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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書、指導(dǎo)書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書、指導(dǎo)書 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí)： 2010級(jí)機(jī)械制造設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)(論文)題目：2.0MN張力矯直機(jī)固定夾頭系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2013.12—2014.05 指 導(dǎo) 教 師: 龔 中 良 教研室負(fù)責(zé)人: 日期:2013年12月08日 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：含開題報(bào)告 2.0MN張力矯直機(jī)固定夾頭系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題的目的： 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)電液等相關(guān)知識(shí)解決工程實(shí)際問題能力。 3．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、工作要求等）： 根據(jù)張力矯直機(jī)原理，設(shè)計(jì)固定夾頭部分的機(jī)械、液壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期動(dòng)作。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求如下： A. 鉗口可夾持圓料直徑為50-150mm; B. 最大矯直拉力2.0MN； C. 夾緊行程時(shí)間t：4秒 D. 鋼-鋼摩擦系數(shù)μ：0.1 E. 系統(tǒng)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、維護(hù)方便。 4．課題的成果要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕： 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)論文不少于30000字，且論文格式和內(nèi)容符合學(xué)院的統(tǒng)一格式和規(guī)范要求。 2．圖紙數(shù)量折合標(biāo)準(zhǔn)圖紙不少于2張A0圖紙，要求零部件圖、裝備圖、液壓系統(tǒng)圖等。 5．課題完成步驟和方法（收集資料或采集數(shù)據(jù)的方法和地點(diǎn)，分析技術(shù)，制作技巧，設(shè)計(jì)使用的工具等）： 6．主要參考文獻(xiàn)： 1) 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.4 2) 顧戰(zhàn)松主編.可編程控制器原理與應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.5 3) 西安重型機(jī)械研究所編.重型機(jī)械，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12. 4) 俞新陸.液壓機(jī)［M］，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.7 5) 魏軍，有色金屬擠壓車間機(jī)械設(shè)備［M］，北京：冶金工業(yè)出版社，1988.8 7．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2013年12月20日前 熟悉課題、調(diào)研、收集資料、方案擬訂； 2014年3月30日前 確定總體設(shè)計(jì)方案、機(jī)械系統(tǒng)、零部件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；整理圖紙、編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交設(shè)計(jì)圖紙和論文的初稿； 2014年4月17日前 根據(jù)指導(dǎo)教師意見修改畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)圖紙和論文的正式稿； 2014年5月31日前 答辯。 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院意見： 院領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 2 摘 要 矯直作為一種精整技術(shù)，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個(gè)分支。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和其成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 2.0MN張力矯直機(jī)由活動(dòng)夾頭與固定夾頭兩大部分組成，工作時(shí)固定夾頭不動(dòng)，活動(dòng)夾頭在主拉伸油缸的作用下移動(dòng)，夾裝在活動(dòng)夾頭和固定夾頭的夾緊裝置上的型材隨著活動(dòng)夾頭移動(dòng)而被拉伸矯直。 本課題首先調(diào)查了張力矯直機(jī)的現(xiàn)況，針對(duì)張力矯直機(jī)提出滿足要求的固定夾頭設(shè)計(jì)方案，接著對(duì)張力夾頭進(jìn)行了力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，在此分析基礎(chǔ)上對(duì)夾緊油缸、掛鉤油缸、夾頭體、掛鉤、液壓系統(tǒng)等進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：張力矯直機(jī)，固定夾頭，油缸，液壓系統(tǒng) Abstract The graduation project is designed for horizontal boring machine 's hydraulic system , in addition to meeting the requirements in the host action and performance requirements , but also must comply with the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation , use and easy maintenance and some accepted universal design principles. The design of the hydraulic system is mainly based on known conditions , to determine the design of the hydraulic work program , hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other related components. The design is mainly their learned knowledge combined with auxiliary materials applied to the design , to consolidate and deepen the knowledge already learned to master the general steps and methods of hydraulic system design calculations to determine the correct and reasonable actuators, hydraulic components selection criteria can skilled use of basic hydraulic circuit , consisting of a hydraulic system to meet the basic performance requirements . As a highly efficient machine tools, combination tools in large numbers , the production of a large number of machining a