液壓成型機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)論文機(jī)械液壓動力學(xué)

1、液壓成型機(jī)床設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)1.對整機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化2.對整機(jī)及其部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如床身，工作動力部件等3.對各機(jī)床的各零件進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)和校核4.繪制出整套零部件的工程圖和裝配圖 5.編寫設(shè)計(jì)說明書 6.完成一篇相關(guān)英文資料的中文翻譯 7.對完成的工作進(jìn)答辯1 緒論1.1 課題的來源和背景隨著現(xiàn)代工業(yè)快速的發(fā)展和人們的生活水平的不斷的提升, 在生活和工作中 人們不僅對產(chǎn)品的質(zhì)量有一定要求,也要求產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保,造型美觀,包裝漂亮等。因此現(xiàn)代社會中產(chǎn)品的型狀多式多樣的，產(chǎn)品成型機(jī)在現(xiàn)代的工業(yè)的中被廣泛應(yīng)用，如塑料成型機(jī)、橡膠成型機(jī)、金屬成型機(jī)等。因此對現(xiàn)代化的成型機(jī)床進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計(jì)具有一

2、定的價(jià)值和意義。筆者在邵陽維克液壓有限公司生產(chǎn)實(shí)習(xí)時候，發(fā)現(xiàn)公司接到不少的不同型號和不同工況要求的產(chǎn)品成型機(jī)床的訂單。在此選取一個項(xiàng)目作自己的畢業(yè)課題，對產(chǎn)品成型機(jī)床進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)，這樣不但可以為公司對產(chǎn)品的成型機(jī)床研發(fā)和設(shè)計(jì)出一份薄力，同時也是對自己這大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行一次大的總結(jié)。1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 目前市場上產(chǎn)品成型機(jī)各式各樣的，但是根據(jù)其動力裝置可以大概分為以下幾類產(chǎn)品成型機(jī)：機(jī)械式產(chǎn)品成型機(jī)，液壓式產(chǎn)品成型機(jī)，電動式產(chǎn)品成型機(jī)和氣動式產(chǎn)品成型機(jī)。其中液壓式產(chǎn)品成型機(jī)在市場上居多，因?yàn)槠淠芎芊奖銓?shí)現(xiàn)高壓力和不同工作速的要求且傳動平穩(wěn)，噪聲小等儲多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)其自動化控制程度又

3、可分為：手動控制、半自動控制和全自動控制。在國內(nèi)的大多數(shù)為半自動控制機(jī)床，全自動大噸位精確度較高機(jī)床大多從國外進(jìn)口，因此對機(jī)床的自動化控制的研究有待于提高。1.3 主要的研究的內(nèi)容和方法1.3.1 根據(jù)客戶具體要求對成型機(jī)工況進(jìn)行分析在對產(chǎn)品成型機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)時，首先對其具體的工況進(jìn)行分析，要特別注意其工況是否有特殊要求。在充分了解到機(jī)床的工況后再進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。1.3.2 對機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析 只有要對機(jī)床在實(shí)際的運(yùn)動動作和軌跡，工作時候作用力進(jìn)行分析后才能確定其動力的大小，傳動方式，動力頭要實(shí)現(xiàn)的機(jī)能。1.3.3 對機(jī)床進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì) 在機(jī)床總體設(shè)計(jì)的時候，要充分利用空間，使其結(jié)構(gòu)緊

4、湊。1.3.4 對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，要對其進(jìn)行優(yōu)化，要求液體系統(tǒng)有較高的傳動效率，使其能量損失最小。1.3.5 對機(jī)床進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對機(jī)床的機(jī)械裝置部分進(jìn)行尺寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并校核其強(qiáng)度，保證機(jī)床安全性和可靠性。1.4 本章結(jié)論 在產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)時，要充分了解市場的需求，再根據(jù)客戶的具體要求對其具體的工作情況進(jìn)分析，然后再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，在保證其工作性能的前提下再進(jìn)行整機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化，保證其安全性，可靠性和可操作性等。這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品才能贏得市場，才能被人們接受。2 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.對整機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化2.對整機(jī)及其部件進(jìn)

5、行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如床身，工作動力部件等3.對各機(jī)床的各零件進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)和校核4.繪制出整套零部件的工程圖和裝配圖 5.編寫設(shè)計(jì)說明書 6.完成一篇相關(guān)英文資料的中文翻譯 7.對完成的工作進(jìn)答辯2.2 系統(tǒng)的性能與技術(shù)要求技術(shù)要求：能實(shí)現(xiàn)工作頭快速進(jìn)給、工作進(jìn)給和快速退回等動作；操作簡單維修方便。運(yùn)動平穩(wěn)協(xié)調(diào)，能滿足動力要求，保證工作精度。滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨加工工和經(jīng)濟(jì)性要求。主要參數(shù)：1.液壓缸行程160mm 2.工作壓力20mpa 3.工稱壓力550kn 4.工作臺的面400*400mm 5.工作臺快速工作速度100mm.s 6.工作臺快速下行速度100mm

