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分 類 號 密 級 寧 寧波大紅鷹學院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 龍門式剪切機的設計 所 在 學 院 機 械 與 電 氣 工 程 學 院 專 業(yè) 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 班 級 12 機 自 x 班 姓 名 學 號 指 導 老 師 2016 年 3 月 31 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文） 龍門式剪切機的設計 均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作 了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 2016 年 3 月 31 日 I 摘 要 該設計的龍門式剪切機，其沖剪力為剪切力 100 噸至 250 噸，每分鐘剪切 20 次， 被剪切材料尺寸 20mm1200mm；力求設計出結構簡單，操作簡便，同時經濟、合理的 剪切機，具體設計思路上：利用液壓系統(tǒng)控制刀架，大大減少了剪切的時間并且提高 了剪切精度。采用人工送料以降低成本。近年來，隨著模具技術和沖壓技術的發(fā)展， 剪切機的應用范圍在不斷地擴大，數量在不斷地增加。預計不久的將來，剪切機在沖 壓用剪切機中的比例將會愈來愈大。 關鍵詞： 機架; 刀架; 液壓系統(tǒng); 剪切精度 II Abstract The design of the gantry cutting machine, the punching shear shear force 100-250 tons, cut 20 times per minute, the material is cut the size of 20mm 1200mm; strive to design a simple structure, easy to operate, and the economy reasonable shears, specific design: the use of hydraulic turret control system, greatly reducing the shear cut time and improve accuracy. Artificial feeding to reduce costs. In recent years, with the development of technology and die stamping technology, the scope of application of the shearing machine continues to expand, the number of constantly increasing. Expected in the near future, the proportion of shears punching shear machine will be getting bigger and bigger. Key words: Rack; turret; hydraulic system; cutting precision III 目 錄 摘 要 ........................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................II 目 錄 ......................................................................................................III 第 1 章 緒 論 .............................................................................................1 1.1 剪 切 機 分 類 及 應 用 ...........................................................................1 1.2 設 計 的 意 義 和 設 計 步 驟 ....................................................................1 1.2.1 剪切機設計步驟 .....................................................................................................2 1.2.2 剪切機設計要求 .....................................................................................................3 第 2 章 方 案 論 證 ......................................................................................4 2.1 液 壓 傳 動 方 案 ..................................................................................4 2.2 機 械 傳 動 方 案 .................................................................................5 2.2.1 凸輪機構方案 .........................................................................................................5 2.2.2 曲柄滑塊機構方案 .................................................................................................5 