中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計含SW三維及7張CAD圖,中型,注塑,機鎖模,裝置,結(jié)構(gòu)設計,SW,三維,CAD 中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計 學 院： 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 學 號： 職 稱： XXXX 二○XX年五月 中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計 摘 要 本篇設計是中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計,注塑機鎖模裝置可保證成型模具可靠的閉合和開啟及頂出制品，文章主要介紹了注塑機鎖模裝置的類型以及結(jié)構(gòu)和液壓缸的選型計算等等。隨時時代的發(fā)展和工業(yè)的進步，液壓工業(yè)對其提出了新的要求。中型注塑機鎖模裝置液壓控制系統(tǒng)在注塑模具的工作中起著重要的作用，它直接影響著塑件的成型與模具的性能，因此中型注塑機鎖模裝置液壓控制系統(tǒng)的設計是當今液壓工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在以后的若干年里，也會起到越來越重要的作用。 本次設計是關于中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)的設計，通過對新式的中型注塑機鎖模裝置的結(jié)構(gòu)和液壓方面進行設計，使得此種類型的中型注塑機鎖模裝置的使用范圍更廣泛，在塑料模具領域也會起到越來越重要的作用。 關鍵詞：中型注塑機鎖模裝置、液壓缸、控制、作用。 Structure Design Of Locking Device For Medium Sized Injection Molding Machine Abstract This design is a medium-sized injection machine mould locking device structure design, injection molding machine lock mould device can ensure reliable mold closing and opening and ejection products. This article mainly introduces the injection molding machine lock mould device type and structure and the hydraulic cylinder selection calculation and so on. With the development of the times and the progress of industry, hydraulic industry put forward new requirements to it. Medium-sized injection molding machine lock mould device of hydraulic control system in injection mold work plays an important role. It has a direct impact on the plastic parts molding and mold performance. Therefore, medium-sized injection molding machine lock mould device of hydraulic control system design is the inevitable trend of the current hydraulic industrial development, in the next few years, play a more and more important role. This design is a mold device structure design of medium-sized injection molding machine lock, through the new medium injection molding machine lock mould device of the structure and hydraulic design, making this type medium-sized injection molding machine lock clamping apparatus using range more widely, in the field of plastic mold will play a more and more important role. 關鍵詞：中型注塑機鎖模裝置、液壓缸、控制、作用。 Key words: medium-sized injection molding machine clamping device, hydraulic cylinder, control, effect. 