畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-500KN單柱校正壓裝壓力機(jī)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

緒論1.1液壓機(jī)的簡介單柱校正壓裝壓力機(jī)，一種多功能的中小型液壓機(jī)床，適用于軸類零件、軸套類零件的壓裝、型材料的較正，同時(shí)又具備完成板材零件的彎曲、壓英套形、簡單零件的拉伸等工藝動(dòng)作的能力，也適用于壓制要求不嚴(yán)格的粉末、塑料制品。此系列液壓機(jī)的操作方式是：采用手腳聯(lián)動(dòng)操，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，從而實(shí)現(xiàn)向主油路供油，通過溢流閥、手動(dòng)換向閥等對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓換向，以達(dá)到所要求的工作狀態(tài)。

該系列產(chǎn)品適用于不同行業(yè)：軸類、軸承、機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、輕紡機(jī)械、洗衣機(jī)、汽車電機(jī)、電器、軍工企業(yè)、三資企業(yè)裝配流水線等?，F(xiàn)如今，液壓機(jī)已被廣泛使用在機(jī)械行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。盡管液壓機(jī)所遵循的原理帕斯卡定律，是由帕斯卡提出的，但是液壓機(jī)真正設(shè)計(jì)為成品，得到實(shí)際使用，卻是由一名叫約瑟布拉姆實(shí)現(xiàn)的，盡管這一液壓機(jī)采用水作工作介質(zhì)，但是這是一種突破。將理論運(yùn)用于實(shí)踐，為以后液壓機(jī)的發(fā)展做了鋪墊。一戰(zhàn)過后沒多久，以油液作為工作介質(zhì)的液壓機(jī)廣泛發(fā)展起來。特別是20世紀(jì)初，液壓元件被廣泛應(yīng)用于各類工作車間，極大地推動(dòng)了液壓機(jī)的發(fā)展。后來加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了液壓傳動(dòng)的發(fā)展，更是在近10年內(nèi)出現(xiàn)了一些新事物。如今由于液壓傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展和完善，使其在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到很大的作用。更是在某些領(lǐng)域占據(jù)了壓倒性的優(yōu)勢?，F(xiàn)今，液壓傳動(dòng)在工業(yè)領(lǐng)域的使用程度已經(jīng)作為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的依據(jù)。當(dāng)前液壓傳動(dòng)已取得了極大的發(fā)展，以能夠?qū)崿F(xiàn)體積小、重量輕、工作平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速和過載保護(hù)等要求，工作安全性和可靠性高。此外，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真設(shè)計(jì)等方面發(fā)展取得了很大的成就。我國液壓技術(shù)的發(fā)展，算是從新中國建立之初開始的。新中國剛成立不久，百廢待興。而工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱，其發(fā)展作為首要。當(dāng)時(shí)，液壓技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家已得到了很大的發(fā)展，而新中國想要與國際接軌，就要向國際看齊。但初期，我國的液壓產(chǎn)品主要應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，而且結(jié)構(gòu)性較差、使用壽命較低，基本上還相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家三四十年代那種水平。直到上世紀(jì)六十年代，我國對液壓技術(shù)的應(yīng)用才逐步轉(zhuǎn)向到農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域。1.2液壓機(jī)的特點(diǎn)與分類液壓機(jī)與其他鍛壓裝備相比，一般有以下特點(diǎn)：（1）工作平穩(wěn)、振動(dòng)、噪音小；液壓機(jī)由于是通過液壓油作為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量的傳遞，所產(chǎn)生的聲音，并不像其他鍛壓裝備產(chǎn)生的聲音那樣大。因而，液壓機(jī)相對來說，工作較為平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音小。相比鍛壓裝備來說，液壓機(jī)對人身健康、周圍的裝備或建筑都有一定的好處。（2）工作行程速度較慢；液壓機(jī)的工作行程速度較慢，是由其本身所決定的。因?yàn)橐簤簷C(jī)每分鐘工作循環(huán)的次數(shù)很難提高。而且，由于在缸體內(nèi)腔，液壓油的積累并不是一蹴而就的。而想要提高其工作行程速度，就必須增加液壓油的流量，通常是使用大功率液壓泵，或者使用高壓液壓泵。但是，這又受到液壓機(jī)本身的限制，必須要求液壓機(jī)本身的強(qiáng)度滿足液壓泵的使用要求。（3）行程內(nèi)任何位置都能夠產(chǎn)生額定的工作壓力；液壓泵輸出定值的液壓油，而液壓油在各液壓元件之間流動(dòng)，在液壓缸的行程范圍內(nèi)，無論在行程的任意位置，液壓泵都會(huì)適量的進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證能夠產(chǎn)生額定的工作壓力。