6、.s2.3 總體方案設(shè)計(jì)機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案包括：工藝方案，主要參數(shù)，機(jī)床總體布局，傳動系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和主要的結(jié)構(gòu)草圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)分析報(bào)告。在此次設(shè)計(jì)中，此機(jī)床用于熱固性塑料，塑性材料等進(jìn)行沖壓，全液壓傳動，控制要求實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，工進(jìn)，快退等全過程。工作臺：由一對模具座組成，其尺寸為400*400mm，它們?yōu)樯舷掳惭b，上模座為固定的，下模座與執(zhí)行元件液壓缸相連，可沿四根滑柱滑動，這樣布局主要是為了機(jī)床在進(jìn)行產(chǎn)品沖壓的時候，成品能以其重力自動脫模。液壓系統(tǒng)：擬實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，工進(jìn)，快退和行程的控制和過載等功能。機(jī)床總體擬采用立式布局（如圖2.1所示），由電機(jī)為動力源，帶動液壓泵提供壓力，由液壓缸

7、驅(qū)動滑臺實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退等功能。工藝方案和主要部件的結(jié)構(gòu)圖在后面將進(jìn)詳細(xì)的介紹。圖2.1機(jī)床總體布局圖3. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算液壓系統(tǒng)作為液壓機(jī)床設(shè)計(jì)的重要部份,設(shè)計(jì)時必須滿足主機(jī)工作所需要的全部技術(shù)要求,且要求靜動態(tài)性能好，傳動平穩(wěn)，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠，經(jīng)濟(jì)性好，使用維護(hù)方便。因此，液壓系統(tǒng)和機(jī)床總體設(shè)計(jì)綜合考慮，做到機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣系統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)的相互配合，保證整機(jī)的綜合性能最高。3.1工況的分析 此液壓成型機(jī)床主要完成的是塑性材料產(chǎn)品的成型。在前面的對其總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，壓力頭部份采用了立式，即兩模座上下布置，且下模座為壓力頭。因此，在動力頭快進(jìn)過程中，液壓缸承受的力

8、為下模座的重量和下模座和四滑柱間的磨擦力，在快退過程中承受的也只有下模座和四滑柱間的磨擦力，動力頭進(jìn)行產(chǎn)品沖壓的時候，要求有55t（約550kn）的工作壓力。由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知往復(fù)運(yùn)動加速、減速的慣性 ,靜磨擦阻力 ，動磨擦阻力 ，快進(jìn)速度為100mm/s,工進(jìn)速度為7mm/s，快退速度為100mm/s。表3.1 液壓缸在各階段負(fù)載值工況負(fù)載組成負(fù)載f/n推力 /n啟動10001111加速11001222快進(jìn)f= 500550工進(jìn)f=f+670750快退f=600667注：1.液壓缸的機(jī)械效率=0.9； 2.g為模具和產(chǎn)品的重量, 為模座與四滑柱間的磨擦力。3.2 液壓缸主要參數(shù)的確定3.2.1

9、活塞內(nèi)徑d的計(jì)算由上面的分析可得此成型機(jī)床最大的負(fù)載約為550000n,查表3.2和表3.3取工作取最大工作壓力19mpa。在液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的時候,選用開式系統(tǒng)，即返回時執(zhí)行元件油直接回油箱，因此p2為0。在液壓缸工作的時候,油體是回路中循環(huán)運(yùn)動,油管中是有壓降存在的, 在快進(jìn)和快退時回油腔中是有背壓的,由于系統(tǒng)簡單,其背壓值也非常小。 由工進(jìn)時推力可根下列公式計(jì)算出液壓缸的面積 = (3.1)由于3.2.1 活塞桿直徑d的計(jì)算(1)速比的計(jì)算1 速比是指液壓缸活塞桿往復(fù)運(yùn)動時的速度比。(3.2)=100/7=14.28因此活塞直徑d根據(jù)公式 d=d = 因此，將其圓整為d=190mm,

10、d=180mm。表3.2 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力負(fù)載/n50005001000010000200002000030000300005000050000工作壓力/mpa0.811.522.5334455 表3.3 按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械工程機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/mpaa235881010162032根據(jù)上述的d與值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力，流量和功率，如表3.4所示表3.4 液壓在不同階段的壓力,流量和功率值工況負(fù)載f/n回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率快進(jìn)啟動1111=0-加速1222-快進(jìn)667較小-工進(jìn)7600快退起動111

11、1=0-加速1222較小-快退6673.3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)擬訂液壓系統(tǒng)原理圖是整個設(shè)計(jì)工作中最主要的步驟，他對系統(tǒng)性能以及設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)和合理性能具有決定性的影響。其一般方法是根據(jù)動作和性能的要求先分別選擇和擬訂基本回路，然后將各回路組合成完整的系統(tǒng)。最后將此系統(tǒng)進(jìn)行歸納和整理。增添必要的元件和輔助油路，使之成為完整的系統(tǒng)。3.3.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求本液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具體要求如下：(1) 系統(tǒng)各零件要有較高的強(qiáng)度和耐磨性。(2)油缸運(yùn)動要平穩(wěn),運(yùn)動過程中不能卡的現(xiàn)象。(3) 本液壓系統(tǒng)控制各油缸正確動作。(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、操作方便、性能可靠、實(shí)現(xiàn)自動操作。3.3.2回路方式的選擇液壓系

