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第1章 緒論
1.1 引言
目前中國(guó)已經(jīng)成為全球線材制品大國(guó)。線材行業(yè)中廣泛使用的一種模具是拉絲模。拉絲模的內(nèi)孔由圓柱面與圓錐面組成,。圓錐面為對(duì)線材(工件)的壓縮區(qū),圓柱面為拉絲模的定徑區(qū)(拋光區(qū)),其直徑大小與線材尺寸相對(duì)應(yīng)。拉絲的質(zhì)量直接影響線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。我國(guó)目前采用的拉絲模研磨工藝是五十年代初從蘇聯(lián)引進(jìn)的針磨工藝。這種工藝的可靠性不高,且生產(chǎn)效率較低。
拉絲模拋光機(jī)的反求創(chuàng)新設(shè)計(jì)正是為了提高拉絲模使用壽命、拉絲模內(nèi)孔的拋光精度、拋光效率等而開(kāi)發(fā)的。本課題設(shè)計(jì)的將是一種新型拉絲模線研磨拋光機(jī),該機(jī)主要由卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、絲架往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。該機(jī)特點(diǎn)在于可將拉絲模的內(nèi)孔一次研磨拋光成型,使生產(chǎn)效率大大提高。絲架往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),采用配重平衡,從而使絲架高、低速運(yùn)行平穩(wěn),加工范圍增寬,加工精度提高,使加工小孔徑拉絲模具成為現(xiàn)實(shí)。而拉絲模拋光機(jī)的反求創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面:一是拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì);二是卡具放置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.2 課題研究的目的和意義
1.2.1課題的來(lái)源及研究
目前中國(guó)已經(jīng)成為全球線材制品大國(guó)。但是從經(jīng)濟(jì)效益看,差距卻很大。全行業(yè)各類(lèi)產(chǎn)品基本生存在上下游企業(yè)的夾縫中,長(zhǎng)期以來(lái)在微利和虧損的邊緣徘徊。這些必須引起全行業(yè)的高度關(guān)注。我國(guó)線材制品行業(yè)普遍面臨成本壓力,其根本出路還是加強(qiáng)科技進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新,增加高附加值產(chǎn)品的比重,同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)管理,節(jié)約資源,提高競(jìng)爭(zhēng)力。
預(yù)計(jì)2010年,國(guó)內(nèi)中高碳線材制品的消費(fèi)量將增長(zhǎng)至865萬(wàn)噸(未包括凈出口量)?!笆晃濉逼陂g,我國(guó)中高碳線材制品消費(fèi)量將持續(xù)增長(zhǎng),但增長(zhǎng)率將有所下降。因?yàn)椋懈咛季€材(硬線)的制造成本與普通低碳鋼線材的成本差距逐漸縮小,為進(jìn)一步發(fā)展中高碳線材制品生產(chǎn)提供了條件。另外,隨著中高碳線材制品生產(chǎn)成本的降低,特別是建筑行業(yè)用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼絲及制品的價(jià)格與普通低碳鋼絲的差距逐漸縮小,為中高碳線材制品在建筑行業(yè)推廣創(chuàng)造了條件,這將帶動(dòng)中高碳制品消費(fèi)總量的持續(xù)增長(zhǎng)。線材行業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)拉絲模提出了越來(lái)越多的要求,低成本高質(zhì)量就要求拉絲模的使用壽命要更長(zhǎng),內(nèi)孔精度要更高,總之就是要提高拉絲模的質(zhì)量。
拉絲模的內(nèi)孔由圓柱面與圓錐面組成,見(jiàn)圖1.1。圓錐面為對(duì)線材(工件)的壓縮區(qū),圓柱面為拉絲模的定徑區(qū)(拋光區(qū)),其直徑大小與線材尺寸相對(duì)應(yīng)。拉絲模的質(zhì)量直接辯證唯物線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。我國(guó)目前采用的拉絲模??籽心スに囀俏迨甏鯊奶K聯(lián)引進(jìn)的針磨工藝。它的工作原理是,模具旋轉(zhuǎn),針狀磨頭在磨孔內(nèi)做微移動(dòng)或擺動(dòng),以達(dá)到加工??椎哪康?,見(jiàn)圖1.2。這種工藝的可靠性不高,且生產(chǎn)效率較低。針狀磨頭設(shè)計(jì)成錐狀是為了使其在模也內(nèi)穿進(jìn)方便,同時(shí)在磨削過(guò)程中產(chǎn)生徑向分力以提高磨削效果。但因此也帶來(lái)很多弊端。首先,針狀磨頭的錐度使加工出來(lái)的??滓簿哂绣F度,使用有錐度的??桌z時(shí),起定徑作用的僅僅是錐狀??椎男《耍ㄒ?jiàn)圖1.3)。定徑區(qū)小,因而在拋光作業(yè)時(shí)的接觸面積小,那么由于拉絲模工作過(guò)程中作用在磨擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的存在,極易使表面或次表面形成裂紋。由此造成??讋×夷p,線材拋光質(zhì)量差。其次,針狀磨頭是手工修制的,磨頭形狀極難呈現(xiàn)理想圓錐形。因此,在研磨過(guò)程中,由于針磨頭呈錐面,徑向分力存在,且?guī)缀醪豢赡芡耆胶?,由此而產(chǎn)生的偏心力使懸置的磨頭呈現(xiàn)撓曲,從而加工出偏心的???。另一方面,由于模頭的不規(guī)則,在磨削過(guò)程中出現(xiàn)高頻交變應(yīng)力,以致產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)于一個(gè)“ 懸臂梁”結(jié)構(gòu),在加工過(guò)程中存在的振動(dòng),將對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的壽命有所影響。
圖2.1拉絲模的拉拔過(guò)程
從考核產(chǎn)品或設(shè)備可靠性的角度一看,主要指標(biāo)是壽命和性能。顯而易見(jiàn),針磨工藝是比較落后的。所以就要求改進(jìn)國(guó)內(nèi)的拉絲模拋光技術(shù),本課題就是在消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,研制出高速線拋光機(jī)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)外拉絲模拋光機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)拉絲模制造工業(yè)從八十年代起,發(fā)展較快,但總的來(lái)說(shuō)與國(guó)外還有不小的差距,我國(guó)制模工業(yè)還比較落后,加強(qiáng)制模管理,提高拉絲模的質(zhì)量水平,推動(dòng)制模工藝技術(shù)的進(jìn)步是當(dāng)前的重要課題。八十年代以來(lái),我國(guó)金屬線材加工行業(yè)有好幾十個(gè)廠家,先后引進(jìn)了上百臺(tái)高速拉線設(shè)備,在使用過(guò)程中,由于種種原因,普遍未達(dá)到設(shè)計(jì)水平已成為刻不容緩的重要任務(wù)。
研磨工藝是拉絲模成型的主要工序。它分為三個(gè)步驟,粗磨、細(xì)磨(精磨)、拋光。加工方法基本相似,但使用磨料不一。據(jù)中國(guó)機(jī)床商業(yè)網(wǎng)報(bào)道,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種模具的加工工藝要求越來(lái)越高。提高模具拋光的速度和質(zhì)量使我國(guó)模具制造工藝達(dá)到世界先進(jìn)水平,已成為刻不容緩的重要課題。目前,國(guó)外拉絲模拋光效果最好的是日本、美國(guó),而意大利、瑞典、丹麥等國(guó)拋光質(zhì)量次之。
1.3 課題研究?jī)?nèi)容與思路
1.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容
本課題在結(jié)合中國(guó)的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,開(kāi)發(fā)一種高效、優(yōu)質(zhì)的拉絲模拋光生產(chǎn)設(shè)備,主要針對(duì)拉絲模拋光機(jī)的卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反求設(shè)計(jì),對(duì)拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