目 錄 摘要 I Abstract II 1引言 1 1.1本課題研究的內(nèi)容 1 1.2鎖模機構(gòu)的類型與選則 4 1.3液壓技術在注塑機鎖模裝置方面的發(fā)展 6 2注塑機鎖模裝置總體結(jié)構(gòu)的設計 7 2.1注塑機鎖模裝置的總體方案圖 9 2.2注塑機鎖模裝置的工作原理 10 2.3 零部件的結(jié)構(gòu)設計 10 2.3.1尾板的結(jié)構(gòu)設計 11 2.3.2移動板的結(jié)構(gòu)設計 11 2.3.3固定板的結(jié)構(gòu)設計 12 2.3.4連桿的結(jié)構(gòu)設計 12 3液壓系統(tǒng)的設計 12 3.1液壓傳動的基礎知識 13 3.2確定系統(tǒng)方案 13 3.3擬定液壓系統(tǒng)圖 13 3.3.1液壓缸伸縮液壓回路系統(tǒng)圖的確定 14 3.4閥類元件及輔助元件的選擇 15 4肘桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計和特性分析 15 4.1肘桿機構(gòu)的參數(shù)確定 16 4.2肘桿機構(gòu)的運動行程與最大起始角 16 4.3動模板的運動速度 17 4.4肘桿機構(gòu)力的放大倍數(shù) 17 4.5臨界角和變形力的計算 17 4.6油缸推力 18 5液壓缸的設計計算 19 5.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 20 5.2液壓缸的工作壓力 21 5.3計算液壓缸的尺寸 22 5.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 23 5.5液壓缸工況圖 25 5.6液壓缸推力的計算 26 5.7液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 28 5.8缸筒的設計與計算 30 5.9缸筒壁厚的驗算 31 附錄 32 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻 36 1 緒論 1.1 本課題研究的主要內(nèi)容 由于我國注塑機設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。注塑機鎖模裝置制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；注塑機鎖模裝置在現(xiàn)代注塑機中占有越來越重要的地位，市場需求也大。本設計是中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計，首先對題目進行分析，分析液壓力，流量與時間的關系，再結(jié)合現(xiàn)有的注塑機鎖模裝置的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，加上對注塑機鎖模裝置液壓控制系統(tǒng)的深入研究。然后對其中的方案進行擬定選擇，并且對其中的重要零部件進行設計校核，并且畫出裝配圖及零件圖，從而將注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)設計這個課題完成。 本課題為研究中型注射成型鎖模機構(gòu)，鎖模裝置是注塑機最重要的部件，對于注塑機成型制品質(zhì)量起著關鍵作用，該課題主要對中型注塑成型設備的鎖模機構(gòu)進行設計。需要采用機械和液壓或機械和電器控制的方面的結(jié)構(gòu)。 本設計要求學生按照老師提出的技術參數(shù)，查閱資料，制定方案，并完成微型注塑機鎖模裝置的機械和液壓部件設計。要求達到的技術指標如下： 鎖模力150 KN 開模力 50 KN 開模行程100-350mm 工作壓強50MPa 干循環(huán)周期5 秒 本課題主要要求學生具備較為扎實的機械設計和機械制圖功底以及液壓傳動方面知識，同時具有塑料加工機械的基礎知識。 1.2 鎖模機構(gòu)的類型與選則 鎖模裝置的種類較多，按工作原理分，主要有液壓式（直壓式）和肘桿式（機械式）兩大類型。他們都是由模板、拉桿、鎖模機構(gòu)、頂出機構(gòu)及其它附屬裝置組成。肘桿式又分單曲肘和雙曲肘式,雙曲肘機構(gòu)按組成曲肘的鉸鏈數(shù)可分為四孔型和五孔型；如按曲肘排列位置又分為斜排式和直排式。目前最多采用的是五孔斜排形式，由于這種雙曲肘式結(jié)構(gòu)對稱，結(jié)構(gòu)緊湊，增力作用大，運動特性好，所以選擇雙肘桿式鎖模裝置。機構(gòu)簡圖如圖1、2所示。 圖1 五孔斜排式雙曲肘機構(gòu)簡圖 圖2 運動行程與各參數(shù)的圖解圖 1.3 液壓技術在注塑機鎖模裝置方面的發(fā)展 液壓技術的優(yōu)點： a）在相同的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在相同的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度大，液壓式馬達的體積和重量只有相同功率電機的12%。 b）液壓裝置工作相對平穩(wěn)，而由于重量較輕，慣性小，反應快，液壓裝置容易實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。 c）液壓裝置可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范圍可達到2000），并且可以在運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。 d）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，它對液體壓力，流量和流動方向容易進行調(diào)解或控制。 e）液壓裝置容易實現(xiàn)過載保護。 f）液壓元件已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，通用化，系列化，壓也系統(tǒng)的設計制造和使用都比較方便。 當然液壓技術還存在不少缺點，比如，液壓在傳動過程中會有較多的能量損失，液壓傳動容易泄露，不僅會污染工作場地，限制其應用范圍，還有可能引起失火事故，并且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性以及正確性。