第 3 章 剪 切 機 基 本 性 能 參 數 .......................................................................7 3.1 剪 切 機 規(guī) 格 與 技 術 特 征 ....................................................................7 3.2 剪 切 機 基 本 性 能 參 數 ........................................................................7 3.2.1 剪切力確定 .............................................................................................................7 3.2.2 剪切角的確定 .........................................................................................................8 3.2.3 上刀片的行程量 .....................................................................................................8 第 4 章 剪 切 機 機 械 設 計 ............................................................................10 4.1 整 體 設 計 .......................................................................................10 4.1.1 方案選擇 ...............................................................................................................10 4.1.2 刀架分類 ...............................................................................................................11 4.1.3 刀架計算與校核 ...................................................................................................11 4.2 托 料 裝 置 .......................................................................................13 4.3 刀 具 ..............................................................................................13 第 5 章 液 壓 系 統(tǒng) 設 計 ...............................................................................15 IV 5.1 液 壓 執(zhí) 行 元 件 的 配 置 .....................................................................15 5.2 液壓缸的主要結構參數 .........................................................................................15 5.2.1 液壓缸的結構 ......................................................................................................15 5.2.2 活塞桿直徑的設計 ...............................................................................................18 5.3 油 缸 主 要 部 位 的 計 算 校 核 ...............................................................19 5.3.1 活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算 ......................................................................19 5.3.2 缸筒壁厚的驗算 ...................................................................................................21 5.3.3 缸筒的加工要求 ..................................................................................................23 5.3.4 法蘭設計 ...............................................................................................................23 5.3.5 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強度計算 ..............................................................24 5.4 活 塞 的 設 計 ...................................................................................25 5.5 液 壓 泵 及 其 驅 動 電 動 機 的 選 擇 .......................................................26 5.5.1 液壓泵的最大工作壓力 .......................................................................................27 5.5.2 計算液壓泵的最大流量 .......................................................................................27 5.5.3 選擇液壓泵的規(guī)格 ...............................................................................................28 5.5.4 計算液壓泵的驅動功率并選擇原動機 ...............................................................29 5.6 其 他 液 壓 元 件 的 選 擇 ......................................................................30 5.6.1 液壓閥及過濾器的選擇 .......................................................................................30 5.6.2 油管的選擇 ...........................................................................................................30 5.6.3 油箱及其輔件的確定 ...........................................................................................31 5.7 液 壓 系 統(tǒng) 壓 力 損 失 驗 算 ..................................................................33 5.8 油 箱 的 設 計 ....................................................................................34 5.8.1 油箱有效容積的確定 ...........................................................................................34 5.8.2 液壓油箱的外形尺寸 ...........................................................................................34 5.8.3 液壓油箱的結構設計 ...........................................................................................35 總 結 ........................................................................................................39 參 考 文 獻 ...................................................................................................40 致 謝 ........................................................................................................41 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 1.1 剪切機分類及應用 剪切屬于直線類機剪切機，主要用于直切不同尺寸的板材的邊緣。目前被廣泛應 用于軋鋼，汽車，飛機，輪船，拖拉機，橋梁，電器，儀表，鍋爐，壓力容器等各個 工業(yè)部門。 剪切機更多類別取決于目的和結構類型可以分為： 1.平剪切機 切割質量好，變形小，但剪，高能耗。更多的機械傳動。彼此平行的上部和下部 剪刀片，一般在熱軋機和板剪切盛開開花，切割方式可以劃分成上部和下部切割切式。 2.斜剪 在一個角落上，下剪切刀片，在一般情況下，葉片是傾斜的，其傾斜角通常為 1 6。傾斜刀片剪切機剪切力比扁平刀片剪切機是小的，所以功率和重量的機器，因 此大大降低，最先進的機器制造商的實際應用，以產生更多的這些主機。類剪毛機按 炮塔的形式開啟運動和擺式剪板機剪板機，根據主傳動系統(tǒng)分為不同類型的液壓傳動 與機械傳動。 3.多用剪： （1）彎曲金屬片剪：可以在同一機剪切來完成，并彎曲兩個過程。 （2）鐵工：到片材，而且該輪廓截面的，材料被用于完成下一步。 4.特殊的切割機： （1）板材開平剪切線：為開卷板的練級路線，符合生產線的速度要求而設計的剪 切高剪切機，粗線多速液壓剪切機，板材更符合氣動剪;用飛剪，連續(xù)化生產，高效率 的高速線路。 （2）鋼剪生產線：用于角鋼，H 型鋼自動化生產線，完成切口。 （3）滾壓成形線剪：如汽車冷彎縱梁線，貨車側圍欄線，彩鋼板成型線，專用切 割機生產線配置。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 2 1.2 設計的意義和設計步驟 本科生和研究生設計論文是訓練的重要組成部分。論文學生通過廣泛使用來分析 知識在幾年之內，解決一個問題，因為論文過程中，獲得重組的知識和使用。這不叫 審查，而且還鍛煉。通過本次測試的手段，而不是只能在學生提高有創(chuàng)新設計的能力， 能夠廣泛的培訓，研究能力（包括實際能力，能夠文獻，文具能力）的提高，還是非 常難得的機會并接收從該視點訓練： 1.