12、統(tǒng)按油液的循環(huán)的方式不同,開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)即從執(zhí)行元件排出來的油回油箱，冷卻后再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口，其結(jié)構(gòu)簡單；閉式系統(tǒng)即工作液體在系管中封閉循環(huán)，其結(jié)構(gòu)緊湊，空氣不容易進(jìn)入到系統(tǒng)，傳動較為平穩(wěn)。本設(shè)計(jì)中由于其液壓系統(tǒng)比較簡單，因此選用開式系統(tǒng)。3.3.3執(zhí)行元件的選擇由于此液壓成型面床動動力裝置是沿立柱滑動，因此為這種運(yùn)動為直線運(yùn)動，其要求有三種控制速度，分別是為動力頭快進(jìn)，動力頭工進(jìn)和動力頭快退三種速度，能實(shí)現(xiàn)剛開始速度快，然后再慢速，再快速的有增速缸，因此選用雙作用活塞增速缸。3.3.調(diào)速方式的選擇在選擇執(zhí)行元件時，選用了增速缸，它能實(shí)三種速度工作速度，因此它有三個進(jìn)油口。選用

13、順序閥與之配合使用，能實(shí)現(xiàn)調(diào)速（如圖3.1）。開始時，壓力比較小油液從底端進(jìn)入，由于面積較小，所以速度就較快，這樣就實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。當(dāng)有負(fù)載時系統(tǒng)壓力就增大了，順序閥打開，這樣同樣的流量而有效面積增大了，因此速度就降下來了。當(dāng)油液從b進(jìn)入，液壓缸快退。圖3.1 增速缸與順序閥連接3.3.5 調(diào)壓方式的選擇 在液壓系統(tǒng)中選用兩個溢流閥，分別安裝在兩個進(jìn)油油路上，以之來調(diào)定系的壓力以保持系統(tǒng)或回路中的壓力恒定。3.3.6 換向回路的選擇在液壓系統(tǒng)中一般使用換向閥，在這里選用三位四通的電磁換向閥，其結(jié)構(gòu)簡單，使用和維護(hù)方便。3.3.7 動作轉(zhuǎn)換控制方式 在本液壓系統(tǒng)中動作控制中,采用了壓力繼電器來控制電機(jī)

14、,當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定值,發(fā)出電信號,使電機(jī)停止運(yùn)行,從而對系統(tǒng)起到保護(hù)的的作用。3.3.8 擬定液壓系統(tǒng)圖 圖3.2 液壓系統(tǒng)原理圖綜合上述分析和所擬的方案,將各種回路合理組合成些機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖如3.2所示。3.4 液壓元件的選擇3.4.1 液壓泵液壓在整個工作循環(huán)中的最大的工作壓力為20mpa,查表液壓設(shè)計(jì)手冊得各種閥的壓力損失值如下：單向閥為0.30.5，換向閥為1.53，順序閥為1.533，其單位均為 。根據(jù)上面擬定液壓系統(tǒng)圖，油液從液壓泵的出經(jīng)過三位四通換向閥，再過液控間向閥，再經(jīng)過順序閥，最后到液壓缸的入口，因此其有多重壓力的損失。另外在用壓力繼電器調(diào)時候，其調(diào)定壓力

15、要比最大的工作壓力高出0.5mpa 則泵的最大的工作壓力計(jì)算如下 pb=p1+p1 (3.3)=19.44mpa液壓泵應(yīng)該向液壓缸提供的最大的流量，若回路泄漏按液壓缸輸入流量的10%估計(jì)，則泵的流量為 =根據(jù)以上求得的pp和qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%60%1。根據(jù)以上計(jì)算，選取cy1414-b型液壓泵,其排量為2.5400,壓力31.5mpa,轉(zhuǎn)速10003000。3.4.2 電動機(jī)的選擇電動機(jī)的選用的一般原則如下：在選擇電動機(jī)的類型時要根據(jù)工作機(jī)的要求來選?。回?fù)荷平穩(wěn)且無特

16、殊要求的長期工人制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠型異步電動機(jī)；電動機(jī)結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式和防爆式，應(yīng)該根據(jù)防護(hù)要求及環(huán)條件進(jìn)生選擇；選用電動機(jī)的類型，除了滿足工作機(jī)械的要求外，還需要滿足電網(wǎng)的要求，如啟動時能維持電網(wǎng)電壓水準(zhǔn)，保持功率因數(shù)在合理范圍內(nèi)等；電動機(jī)功能應(yīng)有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?。通常對在變載荷作用下，長期穩(wěn)定連繼動行的機(jī)械，所選用的電動機(jī)的額定功率應(yīng)稍大于工作機(jī)的功率。由公式3.4計(jì)算出工作機(jī)的總功率 (3.4) =20.44 0.198=3.8kw本設(shè)計(jì)中選用y123m-4電動機(jī),其機(jī)功率為7.5kw,轉(zhuǎn)速1440 。3.4.3 液壓閥的選擇液壓閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量

