单柱校正压装液压机设计

第1章绪论1.1课题背景液压传动开始应用于十八世纪末，但在工业上被广泛应用的时间比较短。有大幅度的发展也就在近50年。因此，与其它传动方式比还是一项年轻的技术。当今液压技术广泛应用于工程机械、起重运输、冶金工业、农用机械，轻工业和机床工业。随着液压技术的不断发展，液压技术也广泛应用在高科技高精度的行业，如机床行业。它能代替人们一部分频繁而笨重的劳动，能在条件恶劣的环境中工作。特别在数控机床这类要求精度较高的领域有着不可代替的作用，出现了液压传动的自动化机床，组合机床和自动生产线等。在国防工业中，如飞机，坦克、火炮等都普遍采用了液压传动装置和液压控制装置。1.2发展趋势当今研究的主要内容是高压粘性流体在密闭容器中流动规律和系统中承受高压的粘性流体的运动规律。液压系统有着独特的优势。其有着体积小，重量轻，可实现无级变速，运动平稳，结构简单，操作方便，工作寿命长，液压元件易于通用化、标准化、系列化的特点。基于以上优点，处于新兴技术的液压系统在近些年得到了大幅度的发展，还有着广泛的发展空间。它正向高压化、高速花、集成化、大流量、大功率、高效率、长寿命、低噪音的方向发展。液压传动可以用很小的功率控制速度、方向。使用适当的节流技术可使执行元件的精度达到最高。其布局安装有很大的灵活性，同体积重量比却比其他机械小的多。因此能构成其他方法难以组成的复杂系统。液压传动能实现低速大吨位运动。采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分平稳。经过五周的毕业实习，让我们学到了很多以前没有学到的知识，也让以前学到的书本上的知识和现实生产相结合，让我门的专业知识有了进一步提高。特别是对液压系统有了更深的了解。在此基础上我们进一步分析Y41系列单柱校正压装液压机。它是一种多功能的中小型液压机床，适用于轴类零件、型材的校正和轴套类零件的压装。通过观察测绘，进行了毕业设计。在指导老师的指导下，我对设计多次改进，通过查阅相关资料手册，并多次向指导老师请教，对以前不懂的知识有了更好的认识。通过这次设计，我把大学所学的知识穿了线，知道了各知识之间的联系，对以后的工作有了很大的帮助。第2章方案论证2.1传动方案的论证目前冲压机床的传动方式主要有：液压式、气压式、电动式和机械传动方式等。传动装置的选择正确与否，直接决定着冲压机的好坏。1.气压传动的结构简单，成本低，易于实现无级变速；气体粘性小阻力损失小，流速快，防火防爆。但是空气易于压缩，负载对传动特性的影响大，不易在低温环境下工作。空气不易被密封，传动功率小。2.电气传动的优点是传动方便，信号传递迅速，标准化程度高，易于实现自动化，缺点是平稳性差，易受到外界负载影响。惯性大，换向慢，电气设备和元件要耗用大量的有色金属。成本高，受温度、湿度、震动、腐蚀等环境的影响大。3.机械传动准确可靠，操作简单，负载对传动特性几乎没有影响。传动效率高，制造容易和维护简单。但是，机械传动一般不能进行无级调速，远距离操作困难，结构也比较复杂等。4.液压传动与以上几种传动方式比较有以下优点：获得力和力矩很大，体积小，重量轻，能在大范围内实现无级调速，运动平稳，设计简单，操作方便，工作寿命长，易于通用化、标准化、系列化。它有很广阔的发展空间。从各方面考虑，液压传动系列基本符合设计要求，能达到预期的标准。所以，此次设计将采用液压传动。2.2控制元件的分析液压传动中主要有以下几种控制元件实现冲头的下压、保压和返回的过程。1.手动换向阀用人工操作控制阀芯的运动。手动换向阀又分为手动和脚动两种。优点是操作简单、灵活、容易控制。2.电磁换向阀通过电磁铁产生的电磁力来使阀芯运动，达到油路的转换。但由于受电磁铁吸引力的限制，电磁换向阀流量不能过大而且需要在回路中增加减速装置。3.插装阀是一种新型的开关式阀体，结构以锥阀为基础单位，配以不同的先导阀可实现对液流的方向、压力和流量大小的控制。其结构简单，动作反应快，适合高压大流量的场合。从设计课题上考虑，手动控制阀比较符合设计要求，完全可以满足性能要求，而且经济。所以选用手动换向阀。