wide range of applications. The design will be horizontal boring machine hydraulic system design as an example, the hydraulic system design methods and design steps, including conditions of the hydraulic system analysis to determine the main parameters , select the hydraulic system schematic formulation, hydraulic components , system performance checking and so on. Keywords: Horizontal boring machine , Hydraulic system, Operating conditions , Cylinder 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 第一章 緒論 4 1.1選題的背景 4 1.2選題的目的與意義 5 1.3國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 6 1.3.1國(guó)內(nèi)矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 6 1.3.2國(guó)外矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 7 第二章 總體設(shè)計(jì) 7 2.1 張力矯直原理分析 7 2.2 張力矯直機(jī)固定夾頭設(shè)計(jì)要求 8 2.3 張力矯直機(jī)固定夾頭方案設(shè)計(jì) 8 2.4 主要參數(shù)的確定 9 2.4.1 系統(tǒng)壓力的選擇 9 2.4.2夾緊缸負(fù)載及行程確定 9 2.4.3 掛鉤缸負(fù)載及行程確定 12 第三章 主要部件的設(shè)計(jì) 12 3.1夾緊液壓缸的設(shè)計(jì) 12 3.1.1主要零件確定及其技術(shù)要求 12 3.1.2主要尺寸的確定 13 3.1.3結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19 3.2 掛鉤液壓缸的設(shè)計(jì) 25 3.2.1主要零件確定及其技術(shù)要求 25 3.2.2主要尺寸的確定 26 3.2.3結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 30 3.3 夾頭體的設(shè)計(jì) 31 3.4 夾頭滑塊的設(shè)計(jì) 31 3.5 掛鉤的設(shè)計(jì) 32 3.6 固定夾頭裝配設(shè)計(jì) 32 第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 4.1液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 33 4.1.1壓力控制回路 33 4.1.2 供油回路 34 4.1.3 調(diào)速回路 35 4.1.4 夾緊回路 35 4.1.5 掛鉤回路 36 4.1.6 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 36 4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算和元件選型 37 4.2.1液壓泵的選擇 37 4.2.2 液壓閥的選型 39 4.2.3液壓輔助元件的選擇 40 4.3 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 41 4.3.1 壓力損失的驗(yàn)算 41 4.3.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 43 結(jié) 論 45 致謝 46 參考文獻(xiàn) 47 附一：英文文獻(xiàn)翻譯 48 附二：引文文獻(xiàn)翻譯原文 52 第一章 緒論 1.1選題的背景 矯直作為一種精整技術(shù)，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個(gè)分支。尤其近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和精度的要求普遍提高，矯直技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用也越來越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對(duì)各種材料的質(zhì)量提出了更高的要求。因此矯直作為一種精整技術(shù)已越來越得到工程技術(shù)人員的重視；矯直設(shè)備則已經(jīng)從過去的冶金行業(yè)的輔助設(shè)備發(fā)展為包括冶金和一些高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的加工設(shè)備。但隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，矯直機(jī)械也己經(jīng)從過去的冶金行業(yè)發(fā)展到其他一些高技術(shù)領(lǐng)域，如儀器儀表制造業(yè)、汽車、船舶和飛機(jī)制造業(yè)，石油化工業(yè)、建筑材料業(yè)、機(jī)械裝備制造業(yè)以及精密加工制造業(yè)等領(lǐng)域。由此可以看出矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和其成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 [1]彈塑性力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究彈性和彈塑性物體變形規(guī)律的一門學(xué)科，比[8]材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)研究范圍更廣泛,研究方法更精確，是分析和解決許多工程技術(shù)問題的基礎(chǔ)和依據(jù)，矯直理論就是在彈塑性理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它屬于金屬加工學(xué)科的一個(gè)分支。另外材料力學(xué)、[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、[3]理論力學(xué)等這類文獻(xiàn)在研究課題也起到了關(guān)鍵性作用，在設(shè)計(jì)過程中機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)是不可缺少的工具之一，它可以是設(shè)計(jì)規(guī)范化。由于本課題主要研究機(jī)械和液壓兩方面，所以還需參考[6]液壓與氣壓傳動(dòng)來設(shè)計(jì)液壓部分。除此之外，當(dāng)然還得查詢或翻閱國(guó)外的一些對(duì)設(shè)計(jì)游泳的資料。 矯直技術(shù)屬于金屬加工學(xué)科的一個(gè)分支，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日用金屬加工業(yè)，儀器儀表制造業(yè)，汽車、船舶和飛機(jī)制造業(yè)，石油化工業(yè)，冶金工業(yè)，建筑材料業(yè)，機(jī)械裝備制造業(yè)，以及精密加工制造業(yè)。矯直技術(shù)在廣度和深度方面的巨大發(fā)展迫切要求矯直理論能進(jìn)一步解決一些疑難問題，推動(dòng)開發(fā)新技術(shù)和研制新設(shè)備。尤其在黨的十六大之后，要求用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，矯直技術(shù)也要跟上時(shí)代。首先要在矯直機(jī)設(shè)計(jì)、制造、矯直過程分析、矯直參數(shù)設(shè)定及矯直質(zhì)量預(yù)測(cè)等方面搞好軟件開發(fā)；其次要進(jìn)行數(shù)字化矯直設(shè)備的研制，使矯直技術(shù)走上現(xiàn)代化的道路，不斷豐富金屬矯直學(xué)的內(nèi)容。 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后道工序，在很大程度上決定著產(chǎn)成品的質(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。