机械手-50#刀柄拉刀机构设计-说明书

1、摘 要 50刀柄拉刀机构为大型机床主轴内部刀具自动夹紧机构。油缸接到松刀信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞推动拉杆向左移动，同时使碟形弹簧压紧。拉杆的左移使左端的钢球的分布直径变大，解除了刀杆上的拉力，机械手便取出刀杆。当刀具由机械手或用其他方法装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端，当接到夹紧信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸左腔，活塞向右移动，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端圆周上的钢球在主轴锥孔的逼迫下收缩分布直径，将刀柄拉钉紧紧拉住。松刀和拉刀信号是当活塞处于左右两个极限位置时由PLC控制的相应的行程开关发出的。另外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用

2、压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准确安装。关键词：50，刀柄，拉刀,机构。ABSTRACT This project is design the 50# knife hilts broach mechanism.It is cutting tool automatically clamp mechanism of spindles inside for large-scale machining .When the oil cylinder receives the loose knife signal, the pressure oil is passed over the oil

3、 cylinder right cavity of the spindle rear part, the piston impels the tension bar to the left migration, Simultaneously causes the small dish shape spring to contract. The tension bar shifts to the left causes steel ball where is at left side distributed diameter changes in a big way, relieved on t

4、he cutter bar pulling force, the manipulator then takes out the cutter bar. When cutting tool roaled of spindles hole by manipulator or other ways,the pull nail behind of knife hilts is sent to ahead of tension bar of spindle. When receives the clamps signal, the pressure oil is passed over the oil

5、cylinder left cavity of the spindle rear part, the piston to the right migration ,tension bar also to right migration by small dish shape spring function, the stell ball of ahead circumference of the tension bar shrink the distribution diameter by spindles cone holes force, holds on the knife hilts

6、and pull nail colsely. when the piston is in two limiting positions，The corresponding Limit switch which sends out the loose knife and broach signal is Controled by PLC. Moreover, the tension bar is hollow for clean the spindles hole and cutting tools cone hole by compressed air when exchang knife ,

7、to pledge cutting tools installed exactly.Keywords:50#; knife hilts; broach;mechanism.目 录中文摘要英文摘要前言1第1章 总体结构分析21.1 拉刀机构设计目的21.2 机构原理分析2第2章 机械零件的设计与计算52.1 机械零件设计的性质和任务52.2 机械零件设计步骤和准则52.3 主轴主要参数的确定62.3.1主轴前轴颈D1的选取62.3.1主轴内孔直径d的确定72.3.1主轴前端悬伸量a的确定72.3.1主轴支承跨距L的确定92.4 碟形弹簧的选择与计算92.4.1碟形弹簧的特点92.4.2碟形弹簧的

8、选取与计算122.4.3碟形弹簧的技术要求122.5 拉杆的设计与计算132.5.1标准钢球的选取132.5.2拉杆的尺寸确定及校核162.6 螺纹联接的设计与计算192.6.1螺纹基本尺寸的确定192.6.2螺母的选取212.6.3垫片的选取212.7 拉杆套的设计与计算222.8 液压缸的设计与计算222.8.1液压缸的载荷组成与计算222.8.2液压缸主要参数的确定232.8.3强度校核272.8.4稳定性校核29第3章 气、液压系统的设计313.1 液压系统设计概述323.2 气、 液压传动特点323.2.1 液压传动与其它传动（如机械传动、电气传动及气压传动）比较的优点323.2.2

9、 气压传动特点333.3 气、液压传动原理343.4 液压元件的选择353.4.1 确定液压泵的最大工作压力Pp353.4.2 确定液压泵的流量Qp363.4.3 选择液压泵的规格363.4.4 液压阀的选择363.4.5 油箱容量的确定373.5 液压系统的性能验算373.5.1 回路压力损失验算373.5.2 油液温升验算37第4章 PLC的控制与编程384.1 PLC的概述384.2 PLC的选型384.3 PLC的接线图394.3.1 输入部分394.3.2 内部等效继电器系统404.3.3 输出部分424.4 PLC编程42第5章 总结44参考文献45致谢46附录47绪 论 近年来，