本課題的卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指夾持拉絲模,并帶動(dòng)拉絲模一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),主要包括以下幾個(gè)方面:其一,將拉絲模定位夾緊,要拋光拉絲模的內(nèi)孔就必須要確保拉絲模的定位定心精度;其二,將帶運(yùn)動(dòng)拉絲模一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),該拉絲模拋光機(jī)的工作原理是利用拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及拉絲模的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)拉絲模內(nèi)孔進(jìn)行拋光的,所以該卡具機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)就是將拉絲模固定在一定的高度并且使其能夠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以課題根據(jù)拉絲模的主要工藝過(guò)程,設(shè)計(jì)出的卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要有以下幾個(gè)部分:夾緊、旋轉(zhuǎn)。該課題的控制系統(tǒng)是指能使拋光絲作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。
1.3.2課題的研究思路
本課研究的主要設(shè)計(jì)思路是:
(1)通過(guò)查資料、結(jié)合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)和機(jī)械線材行業(yè)的發(fā)展需要,設(shè)計(jì)拉絲模拋光機(jī)卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的大體部件。
(2)采用Pro/E軟件初步設(shè)計(jì)出拉絲模拋光機(jī)的主體結(jié)構(gòu),以及各個(gè)附屬機(jī)構(gòu)。
(3)根據(jù)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算,確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的材料。
(4)繪制主體結(jié)構(gòu)的三維圖紙和工程圖紙,關(guān)鍵零件的三維圖紙、工程圖紙和有限元分析。
(5)通過(guò)計(jì)算完成各個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的自由度的分析和計(jì)算;分析各個(gè)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)的方程。
(8)根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過(guò)程,編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
1.4 本章小結(jié)
結(jié)合三維實(shí)體建模技術(shù)、二維建模技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等技術(shù)對(duì)原有的拉絲模拋光機(jī)進(jìn)行整體反求創(chuàng)新改造設(shè)計(jì),用液壓系統(tǒng)來(lái)代替連桿機(jī)構(gòu)對(duì)拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制,同時(shí),對(duì)操作人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)可以加速生產(chǎn)效率和質(zhì)量。應(yīng)用以上的分析我們?cè)O(shè)計(jì)的拉絲模拋光機(jī)一定能滿足生產(chǎn)者的需求,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳步,獲得更大的利潤(rùn)。
第2章 設(shè)計(jì)方案的確定
2.1 拉絲模的拋光過(guò)程分析
根據(jù)本課題——拉絲模拋光機(jī)的反求創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求及所要實(shí)現(xiàn)的加工功能,即,拉絲模的夾持旋轉(zhuǎn)和拋光絲對(duì)拉絲模內(nèi)孔拋光的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其整個(gè)拉絲模拋光機(jī)的拋光過(guò)程為:
裝夾拉絲模 裝夾拋光絲 起動(dòng)機(jī)器 拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng) 拋光???
從拋光過(guò)程可以看出,拉絲模拋光機(jī)的主要工作部件是拋光絲的往復(fù)移動(dòng)和拉絲模的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),拋光絲在控制系統(tǒng)的作用下在拉絲模內(nèi)孔內(nèi)上下移動(dòng),而拉絲模在夾持機(jī)構(gòu)——卡具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的固定下通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),拋光絲和拉絲模的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨擦,從而對(duì)模孔定徑區(qū)進(jìn)行拋光加工。
2.2 課題方案的分析與確定
根據(jù)拉絲模拋光機(jī)的拋光過(guò)程,設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)可行性方案,分別如下。
2.2.1方案設(shè)計(jì)一
拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控系統(tǒng)控制,這種控制系統(tǒng)要求操作人員要具有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí),能熟練掌握零件的工藝規(guī)程并且編制其加工程序,目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用局限性還比較小。
2.2.2方案設(shè)計(jì)二
用磨液射流磨削拋光拉絲模模芯。磨液射流磨削拋光原理是磨液在高速氣流的帶動(dòng)下,通過(guò)噴射,得到很高和速度。磨削拋光時(shí),雖然磨粒的質(zhì)量很小,但因速度很高,故磨料具有足夠的動(dòng)能對(duì)金屬或非金屬表面進(jìn)行磨削拋光加工。磨削拋光時(shí),作用于工件表面上的沖擊力可分解為水平分力Px和垂直分力Py(如下圖所示)。
a)受力圖 b)拋光機(jī)的組成
圖2.2 磨液射流磨削拋光原理
這種拋光機(jī)主要適用于生產(chǎn)中的各種復(fù)雜曲表面的拋光。
2.2.3方案設(shè)計(jì)三
采用液壓控制系統(tǒng)來(lái)控制拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式,它采用液壓完成傳遞能量的過(guò)程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性,液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì),來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用這種元件來(lái)組成所需要的各種控制回路,再由若干回路有機(jī)組合成為完一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。
液壓缸的活塞桿在液壓油的推動(dòng)下上下移動(dòng),而活塞桿通過(guò)絲夾頭與拋光絲連接,并帶動(dòng)拋光絲作往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而對(duì)拉絲模內(nèi)孔進(jìn)行拋光。這種控制系統(tǒng)既保證了拉絲模內(nèi)孔的加工精度,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)要求不如數(shù)控系統(tǒng)的高,而適用范圍又比較廣。所以,綜上所述,該拉絲模拋光機(jī)拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制。
第3章 拉絲模拋光機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
綜合拉絲模拋光機(jī)系統(tǒng)的原理圖(圖2.1)可知分為兩種傳動(dòng)系統(tǒng),一為拉絲模夾持機(jī)構(gòu)采用直接驅(qū)動(dòng)方式,由于是旋轉(zhuǎn),故選擇帶傳動(dòng)。這是根據(jù)給定條件、機(jī)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單明了、機(jī)構(gòu)相容性等選擇的方案。二為拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng),由于拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比較快,采用雙作用單活塞液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)。原理是將液體壓力能轉(zhuǎn)換成拋光絲的往復(fù)移動(dòng)并對(duì)外做功。用液壓系統(tǒng)控制的拉絲模拋光機(jī)其系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。拉絲模拋光機(jī)的原理圖如3.1所示,三維造型如圖3.2所示。