不過理論滯后于實(shí)踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負(fù)轉(zhuǎn)矩的破壞作用在20世紀(jì)下半葉才得以解決，但其破壞作用的機(jī)理直到20世紀(jì)80年代末才被闡明。另外，就矯直理論的總體來看，仍然處于粗糙階段，首先就是其基本參數(shù)的確定還要依靠許多經(jīng)驗(yàn)算法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度等；其次是許多技術(shù)現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺、矯直噪聲、斜輥矯直特性、斜輥輥形特性、拉彎變形匹配特性等都缺乏理論闡述；再次是理論的概括性不夠，一套公式不僅不能包括各種斷面型材，甚至不能包括同類斷面而尺寸和材質(zhì)不同的工件，如彎距和矯直曲率等都缺少通用表達(dá)式。 1.2選題的目的與意義 矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和其成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。在講求質(zhì)量、效益的今天，矯直技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的重要性更加突出。 我們知道，金屬條材在加工和運(yùn)輸過程中，常因受外力、溫度等變化發(fā)生彎曲，扭曲變形，為了解決這種弊端，矯直技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。矯直技術(shù)就多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)品或成品的質(zhì)量水平，矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在 20 世紀(jì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步，雖然還有一些理論滯后于實(shí)踐的情況，不過，如今的矯直理論已經(jīng)進(jìn)入到了解析化和系統(tǒng)化的時(shí)代，并為數(shù)字化和信息化敞開了大門，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，矯直理論和矯直技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。 1.3國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1國(guó)內(nèi)矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的矯直技術(shù)研究起步較晚，建國(guó)以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要才有了對(duì)矯直技術(shù)的研究。那時(shí)，矯直機(jī)主要靠進(jìn)口。從 70 年代開始，許多學(xué)者對(duì)輥形設(shè)計(jì)做了理論和試驗(yàn)研究。在 1980年，中國(guó)金屬壓力加工學(xué)會(huì)在衡陽專門召開了“輥形專題會(huì)議” 。通過這次學(xué)術(shù)交流會(huì)，產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。 到了 80 年代，國(guó)內(nèi)對(duì)矯直技術(shù)的研究已有了相當(dāng)?shù)某晒Ｔ谵D(zhuǎn)轂矯直技術(shù)方面，創(chuàng)造了中國(guó)首創(chuàng)的雙向旋轉(zhuǎn)矯直法。在80 年代末，東北大學(xué)的崔甫教授研制了矯直 F200復(fù)合轉(zhuǎn)轂式高精度棒材矯直機(jī)，并首先提出了雙交錯(cuò)輥系的新方法。從 90 年代后，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面邁出了一大步。我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、雙向反彎輥形2 輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、液壓矯直自動(dòng)切料機(jī)和平行不等輥距矯直機(jī)等方面有了很大突破，各種矯直機(jī)的矯直質(zhì)量均有突破。 近年來，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面取得了很大進(jìn)步，在矯直機(jī)械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績(jī)，很多學(xué)者開始利用有限元分析和解析的方法來研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，壓彎量及工件殘余應(yīng)力等都成為了人們的研究對(duì)象。在過程控制方面，正由人工控制逐漸向計(jì)算機(jī)控制，由單機(jī)控制向全線計(jì)算機(jī)控制發(fā)展，在矯直機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設(shè)備 將逐漸被淘汰或改造?，F(xiàn)在矯直技術(shù)的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動(dòng)化的環(huán)保型矯直設(shè)備。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯直速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)西安重型機(jī)械研究所和太原重型集團(tuán)等企事業(yè)部門在矯直機(jī)的研究和生產(chǎn)上代表了國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先的水平，在棒材、型材和板材矯直機(jī)的研制上都取得了一定的成績(jī)。 但是，在取得成績(jī)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機(jī)壓上式結(jié)構(gòu)的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。 本文對(duì)一些具有代表性的觀點(diǎn)進(jìn)行了梳理和綜述，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)短的評(píng)述。 1.3.2國(guó)外矯直機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 在20世紀(jì)30～40年代，國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)和板材矯直機(jī)也迅速的發(fā)展起來，相應(yīng)的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀(jì)70～80年代，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)力量己相當(dāng)雄厚，矯直技術(shù)得到了不斷地改進(jìn)、發(fā)展和擴(kuò)充。英國(guó)的布朗克斯(BRONX)、德國(guó)的凱瑟琳(Kieserling)、德馬克(Demag)以及日本的一些品牌成為了矯直機(jī)領(lǐng)域的代表。此時(shí)的矯直概念則由原來狹義的彎曲矯直擴(kuò)展為包括解決彎曲、控制斷面形狀和尺寸精度的矯直，提出了平動(dòng)矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長(zhǎng)矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變輥距矯直技術(shù)以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等。近幾年國(guó)外關(guān)于矯直技術(shù)和矯直機(jī)的研究主要集中在提高矯直精度，提高控制水平及改善環(huán)境方面。同時(shí)為提高矯直精度和控制水平，開展了對(duì)變形機(jī)理、改進(jìn)工藝和參數(shù)優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實(shí)用價(jià)值的成果。而且國(guó)外學(xué)者對(duì)矯直過程的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對(duì)扭轉(zhuǎn)變形矯直過程的實(shí)時(shí)控制的研究，以及Juen A.Robert對(duì)圓盤鋸片嬌直過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的研究等等。 