小型氣動(dòng)壓力機(jī)的設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙】

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單位代碼 6030 學(xué)號(hào) 080105508 分 類(lèi) 號(hào) TH 密 級(jí) 秘密 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 小型氣動(dòng)壓力機(jī)的設(shè)計(jì) 院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系 專(zhuān) 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 學(xué) 生 姓 名 王蘊(yùn)寒 指 導(dǎo) 教 師 李 長(zhǎng) 詩(shī) 2012 年 3 月 16 日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 I 頁(yè) 小型氣動(dòng)壓力機(jī) 摘要 小型號(hào)的氣動(dòng)壓力機(jī)，適用于軸類(lèi)零件，型材的校正和軸套類(lèi)零件的壓裝。 它采用手腳聯(lián)動(dòng)操作，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)氣壓泵向主油路供氣，通過(guò)溢流閥，手 動(dòng)換向閥等控制閥對(duì)氣壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓換向，以達(dá)到各種工作狀態(tài)。 該氣壓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，壓力和行程 可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料， 設(shè)計(jì)了液壓缸的尺寸，擬訂了液壓原理圖。按壓力和流量的大小選擇了液壓泵， 電動(dòng)機(jī)，控制閥，過(guò)濾器等氣壓元件和輔助元件。 關(guān)鍵詞：氣壓機(jī)；氣壓系統(tǒng)；調(diào)速往返路 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 II 頁(yè) Small pneumatic presses Abstract Single-column adjusting press-assembly hydraulic press is a versatile and the machine parts shall apply to the class, type the correct and the kind of parts of the press. It adopted and winding, by hydraulic motor drives the pump to the principaloil supply, the overflow from the valve stem control valve manual crossover wait for the hydraulic system to a regulated pressure crossover to achieve the state. The hydraulic compact structure, sensitive, speed, energy consumption, low noise, and journeys are within the prescribed scope of any regulation, a simple operation. in the design of information and evidence by reference to design the size of the jug, the drafting of a schematic diagram. by hydraulic pressure and flow of the size of a hydraulic motor pump, filters, etc, control valve, hydraulic components and auxiliary units. Key words：Hydraulic press；Hydraulic system；Velocity circuit 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 III 頁(yè) I 緒論 .1 1.1 課題背景 .1 1.2 發(fā)展趨勢(shì) .1 1.3 研究意義 .1 2.氣壓機(jī)的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 .2 3 工況分析 .3 3.1 動(dòng)力（負(fù)載）分析及負(fù)載循環(huán)圖 .3 3.1.1 摩擦負(fù)載 .3 3.1.2 慣性負(fù)載 .3 3.1.3 工作負(fù)載 .4 3.1.4 負(fù)載循環(huán)圖 .4 3.2 運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 .4 3.2.1 位移循環(huán)圖 .4 4.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) .5 4.1 確定液壓缸幾何尺寸 .5 4.2 計(jì)算氣壓缸所需流量 .7 4.3 計(jì)算系統(tǒng)所需的壓力 .7 4.4 繪制沖壓機(jī)主缸工況圖 .7 4.5 氣壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求 .9 4.5.1 氣壓缸的基本參數(shù) .9 4.5.2 氣壓缸的類(lèi)型和安裝方式 .9 4.5.3 氣壓缸的主要零件及技術(shù)要求 .9 4.6 氣壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 .10 4.6.1 計(jì)算氣壓缸的厚度 .10 4.6.2 氣壓缸油口的計(jì)算 .11 4.6.3 缸底厚度的計(jì)算 .11 4.7 氣壓缸的校核 .11 4.7.1 氣壓缸中背壓力的校核 .12 4.7.2 活塞桿的校核 .12 5 擬訂氣壓原理圖 .12 6 氣壓元件的選擇 .13 6.1 氣壓泵的選擇 .13 6.1.1.確定泵的最大工作壓力 .14 6.1.2 確定氣壓泵的流量 .14 6.1.3 選擇氣壓泵的規(guī)格 .14 6.1.4 確定驅(qū)動(dòng)氣壓缸的功率 .14 6.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 .15 6.3 控制閥的選擇 .15 6.4 管道（導(dǎo)管）的選擇 .16 6.6 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .16 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 IV 頁(yè) 7 氣壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 .17 7.1 管路系統(tǒng)壓力損失 .17 7.2 氣壓沖擊的計(jì)算 .17 7.3 氣壓系統(tǒng)熱分析 .18 7.3.1 氣壓泵功率損失產(chǎn)生的熱流量（熱量） .18 7.3.2 氣壓系統(tǒng)的散熱計(jì)算 .18 8 限程裝置的設(shè)計(jì) .19 9 機(jī)架的設(shè)計(jì) .20 9.1 機(jī)架材料的選擇 .20 9.2 肋的作用 .21 10 氣壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 .21 10.1 氣壓系統(tǒng)的安裝 .21 10.1.1 安裝前的準(zhǔn)備工作 .21 10.1.2 管子加工 .21 10.2 氣壓系統(tǒng)的調(diào)試 .22 10.2.1 調(diào)試前的檢查 .22 10.2.2 啟動(dòng)氣壓泵 .22 10.2.3 系統(tǒng)排氣 .22 10.2.4 系統(tǒng)耐壓實(shí)驗(yàn) .22 10.2.5 負(fù)載試車(chē) .22 參考文獻(xiàn) .24 致謝 .25 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 緒論 1.1 課題背景 氣壓傳動(dòng)開(kāi)始應(yīng)用于十八世紀(jì)末，但在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用的時(shí)間比較短。 有大幅度的發(fā)展也就在近 50 年。因此，與其它傳動(dòng)方式比還是一項(xiàng)年輕的技術(shù)。 當(dāng)今液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、起重運(yùn)輸、冶金工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械，輕工業(yè) 和機(jī)床工業(yè)。 