這種特點(diǎn)，在其處于下限位點(diǎn)，較長時(shí)間保持壓力，是有很大幫助的。（4）可實(shí)現(xiàn)大壓力、大工作行程；液壓機(jī)之所以可以實(shí)現(xiàn)大壓力、大工作行程，是基于液壓傳動(dòng)原理，和液壓缸等的結(jié)構(gòu)較為簡單、緊湊，因而液壓機(jī)相比鍛壓裝備而言，其適應(yīng)能力較強(qiáng)。（5）滑塊速度可以調(diào)節(jié)；滑塊又叫活動(dòng)橫梁，在一定的范圍內(nèi)可以通過改變伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)滑塊的運(yùn)行速度，從而使其適應(yīng)不同工藝要求所需要的速度要求。但是，當(dāng)采用液壓泵進(jìn)行直接傳動(dòng)時(shí)，滑塊速度的調(diào)節(jié)控制與壓力及行程無關(guān)。（6）布局靈活，限制條件較少；液壓機(jī)與鍛壓裝備相比，其布局較為靈活。這一特點(diǎn)主要是由執(zhí)行元件決定的，執(zhí)行元件一般結(jié)構(gòu)較為簡單，可以根據(jù)不同要求，將執(zhí)行元件進(jìn)行橫向、傾斜、豎直布置，也可進(jìn)行較多位置的布置。因此，液壓機(jī)相比與鍛壓裝備，其布局較為靈活，限制性條件較少。（7）可采用液壓程序控制，也可采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制；由于20世紀(jì)中后期，微電子等技術(shù)的出現(xiàn)及迅速發(fā)展，極大的促進(jìn)液壓方面的進(jìn)步。微電子技術(shù)應(yīng)用于液壓方面，可以通過人工編寫程序，來間接控制液壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這在很大程度上，解放了勞動(dòng)力。因此，液壓機(jī)可以采用程序及計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行控制。（8）在一個(gè)行程內(nèi)，使用各類閥進(jìn)行調(diào)節(jié)壓力；由于各類閥的功能不一樣，在液壓系統(tǒng)中所處的位置也不一樣。而各類閥可以在液壓機(jī)的一個(gè)工作行程范圍內(nèi)，可對液壓系統(tǒng)中各部分的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓機(jī)的這種特點(diǎn)，間接保證了液壓機(jī)的安全性能，而且，液壓機(jī)還不易于過載，更加有利于保護(hù)模具。1.3液壓機(jī)的基本參數(shù)液壓機(jī)的基本參數(shù)一般情況下是指液壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，基本參數(shù)是根據(jù)液壓機(jī)的基本用途及其加工工藝的方式來確定的。液壓機(jī)的基本參數(shù)不僅是用來反映液壓機(jī)的使用目的和液壓機(jī)的輪廓尺寸等，而且，基本參數(shù)還能作為在購買或者選用液壓機(jī)時(shí)的依據(jù)，通過液壓機(jī)的基本參數(shù)，來選擇合適的液壓機(jī)。而液壓機(jī)的基本參數(shù)一般包括：公稱力及其分級、工作壓力、工作行程、開口高度、工作臺(tái)尺寸、壓頭有效尺寸及滑塊速度。1.公稱力及其分級液壓機(jī)的公稱力是指在理論上所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)能達(dá)到的最大推動(dòng)力（輸出力）。在數(shù)值上，公稱力的大小等于液壓的工作壓力與工作柱塞的總作用面積的乘積，即=s。液壓機(jī)的公稱力能反映出液壓機(jī)本身具體的工作能力，較易直觀的表現(xiàn)出來。對于中型的液壓機(jī)來說，其公稱力一般有兩個(gè)或者三個(gè)等級。這樣分的好處是，能夠高效的使用液壓設(shè)備，而且能夠節(jié)省液壓油的同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。2.工作壓力p液壓機(jī)的工作壓力一般是指液體所能承受最大工作壓力。它反映的是單位液體所包含的液壓能，一般其壓力越高，其包含的液壓能就較大。雖然，我們希望其值越大越好，但是也要考慮到液壓裝置本身所能承受的工作壓力。因此。只要保證合適就行。3.最大工作行程s液壓機(jī)的最大工作行程是指液壓機(jī)在工作時(shí)所能移動(dòng)的最大距離，也可將其稱為加工范圍。但液壓機(jī)所加工的零件的寬度超過液壓機(jī)最大工作行程時(shí)，此液壓機(jī)就不再使用。必須選擇更大工作行程的液壓機(jī)。最大工作行程間接地限制了最大行程，限制了液壓機(jī)液壓缸缸體及機(jī)身高度。4.開口高度h開口高度是指在壓頭在運(yùn)動(dòng)到液壓機(jī)所設(shè)計(jì)的上限位點(diǎn)時(shí)，此時(shí)從壓頭的下表面到移動(dòng)工作臺(tái)上表面的這一段距離。它能反映在垂直方向上工作空間的長度大小。而模具的尺寸、工作行程的大小及放入和取出加工零件所需要的空間的大小等確定開口高度的大小。開口高度又被叫做最大凈空距，它的大小能間接的影響機(jī)身的總體高度，導(dǎo)向桿的長度以及液壓機(jī)本身的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)過程中，在滿足實(shí)際要求的基礎(chǔ)上，要盡量降低液壓機(jī)的開口高度，這樣不僅減少了對機(jī)身高度和導(dǎo)向桿長度的影響，同時(shí)還能縮減制造成本。5.滑塊速度S滑塊速度也可叫做移動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度?；瑝K速度一般包括滑塊快下速度，滑塊工作速度以及滑塊快回速度?；瑝K的快下速度以及滑塊快回速度一般可以設(shè)計(jì)的較大些，這樣能提高工作效率，節(jié)省加工時(shí)間。