第二章 總體設(shè)計(jì) 2.1 張力矯直原理分析 鋼絲生產(chǎn)過程中常用矯直的方法來消除鋼絲的殘余應(yīng)力。矯直分為回轉(zhuǎn)式矯直和輥式矯直兩種。實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的不同要求而采用不同的矯直方式,如矯直回火預(yù)應(yīng)力鋼絲采用回轉(zhuǎn)式矯直;而彈簧鋼絲、制繩鋼絲等采用輥式矯直。輥式矯直的過程和基本原理是使經(jīng)成品拉拔后的帶有某一原始曲率的鋼絲通過安裝在一個(gè)平面內(nèi)(稱為標(biāo)準(zhǔn)矯直) 或兩個(gè)互為垂直平面內(nèi)(稱為完全矯直) 的兩排相互交錯(cuò)排列的滑輪即輥輪,鋼絲呈波形或彎曲形通過矯直器,經(jīng)受反復(fù)彎曲變形,曲率由大變小,使得鋼絲內(nèi)部的殘余應(yīng)力逐漸消除,最終達(dá)到平直而實(shí)現(xiàn)矯直的目的,如圖2 所示。鋼絲通過矯直輥輪時(shí),處于彈塑性變形狀態(tài),鋼絲橫截面上的應(yīng)力分布如圖3 所示。鋼絲被矯直的條件是反彎后彈回到平直,即彈性變形的反彎曲率應(yīng)等于彈回曲率。 圖2-1 矯直基本原理示意圖 圖2-2彈塑性變形應(yīng)力圖 2.2 張力矯直機(jī)固定夾頭設(shè)計(jì)要求 根據(jù)張力矯直機(jī)原理，設(shè)計(jì)固定夾頭部分的機(jī)械、液壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期動(dòng)作。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求如下： A. 鉗口可夾持圓料直徑為50-150mm; B. 最大矯直拉力2.0MN； C. 夾緊行程時(shí)間t：4秒； D. 鋼-鋼摩擦系數(shù)μ：0.1； E. 系統(tǒng)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、維護(hù)方便。 2.3 張力矯直機(jī)固定夾頭方案設(shè)計(jì) 矯直機(jī)由活動(dòng)夾頭與固定夾頭兩大部分組成，工作時(shí)固定夾頭不動(dòng)，活動(dòng)夾頭在主拉伸液壓缸的作用下移動(dòng)，夾裝在活動(dòng)夾頭和固定夾頭的夾緊裝置上的型材隨著活動(dòng)夾頭移動(dòng)而被拉伸矯直。 圖2-3 張力矯直機(jī)固定夾頭方案 矯直機(jī)固定夾頭的鉗口加緊、松開機(jī)掛鉤抬起、下落由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其示意圖所示，掛鉤的抬起、落下由掛鉤液壓缸5的伸縮帶動(dòng)掛鉤轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。鉗口的加緊、松開通過兩個(gè)夾緊油缸3同步推動(dòng)上下鉗口平移來實(shí)現(xiàn)。 從以上方案研究可以看出矯直機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)固定夾頭部分的機(jī)械及液壓控制系統(tǒng)。其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括導(dǎo)軌、鉗口滑塊、輪子、掛鉤等的設(shè)計(jì)；液壓控制部分的設(shè)計(jì)包括液壓缸的設(shè)計(jì)及主要零件的校核、泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。 2.4 主要參數(shù)的確定 2.4.1 系統(tǒng)壓力的選擇 執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型了確定（見表3-1和表3-2）。 表3-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負(fù)載/ KN <5 510 1020 2030 3050 >50 工作壓力/MPa <0.81 1.52 2.53 34 45 ≥5 表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備 類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型 工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型 機(jī)械等 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 工作壓力 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 參考表3-1和表3-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來選擇工作壓力的方法，初選系統(tǒng)壓力。 2.4.2夾緊缸負(fù)載及行程確定 （1）夾緊缸負(fù)載確定 滑塊受力情況如下圖所示，設(shè)斜面夾角為α，油缸提供的推力為F推，所加緊的棒料對(duì)滑塊的壓力為FN，所加緊的棒料與滑塊間的摩擦力為Ff，斜面給滑塊提供的支持力為FN’，滑塊與斜面之間的摩擦力為Ff’。 從上述方案可以看出，夾頭所夾持的棒料所受的張力完全由上下兩個(gè)滑塊與棒料之間的摩擦力Ff提供。即： 另外，由于鋼-鋼之間摩擦系數(shù)：，則有： 圖2-4 滑塊受力分析 對(duì)滑塊列力的平衡方程，則有： 其中： 聯(lián)立上述方程可知： 油缸內(nèi)徑： （2）夾緊缸行程確定 已知該張力矯直機(jī)固定夾頭鉗口可夾持圓料直徑為50-150mm；為保證圓料的裝夾方便，鉗口最大開口應(yīng)比所夾持的圓料最大直徑稍大，因此取鉗口最大開口160mm；而為保證鉗口對(duì)圓料的夾持應(yīng)有一定的夾持余量，因此鉗口最小開口應(yīng)比所夾持的圓料最小直徑稍小，該處取40mm。即，本設(shè)計(jì)應(yīng)保證鉗口開口大小為40-160mm，也就是說單側(cè)鉗口滑塊行程S0為： 圖2-5 滑塊與油缸行程關(guān)系 有圖2-3可知，滑塊行程S0與油缸行程S滿足下述關(guān)系： 綜上（1）（2）可知，夾緊油缸負(fù)載、內(nèi)徑、行程均是關(guān)于鉗口斜面傾角的方程，因此鉗口斜面傾角α的選定非常重要，下表是α選定不同值時(shí)油缸負(fù)載F推、油缸內(nèi)徑D、油缸行程S對(duì)應(yīng)的值。 1組 2組 3組 4組 5組 6組 7組 8組 9組 10組 α(°) 12 12.5 13 14 15 16 17 18 19 20 F推（MN） 0.10 0.19 0.28 0.45 0.63 0.81 0.98 1.16 1.33 1.51 D(mm) 90.11 123.01 148.81 190.17 223.99 253.30 279.53 303.45 325.58 346.26 S(mm) 288.58 277.21 266.72 248.01 231.82 217.68 205.22 194.16 184.29 175.43 由上表可以看出，隨著α的增加，油缸負(fù)載F推、油缸內(nèi)徑D均較大幅度的增大，而油缸行程S則有較小幅度的減小。其中油缸內(nèi)徑D決定油缸的縱向尺寸，油缸行程決定油缸的橫向尺寸這兩個(gè)因素也決定了油缸的成本，綜合考慮固定夾頭結(jié)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性選定上表第二組數(shù)據(jù)，即： 2.4.3 掛鉤缸負(fù)載及行程確定 掛鉤油缸的負(fù)載及行程的確定與上述類似，此處不一一復(fù)述，關(guān)于掛鉤缸的詳細(xì)計(jì)算第三章將詳細(xì)說明。 第三章 主要部件的設(shè)計(jì) 3.1夾緊液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，用來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或小于360°擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。活塞缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，因此在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。