隨著氣壓技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓技術(shù)也廣泛應(yīng)用在高科技高精度的行業(yè)， 如機(jī)床行業(yè)。它能代替人們一部分頻繁而笨重的勞動(dòng)，能在條件惡劣的環(huán)境中 工作。特別在數(shù)控機(jī)床這類(lèi)要求精度較高的領(lǐng)域有著不可代替的作用，出現(xiàn)了 液壓傳動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)床，組合機(jī)床和自動(dòng)生產(chǎn)線等。在國(guó)防工業(yè)中，如飛機(jī)， 坦克、火炮等都普遍采用了氣壓傳動(dòng)裝置和液壓控制裝置。 1.2 發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)今研究的主要內(nèi)容是高壓粘性流體在密閉容器中流動(dòng)規(guī)律和系統(tǒng)中承受 高壓的粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 氣壓壓系統(tǒng)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其有著體積小，重量輕，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速， 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作壽命長(zhǎng)，液壓元件易于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化的特點(diǎn)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，處于新興技術(shù)的液壓系統(tǒng)在近些年得到了大幅 度的發(fā)展，還有著廣泛的發(fā)展空間。它正向高壓化、高速花、集成化、大流量、 大功率、高效率、長(zhǎng)壽命、低噪音的方向發(fā)展。 液壓傳動(dòng)可以用很小的功率控制速度、方向。使用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使執(zhí) 行元件的精度達(dá)到最高。其布局安裝有很大的靈活性，同體積重量比卻比其他 機(jī)械小的多。因此能構(gòu)成其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)低速 大噸位運(yùn)動(dòng)。采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度十分平穩(wěn)。 經(jīng)過(guò)五周的畢業(yè)實(shí)習(xí)，讓我們學(xué)到了很多以前沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)，也讓以前 學(xué)到的書(shū)本上的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)相結(jié)合，讓我門(mén)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步提高。 特別是對(duì)液壓系統(tǒng)有了更深的了解。在此基礎(chǔ)上我們進(jìn)一步分析 Y41 系列單柱 校正壓裝液壓機(jī)。它是一種多功能的中小型液壓機(jī)床，適用于軸類(lèi)零件、型材 的校正和軸套類(lèi)零件的壓裝。通過(guò)觀察測(cè)繪，進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在指導(dǎo)老師的 指導(dǎo)下，我對(duì)設(shè)計(jì)多次改進(jìn)，通過(guò)查閱相關(guān)資料手冊(cè)，并多次向指導(dǎo)老師請(qǐng)教， 對(duì)以前不懂的知識(shí)有了更好的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我把大學(xué)所學(xué)的知識(shí)穿了 線，知道了各知識(shí)之間的聯(lián)系，對(duì)以后的工作有了很大的幫助。 1.3 研究意義 目前沖壓機(jī)床的傳動(dòng)方式主要有：液壓式、氣壓式、電動(dòng)式和機(jī)械傳動(dòng)方 式等。傳動(dòng)裝置的選擇正確與否，直接決定著沖壓機(jī)的好壞。 （1）液壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；氣體粘性小阻力 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 損失小，流速快，防火防爆。但是空氣易于壓縮，負(fù)載對(duì)傳動(dòng)特性的影響大， 不易在低溫環(huán)境下工作。空氣不易被密封，傳動(dòng)功率小。 （2）電氣傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)方便，信號(hào)傳遞迅速，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易于實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化，缺點(diǎn)是平穩(wěn)性差，易受到外界負(fù)載影響。慣性大，換向慢，電氣設(shè) 備和元件要耗用大量的有色金屬。成本高，受溫度、濕度、震動(dòng)、腐蝕等環(huán)境 的影響大。 （3）機(jī)械傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單，負(fù)載對(duì)傳動(dòng)特性幾乎沒(méi)有影響。傳動(dòng) 效率高，制造容易和維護(hù)簡(jiǎn)單。但是，機(jī)械傳動(dòng)一般不能進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，遠(yuǎn)距 離操作困難，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜等。 （4）氣壓傳動(dòng)與以上幾種傳動(dòng)方式比較有以下優(yōu)點(diǎn)：獲得力和力矩很大， 體積小，重量輕，能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作方 便，工作壽命長(zhǎng)，易于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。它有很廣闊的發(fā)展空間。 從各方面考慮，液壓傳動(dòng)系列較其他各傳動(dòng)方式有更廣闊的研究空間及發(fā) 展空間。所以，此次設(shè)計(jì)將采用液壓傳動(dòng)。 2. 氣壓機(jī)的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 當(dāng)決定采用氣壓傳動(dòng)時(shí)，其設(shè)計(jì)步驟大體可分以下幾步： （1）明確設(shè)計(jì)依據(jù)進(jìn)行工況分析。 （2）確定氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。 （3）擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖。 （4）氣壓元件及液壓油的選擇。 （5）氣壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算。 （6）繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。 設(shè)計(jì)一臺(tái)氣壓機(jī)，其工作循環(huán)為：下行，快速退回。 由設(shè)計(jì)題目及已知參數(shù)可確定： 沖壓力 ：100 噸=10010009.8=0.9810 NFW 6 生產(chǎn)率：4 次/分=1 次/15 秒 工作行程：250mm 最大沖壓厚度：10mm 滑塊的重量 ：1.010 N G4 根據(jù)工藝要求，快速下降所用的時(shí)間為 5s，運(yùn)行的距離為 240mm。工進(jìn)所 用的時(shí)間為 1s，運(yùn)行的距離為 10mm?？焱朔祷氐臅r(shí)間為 3s，其運(yùn)行的距離為 250mm。 得到各個(gè)工藝路線的速度參數(shù)如下： 快速下行： 行程：240mm 速度：48mm/s 減速下壓： 行程：10mm 速度：10mm/s 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 快 退： 行程：250mm 速度：73mm/s 單次循環(huán)的總時(shí)間是：5+1+3=9s 氣壓缸采用 O 型密封圈。其機(jī)械效率一般為 0.9-0.95 之間，本液壓缸的效 率?。?