《液壓成型機床設(shè)計畢業(yè)論文機械液壓動力學(xué)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液壓成型機床設(shè)計畢業(yè)論文機械液壓動力學(xué)（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、液壓成型機床設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 1.對整機的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計和優(yōu)化 　　2.對整機及其部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如床身，工作動力部件等 　　3.對各機床的各零件進行計算、設(shè)計和校核 　　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)品成型機在現(xiàn)代的工業(yè)的中被廣泛應(yīng)用，

2、如塑料成型機、橡膠成型機、金屬成型機等。因此對現(xiàn)代化的成型機床進行研發(fā)和設(shè)計具有一定的價值和意義。 筆者在邵陽維克液壓有限公司生產(chǎn)實習(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)品成型機床的訂單。在此選取一個項目作自己的畢業(yè)課題，對產(chǎn)品成型機床進行整機設(shè)計，這樣不但可以為公司對產(chǎn)品的成型機床研發(fā)和設(shè)計出一份薄力，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：機械式產(chǎn)品成型機，液壓式產(chǎn)品成型機，電動式產(chǎn)品成型機和氣動式產(chǎn)品成型機。其中液壓式產(chǎn)品成型機在市場上居

3、多，因為其能很方便實現(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。根據(jù)其自動化控制程度又可分為：手動控制、半自動控制和全自動控制。在國內(nèi)的大多數(shù)為半自動控制機床，全自動大噸位精確度較高機床大多從國外進口，因此對機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工況進行分析 在對產(chǎn)品成型機床進行設(shè)計時，首先對其具體的工況進行分析，要特別注意其工況是否有特殊要求。在充分了解到機床的工況后再進行產(chǎn)品設(shè)計。 1.3.2 對機床進行運動學(xué)和動力學(xué)分析 只有要對機床在實際的運動動作和軌跡，工作時候作用力進行分析后才能

4、確定其動力的大小，傳動方式，動力頭要實現(xiàn)的機能。 1.3.3 對機床進行總體布局設(shè)計 在機床總體設(shè)計的時候，要充分利用空間，使其結(jié)構(gòu)緊湊。 1.3.4 對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計 對系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，要對其進行優(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 對機床進行機械設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計 對機床的機械裝置部分進行尺寸計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并校核其強度，保證機床安全性和可靠性。 1.4 本章結(jié)論 在產(chǎn)品進行開發(fā)設(shè)計時，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分析，然后再進行詳細設(shè)計，在保證其工作性能的前提下再進行整機性能

5、進行優(yōu)化，保證其安全性，可靠性和可操作性等。這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品才能贏得市場，才能被人們接受。 2 設(shè)計任務(wù)、要求及方案設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù) 1.對整機的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計和優(yōu)化 　　2.對整機及其部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如床身，工作動力部件等 　　3.對各機床的各零件進行計算、設(shè)計和校核 　　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.對完成的工作進答辯 2.2 系統(tǒng)的性能與技術(shù)要求 技術(shù)要求：能實現(xiàn)工作頭快速進給、工作進給和快速退回等動作；操作簡單

6、維修方便。運動平穩(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)計符合相關(guān)的標準和規(guī)范，滿足強度、剛度、耐磨加工工和經(jīng)濟性要求。 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.s 2.3 總體方案設(shè)計 機床總體設(shè)計方案包括：工藝方案，主要參數(shù)，機床總體布局，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，實驗結(jié)果及技術(shù)分析報告。 在此次設(shè)

7、計中，此機床用于熱固性塑料，塑性材料等進行沖壓，全液壓傳動，控制要求實現(xiàn)快進，工進，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床在進行產(chǎn)品沖壓的時候，成品能以其重力自動脫模。 液壓系統(tǒng)：擬實現(xiàn)快進，工進，快退和行程的控制和過載等功能。 機床總體擬采用立式布局（如圖2.1所示），由電機為動力源，帶動液壓泵提供壓力，由液壓缸驅(qū)動滑臺實現(xiàn)快進、工進、快退等功能。工藝方案和主要部件的結(jié)構(gòu)圖在后面將進詳細的介紹。 圖

8、2.1機床總體布局圖 3. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計和計算 液壓系統(tǒng)作為液壓機床設(shè)計的重要部份,設(shè)計時必須滿足主機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)濟性好，使用維護方便。因此，液壓系統(tǒng)和機床總體設(shè)計綜合考慮，做到機械結(jié)構(gòu)，電氣系統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)的相互配合，保證整機的綜合性能最高。 3.1工況的分析 此液壓成型機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)進行設(shè)計時，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，在動力頭快進過程中，液壓缸承受的力為下模座的重量和下模座和四滑