但是，也不能速度過大，以防在快到限位點(diǎn)時(shí)，由于慣性不能及時(shí)停下來，對裝備造成破壞?；瑝K的工作速度一般是根據(jù)不同的加工工藝來確定的。其往往都會(huì)有一個(gè)較大的變化范圍，而且，滑塊的工作速度會(huì)直接對加工零件的質(zhì)量進(jìn)行影響。其工作速度還會(huì)受到液壓泵的功率的限制，泵的功率較高，單位時(shí)間內(nèi)的輸出量就較大，滑塊的工作速度就相對的大一些。1.4未來液壓機(jī)設(shè)備的發(fā)展趨勢自動(dòng)化、智能化。2、機(jī)電液一體化。3、高效率，低能耗。4、液壓元件集成化。5、簡單化。6、高速化。1.5小結(jié)要想設(shè)計(jì)一個(gè)液壓機(jī)，首先要先了解液壓機(jī)的工作原理與組成，明白液壓機(jī)的運(yùn)作機(jī)制和流程，把握其本質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對液壓機(jī)有個(gè)全面徹底的把握，這是首要的一環(huán)；然后就是對液壓機(jī)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)有個(gè)大概的認(rèn)識。本章作為論文的開篇，主要是針對液壓機(jī)的介紹以及對本次設(shè)計(jì)單柱液壓機(jī)的相關(guān)工作原理和主要技術(shù)參數(shù)的介紹。與此同時(shí)，第一章還介紹了液壓機(jī)的分類、組成部件及其特點(diǎn)，以此來介紹本次設(shè)計(jì)所需設(shè)計(jì)的相關(guān)部分。第二章液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密相連,密不可分的,是整個(gè)液壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一小部分.所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足以下兩個(gè)特點(diǎn):首先應(yīng)滿足主機(jī)的拖動(dòng)和循環(huán)要求,其次還應(yīng)該具備靜態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)組成簡單、體積小、質(zhì)量輕、效率高、工作安全可靠、維護(hù)方便。2.1明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2.1.1系統(tǒng)的動(dòng)作要求Y41-50型單柱校正壓裝壓力機(jī)主要用于對軸類和套類零件進(jìn)行校正和壓裝，也可作其他類似工藝之用。接下來就要執(zhí)行主機(jī)上滑塊的動(dòng)作，這個(gè)過程是要液壓系統(tǒng)來完成的，過程可以如此表示：下行→工進(jìn)→保壓→上行的工作循環(huán)，下行速度：50mm/s，上行速度：100mm/s。表1Y40-50單柱校正壓裝液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)序號項(xiàng)目單位參數(shù)1公稱力KN5002液體最大工作壓力MPa253滑塊行程mm4004液壓機(jī)最大開口mm20005喉深mm3506工作臺(tái)有效尺寸左右mm650前后mm6007工作臺(tái)落料孔尺寸mm≥φ2008壓頭有效尺寸左右mm300前后mm3009滑塊速度快下mm/s50快回mm/s8010主電機(jī)功率KW1111工作臺(tái)距地面高度mm根據(jù)實(shí)際確定2.1.2系統(tǒng)的性能要求●可以方便的對液壓系統(tǒng)的壓力進(jìn)行測量與調(diào)節(jié)；●滑塊可以在任意位置停止和運(yùn)行；●液壓系統(tǒng)具有高效率高低功率損失的特點(diǎn)；●液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方面：高精度，并采用導(dǎo)向裝置，可以在任意時(shí)間段對滑塊的行程可進(jìn)行調(diào)整；●系統(tǒng)的操作盡量方便，并可采取手動(dòng)與半自動(dòng)控制；●機(jī)床總體結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，成本低；●液壓集成系統(tǒng)及泵站利用床身空間，減少占地面積，史結(jié)構(gòu)緊湊。2.1.3系統(tǒng)的工作環(huán)境一般情況下，機(jī)器的工作條件是在室溫下進(jìn)行的，但由于受到工作的影響，特別是當(dāng)機(jī)器工作一段時(shí)間后，電機(jī)、泵、液壓油等部件及工作介質(zhì)溫度就會(huì)出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，所以對于此種情況，還應(yīng)該采取必要的冷卻措施；由于其作業(yè)地點(diǎn)的特殊性（一般在工廠廠房內(nèi)），機(jī)器是比較多的，這樣就帶來了不好的影響：噪音和塵土，所以工作人員應(yīng)十分注意防止灰塵進(jìn)入機(jī)器以及周圍的易燃物質(zhì)和腐蝕氣體等，時(shí)刻加以防范，以防不測。2.2工況分析工況分析是對元件在各種負(fù)載情況下的運(yùn)行情況的分析，目的是了解在工作過程中執(zhí)行元件的速度、負(fù)載變化的規(guī)律，并將此規(guī)律用曲線表示出來，作為擬定液壓系統(tǒng)方案確定系統(tǒng)主要參數(shù)（壓力和流量）的依據(jù)。2.2.1運(yùn)動(dòng)分析圖2-1所示的就是該裝置的實(shí)際動(dòng)作循環(huán)圖，由圖可知，工作循環(huán)可設(shè)為：下行→工進(jìn)→上行。根據(jù)所給定的主參數(shù)，v下行設(shè)置為：50mm/s；v上行設(shè)置為：100mm/s；初步設(shè)定v工進(jìn)為：20mm/s；v保壓設(shè)置為：0。圖1-2a是該系統(tǒng)完成一個(gè)完整周期是它的工作循環(huán)的速度位移曲線，亦即速度圖。