10、随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状和结构不断的改进，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适应生产对象频繁变化的需要，特别是对于宇宙航行、航空等部门中的加工批量不大、生产周期要求短、改型短、改进频繁、形状复杂、精度要求又很高的这一类零件的加工。如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低产品成本及改善劳动条件已成为目前迫切需要解决的问题。数控机床是综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量及机床结构设计等各种技术的最新成就而发展起来的一种新型机床。它具有通用性、灵活性及高度自动化的特点，具有提高劳动生产率和加工精度、缩短生产准备周期、减轻体力劳动强度、减少设备周期、降低生产成本等优点，

11、已被广泛应用于机械制造、航空工业、造船和车辆工业、金属加工部门等。其中在改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率方面，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑等辅助装置。本次设计的目的也在于此，主要设计的是刀具自动夹紧和自动排屑机构。此次设计主要应用三个原理：机构原理；液压驱动原理；电器控制原理。所以在设计过程中分别应用了与之相对应的知识。在设计过程中一方面加深了对所学理论知识的认识，另一方面在老师的指导下，学会运用所学知识去分析和解决一些实际问题，学会应用手册、标准、规范等资料。做此设计主要解决的问题就是对整个机构工作原理的理解并对各个部分进行设计与计算。通过改造设

12、计使此装置在满足技术性能的前提下又能获得最佳的经济效益。此说明书共分为五大部分：总体结构分析；机械零件的设计与计算；气、液压系统设计；电气自动控制设计；总结。设计过程中参考了诸多文献，列表附说明书末页。第1章 总体结构分析1.1 拉刀机构设计的目的机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而拉刀机构设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。 拉刀机构的设计涉及：机械、液压、气压、电气等相关基本理论知识。 设计目的：1.培养查阅文献、运用资料的基本能力；2.培养学生的机电产品设计的基本能力；3.扩展学生的知识结构，加强理

13、论与实践相结合的能力；1.2 机构原理分析 50刀柄拉刀机构为大型机床主轴内部刀具自动夹紧机构。油缸接到松刀信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞推动拉杆向左移动，同时使碟形弹簧压紧。拉杆的左移使左端的钢球的分布直径变大，解除了刀杆上的拉力，机械手便取出刀杆。当刀具由机械手或用其他方法装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端，当接到夹紧信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸左腔，活塞向右移动，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端圆周上的钢球在主轴锥孔的逼迫下收缩分布直径，将刀柄拉钉紧紧拉住。另外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准

14、确安装。 图1-1是该机构的总体结构图。 刀杆采用7：24的大锥度锥柄，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。大锥度的锥柄既利于定心，也为松夹带来了方便。在碟形弹簧5的作用下，拉杆4始终保持约10000N的拉力，并通过拉杆左端的刚球3将刀杆的尾部轴颈拉紧。换刀前必须首先将刀柄松开，即将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞11推动拉杆4向左移动，同时使碟形弹簧5压紧。拉杆4的左移使左端的钢球3位于套筒的喇叭口处，解除了刀杆上的拉力。机械手便取出刀杆。当活塞处于左右两个极限位置时，相应的限位行程开关发出松开和夹紧的信号。图1-1总体结构1-BT型刀柄 2-P型

15、拉钉，3-钢球、4-拉杆、5-碟形弹簧、6-拉杆套、7-垫片、8-螺母、9-缸盖、10-缸筒、11-活塞 自动清除主轴孔中的切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏了刀具正确的定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图1.1的活塞11的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经过活塞主轴孔内的空气喷嘴吹喷出。将锥孔清理干净。喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果。此结构采用的是7：24圆锥刀柄，这种标准的7：2

16、4锥联接有许多优点：因为自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴孔内支承刀具，可以减少刀具的悬伸量；这种联结只有一个尺寸即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且可靠，多年来应用较广泛。但是，7：24锥联结也有一些缺点：锥度较大，锥炳较长，锥体表面同时要起两个作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联结刚度，由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位。所以标准的7：24刀/轴锥联结在主轴端面和刀柄法兰端面有较大的间隙。7：24锥度联结的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化很敏感，当拉力增大48倍时联结的刚度可提高2

