毕业设计（论文）-液压卷花机液压系统设计（全套图纸） .doc

本科毕业设计（论文） 液压卷花系统设计 全套全套 cad 图纸，联系图纸，联系 153893706 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 机电工程学院 年级专业：2003 级机械设计制造及其自动化 指导教师： 二七年六月 攀枝花学院毕业设计（论文） 摘要 i 摘 要 本次毕业设计题目是液压卷花系统设计。任务限制只能用液压来实现。本 人致力于整机系统的设计，即机械结构的设计，液压系统方案的拟定，液压油 箱的设计，液压缸的设计，液压站的设计。设计思路是从卷花机的性能和动作 要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的卷花机为基础，研究国 外的先进机型，开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用 auto cad 绘制。 经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。 本液压卷花机的优点是传动平稳，输出力矩大，用模具来实现花形的变化， 且同一批形状的一致性好，液压机造型美观。设计出来的液压卷花系统具有， 尺寸精确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好的优点。广泛应用于铁艺行 业中。由该机器生产的各种花形可用在围栏、大门、台、椅、扶梯、窗、招牌、 艺术品等制作的地方。 关键词 液压卷花机，液压系统，铁艺 攀枝花学院毕业设计（论文） abstract ii abstract my graduation project topic is the volume hydraulic system design. the duty limit only uses the hydraulic pressure to realize. i have carried on the whole design，namely, the mechanism design, hydraulic system plan drawing up, the hydraulic fluid tank design, the hydraulic cylinder design, the hydraulic pressure stands design and so on. the design start at the volume flowers machine performance and the movement, taking the home existing volume flower machine as the foundation, their quality and the technical performance approach to this design request, and has studied the overseas advanced type, developed own complete set hydraulic system plan. the blueprint draws up with auto cad. after earnestly calculated, has consulted the correlation data, i have composed this design paper. the volume flowers machine merit is the transmission steady, out put moment of force big, realizes the flowered shape change with the mold, also identical batch of product uniformity good, the volume flowers machine modeling is artistic. the system of the volume flowers machine has the merit, such as, size precisely, the production efficiency high, the labor intensity is low, the product quality is good and so on. this machine is widely applied in the steel art profession, and can product several kinds of flowers for fences, gates, place, chairs, elevator, windows, signs, art and so on. key words volume hydraulic machine， hydraulic system，steel art 攀枝花学院毕业设计（论文） 目录 目 录 摘摘 要要i i abstractiiii 1 1 绪论绪论1 1.11.1 本课题研究的目的意义本课题研究的目的意义.1 1.21.2 本课题国内外发展概况及存在的问题本课题国内外发展概况及存在的问题1 1.31.3 本课题解决的主要问题本课题解决的主要问题.2 2 2 液压卷花机系统分析与设计液压卷花机系统分析与设计3 