它對油溫的變化比較敏感，液壓元件制造精度的要求較高，造價昂貴，如果出現(xiàn)故障不容易找到原因，但是在實際的應用中，卻可以通過有效的措施來減小不利因素帶來的影響。 由于液壓式傳動有其突出的優(yōu)點，所以目前在國內(nèi)外機械工程上已經(jīng)獲得了廣泛的應用。而工程機械采用液壓傳動后，普遍比原來同規(guī)格機械傳動產(chǎn)品減小了外型尺寸，減輕了重量，提高了產(chǎn)品的性能，并且使操縱大大簡化、輕巧、靈便。比如起重機采用了液壓伸縮臂后增加了運輸狀態(tài)的機動性和作業(yè)時的靈活以及作業(yè)環(huán)境的適應性；挖掘機工作裝置采用液壓式傳動，使得鏟斗可以轉(zhuǎn)動，即增加了作業(yè)的自由度，也提高了作業(yè)質(zhì)量；裝載機采用液壓傳動后使鉸接車架的結(jié)構(gòu)形式從而得到廣泛應用。 液壓技術的采用大大促進工程機械的發(fā)展，這既表現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的改進、性能上的提高，而且也表現(xiàn)在產(chǎn)品的規(guī)格、品種和數(shù)量的增加，即工程機械效率的發(fā)展速度上。而要發(fā)展一種新的工程機械品種，一般來說，采用液壓式傳動比機械傳動所需要用的研制過程要短得多，原因是液壓元件容易實現(xiàn)“三化”，元件在整機上的布置容易，并且使整機的結(jié)構(gòu)簡單，所以說，工程機械的發(fā)展，液壓技術起到了非常重要的作用。 2 注塑機鎖模裝置總體結(jié)構(gòu)的設計 2.1 注塑機鎖模裝置的總體方案圖 注塑機鎖模裝置主要是由尾板、移動板和固定板以及連桿機構(gòu)、液壓缸等等部件組成，其總體方案圖如下圖3所示： 圖3 總體方案圖 2.2注塑機鎖模裝置的工作原理 本次設計的中型注塑機鎖模裝置的工作原理為通過液壓缸驅(qū)動連桿機構(gòu)移動，從而實現(xiàn)移動座的往復移動來實現(xiàn)鎖模功能。具體開模后的示意圖如下圖4所示： 圖4 開模示意圖 2.3 零部件的結(jié)構(gòu)設計 2.3.1尾板的結(jié)構(gòu)設計 尾板在該注塑機鎖模裝置中主要是起到安裝液壓缸的作用，其材料為鋁合金，具體結(jié)構(gòu)圖紙如下圖5所示： 圖5 尾板零件圖 2.3.2移動板的結(jié)構(gòu)設計 移動板主要是在液壓缸的作用下，在導桿的支撐下來回移動從而來實現(xiàn)合模和開模操作，其零件圖如下圖6所示： 圖6 移動板零件圖 2.3.3固定板的結(jié)構(gòu)設計 固定板主要是定模用的，安裝在該鎖模裝置的右端，其具體零件圖如下圖7所示： 圖7 固定板零件圖 2.3.4連桿的結(jié)構(gòu)設計 連桿作為執(zhí)行機構(gòu)是與液壓缸連接在一起的，主要是作用于移動板的往復運動，其具體零件圖如下圖8所示： 圖8連桿零件圖 3 液壓系統(tǒng)的設計 3.1液壓傳動的基礎知識 廣泛的液壓工程和多方位的服務領域都需要液壓系統(tǒng)的支持，在各行各業(yè)，特別是工程機械領域，液壓缸的使用非常廣泛，幾乎無處不在。傳統(tǒng)的液壓傳動形式已經(jīng)不能夠滿足當今越來越快的工業(yè)腳步的進展，迫切需要液壓系統(tǒng)進行更新?lián)Q代處理，從而來滿足當今社會液壓工業(yè)發(fā)展的需要。總之，現(xiàn)代液壓工程有五個業(yè)務領域：能源液壓的開發(fā)和交付，用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的液壓開發(fā)和交付，在各種液壓服務的開發(fā)和交付，以及家庭和個人生活中的應用提供了各種液壓的發(fā)展，液壓臂的開發(fā)和交付。水利工程的理論基礎的建立和發(fā)展。例如，在工程力學、流體動力學流體和壓力的研究；金屬和非金屬材料性能的研究，材料科學與工程中的應用；熱生成熱力學，傳導和開關；各種液壓部件的研究有不同的功能，工作原理，結(jié)構(gòu)，和液壓原理和液壓零件的科學設計計算；研究金屬和非金屬成型和金屬切削加工技術和非技術等。研究，并開發(fā)新的液壓產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代液壓產(chǎn)品來滿足當前和未來的需求設計。液壓產(chǎn)品包括：規(guī)劃和實施生產(chǎn)設施；生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)計劃的發(fā)展和實施的準備；制造工藝；設計和制造工具，模具和材料定額；確定工作定額；組織加工，裝配，測試和包裝運輸；產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。液壓機制造企業(yè)的經(jīng)營管理。液壓系統(tǒng)的液壓部件通常是由許多獨特的形狀組合，精密零件的加工工藝復雜的產(chǎn)品。一個單件、小批量的生產(chǎn)量，而且在批量，大批量生產(chǎn)，直到。銷售目標在所有行業(yè)和個人，家庭。還賣的社會經(jīng)濟條件影響下，可能會出現(xiàn)大的波動。因此，液壓元件制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，和生產(chǎn)管理的研究，規(guī)劃和管理等企業(yè)都開始在液壓行業(yè)。液壓產(chǎn)品的應用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護，修理和用于各種工業(yè)和成套液壓設備的液壓改造，液壓產(chǎn)品保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟。液壓產(chǎn)品的應用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護，修理和改造各種工業(yè)用液壓及成套液壓設備，液壓產(chǎn)品，保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟性。 3.2 確定系統(tǒng)方案 a) 執(zhí)行機構(gòu)的確定 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動。本系統(tǒng)選擇雙作用單活塞桿液壓缸。 b) 執(zhí)行機構(gòu)的運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運動方向和速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。由于本系統(tǒng)工作在小流量場合，因此采用適合此流量的方向控制回路，即通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。速度控制的相應調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度，這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，適用于功率不大的場合，本系統(tǒng)就是采用這種方式。缺點是效率低，發(fā)熱量交大，但是對于不是頻繁工作的系統(tǒng)來說，只要按發(fā)熱功率計算出合適的油箱即可解決。正是因為其發(fā)熱量大，所以節(jié)流調(diào)速一般用開式循環(huán)。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路，結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但就是油箱體積大。 c) 其它回路 因為為了保證整個系統(tǒng)的可靠性和安全性，所以必須設置安全鎖止機構(gòu)。這需要鎖緊即保壓回路。鎖緊回路的主要功用是使液壓缸能在任意位置上停留，且不因外力作用而移動位置，本系統(tǒng)采用液控單向閥的鎖緊回路。壓力油經(jīng)左邊液控單向閥進入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向上運動。反之，活塞則向下運動。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機能，所以兩個液控單向閥均關閉，使活塞雙向鎖緊?；芈分杏捎谝嚎貑蜗蜷y的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。為加強安全系數(shù)，還用到了平衡回路，功用是機構(gòu)不工作時，不致因受負載重力作用而使執(zhí)行機構(gòu)自行下落。本系統(tǒng)采用液控單向閥串連單向節(jié)流閥的平衡回路，這種回路鎖定性好，工作可靠。卸荷回路采用M型中位機能，切換時液壓沖擊小。 3.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元件及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起，去掉重復多余的元件即可。具體的液壓系統(tǒng)圖如下（圖3－1）： 圖 3－1 液壓系統(tǒng)圖 要實現(xiàn)液壓缸的上升動作，首先要把三位四通換向閥打到左位液壓油從油箱通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥左位運行到節(jié)流閥和單向閥的交接處，因為單向閥只允許液壓油從上往下流動，所以液壓油經(jīng)過節(jié)流閥，同時節(jié)流閥可以通過調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)注塑機鎖模裝置舉升的速度。液壓油流到雙控液壓閥左邊液控單向閥經(jīng)過單向閥進入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向右運動，實現(xiàn)注塑機鎖模裝置舉升的動作。 要實現(xiàn)液壓缸的下降動作，則要把三位四通換向閥打到右位液壓油從油箱通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥右位流到雙控液壓閥右邊液控單向閥進入液壓缸右，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸左腔的回路經(jīng)過節(jié)流閥，液控單向閥，單向閥及換向閥流回油箱，活塞向左運動，實現(xiàn)注塑機鎖模裝置下降的動作。液壓缸和液控單向閥之間的節(jié)流閥可以改變注塑機鎖模裝置下降的速度。 要實現(xiàn)鎖止的動作，注塑機鎖模裝置動作時到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機能，所以兩個液控單向閥均關閉，使活塞雙向鎖緊。回路中由于液控單向閥的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。 對于此液壓系統(tǒng)一般都是把換向閥至于中位，打開液壓泵，由于換向閥中位卸荷能力，所以液壓泵打開之后液壓油也會流到油箱。而如果先開液壓泵，換向閥沒有調(diào)整，則可能會引起事故，如果換向閥左位注塑機鎖模裝置就會舉升，如果在右位注塑機鎖模裝置就會下降。所以液壓泵的開啟要等換向閥調(diào)到中位才可以。 