17、0%50%。但是过大的拉力在频繁的换刀过程中，会加速主轴内孔的磨损，使主轴内孔膨胀影响主轴前轴承的寿命。在了解了设计结构的基础上，我将从三方面对起进行设计与计算。首先在机构方面设计相关的零件，如碟形弹簧、拉杆、拉杆套、拉钉、活塞、缸筒等，并对标准件进行选型；其次是对其气、液压部分进行气、液压系统的设计；最后是对PLC控制部分的设计与编程。第2章 机械零件的设计与计算2.1 机械零件设计的性质和任务机械是人类用来减轻体力劳动和提高劳动生产率的工具。机械化程度的高低是衡量一个国家社会生产率发展水平的重要标志。在新技术革命中，最大限度的提高劳动生产率和产品质量，为工业、农业、国防、轻工、化工、交通、

18、能源及能源开发以及新的科学实验基地提供更多的先进设备，这是机械工业的伟大历史使命。不论是制造新的机械设备还是改进原有的机械设备，都要进行大量的机械设计工作。“机械”是一个总称，习惯上包括机构和机器。机构是由相对运动的构件组成的。它的作用是传递运动并变换运动形式和改变运动量；机器是由若干基本单元构成的，构成机器的这些单元称为机械零件，如轴、齿轮和螺栓等。通常又把为完成同一使命的零件组合在一起，构成一套协调工作的整体，这个整体称为部件，如联轴器、减速器等。由此可知，机械零件是组成机械的基本单元。机械零件设计是根据零件在机器中的工作条件，阐明其设计原则，设计方法和设计规范的。其主要任务包括：进行基本

19、的力学计算，确定零件的最适当外形尺寸；选择材料、精度等级和表面质量以及制造上的技术要求等，最后绘制工作图。2.2 机械零件设计准则和设计步骤 设计的机械零件既要工作可靠，又要成本低廉。要解决前一个问题，零件在其强度、刚度、表面质量等方面必须满足一定的条件，这些零件是判断零件工作能力的准则。要降低零件的制造成本，必须从设计和制造两方面着手。就设计而言，设计时要正确选择材料、合理规定公差等级及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。具体说来设计机械零件时必须考虑以下要点：1.设计的机械零件要确实能满足机器的使用要求，充分发挥其机能，具有各方面的可靠性。2.使用寿命要长，要能耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、耐

20、蠕变、耐高温等。3.结构要简单，制造费用要低廉。4.重量要尽可能轻，尺寸要尽可能小，占地面积要尽可能少。5.尽量使所设计的机械零件标准化、系列化、通用化。根据上述要点，机械零件设计的一般步骤为：1.了解设计要求，收集有关设计资料，拟订最好的结构形式。2.根据零件的结构和受力情况建立力学模型，据此算出作用在零件上的外载荷大小和变化性质，求出计算载荷。3.对由计算载荷产生的应力和变形进行计算，选取满足要求的材料，用计算方法确定零件的基本尺寸，确定热处理方法。4.进行强度校核计算，确定零件的全部结构尺寸。5.绘制工作图和编制技术条件。2.3 主轴主要参数的确定此次设计主轴不用详细设计，但该参数对后面

21、的机械零件的设计相关，故在此对其有用部分进行说明。主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈D1、D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数直接影响旋转精度和主轴刚度。2.3.1主轴前轴颈D1的选取一般按机床类型、主轴传递的功率或最大的加工直径（参考表（2-1）选取D1，后轴颈D2（0.70.85）D1。表2-1 主轴前轴颈直径功率P/KW1.472.52.63.63.75.55.67.3车床608070907010595130升降台铣床50906090609575100外圆磨床506055907080功率P/KW7.4111114.714.818.418.522车床1

22、10145140165150169220升降台铣床90105110115外圆磨床75907510090100105 由设计任务书上数据知主机功率P=12KW，故可选取D1=110mm,D2=0.8D1= 88mm,在此取主轴外径D=100mm.2.3.2 主轴内孔直径d的确定很多机床的主轴是空心的，内孔直径与其用途有关，如车床主轴内孔用来通过棒料或安装送夹料机构。铣床主轴内孔通过拉杆来拉紧刀杆等。为不过多的削弱主轴的刚度，铣床的主轴孔径d可比刀具拉杆直径大510mm。在此初步定d孔=35mm。由于主轴内孔直径在一定范围内对主轴刚度影响很小，若超出此范围，则能使主轴刚度急剧下降，由材料力学知识可