2.12.1 设计思想设计思想3 2.22.2 液压卷花机系统分析液压卷花机系统分析.3 2.2.1 本机设计要求及具体的技术参数3 2.2.2 卷花机的液压系统.3 2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用3 3 3 液压系统的计算液压系统的计算7 3.13.1 弯矩力的计算弯矩力的计算.7 3.1.1 材料力学的角度.7 3.1.2 采用类比法10 3.23.2 齿轮齿条传动设计齿轮齿条传动设计.11 3.33.3 载荷组成和计算载荷组成和计算13 3.43.4 卷花机液压系统设计卷花机液压系统设计.16 3.4.1 负载分析16 3.4.2 初选液压系统工作压力.16 3.4.3 液压缸的类型及安装方式.16 3.4.4 液压缸的主要结构尺寸.16 3.4.5 压杆稳定性验算.17 3.4.6 按最低速度要求验算液压缸尺寸.18 3.4.7 计算液压缸所需流量18 3.4.8 绘制液压系统工况图19 3.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图.21 3.53.5 液压系统的计算和选择液压元件液压系统的计算和选择液压元件22 3.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格.22 攀枝花学院毕业设计（论文） 目录 3.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择24 3.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择.27 3.63.6 液压系统性能验算液压系统性能验算.28 3.6.1 压力损失及调定压力的确定28 3.6.2 系统温升验算.30 4 4 液压缸的设计液压缸的设计32 4.14.1 选择液压缸类型安装方式选择液压缸类型安装方式32 4.24.2 液压缸的主要性能参数和主要尺寸液压缸的主要性能参数和主要尺寸32 4.34.3 液压缸的参数计算液压缸的参数计算.32 4.3.1 缸筒壁厚的计算.32 4.3.2 液压缸活塞行程.33 4.3.3 液压缸油口直径计算33 4.3.4 缸底厚度计算.33 4.3.5 缸头厚度计算.34 4.3.6 最小导向长度的计算34 4.3.7 缸体长度的确定.34 4.44.4 活塞的设计活塞的设计.35 4.4.1 活塞的结构形式.35 4.4.2 活塞与活塞杆的连接35 4.4.3 活塞的密封36 4.4.4 活塞材料39 4.4.5 活塞尺寸及加工公差39 4.54.5 活塞杆活塞杆39 4.64.6 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆的导向套、密封和防尘.40 4.74.7 液压缸缓冲装置的设计液压缸缓冲装置的设计41 4.7.1 间隙缓冲41 4.7.2 阀式缓冲41 4.84.8 排气阀排气阀42 5 5 液压站的设计液压站的设计44 5.15.1 确定液压站的结构类型方案确定液压站的结构类型方案.44 5.1.1 分散配置型液压装置44 5.1.2 集中配置型液压装置44 5.1.3 确定液压站的方案44 5.25.2 液压控制装置（液压阀站的集成设计）液压控制装置（液压阀站的集成设计）.44 攀枝花学院毕业设计（论文） 目录 5.2.1 有管集成45 5.2.2 无管集成45 5.2.3 确定液压控制装置45 5.35.3 液压动力源装置（液压泵站）的设计液压动力源装置（液压泵站）的设计.47 5.3.1 液压泵组布置方式的确定.47 5.3.2 液压油箱的设计48 5.45.4 液压泵组的结构设计液压泵组的结构设计.54 5.4.1 液压泵组的布置方式54 5.4.2 液压泵组的连接和安装方式.54 5.55.5 液压站的结构总成液压站的结构总成.55 5.5.1 管路的选择55 5.5.2 电气控制装置的设计与布置55 5.65.6 液压站总图的设计与绘制液压站总图的设计与绘制56 6 6 机械结构的设计机械结构的设计57 6.16.1 齿轮齿条传动设计齿轮齿条传动设计.57 6.26.2 轴的设计轴的设计.57 6.2.1 求输出轴上的功率 p,转速 n 和转矩 t57 6.2.2 求作用在齿轮上的力57 6.2.3 初步确定轴的最小直径.57 6.2.4 轴的结构设计.57 6.36.3 求轴上载荷求轴上载荷.60 6.46.4 按弯扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度.61 6.56.5 卷花机的内部结构示意图卷花机的内部结构示意图62 结结 论论63 参参 考考 文文 献献64 致致 谢谢65 攀枝花学院毕业设计（论文） 1 绪论 1 1 绪论 1.1 本课题研究的目的意义 液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的 机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏，大门，台，椅，扶梯，窗，招牌， 艺术品等地方。随着人民生活水平提高，这些铁艺制品必然会有较大需求。另 一方面，用液压来实现，能满足用户任意设计的图案，效率高，花形同一性好， 体积小，重量轻，功能多，施工方便，劳动强度轻，随着新工艺及新技术的应 用，卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛，在铁艺行业中的 占有份额正在大幅度攀升。 