學會比較和演示程序的可行性; 2.理解設計的一般步驟; 3.正確使用各種書籍和獲取不同的信息; 4.發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力。 通過各方面的機械知識研究，我選擇了這個話題我的論文，一個大膽的嘗試。設 計主要體現(xiàn)在幾本教科書和參考材料為基地，從簡單的，分步實施，逐步一般的設計 方法教大師的知識，形成一個整體，未來的作戰(zhàn)需求。當然，第一稿，知識有限，經 驗不足，一些不良的問題，可能會有一定的錯誤和遺漏，乞求老師的批評。 剪板機是各種機器，工作原理的產物，并計算控制的主要組件的設計，了解作為 設計的炮塔，底盤等部件，液壓件簡單的單缸液壓系統(tǒng)的基礎剪刀的運行狀態(tài)，為了 保證液壓平衡性能的主要考慮。 1.2.1 剪切機設計步驟 設計通常使用三階段方案,整體設計,部件設計和部件設計或初步設計,技術設計和 工藝設計。在實驗設計和計算機輔助設計(CAD),同時使用的演出和平衡并聯(lián)的設計,以 協(xié)調彼此。 該方案的整體設計: 1.明確的設計思路 2的詳細要求分析 3.收集剃機器學習研究信息 4.剪的總體方案設計 5.使用剪刀裝配圖 6.剪板機主要設計備用 第 1 章 緒論 3 7.液壓系統(tǒng)的設計 8.控制系統(tǒng)設計 9.寫設計規(guī)范 1.2.2 剪切機設計要求 它是根據每個項目的設計的設計要求進行。之前制定基本計劃，并繼續(xù)剪切機設 計的各個部分，設計必須要求而設計的其他方面和內容相關的了解。 一般 1.主機：使用，性能，工藝，操作環(huán)境，整體布局; 2.剪切機及其零件的工作的表; 3.穩(wěn)定控制液壓系統(tǒng); 4.負載大小和致動機構的性質; 5.調速范圍大，運動平穩(wěn)，精度轉換性能的要求; 6.呼吁自動化過程，操作控制方式; 7.防塵，耐寒，隔音，安全性和可靠性的要求; 8.效率，成本等方面的要求。 第 2 章 方案論證 4 第 2 章 方案論證 剪切機主要是通過滑塊上刀片的往復直線運動來實現(xiàn)切斷功能，能實現(xiàn)這個目的 主要由液壓傳動和機械傳動兩種。 2.1 液壓傳動方案 剪切機液壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖 2-1 所示，其原理：手動換向閥 6 推向左位（即 左位接入系統(tǒng)） ，此時活塞在壓力油的作用下向下運動，對板料進行剪切加工，當加工 完成后，將閥 6 手柄推向右位（即右位接入系統(tǒng)） ，活塞向上運動，即刀片上抬，到了 一定位置，將閥 6 手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動。然后剪切第二次時， 重復上述操作。手動換向閥 6 也可改為電氣控制的換向閥，從而實現(xiàn)自動連續(xù)剪切， 提高效率。 .油箱 .粗過濾器 .液壓泵 4.溢流閥 5.調速閥 6.手動三位四通換向閥 7.液壓缸 8.滑塊 圖 2-1 液壓傳動系統(tǒng)原理圖 與液壓驅動液壓剪使得機器工作穩(wěn)定，噪音低，安全可靠，它可以是一個單一的 連續(xù)的切削，剃須厚度厚機械傳動，但液壓系統(tǒng)是利用一個液體介質作為動力轉移到 剪切力的中間產物油壓相應的高精確度的液壓元件，強度要求高，生產成本相應的高 和泄漏的必然存在的液壓系統(tǒng)，能污染，油造成的溫度變化可引起粘度變化的影響的 液壓驅動器的正常運作的能力，以適應小環(huán)境2。此外，液壓剪切機維修是不容易的， 我們必須有一定的專業(yè)知識，所以這樣的設計不會選擇這個方案。 第 2 章 方案論證 5 2.2 機械傳動方案 2.2.1 凸輪機構方案 圖 2-2 凸輪機構原理圖 它的工作原理如圖 2-2 所示凸輪機構：旋轉主軸驅動凸輪齒輪，推動滑塊（即插 入）的剪式升降凸輪動作。行程中，彈簧以準備下一次操作循環(huán)的開始位置的影響下 的滑動。 凸輪機構基于所述從動構件的移動，以選擇大小和的凸輪輪廓設置的確定。其缺 點是通常用于運行機制，而不是檢查，因為工作量不是太大凸輪機構，否則嚴重磨損 凸輪輪廓和推桿，該機構將無法達到運營要求所期望的結果我們不能保證機器的穩(wěn)定 性，而不是通過該程序。 2.2.2 曲柄滑塊機構方案 曲柄滑塊機構的工作原理如圖 2-3 所示：通過主軸轉動帶動曲柄轉動，曲柄通過 連桿使滑塊作上下往復運動，實現(xiàn)剪切動作。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 6 圖 2-3 曲柄滑塊機構原理圖 考慮到本課題的設計要求是龍門式剪切機，這里選擇方案一液壓傳動作為本課題 的研究方案。 第 3 章 剪切機基本性能參數 7 第 3 章 剪切機基本性能參數 3.1 剪切機規(guī)格與技術特征 主要技術要求： 1. 剪切力 100 噸至 250 噸；剪切次數每分鐘剪切 20 次； 2. 被剪切材料尺寸 20mm1200mm； 3. 設計壽命 10 年。 3.2 剪切機基本性能參數 決定剪切機性能的主要有：剪切機的剪切力，剪切角和上刀片的行程量。 3.2.1 剪切力確定 總剪切傾斜剪板機刀片是小型一字剃須機，這三種組分存在：所述薄片材料的基 本剪切部分被剪切和彎曲變形剪切帶電阻彎曲薄層電阻?？偧羟泻图羟薪侵g關系的 剪切角的增加密切成反比減小。 N)106.1(6.0255 25 XytgZthkPbbzh 式子里， k-刀片的磨鈍系數， <100時，k=1.15-1.2 -被剪金屬的抗拉強度b -被剪金屬的伸長率5 h-被剪板厚（毫米） -剪切角（度） -刀片間隙（毫米） y-刀片間隙的相對值，y=/h C-壓料腳軸線到下刀刃的距離（毫米） ，從表2-1中查得 X-壓料腳距離的相對值，X=C/h Z-彎曲系數，取0.95 表 3-1 壓料腳軸線到下刀刃的距離 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 8 h（毫米） 2.56.3 1012.5 1632 C（毫米） 65 70 90 板材為20mm 厚板材，這種板材的一般材料為 Q235，屈服點為235MPa，抗拉強度為 375-460MPa，因此，確定各函數值如下。 