23、知刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径间有下列关系，即（2-1）d，D主轴内外径K0，I0空心主轴的刚度和截面惯性矩K，I实心主轴的刚度和截面惯性矩一般取0.7对刚度影响不大，若0.7将使刚度下降，这里=35/100=0.358000 N。初步拟订行程量L=12 mm，则对合碟簧片数n为：n=L/f=L/2（X+X）=12。则复合碟簧组的自由高度H0为：将数据代入得=85.2 mm。2.4.3 碟形弹簧的技术要求1.参数的公差及偏差表2-6 参数的公差及偏差碟簧在时的弹簧负荷公差，%厚度公差，mm外径公差，mm内径公差，mm内外径的同轴度，mm自由高度公差，mm+35-15+0.18-0.22（

24、h14）（H14）0.20+0.25-0.152.碟簧锥面加热前的光洁度，车削时不得低于5，磨削时不得低于7；对于级精度碟簧，在厚度4mm时，可按高级精度冷轧钢板供货表面状态；3.碟簧淬火次数不得超过两次，经两次淬火后的级精度碟簧应进行脱碳层深度检查。单面全脱碳层深度，当厚度3mm时，不得超过厚度的5%。碟簧的硬度应在HRC=4252范围内；4.碟簧表面不得有毛刺、发裂、斑疤等缺陷，淬火后应清除氧化皮、盐浴痕迹及其他污物。级精度碟簧表面允许有微小的厚度公差范围以内的凹陷。5.所有碟簧应全部进行强压处理。处理方法为：一次持续压平，持续时间不小于12小时，短时压平，压平次数不少于5次。压平力不小于

25、的二倍。经强压处理后，自由高度应稳定。6.碟簧表面处理（如镀锌、镀镉、磷化）的要求，根据需要在产品图样或有关文件中注明。经电镀处理的碟簧必须进行去氢处理。2.5 拉杆的设计与计算2.5.1 标准钢球的选取 根据中华人民共和国国家标准GB308-2002，钢球的材料为高碳铬轴承钢，优先采用的钢球公称直径如下表2-7所示表2-7优先采用的钢球公称直径其技术要求为：1.材料及热处理 钢球采用符合GB/T18254-2000，GB/T18579-2001规定的轴承钢制造，热处理质量应符合JB/T1255的规定。2.硬度及压碎载荷成品钢球硬度按表2-8的规定，其3 mm50.8 mm。表2-8成品钢球硬

26、度钢球的压碎载荷值不应小于表2-9，其中3 mm50.8 mm。3.公差等级 钢球按制造的尺寸公差、形状公差、规值及表面粗糙度可分成3，5，10，16，20，24，28，40，60，100，200十一个等级，精度依次由高到低。4.几何形状和表面质量 对每一个公差等级钢球几何形状和表面质量，规定有以下几方面：球直径变动差，见表2-10球形误差，见表2-10表面粗糙度，见表2-10表2-9钢球的最小压碎载荷值表2-10形状误差和表面粗糙度 单位为微米。 所以根据上述要求及结构要求预选其公称直径Dw为10 mm。2.5.2 拉杆的尺寸确定从价格比及性能上可选取材料为45号优质碳素结构钢，则b=600

27、 Mpa，s=300 Mpa，=140 Mpa，由整个机构的工作原理可将拉杆的结构设计如下图所示：图2-5 拉杆结构拉杆头部发大图如图2-6图2-6 拉杆头部放大图受力分析如下：松刀时，其中，F2F弹F1危险截面m-m处受力最大、最危险，但是右端BC很短，即使在受压条件下也不能轻易被压弯，故此情况下不作为拉杆稳定性校核的依据。拉刀时校核：1）刚度校核 将D=25mm，d=12mm代入得 A=0. m2 将FN=8000N代入得=21.17MPa 将数据s=300 Mpa，s=1.8代入得=167 Mpa 因为 ，所以强度满足要求。 其中的s是最小许用安全系数，（根据机械设计（第四版）P15表2

28、.2可知），表2-11，在这里取s=1.8。表2-11 最小许用安全系数s值s/b0.45-0.550.55-0.700.70-0.90铸件s1.2-1.51.4-1.81.7-2.21.6-2.5 钢球位置的挤压校核：代入数据得p=300/1.25=240 Mpa其中Sp为许用挤压安全系数。其中对于钢来说Sp=11.25，这里取1.25。代入数据得=（8000/4）/（88）=31.25 Mpap，所以满足要求。剪切校核 代入数据得=4（8004）/（1010）=25.46 MPa=140 Mpa所以也满足要求。2.6 螺纹联接的设计与计算在机器设备上，常用螺纹与螺纹联接件实现机件与机件之间