第3章液压机的设计及参数选择当决定采用液压传动时，其设计步骤大体可分以下几步：1.明确设计依据进行工况分析。2.确定液压系统的主要参数。3.拟订液压系统原理图。4.液压元件及液压油的选择。5.液压系统性能验算。6.绘制正式工作图和编制技术文件。设计一台液压机，其工作循环为：快速下行，减速下压，快速退回。由设计题目及已知参数可确定：冲压力FW：100吨=100×1000×9.8=0.98×106N生产率：4次/分=1次/15秒工作行程：500mm=0.5m最大冲压厚度：20mm=0.02m滑块的重量G：1.0×104N根据工艺要求，快速下降所用的时间为9s，运行的距离为0.48m。工进所用的时间为1s，运行的距离为0.02m。快退返回的时间为5s，其运行的距离为0.50m。得到各个工艺路线的速度参数如下：快速下行：行程：480mm速度：53mm/s减速下压：行程：20mm速度：20mm/s快退：行程：500mm速度：100mm/s单次循环的总时间是：9+1+5=15s液压缸采用Y型密封圈。其机械效率一般为0.9---0.95之间，本液压缸的效率取：ηm=0.95。第4章工况分析设计开始时，应该首先明确以下几个问题：1.弄清主机结构和总体布局2.明确主机对液压系统的性能要求3.明确主机的工作条件4.明确液压系统与其它传动系统和控制系统的分工配合、布置和相应的控制关系。5.了解搜集同类型机器的有关技术资料4.1动力（负载）分析及负载循环图动力分析就是一部机器在工作过程中执行机构的受力情况。由于工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的外负载为：F=Fe+Ff+Fi（4—1）式中Fe-----工作负载Ff-----摩擦负载Fi------惯性负载4.1.1摩擦负载摩擦负载就是液压缸驱动工作时所需要克服的机械摩擦阻力。由于详细计算比较烦琐，一般将它算入液压缸的机械效率ηcm中考虑。在这里不用考虑摩擦负载。4.1.2惯性负载惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力。计算公式为：Fi=ma=gG·tv（N）（4—2）式中m——运动部件的质量（kg）a——运动部件的加速度（m/s2）G——运动部件的重量（N）g——重力加速度（m/s2）v——速度变化值（m/s）t——启动或制动时间，由经验可得t=0.5s冲头启动和制动的加速或减速都在0.5秒内完成。则启动时：Fi=ma=gG·tv=（1.0×104/9.8）×（0.053/0.5）=108（N）制动时：Fi=ma=gG·tv=（1.0×104/9.8）×（0.1/0.5）=204（N）4.1.3工作负载压力机冲头上负载分为两个阶段：第一阶段负载力缓慢的线增加，在达到最大冲压力5%左右。第二阶段负载力急剧上升到最大冲压力。因此工作负载为：初压阶段上升到F1=wF×5%=9.8×105×5%=0.49×105N终压阶段上升到F2=冲压力=0.98×106N4.1.4负载循环图图4—1压力机的负载循环图4.2运动分析及运动循环图运动分析，就是研究一台机器按工艺要求以怎样的运动规律完成一个工作循环。4.2.1位移循环图根据已知条件，快速下行时，行程为0.48m，速度0.053m/s，时间9s。慢速下降时行程0.02m，速度0.02m/s，时间1s。快退是行程为0.5m，速度0.1m/s，时间5s。4.2.2速度循环图图4—2压力机的速度循环图第５章确定液压系统主要参数5.1确定液压缸几何尺寸5.2计算液压缸所需流量液压缸的最大流量：Qmax=[AV]max（m3/s）（5—7）式中A——液压缸的有效面积（m2）V——液压缸的流速（m/s）快进所需流量Q1=A1V1=0.049×0.053=0.0026m3/s=156L/min工进所需流量Q2=A1V2=0.049×0.02=0.00098m3/s=58L/min快退所需流量Q3=A2V3=0.024×0.1=0.0024m3/s=144L/min5.3计算系统所需的压力1.