9、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，動力頭進行產(chǎn)品沖壓的時候，要求有55T（約550KN）的工作壓力。由經(jīng)驗數(shù)據(jù)可知往復(fù)運動加速、減速的慣性 ,靜磨擦阻力 ，動磨擦阻力 ，快進速度為100mm/s,工進速度為7mm/s，快退速度為100mm/s。 表3.1 液壓缸在各階段負載值 工況 負載組成 負載F/N 推力 /N 啟動 1000 1111 加速 1100 1222 快進 F= 500 550 工進 F=F+ 670 750 快退 F=

10、600 667 注：1.液壓缸的機械效率=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 活塞內(nèi)徑D的計算 由上面的分析可得此成型機床最大的負載約為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)運動,油管中是有壓降存在的, 在快進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。 由工進時推力可根

11、下列公式計算出液壓缸的面積 = (3.1) 由于 3.2.1 活塞桿直徑d的計算 (1)速比的計算[1] 速比是指液壓缸活塞桿往復(fù)運動時的速度比。 (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,d=180mm。 表3.2 按負載選執(zhí)行文件的工作壓力 負載/N ＜5000 500～10000 10000～20000 20000～30000 30000～5

12、0000 ＞50000 工作壓力/MPa ≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5 表3.3 按機械類型選執(zhí)行文件的工作壓力 機械類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械 工程機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa a≤2 3～5 ≤8 8～10 10～16 20～32 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 負載F/N 回油腔壓力 進油腔壓力 輸入流量 輸入功率 快 進

13、 啟動 1111 =0 - - 加速 1222 - - 快進 667 較小 - 工進 760 0 快退 起動 1111 =0 - - 加速 1222 較小 - - 快退 667 3.3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖是整個設(shè)計工作中最主要的步驟，他對系統(tǒng)性能以及設(shè)計方案的經(jīng)濟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)

14、。 3.3.１　液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 本液壓系統(tǒng)的設(shè)計具體要求如下： (1) 系統(tǒng)各零件要有較高的強度和耐磨性。 (2)油缸運動要平穩(wěn),運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)計緊湊、操作方便、性能可靠、實現(xiàn)自動操作。 3.3.2　回路方式的選擇 液壓系統(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，冷卻后再進入液壓泵的進口，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，空氣不容易進入到系統(tǒng)，傳動較為平穩(wěn)。 本設(shè)計中由于其液壓系統(tǒng)比較簡單，因此選用開式系統(tǒng)。 3.3.3　執(zhí)行元件的選

15、擇 由于此液壓成型面床動動力裝置是沿立柱滑動，因此為這種運動為直線運動，其要求有三種控制速度，分別是為動力頭快進，動力頭工進和動力頭快退三種速度，能實現(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。 3.3.４　調(diào)速方式的選擇 在選擇執(zhí)行元件時，選用了增速缸，它能實三種速度工作速度，因此它有三個進油口。選用順序閥與之配合使用，能實現(xiàn)調(diào)速（如圖3.1）。開始時，壓力比較小油液從底端進入，由于面積較小，所以速度就較快，這樣就實現(xiàn)快進。當(dāng)有負載時系統(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進入，液壓缸快退。

16、 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,當(dāng)系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器的調(diào)定值,發(fā)出電信號,使電機停止運行,從而對系統(tǒng)起到保護的的作用。 3.3.8 擬定液壓系統(tǒng)圖

17、 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)計手冊得各種閥的壓力損失值如下：單向閥為0.3～0.5，換向閥為1.5～3，順序閥為1.5～3[3]，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)

18、定壓力要比最大的工作壓力高出0.5MPa 則泵的最大的工作壓力計算如下 pB=p1+ΣΔp[1] (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，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)以上計算，選取CY1414-B型液壓泵,其排量為2.5～400,壓力31.5

19、MPa,轉(zhuǎn)速1000～3000。 3.4.2 電動機的選擇 電動機的選用的一般原則如下：在選擇電動機的類型時要根據(jù)工作機的要求來選取；負荷平穩(wěn)且無特殊要求的長期工人制機械，應(yīng)首先采用鼠籠型異步電動機；電動機結(jié)構(gòu)有開啟式、防護式和防爆式，應(yīng)該根據(jù)防護要求及環(huán)條件進生選擇；選用電動機的類型，除了滿足工作機械的要求外，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，保持功率因數(shù)在合理范圍內(nèi)等；電動機功能應(yīng)有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?。通常對在變載荷作用下，長期穩(wěn)定連繼動行的機械，所選用的電動機的額定功率應(yīng)稍大于 工作機的功率。 由公式3.4計算出工作機的總功率