k-1.15-1.2，取1.2 -375-460MPa，取400MPab -26%5 h-10（毫米） -3（度） -0.6-0.7（毫米）, <500MPa 時，=（6-7%）h=0.60.7，取0.6b y-0.06，y=/h C-70 X-7，X=C/h Z-彎曲系數，取0.95 因此100T< = N<250TzhP4106 3.2.2 剪切角的確定 我們清楚地從式剪切角的剪切應力增大的剪切力減小，從而降低了裝置的重量看 到。但剪切角增大帶來的最嚴重的不良影響，變形帶材，隨后通過提高轉輪行程量 （即，增加以降低機器的高度和中風的每分鐘數） 。 通過比較國內和剪切機主要參數，確定剪切角為3。 3.2.3 上刀片的行程量 上刀片的行程量主要與剪切角和被剪板寬及板厚有關。剪切板料所必需的最小行 程量由下式決定： mmbaStghS / 式子里，h-最小開口距，即上刀片在上死點位置時工作臺面到上刀刃之間的距 離（毫米） 第 3 章 剪切機基本性能參數 9 b-被剪板寬（毫米） -刀片超越量（毫米） ，查閱表2-3bS 表 3-2 刀片超越量 h （毫米） 6.3 1016 2032 4060 當 h不可調時 38 10 15 20 （毫米）bS當 h可調時 10（- 6） 10（-16） 15（-32） 20（-60） h通過查閱資料得到值為2025mm，取值為20mm，因此得到 值為100mm。aS 第 4 章 剪切機機械設計 10 第 4 章 剪切機機械設計 4.1 整體設計 4.1.1 方案選擇 目前，液壓剪的比例越來越大，剪切機逐步國產液壓傳動。液壓具有更多的優(yōu)點： （1）工作保障，可以防止意外事故造成的超載機器 （2）手操作，我們可以停止一個沖程，連續(xù)中風，實現(xiàn)微動，并返回中途這樣的 動作，這是容易實現(xiàn)的單個自動裝配線和用于 （3）體積的機器是小型化，輕量化，制造容易 （4）機械振動小，平穩(wěn)，延長刀具壽命 但是它也帶來了一些缺點： （1）沖程的下數 （2）發(fā)動機功率的增加 （3）容易出現(xiàn)故障，并難以得到立即更換液壓元件 綜上所述，設計要求相結合，學習其他剪切機的優(yōu)點和缺點，液壓直線運動決心 刀柄 - 用單氣缸驅動機械傳動，定位在剪切機的頂部，推動柱塞支架，刀架沿導柱平 行移動松片，以確保剪切速率，同時剪切應力，使得整體結構簡單，價格低廉的制造。 第 4 章 剪切機機械設計 11 圖 4-1 液壓傳動剪切機 4.1.2 刀架分類 工具保持架是剪切機的一個重要組成部分，切割精度和質量是在該工具頭的一大 部分剪刀端口材料和機架導軌的結構，并且，因此，應注意的工具保持器的強度和剛 度。 目前，有三種常見的轉臺結構焊接炮塔直線運動相結合 - 焊接和焊接擺動轉臺的 轉臺線性運動。 焊接炮塔轉臺沿垂直運動的線性運動，一般只有兩片材的邊緣，如在前線運動工 具架被提出四葉片邊緣。這種結構可用于軸和車軸側的剪切。 組合 - 焊接炮塔直線運動，水平板和第一焊接筋，然后用螺栓連接到豎直板。調 整螺栓導致在水平面內的切刀架凸弧，以及在水平剪切力如由彎曲刀架凹弧上的壓力 的結果，如果適當地調整，將彼此使得兩個彎曲切削改善準確性取消。轉臺運動通過 偏心軸和連桿得到，通常沿向前運動。 3前傾切割厚度為10mm 時服用。在上塔垂直 板小偏心軸連桿（以上）的下端。 搖擺炮塔焊接結構多為液壓 - 剪刀機械傳動。有取決于活塞和頭部基本操作山上 有三種形式： 1.活塞缸左輪手槍的一面; 2.活塞和汽缸端鉸接轉臺; 3.與柱塞保持器。這三種組分都必須考慮到轉臺彎曲和扭轉。 4.1.3 刀架計算與校核 可以引起忽略功率電平的計算過程中的片材剪切角的方向上，因為剪切角是相對 較?。ㄗ疃?0.06 的最大水平力） 。部壓力進行對軌道塔以上點而變化，該單元中的最 大的壓力，應切斷起始位置被確定，因為剪切力作用在只有一個鏈接。通過彎曲并形 成最大張力在工具夾具的中間部分被確定，在這個時候，因為最大的剪切力產生的刀 夾。 下刀微調是一條水平線，以便從左至右在塔架上均勻連續(xù)松散連接的擺動刀片， 所有點上沿著旋轉中心 O 為中心，半徑為 R 的工具載體上的切削刃被剪切的半徑 SS 球 拱（圖 4） 。倒角，從左至右片材，傾斜的水平角度，即，刀刃之間的角度，并以到達 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 12 下刀刃，通常被稱為剪切角。 其中最危險的載荷（剪切力被施加在中間部分）被計算刀架應力和硬度。計算焊 接第一下面炮塔確定縱軸和重力和慣性力矩的中心的水平軸位置的橫截面，然后計算 的主軸角度分布的慣性慣量和產品。 按下式確定該斷面對主軸 和 的慣性矩0 xy2sinsicos220 ccyx JJoin0 ccc yxy 當確定彎矩時作用在刀架上的力引向斷面的重心，當確定扭矩時該軸引向扭矩軸。 繞扭矩軸的扭矩由下式求得 NMxdyCPLTMzh)2(10 式子里， -刀架寬度d 因此 =32458N0P =11260NT 圖 4-2 上刀架 下面確定作用在圖 5 剖面 c-c 上的彎矩。由 產生的彎矩0P NM4)(10APMW 由力 產生的彎矩0T NM)(10 式子里， -刀架寬度1A 因此 =16229NM0)(PMW =5630NMT 第 4 章 剪切機機械設計 13 由已經得到的彎矩，求得作用在刀架上的彎曲應力 MPa0)(1xpwJlM MPa0)(2yTwl 求得 =16MPa1 =5.6MPa2w 查資料得 Q235 刀架的許用應力值 為 60MPa,液壓剪切機 則為 80MPa。 刀架在水平面內的允許撓度 < f50h 式子里，h-被剪板厚 因此 =0.02mmf 4.2 托料裝置 當片材中，如果切割部分懸垂表很長，很容易金屬板向下彎曲，因此考慮護理饋 送裝置，關心供給裝置有兩種：一種是材料的底面的被拖動向上剪刀壽命，另一個被 吸引剪材料上。 與該裝置的底表面的載體材料，電磁體的通勤該材料在水平位置保持所述板工作。 電磁鐵的開始斷開之前，護理靠自身重量向下饋送搖桿切斷。 從電磁輥裝置的薄片上述吸入。電磁輥裝置由電磁線圈的幾組，螺線管安裝在支 架孔和各外殼在兩個水平梁懸掛在工具保持架板的。當不需要，如果滾輪杠桿螺線管 和解除閂鎖可以旋轉180，片材可以自由通過。略微大于孔電磁輥軸的直徑，當局部 隆起板所對應解除磁輥更大。電磁吸力輥可以被設置為使得它稍微大于該部分的重量 被切斷時，如果吸入小于金屬薄板的重量的切斷部向下彎曲容易。