圖2-1速度圖2.2.2負(fù)載分析液壓機(jī)的工作循環(huán)具體體現(xiàn)在滑塊的運(yùn)動(dòng)上，而滑塊的運(yùn)動(dòng)是通過油缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。下面以液壓缸為研究對象，具體研究各階段的負(fù)載情況。工作負(fù)載FLFL=500KN摩擦負(fù)載Ff因?yàn)樵摍C(jī)為壓力機(jī)，且是與安裝面呈90度安裝的，又承受較大的負(fù)載壓力，所以摩擦力可以忽略不計(jì)。即Ff=0N。慣性負(fù)載Fa跟摩擦力一樣，與負(fù)載相比都很小，可以忽略不計(jì)。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，考慮到液壓缸是與安裝面呈90度安放的，重量比較較大，為表2-1液壓缸各階段負(fù)載2.2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制圖2-2負(fù)載圖和速度圖2.3液壓缸的主要幾何參數(shù)的確定2.3.1液壓缸外徑的計(jì)算（1）根據(jù)油缸噸位來計(jì)算油缸的內(nèi)徑d2-1式中:P--實(shí)際工作壓力kgfP--液體工作壓力（kgf/cm2)根據(jù)GB/T2348-1993液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，可以選取液壓缸內(nèi)徑為：d=90mm。（2）活塞桿的強(qiáng)度校核在穩(wěn)定工況的條件下，假若活塞桿單一承受軸向推力或拉力，其直徑強(qiáng)度按照《液壓傳動(dòng)》式（4-51）進(jìn)行強(qiáng)度校核：2-2式中:F活塞桿伸長時(shí)，對活塞桿的反作用力。這里為液壓缸載荷（N）活塞桿材料的許用應(yīng)力。，一般取n=1.4.45號鋼的抗拉強(qiáng)度為600MPa；代入計(jì)算得：由于活塞桿直徑d=302mm77mm，故而滿足強(qiáng)度要求。2.3.2缸筒壁厚和外徑的計(jì)算與強(qiáng)度校核（1）缸筒壁厚和外徑的計(jì)算缸筒的壁厚一般通過根據(jù)其剛度條件來計(jì)算。工程機(jī)械的液壓缸，一般是用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，薄壁類缸體的壁厚按薄壁圓筒計(jì)算公式計(jì)算：2-3式中：缸筒內(nèi)最高工作壓力，一般取液壓缸工作壓力(1.25~1.5)倍。鋼筒材料的許用應(yīng)力.其值為：鍛鋼：=110~120MPa；鑄鋼：=100~110MPa；無縫鋼管：=100~110MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：=60MPa；灰鑄鐵：=25MPa。根據(jù)已知條件，代入上式得：=58mm計(jì)算得知缸筒壁厚=58mm。根據(jù)外徑與內(nèi)徑和壁厚三者之間的關(guān)系可知：缸筒外徑=320258=436mm。（2）缸筒壁厚和外徑的強(qiáng)度校核根據(jù)上式算得=58mm=436mm，由于0.08<<0.3,根據(jù)《液壓傳動(dòng)》中相關(guān)公式計(jì)算：2-4式中：缸筒內(nèi)最高工作壓力，一般取液壓缸工作壓力的(1.25~1.5)倍。鋼筒材料的許用應(yīng)力.其值為：鍛鋼：=110~120MPa；鑄鋼:=100~110MPa；無縫鋼管：=100~110MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：=60MPa；灰鑄鐵：=25MPa。代入計(jì)算得：mm2.3.3油口直徑液壓缸的油口直徑一般由下式計(jì)算2-5式中：--液壓缸配管內(nèi)流量，可根據(jù)公式算得；--液壓缸配管中液體的平均流速，根據(jù)有關(guān)單柱液壓機(jī)相關(guān)方面內(nèi)容得知，一般情況下取=6m/s;代入上式得知：15mm由于在液壓缸的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低對液壓缸的損耗，故而應(yīng)降低油液的流速，通過增加油口直徑降低流速，在本設(shè)計(jì)中選取=15mm.2.3.4缸體連接計(jì)算與強(qiáng)度校核(1)缸體與缸蓋初步選用螺紋連接，其有關(guān)螺栓與切應(yīng)力及拉應(yīng)力的計(jì)算可參考《液壓傳動(dòng)》中相關(guān)計(jì)算求出；?缸體與缸蓋連接螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)考慮到此處推力主要作用于螺釘及缸蓋，而且推力較大。在這里初步選取螺栓的材料為40Cr；根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查表2-7得，材料許用應(yīng)力==579.1MPa；若進(jìn)行螺栓設(shè)計(jì)，可按《液壓傳動(dòng)》中公式計(jì)算;2-628mm因此，選取缸體與缸蓋連接螺栓為M36×2×295;?螺紋所承受到的切應(yīng)力計(jì)算公式為2-7螺紋所承受到的拉應(yīng)力計(jì)算公式為2-8式中：--螺紋預(yù)緊系數(shù)，一般情況下=1.25~1.50;--液壓缸的最大負(fù)載，由下式計(jì)算得知，一般情況下，當(dāng)工作桿件為單桿時(shí)，A=D2/4;當(dāng)為雙桿時(shí)，A=（D2-d2）/4;--液壓缸缸體的內(nèi)徑；--缸體上螺紋的外徑；--螺紋的內(nèi)經(jīng)；--螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)，一般情況下，取=0.12；--材料的許用應(yīng)力，=/,為材料的屈服極限，為材料的安全系數(shù)，一般情況下取=1.2~1.5；液壓缸的最大負(fù)載按計(jì)算，一般=1.5=1.5x25=37.5;螺紋預(yù)緊系數(shù)k取1.5；液壓缸缸體內(nèi)徑D=320mm；缸體上螺紋的外徑=36mm；螺紋的內(nèi)經(jīng)=34mm；螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)=0.12；材料的許用應(yīng)力=/=695/1.5=463.3MPa;將上面相關(guān)數(shù)據(jù)分別代入計(jì)算公式即:-2.72MPa-56.25MPa因?yàn)楹铣蓱?yīng)力與拉應(yīng)力和切應(yīng)力之間存在相應(yīng)的關(guān)系，即;===56.45MPa463.3MPa(此處只討論數(shù)值，不談?wù)摲较?