=0.9m 3 工況分析 設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)該首先明確以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）弄清主機(jī)結(jié)構(gòu)和總體布局 （2）明確主機(jī)對(duì)氣壓系統(tǒng)的性能要求 （3）明確主機(jī)的工作條件 （4）明確氣壓系統(tǒng)與其它傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的分工配合、布置和相應(yīng)的控制 關(guān)系。 （5）了解搜集同類(lèi)型機(jī)器的有關(guān)技術(shù)資料 3.1 動(dòng)力（負(fù)載）分析及負(fù)載循環(huán)圖 動(dòng)力分析就是一部機(jī)器在工作過(guò)程中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況。由于工作機(jī)構(gòu) 作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽缸必須克服的外負(fù)載為： = + + Fefi （31） 式中 -工作負(fù)載e -摩擦負(fù)載f -慣性負(fù)載i 3.1.1 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載就是氣壓缸驅(qū)動(dòng)工作時(shí)所需要克服的機(jī)械摩擦阻力。 由于詳細(xì)計(jì)算比較煩瑣，一般將它算入氣壓缸的機(jī)械效率 中考慮。在cm 這里不用考慮摩擦負(fù)載。 3.1.2 慣性負(fù)載 慣性負(fù)載即運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力。 計(jì)算公式為： = = （N） FiagGtv （32） 式中 運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量 （kg）m 運(yùn)動(dòng)部件的加速度 （mm/s ）a2 運(yùn)動(dòng)部件的重量 （N）G 重力加速度 （mm/s ）g 速度變化值 （mm/s）v 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，由經(jīng)驗(yàn)可得 =0.5st t 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 沖頭啟動(dòng)和制動(dòng)的加速或減速都在 0.5 秒內(nèi)完成。 則啟動(dòng)時(shí)： = = FimagGtv 制動(dòng)時(shí)： = = i 3.1.3 工作負(fù)載 壓力機(jī)沖頭上負(fù)載分為兩個(gè)階段：第一階段負(fù)載力緩慢的線增加，在達(dá)到 最大沖壓力 5%左右。第二階段負(fù)載力急劇上升到最大沖壓力。因此工作負(fù)載為： 初壓階段上升到 = 5%=9.810 5%=0.4910 NF1w55 終壓階段上升到 =沖壓力 =0.9810 N26 3.1.4 負(fù)載循環(huán)圖 圖 31 壓力機(jī)的負(fù)載循環(huán)圖 3.2 運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 運(yùn)動(dòng)分析，就是研究一臺(tái)機(jī)器按工藝要求以怎樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成一個(gè)工作 循環(huán)。 3.2.1 位移循環(huán)圖 根據(jù)已知條件，快速下行時(shí)，行程為 240mm，速度 48mm/s ，時(shí)間 5s。慢速下降時(shí)行 程 10mm，速度 10mm/s，時(shí)間 1s?？焱耸切谐虨?250mm 速度 73mm/s，時(shí)間 3s。 3.2.2 速度循環(huán)圖 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 圖 32 壓力機(jī)的速度循環(huán)圖 4.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.1 確定液壓缸幾何尺寸 在單活塞桿的氣壓缸中 活塞工進(jìn)（受壓）時(shí)， = = / FP1A2FWm （41） P12V2Dd 圖 41 活塞工進(jìn)受壓示意圖 活塞快退（受拉）時(shí)， = = FP1A2 A1mG （42） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)P(yáng)12VDd 圖 42 活塞工進(jìn)受拉示意圖 式中 氣壓缸的工作腔壓力（MPa）1 氣壓缸的回氣腔壓力（MPa）P2 = /4氣壓缸無(wú)桿腔有效面積（mm ）A1D2 = （ ）/4 有桿腔的有效面積（ mm ）22d2 活塞直徑（mm） 活塞桿直徑（mm）d 氣壓缸的工作效率m 根據(jù)資料文獻(xiàn)查得，工作壓力 =2032MP。參考同類(lèi)機(jī)械的設(shè)計(jì)和加P1 工的經(jīng)驗(yàn)，這里工作壓力 取 32MPa。1 背壓力 =0.5-1.5MP。參考同類(lèi)機(jī)械的設(shè)計(jì)和加工的經(jīng)驗(yàn)，這里背壓P2 力 取 1MPa。2 = i12v （43） 活塞桿在快進(jìn)和快退中受力幾乎為零或是自重的大小。只在沖壓工件時(shí)受 到的作用力較大，即汽缸的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)在該工步中去計(jì)算。 由參考文獻(xiàn) 2中查得下表： 表 41 汽缸常用往返速比i 1.1 1.2 1.33 1.46 1.61 2.0Dd 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7 由相近原理： =0.7 一般，汽缸在工進(jìn)狀態(tài)下工作，其活塞面積為： =（ + ）/ A1FP2AP1 （44） = /4 1D2 （45） = （ ）/4 A22d （46） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 由公式（44） （45） （46）得 =4 / （1 / ）DFP2d2D2/1 根據(jù)參考文獻(xiàn) 1表 43.626 和表 43.627 對(duì) D 和 d 進(jìn)行調(diào)整可得 D 和 d 從而可得 和A12 4.2 計(jì)算氣壓缸所需流量 氣壓缸的最大流量： = （mm /s） QmaxAVmax3 （47） 式中 氣壓缸的有效面積（mm 2） A 氣壓缸的流速（mm/s）V 快進(jìn)所需流量 = 11 工進(jìn)所需流量 =22 快退所需流量 =Q33 4.3 計(jì)算系統(tǒng)所需的壓力 （1）當(dāng)系統(tǒng)快進(jìn)時(shí)，所需壓力為： = + P1 AF0P2 （48） 式子中 工作中的負(fù)載（N）F0 活塞的橫截面積（mm ）A2 背壓力（MPa）2 （2）當(dāng)系統(tǒng)處于工進(jìn)時(shí)，所需的壓力為： = / + /2 P1F0AP （49） 式子中 工作中的負(fù)載（N）F0 活塞的橫截面積（mm 2）A 背壓力（MPa）2 （3）當(dāng)系統(tǒng)處于快退時(shí)，所需的壓力為： = / + 2 P1F0AP （410） 式子中 工作中的負(fù)載（N）F0 活塞的橫截面積（mm 2）A 背壓力（MPa）2 4.4 繪制沖壓機(jī)主缸工況圖 氣壓缸的工況圖是指氣壓缸壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它是 調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇氣壓泵和閥的依據(jù)。 （1）壓力循環(huán)圖 通過(guò)最后確定的氣壓元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實(shí)際載荷 的大小求出氣壓執(zhí)行元件在其動(dòng)作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把他們繪制成 Pt 圖。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) （2）流量循環(huán)圖 根據(jù)已定的氣壓缸有效面積或氣壓馬達(dá)的排量，結(jié)合其 運(yùn)動(dòng)速度算出他在工作循環(huán)中每一階段的實(shí)際流量，把它繪制成 Qt 圖。若系統(tǒng)中有多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)工作，要把各自的流量圖疊加 起來(lái)繪制出總的流量循環(huán)圖。 （3）功率循環(huán)圖 繪制壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，即可繪制出系統(tǒng)的 功率循環(huán)圖。 由前面所設(shè)計(jì)的壓力，流量，可得出如下一個(gè)表格，以便繪制和分析工況 圖。 