立柱及平衡部件的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)論文

1、立柱及平衡部件的設(shè)計(jì)目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1課題來源11.2研究的意義及目的 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.4本文的研究內(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) 錯(cuò)誤！ 未定義書簽。致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。本文是基于對三峽水電站發(fā)電機(jī)基座安裝孔專用鉆床的研究時(shí)，而引出主要 對其立柱及平衡部件設(shè)計(jì)的研究。 開始，對加工零件及其加

2、工環(huán)境的特殊性進(jìn)行 了具體的描述：然后對這種特殊性要求引出對機(jī)床的性能及結(jié)構(gòu)的要求：進(jìn)而對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)，主要是對這兩方面的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn) 行了研究，并且對設(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)

3、值 意義，畢竟國內(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 bala nee the main parts of the desig n. Beg in to process ing parts and machining, the special envi

4、ronment of specific description: then the special requireme nts for the machi ne performa nee 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 significanee

5、for the similar product designand developme nt to provide certa in refere nee value.The paper mainly studies the mast and balanee parts design, mainly for the two aspects of the structure and properties were studied, and the desig n calculatio n, and has carried on the earn est.Research results show

6、 that: in the installation of a guide, guide in the installation of the vertical bar, the n use the motor in stalled 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 balanee components is fully meet the re

7、quireme nts.This feature is to realize the self-developed special drill this has great sig nifica nee to the engineering application value in large-scale hydropower station, domestic special drill holes in a pedestal in stallati on of the research and developme nt Keywords: pillar ； hydraulic ;balan

8、ee; movement.1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座環(huán) 與頂蓋和底環(huán)的聯(lián)接面等進(jìn)行現(xiàn)場加工。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，必須用專用鉆床對座環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔及攻絲。然而長期以來，我國大型水電站加工發(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

9、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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀專用鉆床現(xiàn)已廣泛地在我國紡織機(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

10、； 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。然而長期以來，我國大型水電站加工發(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本文的研究內(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。

11、因此本文的研究內(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)±450，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和丫兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)土 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)場機(jī)床不

12、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M80X 6螺孔；能锪200的沉孔平面,平面度要求0.02mm/1000mm。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：IM1.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

13、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于立柱相對移動(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

14、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和丫兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)_5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

15、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

16、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

17、，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，所以相對來說

18、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。322.1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??；公藝?yán)?。3.2.2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)

19、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。

20、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: Tr50 x 10-e，屈服強(qiáng)度s=550MPa由于立柱里面裝有液壓平衡裝置可以平衡橫臂大約75%勺重量，橫臂的重量大約為 G=1.4x 105N,因此，絲杠承受的軸向載 荷為F = (1-75%)G = (1-75%) (1.4 105)N

21、=3.5絲杠的許用應(yīng)力計(jì)算公式為S/n式 3 1式中：二s 絲杠的屈服強(qiáng)度，MPan 安全系數(shù)，通常取n=1.52.5，取大數(shù)n=2.5所以有t / n =550/2.5=220 MPa螺紋的許用應(yīng)力口為：!丄0.6=0.6 x 220=132 MPa螺紋的強(qiáng)度計(jì)算公式為:.=F/二 dbz而且還滿足式中：F軸向載荷，N;D 絲杠牙根部內(nèi)徑，d=40mmb 絲杠牙根部的寬度，b=4.5mmz旋合圈數(shù)，取z=10L】一螺紋的許用應(yīng)力得.二 F/二dbz=F/二 40 4.5 10 =6.2 MPa< 1 =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

22、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 型號為Y90S-6,功率P=0.75KW，其滿載轉(zhuǎn)速為91030r/min，傳動(dòng)比i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號鋼，表面高頻淬火，硬度為 4555HRC渦輪材料采用 ZCuS n10P1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)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用表值表,可取z

23、1 =1， z2 =i x z1 =30x仁30343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T2按乙=1估取=0.7，貝UT2 = T, i =9.55 X 106 x P1 ini0 75=9.55X io6 x X 30X 0.7=141676N mm9102）確定載荷系數(shù)Ka查使用系數(shù)Ka，可以選取Ka = 1。3）確定許用應(yīng)力二HP查蝸輪常用材料N=107時(shí)的基本許用接觸應(yīng)力-HP表得，基本許用接觸應(yīng)力；HP =220 MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為m9107N=60n2=60th=60XX 10000=1.82 X 107i30則壽命系數(shù)為Zn1071.82 10= 0.928故許用應(yīng)力

24、為二hp= hp =0.928 X 220=204.2 MPa4）確定彈性系數(shù)Ze由于銅蝸輪和鋼蝸桿相配合Ze=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mp =9KAT2()2Z2二 HP16023)2 =629.5 mm30 204.22Z e 2m2d1 =9KaT2()2 =9 1 141676 (Z2；- HP查普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)（送=90=）（GB/T 100851988），并考慮參數(shù)的匹配，取 m2d1=640mm3 > 629.5 mm3, m=4mm,d1 =40mim 乙=1, q=10,z2=30, d2 =mz2 =4X 30=120m

25、m 6）確定中心距a中心距為m4a (q z2)(10 30)mm 二 80mm7）計(jì)算蝸桿分度圓柱倒程角蝸桿分度圓柱倒程角為二 arctan© /q)二arctan(1/10) =6 213.4.4熱平衡計(jì)算1）計(jì)算滑動(dòng)速度滑動(dòng)速度為= 1.92m/s：d1 nj二 40 910vs'60 x 1000 cos Y 60x1000=<cos6 212）當(dāng)量摩擦角二查普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的vsfv、"v值表得匚=217 獸(2 -217)2 2 43'3）計(jì)算總效率總效率為=0.95tantan (匚)二 0.95tan 621tan(6 21'2