因此，螺紋滿足強(qiáng)度要求。(2）一般單柱液壓機(jī)有關(guān)柱塞式液壓缸設(shè)計(jì)過程中，缸體一般采用法蘭進(jìn)行連接（參考柱塞式液壓缸），因此這里也采用法蘭進(jìn)行缸體連接。考慮到此處推力主要作用于螺栓及法蘭，而且推力較大。在這里初步選取螺栓的材料為40cr；根據(jù)參考書2查表2-9得，材料許用應(yīng)力=816.7MPa；?螺栓的設(shè)計(jì)考慮到此處推力主要作用于螺栓及法蘭，而且推力較大。在這里初步選取螺栓的材料為40cr；根據(jù)參考書2查表2-9得，材料許用應(yīng)力=816.7MPa；若進(jìn)行螺栓設(shè)計(jì)，可按參考書《液壓傳動(dòng)》中公式計(jì)算;2-9mm因此選取缸體法蘭連接螺栓為M24;?連接螺栓的拉應(yīng)力用下式計(jì)算：2-10連接螺栓的切應(yīng)力用下式計(jì)算：2-11式中，初選Z=15，將相關(guān)參數(shù)分別代入上式得569.9MPa290.9MPa因?yàn)楹铣蓱?yīng)力與拉應(yīng)力和切應(yīng)力之間存在相應(yīng)的關(guān)系，即;==760.7MPa816.7MPa因此，螺栓滿足強(qiáng)度要求。其型號為GB70-85-10.9,M24×85;2.3.5卸荷回路和卸壓回路顧名思義，執(zhí)行元件大部分時(shí)間都是處于工作狀態(tài)的，而卸荷回路就是在執(zhí)行元件短時(shí)間處于不工作狀態(tài)期間而發(fā)生作用的回路，它的工作機(jī)理是不頻繁啟停驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)，這樣一來的好處是：即使液壓泵處在一個(gè)很低的輸出功率情況下，依然可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)楸玫妮敵龉β蔖等于壓力F和流量Q兩者的乘積，因此卸荷的方式可以分為以下兩類：第一類是將泵的出口直接接回油箱，這時(shí)泵是處于在零壓力或接近零壓力狀態(tài)：第二類是使泵在零流量或接近零流量的情況下工作。前者稱為壓力卸荷，后者稱為流量卸荷。當(dāng)電磁鐵2YA通電，電磁閥切換至左位時(shí)，主缸上腔還未來得及卸荷，這時(shí)壓力很高，泵供油經(jīng)單向順序閥進(jìn)出下腔：此時(shí)泵在低壓力情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，由于主缸上腔壓力很大，此壓力是不足以使主缸活塞回程的，但卻能夠打開液控單向閥中的卸荷閥芯，主缸上腔的高壓油經(jīng)過此卸荷閥芯的開口而泄回油箱，以上整個(gè)過程就是卸壓過程。綜合以上各個(gè)回路并加以綜合分析，就可以初步擬定完成液壓系統(tǒng)原理圖。如圖2-4所示。表2-2電磁鐵動(dòng)作表動(dòng)作下行工進(jìn)保壓上行1YA++--2YA+1電動(dòng)機(jī)2過濾器3軸向柱塞變量泵4遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5先導(dǎo)式溢流閥6三位四通電磁換向閥7壓力表開關(guān)8壓力表9單向順序閥圖2-4系統(tǒng)原理圖2.3.6工作原理電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)變量泵3向主油路供油，可以通過先導(dǎo)式溢流閥5和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓，使壓力表8的值達(dá)到系統(tǒng)需要的壓力，利用三位四通電磁換向閥6進(jìn)行換向。如果處于中間位置，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)；如果使滑閥右移，三位四通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)左位功能，油缸上腔進(jìn)油，活塞桿下降運(yùn)動(dòng)，完成工藝中的工進(jìn)工序；如果使滑閥左移，三位四通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)右位功能，油缸下腔進(jìn)油，活塞桿實(shí)現(xiàn)上升動(dòng)作，完成工序中的快退。2.4液壓元件的選擇和計(jì)算2.4.1液壓泵的選擇（1）系統(tǒng)的最高工作壓力液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為25MPa，由于該系統(tǒng)比較簡單，所以其壓力損失為：，所以液壓泵的工作壓力為：最大供油量液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大流量為60.3L/min，所以泵的輸出流量不得少于60.3L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查《液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》表5-11，選用63*YCY14-1B型軸向柱塞變量泵，其額定壓力為31.5MPa；公稱排量為63ml/min；額定轉(zhuǎn)速為1500r/min；則輸出流量滿足要求。