29、的联接。螺纹联接的结构简单、形式多样、联接可靠、装拆方便、成本低廉，因而得到广泛的应用。螺纹的种类很多，根据用途可分为传动螺纹和联接螺纹。传动螺纹主要用来传递运动和动力；它的牙型常采用梯形、矩形、锯齿形。联接螺纹的牙型常采用三角形，因为三角形螺纹之间的摩擦力大、自锁性好、联接牢固可靠。根据螺距的不同可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹一般用于联接，细牙螺纹的小径较大，螺杆强度高，但螺纹牙齿细小，所以螺纹牙的强度比粗牙螺纹低，由于细牙螺纹的螺距小，螺纹深度浅，导程和升角小，自锁性能好，因此它适用于薄壁零件及微调装置。2.6.1 螺纹基本尺寸的确定 拉杆的右端需要定位，在此用的是螺母与垫片的配合。首

30、先应确定螺纹的基本尺寸。 根据拉杆的外径可选择螺纹的型号及基本尺寸：附图如下，选择的尺寸见表2-12图2-7 普通螺纹的基本牙型表2-12螺纹基本尺寸公称直径D螺距P中径D2，d2小径D1，d124322.05120.752单位：mm螺纹危险截面的强度校核：H0.866p=0.8663=2.598 mm螺纹部分危险截面的计算直径dc=d1-H/6=2.752-2.598/6=20.319 mm螺纹部分的强度条件为：其中的是许用拉应力。4F/dc2=4（8000+6717）/20.3192=45.38 Mpa又螺纹的许用拉应力= s/Ss=300/4=75 MPa其中Ss根据螺纹尺寸及材料可选取

31、范围42.5，这里取4。因为满足式（2-10）所以其强度满足要求。 由机械设计知识可知，螺纹螺距变化差主要靠旋合各圈螺纹牙的变形来补偿。一般从传力算起的第一圈螺纹变形最大，因而受力也最大，以后各圈递减。旋合圈数越多，受力不均匀程度也越明显，到第810圈以后，螺纹牙几乎不受力。所以这里取旋合长度L10p=30 mm。又由机械设计课程设计手册表3-2可选取旋合长度为 L=36 mm。2.6.2 螺母的选取根据螺纹的尺寸可选取螺母型号为：I型六角螺母 GB617086 M24。其基本尺寸及结构图如下2图2-8 螺母的外形和尺寸表2-13 螺母基本尺寸螺纹规格Ddamxadwmineminsmaxcm

32、axmM2425.933.239.55360.821.5单位：mm2.6.3 垫片的选取根据螺纹的尺寸可选取垫片型号为：小垫圈 GB 84885 24140HV，其基本的尺寸及结构图如下2图2-9 垫片的外形和参数表2-14 垫圈的基本尺寸 mm螺纹规格dd1d2h24253942.7 拉杆套的设计与计算材料选取45钢。其结构与尺寸如下所示：图2-10拉杆套结构根据其结构特点取其内、外径分别为：D外=54 mm，D内=26 mm，h=35 mm。现对其进行挤压校核：p =F/2A=（8000+6717）/（23514）=15 Mpap=240 Mpa经过上述校核知起满足要求。2.8 液压缸的设

33、计与计算2.8.1液压缸的载荷组成与计算作用在活塞杆上的外部载荷Fw包括工作载荷Fg，由于速度变化而产生的惯性力Fa。1.工作载荷Fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。由以上设计知Fgmax=14717 N 2.惯性载荷FaFa=（G/g）（V/t）式中 V速度变化量 t启动或制动时间，一般机械t=0.10.5 s，对轻载低速运动部件取小值。对重载高速部件取大值。一般取V/t=0.51.5。活塞杆体积将=55 mm，=12 mm，L=228 mm代入上式得V=0.0021 。活塞材料为45号钢，其密度=7.9 g/。上

34、式可简化为Fa=V（V/t）=16.59 N。其中V/t=1。以上载荷之和为液压缸的外载荷Fw。3.密封阻力Fm 除外载荷Fw外，作用与活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，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 Fm=（1-m）F。 式中m液压缸的机械效率，一般取0.900.95。这里取0.95。所以经上述分析计算可得最大负载F=15510 N。2.8.2 液压缸主要参数的确定由下表可初步确定液压缸的工作压力：表2-15负载与工作压力关系负载F（N）500050001000010000200002000030000300005000050000工作压力