在完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，還必須對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與校核，確定液壓缸的材料，并對(duì)液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 3.1.1主要零件確定及其技術(shù)要求 （1）缸體 液壓缸缸體的常用材料一般為20、35、45號(hào)無縫鋼管，鑄鐵可采用HT200—HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，也具有良好的塑性和韌性，其屈服度比鋼高。因此，球墨鑄鐵制造承受靜載荷的構(gòu)件比鑄鋼節(jié)省材料，重量也輕。所以本設(shè)計(jì)的液壓缸采用Q235。鑄件需進(jìn)行正火消除內(nèi)應(yīng)力處理。 1）缸體的內(nèi)徑因?yàn)轫毰c活塞配合，防止漏油，所以要盡量減少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為0.1～0.4μm，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2～0.4μm，且均需研磨。 2）缸體內(nèi)徑的圓度公差值可按9、10、11級(jí)精度選取，圓柱度公差應(yīng)按8級(jí)精度選取。 3）缸體端面的垂直度公差可按7級(jí)精度選取。 4）缸體與缸頭采用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)用6級(jí)精度的米制螺紋。 5）當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或軸銷時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線垂直公差值按9級(jí)精度選取。 此液壓缸體的外徑需要與機(jī)架配合，應(yīng)進(jìn)行加工，且與中心線同軸度的要求。裝卸時(shí)需把吊環(huán)螺栓吊起。所以缸體端部選用螺紋連接，螺紋連接徑向尺寸小，質(zhì)量輕，使用廣泛。裝卸需用專用工具，安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。 （2）缸蓋 本液壓缸采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套，缸蓋選用HT200鑄鐵，導(dǎo)向套選用鑄鐵HT200，以使導(dǎo)向套更加耐用。 （3）活塞 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵，鋼及鋁合金等。本設(shè)計(jì)液壓缸活塞材料選用45號(hào)鋼，需要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 1）活塞外徑D對(duì)內(nèi)孔d的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。 2）端面T對(duì)內(nèi)徑d軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。 3）外徑D的圓柱度公差值，按9、10、11級(jí)精度選取。 4）活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)由前可以選用O型密封圈。 3.1.2主要尺寸的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。 （1）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 前述2.4.2節(jié)已初步算得活塞直徑D=123.01mm。 表3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值 根據(jù)表3-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=125mm 活塞桿直徑可以由值算出，的取值參照下表： 表3-3 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系 按機(jī)床類型選取d/D 按液壓缸工作壓力選取工作壓力d/D 機(jī)床類別 d/D 工作壓力p/(MPa) d/D 磨床、研磨機(jī)床 0.2~0.3 ≤2 0.2~0.3 插床、拉床、刨床 0.5 ＞2~5 0.5~0.58 鉆、鏜、車、銑床 0.7 ＞5~7 0.62~0.70 —— —— ＞7 0.7 因此，活塞桿直徑： 以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件，活塞桿直徑按照下表圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，即取活塞桿直徑： 表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 綜上述：缸筒內(nèi)徑 D=125mm，活塞桿外徑d=90mm。 （2）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因?yàn)楸诤竦牟煌鳟?。一般?jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算 ≥ 式中 ——液壓缸壁厚（m）。 D——液壓缸內(nèi)徑（m）。 ——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.25，=20MPa。 ——缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強(qiáng)度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。 在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使得液壓缸的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或者漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式公式進(jìn)行校核。 對(duì)于D/＜10時(shí)，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。 對(duì)于脆性材料以及塑性材料 ≥ 式中的符號(hào)意思與前面相同。 液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為 ≥ + 式中值應(yīng)該按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 在設(shè)計(jì)中，取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.25倍，即 = 1.25×16MPa =20MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為= 100 MPa。 應(yīng)用公式 ≥ 得， 下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + = 125+2×12.5mm = 150mm。在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值 = 155mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計(jì)算壁厚， = = mm = 15mm。 （3）液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并且參照表4-1中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。 表4-1液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm） Ⅰ 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 Ⅱ 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 Ⅲ 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。 由上述2.4.2節(jié)已算得油缸最大工作行程為277.21mm,參考上表系列Ⅱ，取液壓缸工作行程為280mm。 （4）缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行進(jìn)似計(jì)算。 無孔時(shí)： 有孔時(shí)： 式中 ——缸蓋有效厚度（m）。 ——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。 ——缸蓋孔的直徑（m）。 