20、 (3.4) =20.44 0.198=3.8kW 本設(shè)計中選用Y123M-4電動機,其機功率為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)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；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)

21、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?。化B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、震動和噪聲。 因此，在本設(shè)計中根據(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際通過的流量稍大一些， 必要時也允許有2

22、0%以內(nèi)的短時間過流量。根據(jù)上面的計算，并且通過查液壓設(shè)計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)計中 用HED40A10/350，其調(diào)整壓最高可達35MPa。 (5)其它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)的性能驗算 3.5.1 回路壓力損失驗算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計

23、是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計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)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計要進行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 (1)管路系統(tǒng)壓力損失的驗算 ①液壓系統(tǒng)壓力損失 油液在進油管的流速根據(jù)下列公式： v= (3.5) =0.94 壓力損失只要包括沿程壓力損失，局部壓力損失

24、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 估計通過流量 型 號 規(guī) 格 調(diào)節(jié)壓力/MPa 1 液壓泵 14 CY1414-B 31.5MPa 2 電磁換向閥 13 34D2H-10B-C 31.5MPa 3 雙溢流閥疊加式 4 Z2DB6C240B-351 25MPa 6，20 4 液控單向閥 12 AY-F6D-A（B）-1 3

25、2MPa 5 順序閥 12 X2F-B10H3 6-21MPa 6 壓力繼電器 12 HED40A10/350 MPa 7 過濾器 14 WU-25*180-J 31.5MPa 8 空濾器 - QUQ2-10*1.0 - 9 耐震壓力表 - YN60-3 - 10 壓力表開關(guān) - KF-L8H - ② 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，查機械設(shè)計手冊常用液壓油的牌號和黏度表取其運動粘度=50， 根據(jù)公式可以求出雷

26、諾系數(shù) 所以有： Re= [1] (3.7) = =300 其臨界雷諾數(shù)為3000，而實際流動時的雷諾數(shù)為300，小于3000，則管中應(yīng)為層流，則阻力系數(shù) ： =80/Re (3.8)

27、 =80/300 =0.27 若取油管長度均為1m，油液的密度為ρ=890kg/m，則進油路上的沿程壓力損 根據(jù)公式可以求出: △ p1=λ (3.9) =0.27 =6635.3 ④局部壓力損失 液體流經(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

28、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

29、) =0.01 Mpa =0.0046MPa = =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= (

30、3.14) =0.2571610-3/6010-6 =68.5 λ=80/Re =80/68.5 =1.17 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： 由上面的計算所得可求出:

31、 ∑ (3.16) =（6635.3+4600+1500+2132.6）MPa =14867.9Pa ∑=14867.9Pa，計算出來的結(jié)果小于估計的值，因此不必更改。 3.5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算[1] 系統(tǒng)在工作時，有壓力損失、容積損失和機械損失，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)，如工程機械和機車車輛應(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

32、，系統(tǒng)經(jīng)一段時間后，發(fā)熱與散熱會相等，即達到熱平衡。 液壓泵輸入的有效功率為 (3.17) 液壓缸工進時的有效功率為 (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)境溫度為30，則△t為 △t=（60-30） (3.20) =30 計

33、算出油箱最小的有效容積 (3.21) = 4 液壓缸的設(shè)計 4.1 液壓缸主要參數(shù) 液壓缸一般來說是標準件，但是在本設(shè)計中的液壓缸為非標液壓缸，因此需要自行設(shè)計。壓缸的設(shè)計是在對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)進行工況分析、負載計算和確定了其工作壓力的基礎(chǔ)上進行的。首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負載和運動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需進行強度驗算，最后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸

34、的長度L、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。在進行液壓設(shè)計的時候已經(jīng)計算出了液壓缸的內(nèi)徑D=190mm,液壓桿d=180mm,液壓缸行程S=160mm。 因為此液壓系統(tǒng)中的液壓缸能實現(xiàn)快進、工進、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，活塞運動的速度就快，因此這個小面積能夠?qū)崿F(xiàn)機床的快進。 根據(jù)其工況對其面積進行計算如下： (4.1) 因此 液壓活塞的行程，在初步設(shè)計時一般按工作所需要的長度來確定，但是實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。為了計算其行程，那首先

35、必須計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為活塞桿縱向負載單位為KN； n為末端條件數(shù)； 安全系數(shù)，。 按照此機床中液壓缸的安裝形式，確定端條件數(shù)為n=4 =20.21cm 由上面的計算可得，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 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