1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题 目前，用来制作卷花的设备还非常落后，按动力的来源角度，大体分为四 种方式来实现：一、采用手工。该方法一般为小作坊生产，批量不大，生产效 率低，但也能满足个性化的需要，因为它可任意改变花形，但劳动强度高。代 表型号有北京光大利克经贸有限责任公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。二、 采用机械方式来实现。效率有所提高，但制作了的花形的尺寸有限，主要是受 动力的限制。噪声大，能耗大，不能完全满足市场需求。代表型号有石家庄安 邦机械公司的电动卷花机, ab-dw10a, ab-dw10b; 东北林业大学机械厂的万能 铁艺成形机;宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机。三、采用锻造方式。 锻造方式来实现的，材料局限性较大，不能用厚板，也加工不出开关复杂的尾 部曲卷，效率不高。代表型号有广州郎亚公司的锻铁液压装置。四、采用液压 来实现。采用该方式的优点比较明显在，下面将要介绍。在铁艺行业市场中， 它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2：4：3：1；可见,使用机械方式 来加工的占了大多数，使用液压的较少。 在总结目前国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下，当前 卷花机还有着以下的几点不足：1、能耗较大，不够环保。现在有的卷花机的能 源利用率不能，仅有 50%左右，因为主要是采用的是机械方式作为动力，热损 耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且，机械方式的噪音较大， 对工人及周边的损害也严重，不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对 企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限，花形较少。这主要受动力的 限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。 4、自动化 程度不高，生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。 攀枝花学院毕业设计（论文） 1 绪论 2 1.3 本课题解决的主要问题 设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。 采用液压力传动来代替机械传动，并且用模具来实现花形的变化。采用液压液 压传动能有效地克服，上面所说的不足，并且传动平稳，出力较大，从整体来 看单位体积的出力比机械的传动方式大得多，体积小。采用模具来加工，在需 要改变花形时，只需要改变模具的形状即可，扩充了机器的加工范围，且又能 很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有，尺寸精 确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好的优点。 攀枝花学院毕业设计（论文） 2 液压卷花机系统分析与设计 3 2 液压卷花机系统分析与设计 2.1 设计思想 本课题是以机器使用功能多样、经济性好、人性化设计、环境友好性好、 可靠性高、寿命长、结构简单、可维修性好为设计思想。 2.2 液压卷花机系统分析 2.2.1 本机设计要求及具体的技术参数 在现有的机械卷花机系统的基础上进行改造。根据机械卷花的原理，设计 相应的液压系统来代替机械卷花系统。实现液压自动化、效率高、多花形、经 济实用的要求。 目前市场上常用的加工件的最大加工规格及其种类为：扁钢 30x10；方钢 16x16；圆钢。本设计中的卷花机也要求能加工出它们。卷花时最小花形是16f 标准弧中的 61035 的上半部，最大的花形是标准弧中的 6110 下半部份（来自资 料5） 。加工出的花形的最大旋转圈数为 2 圈。 考虑到铁艺行业中用来制作各种花形的材料，常用普通碳素钢中的甲类钢, a0,a1,a2,a3a7。它们有良好的塑性，韧性，故广泛用于铁艺行业中。在本 设计中选 a5 计算。查资料7p303 附录 b 常用材料的力学性能：旧牌号 a5 对 应 q275，其中，275 sa mpd=490 630 ba mpd= 2.2.2 卷花机的液压系统 卷花机是把一定长度的工件（棒料、方钢、扁铁） ，通过压力作用，使之弯 曲曲服，从而实现所需的花形。通过分析机械卷花机，当用液来压来代替时.需 要实现主轴的旋转运动。即用液压能来驱动输出主轴进行旋转。 2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 用液压能够实现旋转运动的有很多种方式，其中有:1.液压缸加齿轮齿条； 2.齿轮缸；3.液压马达；4.摆动缸等，都是能够实现旋转运动的方式。 第四种即摆动缸，当它通入压力油后，通常主轴只能输出小于 360 度的摆运 动，常用于工夹具夹紧装置、养料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统 中。在此它并不适合。第二种即齿轮缸，它在市场上比较少见，生产厂家比较 少。