2.4.2電機(jī)的選擇根據(jù)泵的最大驅(qū)動(dòng)功率12.3KW和額定轉(zhuǎn)速1500r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表12-1得，選用電動(dòng)機(jī)型號Y160-4，功率為11KW，額定轉(zhuǎn)速為1460r/min。2.4.3閥類及輔助元件的選用根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，可以將這些元件的型號及規(guī)格歸納如表2-3所示。表2-3液壓元件2.4.4管道尺寸的計(jì)算管路材料：選用20號無縫鋼管。管路最大流量：在液壓缸回程時(shí)，泵的流量全部進(jìn)入下腔，此時(shí)上腔回油管的流量最大:。油管內(nèi)徑：2-12式中，Q：最大流量V：允許流速：壓力管路流速，p>10MPa時(shí)，取5-7m/s,這里取6m/s。則所以選擇通徑為d=20mm的無縫鋼管。油管壁厚：2-13式中：δ油管壁厚(mm)D油管內(nèi)徑（mm)P油管內(nèi)液體的最大壓力(MPa)[σ]許用應(yīng)力（MPa)。對鋼管，為抗拉強(qiáng)度（MPa），查相關(guān)資料可得=410MPa。N是安全系數(shù)；當(dāng)10<p<17.5MPa時(shí)，取n=6。所以，[σ]=410/6=68.3MPa。則取σ=3mm。2.4.5油箱容積的確定由于液壓系統(tǒng)難免會(huì)存在著壓力損失、流量損失和機(jī)械損失,這些損失會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能，使溫度升高，為保證油箱有一定的有效的散熱面積，保證油溫不至于升得太高，所以必須使油箱具有一定的容量。一般地：V=5至10Q（升）取V=6Q=6x25=150L則油箱總?cè)莘e,設(shè)計(jì)油箱尺寸為：。2.5小結(jié)本章是對液壓系統(tǒng)的原理機(jī)械設(shè)計(jì)，首先要明確系統(tǒng)的要求：1.系統(tǒng)的動(dòng)作要求及工作環(huán)境；2.對系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。然后依此來確定液壓元件的主要參數(shù)（繪制液壓缸的工況圖確定流量，工作壓力和功率；通過分析工況圖確定供油方式，調(diào)速回路，速度換接回路，壓力調(diào)節(jié)回路，卸荷卸壓回路及平衡及鎖緊方式；），據(jù)此可繪制出液壓系統(tǒng)的原理圖。其中，關(guān)于液壓元件的主要參數(shù)是非常重要的一步，計(jì)算量較大，需要繪制的圖也比較多，特別容易出錯(cuò)，需要十分的注意。第三章液壓缸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算3.1液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1.1工作壓力的確定根據(jù)單柱校正壓裝壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)得知：液體的工作壓力為25.5MPa，由于液壓缸的工作壓力不得大于液體的工作壓力，故而液壓缸的最大工作壓力為25.5MPa。3.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)的液壓缸采用活塞式，這樣的好處有兩點(diǎn)：首先，可以完成整個(gè)工作行程，其次又可實(shí)現(xiàn)回程，因此大大簡化了液壓機(jī)的機(jī)構(gòu)，但要求活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都要必須保持密封。3.1.3油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算油缸體的缸底、法蘭和中間厚壁圓筒部分會(huì)受到力的作用。需要對它們進(jìn)行應(yīng)力分析，油缸的材料采用35號鋼。（1）根據(jù)油缸噸位來計(jì)算油缸的內(nèi)徑d：3-1式中:P--實(shí)際工作壓力kgfP--液體工作壓力（kgf/cm2)根據(jù)GB/T2348-1993液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，可以選取液壓缸內(nèi)徑為：d=90mm。（2）計(jì)算缸體實(shí)際上產(chǎn)生的最大總壓力計(jì)算油缸外徑D根據(jù)中段強(qiáng)度，材料選取35號鍛鋼，則用第四強(qiáng)度理論計(jì)算得：，則有3-2，取D=210mm。3-3式中：d:油缸外徑（cm）D:油缸內(nèi)徑（cm）σ:缸內(nèi)壁最大合成應(yīng)力（kgf/cm2)P:液體工作壓力（kgf/cm2)[σ]:材料許用應(yīng)力（kgf/cm2）根據(jù)選用缸體的材料為35號鍛鋼，缸體外徑為436mm，缸體內(nèi)徑D為320mm，初步設(shè)計(jì)的缸體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1缸體結(jié)構(gòu)根據(jù)《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》中有關(guān)缸體設(shè)計(jì)和計(jì)算的內(nèi)容可知：缸體材料若為鍛鋼時(shí)，計(jì)算其中段強(qiáng)度應(yīng)采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算:3-4式中：P--為主壓力，可根據(jù)公式，單位kgf；--為缸體的外徑，單位cm；--為缸體內(nèi)徑，單位cm；根據(jù)以上計(jì)算得知：=21cm；d=9cm；P=0.785×92×25×10.3323=16424.5kgf(式中1MPa=10.3323kgf/cm2)將上面相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式3.1.1可得：=25=548kgf/cm2<=12010.3323kgf/cm2因此，缸體中段滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。