=75/65d=23.004mm按標準?。篸=25mm。無桿腔面積 A=(D2)/4=3.*63*63/4=3117.25mm2有桿腔面積 A=(D2-d2)/4=3.*(63*63-25*25)/4=2626.37mm2工作臺由于其前進與后退速度相同根據(jù)設計手冊確定d/D=0.5-0.58所以：按標準?。?8mm。無桿腔面積 A=(D2)/4=

38、3.*32*32/4=804.25mm2有桿腔面積 A=(D2-d2)/4=3.*(32*32-18*18)/4=549.78mm2模具油缸： D2/(D2-d2)=65/50d=43.235mm按標準?。?4mm。無桿腔面積 A=(D2)/4=3.*90*90/4=6370.5mm2有桿腔面積 A=(D2-d2)/4=3.*(90*90-44*44)/4=4841.19mm2開合油缸： D2/(D2-d2)=70/50d=48.10mm按標準?。?0mm。無桿腔面積 A=(D2)/4=3.*90*90/4=6370.5mm2有桿腔面積 A=(D2-d2)/4=3.*(90*90-50*50)

39、/4=4398.23mm23.7.2、活塞桿穩(wěn)定性校核動橫梁因為活塞桿總行程為200mm，而且活塞桿直徑25 mm，= 200/25=8,不需要進行穩(wěn)定性校核。工作臺 因為活塞桿總行程為450mm，而且活塞桿直徑18 mm，= 450/18=25因為工作臺液壓缸的活塞桿主要受力為水平方向，因此不需要進行穩(wěn)定性校核。模具油缸：因為活塞桿總行程為260mm，而且活塞桿直徑44 mm，= 260/44=5.910,不需要進行穩(wěn)定性校核。開合油缸：因為活塞桿總行程為300mm，而且活塞桿直徑50mm，= 300/50=610,不需要進行穩(wěn)定性校核。3.7.3、求液壓缸的最大流量動橫梁q=Av=3117

40、.25*10-4*0.075*10*60L/min=14.03L/min工作臺q=Av=804.25*10-4*0.060*10*60L/min=2.90L/min模具油缸：q=Av=6370.5*10-4*0.065*10*60L/min=24.84/min開合油缸：q=Av=6370.5*10-4*0.070*10*60L/min=26.76/min鋼筒壁及法蘭的材料選45鋼，活塞桿材料選Q235。3.5.4 液壓缸其它參數(shù)的選擇（1）活塞的最大行程L已由要求給定動橫梁：L=200mm工作臺：L=450mm模具油缸： L=260mm開合油缸： L=300mm（2）小導向長度 當活塞桿全部外

41、伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度H。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保留有一最小導向長度。對于一般的液壓缸，當液壓缸的最大行程為L，缸筒直徑為D時，最小導向長度為：動橫梁：H=200/20+63/2mm=10+32.5mm=42.5mm所以取H=50mm工作臺：H=450/20+32/2mm=22.5+16mm=38.5mm所以取H=40mm模具油缸：H=260/20+90/2mm=13+45mm=58mm所以取H=60mm模具油缸：H=300/20+90/2mm=15+45mm=60mm所以取H=70mm（3）活塞的

42、寬度的確定 取B=0.7D動橫梁：B=0.7D=0.7*63mm=44.1mm取B=45mm工作臺：B=0.7D=0.7*32mm=22.4mm取B=25mm模具油缸： B=0.7d=0.7*90mm=63mm取B=65mm開合油缸： B=0.7d=0.7*90mm=63mm取B=65mm（4）活塞桿長度的確定活塞桿的長度活塞桿的長度應大于最大工作行程、導向長度、缸頭、缸蓋四者長度之和。既L+H+但是為了使其能夠工作，必須和工作臺連接，所以還應支出一部分?？紤]實際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長度動橫梁與模具油缸為50mm，工作臺為30mm。所以活塞桿的總長動橫梁L=200+50+84+77+

43、50mm=461mm工作臺L=450+50+43+40+30mm=613mm模具油缸L=260+60+133+122+50mm=625mm模具油缸L=300+70+133+122+50mm=675mm（5）液壓缸筒長度的確定L=活塞最大行程+活塞寬度+活塞桿導向長度+活塞桿密封長度。動橫梁L=220+45+50+10mm=305mm工作臺L=450+25+50+10mm=535mm模具油缸L=260+60+70+10mm=395mm開合油缸L=300+70+70+10mm=445mm3.8液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個方面的問題：1、供油方式2、調(diào)速回路3、調(diào)速換接回路4

44、、平衡及鎖緊 3.8.1、供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時所需流量較大，且比較接近。在慢上時所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng)的效率、節(jié)省能源的角度來考慮，如果采用單個定量泵的供油是不合適的，所以宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。3.8.2、調(diào)速回路 由工況圖可知，該系統(tǒng)在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，由于系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小。因此采用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。3.8.3、調(diào)速換接回路由于快上和慢上之間速度需要換接，但對換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來實現(xiàn)速度的換接。3.8.4、平衡及鎖緊 為防止在上端停留時重物下落和在停留斯間內(nèi)保持重物的位