在此次設(shè)計(jì)中，利用上式計(jì)算可取t=40mm （5）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖3-2）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定得最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求 式中 ——液壓缸的最大行程。 ——液壓缸的內(nèi)徑。 為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如果過分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套K來增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即 在此設(shè)計(jì)中，液壓缸的最大行程為280mm，液壓缸的內(nèi)徑為125mm，所以應(yīng)用公式的 = 活塞的寬度B一般取得B =（0.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。 當(dāng)D＜80mm時(shí)，?。? 當(dāng)D＞80mm時(shí)，取。 活塞的寬度B = （0.6~1.0）D=75~125mm，取100mm （6）缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的20~30倍。缸體長(zhǎng)度L =280+100mm=380mm。 （7）固定螺栓得直徑 液壓缸固定螺栓直徑按照下式計(jì)算 式中 F——液壓缸最大負(fù)載。 Z——固定螺栓個(gè)數(shù)。 k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。 根據(jù)上式求得 = = 10.3mm （8）液壓缸強(qiáng)度校核 1）缸筒壁厚校核： 。 。 前面已經(jīng)通過計(jì)算得：D = 125mm, = 15mm。則有＜10，所以為厚壁缸。 = 15mm≥ = = 11.12mm 可見缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求。 2）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算： 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力F不能超過使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性的校核依照下式（穩(wěn)定條件）進(jìn)行 式中 ——安全系數(shù)，一般取=24。 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比＞時(shí) = 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比≤時(shí)，且 = 20120時(shí)，則 = 式中 ——安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)。 ——活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。 ——柔性系數(shù)。 ——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。 E——活塞桿材料的彈性模量，對(duì)剛?cè) = 。 J——活塞桿橫截面慣性矩，A為活塞桿橫截面積。 f——由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值。 根據(jù)驗(yàn)算，液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。 3.1.3結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：液壓缸缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、以及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件的不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 （1）缸體與缸蓋的連接形式 缸體與缸蓋常見連接方式有法蘭連接式、半環(huán)連接式 、螺紋連接式 、拉桿連接式 、焊接式連接等。 圖3-1 常見的缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) 圖3-1所示為常見的缸蓋和缸筒連接形式。圖3-1a 為法蘭式連接結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，容易加工，便于裝卸，強(qiáng)度較大，能夠承受高壓。但是外形尺寸較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。 圖3-1b 為半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)，這種連接分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩者形式。它們的缸筒壁部由于開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要增加壁厚。它容易加工和裝卸、重量較輕，半環(huán)連接是一種應(yīng)用較為普遍的連接結(jié)構(gòu)，常用于無縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。 圖3-1c、f 為螺紋連接形式，這種連接分為外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩者形式。它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工必須要求同時(shí)保證內(nèi)外徑同心，裝卸要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，常常用于無縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。 圖3-1d 為拉桿式連接形式，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好、通用性強(qiáng)、易于裝拆，但是端蓋的體積和重量都非常大，拉桿在受力后容易拉伸變長(zhǎng)，從而影響密封效果，僅適用于長(zhǎng)度不大的中低壓缸。 圖3-1d 為焊接式連接，這種連接形式強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但是焊接時(shí)容易引起缸筒的變形。 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。通過綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。 （2）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式有很多，常見的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖4-2所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸不便，但是工作可靠。 圖3-2 活塞桿與活塞的結(jié)構(gòu) 此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但是它只能適應(yīng)于尺寸較小的場(chǎng)合。活塞一般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。經(jīng)過綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖3-3所示。 圖3-3 活塞桿與活塞的連接形式 這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆卸，成本低廉，但是在震動(dòng)的過程中容易松動(dòng)，所以加了防松裝置，應(yīng)用范圍較廣。 （3）活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)果可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用比較普遍。