17、，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。(1)溢流閥的選擇在閥類元件中一種疊加閥,它可直接得用閥體本身的疊加而無需另外油道連元件而組成液壓系統(tǒng)的特定的結(jié)構(gòu)的液壓閥。疊加閥安裝在板式換向閥和底板之間，每個疊加閥除了具有某種控制功能外，還起到了油道作用。疊加閥的工作原理和一般閥的工作原理基本相同，但是在結(jié)構(gòu)和連接上它自成體系。由疊加閥構(gòu)成的液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，占地面積小；疊加閥安裝簡便，裝配周期短，系統(tǒng)有變動需增減元件時，重新安裝比較方便，使用疊加閥，元件間無管件連接，消除了因管接頭等引起的漏油

18、、震動和噪聲。因此，在本設(shè)計(jì)中根據(jù)系統(tǒng)中的壓力和流量選用了z2db6c240b-315疊加式雙流閥。 （2）液控單向閥和電磁換向閥的選擇在選擇方向控制閥時候，其的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量稍大一些，必要時也允許有20%以內(nèi)的短時間過流量。根據(jù)上面的計(jì)算，并且通過查液壓設(shè)計(jì)手冊電磁換向閥可以得出換向閥的型號為：34d2h10-c電磁換向閥。其中為四通路，通徑為10mm, 流量為20l/min。液控單向閥選取用ay-f6d-a(b)-1。(3)壓力繼電器的選擇壓呼繼電器調(diào)整壓力要比系統(tǒng)的工作壓力要高出0.5mpa,所以在本設(shè)計(jì)中用hed40a10/350，其調(diào)整壓最高可達(dá)35mpa。(5)其它

19、輔助液壓元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和系統(tǒng)中最大的流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，如表3-7所選出的一種方案。3.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算3.5.1 回路壓力損失驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實(shí)際情況對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。(1)管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)壓力損失油液在進(jìn)油管的流速根據(jù)下列公式： v= (3.5) =0.94 壓

20、力損失只要包括沿程壓力損失，局部壓力損失和閥類元件的局部損失。因此損失壓力的總和： p=p1+p2+p3。 (3.6)表3-7 元件的型號和規(guī)格序 號元件名稱估計(jì)通過流量 型 號規(guī) 格調(diào)節(jié)壓力/mpa1液壓泵14cy1414-b31.5mpa2電磁換向閥1334d2h-10b-c31.5mpa3雙溢流閥疊加式4z2db6c240b-35125mpa6，204液控單向閥12ay-f6d-a（b）-132mpa5順序閥12x2f-b10h36-21mpa6壓力繼電器12hed40a10/350mpa7過濾器14wu-25*180-j31.5mpa8空濾器-quq2-10*1.0-9耐震壓力表-yn

21、60-3-10壓力表開關(guān)-kf-l8h- 沿程壓力損失首先，要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用46#抗磨液壓油，精度等級不低于nas8級，其工作環(huán)境溫度為20-50時，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊常用液壓油的牌號和黏度表取其運(yùn)動粘度=50，根據(jù)公式可以求出雷諾系數(shù)所以有： re= 1 (3.7) = =300其臨界雷諾數(shù)為3000，而實(shí)際流動時的雷諾數(shù)為300，小于3000，則管中應(yīng)為層流，則阻力系數(shù) ： =80/re (3.8) =80/300 =0.27若取油管長度均為1m，油液的密度為=890kg/m，則進(jìn)油路上的沿程壓力損根據(jù)公式可以求出: p1= (3.9) =0.27 =6635.3局部壓力損失液體流

22、經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部阻力處所引起的壓力損失。液流經(jīng)過這些局部阻力處時，由于液流方向和流速均發(fā)生變化，在這里形成了旋渦，使液體的指點(diǎn)之間互相撞擊，從而產(chǎn)生能量的損耗。局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，前者視管道的具體結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%，而后者與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為qn和，則當(dāng)通過閥的流量為q時的閥的壓力損失為。(3.10) (3.10) 在該系統(tǒng)中主要有電磁換向閥和順序流閥，根據(jù)各個產(chǎn)品的參數(shù)可知，再根據(jù)公式（3.6）確定各個閥的壓力損失如下： = (3.11) =0.01 mpa=0.0046m