圖3.1拉絲模拋光機(jī)原理圖
1-油箱;2-濾油器;3-齒輪泵;4-溢流法;5-節(jié)流閥;6-壓力表;7-液動(dòng)換向閥;8-機(jī)動(dòng)換向閥;9-液壓缸;10-絲夾頭;11-夾具;12-工件;13-軸承;14-帶;15-帶輪;16-電動(dòng)機(jī)
圖3.2拉絲模拋光機(jī)三維圖
3.1 拉絲模拋光機(jī)的液壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介
3.1.1 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)
液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比具有傳遞功率大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、換向迅速、能無(wú)極高速以及容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。金屬切肖加工時(shí),工藝系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性對(duì)工件加工精度的影響是至關(guān)重要的。因此,作為精加工機(jī)床,液壓傳動(dòng)在磨床上被廣泛采用。目前各種磨床的液壓系統(tǒng)主要用來(lái)完成快速進(jìn)退的輔助運(yùn)動(dòng)、磨輪架的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及工作臺(tái)縱向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等。所以拉絲模拋光機(jī)中拋光絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制。
3.1.2 拋光絲往復(fù)移動(dòng)的液壓系統(tǒng)
圖2.2為簡(jiǎn)化后的拉絲模拋光機(jī)拋光絲液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。圖中電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪液壓泵旋轉(zhuǎn),于是油箱中的液壓油經(jīng)濾油器過(guò)濾后流向液壓泵吸油口,經(jīng)液壓泵向系統(tǒng)輸出。壓力油流過(guò)節(jié)流閥的開(kāi)口,再經(jīng)換向閥的右通道進(jìn)入液壓缸的右腔,液壓推動(dòng)活塞連同拋光絲一起向左運(yùn)動(dòng)。液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥的左通道流回油箱。若將換向閥閥心移至右端,此時(shí)液壓泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入換向閥左腔,推動(dòng)活塞連同拋光絲向右運(yùn)動(dòng)。液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥另一通道流回油箱。
調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口大小,可以改變油液通過(guò)的流量大小,從而控制拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。
齒輪液壓泵供給系統(tǒng)的流量是恒定的。當(dāng)節(jié)流閥閥口較小,通過(guò)的流量小于液壓泵的供油量時(shí),系統(tǒng)的油壓升高,溢流閥的閥芯在底部液壓推力作用下壓縮上部彈簧而向上移動(dòng),使閥口打開(kāi),系統(tǒng)中多余的壓力油便以溢流閥回油箱。因此,調(diào)節(jié)溢流閥彈簧頂緊力的大小,可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力的大小。
當(dāng)液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)到左端時(shí),活塞桿碰到左邊的二位二通機(jī)動(dòng)換向閥的閥桿,左邊的機(jī)動(dòng)換向閥的閥口打開(kāi),液壓油并通過(guò)機(jī)動(dòng)換向閥流入液動(dòng)換向閥,液動(dòng)換向閥的閥心右移,左邊的閥口并被打開(kāi)液壓油從液動(dòng)換向閥流入液壓缸推動(dòng)活塞右移,機(jī)動(dòng)換向閥的在彈簧力的作用下回復(fù)原位,機(jī)動(dòng)換向閥的閥口關(guān)閉;當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)到右邊,碰到右邊的機(jī)動(dòng)換向閥的閥桿,右邊機(jī)動(dòng)換向閥的閥口打開(kāi),液壓油從液動(dòng)換向閥的右腔流入液動(dòng)換向閥推動(dòng)閥心左移,液動(dòng)換向閥的右閥口被打開(kāi),液壓油通過(guò)換向閥流入液壓缸右腔推動(dòng)活塞左移,右邊的機(jī)動(dòng)換向閥閥口在彈簧作用下關(guān)閉,這樣就達(dá)到了活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若將換向閥的手柄扳至中間位置,其閥芯亦處于中間位置,堵死了換向閥的進(jìn)油與回油口,此時(shí)工作液壓缸左右兩腔即不進(jìn)油也不回油,拋光絲停至某位置。液壓泵輸出的壓力油全部通過(guò)溢流閥流回油箱。為了安全保險(xiǎn)起見(jiàn),在液壓缸兩頭的機(jī)座上分別裝有兩個(gè)機(jī)動(dòng)換向閥,一個(gè)失效后就由另一個(gè)起作用。
機(jī)動(dòng)換向閥又稱(chēng)行程閥,這種閥必須安裝在執(zhí)行元件附近,在執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)工作部件的行程中,裝在工作部件一側(cè)的擋塊或凸塊移動(dòng)到預(yù)定位軒時(shí)不壓下閥心,使閥換位。機(jī)動(dòng)換向閥通常是彈簧復(fù)位式的二位閥。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠,換向位置精度高,改變擋塊的迎角或凸輪外形,可使閥心獲得合適的換向速度,減小換向沖擊。
顯然,整個(gè)液壓系統(tǒng)由動(dòng)力、執(zhí)行、控制大部分組成。動(dòng)力部分由液壓泵將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能;執(zhí)行部分由執(zhí)行液壓缸將液壓泵輸出的液體壓力能轉(zhuǎn)換成工作部件移動(dòng)的機(jī)械能;控制部分由各類(lèi)閥組成,以控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力、流量以及流向等,使系統(tǒng)各動(dòng)作協(xié)調(diào),以滿足工作需要。
3.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.2.1 主要技術(shù)指標(biāo):
(1)電源:220V 50Hz 550W
(2)加工孔徑范圍:0.015~4.00mm
(3)模座搖擺角度:0-20度
(4)模座轉(zhuǎn)速:850轉(zhuǎn)/分(無(wú)級(jí))
(5)沖程速度:0-200次/分(無(wú)級(jí))
(6)沖程幅度:80mm
(7)定時(shí)時(shí)間:1秒~99分99
(8)拉絲模拉拔力:F=4524N
3.2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
(1)分析設(shè)計(jì)要求,繪制液壓系統(tǒng)草圖
按設(shè)計(jì)要求,希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,估計(jì)到系統(tǒng)的功率不會(huì)很大,且連續(xù)工作,所以決定采用單個(gè)定量泵、非御荷式供油系統(tǒng),為提高穩(wěn)定性與可靠性,采用溢流閥與節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量,進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的。
液壓系統(tǒng)如圖3.3:
圖3.3拋光絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
1-油箱;2-濾油器;3-齒輪液壓泵;4-壓力表;5--液壓缸;6-液動(dòng)換向閥;7-機(jī)動(dòng)換向閥
8-節(jié)流閥;9-溢流閥
(2)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓缸是液壓與氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件,它與主機(jī)及主機(jī)的工作結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系。不同的機(jī)型和工作機(jī)構(gòu)對(duì)液壓缸則有不同的工作要求。因此在設(shè)計(jì)液壓缸之前,應(yīng)了解主機(jī)的用途和工作條件,工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載值、速度、行程大小和動(dòng)作要求,液壓系統(tǒng)的選定的工作壓力和流量等,以作為設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。由于工作條件的不同和要求的多樣性也很難標(biāo)準(zhǔn)化。一般均要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和計(jì)算,其步驟如下:
① 根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求,選擇液壓缸的類(lèi)型和安裝形式;
② 形卡根據(jù)外負(fù)載大小確定液壓缸工作壓力
③ 據(jù)系統(tǒng)工作壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比,確定液壓缸的主要尺寸(如內(nèi)徑、活塞桿直徑、缸壁厚度等);
④ 根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的行程和速度要求,確定液壓缸的長(zhǎng)度和流量以及進(jìn)出口的尺寸;
⑤ 根據(jù)工作壓力及選用的材料,進(jìn)行液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(確定缸蓋、活塞的連接形式和結(jié)構(gòu)贓等);
⑥ 確定導(dǎo)向、密封、防塵、緩沖和排氣等裝置的形式;
⑦ 繪制液壓缸裝配圖。
(3)液壓缸的基本尺寸的確定及校核
①初選液壓缸的工作壓力
由參考文獻(xiàn)[1]表9.4,取液壓缸工作壓力為2Mpa。
②確定液壓缸的幾何參數(shù)
因?yàn)椴捎秒p桿液壓缸,所以
按工作壓力,可以選桿徑 d=0.3D,代入上式,求得
一般可取背壓 =0.5MPa(對(duì)低壓系統(tǒng)而言),代入上式有:
因?yàn)閽伖饨z上的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉拔力,所以按文獻(xiàn)[1]表3.1-2,表3.1-6取進(jìn)給液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為:D= 63mm,d=20mm。
③確定液壓缸的缸筒長(zhǎng)度L及壁厚
液壓缸缸筒長(zhǎng)度等于其有效工作行程的一半加上活塞寬度。
L=80/2+(0.6~1)D=77.8~103mm
當(dāng)額定壓力 時(shí),取
=,
液壓缸壁厚用薄壁筒計(jì)算公式來(lái)求:
液壓缸缸筒外徑
取壁厚=5mm,缸筒外徑=73mm。
(4)確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式
液壓缸的結(jié)構(gòu)形式是指它的類(lèi)型、安置方式、密封形式、緩沖裝置、排氣裝置等。
據(jù)設(shè)計(jì)要求液壓缸采用裝配活塞、雙桿、缸體固定。采用雙桿可以使活塞桿在工作時(shí)處于受拉伸應(yīng)力狀態(tài),有利于提高活塞桿的穩(wěn)定性,并且可以減少活塞桿的直徑?;钊喜捎脙蓚€(gè)O型密封圈,缸蓋上因?yàn)閴毫Σ桓撸瑮U徑較小,所以采用一個(gè)U型橡膠密封圈,還加了一個(gè)防塵圈。
由于拋光絲作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)方向上沒(méi)有嚴(yán)格的定位要求,所以不必采用緩沖結(jié)構(gòu)。快退時(shí)可以采用電氣行程開(kāi)關(guān)預(yù)先發(fā)訊,使三位四通換向閥切換至中位,拋光絲停住,避免剛性沖擊,排氣設(shè)置放氣螺塞。
(5)計(jì)算液壓缸主要零件的強(qiáng)度和剛度
從以上計(jì)算可以看出,對(duì)于小型低壓()液壓缸,按強(qiáng)度條件計(jì)算出來(lái)的缸壁厚度尺寸是很小的。因此在設(shè)計(jì)這類(lèi)液壓缸時(shí),可以先不計(jì)算而直接按機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸的需要直接設(shè)計(jì)制圖,然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。這樣做在一般情況下,均可滿足強(qiáng)度要求。而對(duì)于高壓液壓缸或鑄鐵材料的缸體,缸壁的強(qiáng)度估算是必要的,這樣可以避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖的返工和修改。
對(duì)于缸蓋、活塞桿、聯(lián)結(jié)件,鑒于與上相同的原因,強(qiáng)度計(jì)算一般亦可以放在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的強(qiáng)度校核中進(jìn)行。
(6)完成液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部分零件
液壓缸的活塞速度一般可取b0.4D,同時(shí)應(yīng)該考慮到密封圈安裝時(shí)的必要幾何尺寸。缸蓋應(yīng)該考慮到進(jìn)油及加工工藝要求,缸蓋連接算計(jì)應(yīng)考慮必要的導(dǎo)向與支承結(jié)構(gòu)尺寸。
根據(jù)上述液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及內(nèi)徑、桿徑、行程等要求,進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),液壓缸的零件設(shè)計(jì)可參閱有關(guān)資料或手冊(cè),其液壓缸裝配圖見(jiàn)附錄。
(7)確定液壓泵規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)
①確定液壓泵規(guī)格
②確定缸的最大流量
③確定液壓泵流量
由于系統(tǒng)中只有一個(gè)液壓缸,所以上面所處的最大流量即是系統(tǒng)的最大理論供油流量。另外考慮到泄漏流量和溢流閥的溢流流量,可以取液壓泵流量為系統(tǒng)最大理論流量的1.1~1.3倍。現(xiàn)取1.1倍值計(jì)算,則有
由于系統(tǒng)中只有一個(gè)液壓缸,所以缸的最大流量即為系統(tǒng)的最大理論供油流量。另外考慮到泄漏流量和溢流閥的溢流流量,可以取液壓泵流量為系統(tǒng)最大理論流量的1.1~1.3倍。現(xiàn)取1.1倍值計(jì)算,則有
查產(chǎn)品樣本,采用低壓齒輪泵,選取 CB-B50型為系統(tǒng)工程的供油泵。其額定流量為50L/ min,額定壓力為2.5MPa,額定轉(zhuǎn)速為1450r/min。
④確定電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率
P=
按 CB-B50型齒輪泵技術(shù)規(guī)格,查得的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為2.6KW,或取功率略大一點(diǎn)的交流電機(jī)。查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品,選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L2-4,額定功率為3KW,轉(zhuǎn)速為 1500r/min。
⑤確定泵和電機(jī)的聯(lián)接
泵和電機(jī)的聯(lián)接采用聯(lián)軸器,聯(lián)軸器是用來(lái)連接兩軸使其一同回轉(zhuǎn)并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的一種常用部件?;剞D(zhuǎn)過(guò)程中被連接的兩軸不能脫開(kāi),必須在機(jī)器停車(chē)時(shí)將連接拆卸后才能使兩軸分離。
用聯(lián)軸器連接的兩軸,由于制造和安裝誤差、受載后的變形以及溫度變化等因素的影響,往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中,兩軸間會(huì)產(chǎn)生一定程度的相對(duì)位移。因此,除了要注聯(lián)軸器能傳遞所需的轉(zhuǎn)矩,還應(yīng)在一定程度上具有補(bǔ)償兩軸間相對(duì)位移的性能。
聯(lián)軸器分剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器三大類(lèi)。
剛性聯(lián)軸器由剛性連接元件組成,元件之間不能相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而不具有補(bǔ)償兩軸間相對(duì)位移和緩沖減振的能力,只能用于補(bǔ)連接兩軸在安裝時(shí)能?chē)?yán)格對(duì)中和工作中不會(huì)發(fā)生任何相對(duì)位移的場(chǎng)合。剛性聯(lián)軸器主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等,其中凸緣聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。
凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器和連接螺栓組成。兩半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸相連接,同時(shí)它們?cè)儆寐菟ㄏ嗷ミB接。凸緣聯(lián)軸器有兩種對(duì)中方式:一種是利用兩個(gè)半聯(lián)軸器接合端面上凸出拭目以待對(duì)中榫和凹入的榫槽相配合對(duì)中,其對(duì)中精度高,工作中靠預(yù)緊普通螺栓在兩個(gè)半聯(lián)軸器的接觸面間產(chǎn)生的磨擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩,裝拆時(shí)軸必須作軸向移動(dòng),不太方便,多用于不常裝拆的場(chǎng)合;另一種是采用鉸制孔用螺栓對(duì)中,工作中靠螺栓桿的剪切和螺栓桿與孔壁間的擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩,其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。若傳遞轉(zhuǎn)矩不大,可以一半采用鉸制孔用螺栓,另一半采用普通螺栓,這種結(jié)構(gòu)裝拆時(shí)軸不需作軸向移動(dòng),只需拆卸螺栓即可,比較方便,可用于經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。
凸緣聯(lián)軸器的材料可采用35、45鋼或ZG310-570,當(dāng)外緣圓周速度時(shí)可采用HT200。
凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,工作可靠,維護(hù)簡(jiǎn)便,常用于載荷平穩(wěn)、兩軸間對(duì)中性良好的場(chǎng)合,使用時(shí)應(yīng)注意設(shè)置防護(hù)罩等安全防護(hù)裝置。
套筒聯(lián)軸器能過(guò)一個(gè)公用套筒并采用鍵、銷(xiāo)或花鍵等零件,使兩軸相連接。在采用鍵或花鍵連接時(shí),應(yīng)采用錐頂緊定螺釘作軸向固定。為了保證連接具有一定的對(duì)中精度和便于套筒的裝拆,套筒與軸通常采用H7/k6的配合。
套筒聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,徑向尺寸小,成本較低。其缺點(diǎn)是傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較小,裝拆時(shí)軸需作軸向移動(dòng),有時(shí)不太方便。套筒聯(lián)軸器通常適用于兩軸間對(duì)敵中性良好、工作平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩不大、徑向尺寸受限制、轉(zhuǎn)速低()的場(chǎng)合,如機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中。軸的直徑一般小于100mm,采用半圓鍵連接時(shí),軸徑小于35mm。
撓性聯(lián)軸器主要用于兩軸工作中有相對(duì)位移的場(chǎng)合。撓性聯(lián)軸器可分為無(wú)彈性聯(lián)軸器、非金屬無(wú)件撓性聯(lián)軸器、金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器和組合撓性聯(lián)軸器。
無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器:這類(lèi)聯(lián)軸器的組成零件間具有相對(duì)可移性,因而可以補(bǔ)償兩面軸間的相對(duì)位移,但因無(wú)彈性元件,故不能緩沖減振。一般多用于機(jī)器剛性較差,工作中工件不能完全對(duì)中的場(chǎng)合。
非金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器:用于工作載荷不平穩(wěn)有沖擊和振動(dòng)的場(chǎng)合。其常用類(lèi)型有如下幾種,彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器。
彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相似,只是用套有彈性套的柱銷(xiāo)代替了連接螺栓。柱銷(xiāo)的一端以圓錐成與一半聯(lián)軸器上的圓錐孔相配合,并用螺母固定。另一端套裝有整體式彈性套,與另一半聯(lián)軸器凸緣上的圓柱形孔間隙配合。因彈性套的彈性變形和間隙配合,從而使聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩面軸相對(duì)位移的能力和能動(dòng)沖吸振的功能。兩半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。彈性套柱銷(xiāo)習(xí)軸器制造容易,裝拆方便,成本較低,其彈性套易磨損,但更換方便,主要適用于起動(dòng)頻繁、需正反轉(zhuǎn)的中、小功率傳動(dòng),工作環(huán)境溫度應(yīng)在負(fù)的20度到70度的范圍內(nèi)。
彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器與彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器很相似,但結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。柱銷(xiāo)同尼龍制成,強(qiáng)度高于橡膠,具有較好的耐磨性,工作時(shí)靠柱銷(xiāo)的剪切和擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩,因而承載能力較大,壽命也較長(zhǎng)。為了增大補(bǔ)償量,可將柱銷(xiāo)的一端拷貝成鼓形。為防止柱銷(xiāo)滑出,在兩半聯(lián)軸器的外側(cè)設(shè)置有固定擋板,這種聯(lián)軸器允許補(bǔ)連接的兩軸間有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和偏角位移,適用于沖擊載荷不大、軸向竄動(dòng)較大、起動(dòng)頻繁、正反轉(zhuǎn)多變的場(chǎng)合。因尼龍有吸水性,尺寸穩(wěn)定性差,導(dǎo)熱率低,熱膨脹系數(shù)大,使用中應(yīng)限制工作溫度在負(fù)20度到70度的范圍內(nèi)。
輪胎式聯(lián)軸器是利用輪胎狀橡膠元件用螺栓與兩個(gè)半聯(lián)軸器連接,實(shí)現(xiàn)兩軸的連接。主要用于有較大沖擊、需頻繁起動(dòng)或換向、潮濕、多塵的場(chǎng)合。
金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器具有體積小、強(qiáng)度高、傳遞轉(zhuǎn)矩大、緩沖減振性能好、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、耐熱、耐寒等特點(diǎn)。
綜上所述,該拉絲模拋光機(jī)屬于起動(dòng)頻繁的中、小功率傳動(dòng),又考慮到裝拆需求及經(jīng)濟(jì)成本,所以泵和電機(jī)的連接選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。聯(lián)軸器圖見(jiàn)附錄。和以待益15151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515
⑥校核聯(lián)軸器
查文獻(xiàn)[3]表17-3選型號(hào)為T(mén)L4的彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,其公稱(chēng)扭矩為
根據(jù)文獻(xiàn)[6]如下公式有,聯(lián)軸器的最大轉(zhuǎn)矩為:
式中 ——聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩();
——聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)。
查表[6]3.12-2有,,電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為:,將這兩個(gè)數(shù)據(jù)代入上式有:
因此,所選的聯(lián)軸器符合要求。
(8)確定各類(lèi)控制
系統(tǒng)工作壓力為 2MPa,油泵額定最高壓力為 2.5MPa,所以可以選取額定壓力大于或等于2.5MPa的各種元件,其流量按實(shí)際情況分別選取。
目前中低壓系統(tǒng)的液壓元件,多按 6.3MPa系列的元件選取,所以可以選取。溢流閥的型號(hào)為:Y-63B
換向閥的型號(hào)為: 34Y-100BZ
節(jié)流閥型號(hào)為: L-63B
濾油器可選用型號(hào)為WU-6363的網(wǎng)式濾油器,過(guò)濾精度為 100m。
表3.1液壓元件明細(xì)表
序號(hào)
元件名稱(chēng)
可通過(guò)的最大流量(L/min)
型號(hào)
1
齒輪泵
44.85
CB-B50
2
機(jī)動(dòng)換向閥
44.85
O
3
液動(dòng)換向閥
44.85
34Y-63BZ
4
節(jié)流閥
44.85
L-63B
5
溢流閥
44.85
Y-63B
6
濾油器
44.85
WU-6363
7
壓力表開(kāi)關(guān)
K-6B
管道通徑與材料,閥類(lèi)一經(jīng)選定,管道的通徑基本上已經(jīng)決定,這是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的一大方便。只有在有特殊需要時(shí)才按管內(nèi)平均流速的要求計(jì)算道通徑。按標(biāo)準(zhǔn):
①通徑
流量44.85L/min處,選用 15mm通徑的管道。
為了便于安裝,可以采用紫銅管,擴(kuò)口接頭安裝方式.