表 42 負(fù)載壓力流量明細(xì)表 工作負(fù)載（N） 工作壓力（MPa） 流量（m /s）3 快 啟動(dòng) 進(jìn) 勻速 工進(jìn) 快 勻速 退 制動(dòng) 108 0 9.8105 1.010 4 204 1.0022 1 20.5 2. 2. 2.0042 2.6106 9.8105 2.4106 有前面所得的數(shù)據(jù)，可繪制出壓力循環(huán)圖（Pt）和流量循環(huán)圖 （Qt）如下： 圖 41 壓力循環(huán)圖（Pt ） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 圖 42 流量循環(huán)圖（Qt） 通過(guò)對(duì)壓力循環(huán)圖和流量循環(huán)圖分析得知： 最大流量值 =15610-3m3/min=0.0026 mm /smax 3 最大壓力值 =20.5MPaP 4.5 氣壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求 4.5.1 氣壓缸的基本參數(shù) 由以上設(shè)計(jì)得到氣壓缸內(nèi)徑尺寸 =166mm，活塞桿直徑 =44mm。Dd 氣壓缸活塞的最大行程系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn) 1查得 =500mm。 S 4.5.2 氣壓缸的類(lèi)型和安裝方式 氣壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，能夠?qū)崿F(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本液壓缸活塞 兩端面積差較大，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出速度及差值較大。所以本氣壓缸采用 雙作用無(wú)緩沖式。 4.5.3 氣壓缸的主要零件及技術(shù)要求 （1）缸體 氣壓缸缸體的常用材料一般為 20、35、45 號(hào)無(wú)縫鋼管，一般情況下均采用 45 號(hào)鋼，并調(diào)質(zhì)到 241285HB。鑄鐵可采用 HT200HT350 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)的氣壓缸采用 PSL 標(biāo)準(zhǔn)氣缸。鑄件需進(jìn)行正火 消除內(nèi)應(yīng)力處理。 由參考文獻(xiàn) 1得缸體的技術(shù)要求： 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， 1 可采用 H8、H9 配合。當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra 為 0.10.4m，當(dāng)活塞用 活塞環(huán)密封時(shí)，Ra 為 0.20.4m，且均需珩磨。 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 2 D 8 級(jí)精度選取。 缸體端面的垂直度公差可按 7 級(jí)精度選取。 3 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。 4 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或軸銷(xiāo)時(shí)，孔徑 或軸徑 的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線垂 5 Dd 直公差值按 9 級(jí)精度選取。 此氣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(zhuān)用工具，安裝是應(yīng)防止密封圈扭曲。 （2）缸蓋 本氣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 氣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)冶壓 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 缸活塞材料選用鋁合金，需要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。 由參考文獻(xiàn) 1得活塞的技術(shù)要求： 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。 1 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。 2 外徑 D 的圓柱度公差值，按 9、10、11 級(jí)精度選取。 3 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)由前可以選用 Y 型密封圈。 4 4.6 氣壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 氣壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算包括缸管厚度，油口直徑，缸底厚度等等。 4.6.1 計(jì)算氣壓缸的厚度 首先利用薄壁筒公式計(jì)算液壓缸的壁厚： = /2 = /（2 / ） PyDybn （411） 式中 氣壓缸壁厚度（ mm） 實(shí)驗(yàn)壓力（MPa） 。當(dāng) 16MPa 時(shí)， =1.5 ；當(dāng)y PPy 16MPa 時(shí)， =1.25P；所以在此y =1.25 =1.2520.5=25.625MPaPy 氣壓缸的內(nèi)徑（ mm）D 材料的許用應(yīng)力（MPa） 材料的抗拉強(qiáng)度，在此取 600（MPa ）b 安全系數(shù)，在此取 =5nn 由公式（411）得： = /2 = /（2 / ）PyyDb =25.625250/（2600/5） =26.7mm 因?yàn)楫?dāng) / 16 時(shí)，薄壁公式才成立，D 而在此 / =250/26.7=9.416。所以氣壓缸不是薄壁。 故此式不成立。 再利用中壁計(jì)算公式計(jì)算： = /（2.3 - ） + Py PyC （412） 式中 氣壓缸壁厚度（ mm） 實(shí)驗(yàn)壓力（MPa） 。當(dāng) 16MPa 時(shí)， =1.5 ；當(dāng)y Py 16MPa 時(shí)， =1.25 ；所以在此y =1.25 =1.2520.5=25.625MPaPy 氣壓缸的內(nèi)徑（ mm）D 材料的許用應(yīng)力（MPa） 強(qiáng)度系數(shù)，當(dāng)為無(wú)縫鋼管時(shí) =1 計(jì)入壁厚公差和腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度C 由公式（412）得： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) = /（2.3 - ） + PyDPyC =25.625250/（2.3120-25.625）1+ =6406.25/250.375+ =25.6+C 由參考文獻(xiàn) 3里 R5 優(yōu)先系列查得： 把 圓整到標(biāo)準(zhǔn)值 =40mm； 缸體的外徑 = +2 =250+240=330mmD1 4.6.2 氣壓缸油口的計(jì)算 氣壓缸口的直徑計(jì)算應(yīng)根據(jù)活塞最高的速度 V 和油口最高流速度而定。 當(dāng)氣口是進(jìn)氣口時(shí)： =0.13 （ / ） d0V02/1 （413） 式中 氣壓缸油口直徑（mm）0 氣壓缸內(nèi)徑（ mm）D 氣壓缸最大輸出速度（mm/s）V 油口的液流速度（mm/s）0 根據(jù)文獻(xiàn) 5，氣壓缸的進(jìn)油液流速度 =2000mm/s；V0 由公式（413）得： =0.13250（3.6/2）d0 2/1 =43.6mm 取一整數(shù) =50mm 當(dāng)氣口是進(jìn)油口時(shí)： 根據(jù)文獻(xiàn)5，氣壓缸的進(jìn)氣體流速度 =5000mm/s；V0 由公式（413）得： =0.13250（3.6/5）d0 2/1 = 27.6 取一整數(shù) =32mm 4.6.3 缸底厚度的計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用缸底無(wú)氣孔，所以采用公式： =0.433 （ / ） hDPy2/1 （414） 式中 氣壓缸內(nèi)徑（ mm） 實(shí)驗(yàn)壓力（MPa）Py 缸底厚度（mm）h 缸底材料的許用應(yīng)力（mm/s） 由公式（414）得： =0.4330.25（20.5/120） 2/1 =45mm 參考同類(lèi)氣壓缸的制造經(jīng)驗(yàn)取 =50mmh 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 4.7 氣壓缸的校核 4.7.1 氣壓缸中背壓力的校核 背壓力 是用來(lái)平衡在液壓系統(tǒng)不工作時(shí)活塞桿自重的。P2 由牛頓第一定律： = P2AG （415） 式中 系統(tǒng)需要的最少背壓力（MPa）2 活塞桿截面積（mm 2）A 滑塊重量（N）G 如果 =1MP，即背壓力滿足要求。