23、pa= =0.01 mpa=0.0015 mpa液壓缸回油路上的流量為: (3.12)l/min=1.24l/min 回油路管中的流速為: (3.13) =0.257 m/s因此 re= (3.14)=0.2571610-3/6010-6=68.5=80/re =80/68.5 =1.17待添加的隱藏文字內(nèi)容3 所以回油了路上的沿程壓力損失為: (3.15) =2132.6pa總的壓力損失：由上面的計(jì)算所得可求出: (3.16)=（6635.3+4600+1500+2132.6）mpa=14867.9pa=14867.9pa，計(jì)算出來的結(jié)果小于估計(jì)的值，因此不必更改。3.5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱

24、溫升計(jì)算1系統(tǒng)在工作時，有壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失所消耗的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能。特別是液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)熱使油溫升高，導(dǎo)致油的粘度下降、油液變質(zhì)，影響正常的工作。為此，必須控制溫升在許可的范圍內(nèi)，如工程機(jī)械和機(jī)車車輛應(yīng)控制在t=35-40。該系統(tǒng)中產(chǎn)生熱量的元件主要有液壓缸、液壓泵、溢流閥和單向閥，散熱的元件主要有油箱，系統(tǒng)經(jīng)一段時間后，發(fā)熱與散熱會相等，即達(dá)到熱平衡。液壓泵輸入的有效功率為 (3.17)液壓缸工進(jìn)時的有效功率為 (3.18)由此可得液壓系統(tǒng)單位時間的發(fā)熱量為q= (3.19)系統(tǒng)的溫升，等于系統(tǒng)熱平衡事的溫度和環(huán)境溫度之差，取油液的最高工作溫度為60，工作的環(huán)境溫度

25、為30，則t為 t=（60-30） (3.20)=30計(jì)算出油箱最小的有效容積 (3.21) = 4 液壓缸的設(shè)計(jì)4.1 液壓缸主要參數(shù)液壓缸一般來說是標(biāo)準(zhǔn)件，但是在本設(shè)計(jì)中的液壓缸為非標(biāo)液壓缸，因此需要自行設(shè)計(jì)。壓缸的設(shè)計(jì)是在對所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析、負(fù)載計(jì)算和確定了其工作壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負(fù)載和運(yùn)動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑d、缸的長度l、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。在進(jìn)行液壓設(shè)計(jì)的時候已經(jīng)計(jì)算出了液壓缸的內(nèi)徑d=190m

26、m,液壓桿d=180mm,液壓缸行程s=160mm。因?yàn)榇艘簤合到y(tǒng)中的液壓缸能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退的增速液缸，因此，在這個液壓缸上應(yīng)該有一個小的面積，當(dāng)流量一定時，而面積很小，活塞運(yùn)動的速度就快，因此這個小面積能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的快進(jìn)。根據(jù)其工況對其面積進(jìn)行計(jì)算如下：(4.1)因此 液壓活塞的行程，在初步設(shè)計(jì)時一般按工作所需要的長度來確定，但是實(shí)際工作所需要的行程并不一定是液壓缸穩(wěn)定性所允的行程。為了計(jì)算其行程，那首先必須計(jì)算出活塞最大的允許的長度。(4.2)式中d為活塞桿的直徑單位為cm； p為活塞桿縱向負(fù)載單位為kn； n為末端條件數(shù)； 安全系數(shù)，。按照此機(jī)床中液壓缸的安裝形式，確定端條件數(shù)為n

27、=4 =20.21cm 由上面的計(jì)算可得，最大的允許的長度大于液壓缸工作所需要的行程，因此上面液壓缸的行程可用。4.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此液壓缸為增速缸，它是由缸底、缸筒、缸蓋兼導(dǎo)向套、活塞、和活塞桿、組成。又由于活塞和活塞桿的尺寸相差不大，因此將活塞和活塞桿做成一體。缸頭和缸體是通過螺紋連接的。其具體結(jié)構(gòu)如圖4.1。1.活塞桿 2.缸頭 3缸筒 4缸底 5缸頭主密封 6活塞主密封圖4.1 液壓缸結(jié)構(gòu)圖4.3活塞的桿設(shè)計(jì)和強(qiáng)度的計(jì)算由上面的設(shè)計(jì)可以知道此活塞和活塞桿做成一體的, 活塞桿在穩(wěn)定的工況下面,只受到軸向的拉力和壓力,那么就可以將其近似于桿件的受拉壓的強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。2(4.3)

28、 活塞桿的材料選項(xiàng)用40cr其許用應(yīng)力許用應(yīng)力大約為490mpa，因此其的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力。活塞桿在工作的時候力很大，因此進(jìn)行材料選擇的時候一般選取用高強(qiáng)度材料如45鋼，40cr等，為了提高其抗拉強(qiáng)度一般要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理?；钊?jīng)常進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，也與密封件緊相接觸進(jìn)行密封，因此要求其表面有一定的強(qiáng)度、耐磨性和光滑。在活塞桿進(jìn)行制造的時一般要求有表面鍍鉻和高頻淬火?；钊谝簤毫Φ淖饔孟拢馗左w滑動。因此必須配合得適當(dāng)，不能過緊，也不能過間隙太大。配合過緊會使啟動的靜壓力過大，降低了機(jī)械效率，如果過間隙太大，那么會造成內(nèi)部泄漏，降低容積效率，而達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。在這個設(shè)計(jì)中，采用雙支承圈活塞，即在活塞