当系统快进时，所需压力为：P1=AF0+P2（5—8）式子中F0——工作中的负载（N）A——活塞的横截面积（m2）P2——背压力（MPa）该工艺中分匀速运动和制动两部分构成。当工艺处于启动的时候：P1=108/0.049×106+1=0.0022+1=1.0022MPa当工艺处于匀速的时候：P1=0/0.024×106+1=1MPa2.当系统处于工进时，所需的压力为：P1=F0/A+P2/2（5—9）式子中F0——工作中的负载（N）A——活塞的横截面积（m2）P2——背压力（MPa）P1=9.8×105/0.049×106+0.5=20+0.5=20.5MPa3.当系统处于快退时，所需的压力为：P1=F0/A+2P2（5—10）式子中F0——工作中的负载（N）A——活塞的横截面积（m2）P2——背压力（MPa）该工艺中分为匀速运动和制动两部分构成。当工艺处于匀速运动的时候：P1=1.0×104/0.049×106+2=0.2+2=2.2MPa当工艺处在制动的时候：P1=204/0.049×106+2=0.0042+2=2.0042MPa5.4绘制冲压机主缸工况图液压缸的工况图是指液压缸压力循环图、流量循环图和功率循环图。它是调整系统参数、选择液压泵和阀的依据。1.压力循环图通过最后确定的液压元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把他们绘制成P—t图。2.流量循环图根据已定的液压缸有效面积或液压马达的排量，结合其运动速度算出他在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成Q—t图。若系统中有多个液压执行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘制出总的流量循环图。3.功率循环图绘制压力循环图和总流量循环图后，即可绘制出系统的功率循环图。由前面所设计的压力，流量，可得出如下一个表格，以便绘制和分析工况图。表5—2负载压力流量明细表工作负载（N）工作压力（MPa）流量（m3/s）快启动进匀速工进快匀速退制动10809.8×1051.0×1042041.0022120.52.2.2.00420.00260.000980.0024有前面所得的数据，可绘制出压力循环图（P—t）和流量循环图（Q—t）如下：图5—1压力循环图（P—t）图5—2流量循环图（Q—t）通过对压力循环图和流量循环图分析得知：最大流量值Qmax=156L/min=0.0026m3/s最大压力值Pmax=20.5MPa5.5液压缸主要零件的结构材料及技术要求5.5.1液压缸的基本参数由以上设计得到液压缸内径尺寸D=0.250m，活塞杆直径d=0.18m。液压缸活塞的最大行程系数，根据参考文献[1]查得S=0.5m。5.5.2液压缸的类型和安装方式液压缸是液压系统中的执行元件，能够实现直线往复运动。本液压缸活塞两端面积差较大，使活塞往复运动时输出速度及差值较大。所以本液压缸采用双作用无缓冲式。5.5.3液压缸的主要零件及技术要求1.缸体液压缸缸体的常用材料一般为20、35、45号无缝钢管，一般情况下均采用45号钢，并调质到241—285HB。铸铁可采用HT200—HT350间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用QT450—10。铸件需进行正火消除内应力处理。由参考文献[1]得缸体的技术要求：（1）缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为0.1—0.4μm，当活塞用活塞环密封时，Ra为0.2—0.4μm，且均需珩磨。（2）缸体内径D的圆度公差值可按9、10、11级精度选取，圆柱度公差应按8级精度选取。（3）缸体端面的垂直度公差可按7级精度选取。（4）缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用6级精度的米制螺纹。（5）当缸体带有耳