P22 由公式（415）得： = / =1.010 /0.024=0.42MPaA24 =0.42MPa1MPa2 所以，該氣壓系統(tǒng)的背壓力滿足要求。 4.7.2 活塞桿的校核 校合活塞桿可用公式： （4 / ） 。 dF2/1 （416） 式中 活塞桿的作用力（ N）F 活塞桿材料的許用應(yīng)力（MPa） 由公式（416）得： =（40.9810 / 120）d62/1 =102mm =180mmD 所以活塞桿直徑滿足要求。 5 擬訂氣壓原理圖 氣壓系統(tǒng)循環(huán)圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣，他是以簡(jiǎn)圖的形式 全面的具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的技術(shù)和其他方面的要求。要擬訂一個(gè)比較完 善的液壓系統(tǒng)，就必須對(duì)各種基本回路、典型液壓系統(tǒng)有全面深刻的了解。 根據(jù)以上分析及參考同類(lèi)設(shè)備的液壓原理圖，擬訂本設(shè)計(jì)的氣壓原理圖如 下： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 圖 51 氣壓系統(tǒng)原理圖 1.電動(dòng)機(jī) 2.過(guò)濾器 3.柱塞變量泵 4.調(diào)壓閥 5.溢流閥 6.換向閥 7.壓力表 8.順序閥 9.氣壓缸 流量原理圖說(shuō)明：電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)柱塞變量泵 3 向主氣路供氣，可以通過(guò)溢 流閥 5 和調(diào)壓閥 4 對(duì)氣壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓，使壓力表 7 的值到系統(tǒng)需要的壓力， 利用換向閥 6 進(jìn)行換向。如果處于中間位置，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)；如果腳踩腳 踏板，滑閥右移，換向閥實(shí)現(xiàn)左位功能，氣缸上腔進(jìn)氣，活塞桿下降運(yùn)動(dòng)，完 成工藝中的工進(jìn)工序；如果手抬操縱手柄，滑閥左移，換向閥實(shí)現(xiàn)右位功能， 氣缸下腔進(jìn)氣，活塞桿實(shí)現(xiàn)上升動(dòng)作，完成工序中的快退。 6 氣壓元件的選擇 6.1 氣壓泵的選擇 氣壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件。在設(shè)計(jì)氣壓傳 動(dòng)中，氣壓泵作為動(dòng)力元件向液壓系統(tǒng)提供氣壓能。 氣壓泵工作的基礎(chǔ)條件是： （1） 必須具備一個(gè)密封油腔，而且密閉空腔的容積在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)不斷 變化。 （2）泵的吸氣是靠彈簧克服摩擦力的阻力、推力推動(dòng)活塞下移而實(shí)現(xiàn)的， 這樣的泵具有自吸能力。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 6.1.1.確定泵的最大工作壓力 P 氣壓泵的最大工作壓力，由下式確定： + 1 （61） 式中 氣壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力（MPa）P1 由氣壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)進(jìn)口之間的管路沿程 阻力損失和局部阻力損失之和。這些阻力損失只有在液壓元件選定 后，并繪出管路布置圖才能計(jì)算。在初算時(shí)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路 簡(jiǎn)單，流速不大的取 =0.20.5MPa；管路復(fù)雜，流速較大的P 取 =0.51MPa。該系統(tǒng)取 =0.5MPaP 由公式（61）得： =20.5+0.5=21MPa； 6.1.2 確定氣壓泵的流量 和排量 ；Qqp 當(dāng)多氣壓缸（或馬達(dá)）同時(shí)動(dòng)作時(shí)，氣壓泵的流量要大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè) 液壓缸（或馬達(dá)）所需的最大流量。并應(yīng)考慮到系統(tǒng)的漏損和液壓泵磨損后容 積效率的下降。 即有下式計(jì)算氣壓泵的流量公式： （ ） （mm /s） PKmax 3 （62） 式中 系統(tǒng)泄漏系數(shù)。一般取 1.11.3。大流量取小值，小流量取大值。 該系統(tǒng)取 =1.1 （ ） 同時(shí)動(dòng)作的氣壓缸（或馬達(dá)）的最大流量（mm /s） ；可Qmax 3 以從 Qt 圖上查得。對(duì)于工作過(guò)程始終用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)， 在確定流量時(shí)，尚需加上溢流閥的最小流量，一般取 5104 mm /s3 由 Qt 圖得到氣壓缸所需最大流量 156103/min；max 由公式（62）得： 1.1156=17210 3/min；P 此氣壓系統(tǒng)采用液壓變 轉(zhuǎn)速為 1500r/min； 排量 = /1500 qp 由公式（62）得： =172/1500=0.115L/min=115mm3/r； 6.1.3 選擇氣壓泵的規(guī)格 按已算出的最大工作壓力和流量，得出氣壓泵的額定壓力 = （1+25%）=26.25MPa。查閱文獻(xiàn) 9，選則氣壓泵的型號(hào)為 SCY14Pp 1B；排量 160mm3/r；轉(zhuǎn)速 1500r；額定壓力 32N； 額定流量得：1601500/1000=240 103/min，這里選 250103/min； 6.1.4 確定驅(qū)動(dòng)氣壓缸的功率 由于本機(jī)器采用閉合式液壓系統(tǒng)，壓力損失很小，可以忽略不記。這一點(diǎn) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 可以在后邊的系統(tǒng)驗(yàn)算中得到準(zhǔn)確的驗(yàn)證。所以氣壓泵的輸出功率用下式計(jì)算： = NPQ （63） 式中 氣壓泵的輸出功率（kw） 氣壓缸壓力（MPa） 氣壓泵的流量（mm /s）3 （1）氣壓缸處于啟動(dòng)時(shí) 由 160SCY14-1B 型號(hào)液壓泵的壓力、流量曲線圖可得： =0.002m3/s,Q 所以由公式（63） ，得： =（ ）NAG/Q =（1.010 /0.049）0.002=0.4082kw4 （2）氣壓缸壓力達(dá)到最大值時(shí)（即到達(dá)系統(tǒng)最高壓力時(shí)） 由 160SCY14-1B 型號(hào)氣壓泵的壓力、流量曲線圖可得： =0.3103mm3/s, 所以由公式（63） ，得： =3210 0.310 =9.6kwN63 （3）氣壓缸處于快退時(shí) 由 160SCY14-1B 型號(hào)氣壓泵的壓力、流量曲線圖可得: =0.8103mm3/s,Q 所以由公式（63） ，得： =2.210 0.810 =1.76kw63 因此，選出氣壓泵的最大輸出功率 =9.6kw。N 6.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種，如無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)，一般選擇交流。 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形成應(yīng)根據(jù)電源種類(lèi)（交流或直流） ，工作條件（環(huán)境、 溫度、空間、位置等，載荷的大小和性質(zhì)的變化，過(guò)載情況等） ，啟動(dòng)性能和啟 動(dòng)、制動(dòng)正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來(lái)選擇。Y 系列三相籠式異步電動(dòng)機(jī)是一般 用途的的全封閉式鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉， 因此本設(shè)計(jì)選用此電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)所求得到的氣壓泵的功率，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇，根據(jù)參考文獻(xiàn) 4本設(shè) 計(jì)可選電動(dòng)機(jī) Y160M4，其額定功率為 11kw，轉(zhuǎn)速為 1460r/min。 6.3 控制閥的選擇 選擇控制閥應(yīng)按額定壓力、最大流量、動(dòng)作方式、安裝固定方式、壓力損 失數(shù)值、工作性能參數(shù)和工作壽命來(lái)選擇。 1. 應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，一般不使用自行設(shè)計(jì)專(zhuān)用的控制閥。 2. 