29、的外圓上套上兩個尼龍的或聚四氟乙烯材料的開口環(huán)。這種不起密封作用，起密封作為活塞上面的主密封。由于尼龍的或聚四氟乙烯材料耐磨性和自潤滑性非常好，所以摩擦小，使用壽命要長。4.4 液壓缸缸體的設(shè)計(jì)4.4.1 液壓缸缸筒內(nèi)徑的確定根據(jù)分析，缸筒單活塞式液壓缸，由上面設(shè)計(jì)可知缸筒直徑d=190mm。4.4.2 液壓缸缸筒的有效面積根據(jù)公式可以求出缸筒內(nèi)的面積： 有桿腔面積 (4.4)=0.0029m2無桿腔面積 (4.3) =0.0283液壓缸缸筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚，油口直徑、缸底厚度、缸頭厚度等。4.4.3 缸筒壁厚的計(jì)算和校核(1)壁厚的設(shè)計(jì)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五卷第七章表 377-64，

30、由上求得缸體內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值190mm，得外徑240mm 根據(jù)公式（4.4）可以確定壁厚： 可知 =（240-190）/2 (4.4)=50/2mm =25mm(2)液壓缸的缸筒壁厚的校核液壓缸缸的額定壓力pn=20mpa,取py=1.25,pn=1.2520mpa=25mpa。液壓缸缸壁的材料選35號鋼，得其材料抗拉強(qiáng)度b=520mpa。取安全系數(shù)為n=5，=b/5=520/5mpa=104mpad/=240/25 =9.610(4.5)-1）mm =24.7525mm壁厚合適。4.4.4 液壓缸油口直徑的計(jì)算 根據(jù)公式 (4.6)式中為液壓缸油口直徑 ;d為液壓缸內(nèi)徑0.190m 設(shè)液壓缸最大輸

31、出速度為0.0250 m/s,查表得油口液流速度 4.8m/s。 =0.0012m=12mm4.4.5 缸底厚度h的計(jì)算該液壓缸為平形缸底且有油孔 (4.7)式中 h為缸底厚度 d為液壓缸內(nèi)徑 為試驗(yàn)壓力 缸底材料的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)n=4，則= =550/4=137.5mpa。由于缸的額定壓力=25mpa大于16mpa。所以根據(jù)公式(4.7) =0.035m=35mm 本設(shè)計(jì)為了方便安裝和設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)件，采用球頭法蘭進(jìn)行缸底連接，具體可見液壓杠的球頭法蘭零件圖。4.4.6 缸頭的聯(lián)結(jié)方式內(nèi)螺紋聯(lián)結(jié),是在缸筒端部加工出內(nèi)螺紋和退刀槽,缸頭直接通過螺紋連接如圖4.1。 1為缸筒、2為缸頭圖4

32、.1 缸體和缸頭的連接方式4.4.7 缸蓋的聯(lián)結(jié)計(jì)算2缸蓋和缸筒的連接采用內(nèi)螺紋聯(lián)結(jié),即在缸筒的端部加工出螺紋和退刀槽然后由缸蓋和缸筒直接連接。螺紋連接的強(qiáng)度的計(jì)算缸體螺紋處的拉應(yīng)力為： (4.18)缸體螺紋處的切應(yīng)力為： (4.19)缸體螺紋處的合成應(yīng)力為： 10 式中 k-螺紋擰緊系數(shù)，動載荷，取k=1.5 f-缸體螺紋處所受的拉力 n，f=550000n -螺紋內(nèi)徑 mm -螺紋處的拉應(yīng)力 pa 螺紋材料的許用應(yīng)力，= n安全系數(shù)，一般取1.5-2.5 由上面的計(jì)算可得本設(shè)計(jì)中的螺紋的強(qiáng)度是夠用的。 4.5 液壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 4.5.1 油缸的密封次油缸設(shè)計(jì)充分考慮了

33、其所處的環(huán)境惡劣，在密封件的造型上力求密封性能的可靠和壽命有可靠保證。4.5.2 油缸缸體本工程油缸的缸體材料為優(yōu)質(zhì)無縫鋼管制作，強(qiáng)度高于st5.2n，內(nèi)徑采用gb1184中的h8配合要求，表面粗糙度達(dá)ra0.4，直線度要求達(dá)1000：0.1，圓柱度要求達(dá)0.02，孔口有導(dǎo)向角，粗糙度為ra1.6，缸口采用內(nèi)螺紋聯(lián)結(jié)連接，并對焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷，按jb4730-1級標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收?；钊麠U材料用優(yōu)質(zhì)45鍛鋼并正火處理，表面防腐采用鍍鉻工藝，鍍0.040.06mm硬鉻，桿頭開有夾頭及導(dǎo)向角，所有結(jié)構(gòu)均符合國標(biāo)要求，表面硬度達(dá)hrc58-64以上，圓度公差值達(dá)7級精度?；钊貌牧蠟?5#鍛件正火