35、P（MPa）0.811.522.53344557此次设计的最大负载在1000020000 N范围，所以取其工作压力为P1=2.6Mpa，执行元件的背压力可由表2-16选取。表2-16 执行元件背压力系统类型背压力MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀系统0.40.6回油路设置有背压阀系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5根据整体机构工作原理知选用单杆活塞缸及上表可选取可选取P2=0.5 Mpa。由下表又可初步确定活塞杆直径与缸筒内径的关系：表2-17 活塞杆直径与缸筒内径关系活塞杆受力情况受拉伸受压缩，工作压力P1（MPa）P1557活塞杆直径（0.30.5）D（0

36、.50.55）D（0.60.7）D0.7D由上表可知P1=2.6 5 Mpa，所以可初步确定两者关系为：活塞杆直径d=0.52 D下图所示单杆活塞缸它的进、出口的布置视其安装方式而定，可以缸筒固定，也可以活塞杆固定，工作台的移动范围都是活塞（或缸筒）的有效行程的两倍。由工作原理知我们选择的安装方式为缸筒固定。（a） （b）图2-11 单杆活塞缸简图（a）缸无杆腔进油 （b）缸有杆腔进油由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度亦不等，在松刀时无杆腔进油，所以根据公式其中m=95%,将数值代入上式可得：（8000+6717）=（/4）（2.6-0.5）D2+0.5（0.

37、52D）295%则可得D=95.5 mm ，d=0.52D=0.5295.5=49.66 mm。按GB234880将这些直径圆整成就近标准值时得D=100 mm，d=55 mm。液压缸的缸筒长度可根据最大工作行程决定，缸筒的长度一般最好不要超过其内径的20倍。这里其长度L=80 mm。 活塞环是密封气缸镜面和活塞间的缝隙用的零件。另外，它还起布油和导热作用。对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨性。它是易损件，在设计中尽量选用标准件和通用件，以利生产管理。活塞环的材料通常用灰铸铁、合金铸铁。环的直径D与灰铸铁牌号的选用关系见表2-18。表2-18 灰铸铁活塞环直径与铸铁牌号关系活塞环直径（mm）D

38、200200D300D300灰铸铁牌号HT30-54或HT25-47HT20-40或HT25-47HT20-40则根据活塞直径D=100和活塞式压缩机设计表4-36 灰铸铁活塞环的型式与尺寸可选取活塞环的尺寸如表2-19所示。表2-19 灰铸铁的尺寸外径D（mm）径向厚度t（mm）轴向高度h（mm）公称直径公差1004.00.153液压缸的作用时间t为式中 t液压缸的作用时间 sV液压缸的容积 A液压缸的作用面积 活塞杆伸出时活塞杆缩入时s液压缸行程（m）有主机运动决定，由题意知s=14mmQ进入（或流出）液压缸的流量 /s其中液压缸的动作时间t也可由附录的液压缸作用时间计算图上查出。图解法：

39、由给定的D（），s值，在、s轴上查出相应点并连线，该线交于V轴上一点，将此交点与Q轴上的给定Q值的对应点连线，延长并与t轴相交，该交点的指示值即为所求的液压缸的动作时间t。这里得t=4.1s。则平均速度V平均=s/t=0.014/4.1=0.0034m/s。又速度比=/=1/1-（d/D）2，代入数据得/=1.43。所以得=0.028m/s，=0.04m/s。故液压缸油口直径根据活塞运动最高速度v和油口最高液流速度v0而定。式中 液压缸油口直径 mD液压缸直径 m液压缸最大输出速度 m/s油口液流速度 m/s其中为液压缸的最大输出速度。油口液流速度可由下表2-20选取表2-20 允许流速推荐值

40、油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管道0.51.5 一般取1m/s液压系统压油管道36 压力高、管道短、粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6由上表可选取=1 m/s将值代入得=2.6mm。取4 mm。2.8.3 强度校核液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖处固定螺钉的直径，在高压系统中必须进行强度校核。其中液压缸的外径可从表2-21中选取。表2-21 工程机械用液压缸外径系列缸径mm液压缸外径 mmP16MPa202531.540505050545060606063.56376768393809595102102901081081141141001211211211271101331