導(dǎo)向套的位置可以安裝于密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以安裝于密封圈的外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)測(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而壓油機(jī)常采用裝在外測(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使得密封圈由足夠的油壓將唇邊張開，以提高系統(tǒng)的密封性能。 活塞桿處的密封形式由O型、V型、Y型和型密封圈。為了清除活塞桿處外漏部分粘附的灰塵，保證油液清潔以及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。此設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合考慮，采取端蓋直接導(dǎo)向。 （4）密封裝置 液壓缸中常見的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。 間隙密封依靠運(yùn)動(dòng)件間的微笑間隙來防止泄露。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面制造出幾條微小的環(huán)形槽，用以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可以耐高溫，但是泄露大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。 摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露。這種材料密封效果好，摩擦阻力較小并且穩(wěn)定，可以耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但是加工要求高，裝拆不方便，適用于缸筒和活塞之間的密封。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它利用橡膠或者塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄露。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 1）O形密封圈（如圖3-4） O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運(yùn)動(dòng)阻力較大，作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨(dú)用于油缸運(yùn)動(dòng)密封。 圖3-4 O形密封圈 2）V形密封圈（如圖3-5） V形圈的截面為V形，如圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于10MPa時(shí)，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時(shí)，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高的一側(cè)。 圖3-5 V形密封圈 3）Y形密封圈（如圖3-6） Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈(Lip Seal)。它是一種摩擦阻力小、壽命較長(zhǎng)的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。根據(jù)截面長(zhǎng)寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，圖所示為寬斷面Y形密封圈。 圖3-6 Y形密封圈 對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受到污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并且放在向著活塞桿外伸的一段。 （5）緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時(shí)，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。 液壓缸中常用的緩沖裝置有節(jié)流口可調(diào)式（如圖3-7）和節(jié)流口變化式（如圖3-8）兩種。 圖3-7 節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置 圖3-8 節(jié)流口變化式緩沖裝置 在此設(shè)計(jì)中，為了適當(dāng)?shù)臏p輕加工難度，決定采取如圖4-8所示的緩沖裝置。這種緩沖裝置可以調(diào)節(jié)。 （6）排氣裝置 排氣裝置在液壓缸中是十分必要的，這是因?yàn)橛鸵褐谢烊氲目諝饣蛘咭簤焊组L(zhǎng)期不使用，外界侵入的空氣都積聚在液壓缸內(nèi)的最高部位處，影響液壓缸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，低速時(shí)引起爬行現(xiàn)象、啟動(dòng)時(shí)造成沖擊、換向時(shí)降低精度等。 液壓缸中的排氣裝置通常有兩種形式：一種是在缸蓋的最高部位處開排氣孔，用長(zhǎng)管道接向遠(yuǎn)處排氣；另外一種是在液壓缸缸蓋最高部位安裝排氣塞。兩種排氣裝置都是在液壓缸排氣時(shí)打開（讓它全行程往復(fù)移動(dòng)多次），排氣完畢后關(guān)閉。 圖3-9 常見排氣裝置 （7）液壓缸的安裝結(jié)構(gòu) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸的進(jìn)、出油口的連接等。 1）液壓缸的安裝形式 液壓缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和工作要求得不同可以有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。 2）液壓缸進(jìn)、出油口形式以及大小的確定 液壓缸進(jìn)、出油口，可以布置在端蓋或者缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，液壓缸進(jìn)、出油口可以設(shè)在活塞桿的端部。如果液壓缸沒有專用得排氣裝置，液壓缸進(jìn)、出油口應(yīng)該設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)、出油口得形式一般選用螺孔或者法蘭連接?，F(xiàn)列出壓力小于16MPa小型系列單桿液壓缸螺孔連接油口得安裝尺寸，見表3-2。 表3-2 單桿液壓桿油口安裝尺寸（ISO8138） (mm) 缸體內(nèi)徑D 進(jìn)、出油口 缸體內(nèi)徑D 進(jìn)、出油口 25 M14×1.5 80 M27×1.5 32 M14×1.5 100 M27×1.5 40 M18×1.5 125 M27×1.5 50 M22×1.5 160 M33×1.5 63 M22×1.5 200 M42×1.5 夾緊油缸如下圖示： 圖3-10 夾緊油缸 3.2 掛鉤液壓缸的設(shè)計(jì) 3.2.1主要零件確定及其技術(shù)要求 （1）缸體 液壓缸缸體的常用材料一般為20、35、45號(hào)無縫鋼管，鑄鐵可采用HT200—HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，也具有良好的塑性和韌性，其屈服度比鋼高。因此，球墨鑄鐵制造承受靜載荷的構(gòu)件比鑄鋼節(jié)省材料，重量也輕。所以本設(shè)計(jì)的液壓缸采用Q235。鑄件需進(jìn)行正火消除內(nèi)應(yīng)力處理。 1）缸體的內(nèi)徑因?yàn)轫毰c活塞配合，防止漏油，所以要盡量減少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為0.1～0.4μm，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2～0.4μm，且均需研磨。 2）缸體內(nèi)徑的圓度公差值可按9、10、11級(jí)精度選取，圓柱度公差應(yīng)按8級(jí)精度選取。 3）缸體端面的垂直度公差可按7級(jí)精度選取。 4）缸體與缸頭采用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)用6級(jí)精度的米制螺紋。 5）當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或軸銷時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線垂直公差值按9級(jí)精度選取。 此液壓缸體的外徑需要與機(jī)架配合，應(yīng)進(jìn)行加工，且與中心線同軸度的要求。