34、處理加支承環(huán)結(jié)構(gòu)（材料為qa19-4），活塞外徑公差達(dá)f8，內(nèi)徑采用基孔制，公差為h9，其密封面（槽）的加工精度為h9，粗糙度為ra1.6，兩端面對內(nèi)孔的垂直度為0.04mm，外徑對內(nèi)徑的同軸度為0.03mm，定位有導(dǎo)向角導(dǎo)入。缸底、缸蓋均采用鍛焊鋼件，材料為45#并經(jīng)正火處理，各配合處的圓柱度高于9級，同軸度公差為0.03mm，粗糙度為ra1.6um。油缸設(shè)有排氣測壓裝置，銷軸部位設(shè)有防水防銹機(jī)構(gòu)。 密封：選用o型密封圈，y型密封圈，緩沖密封圈。防塵：防塵圈。5 液壓輔助元件的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 濾油器5.1.1 濾油器的種類和功能液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)有各種雜質(zhì),它的主要來源于液壓系統(tǒng)中的未

35、清洗干凈的鑄砂、鐵屑，焊渣等。在液壓系統(tǒng)中用濾油器來去除液壓油中的各種雜質(zhì)，這樣促使液壓元件和系統(tǒng)能夠有效的工作。 按濾油器的濾芯不同，可將其的分為網(wǎng)式濾油器、線隙式濾油器、紙質(zhì)濾油器、燒結(jié)式濾油器和磁性濾油器。5.1.2 濾油器在液壓系統(tǒng)的安裝位置(1)濾油器安裝在液壓泵的吸油管上（如圖5.1a所示） 將液壓濾油器安裝在吸油管路上,主要是保護(hù),防止吸油較大的顆粒吸入液壓泵,而損壞液壓泵。為了不影響泵的吸油能力，裝在吸油管上的過濾器通油能力應(yīng)該在大于液壓泵流量的兩倍。其壓差也受到液壓泵吸油特性的限制，使用壓差不大于0.02mpa。 （a） (b) (c)圖5.1 濾油器安裝位置圖(2)濾油器安

36、裝在供油管路上（如圖5.1b所示） 濾油器安裝在供油管路上，可以保護(hù)除液壓泵以外的其它元件。在供油管路上的可以安各種型式的濾油器。過濾精度一般為3-20，最的壓差一般為0.35-0.5mpa,并且過濾器要一定的強(qiáng)度。(3)濾油器安裝在回油管路上（如圖5.1c所示） 在系統(tǒng)的回路上安裝過濾器是比較理想的。在液壓回油箱之前，過濾器將外界浸入系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污染濾除，從面可以使系統(tǒng)中液壓油清潔，回路上的濾油器承受的壓力為回油背壓。一般不超過1mpa,因此可以加大其的結(jié)構(gòu)尺寸，以提高納垢容量。因此在這可以選用高精度的濾油器，最大的允許壓差一般為0.35mpa。3濾油器選擇 由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)非常

37、簡單，在系統(tǒng)中只選用吸油濾油器。因此對其要求有足夠的流通能力。因?yàn)樾枰?jīng)常清洗過濾器，所以在油箱的安裝結(jié)構(gòu)上要考慮到其的安裝方便。在本設(shè)計(jì)中選取用quq2-10*10濾油器，用于濾除液壓泵口處的油液中的雜質(zhì)，以保護(hù)液壓泵和其它液壓元件，有效地控制系統(tǒng)污染。此濾油器的吸油能力大，阻力小?？芍苯影惭b在油箱蓋板上，筒體伸入油箱內(nèi)。當(dāng)濾芯清洗時需清洗或更換時，只需打開過濾器的上蓋，即可取出濾芯進(jìn)行清洗或更換，非常方便。 5.2 油管及管接頭5.2.1 油管 油管用于液壓系統(tǒng)中傳送液體，油管的種類有無縫鋼管、有縫鋼管、橡膠軟管、紫銅管、尼龍管、塑料管等。(1)管道面積： a= (5.1) 式中 q通過管

38、道內(nèi)的流量（）； 管內(nèi)允許流速（m/s）見表5.1。表5.1 液壓管內(nèi)油液流速推介值管道推薦流速/（m/s）液壓吸油管道0.51.5 液壓系統(tǒng)壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.52.6 吸油管道的面積a1 = 其中流速取0.8 m/s吸油管的內(nèi)徑d1 =16mm壓油管的面積a2 = 其中流速取5 m/s壓油管的內(nèi)徑r2 =7mm回油管的面積a3 = 其中流速取2.5 m/s回油管的內(nèi)徑r3 =10mm因此，選用吸油管選用內(nèi)徑公稱直徑為22mm軟管，壓油管也選用內(nèi)徑公稱直徑為16 mm軟管，回油管選用內(nèi)徑公稱直徑為10mm的軟管。5.2.2 管接頭的選擇 管接頭是油管