并不常用。在此排除。 在此着重比较用第一种，和第三种。因为这两种在工程上用的比较多，市场 上标准系列产品，且实现起来相对容易些。 用液压马达与液压缸加齿轮齿条方案的比较： 攀枝花学院毕业设计（论文） 2 液压卷花机系统分析与设计 4 从执行元件性能方面来比较 用液压马达来实现，它的所能输出转矩较小，起始负载转矩也不能太大。且 有泄漏；液压缸能输出较大的推力（通过改变活塞的有效面积来实现） ，无泄漏， 效率高于液压马达，无噪声。液压缸优于液压马达。 从经济性方面比较 一般来说，液压马达的价格比液压缸的高，但它的寿命不如液压缸长，且 液压马达的可维修性不如液压缸，使用成本也较高。 从空间的占用方面比较 液压缸的占用的空间较液压马达的小，液压马达可选用双速马达，分别实 现工进与快退。 从整体系统性能方面比较 初步拟定两种方式的液压系统图，对比分析它们的优缺点。 用液压马达来实现的系统图如下： 攀枝花学院毕业设计（论文） 2 液压卷花机系统分析与设计 5 图 2.1 卷花机系统原理图 1 用液压缸来实现的系统图如下： 图 2.2 卷花机系统原理图 2 攀枝花学院毕业设计（论文） 2 液压卷花机系统分析与设计 6 从上面两个图中可以看，原理图 1 中的 11 是双速马达，通过 12 来改变速 度，系统控制比较简单，速度已定，不可调，能够实现自动控制；原理图 2 是 通过节流阀 5 来实现速度的变化;原理图 1 用的元件除液压马达外比原理图 2 的 便宜，大多数为普通元件；原理图 1 的系统可靠性不如 2，它的速度控制是通 过液压缸来控制，不如 2 中用直接控制方式。 综上，选原理图 2，即用液压缸来实现，较优为合理。 机械方面在此采用模具来弯曲工件，弯制出所需的花形。模具的形状与所 需的花形一致。当卷花机的动力头带动模具旋转时，工件则缠绕在模具上，并 在上面产生塑性变形，即可制出所需要的花形。当加工圆钢和方钢在加工前要 将夹紧的一端头部需压制为鱼尾状，头部厚度就小于 10mm，这是为了便于把加 工件放入模具的槽内。并在模具的插口内安装一对偏心轮，作用是防止在弯制 的过程中工件脱出来。 要实现上述模具的旋转，必然有一个带动其转动的主轴。这就是卷花机的 动力头，用来输出转矩。因控制系统已选用上述的原理图 2，用液压缸作为动 力输出。那么这之间还缺少一个机构，它的作用是能够把直线运动，转换向旋 转运动。 经过分析，本设计中采用齿轮齿条来实现直线运动转换为旋转运动。在此,为了 简化结构,把齿条和液压缸筒融为一体,即把齿条用螺钉固定在缸筒上，缸筒采 用铸造的形式（要铸造出承受力的凸台） 。在弯制工件时，导轨和凸台相接触， 由导轨来承受垂直于齿条的力（由齿轮传来） 。 导轨采用双矩形导轨,该导轨结构简单,易制造和承载能力大,安装调整方便.缺 点是导轨面磨损后不能自动补偿。但在该机器中轨导面的磨损对加工精度和过 程 影响不大,可忽略不计。 攀枝花学院毕业设计（论文） 2 液压卷花机系统分析与设计 7 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 7 3 液压系统的计算 要进行液压系统计算，先应计算要把工件弯曲成所需的形状需要多大的力， 即卷花机的动力头应该输出多大的转矩，这对后面计算与设计有着重要的意义。 这也是决定卷花机功率的依据。但卷花机在卷制工件的过程是一个较为复杂的 过程，在这个过程中，主要是工件的塑性变形，还有摩擦，弹性恢复，并且在 每一个接触点处的力（工件产生塑性变形所需要的力）是不同的。如果要把这 个过程的力分析清楚，每个接触点处的力计算出来，这是不可能的，在本设计 中也是没有意义的。为了简化计算，在此只进行粗略估算，并留下一定的余量。 估算出一个在整个卷花过程中的最大转矩，然后以这个最大转矩作为卷花机的 动力计算依据，使卷花机输出这个最大的恒定转矩，那么应能满足最大规格以 下的工件弯制。做这样的简化，在这种类型的机械上是可行的，工程是也是允 许的。 3.1 弯矩力的计算 本设计的卷花机的三种规格的工件中，通过比较分析，卷制 16x16 的方钢时， 所需的转矩是最大的，固以下的转矩 t 的计算均以它作为工件加工来计算。在 此，通过三种不同的角度来初步估算卷花机所需的弯矩。 工件在加工过程中,与模具的相对位置如下图所示: 图 3.1 加工示意图 3.1.1 材料力学的角度 工件在弯曲变形的过程也就是工件产生塑性变性的过程，利用材料力学公 被加工的工 件 模具 与动力头相 连的方形槽 转矩 t 有挡块 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 8 式，即要想工具变形，模具对工件产生的最大应力 大于工件本身的屈 s dd d 服应力。 s d 经分析，一方面，弯曲得越厉害，所需要的力也就越大。另一方面，用模 具来弯制工件时,在弯制到末位时,工件受力点与主轴轴心的直线距离是最大的 距离,有可能存在着最大的力臂。所以，按照此方法来算转矩，可通两个极限位 置来定-开始弯曲时的起始点、弯制到末位时的终点，取这两个位置分别用 应力计算公式来算，得出的最大力作为计算卷花机主轴的依据。 弯制时,最大正应力设为,由7p143 : max d 式（3.1） max max z m w d= 而矩形截面的抗弯截面系数为: 式（3.2） 2 6 z bh w = 不管是在弯制起时点,还是终了位置。