41、33133140125146146152152140168168168168160194194194194180219219219219200245245245245由上表及缸筒内径D=100mm，知缸筒外径外121mm，即缸筒厚度=21mm。则D/=100/21=4.7610，壁厚按下式进行校核D为缸筒内径100mm；P为工作压力2.6MPa；缸体材料的许用应力。选缸筒材料为45钢，故=b/n=600/5=120 MPa。b为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5，将上述数据代入式2-14，得=211.42。故满足要求。 活塞杆直径的校核，根据工作要求，要留有孔供吹屑。所以活塞杆为空心杆。

42、其尺寸为：D外=50 mm，D内=12 mm刚度校核：活塞杆材料为45钢。其b=600 Mpa ，代入数据后得4（8000+6717）/（502-122）=7.95 Mpa= b/1.4=428.57 MPa说明：b为材料抗拉强度，为活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。 缸盖受油压时，最大应力发生在边缘上，缸盖的厚度计算公式为：H缸盖厚度 （mm）D缸体内径 （mm）P供油压力 （MPa）许用应力（MPa），锻钢取=40MPa，铸钢取=30Mpa。这里取30MPa。将数据代入公式可得H=12.66mm13mm缸体与缸盖采用螺钉联接。液压缸盖固定螺钉直径按下式计算式中，F为液压缸负载，F=14

43、717N；Z为固定螺栓个数，Z=3；k为螺纹拧紧系数，k1.121.5，取k=1.5；=s/（1.22.5），取= s/1.2。s为材料屈服极限。选用材料为45钢，所以s=300MPa。代入式（2-17）得ds=6.98mm.取ds=8mm。螺纹处的拉应力为：螺纹处的切应力：K1螺纹内摩擦系数，一般取K1=0.12d0螺纹外径d1螺纹内径合成应力其它的同上。将数据代入（2-18）、（2-19）得=166MPa，=83.3MPa。1.3=215.8MPa= s/1.2=250MPa1当活塞杆的细长比L/rk11时，且1=20120时，则 式中，L为安装长度，其值与安装方式有关，见表2-22，为活

44、塞杆截面最小回转半径， 为柔性系数，其值见表2-23；由液压缸支承方式决定的末端系数，其值见表2-22；E为活塞杆材料的弹性摸量，J为活塞杆横截面惯性矩；A为塞杆横截面积。F为由材料强度决定的实验值，为系数，具体值均见表2-23。表2-22 液压缸支承方式和末端系数值表2-23 f、的值本设计中 将数据代入可得=22.42。又=85,且=20120；所以将数据代入其中f=，。得=.7 N ，/=.7/4=.7 NF.其中取4。所以满足要求。第3章 气、液压系统设计3.1 液压系统设计概述 液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分，一般所说的液压系统设计则是指液压传动系统的设计。任何液压系统的设

45、计，除了应满足主机在动作和性能方面规定的种种要求外，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维护方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统设计的一般步骤如下：1.明确系统设计要求。2.分析系统工况，确定主要参数。3.拟订液压系统草图。4.选择液压元件。5.验算液压系统性能。 机床液压传动的特点：1.以油液为传动介质。2.必须在密封的容器中进行传动，这是因为油液没有固定的形状。3.油液只能受压力，而不能受其他应力。4.机床的液压传动是以静压传动原理工作的。 机床的液压系统的组成部分：1.动力部分油泵2.执行机构油缸（油马达）3.控制调节装置换向阀、节流阀、溢流阀等。4.辅

46、助装置油箱、滤油器、压力表、油管等。3.2 气、液压传动的特点 气压传动与液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别以压缩空气和液压油为工作介质，进行能量的传递和控制的传动技术，相对于机械传动、电力传动等传动技术，气、液压传动是新兴的工程技术。由于它们具有许多机械传动所不具有的优点。故其发展速度较快，应用范围也越来越广，目前已广泛应用于工程技术中的各个领域。3.2.1 液压传动与其它传动（如机械传动、电气传动及气压传动）比较的优点：1.在产生同样功率的情况下，液压传动结构紧凑、重量轻、惯性小。2.液压传动运动平稳，便于实现平稳而频繁的换向，并能防止机床的过载事故。3.液压传动能以较简单的结构，在较大的