39、與液壓元件、油管與油管之間可拆卸的連接件。管接頭必須在足夠的前提下，在壓力沖擊的振動下要保持管路的密封性、連接可靠、外形尺寸小、加工工藝好、壓力損失小等要求。 常用的管接頭有焊接管接頭、卡套管接頭、擴(kuò)口管接頭、扣壓式膠管接頭和快速管接頭。在本設(shè)計(jì)中分別選取的軟管接頭a-10*3w和a-4*3w兩種接頭，其它裝配中需要的接頭見裝配圖。5.3 油箱 液壓系統(tǒng)中的油箱的主要用途就是儲油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀物的作用。因此從上面的角度來看，油箱的容積越大越好，但是如果容積越大，會導(dǎo)致體積大，重量也有增在，操作不方便等。對于固定設(shè)備上面的油箱一般有效容積v為液壓泵的每分鐘流量的3倍以上。通

40、常根據(jù)系的壓力來確定油箱的有效容積v： 低壓系統(tǒng)：v=（2-4）60q() (5.2) 中壓系統(tǒng)：v=（5-7）60q() (5.3)自然冷卻（沒有冷卻裝置 ）的情況下，一般對長、寬、高之比為1:（1-2）:(1-3)的油箱。且油面高度為油箱高度的80%時，其有效容積可以近似按下列公式確定： (5.4) q=p（1-） (5.5)式中為油液溫升值；q為系統(tǒng)單位時間的總發(fā)熱量；p為液壓泵的輸入功率。根據(jù)前面對液壓系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算計(jì)算出來數(shù)值，在本設(shè)計(jì)中根據(jù)機(jī)床的工況和空間布置采用尺寸較大的油箱其尺寸為：l=1120mm,d=995mm,h=585mm。油箱結(jié)構(gòu)的具體要求如下：油箱的底部應(yīng)做成適

41、當(dāng)?shù)男倍?，并在其最低位置安置放油口，以便換油時油液和污物能從油口順利地流出。箱蓋上應(yīng)該安放空氣濾清器，其通氣量不小泵的流量的1.5倍。5.4 空氣濾清器 液壓系統(tǒng)對油液的清潔度要求比較高，因此凈化油液是非常重的環(huán)節(jié)?？諝鉃V清器能夠防止空氣的中的污染顆粒進(jìn)入油箱，從而保證液壓系統(tǒng)能夠正常工作。它也能維持箱內(nèi)的箱力和外部大氣壓的平衡，以避免產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)中選取用quq2-10*10空氣濾清器。5.5 壓力表及其附件液壓系統(tǒng)中的壓力一般都用壓力表進(jìn)行觀測，以調(diào)整達(dá)到要求的工作壓力。一般工程機(jī)械采用1.5-4精度等級的壓力表。在選擇壓力表時應(yīng)選用其量程比系統(tǒng)最高壓力高出1.5倍左右的壓力表。壓

42、力表應(yīng)安裝在調(diào)整系統(tǒng)壓力時能很容易觀看到的位置，當(dāng)其接入系統(tǒng)管道時應(yīng)接壓力表開關(guān)，以防系統(tǒng)的壓力的突變和脈動而損壞壓力表。在這里選用yn60-111（0-40mpa）壓力表和 kf-l8h型壓力表開關(guān)。5.6 集成塊設(shè)計(jì)5.6.1 塊體結(jié)構(gòu) 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。對于較簡單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔p，公用回油孔t，泄漏油孔l和4個用以疊積緊固的螺栓孔。p孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)

43、調(diào)壓后進(jìn)入公用壓力油孔p，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。t孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔t，流回到油箱。l孔，各液壓閥的泄漏油，統(tǒng)一通過公用泄漏油孔流回油箱。集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內(nèi)部按系統(tǒng)圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。5.6.2 集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及他工藝要求為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細(xì)考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來后形成三個主通道。各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許

44、流速的要求。一般來說與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統(tǒng)，不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。6 液壓成型機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)6.1 機(jī)床立柱的設(shè)計(jì)6.1.1 立柱的工況與受力分析此機(jī)床主要是進(jìn)行材料的成型沖壓，而沖壓模的上模固定在四根立柱上的，下模是與液壓缸連接在一起，工作的時候，是液壓缸推動下模，沿四根立柱，與上模壓合。在這個過程中，四根立柱既具有導(dǎo)向作用又具有支撐作用，其在工作中受力最大，因此立柱需要足夠的強(qiáng)度和強(qiáng)度在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，對立柱進(jìn)行強(qiáng)度的設(shè)計(jì)也是本次設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵。由上面的工況分析可知，立柱在工作過程中主要的受的是拉的，受力情況如圖6.1所示，其值從前面設(shè)計(jì)中得f=550kn。因此可得每一根立柱受力的大小為：