26、 2'43'')4）箱體散熱面積估算散熱面積為A=9X 10-5a1.88 =9 10801.88m2 = 0.34m25) 計(jì)算工作油溫取U-20 C ,： s=15W/(m2 C )達(dá)到熱平衡時(shí)的工作油溫為1 = 1000R(1 - ).鮎= 1000 0.75 (1 _0.81)20 =48 C1: sA015 0.34h低于6070 C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

27、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

28、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, 隨著彈簧長度的變化，它對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

29、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=1.4X io5N,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=2.8 X io5N,而且屬于重型機(jī)床范疇，根據(jù)新編液壓工程手冊，初選該液壓系統(tǒng)的工作壓力為P,=5MPa公稱壓力也即為額定壓

30、力，是液壓缸能用以長期工作的安全壓力。 根據(jù)新 編液壓工程手冊表23.1 2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Pi =5 MPa,令最高許用壓力Pmax，是液壓缸在瞬時(shí)所能承受的極限壓力。各國規(guī)范通常規(guī)定為：Pmax乞1.5 Pi （ MPa所以，其最高許用壓力Pmax乞1.5 X 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 A，有桿腔工作面積為A2，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111由于該系統(tǒng)對速度比

31、沒有什么要求，可以令d=（丄1） D,取d=- Do5 344.2.3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=1把d=D帶入上式，得4D=L4_+d2 J28000±D2 ：P1 106. 3.14 5 106 16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=250m,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。424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：1 2 1 2 2A1 D3.14 0.250.05m44液壓缸的有桿腔的工作面積為1 2

32、 2 1 2 2 2 A2 (D -d )3.14 (0.25 -0.1 ) = 0.041m44液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間速度之比為：2Z=1-22: = V2 =幾= D一 W 一 A2二(D2 -d2)4.2.5配重液壓缸的理論壓力計(jì)算對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：6F=A2P 10式 42A2 =1 二(D2 - d2)式 434得冗2263 142265F= (D -d )p 10(0.25 -0.1 ) 5 10 = 2.06 10 N444.2.6 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)際工作需要的長度來考慮

33、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)算長度 L,因?yàn)榛钊麠U一般是細(xì)長狀的，當(dāng)L> 10D時(shí)， 由歐拉公式可以導(dǎo)出將上式整理得L="EImmFkd2:FkL=320式中：d 活塞桿的直徑,d=100mmnk 安全系數(shù)，一般取為nk =4,又p=5MPa則計(jì)算得到,蘭 320°2 =0.73m,+ 5x4而配重缸要求移動(dòng)距離為0.8m，故滿足要求。液壓缸做功427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),為：W=FS=2.06 X 106 x 0.1=2.0

34、6 X 105J功率為：N=空=更十八 2.06 105 5 10, =1.03KWt t式中：F配重液壓缸的理論拉力，F(xiàn)=2.06 X 105N;s 活塞桿每次的移動(dòng)距離，mmv活塞桿的移動(dòng)速度，mm/s4.2.8 配重缸筒的壁厚計(jì)算初步假定：/D =0.080.3,則有:Pmax D2.3 二，3Pmax缸筒材料的許用應(yīng)力！1計(jì)算公式為:丨=cs / n式中：b】一缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa6 缸筒的屈服強(qiáng)度，MPa缸筒的材料選為45號鋼，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：I- 1=6/ n=340/2.5=136MP

35、a所以有：孟、PmaxD7.5X0.25d >- .=7mm2.3 3Pmax 2.3 136 -3 7.5的參考值,依據(jù)新編液壓工程手冊表23.3 2中典型液壓缸產(chǎn)品壁厚選取缸筒的壁厚:為15mm4.2.9 配重液壓缸缸筒外徑的計(jì)算配重液壓因?yàn)榕渲匾簤焊赘淄驳膬?nèi)徑為 D=250m，而壁厚6為15mm那么，缸缸筒的外徑 D1 =250+2： =250+2X 15=280mm4.2.10 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：n n ntm v d式中:m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)，通常可以取m=0.95 ；v容積效率，由各密封件的泄露

36、造成的，通常情況下活塞是密封成彈性材料的，v=1，當(dāng)為金屬環(huán)密封時(shí)，v=0.98。本設(shè)計(jì)中采用金屬環(huán)密封，所以取 v=0.98 ；d 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，d =1。故有t 二 m v d =0.95 X 1X 仁0.954.2.11 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)新編液壓工程手冊式 23.3 28可知:d -2Fns二；s 106式 410式中：F=250KNJ材料的屈服強(qiáng)度,MPa在本設(shè)計(jì)中活塞桿的材料按45號鋼設(shè)計(jì)，故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J -340 MPa；ns 安全系數(shù)，一般取ns=23，本設(shè)計(jì)中取ns

37、=3.5 ;d 活塞桿直徑，m即:d_2Fns 6 =2250000 3.5 =0.0572m=57.2mm"06 3.13 340X0所以取d=100mr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 活塞桿彎曲失穩(wěn)的臨界載荷Fk，可以按下式計(jì)算：Fk =二 2EJ 106k2lB式 411式中：E活塞桿材料的彈性模量，MPa鋼材取E=210X 103 MPa；J活塞桿的橫截面積慣性矩，m2;K 安裝及導(dǎo)向系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取 K=0.5;LB 安裝距，m 本設(shè)計(jì)中取LB=1.0m。當(dāng)處于彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷Fk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乞電式412式中：nK 安全系數(shù)，一般取nK =3.5?；钊麠U為圓截面，橫截面積慣性矩