其受力分析的方法是一样的，分析过 程如下： 先求弯曲时的最大弯矩： max m 在弯曲时的受力情况可等价为悬臂梁： 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 9 图 3.2 受力图 由上面的图可知，在截面 a 处是最大弯矩的点，由材料力学可知： 式（3.3） max mfl= 代（3.2） （3.3）入（3.1） ，有： 式（3.4） max2 2 6 6 flfl bhbh d= 要使工件弯曲成型，需要求 即： ，推出： maxs dd 2 6 s fl bh d 式（3.5） 2 6 s bh f l d 即工作所受的力达到 时，工作就发生塑性变形。 2 6 s bh l d 则：此时，主轴上所需要的转矩：t= 式（3.6）f a: a-为模具与工件作用点处的力臂 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 10 代（3-5）入（3-6） ， 推出：t= 式（3.7） 2 6 s bha l d 本设计中，上面公式（3-7）中的相关变量。 在加工起始点设为 a1,终点 a2 经测量: ； 12 62,92aa= 12 196,14ll= 故可得：起始点的主轴转矩：=60 36 1 0.016275 10 0.062 60.196 t = n m: 加工终了时的主轴转矩: 36 2 0.016275 10 0.0921233 60.014 tn m = : 综上: ,应该用作为计算主轴转矩的依据。 21 tt 2 t 3.1.2 采用类比法 找相同或相近的机器。在此参照广州郎亚公司的机械卷花机，其参数见下 表。 表 3.1 朗亚牌弯花机的主要技术参数 最大加工规格 30x10 扁钢 16x16 方钢 16 圆棒 主轴转速15r/min 电动机性能220v380v,50hz 1400r/min,2.2kw 外形尺寸850x80x820 净重220kg 由上表作如下的分析： 输入总功率，传入机器后，分成两部份，一方面，由主轴输出2.2pkw= 总 有用功，另一方面，损失功率，主要作为热量消耗。在这里，假 9550 tn p = 出 p 损 设=0,即，假设输入的所有功率都作为有用功率输出。p 损 ， 即，2.2 9550 tn ppkw= 出总 15 2.2 9550 t = 转矩1400.67tn m=: 在此根据前面确定的主轴转矩取主轴转矩 t=2000，即把它作为卷花机n m: 要输出的转矩。 在这下面的章节中，将把前面算得的动力转矩 t，转化为液压缸的的推力。 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 11 3.2 齿轮齿条传动设计 齿轮齿条的设计参数与要求 先进行所需要的齿轮齿条传动设计，其要求如下： 由工作要求知：轴输出功率 200015 /min15 3.141 95509550 tnn mr pkwkw = : 设计齿轮转速，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天） ，两班制，15 /minnr= 卷花机工作平稳，单向受力弯制工件，反向时齿轮无外负载（不考虑） 。 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。 1）选直齿轮圆柱齿轮传动。传动方案如下图： 2）卷花机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。 （gb10095-88） 3）材料选择。资料8表 10-1 选择齿轮材料为 40（调质） ，硬度为 r c 280hbs，齿条材料的选择 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs，二者材料硬 度差为 40hbs。 4）根据齿数初步选择原则、卷花机的安装位置要求及相类似机构的比较。 在此，初步确定此卷花机齿轮齿数为 z=30。 按齿根弯曲强度计算模数 本设计中的卷花机为一般机器，传动方式选开式传动。传动精度不高，为 动力传动。则有只需按弯曲强度来设计即可。 由8式(10-5） ，得弯曲强度的设计公式为: 式(3.8) 1 3 2 2 () fasa df y ykt m zs f 1)确定公式内的各计算数值。 由8中图 10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限，齿条的弯 1 500 fea mps= 曲疲劳强度极限； 2 380 fea mps= 由8图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数，卷花机齿轮 12 0.93,0.98 fnfn kk= 的转速： ，齿轮每转一圈同一齿面啮合次数，齿轮工作寿命15 /minnr=1j = ，又因在一个工作循环周期中，加工时速度与返2 8 300 1572000( ) h lh= 回时的速度为 1：2，可知整个寿命中加工的时间为 2 7200048000( ) 3 h lh= 则：应力循环次数由8公式 10-13 计算： 式(3.9) 7 1 6060 15 1 480004.32 10 h nnjl= 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 12 因为本设计中，卷花机的模具是按转 2 圈来设定的。分析可知，在弯制工 件时，齿条在工进阶段，齿轮的一个齿要与齿条接触两次，对齿条而言，则在 工进阶段，只有一个齿参加工作。