②壁厚
按強(qiáng)度公式有:
其中,紫銅的[]=25MPa,為安全起見(jiàn),取p=2MPa來(lái)計(jì)算
所以可以取15、壁厚1mm的紫銅管。考慮到擴(kuò)口處管子的強(qiáng)度,壁 厚可以略有增加,一般按常用紫銅管的規(guī)格選取即可(對(duì)低壓系統(tǒng)而言),對(duì)高壓系統(tǒng)必須進(jìn)行計(jì)算。
(9)油箱設(shè)計(jì)
①確定油箱容積與結(jié)構(gòu)
因?yàn)槭堑蛪合到y(tǒng),油箱容積按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
油箱容積V=(2~4)q
現(xiàn)取V=4q=480=320 L
由JB/T7938-1995,取油箱箱容積為400L。
結(jié)構(gòu)可以采用開(kāi)式、分立、電動(dòng)機(jī)垂直安裝式標(biāo)準(zhǔn)油箱。
材料:油箱體由A3鋼板焊接而成,箱底用Q235鋼板,其厚度等于或略大于箱體側(cè)壁鋼板的厚度,油箱蓋多用鑄鐵或鋼板兩種材料制造。
②基本結(jié)構(gòu)
為了在相同的容量下得到最大的散熱面積,油箱外形為立方體可長(zhǎng)六面體為宜。油箱的頂蓋上一般要安放泵和電動(dòng)機(jī)以及閥的集成裝置等,據(jù)此可基本確定箱蓋的尺寸;另外,油箱的結(jié)構(gòu)尺寸即油箱三個(gè)邊的比例,一般為1:1:1~1:2:3之間,可以計(jì)算出油箱三邊分別為:9mm、18mm、27mm。最高油面只允許達(dá)到箱高的80%,這樣就可基本確定箱高的尺寸。油箱一般用厚度為2.5~4mm的鋼板焊成,頂蓋要適當(dāng)加厚并用螺釘通過(guò)焊在箱體上的角鋼加以固定,頂蓋采用分塊的。泵、電動(dòng)機(jī)和閥的集成裝置可直接固定在頂蓋上,安裝板與頂蓋之間墊上橡膠板以緩和振動(dòng)。油箱底腳高度在150mm以上,以便散熱、搬移和放油。
③吸、回和泄油管的設(shè)置
泵的吸油管和系統(tǒng)回油管管口之間的距離盡可能遠(yuǎn),并且都插在最低油面之下。吸油管采用容易將過(guò)濾器從油箱內(nèi)取出的連接方式,所安裝過(guò)濾器的位置要在油面以下較深的部位,距油箱底面不得小于50mm,這是因?yàn)橛拖涞撞坑谐练e物,安裝太低時(shí)容易反雜質(zhì)吸入泵內(nèi)。吸油管離箱壁要有3倍管徑的距離,以便四面進(jìn)油;回油管口加工成45度斜口形狀,以增大通流截面,并面向箱壁,以利散熱和沉淀雜質(zhì)。回油管口在最低油面以下以防止回油時(shí)帶入空氣,這樣可使大量油液返回油箱時(shí)不會(huì)劇烈地?cái)_動(dòng)油面,從而可以防止氣泡混入油中,并能使高溫油迅速流向易于散熱的油箱四壁,同時(shí)離箱底大于管徑的2~3倍,以免飛濺起泡。閥的泄油管口在液面之上是為了避免產(chǎn)生背壓;液壓馬達(dá)和液壓泵的泄油管引入液面之下是為了避免吸入空氣。
④隔板設(shè)置
在油箱中設(shè)置隔板是為了將吸、回油隔開(kāi),迫使油液循環(huán)流動(dòng),分離回油帶進(jìn)來(lái)的氣泡與雜質(zhì),利于散熱和常常。為了使散熱好,應(yīng)使液流在油箱中有較長(zhǎng)的流程式,并且與四壁都接觸。設(shè)置兩個(gè)油板,油箱底部加工有傾斜度,并在最低處設(shè)置放油塞。
⑤空氣濾清器與液位計(jì)的設(shè)置
空氣濾清器的作用是使油箱與大氣相通,保證泵的自吸能力,濾除空氣中的灰塵雜物,兼作加油口用。據(jù)齒輪泵的大小來(lái)選擇空氣濾清器的容量大小。布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處。
液位計(jì)用于監(jiān)測(cè)油面高度,其窗口尺寸滿足對(duì)最高與最低液位的觀察??諝鉃V清器和液位計(jì)都是標(biāo)準(zhǔn)件,可按需要查手冊(cè)選用。
⑥換油口與清洗窗口的設(shè)置
油箱底面做成斜面,在最低處設(shè)放油口,平時(shí)用螺塞堵住,換油時(shí)打開(kāi)放走油污。
⑦防污密封
油箱蓋板和窗口連接處均加有密封墊,各進(jìn)、油管通過(guò)的孔也都裝有密封墊。
油箱裝配圖見(jiàn)附錄。
(10)選擇液壓油
該系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)低壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng),一般可以選用10或20號(hào)液壓油。冷天用10號(hào)液壓油,熱天用20號(hào)液壓油。
第4章 拉絲模的相關(guān)設(shè)計(jì)
4.1 帶傳動(dòng)
4.1.1概述
如圖帶傳動(dòng)由主動(dòng)輪1、從動(dòng)輪2及緊套在其上的環(huán)形傳動(dòng)帶3組成。環(huán)形傳動(dòng)帶采用易彎曲的撓性材料制成。帶傳動(dòng)按工作原理可分為摩擦帶傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng),本機(jī)構(gòu)中采用的是摩擦帶傳動(dòng)(V帶傳動(dòng))。
圖4.1帶傳動(dòng)示意圖
4.1.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
(1)選擇V帶型號(hào)
根據(jù)要求選擇所需電動(dòng)機(jī),查文獻(xiàn)[3]選取型號(hào)為Y802-4,其額定功率為0.75KW,滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min,同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min,質(zhì)量為18kg。
確定計(jì)算功率,查文獻(xiàn)[10]表4.6得工作情況系數(shù)K=1.4,則有
按、=1390 r/min查文獻(xiàn)[6]的圖3.5-1,選O型V帶。
(2)確定帶輪直徑、
①選取小帶輪直徑:參考文獻(xiàn)[6]的圖3.5-1及表3.5-5,選取小帶輪直徑=71mm。
②驗(yàn)算帶速:
③確定從動(dòng)帶輪直徑:=,查表3.5-5取=112mm。
④計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比:
⑤驗(yàn)算從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速:,(880-850)/850100%=3.5%,所以允許。
(3)確定中心距和帶長(zhǎng)
①初選中心距:
,
取=250 mm。
②計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度:
由文獻(xiàn)[10]的表4.2得=800 mm。
③計(jì)算中心距:
④確定中心距高速范圍:
4.驗(yàn)算小帶輪包角:
,
合適。
(5)確定V帶根數(shù)z
①確定額定功率:
由=71mm、=5m/s和=6m/s,查設(shè)計(jì)手冊(cè)得Z型V帶的額定功率分別為0.53KW和0.62KW,用線性插值法求=5.27m/s時(shí)的額定功率值,
=
②確定V帶根數(shù)z:(-包角系數(shù),-長(zhǎng)度系數(shù)),查文獻(xiàn)[6]得=0.04KW,查表3.5-10得=0.98,表3.5-11得=1.0;
所以z根,取z=2根。
(6)計(jì)算單根V帶初拉力
查文獻(xiàn)[6]表3.5-1得單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.0612kg/m,
(7)計(jì)算對(duì)軸的壓力
(8)確定帶輪的結(jié)構(gòu)
=71mm,采用實(shí)心式結(jié)構(gòu);=112 mm的帶輪和拉絲模夾具體設(shè)計(jì)成一體,以便帶動(dòng)拉絲模一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)上面3.1.2所計(jì)算出的帶輪結(jié)構(gòu)尺寸,利用Pro/E三維實(shí)體建??梢缘贸鰩л喌慕Y(jié)構(gòu)圖。其中小帶輪圖如圖4.2,大帶輪如圖4.3:
圖4.2小帶輪圖
圖4.3大帶輪圖
4.2電機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)
4.2.1確定小帶輪與電機(jī)連接處的鍵
電動(dòng)機(jī)的主要外形尺寸和安裝尺寸示意圖,如圖4.4所示。
圖4.4 電動(dòng)機(jī)的外形和安裝尺寸
所選電動(dòng)機(jī)的主要外形尺寸和安裝尺寸,查手冊(cè)[3]中表20-2,如表4-1和4-2所示。
表4-1電機(jī)安裝尺寸(單位:)
H
A
B
C
D
E
FⅹG
G
K
80
125
100
50
19
40
6ⅹ6
15.5
10
表4-2電機(jī)外形尺寸(單位:)
AB
AD
AC
HD
AA
BB
HA
L
160
150
85
170
34
130
10
285
(1)鍵連接的選擇