3.2油口直徑的選擇根據(jù)所得油管的通徑為：d=20mm，查閱標(biāo)準(zhǔn)：JB966-77,，選擇的管接頭為M33X2焊接式端直通管接頭，油口選用M33X2的螺紋連接。安裝方式：進(jìn)油口和回油口均采用在缸體上鉆螺紋的安裝方式。3.3油缸體法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算與相關(guān)校核（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，初步計(jì)算出油缸體的法蘭厚度：h，缸底厚度：h0取h=80mm取h0=45mm法蘭過渡圓角半徑為：選取R0=5mm缸底過渡圓角半徑為：選取R=20mm（2）確定油缸體對開法蘭的外徑D法根據(jù)法蘭接觸面擠壓應(yīng)力：法蘭結(jié)構(gòu)如圖3-2所示3-5其中：為許用擠壓應(yīng)力，=1200kgf/cm2則因設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)需要，這里選取D法=28cm圖3-2法蘭結(jié)構(gòu)（3）缸底強(qiáng)度的校核缸底結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，按照《液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》平板公式，即米海耶夫推薦公式可以計(jì)算得出：缸底無進(jìn)液孔。圖3-3缸底結(jié)構(gòu)3-6式中：：計(jì)算應(yīng)力（MPa)：缸體內(nèi)徑（cm）：工作液體壓力（MPa)：缸體厚度（cm）：系數(shù)，與進(jìn)液孔有關(guān)，即所以滿足強(qiáng)度要求，合格。（4）校核缸體法蘭過渡部分的強(qiáng)度法蘭斷面上的合成應(yīng)力應(yīng)為彎曲應(yīng)力與拉伸應(yīng)力之和，即3-7式中：d1=d+20=160+20=180mm式中：μ--材料泊松比系數(shù)，鋼：0.3則所以滿足強(qiáng)度，合格。3.4缸體與上橫梁連接大螺母螺紋校核選擇大螺母型號為：M215x4，螺紋所受力為螺紋剪切力為：3-8式中：--螺紋長度，取=20mm--螺紋小徑，=215-1.0825x4=210.7mm3.5缸口部分零件的相關(guān)計(jì)算與強(qiáng)度校核缸口部分結(jié)構(gòu)如圖3-4所示圖3-4缸口結(jié)構(gòu)缸口導(dǎo)套及法蘭上的作用力為：P1=0.785(d12-d22)P3-9P1=0.785×(18×18-14×14)×250=25120kgf螺釘?shù)倪x取與計(jì)算選用16個(gè)M16×2內(nèi)角圓柱頭螺釘，材料采用35號鋼，拉伸應(yīng)力計(jì)算為：3-10缸口導(dǎo)套擠壓計(jì)算缸口導(dǎo)套材料選用HT250，擠壓應(yīng)力為：3-11式中：則滿足要求。（5）法蘭壓蓋計(jì)算法蘭壓蓋材料選用35號鋼，故彎曲應(yīng)力為：3-12式中：所以滿足要求。3.6活塞部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算（包括活塞頭和活塞桿）計(jì)算活塞桿的受壓：活塞桿材料采為45號鋼，活塞桿長度L=1200mm與直徑d=160之比為：L/d=7.5<10，故無需進(jìn)行穩(wěn)定性校核?；钊^部的計(jì)算：活塞頭對活塞桿的擠壓應(yīng)力為：3-13式中：--缸內(nèi)壓力（kgf/cm2)--活塞桿頭部直徑，取=35mm--缸體內(nèi)徑（cm）--倒角長度，均取1.5mm則=769.2kgf/cm2<1000kgf/cm2,顯然滿足要求，尺寸是合格的?；钊^部鎖緊螺母的壓力計(jì)算根據(jù)前面的計(jì)算，這里可以設(shè)計(jì)鎖緊螺母為M68x3。則鎖緊螺母所受的力螺紋剪切力：式中：：螺紋小徑，=33-1.0825x2=30.8mm：螺紋長度，取=28mm：螺紋完滿系數(shù)，取0.81則滿足要求。3-143-15活塞桿與法蘭的擠壓應(yīng)力計(jì)算圖3-5活塞桿與法蘭的擠壓應(yīng)力對開法蘭剪切應(yīng)力的校核連接滑塊的螺釘選擇與校核3.7液壓缸零部件的密封與防塵密封與防塵的作用：液壓缸零部件之間有些需要密封和防塵，一是為了防止液壓油泄露，而是為了防止外部灰塵通過部件之間的間隙進(jìn)入缸體內(nèi)部，對缸體零部件和液壓油造成污染損害。因此，密封與防塵措施是必不可少的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各密封和防塵裝置的不同特點(diǎn)和效果，以下為液壓缸組件中所選擇的密封裝置和防塵裝置；表3-1密封裝置部位密封圈型號數(shù)量活塞與缸體Yx2活塞與活塞桿O1導(dǎo)套與活塞桿Yx1導(dǎo)套與缸體內(nèi)壁O23.8小結(jié)本章是液壓缸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算部分，內(nèi)容繁多，公式較多，計(jì)算復(fù)雜，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要十分小心。本次設(shè)計(jì)的液壓缸采用活塞式設(shè)計(jì)方案，包括確定活塞頭與活塞桿的連接方式、活塞桿與滑塊的連接方式，選取導(dǎo)套，選擇合適的密封材料，油口的設(shè)計(jì)及液壓缸的安裝定位；然后就是主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核（油缸體，活塞部分及缸口部分零件，缸體與上橫梁連接大螺母螺紋的校核）。