吸力值可根據與葉 片接觸輥的數量來確定，當吸力太大，則可以指定一些組輥或者抬起支架的一端，以 使本地部分與金屬板接觸。 選擇給定的成本和前者的簡單的問題。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 14 4.3 刀具 下刀羊有四手聯(lián)彈。上沿前剪切刀片轉臺直線運動可以具有兩個邊緣或四個邊緣。 沿圓弧剪切刀片僅具有兩個邊緣和具有以適合片用螺釘，或墊片上，以一彎曲空間， 從而使刀片盡可能大的長度，以減少接縫數量轉臺的運動。如果接縫將領先優(yōu)勢正確 設置了一個加劇刀具磨損和剪切邊的異常增加。 刀片的上表面應略低于-0.20毫米的表面上，偏離。 國內剃須刀片材料中通常6CrW2Si（熱處理硬度 RC58-60之后） 。 T7A，9CrSi，Cr12P1，Cr12Mo 和 Cr6VP 刀片材料也可使用。硬質合金外國實驗刀片 BK15和 BK20在9700剪刀刀片刃磨兩次間隔。 刀片的尺寸參閱下表4-1 表 4-1 刀片尺寸 被剪板厚 h（毫米） 刀片尺寸 T*H（毫米） 螺孔直徑 d（毫米） 12.5 20*60 13 416 25*80 17 2025 32*120 22 3240 45*150 33 刀片刃部應經常保持清潔，并應涂上含有二硫化鉬或石墨的潤滑脂。 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 15 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 剪切機的制作過程包括：液壓缸的結構、裝置、機架。并根據系統(tǒng)壓力、流量選 擇了液壓閥、電機、泵。本文的設計能夠滿足剪切機要求。 5.1 液壓執(zhí)行元件的配置 由于剪切機要求布置，行程較小，故選用缸筒固定的單桿活塞桿（取缸的機械效 率 ） 。1.90cm 5.2 液壓缸的主要結構參數 5.2.1 液壓缸的結構 液壓缸一般，從后罩，氣缸，活塞桿，活塞，前蓋等的主要部分，以防止油泄漏 到缸體的外側通過高壓室或泄漏到氣缸中的低壓室和端蓋，所述活塞和活塞桿，活塞 和氣缸，活塞和設置有密封裝置的前蓋之間，所述第一外覆蓋件還配備有防塵，防止 碰撞氣缸頭活塞行程迅速去到終端，所述液壓缸端部還包括：設置緩沖手段，有時排 氣必須做好資金。 1-缸底，2-卡鍵，3、5、9、11-密封圈，4- 活塞，6-缸筒，7- 活塞桿， 8-導向套，10-缸蓋，12- 防塵圈 圖 5-1 雙作用單活塞桿液壓缸結構圖 上圖給出了雙作用單活塞桿液壓缸的結構圖，該液壓缸主要由缸底 1、缸筒 6、 缸蓋 10、活塞 4、活塞桿 7 和導向套 8 等組成；缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸 蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連接，為了保證液壓缸的可靠密封，在相應 位置設置了密封圈 3、5、9、11 和防塵圈 12。 根據負載狀況，可以初步選擇查得油缸的液壓缸的內徑為 125mm,活塞桿直徑為 70mm,有效行程為 200 mm 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 16 表 5-1 液壓缸內徑系列 mm 8 1 0 1 2 1 6 2 0 2 5 3 2 4 0 5 0 6 3 8 0 1 00 1 25 1 60 2 00 2 50 3 20 4 00 5 00 1.液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時，必 須進行強度校核。缸體的常用材料為 20、25、35、45 號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料 中 45 號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用 45 號鋼作為缸體的材料。 2DPy 式子里， ， -實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時，Py=1.5Pn，當Py Pn 16MPa 時，Py=1.25Pn。 -缸筒材料許用應力，N/mm 。 = ， 為材料的抗拉強度。2nb 注：1.額定壓力 Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=25MPa 2.最高允許壓力 Pmax Pmax 1.5Pn=1.25 25=31.25MPa 液壓缸缸筒材料采用 45 鋼，則抗拉強度： b=600MPa 安全系數 n 按液壓傳動與控制手冊P243 表 210，取 n=5。 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 17 則許用應力 = =120MPanb 2DPy = 31.50 =16.25mm 滿足 。取液壓缸厚度 17.5mm。 10D 取液壓缸缸體外徑為 160mm。 4.液壓缸長度的確定 液壓缸工作行程長度可以根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程確定，并參照表 5-2 選取標準值。液壓缸活塞行程參數優(yōu)先次序按表 5-2 中的 a、b、c 選用。 表 5-2（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80） 6 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 5-2（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80） 6 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 5-2（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80） 6 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 液壓缸長度 L 根據工作部件的行程長度確定。 