鍵連接的選擇包括類(lèi)型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。由于電機(jī)和小帶輪的材料都已經(jīng)確定了,據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和式作重要條件來(lái)選擇鍵連接的類(lèi)型;鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定。鍵的主要尺寸為截面尺寸b、h和長(zhǎng)度L。由于電機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)件,所以與之相關(guān)的鍵的基本尺寸b、h已經(jīng)確定為6、6;長(zhǎng)度L可參照輪轂長(zhǎng)度B從標(biāo)準(zhǔn)中選取,一般取 L=B-(5~10)mm,由B=40 mm查標(biāo)準(zhǔn)取L=32 mm,初選A型平鍵,材料為45鋼。
(2)鍵連接的強(qiáng)度校核
在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),各零件的受力如圖3.4所示。普通平鍵連接的主要失效形式是工作面的壓潰,按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算;導(dǎo)向平鍵和滑鍵的主要失效形式是工作面的過(guò)度磨損,按工作表面上的壓強(qiáng)進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。只有在嚴(yán)重過(guò)載情況下,平鍵連接才有可能出現(xiàn)如圖3.4沿a-a面的剪斷。
圖4.5平鍵連接情況
假設(shè)鍵的工作表面上載荷均勻分布,合成后的集中力F(圓周力)作用于接觸面高度中點(diǎn),參照?qǐng)D3.4,可得普通平鍵連接的擠壓強(qiáng)度條件
式中 T─傳遞的轉(zhuǎn)矩,單位為N. mm;
k─鍵與輪轂的接觸高度,單位為mm;
d─軸的直徑,單位為mm;
l─鍵的工作長(zhǎng)度,單位為mm;
[]─鍵、軸、輪轂3者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力,單位為MPa;
由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得電機(jī)的相關(guān)參數(shù)為d=19mm、k=3mm、l=L-b=32-6=26 mm,查參考文獻(xiàn)[10]的表12.1有[]=125~150MPa,則有
由以上可見(jiàn)所選鍵滿足強(qiáng)度要求。
4.2.2螺栓組連接設(shè)計(jì)
已知工作載荷,力的作用線在垂直方向上,底板高,其余尺寸見(jiàn)圖4.6。
設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4-2:
圖4.6電機(jī)螺栓組連接
表4.2螺栓連接設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
設(shè)計(jì)依據(jù)及內(nèi)容
設(shè)計(jì)結(jié)果
(1)螺栓組受力分析
① 水平方向上分力
② 垂直方向上分力
③ 翻轉(zhuǎn)力矩
由圖4.6知方向上不受力
(2)失效形式分析
該連接可能出現(xiàn)以下幾種失效形式:
(1) 在作用下,電機(jī)可能向下滑移;
(2) 最上邊的受拉螺栓可能被拉斷或產(chǎn)生塑性變形;
為防止滑移,應(yīng)保證有足夠的預(yù)緊力。
(3)計(jì)算作用下受力最大螺栓所受的最大工作拉力
由文獻(xiàn)[10]的式13.8
(4)計(jì)算最大工作拉力
(5)計(jì)算螺栓所受總拉力
① 計(jì)算預(yù)緊力
② 計(jì)算螺栓總拉力
由底板不滑移條件:
,可得:
查文獻(xiàn)[10]的表13.9得,則,取,,則
設(shè)計(jì)時(shí)取
——可靠度系數(shù);——接合面間的摩擦因子,接合面干燥時(shí),否則??;——螺栓個(gè)數(shù)。
(6)確定螺栓直徑
選螺栓材料35鋼,性能等級(jí)4.6級(jí),查表13.5得:,查表13.7取安全系數(shù),螺栓材料的許用應(yīng)力
由式13.21,,按GB196-81粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn),當(dāng),其
,可滿足要求,故可選M8的螺栓。
35鋼,4.6級(jí)
S=1.5
(7)校核接合面工作能力:
接合面上部不出現(xiàn)縫隙
由式13.9,
,故不會(huì)出現(xiàn)縫隙
(8)驗(yàn)算預(yù)緊力
對(duì)碳素鋼,要求
預(yù)緊力符合要求
所以電機(jī)的連接選用M8的普通螺栓連接。
4.3 拉絲模夾具設(shè)計(jì)
4.3.1 確定方案
根據(jù)已經(jīng)給定的未加工的硬質(zhì)合金拉絲模,其上下兩底面和圓周面的尺寸和精度已經(jīng)確定并加工好。該夾具是在拉絲模拋光時(shí)用來(lái)確定拋光絲與??椎奈恢镁龋⒛苁箳伖饨z對(duì)拉絲模中心孔進(jìn)行研磨拋光的機(jī)構(gòu)。
4.3.2 確定要限制的自由度
按照加工要求,拉絲模拋光機(jī)拋光模心時(shí)拋光絲做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),并且拉絲模在上下方向上不應(yīng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),因此應(yīng)限制拉絲模上下運(yùn)動(dòng)的自由度。拉絲模在異步電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下隨模座做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),相對(duì)模座來(lái)說(shuō)還要限制X-Y方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。另外兩個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)自由度已經(jīng)隨著拉絲模與模座的圓周面接觸受到了限制。即加工拉絲模時(shí)應(yīng)限制六個(gè)自由度,實(shí)現(xiàn)完全定位。
4.3.3定位方案選擇
拉絲模以其上下兩底面及其圓周面為定位基準(zhǔn),夾具體加工出與其相配合的孔用來(lái)定位拉絲模,利用壓板、雙頭螺柱和滾花螺母相配合來(lái)限制其五個(gè)自由度,最后在壓板上做一凸臺(tái),在拉絲模上做出與其相對(duì)應(yīng)的孔,安裝時(shí)兩者配合限制其最后的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,實(shí)現(xiàn)完全定位。
4.3.4 夾緊方案
根據(jù)工件夾緊的原則,如圖4.6所示,將工件放入夾具體內(nèi),夾具體加工出與工件配合的孔用來(lái)定位工件,利用壓板、圓柱頭六角螺釘相配合來(lái)限制除轉(zhuǎn)動(dòng)自由度外的其它五個(gè)自由度,最后在壓板上做一凸臺(tái),在工件上做出與其相對(duì)應(yīng)的孔,安裝時(shí)兩者配合限制其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,實(shí)現(xiàn)完全定位。由于工件和其夾具體需要在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此其夾緊裝置不宜太復(fù)雜,為使加緊可靠,裝拆方便,采用內(nèi)六角圓柱頭螺釘來(lái)固定。
夾具體 壓板 拉絲模 內(nèi)六角頭螺釘
圖4.6拉絲模夾具裝配圖
4.3.5夾具體與定位鍵
由于拉絲模形狀規(guī)則,且要加工的內(nèi)孔與拋光絲的位置已經(jīng)確定,故不需要另加對(duì)刀塊。
夾具體時(shí)用來(lái)固定工件并和機(jī)床連接的裝置。在該拉絲模拋光機(jī)中,夾具體和帶動(dòng)拉絲模轉(zhuǎn)動(dòng)的帶輪做成一體,以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu),節(jié)約成本。夾具體與軸承等部件一起安裝在夾具體座內(nèi),并通過(guò)夾具體底座固定在機(jī)床支承導(dǎo)軌上。這樣工件就和機(jī)床連接在了一起。
定位鍵是用來(lái)確定夾具與機(jī)床工作臺(tái)之間正確相對(duì)位置的元件。在該機(jī)床中,壓板上的凸臺(tái)除了有限制其自由度的作用以外,還起到定位鍵的作用,確保拉絲模的中心與拋光絲的軸心在一條直線上。為保證拉絲模在夾具體內(nèi)安裝穩(wěn)定,利用壓板、內(nèi)六角圓柱頭螺釘相配合把拉絲模固定在夾具體內(nèi),方便加工且提高精度,方便固定。
結(jié)論
本課題在結(jié)合國(guó)內(nèi)外拉絲模拋光機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和中國(guó)傳統(tǒng)工藝和生產(chǎn)實(shí)踐,反求創(chuàng)新設(shè)計(jì)拉絲模拋光機(jī)。該拉絲模拋光機(jī)利用線拋光工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的針磨工藝對(duì)拉絲模進(jìn)行修整,這大幅度的提高設(shè)備的可靠性、修整質(zhì)量和生產(chǎn)率,且延長(zhǎng)模具的使用壽命。在這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,本設(shè)計(jì)在參考大量的文獻(xiàn)基礎(chǔ)之上,結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求,主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:
(1)拉絲模拋光機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù)的確定;
(2)采用了三維軟件(Pro/E)設(shè)計(jì)拉絲模拋光機(jī)的主體結(jié)構(gòu),以及各個(gè)附屬機(jī)構(gòu);
(3)拉絲模拋光機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);
(4)設(shè)計(jì)和繪制了主體結(jié)構(gòu)的工程圖紙,關(guān)鍵零部件的三維設(shè)計(jì);
(5)根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過(guò)程,編寫(xiě)了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、繪制圖紙。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì),通過(guò)這次比較完整的拉絲模拋光機(jī)的反求創(chuàng)新設(shè)計(jì),我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài),和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力,同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平,而且通過(guò)對(duì)整體的掌控,對(duì)局部的取舍,以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗(yàn)得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多,過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件,各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn),各種管道的安裝方式,我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。
提高是有限的但提高也是全面的,正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái),也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力,更強(qiáng)的溝通力和理解力。
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[15] 倪小丹,楊繼榮,熊運(yùn)昌主編. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2007
[16] 陳鐵銘主編. 新編機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M]. 北京:高等教育出版社,2003
[17] 胡鳳蘭主編. 互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)[M]. 北京:高等教育出版社,2005
[18] 高為國(guó)主編. 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)少:中南大學(xué)出版社,2004
[19] 李世楠,段齊駿編著. 新型拉絲模高速線拋光機(jī)的工藝原理[J].南京:華東工學(xué)院,1988
[20] 徐慧,李天生,劉斷光編著. 磨液射流磨削拋光機(jī)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007
[21] Saleh M. Amaitik . S. Engin Kili?,An intelligent process planning system for prismatic parts using STEP features[J],Int J Adv Manuf Technol,15 February
2006
致謝
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲,作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì),由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo),以及一起工作的同學(xué)們的支持,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
一路走過(guò)來(lái),在感受苦楚和艱辛的同時(shí)也沐浴關(guān)愛(ài)和溫馨。在畢業(yè)完成之際,我謹(jǐn)向給予我教導(dǎo)和幫助過(guò)我的所有老師以及和我一起走過(guò)四年光陰的同學(xué)們致以衷心的感謝!
在這里首先要感謝我的導(dǎo)師譚立新老師。譚老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,從外出實(shí)習(xí)到查閱資料,設(shè)計(jì)草案的確定和修改,中期檢查,后期詳細(xì)設(shè)計(jì),裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為煩瑣,但是譚老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩譚老師的專(zhuān)業(yè)水平外,他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
另外,感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì),能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課題,并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,給予我們各種方便,使我們?cè)诩磳㈦x校的最后一段時(shí)間里,能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí),增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力,提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對(duì)我的母校表示感謝。
????感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué),和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過(guò)我?guī)椭幕锇閭儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里,我們?cè)僖淮窝堇[了團(tuán)結(jié)合作的童話,把一個(gè)龐大的,從來(lái)沒(méi)有上手的課題,圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭抛屛也粌H學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí),更讓我感覺(jué)到了知識(shí)以外的東西,那就是團(tuán)結(jié)的力量。
然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師,為我們打下機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ);同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們,正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
最后,謹(jǐn)以此稚嫩的論文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、親人、同學(xué)、和朋友們。我唯有在以后不斷地努力進(jìn)取,以學(xué)業(yè)和工作的繼續(xù)求索來(lái)感謝培育我的母校和所有關(guān)心我的師長(zhǎng)親朋!希望大家都幸??鞓?lè)!
附錄
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1. 拉絲模拋光機(jī)裝配圖
2. 液壓缸裝配圖
3. 油箱裝配圖
4. 夾具裝配圖
5. 夾具體圖
6. 夾具支座圖
7. 聯(lián)軸器圖
8. 小帶輪圖
9. 機(jī)座圖
10. 拉絲模拋光機(jī)三維圖
11. 絲夾頭圖
12. 工件圖
13. 軸承端蓋圖
LSMPGJ-00 A0
LSMPGJ-01 A1
LSMPGJ-02 A1
LSMPGJ-03 A3
LSMPGJ-04 A2
LSMPGJ-05 A3
LSMPGJ-06 A3
LSMPGJ-07 A3
LSMPGJ-08 A3
LSMPGJ-09 A3
LSMPGJ-10 A3
LSMPGJ-11 A4
LSMPGJ-12 A4