在整个寿命中，齿条的应力循环次数为： 2 n 7 7 1 2 4.32 10 2.16 10 22 n n = 2)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，由式（10-12）得： 1 1 1 0.93 500 332.14 1.4 fnfe fa k mp s s s = 2 2 2 0.98 380 266 1.4 fnfe fa k mp s s s = 3)计算载荷系数 k： 式(3.10)1 1.12 1.2 1.351.814 avff kk k kk ab = = 4)查取齿形系数： 由资料8表 10-5 查得： 12 2.52,2.28 fafa yy= 5)查取应力校正系数： 由8表 10-5， 12 1.625,1.73 sasa yy= 6)计算并加以比较： fasa f y y s ； 11 1 2.52 1.625 0.01233 332.14 fasa f yy s = 22 2 2.28 1.73 0.01483 266 fasa f yy s = 比较可知,齿条的数值大。 7)设计计算，代值上面的数值入(3.8)式： 3 3 2 2 1.8142000 10 0.014834.926 1 30 mmm 就近圆整为标准值 m=5mm; 计算几何尺寸 因齿轮齿数 z=30,则: 1)齿轮分度圆直径 1 305150dm zmm=: 2)齿轮中心到齿条基准线距离 h= 1 150 075 22 d x mmm+=+=: 计算齿轮宽度：。取齿轮宽为 b1=150mm，齿条 1 1 150150 d bdmm= f= =: 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 13 宽也为 150mm。 因齿轮齿条传动要使齿轮最多转 2 圈，则齿条的工作长度： l=2取 l=1m。 1 942.48,dmmp= 3.3 载荷组成和计算 液压缸所需的外负载 f，包括二种类型的力，即 wm fff=+ 是作用在活塞杆上外部载荷； w f 是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。 m f 而，其中，是工作载荷；是导轨的摩擦力；是由 wgfa ffff=+ g f f f a f 于速度变化而产生的惯性力。 计算上面各个力的大小： 计算工作载荷 g f 在此，工作载荷就是齿条在运动方向上的推力。齿轮与齿条在啮合过程中， 把齿轮对齿条的力分解为两个相互垂直的方向上。齿轮对齿条的力如图 3.3，其 中，齿轮切向方向对液压缸的力就是工作载荷，法向方向的力就是使液压缸产 生摩擦力的正压力。 齿轮 面 面 导轨 底座 齿条 液压缸示意图 (a) 齿轮与齿条在啮合主视图 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 14 正 向 （b）齿轮与齿条啮合俯视图 图 3.3 齿轮与齿条啮合 液压缸与导轨的接触面 a 产生摩擦力；b 面产生摩擦力；为齿 fsa f -fsb f -t f 轮对齿条切向的力；g 为液压缸及齿条的重力；是齿轮对齿条的法向力； r f “正向”是指弯制工件的方向。 ； 3 1 1 222000 10 26666.67 150 t t fn d = 0 tan26666.67tan209705.9 rt ffan=: 由以上分析：26666.67 gt ffn= 求摩擦力 f f 工作时齿条运动速度：，其中，为齿轮分度圆直径（mm） ； 1 1 60 1000 d np u= 1 d 为齿轮转速（） 。 1 n/minr 代入值得，工进时的齿条的速度为： 150 15 0.1178/ 60 1000 m s p u = 根据资料9，本设计中选用的导轨类型为滑动导轨（平导轨） ，铸铁对铸 铁的相对运动。启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力。查资料1表 23.4-1， 取静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1 由，来求摩擦力。() fn fgfm=+ 其中， 上面所提及的摩擦系数；m 齿条 齿轮 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 15 g液压缸的重力，在此为 1000n； 作用于导轨上正压力（n） ，即上面的静摩擦阻力 n f r f 求静摩擦力：0.20.20.2 10000.29705.92141.18 fsf fgfn=+=+= 求动摩擦力：0.10.10.1 10000.1 9705.91070.59 faf fgfn=+=+= 惯性载荷： a f 由公式，来求。其中，g 为重力；g 为加速度取 a gv f gt d = d : 9.81；为速度变化量（m/s） ，在此，=0.1178m/s; 为起运或制动 2 /m svdvdtd 时间（s）, =0.1s。td 在此: 0.1178 120.08 9.810.1 a g fn=: 求： m f 由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估 算为：，其中，为液压缸的机械效率，一般取 0.900.95,在此(1) mm ffh=- m h 取=0.93,其中，f 为活塞杆的总的负载。 