一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實(shí)際通過(guò)的流量大一些。必要 時(shí)允許通過(guò)閥的最大流量超過(guò)其額定流量的 20%。 3. 應(yīng)注意單桿液壓缸由于面積差形成不同回油量對(duì)控制閥正常工作的影響。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 方向控制閥主要有手動(dòng)換向閥，機(jī)動(dòng)換向閥，電磁換向閥等幾種形式。由 前面所分析，本課題設(shè)計(jì)的機(jī)器所用的換向閥為手動(dòng)換向閥。 手動(dòng)換向閥是利用手動(dòng)桿來(lái)操控的方向控制閥。該閥根據(jù)定位方式的不同， 有彈簧復(fù)位式和鋼球定位式兩種結(jié)構(gòu)。 對(duì)手動(dòng)控制閥的操作是通過(guò)桿機(jī)構(gòu)在遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)的。由于以上分析可得 選用三位四通手動(dòng)換向閥。液壓機(jī)在不同工作狀態(tài)下要求換向閥處于中位。主 要參數(shù)如下：閥芯的最大位移量是 36mm，取中間為中位，那么-6 6 時(shí)閥S 芯處于中位，當(dāng) 6 時(shí)，閥芯處于閥體左端，換向閥處于左端，液壓缸下降S 運(yùn)動(dòng)，完成快進(jìn)和工進(jìn)工藝。當(dāng) -6 時(shí)，閥芯處于閥體右端，換向閥處于右S 端，液壓缸上升運(yùn)動(dòng)，完成快退工藝。即閥芯的左右位置為18mm。 由于本氣壓系統(tǒng)中要的是三個(gè)位置的換向閥，在這里簡(jiǎn)單介紹下三位四通 換向閥的功能。 1. 三位四通換向閥處于中位，換向閥四個(gè)氣口互通，此時(shí)，該氣壓泵處于 卸荷狀態(tài)。 2. 三位四通換向閥處于左端，油口 P 與 A 之間相通，B 與 O 之間相通，活 塞桿下降動(dòng)作，完成工進(jìn)工序。 3. 三位四通換向閥處于右端，油口 P 與 B 之間相通，A 與 O 之間相通，活 塞桿上升動(dòng)作，完成快退工序。 （如圖 61） 圖 61 三位四通手動(dòng)換向閥 參考同類(lèi)機(jī)械的選擇，查閱參考文獻(xiàn) 9，選擇換向閥的型號(hào)為： 4SH。 6.4 管道（導(dǎo)管）的選擇 選擇管道的主要內(nèi)容是根據(jù)壓力損失，發(fā)熱量和氣壓沖擊，合理確定管道 內(nèi)徑、壁厚和材料。 在氣壓傳動(dòng)中常用的管子有鋼管、鐵管、膠管、尼龍管和塑料管等，該設(shè) 計(jì)管道選擇 45 號(hào)無(wú)縫鋼管。 6.6 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化 的影響等，往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中，而是存在著某種程度的相對(duì)位移。這就 要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采用各種不同的措施，使之具有一定的相對(duì)位 移的性能。 A B P O 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 彈性聯(lián)軸器利用彈簧元件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償兩軸之間的相對(duì)位移，而可動(dòng) 元件之間的間隙小，特別是那些需要經(jīng)常啟動(dòng)和逆轉(zhuǎn)的傳動(dòng)。于是電動(dòng)機(jī)出來(lái) 后直接相連的就是液壓泵，它們之間就必須是彈性聯(lián)結(jié)，使用一個(gè)有彈性元件 的聯(lián)軸器。 根據(jù)參考文獻(xiàn) 8表 41.529，選用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，型號(hào)為 HL5 型。 7 氣壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 氣壓系統(tǒng)在初步設(shè)計(jì)時(shí)，各種參數(shù)都是靠經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出來(lái)的，當(dāng)回路形式， 液壓元件及連接等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能 分析，對(duì)于一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是進(jìn)一步確切的計(jì)算液壓回路的各段 壓力損失、壓力沖擊和發(fā)熱升溫等方面。以便使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加完善與可靠。 7.1 管路系統(tǒng)壓力損失 當(dāng)系統(tǒng)元件，輔件規(guī)格，系統(tǒng)管路尺寸確定后，即可進(jìn)行系統(tǒng)壓力損失計(jì) 算。它包括管路的沿程壓力損失P ，局部壓力損失P 及閥類(lèi)元件的局部損1l 2l 失P 。v 即 = + + P1l2lPv （71） 式中 = / /2 1lLdv2 （72） = /2 2lv2 （73） = （ / ） PvnQn2 （74） 式中 管道長(zhǎng)度（ mm）L 管道內(nèi)徑（mm）d 氣流的平均速度（mm/s）v 氣壓油的密度（kg/mm ）3 沿程阻力系數(shù) 局部阻力系數(shù) 閥的額定流量（mm /s）Qn 3 通過(guò)閥的實(shí)際流量（mm /s） 閥的額定壓力損失（MPa）Pn 管道內(nèi)的局部壓力損失是通過(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損 失，以及通過(guò)控制閥的局部壓力損失之和。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的管路沒(méi)有多少 折管和管接頭。這一部分的壓力損失很小，幾乎為零。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 7.2 氣壓沖擊的計(jì)算 在氣壓系統(tǒng)中，當(dāng)迅速的換向或關(guān)閉氣路突然使流速改變時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)就會(huì) 產(chǎn)生壓力的劇烈變化，這就是氣壓沖擊現(xiàn)象，氣壓沖擊大的系統(tǒng)要安裝液壓緩 沖裝置。 通過(guò)分析本氣壓系統(tǒng)，該氣壓系統(tǒng)的最大沖擊發(fā)生在氣壓系統(tǒng)突出關(guān)閉的 時(shí)候，當(dāng)液壓系統(tǒng)瞬時(shí)關(guān)閉液流時(shí)，管道內(nèi)最大的液壓沖擊按下式計(jì)算： = PvE/0 Ed/10 （75） 式中 氣流發(fā)生變化前的流速（mm/s）v 氣壓油的密度（kg/m ）3 油的容積的彈性系數(shù) =1.6710 MPa；0 03 管道內(nèi)材料的彈性系數(shù) =2.110 MPa； EE 管道內(nèi)徑（mm）d 管道的壁厚（mm） 氣壓沖擊在本系統(tǒng)中不是很明顯，可以不安裝氣壓緩沖裝置。 7.3 氣壓系統(tǒng)熱分析 氣壓系統(tǒng)的壓力，容積和機(jī)械三方面的損失構(gòu)成總的能量損失。這些能量 損失將轉(zhuǎn)化成熱能，使氣壓系統(tǒng)油溫升高，系統(tǒng)油溫過(guò)高會(huì)產(chǎn)生下列不良影響： 1.使氣壓油的粘度大大降低，泄露增大，溶劑效率下降，并使氣節(jié)流元件 的節(jié)流特性變化，造成速度不穩(wěn)。 2.引起熱膨脹，使運(yùn)動(dòng)副之間間隙發(fā)生變化，變小的時(shí)候可能造成元件的 “卡死” ，失去工作能力，變大的時(shí)候會(huì)造成泄露增大。 3.密封軟管和過(guò)濾器等輔助元件，有一定的溫度限制。如果溫度超過(guò)這個(gè) 限制，他們就不能正常工作。 4.引起機(jī)器構(gòu)件的熱變形，而破壞其應(yīng)有的精度。 7.3.1 氣壓泵功率損失產(chǎn)生的熱流量（熱量） 由計(jì)算公式： = （ 1- ） H1N （76） 式中 氣壓泵的輸入功率（kw） 氣壓泵的效率， =0.8 由公式（77）可得 1 氣壓油通過(guò)閥（孔）時(shí)產(chǎn)生的熱量： = H2PQ （77） 式中 通過(guò)閥（孔）的壓力降，一般換向閥取 =0.05MPa P 通過(guò)閥（孔）實(shí)際流量（mm 3/s） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 由公式（77）可得 H2 所以系統(tǒng)產(chǎn)生總的熱量： = +1 7.3.2 氣壓系統(tǒng)的散熱計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn) 2，一般油面高度為油箱高的 0.8 倍（如圖 71） 。因?yàn)榍?