此環(huán)節(jié)是本次設(shè)計(jì)工作量最大的部分，詢問老師的次數(shù)也是最多的，其中一個(gè)就是關(guān)于油缸壁厚的討論，雖然我計(jì)算出來的壁厚滿足校核的要求，但我計(jì)算出來的數(shù)值與給的校核值相差過大，導(dǎo)致浪費(fèi)材料，最后我重新進(jìn)行的設(shè)計(jì)，增加了壁厚，滿足的設(shè)計(jì)的要求；在此過程中，我了解到了機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，容不得半點(diǎn)馬虎，因?yàn)槭е晾?，謬之千里，哪怕是微小的誤差，都有可能在實(shí)際生產(chǎn)中釀成重大的后果。第四章液壓集成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1液壓集成回路設(shè)計(jì)圖4-1系統(tǒng)原理圖從圖4-1中可知，集成塊部分一共需要集成三個(gè)液壓閥，它們分別是先導(dǎo)式溢流閥，三位四通電磁閥和單向閥。4.2集成塊的設(shè)計(jì)所謂集成塊就是省去連結(jié)所用的管子，將若干個(gè)元件組合起來，進(jìn)而構(gòu)成液壓系統(tǒng)的部分回路。目前，液壓系統(tǒng)正向著高壓化、高精度方向迅速發(fā)展，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也朝向集成化的方向發(fā)展，因此，液壓集成化的優(yōu)越性越來越被凸顯出來。

集成塊從表面上看上去就像一個(gè)長方體，其內(nèi)部安裝各種元件：液壓閥，管接頭，壓力表等；集成塊的內(nèi)部分布這相互連通的圓柱形油路通道，它們的作用是用來聯(lián)系各個(gè)控制元件的，進(jìn)而構(gòu)成單元回路及完整的液壓控制系統(tǒng)。油液流經(jīng)塊體內(nèi)通道時(shí)存在著一定的壓力損失，損失的值與塊體的油通孔的孔徑尺寸形狀大小有關(guān)，另外集成塊表面油通孔的表面光滑程度也是影響壓力損失的一個(gè)重要因素；如果集成塊內(nèi)部的通道孔徑過小，工藝孔過多，拐彎過多，內(nèi)表面粗糙，則會(huì)照成系統(tǒng)壓力損失變大；而油道孔徑如果過大，壓力損失減小，但會(huì)使集成塊尺寸增大，提高管道的表面光潔度會(huì)使系統(tǒng)壓力損失有所降低，但與此同時(shí)也會(huì)增加制造成本。綜上所述，設(shè)計(jì)集成塊時(shí)，對綜合考慮各方面因素。本設(shè)計(jì)由于要集成的液壓閥不是很多，故采用板式集成。板式閥組的板式集成，是用螺釘將若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板式液壓控制閥固定在一塊公共閥板的表面上，再采用油路板中鉆，銑的方法或是鑄造出的孔道以及閥板背面的油管來實(shí)現(xiàn)各閥油路之間的復(fù)雜的內(nèi)部聯(lián)系，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)回路。為了便于操作的方便，這里把常用的三位四通電磁換向閥布置在集成塊的前面，單向順序閥和先導(dǎo)式溢流閥分別安裝在集成塊的左右兩面，集成塊的底面連接底座，底座打孔與油缸連接。4.2.1集成塊的材料查閱《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用維護(hù)》表2-48，選擇JK63集成塊，公稱流量為：63L/min，該系列集成塊采用三孔公用通油孔道。這里可以采用鑄造或鍛壓方式獲得集成塊的毛坯，材料選用鑄鐵。4.2.2確定孔道的直徑及油孔之間的壁厚4.2.3布置集成塊上的液壓元件 在連接件集成塊上面布置液壓元件。選擇底面與集成塊的底座相連，而底座則與油缸連接；另外選擇三個(gè)面分別安裝一個(gè)閥體（右視圖為先導(dǎo)式溢流閥，正視圖為三位四通電磁閥，左視圖為單向閥）,如圖4-4所示：圖4-4從圖中可以看出，三位四通電磁換向閥被安放在集成塊的正面，型號選擇的是4WE-50/W220-50，承受的最大壓力為35MPa，最大流量為80L/min，通徑選擇為6mm，由于三位四通電磁換向閥有四個(gè)不同的油路口（P口，T口，A口，B口），亦可實(shí)現(xiàn)四個(gè)不同方位的貫通，它的閥芯可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置的變換；集成塊的左面安裝的是單向順序閥，型號選擇的是H(C)G-03，承受的最大壓力為25MPa，最大流量為50L/min，在其上面分布著兩個(gè)油路口（A口，B口），起到延時(shí)和背壓作用；集成塊的右面安裝的是先導(dǎo)式溢流閥，型號選擇的是BG-06-X-32，承受的最大壓力為25MPa，最大流量為100L/min，通徑選擇為20mm，在其上面分布著兩個(gè)油路口（P口，T口），當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載超過規(guī)定的界限是，先導(dǎo)式溢流閥就會(huì)自動(dòng)開啟溢流，對系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)，使整個(gè)液壓系統(tǒng)的的壓力穩(wěn)定在一個(gè)安全的數(shù)值；另外為了便于對系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，將遠(yuǎn)程調(diào)壓閥與先導(dǎo)式溢流閥相連。4.2.4液壓集成塊孔徑與孔板1.集成塊上的液壓閥的布置所遵循的原則就是：在集成塊上加工的孔越少越好。2.集成塊上的公用通道，即回油孔T，壓力油孔T，泄油孔L及四個(gè)安裝孔安裝系統(tǒng)原理圖的關(guān)系進(jìn)行連接；其中工藝孔采用螺塞在集成塊的表面將其堵死。如圖4-5圖4-5其中除了三個(gè)液壓閥本身具有的幾個(gè)油路口外，還需在集成塊的左前右三個(gè)面上分別開一個(gè)油路口，使它們最終與變量泵和油缸的油口相連，它們的具體尺寸位置如上圖所示；由前面的系統(tǒng)原理圖可知，先導(dǎo)式溢流閥的P口要與三位四通電磁換向閥的P口相連；單向順序閥的A口要與三位四通電磁換向閥的B口相連，B口與油缸相連；三位四通電磁換向閥的A口與單向順序閥的A口相連，P口與先導(dǎo)式溢流閥的P口相連。4.3小結(jié)