m h 综上各阶段的外负载如表 3.2 表 3.2 工作循环各阶段外负载 工况计算公式外负载(n) 启动 fsgm ffff=+ 30976.18 加速fagma fffff=+ 29954.13 稳定工进fagm ffff=+ 29825.01 反向起运 0.2 m fgf=+ 0.2(10.93)gf=+- 215.05 加速 0.1 ma fgff=+ 0.2356 0.1(10.93) 9.810.1 g gf+-+: 365.77 快退 0.1 m fgf=+ 0.1(10.93)gf=+- 107.53 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 16 3.4 卷花机液压系统设计 液压系统要实现加工的目的，完成的工作循环是：工进停止（10s） 快退。停止 10s 是为了让工件彻底变形。运动部件（液压缸）的重力为 1000n，工进时，模具转速为 15r/min;快退时模具转速为 30r/min,活塞行程 1000mm。 初选系统工作压力。 3.4.1 负载分析 液压缸所受负载 f,已在前面已经算得。 3.4.2 初选液压系统工作压力 根据资料1表 23.42-2，初选工作压力为 4mpa 3.4.3 液压缸的类型及安装方式 液压缸类型选双作用液压缸，不可调质缓冲式，活塞行程终了时减速制动， 减速值不变。安装方式选径向底座型（液压缸所受倾翻力矩较小） 。 3.4.4 液压缸的主要结构尺寸 计算中要用到的相关参数说明如下： 无杆腔活塞有效作用面积（） 2 4 ad p = 1 2 m 有杆腔活塞有效作用面积（） 22 () 4 add p =- 2 2 m 液压缸工作腔压力。 1 p 液压缸回油腔压力，即背力。其值可根据回路的具体情况而定，预 2 p 算时可参照1表 23.4-4 取值。在此因回油路较短，且直接回油箱，忽略不计。 2 0p = d活塞直径（m）; d活塞杆直径（m） 一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为： 式(3.11) 2 fp a a p + = 2 1 1 运用上式事先确定与的关系,或是活塞杆径 d 与活塞直径 d 的关系,按a1 2 a 1表 23.4-6 按速比要求确定,取/d d0.71 d d f= 根据公式1式 23.4-18 求活塞直径 d: 式(3.12) 262 4430976.18 (1)4 100(10.71 ) f d pppfp = - 12 99.30mm= 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 17 根据,则活塞杆直径取 d=0.71d，d=0.7199.30=70.503mm0.71 d d f= 又根据表 23.6-33、34 活塞直径 d=100mm，活塞杆直径取 d=70mm;根据表 23.6-35,液压缸活塞行程取，因行程与活塞杆直径比1000lmm= ，需要做压杆稳定性验算。 1000 14.310 70 l d = 3.4.5 压杆稳定性验算 在此，因是没有偏心载荷的细长杆，按等截面计算法来验算。 计算细长比，其中 k 为活塞杆断面回转半径（m） ，对,1 () l lm k =活塞行程 实心杆： ； 式0.0175 4 jd km a = (3.13) 故：，而，可知： 1 57.143 0.0175 l k =85 4170m n = 57.143170 l m n k = 达到所需低速。 3.4.7 计算液压缸所需流量 , 其中，a 为液压缸有效作用面积（） ；v 为活塞与缸体相对速 v qav= 2 m 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 19 度（m/s） 。 工进时的流量：； 2 1 4 qd v p =: 工进 2 0.10.117855.5 /min 4 l p = 快退时的流量： 2222 2 ()(0.10.07 )0.235656.64 /min 44 qddvl pp =-=-=: 快退 有效作用面积： 32 2 4 10am - = 3.4.8 绘制液压系统工况图 绘制液压缸工况图如下，工况图包括压力图，流量循环图，和功率循环图。 它们是调整系统参数，选择液压泵，阀等元件的依据。工作循环中工作阶段的 液压缸压力和功率如表 3.3 所示。 表 3.3 工作过程中的各参数 工况压力 （）/ a p mp 流量（） /min /lq 功率（）/p w 起动395 加速382 稳定工进3805553515 反向起运123 反向加速127 反向稳定快退12566411328 以上在算反向压力时，取背压为 0.6mpa，由公式：来计算； 21 1 2 fp a p a + = 计算正向压力时，背压取为 0，由来计算。 1 1 f p a = 由上表绘制出液压缸工况图如下所示： 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 20 图 3.5 液压系统工况图 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 21 3.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图 制定基本方案制定基本方案 1)调速回路和动力源。 本机对速度的稳定性要求不高，从经济性上考虑，采用节流阀，而不是采 用调速阀的节流调速回路。在弯花过程中不存在速度的换接，在刚开始起运时， 就有较大的外负载，故采用进油节流调速时，完全可避免前冲，且在弯制工件 时，活塞杆的进度较低，在低速时，进油节流调速回路的节流阀通流面积比回 流时的大。