3.3.1液壓缸伸縮液壓回路系統(tǒng)圖的確定 其中液壓缸控制開模合模時的液壓回路簡單如下圖3-2所示： 圖 3－2 液壓回路系統(tǒng)圖 3.4閥類元件及輔助元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)工況，本次的鎖模裝置中需要選取的液壓元件分別有一下幾個： 調(diào)速閥2FRM10-20/50L 二位二通電磁換向閥3WE6B6/AW220-50N 單向閥S6P2 三位四通電磁換向閥4WE6G6/AW220-50N 溢流閥DBDA6P10-50 過濾器WU-160×100J或XU-160×180 油管Φ10 接頭M18×1.5 5 4 肘桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計和特性分析 4.1 肘桿機構(gòu)的參數(shù)確定 當動模板的行程Sm給定后，綜合考慮使機構(gòu)具有較小的軸向尺寸、較大的增力作用、較高的速度及可平穩(wěn)變速，確定了各桿件的尺寸。mm，mm， mm，mm，，，mm，41.2mm, 桿長比。 4.2 肘桿機構(gòu)的運動行程與最大起始角 機構(gòu)在某一位置時,模板行程可表達為： （1） 其中 (2) 已知移模行程Sm=315 mm，如何求得機構(gòu)的最大起始角？如果將S代入（1）式求是非常困難的。這里采用了AutoCAD作圖解決了這個問題，作圖過程如圖2，將315mm分為5等份，從閉模狀態(tài)開始逐個畫出各桿件對應的確定位置，最后到開模位置，得桿1兩個極限位置的夾角即是最大起始角，為89°。同是也得到了移模油缸的行程S0=377mm與不同位置對應的諸多角度，為下面計算模板速度與機構(gòu)放大倍數(shù)做好了準備。 將作圖得到的重新帶回公式（1）、（2）計算，得到Sm=314.82 mm，相對誤差僅為0.057%，所以CAD的作圖精度完全能夠滿足設計要求。 4.3 動模板的運動速度 將各位置對應的參數(shù)代入相應的速度計算公式，可得模板的速度列表1。從表1可看出：移模油缸剛啟動時，移模速度從零開始逐漸變快;中間速度較高且平穩(wěn);即將閉模時快速減至零。符合我們對模板速度的要求。 4.4 肘桿機構(gòu)力的放大倍數(shù) 肘桿機構(gòu)具有力的放大能力，力的放大倍數(shù)M表示在合模過程中移模力Pm與油缸推力P0之比。 移模過程中，力的放大倍數(shù)隨移模行程不斷變化，在行程終點最大，證明機構(gòu)在合模時有較大的增力作用，符合設計要求。結(jié)果列表1。 表1 機構(gòu)放大倍數(shù)和動模板速度 動模行程 (mm) 0 63 126 189 252 315 模板移動速度 0 292VA 299 VA 288 VA 234 VA 0 放大倍數(shù) 1.10 0.82 0.703 0.70 0.88 83 注：VA為移模油缸的速度 4.5 臨界角和變形力的計算 肘桿、動模、定模、后固定模板與拉桿組成了一個封閉框架，合模時，油缸通過肘桿機構(gòu)推動動模板前移，當動模與定模接觸時，兩肘桿尚未伸直為一直線，此時的稱臨界角。肘桿繼續(xù)運動，各構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形，動模板、肘桿受壓，拉桿受拉。機構(gòu)變形力為肘桿機構(gòu)在鎖緊模具過程中，因系統(tǒng)發(fā)生彈性變形而形成的實際鎖緊力，它取決于合模機構(gòu)變形量的大小。封閉框架形成的預緊力可保證塑料熔體充模后動、定模不分離，從而使制品具有較高的精度。變形力是移模油缸的負荷，合模時油缸推動肘桿機構(gòu)，因機構(gòu)有增力作用，產(chǎn)生移模力克服變形力將模具鎖緊，這也是肘桿機構(gòu)正常工作的條件。 經(jīng)計算臨界角為5.15°。變形力在臨界角內(nèi)的計算值見表2，肘桿完全伸直時，變形力等于合模力，即PC=1100 kN, 滿足設計要求。 臨界角 (3) 機構(gòu)變形力 = (4) 表2 機構(gòu)變形力 (°) 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.15 Pc(kN) 1100 1058 1006 933 840 726 591 436 260 63 0 4.6 油缸推力 油缸推力在合模過程中是變化的，開始與最后均為零，在中間有最大值。經(jīng)計算理論值為67kN，考慮效率和結(jié)構(gòu)設計等緣故，合模油缸拉力最后選定為95 kN。 5 液壓缸的設計計算 5.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒，活塞，活塞桿，缸蓋，密封圈，導向套，壓板等主要零件成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復運動?；钊缅F銷與空心活塞桿連接，并用堵頭堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)，用于阻止壓板向外移動，從而通過螺栓將缸蓋與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點 類型 速度 作用力 特點 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運動 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動 差動液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動，回程彈簧復位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動通過傳動機構(gòu)變成齒輪的往復回轉(zhuǎn)運動 擺動液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機械能，輸出軸擺動角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機械能，輸出軸擺動角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩 5.2 液壓缸的工作壓力 根據(jù)負載并查表，初選工作壓力P1=3MPa。 