45、置，特在液壓缸的下腔進油路上設置了液控單向閥；圖三、淬火壓床液壓系統(tǒng)改造原理圖3.9確定電動機的型號 電動機已經(jīng)標準化，系列化。應按照工作機的要求，根據(jù)選擇的傳動方案選擇電動機的類型，容量和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號和尺寸。3.9.1電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇電動機有交流電動機和同步電動機兩類，異步電動機又分為籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動機應用最多。目前應用最廣的是Y系列自扇冷式籠型三相電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，啟動性能好，工作可靠，價格廉價，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體，無特殊要求的場合，如運輸機，機床，風機，農(nóng)機，輕工機械等。在經(jīng)常需要啟動，制動和正，反轉(zhuǎn)的場合，則要

46、求電動機轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大，應選用起重及冶金用三相異步電動機YZ型（即籠型）或YZR型（即繞線型）。在連續(xù)運轉(zhuǎn)的條件下，電動機發(fā)熱量不得超過許可溫升的最大功率稱為額定功率。負荷達到額定功率時的電動機轉(zhuǎn)速稱為滿載轉(zhuǎn)速。三相交流異步電動機的銘牌上都有額定功率和滿載轉(zhuǎn)速。為滿足不同的輸出要求和安裝需要，同一類型的電動機可制成幾種安裝結(jié)構(gòu)形式，并以不同的機座號來區(qū)別。各型號電動機的技術(shù)參數(shù)，如額定功率，滿載轉(zhuǎn)速，啟動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩之比，最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩之比，外形及安裝尺寸等，可查閱有關(guān)機械設計手冊或電動機產(chǎn)品目錄 。 查看電機產(chǎn)品目錄、擬選用電動機的型號為Y160L-6。（設計手冊P7-8）3.

47、9.2確定電動機的功率電動機功率的選擇直接影響到電動機的工作性能和經(jīng)濟性能的好壞。如果所選電動機的功率小于工作要求，則不能保證工作機正常工作，使電動機經(jīng)常過載而提早損壞；如果所選電動機的功率大，則電動機經(jīng)常滿載運行，功率因數(shù)和效率底，從而增加電能的消耗，造成浪費。因此，在設計中一定要選擇合適的電動機功率。由驅(qū)動該泵的電動機的功率可由泵的工作壓力(4MPa)和輸出流量(970r/min) 求出：3.10 油箱的設計：液壓油箱在液壓系統(tǒng)中的主要作用為儲油、散熱、分離油中所含空氣及消除泡沫。選用油箱首先要考慮其容量，一般移動式設備選取泵最大流量的23倍，于最低油位，當油缸回縮以后油面不得高于最高油位

48、；最后考慮油箱結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)油箱內(nèi)的隔板并不能起沉淀臟物的作用，應沿油箱縱軸線安裝一個垂直隔板，此隔板一端和油箱端板之間留有空位使隔板兩邊空間連通，液壓泵的進出油口布置在不連通的一端隔板兩側(cè)，使進油和回油之間的距離最遠，液壓油箱多起一些散熱作用。油箱的尺寸:油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積：V=（24），即取V=3247=741 L取800L油箱的三個邊長在1：1：11：2：3范圍內(nèi)，設定油箱可以設計為L=1100mm,D=900mm,H=800mm。由于油箱選擇容量時系數(shù)偏大，就把油箱壁厚包括在以上的計算出的長度中。油箱容量大于400ml，壁厚取5mm，油箱底部厚度取8mm，箱蓋應為壁厚的

49、3倍，取15mm。為了增加油液的循環(huán)距離，使油液有足夠的時間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)，消散熱量，所以吸油管和回油管相距較遠，并且中間用隔板隔開，油箱底應微微傾斜以便清洗。由于油箱基本裝滿油，隔板高取液面高的3/4，取為600mm.其他油箱輔助元件和油箱結(jié)構(gòu)參考國家標準。3.11液壓系統(tǒng)的校核3.11.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定 已知油管的內(nèi)直徑為25mm，則其面積為：A =（D2）2=3.1412.52mm2=3.14156.25mm2=490.625mm2=4.910-4m2所以慢進時液壓缸的速度為：V =q/A=41.0310-3/(/4)25024210-460m/s=41.03/(/4)2502426m/s =0.136m/s根據(jù)計算慢上時管道內(nèi)的油液流動速度約為1.4m/s，數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)整閥兩端的壓降；此時功率損失最大；而在快下時滑臺及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗算。所以有快進做依據(jù)來計算卸荷閥和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，快進時液壓缸的速度為：此時油液在進油管中的流速為（1）沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20時，動力粘度，所以有：管中為層流，則阻力損失系數(shù).若取進、回油管長度均為2m，油液的密度為，則其進油