裝卸時(shí)需把吊環(huán)螺栓吊起。所以缸體端部選用螺紋連接，螺紋連接徑向尺寸小，質(zhì)量輕，使用廣泛。裝卸需用專用工具，安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。 （2）缸蓋 本液壓缸采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套，缸蓋選用HT200鑄鐵，導(dǎo)向套選用鑄鐵HT200，以使導(dǎo)向套更加耐用。 （3）活塞 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵，鋼及鋁合金等。本設(shè)計(jì)液壓缸活塞材料選用45號(hào)鋼，需要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 1）活塞外徑D對(duì)內(nèi)孔d的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。 2）端面T對(duì)內(nèi)徑d軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。 3）外徑D的圓柱度公差值，按9、10、11級(jí)精度選取。 4）活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)由前可以選用O型密封圈。 3.2.2主要尺寸的確定 （1）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 掛鉤油缸的工作過程為，通過油缸收縮抬起掛鉤，掛鉤是依靠掛鉤自身的重力和較小的油缸推力推動(dòng)掛鉤。整個(gè)過程油缸負(fù)載較小，因此只需要選用較小缸徑的油缸，該處選用油缸內(nèi)徑D=50mm。 表3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值 根據(jù)表3-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=125mm 活塞桿直徑可以由值算出，的取值參照下表： 表3-3 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系 按機(jī)床類型選取d/D 按液壓缸工作壓力選取工作壓力d/D 機(jī)床類別 d/D 工作壓力p/(MPa) d/D 磨床、研磨機(jī)床 0.2~0.3 ≤2 0.2~0.3 插床、拉床、刨床 0.5 ＞2~5 0.5~0.58 鉆、鏜、車、銑床 0.7 ＞5~7 0.62~0.70 —— —— ＞7 0.7 因此，活塞桿直徑： 以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件，活塞桿直徑按照下表圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，即取活塞桿直徑： 表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 綜上述：缸筒內(nèi)徑 D=50mm，活塞桿外徑d=36mm。 （2）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因?yàn)楸诤竦牟煌鳟悺Ｒ话阌?jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算 ≥ 式中 ——液壓缸壁厚（m）。 D——液壓缸內(nèi)徑（m）。 ——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.25，=20MPa。 ——缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n =1。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強(qiáng)度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。 在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使得液壓缸的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或者漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式公式進(jìn)行校核。 對(duì)于D/＜10時(shí)，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。 對(duì)于脆性材料以及塑性材料 ≥ 式中的符號(hào)意思與前面相同。 液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為 ≥ + 式中值應(yīng)該按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 在設(shè)計(jì)中，取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.25倍，即 = 1.25×16MPa =20MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為= 100 MPa。 應(yīng)用公式 ≥ 得， 下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + =50+2×5mm = 60mm。在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值 =65mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計(jì)算壁厚， = = 。 （3）液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并且參照表4-1中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。 表4-1液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm） Ⅰ 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 Ⅱ 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 Ⅲ 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。 根據(jù)下述掛鉤及夾頭體的尺寸可以知道掛鉤油缸最大工作行程為300mm為保證一定的行程余量參考上表系列Ⅱ，取液壓缸工作行程為320mm。 （4）缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行進(jìn)似計(jì)算。 無孔時(shí)： 有孔時(shí)： 式中 ——缸蓋有效厚度（m）。 ——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。 ——缸蓋孔的直徑（m）。 在此次設(shè)計(jì)中，利用上式計(jì)算可取t=25mm （5）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖3-2）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定得最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求 式中 ——液壓缸的最大行程。 ——液壓缸的內(nèi)徑。 為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如果過分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套K來增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即 在此設(shè)計(jì)中，液壓缸的最大行程為320mm，液壓缸的內(nèi)徑為50mm，所以應(yīng)用公式的 = 活塞的寬度B一般取得B =（0.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。 當(dāng)D＜80mm時(shí)，??； 當(dāng)D＞80mm時(shí)，取。 活塞的寬度B =（0.6~1.0）D=30~50mm，取35mm （6）缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的20~30倍。缸體長(zhǎng)度L =320+40mm=360mm。 （7）固定螺栓得直徑 液壓缸固定螺栓直徑按照下式計(jì)算 式中 F——液壓缸最大負(fù)載。 Z——固定螺栓個(gè)