5.3 計算液壓缸的尺寸 鑒于磨頭要求快進、快退速度相等，可選用單桿式輕負載型油缸。無桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積A2， 且A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關系。 回油路上背壓P2取0.8MPa 油路壓力損失△P取0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=4182×10-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D==45.13mm d=0.707D=31.91mm 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進標準值 D=50mm d=35mm; 油缸兩腔的實際有效面積為： A1=πD2/4=19.63×10-4m2 A2=π(D2-d2)/4=10.01×10-4m2 根據(jù)上述D與d的值，可估算油缸在各個工作階段中的壓力。 5.4 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計算公式 快進 啟動 1289 0 1.86 — - 加速 1193 △P=0.5 1.76 — - 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工進 4182 0.8 2.54 1.57～0.098 0.07 快退 啟動 1289 0 1.29 — - 加速 1193 0.5 2.17 — - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 5.5 液壓缸工況圖 5.6 液壓缸推力的計算 根據(jù)系統(tǒng)工況，可知油壓范圍介于14MPa之間，故根據(jù)油缸推力計算公式可知：F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N。 5.7 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 1）、快進 滑臺快進時，油缸差動連接，進油路上通過單向閥3的流量是6L/min，通過電液換向閥4，油缸有桿腔的回油與進油路匯合，以12.24L/min通過行程閥5并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 ∑△pv=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2+0.3×(12.24/63)2] =(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa 壓力閥不會被打開，油泵的流量全部進入油缸。回油路上，油缸有桿腔中的油液通過電液換向閥4和單向閥9的流量都是6.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥5流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差 △p=p2-p1=[0.5×(6.24/80)2+0.2×(6.24/63)2+0.3×(12.24/63)2] =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估計值0.5MPa，所以是安全的。 2）、工進 工進時，油液在進油路上通過電液換向閥4的流量為0.5L/min,在調(diào)速閥7處得壓力損失為0.5MPa，油液在回油路上通過換向閥4的流量是0.25L/min，在背壓閥10處得壓力損失為0.5MPa，通過順序閥11的流量為（6+0.24）=6.24L/min，因此這時油缸回油腔的壓力p2為p2=[0.5×(0.24/80)2+0.5+0.3×(6.24/63)2] =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa 此值小于原估計值0.8MPa。 重新計算工進時油缸進油腔壓力p1 p1=(F`+p2A2)/A1 =(4182+0.532×106×10.01×10-4)/19.63×106×10-4 =2.40 MPa 此數(shù)值與2.54MPa接近。 3）、快退 快退時，油液在進油路上通過換向閥4的流量為6L/min；油液在回油路上通過單向閥7、換向閥4和單向閥13的流量都是11.76L/min，因此進油路上總壓降為 ∑△pv1=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2]=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的。回油路上總壓降為 ∑△pv2=[0.2×(11.76/63)2+0.5×(11.76/80)2+0.2×（11.76/63）2] =(0.037+0.074+0.037)MPa=0.148MPa 此值與0.135MPa接近，不必重算。所以快退時液壓泵的最大工作壓力pp應為 pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa； 因此液壓泵卸荷的順序閥11的調(diào)壓應大于2.227MPa。 5.8液壓缸的負載力分析與計算 本課題任務要求液壓缸的出力滿足能夠?qū)ζ嚨闹亓窟M行托起的要求。 （1）工作載荷FR 常見的工作載荷為活塞桿上所受的擠壓力，彈力，拉力等，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 式中σ0s----強度極限， ； A-----截面面積， 。 