因此，进油节流在低速时不易堵塞。进油节流调速回路能获得更低 的稳定速度。故，此系统可采用节流阀的进油节流调速回路。该液压系统在整 个工件循环中需油量变化不大。另从经济上考虑，此处选用单定量泵供油。 2)油路循环方式： 由于已选用节流调速回路系统必然为开式循环方式。 3)换向回路： 综合考虑到卷花机的自动化程度要求，在此选用三位四通 y 型中位机能的 电磁滑阀作为系统的主换向阀。 4)压力控制回路： 在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流同时在该溢流阀的远 程控制口连接一个二位二通电磁换向阀，以便于通过电信号来控制泵的卸载。 5)保压回路： 当液压缸在弯制工件到末位时，需要进行保压，以便让工件彻底塑性变形。 考虑到此力较大。采用蓄能器来提供能量来保压，同时单向阀关闭。保压时间 可灵活控制（时间继电器来实现） 、压力稳定、压力保持也可靠。 确定液压系统原理图 根据前面第二章中初步拟定的液压系统原理图。经过修改和更正后，使之 更符合本设计的要求，再由上述计算结果和技术要求，在主回路初步选定基础 上，只要再增加一些必要的辅助回路便可组成较完整的液压系统了。所拟定的 液压系统原理图如图 3.9 所示，系统的电磁铁动作顺序见图 3.10。 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 22 图 3.6 液压系统原理图 电磁铁动作表 信号来源 动作名称 1 按下起运按钮 工作台工进 + - - + 压下行程保压 - - - - 时间继电器时间到 取工件 - - + - 返回按钮 返回 - + + + 压下行程开关卸荷 - - + - 图 3.7 系统电磁铁动作顺序图 3.5 液压系统的计算和选择液压元件 3.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 泵的最大工作压力pp 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 23 考虑到正常工作中进油管路上有一定压力表损失所以泵的工作压力为： 式(3.15) 1 ppp+d p 其中：液压缸最大工作压力； 1 p 进油管路中压力表损失，准确计算要待元件选定并给出管路图pd 时才能进行。对进口有单向阀,节流阀,取=0.51.5,在此取 1;pd mpampa (3.951)4.95pmpampa+= p 所得的泵的最大工作压力是系统静态压力,考虑到各种工况的过渡阶段出pp 现的动态压力往往超过静态压力值。另外考虑到泵要有一定的压力贮备，并确 定泵的寿命，因此泵的额定压力应满足。在此取=1.25pp(1.25 1.6)pp np pn ，所以，把它作为泵的最大工作压力。pp1.254.956.19pmpa= n 泵的流量 液压缸工作时，泵的输出流量应为： 式(3.16) max () vpv qkq 式中，k系统泄漏系数，一般取 k=1.11.2，在此取 k=1.2； 同时动作的液压缸或液压马达最大总流量可从（）上查 maxv q v qt- 得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小流量，一般 取,即 3l/min。 43 0.5 10/ms - 所以， max ()1.2(56.643)71.57 /min v pv qkql=+= 选择泵的规格： 根据前面求得的值，按系统中拟定的液压泵的形式，从资料1表 v p pq n和 23.5-21 中选择相应的液压泵。 型单级叶片泵能满足上述估算出的压力和流量要求，该泵的额定 1 80yb - 压力为 6.3，公称排量 v=80ml/r,额定转速驱动功率mpa960 /min,nr= 12kw，重量为 20kg 由公式，q=vn 计算得，流量为 76.8l/min,现在取泵的容积 效率，那么泵的实际流量0.95 v h=76.8 /min 0.9572.96 /min p qll= 确定液压泵的驱动功率。 查电机产品目录、工况图,可知，最大功率出现在工进阶段，查资料3表 7- 108，取泵的总效率，则泵的输入功率：0.85 p h= 式(3.17) 63 3.95 1072.96 10 5.5 0.8760 pp p p q nkw h - = p 选择电机型号：根据3表 7-134 查得：y132m2-6，额定功率 5.5kw,转速 为 960r/min。 根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段的实际 进出流量，运动速度和持续时间，见表如下，从而为其他液压元件的选择及系 攀枝花学院毕业设计（论文） 3 液压系统的计算 24 统的性能计算奠定基础。 液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间见下表。 表 3.4 液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间 流量（l/min）工 作 阶 段 无杆腔有杆腔 速度（m/s）时间（s） 工 进 55.5q= 进 2 1 a qq a = 出进 3 3 4 10 55.5 7.85 10 - - = 28.28= 1 1 q v a = 进 3 3 55.5 10 607.85 10 - - = 0.1178= 3 943 10 0.1178 t - = 8s= 快 退 1 2 a qq a = 出进