面初步得油箱的有效容積為 0.3m ，所以 0.8 = 。3Vabh 即 =1.250.8=1109mm ；abh 取 =500mm， =1000mm， =480mm，H=600mmh 一般，取與油箱相接觸的油箱表面積和油面以上的表面和之半作為油箱的 有效散熱表面積。 根據(jù)文獻(xiàn) 2可得油箱的散熱面積計(jì)算公式： =（ +2 +2 ）+1/2 +2（ - ） +2（ - ） AabhabHhahb 圖 71 油箱結(jié)構(gòu)示意圖 計(jì)算油箱的散熱功率： = HcKtAT （78） 式中 油箱散熱系數(shù) w/m . C，由于本設(shè)計(jì)的油箱尺寸比較大，t 20 所以采用外置油箱，通風(fēng)良好。根據(jù)參考文獻(xiàn) 1， K =50w/m Ct20 油箱的散熱面積（mm 2）A 油溫與環(huán)境溫度之差 C， =35 CT0T0 由公式（78）得： =502.3735=3360w=4.1475kw；Hc 因?yàn)?，即 4.1475 kw2.063 kw 所以油箱的散熱已滿足該系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量要求，故不需要另加冷卻器。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 8 限程裝置的設(shè)計(jì) 為了活塞運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)能方便返回，需要設(shè)計(jì)一個(gè)限程裝置。限程裝置是 實(shí)現(xiàn)擋板對(duì)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)距離的限制。到盡頭后實(shí)現(xiàn)換向閥的換向。又因?yàn)楸疽?壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)工作和人工單次行程工作，所以限程裝置的下檔板應(yīng)該是 可調(diào)的。一個(gè)位置是通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)控制換向閥回到中位。另一位置是通過(guò)連桿 機(jī)構(gòu)控制換向閥，換到上次相反的位置（右位） 。此部分設(shè)計(jì)和原樣機(jī)設(shè)計(jì)相同， 可引用原樣機(jī)的機(jī)構(gòu)，在這里也不做詳細(xì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)限程裝置運(yùn)動(dòng)循環(huán)示意圖 （如圖 81） 。 圖 81 系統(tǒng)限程裝置運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 9 機(jī)架的設(shè)計(jì) 在機(jī)械或儀器中，支撐或容納部件的零件稱為機(jī)架。故機(jī)架是底座、機(jī)身、 殼體以及基礎(chǔ)臺(tái)等零件的統(tǒng)稱。 機(jī)架分類(lèi)按機(jī)構(gòu)形式分，可分為梁式刀架框架、平板式機(jī)架，箱殼式機(jī)架。 按制造方法和機(jī)架材料分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架、非金屬機(jī)架等。 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。此外，對(duì)于機(jī)床儀器 等精密機(jī)械，還應(yīng)該考慮變形問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)的變形盡量小，機(jī)架的剛度和強(qiáng)度 都應(yīng)從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面進(jìn)行考慮。提高靜剛度和固有頻率的途徑是：合理設(shè) 計(jì)機(jī)架的截面面積和尺寸。合理選擇壁厚和布肋。注意機(jī)架的整體和布局剛度 及結(jié)合面的剛度匹配等。 機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求： （1）在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的自重應(yīng)該要求盡量輕，減少成本。 （2）抗腐性好，把受迫震動(dòng)副減小到最小 （3）機(jī)械在工作時(shí)，噪聲應(yīng)盡量小。 （4）溫度場(chǎng)合分布合理，熱變形對(duì)溫度的影響小。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) （5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造，焊接和機(jī)械加工。 （6）結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝和調(diào)試，方便修理和更換零件。 （7）有導(dǎo)軌的機(jī)架，要求軌道面受力合理，耐磨性好。 （8）造型美觀，使之即經(jīng)濟(jì)又美觀。 根據(jù)以上條件和液壓機(jī)的具體工作情況，選擇框架式機(jī)架。 9.1 機(jī)架材料的選擇 由于多數(shù)機(jī)架形狀比較復(fù)雜，一般采用鑄鐵。由于鑄造性好，價(jià)格低，吸 震性好，主要的重型機(jī)架常采用鑄鋼。當(dāng)要求重量輕時(shí)，可以用鑄造或鍛壓鋁 合金等輕金屬制造。焊接機(jī)架具有制造周期短，重量輕，成本低等優(yōu)點(diǎn)，故在 機(jī)架制造中，焊接機(jī)架日益增多。焊接機(jī)架主要有鋼板，型鋼和鑄鋼等焊接而 成。還有的機(jī)架則益采用非金屬材料。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)資料，液壓機(jī)本設(shè)計(jì)的材料選用鑄鐵。查表得鑄鐵牌 號(hào)為 HT300。他的流動(dòng)性好，體收縮和線收縮小，容易獲得復(fù)雜的形狀。在鑄 鋼中添加少量的金屬元素，可提高耐磨性能。鑄鋼的內(nèi)摩擦大，阻尼作用強(qiáng)， 故動(dòng)態(tài)剛度好，鑄鋼還具有切削性好，便宜和使用方便易，于大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 鑄鐵廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)械，重型機(jī)床的床身等場(chǎng)合。所以本設(shè)計(jì)采用 HT300。 9.2 肋的作用 肋分為肋板和肋條。肋條只有有限的高度，他不連接整個(gè)截面，主要作用 如下： （1）可以提高機(jī)架的強(qiáng)度、剛度和減輕機(jī)架的質(zhì)量。 （2）在薄壁截面內(nèi)設(shè)利可以減少其截面畸形。在大面積的薄壁上布肋可以縮小 局部變形和防止薄壁震動(dòng)及降低噪音。 （3）對(duì)于鑄造機(jī)架，使鑄件壁后厚均勻，防止金屬堆積而產(chǎn)生縮孔裂紋等。缺 陷作為補(bǔ)縮通道，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮通道，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮范圍，改善鑄型的充 滿性，防止大平面鑄件上夾砂等缺陷。 10 氣壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 10.1 氣壓系統(tǒng)的安裝 10.1.1 安裝前的準(zhǔn)備工作 氣壓系統(tǒng)安裝質(zhì)量的好壞是關(guān)系到液壓系統(tǒng)能否可靠工作的關(guān)鍵。必須科 學(xué)、正確合理完成安裝過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能使氣壓系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行， 充分發(fā)揮其效能。 （1）明確安裝現(xiàn)場(chǎng)施工程序及施工進(jìn)度方案。 （2）熟悉安裝圖樣，掌握設(shè)備分布及設(shè)備基礎(chǔ)情況。 （3）落實(shí)好安裝所需人員，機(jī)械，物資材料的準(zhǔn)備工作。 （4）做好氣壓設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)交貨驗(yàn)收工作，根據(jù)設(shè)備清單進(jìn)行驗(yàn)收，通過(guò)通收掌 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 握設(shè)備名稱，數(shù)量，隨機(jī)備件，外觀質(zhì)量等情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。 （5）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)和預(yù)埋件進(jìn)行檢查，對(duì)液壓設(shè)備地腳尺寸進(jìn)行復(fù) 核，對(duì)不符合要求的地方進(jìn)行處理，防止影響施工進(jìn)度。 