36、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)計和強度的計算 由上面的設(shè)計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度計算公式進行計算。 [2] (4.3) 活塞桿的材料選項用40Cr其許用應(yīng)力許用應(yīng)力大約為490MPa，因此其的遠遠小于許用應(yīng)力。 活塞桿在工作的時候力很大，因此進行材料選擇的

37、時候一般選取用高強度材料如45鋼，40Cr等，為了提高其抗拉強度一般要進行調(diào)質(zhì)處理。活塞經(jīng)常進行往復(fù)運動，也與密封件緊相接觸進行密封，因此要求其表面有一定的強度、耐磨性和光滑。在活塞桿進行制造的時一般要求有表面鍍鉻和高頻淬火。 活塞在液壓力的作用下，沿缸體滑動。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，而達不到設(shè)計的要求。 在這個設(shè)計中，采用雙支承圈活塞，即在活塞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

38、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 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

39、.3 缸筒壁厚δ的計算和校核 (1)壁厚的設(shè)計 查機械設(shè)計手冊第五卷第七章表 377-64，由上求得缸體內(nèi)徑標準值190mm，得外徑240mm 根據(jù)公式（4.4）可以確定壁厚： 可知 δ=（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

40、號鋼，得其材料抗拉強度σb=520Mpa。 取安全系數(shù)為n=5，[σ]=σb/5=520/5MPa=104MPa D/δ=240/25 =9.6<10 δ≥ (4.5) -1）mm =24.75<25mm 壁厚合適。 4.4.4 液壓缸油口直徑的計算 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)液壓缸最大輸出速度為0.0250 m/s,查表得油口液流速度 4.8m/s。

41、 =0.0012m=12mm 4.4.5 缸底厚度h的計算 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 為試驗壓力 [σ]—缸底材料的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)n=4，則[σ]= =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)計為了方便安裝和設(shè)計，采用標準件，采用球頭法蘭進行缸底連接，具體可見液壓杠的球頭法蘭零件圖。 4.

42、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4.1 缸體和缸頭的連接方式 4.4.7 缸蓋的聯(lián)結(jié)計算[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。 螺紋連接的強度的計算 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：

43、 [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(xiàn)=550000N --螺紋內(nèi)徑 mm σ--螺紋處的拉應(yīng)力 Pa 　　　[σ]—螺紋材料的許用應(yīng)力，[σ]= 　　　 n—安全系數(shù)，一般取1.5-2.5 由上面的計算可得本設(shè)計中的螺紋的強度是夠用的。 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)計充分考慮了其所處的環(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

44、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，強度高于ST5.2N，內(nèi)徑采用GB1184中的H8配合要求，表面粗糙度達Ra0.4，直線度要求達1000：0.1，圓柱度要求達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，并對焊縫進行100%超聲波探傷，按JB4730-1級標準驗收。 ①活塞桿材料用優(yōu)質(zhì)45鍛鋼并正火處理，表面防腐采用鍍鉻工藝，鍍0.04~0.06mm硬鉻，桿頭開有夾頭及導(dǎo)向角，所有結(jié)構(gòu)均符合國標要求，表面硬度達HRC58-64以上，圓度公差值達7級精度。 ②活塞所用材料為45#鍛件正火處理加支承環(huán)結(jié)構(gòu)（材料為QA19-4）

45、，活塞外徑公差達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。 ③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。 ④油缸設(shè)有排氣測壓裝置，銷軸部位設(shè)有防水防銹機構(gòu)。 ⑥ 密封：選用O型密封圈，Y型密封圈，緩沖密封圈。 ⑦防塵：防塵圈。 5 液壓輔助元件的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 濾油器 5.1.1 濾油器的種類和功能

46、 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,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

47、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

48、差一般為0.35-0.5MPa,并且過濾器要一定的強度。 (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)計的液壓系統(tǒng)非常簡單，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。因為需要經(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

49、本設(shè)計中選取用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

50、管道內(nèi)的流量（）； υ——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 0.5～1.5 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 ①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 ②壓油管的面積A2 = 其中流速取5 m/s 壓油管的內(nèi)徑r2 =7mm ③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

51、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、擴口管接頭、扣壓式膠管接頭和快速管接頭。 在本設(shè)計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

52、，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

53、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-η） (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)進行熱平衡驗算計算出來數(shù)值，在本設(shè)計中根據(jù)機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)做成適當(dāng)

54、的斜度，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行觀測，以調(diào)整達到要求的工作壓力。一般工程機械采用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