L==200mm 查油缸參數得到的 5.2.2 活塞桿直徑的設計 查液壓傳動與控制手冊根據桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時， 一般選取 d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取 d/D=0.5-0.7。本設計我選擇 d/D=0.55，即 d=0.7D=0.55125=68.75mm。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 18 表 5-3 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 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 故取 d=70mm。 2.活塞桿強度計算： 式子里， --許用應力； （Q235 鋼的抗拉強度為 375-MPa8054nb 500MPa，取 400MPa，為位安全系數取 5，即活塞桿的強度適中） 3.活塞桿的結構設計 桿驅動連接到所述活塞桿，以生產工作力的偏心載荷的負載的馬達機構的外端部， 以滿足對液壓缸的安裝要求，并防止它的輥的效率的提高，應根據負載的具體情況， 選擇正確的桿的端部結構。 4.活塞桿密封和防塵 活塞密封在 Y 型圈，U 形夾防塵密封圈，O 型圈，V 型圈等形式6。當使用薄鋼板 防塵圈，防塵圈與活塞桿可以 H9/ F9 選擇的組合。薄鋼板厚度為 0.5mm。對于設計和 維護，以方便選擇 O 型圈計劃。 5.3 油缸主要部位的計算校核 5.3.1 活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算 A.活塞桿強度計算 活塞桿的直徑 按下式進行校核d4Fd 式子里， ， 為活塞桿上的作用力；F 為活塞桿材料的許用應力， = ,n 一般取 1.40。/bn36415070283.98/.4dmm 滿足要求 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 19 B.液壓缸穩(wěn)定性計算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的力 F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的 臨界負載 kF，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 k的值與活塞桿材料性質、 截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關。若活塞桿的長徑比 且桿件承受壓負載時，則必須進行液壓缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依/10ld 下式進行 knF 式子里， ， kn為安全系數，一般取 k=24。 a.當活塞桿的細長比 時/klrmi2kiEJFl b.當活塞桿的細長比 時/klri21()kkfAalir 式子里， ， l為安裝長度，其值與安裝方式有關，見表 1； kr為活塞桿橫截面最小回 轉半徑， AJrk/； 為柔性系數，其值見表 3-2； 為由液壓缸支撐方式決定的末mi 端系數，其值見表 1； E為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取 21/06.2mNE；為活 塞桿橫截面慣性矩； 為活塞桿橫截面積； f為由材料強度決定的實驗值， 為系數， 具體數值見表 3-3。 表 5-4 液壓缸支承方式和末端系數 的值i 支承方式 支承說明 末端系數 i 一端自由一端固定 1/4 兩端鉸接 1 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 20 一端鉸接一端固定 2 兩端固定 4 表 5-5 f、 、 的值m 材料 28/10Nf 鑄鐵 5.6 1/1600 80 鍛鐵 2.5 1/9000 110 鋼 4.9 1/5000 85 c.當 時 ,缸已經足夠穩(wěn)定，不需要進行校核。20lk 此設計安裝方式子里，間固定的方式，此缸已經足夠穩(wěn)定，不需要進行穩(wěn)定性校 核。 5.3.2 缸筒壁厚的驗算 下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的驗算： A 液壓缸的額定壓力 值應低于一定的極限值，保證工作安全：np 式（3-4） 21()0.35sD(MPa 根據式（3-4 ）得到： 22(.0.45)0.358.1()np pa B 為了避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力 值應與塑性變形壓n 力有一定的比例范圍： 式（3-5）(0.35.42)nplp 式（3-6）1.loglsD 先根據式（3-6）得到： =41.2112.3lpls()MPa 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 21 C 耐壓試驗壓力 ，是液壓缸在檢查質量時需承受的試驗壓力。在規(guī)定的時間內，TP 液壓缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。 各國規(guī)范多數規(guī)定: 當額定壓力 時16npMPa （MPa）1.5Tnp D 為了確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力 應大于耐壓試驗壓力 ：EpTp (MPa） 12.3logb D 式（3-7） 因為查表已知 =596MPa，根據式（3-7）得到：b89.72EPMa 至于耐壓試驗壓力應為： 1.53.T 因為爆裂壓力遠大于耐壓試驗壓力，所以完全滿足條件。 