由上式得液壓缸所受工作載荷約為48 （2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力F所需提供的液壓力可表示為 h h h h h h m 式中 FL -----作用在活塞上的工作阻力， ； Fa -----液壓缸起動（或制動）時的慣性力，； Ff -----運動部件處的摩擦阻力， ； FG-----運動部件的自重（含活塞和活塞桿自重）， ； Fμm-----液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力， ；通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率 μm=0.95h=； FP2 m -----回油管的背壓阻力，。 在上述諸阻力中，在不同條件下是不同的，因此液壓缸的工作阻力往往是變化的。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和摩擦阻力都較小，得 F≤50KN 活塞外徑D和活塞桿直徑d是液壓缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，D與d的選擇與液壓缸的負載和速度要求相關；選擇出適當?shù)墓ぷ鲏毫凸┮毫髁繚M足負載和速度要求后，D和d可初步確定下來。除D和d外，液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)尚有活塞行程S、導向距離H和油口直徑d等。液壓缸的行程應根據(jù)工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準化行程尺寸系列參數(shù)。為減小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應有合理的導向長度。 5.9 缸筒設計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內(nèi)螺紋式、外螺紋式、內(nèi)卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活塞（柱塞）構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動負載而做功，因而對其有強度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內(nèi)孔經(jīng)過珩磨或內(nèi)孔經(jīng)過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、35、45號鋼和27SiMn合金鋼。因20號鋼的力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)應用較少。當缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時，則應用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45號鋼，并應調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸筒的計算 查表缸徑D取63mm 行程800mm 在初步確定缸筒內(nèi)徑D后，下一步的工作是確定液壓缸的壁厚。當液壓缸為薄壁液壓缸（ ）,d 可按下式計算： 式中 Pmax----液壓缸最高（或設計或額定）工作壓力， ； D -----液壓缸筒內(nèi)徑（活塞外徑）， -----缸筒材料的許用應力， 。 對于脆性材料，許用應可表示為 式中σb -----材料的抗拉強度或斷裂強度； nb -----安全系數(shù)，通?？扇=5， = ] 因為 所以== 查表取壁厚為5,通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑D1 為73。 5.10 缸筒壁厚的驗算 計算求得缸筒壁厚值后，還應進行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。 （1） 液壓缸的額定工作壓力平Pn 應低于一定的極限值，以保證工作安全，即(( =式中 D1,D-----液壓缸外徑和內(nèi)徑，m 或cm ； σs s -----缸筒材料的屈服強度， 。 =71.9 （2） 為了避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力應與塑性變形壓力有一定的比例關系： 符合條件 缸筒的徑向變形量 值應該在允許范圍內(nèi)，而不能超過密封件允許的范圍： ===0.4m 為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力 == 缸筒壁厚符合條件。 附錄 結(jié) 論 光陰似箭，日月如梭，通過這次對于中型注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)的設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是注塑機鎖模裝置結(jié)構(gòu)的設計，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好。 致 謝 通過近半年的設計計算，查找各類注塑機鎖模裝置的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻 [1] 郭武，黃澤星，吳上生. 中型注塑機鎖模裝置的發(fā)展趨勢分析[J]. 應用研究， 2011(21). 75-79. 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