55、1.5倍左右的壓力表。壓力表應(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 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

56、固的螺栓孔。P孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓后進入公用壓力油孔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相同，使之疊積

57、起來后形成三個主通道。 各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求。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δ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)，δ不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。 6 液壓成型機機械部分設(shè)計 6.1 機床立柱的設(shè)計 6.1.1 立柱的工況與受力分析 此機床主要是進行材料的成型沖壓，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

58、有支撐作用，其在工作中受力最大，因此立柱需要足夠的強度和強度在對產(chǎn)品進行設(shè)計的時候，對立柱進行強度的設(shè)計也是本次設(shè)計工作的關(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)計中得F=550KN。因此可得每一根立柱受力的大小為： =550/4=137.5KN (6.1) 圖6.1 立柱受力分析示意圖 6.1.2 立柱的尺寸的計算 在確定立柱尺寸之前首先要對它的材料進行選擇,由上面的分析可知其在工作過程中是受拉的,因此在這

59、里選用45鋼，查詢機械設(shè)計手冊，查得其抗拉強度為=353MPa。 當(dāng)立柱喪失正常工作能力的現(xiàn)象稱為失效。通常當(dāng)塑性材料構(gòu)件截面上的應(yīng)力達到屈服極限時，由于產(chǎn)生較大塑性變形，影響構(gòu)件正常使用，認為構(gòu)件失效。將立柱失效時的應(yīng)力稱為材料的極限應(yīng)力,其值為。立柱工作時，其最大工作應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力。許用應(yīng)力與極限應(yīng)力的關(guān)系為 （MPa） (6.2) 式中為許用應(yīng)力； 為屈服強度； 為安全系數(shù)，其值大于1。 取1.2,因此其許應(yīng)力為 =

60、 MPa 根據(jù)強度條件 所以 實際上d的值為計算出的1.25倍 從上面的計算可得立柱的最小部分實際直徑d不得小于61.3mm,在本次設(shè)計中出安全性，可靠性因素方面考慮，將其實際直徑圓整為d=65mm，這樣一定能夠滿足機床的強度要

61、求。 6.1.3 立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 四根立柱的上端要支撐上模，并且受壓，下端與機床底座相連，因此兩均用螺紋連接。根據(jù)總體設(shè)計的的布局和尺寸和對其強度進行計算的數(shù)據(jù)，對立柱進行結(jié)構(gòu)設(shè)計如下： 圖6.2 立柱結(jié)構(gòu)圖 6.2 模座與機座的設(shè)計 因為要求本機床重量小，移動方便，因此機座用的45鋼板，其下面的用槽鋼支撐。 模座的是用來安放模具的,因此其需要一定的強度,在本次設(shè)計中選用45號鋼,當(dāng)設(shè)計中選適當(dāng)厚度，其強度能夠滿足機床強度和剛度的要求。在本設(shè)計中選擇mm因為其要沿四立柱移動，因此其上要有四個孔，其能讓四個立柱通過，還要有裝模具的T型槽。

62、 圖6.3 下模座基本結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié) 論 本文針對500噸液壓成型機進行液壓系統(tǒng)設(shè)計和機械設(shè)計,我國的液壓壓力機的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)很成熟了，本人的設(shè)計步驟基本上跟廠里專業(yè)人員的一樣，唯一不同的就是自已缺乏實際的工作經(jīng)驗,為了凝補這一缺陷,本人經(jīng)常向指導(dǎo)老師姜宏陽請教并多次下工廠與有經(jīng)驗的老師傅們學(xué)習(xí)和交流。 作為一名本科學(xué)生，畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)知識運用的一次很好的考驗，在設(shè)計的過程中本人充分運用本科四年所學(xué)的知識。翻譯外文用到英語知識；在設(shè)計時用到《工程材料》、《工程力學(xué)》、《機械設(shè)計》、《液壓與氣壓傳動》等

63、知識；在計算選擇元件時用到了一些物理知識和機械學(xué)基礎(chǔ)知識，還用到了一些專業(yè)技巧。 由這次畢業(yè)設(shè)計本人學(xué)會了怎樣對一項從沒見過的課題進行設(shè)計。從分析課題，搜集相關(guān)材料，閱讀并綜述相關(guān)資料以及設(shè)計計算等過程有了清晰的思路。這次設(shè)計培養(yǎng)了本人的設(shè)計能力，為將來工作奠定了一定的基礎(chǔ)。 參考文獻 [1] 姜繼海主編.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002:97-127. [2] 吳宗澤.機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社,2004:349-375. [3] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993:19,196-497 [4] 馬永輝

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