以上所用公式子里，各量的意義解釋如下： 式子里，: 缸筒內徑（ ） ；Dm 缸筒外徑（ ） ；1 液壓缸的額定壓力（ ）npMPa 液壓缸發(fā)生完全塑形變形的壓力（ ） ；l a 液壓缸耐壓試驗壓力（ ） ；T 缸筒發(fā)生爆破時壓力（ ） ；EpP 缸筒材料抗拉強度（ ） ；bMa 缸筒材料的屈服強度（ ；s 缸筒材料的彈性模量（ ） ；EP 缸筒材料的泊桑系數 鋼材： =0.3 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 22 5.3.3 缸筒的加工要求 缸筒內徑 采用 H7 級配合，表面粗糙度 為 0.16，需要進行研磨；DaR 熱處理：調制，HB 240； 缸筒內徑 的圓度、錐度、圓柱度不大于內徑公差之半； 剛通直線度不大于 0.03mm； 油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺； 在缸內表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。 5.3.4 法蘭設計 液壓缸的端蓋形式有很多，較為常見的是法蘭式端蓋。本次設計選擇法蘭式端蓋 （缸筒端部）法蘭厚度根據下式進行計算： 式（3-8）04(-) cpFDdh 式子里， ， -法蘭厚度（m） ； 系統(tǒng)工作壓力（pa） ； =25MPapp 附加密封力（Pa） ； 值取其材料屈服點 353MPa；qq 螺釘孔分布圓直徑（m） ； =55mm0D0D 密封環(huán)平均直徑（m） ； =45mmcpdcpd 法蘭材料的許用應力（Pa） ； = /n=353/5=70.6MPas 法蘭受力總合力（ m）F 22()98.564HFdpdqKN 所以 =13.2mm04(-) cpDdh 3689.5610.-7 為了安全取 =14mm 5.3.5 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強度計算 連接圖如下： 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 23 圖 5-1 缸體端部法蘭用螺栓連接 1-前端蓋；2- 缸筒 螺栓強度根據下式計算： 螺紋處的拉應力: (MPa) 式（3-9）6max2104kFdZ 螺紋處的剪應力 (MPa) 式（3-10）61max03.2kd 合成應力 (MPa) 式（3-11）2n 式子里，, 液壓缸的最大負載， =A ，單桿時 ，雙桿是maxFmaxFaxp2/4AD2()/4ADd 螺紋預緊系數，不變載荷 =1.251.5，變載荷 =2.54；kkk 液壓缸內徑； 缸體螺紋外徑；0d 螺紋內經；1 螺紋內摩擦因數，一般取 =0.12;變載荷取 =2.54；k1k1k 材料許用應力， , 為材料的屈服極限，n 為安全系數，一般取/ss n=1.21.5； Z螺栓個數。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 24 最大推力為： 41.50FApXN 使用 4 個螺栓緊固缸蓋，即： =4Z 螺紋外徑和底徑的選擇： =10mm =8mm0d1d 系數選擇：選取 =1.3 =0.12K 根據式（3-9 ）得到螺紋處的拉應力為： =6max2104kFdZ 462.31501209.38MPa 根據式（3-10）得到螺紋處的剪應力為： 4630..510.298.428Pa 根據式（3-11）得到合成應力為： = =367.6MPan2 由以上運算結果知，應選擇螺栓等級為 12.9 級； 查表的得：抗拉強度極限 =1220MP;屈服極限強度 =1100MP；b s 不妨取安全系數 n=2 可以得到許用應力值： = /n=1100/2=550MPs 證明選用螺栓等級合適。 5.4 活塞的設計 活塞的寬度 一般取 =（0.6-1.0）BD 即 =（0.6-1.0）125=（75-125）mm 取 =80mm 如沿液壓活塞滑塊的影響下，氣缸的活塞，因此，不應該太緊或太多的空間，以 適應缸體。緊，不僅最小起動壓力，在機械效率和容易損壞缸和活塞的配合表面的降 低，它太大，液壓缸將內部泄漏，減少液壓缸的容積效率不滿足設計性能。 第 5 章 液壓系統(tǒng)設計 25 5.5 液壓泵及其驅動電動機的選擇 確定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉運動， 二者的特點及適用場合見下表 4.1 表 5-6 各執(zhí)行元件的特點 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向對稱 雙作用往復運動 柱塞缸 結構簡單 單向工作，靠重力或 其他外力返回 齒輪泵 結構簡單，價格便宜 高轉速低扭矩的回轉 運動 葉片泵 體積小，轉動慣量小 高轉速低扭矩動作靈 敏的回轉運動 擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩大 低速，小功率，大扭 矩的回轉運動 軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉 速范圍寬 大扭矩的回轉運動 徑向柱塞泵 轉速低，結構復雜，輸 出大扭矩 低速大扭矩的回轉運 動 注：A1- 無桿腔的活塞面積 A2-有桿腔的活塞面積 常常出現(xiàn)在液壓齒輪泵，葉片泵和活塞泵，以及各種泵的其他特征使用下非常不 同。選擇液壓泵主要是基于最大工作壓力和最大流量。還應確定是否定量變量，最重 要的一種動機，速度，體積效率，總效率，自吸性能，噪聲等因素。通常情況下，這 些因素都在目錄中找到。葉片離心泵人們常說，結構簡單的優(yōu)點，流量調節(jié)也很方便。 葉片泵被選為一個油井系統(tǒng)。 通過監(jiān)測信息，該葉片泵的標稱壓力為 16Mpa，平均壓力，位移 1350 毫升/ R，500 4000R /分鐘的最大速度，320KW 的最大功率的 80-94的體積效率，75至 90的粘度，總收率 20200 平方毫米/ s 時，自吸能力，功率質量比，輸出壓力脈動， 靈敏度污染大，葉片效率降低磨損粘度效率介質噪聲價格小，效果不大，小機床，油 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 26 壓機，注塑機，低建筑機械之際的飛機和噪聲要求。 5.5.1 液壓泵的最大工作壓力 液壓泵的最大工作壓力 pp 取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達）的最大工作壓力， 即 pp p1+ (4.1) 式子里， p1-液壓缸或液壓馬達的最大工作壓力，16MPa ； -系統(tǒng)進油路上的總壓力損失系統(tǒng)管路未曾確定前，可按經驗進行估取，簡單 系統(tǒng)取 =（0.20.5 ） 1