10.1.2 管子加工 管子加工的好壞對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)影響大，并關(guān)系到氣壓系統(tǒng)能否可靠的運(yùn)行。 因此必須用可靠，科學(xué)的加工方法，才能保證加工質(zhì)量。管子的加工包括切割， 打坡口，彎管等內(nèi)容。 （1）管子的切割 管子的切割原則上采用機(jī)械方法切割，如切割機(jī)，鋸床，專(zhuān)用機(jī)床等。嚴(yán) 禁用手工電焊，氧氣切割方法。無(wú)條件時(shí)可以用手鋸切割。切割后管子的端面 應(yīng)盡量和管子的中心線保證垂直。誤差控制在 90 0.5 之間。切割后需將銳o 邊倒鈍，并清除鐵屑。 （2）管子的彎曲 管子的彎曲最好在機(jī)械式氣壓管上進(jìn)行，用彎管機(jī)在冷狀態(tài)下彎管，可避 免氧化皮而影響管子的質(zhì)量。如無(wú)冷彎管設(shè)備也可采用熱彎曲方法。熱彎曲時(shí) 容易產(chǎn)生變形，管壁減薄及產(chǎn)生氧化皮等現(xiàn)象，熱彎曲前，應(yīng)將管內(nèi)注滿干燥 河砂，用木塞封閉管口，用氣焊或高頻感應(yīng)加熱法對(duì)彎曲部位加熱。加熱長(zhǎng)度 取決于彎曲角度。 （3）管子的敷設(shè) 管路架設(shè)前，應(yīng)認(rèn)真熟悉管圖，明確各管路排列順序，間距與走向。在現(xiàn) 場(chǎng)對(duì)照配管圖，確定閥門(mén)，接頭，法蘭及管夾的位置，并劃出線，定位。管夾 一般固定在預(yù)埋件上，管夾之間的距離應(yīng)適當(dāng)，過(guò)小會(huì)造成浪費(fèi)，過(guò)大將發(fā)生 震動(dòng)。 10.2 氣壓系統(tǒng)的調(diào)試 每一種機(jī)械設(shè)備在完成整體設(shè)計(jì)，安裝后，都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。按國(guó) 際生產(chǎn)進(jìn)行必要的調(diào)整，使其在正常負(fù)荷的情況下能正常工作。 10.2.1 調(diào)試前的檢查 根據(jù)系統(tǒng)原理圖，裝配圖及配管圖檢查并確定每個(gè)氣壓缸由哪個(gè)支路的電 磁閥控制。電磁閥分別進(jìn)行空載換向，確認(rèn)電氣動(dòng)作是否正確、靈活，符合動(dòng) 作順序要求。將泵吸油管，回油管上的截止閥開(kāi)啟，泵出口溢流閥及系統(tǒng)中安 全閥手柄全部松開(kāi)。將減壓閥置于最低壓力位置。流量控制閥置于小開(kāi)口位置。 10.2.2 啟動(dòng)氣壓泵 （1）用手盤(pán)電動(dòng)機(jī)和氣壓泵之間的聯(lián)軸器，確認(rèn)無(wú)干涉并轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 （2）動(dòng)電動(dòng)機(jī)，檢查判定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向是否與液壓泵轉(zhuǎn)向標(biāo)志一致。確認(rèn)后連續(xù) 點(diǎn)動(dòng)幾次。無(wú)異常后按下電動(dòng)機(jī)按鈕，液壓泵開(kāi)始工作。 10.2.3 系統(tǒng)排氣 啟動(dòng)氣壓泵后，將系統(tǒng)壓力調(diào)到 1.0MPa 左右，分別控制電磁閥換向，使油 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 液分別循環(huán)到各支路中，按動(dòng)管道上的設(shè)置的排氣閥，將管道中的氣體排除。 液壓缸排氣時(shí)可將氣壓缸活塞桿伸出，一側(cè)的排氣閥打開(kāi)。電磁閥動(dòng)作，活塞 桿運(yùn)動(dòng)，將空氣擠出，升到上止點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉排氣閥，打開(kāi)另一側(cè)的排氣閥，使 液壓缸下行，排除無(wú)桿腔中的空氣。重復(fù)上述徘氣方法，直到將液壓缸中的空 氣排凈為止。 10.2.4 系統(tǒng)耐壓實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)耐壓實(shí)驗(yàn)主要是指現(xiàn)場(chǎng)管路，液壓設(shè)備的耐壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在制造廠進(jìn)行。 對(duì)于液壓管路耐壓實(shí)驗(yàn)的壓力應(yīng)為最高工作壓力的 1.5 倍。工作壓力21MPa 的高壓系統(tǒng)，耐壓實(shí)驗(yàn)的壓力應(yīng)為最高工作壓力的 1.25 倍。如系統(tǒng)自身液壓泵 可以達(dá)到耐壓值時(shí)，可不必使用電動(dòng)試壓泵。升壓過(guò)程中應(yīng)逐漸分段進(jìn)行，不 可一次達(dá)到峰值。每次升高一級(jí)時(shí)，應(yīng)保持幾分鐘，并觀察管路是否正常，試 壓過(guò)程中嚴(yán)禁操縱換向閥。 10.2.5 負(fù)載試車(chē) 開(kāi)始運(yùn)行后，應(yīng)逐漸加大負(fù)載。如果情況正常，才能進(jìn)行最大負(fù)載試車(chē)。 最大負(fù)載試車(chē)成功后，應(yīng)及時(shí)檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，并根據(jù)試車(chē)要求 作出記錄。 在設(shè)備進(jìn)行調(diào)試合格后，就可以批量生產(chǎn)，然后投入使用。 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，我的設(shè)計(jì)題目是單柱校正壓裝液壓機(jī)。本設(shè)計(jì)之所以 選擇液壓系統(tǒng)，是因?yàn)槠潴w積小、重量輕、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作 壽命長(zhǎng)。另外，氣壓傳動(dòng)是一項(xiàng)年輕的技術(shù)，有著很大的發(fā)展前途。 本設(shè)計(jì)的氣壓機(jī)適用于軸類(lèi)零件、型材的校正和軸套零件的壓裝。通過(guò)這 次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理有了一定的理解。設(shè)計(jì)中對(duì)氣壓缸的外型、 活塞等的尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校合。通過(guò)各種參考材料和參考同類(lèi)機(jī)器，對(duì)氣壓 泵、電動(dòng)機(jī)、各種閥和冷卻器等進(jìn)行了選擇。 雖然設(shè)計(jì)已經(jīng)做完，但還存在很多問(wèn)題和不足。由于本人能力有限，有很 多的先進(jìn)的、更方便的技術(shù)都沒(méi)能用上（例如：控制系統(tǒng)可以用 PLC 控制） 。 這些都是我應(yīng)該在以后的學(xué)習(xí)工作中進(jìn)一步學(xué)習(xí)的。 同時(shí)，這次設(shè)計(jì)也用上了大學(xué)四年內(nèi)所學(xué)的各種知識(shí)，如：機(jī)械設(shè)計(jì)、材 料力學(xué)、互換性等等，是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)成績(jī)的一次檢驗(yàn)，鍛煉了我的設(shè)計(jì)動(dòng) 手能力，為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。這次設(shè)計(jì)也是我學(xué)生時(shí)代的總結(jié)， 不久我將走向自己的工作崗位，這次設(shè)計(jì)讓我明白，以后要學(xué)的東西還有很多， 我會(huì)在未來(lái)的工作崗位上不斷努力，刻苦學(xué)習(xí)，做一個(gè)有用的人。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 參考文獻(xiàn) 1 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)J.第 2 版第 5 卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001: 2 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004: 3 林景凡，王世剛，李世恒.互換性與質(zhì)量控制基礎(chǔ).吉林:中國(guó)科學(xué)技術(shù) 出版社，2002: 4 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)J.第二版下冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004: 5 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