高速铁路轴承内圈淬火压床开发设计

1、济南大学泉城学院毕业设计 1淬火压床设计前言机床产业是机械制造业的关键产业，为机械制造业提供装备。从经济角度来讲， 机床产业对于发展国民经济、增强国家的综合国力和发展高新技术产业有着重要的作 用。机床产品的发展是高精度、高效率、柔性化、智能化和自动化。我国的机床产业 在总体设计制造水平与工业发达的国家相比， 还有很大的差距。主要是表现在设计方 法的落后、设计资料的老化、设计标准难于与国际发达国家的技术指标接轨。在机械加工工业中，由于加工复杂工件的需要，一般机床已不能满足要求，因而出现了自动 控制机床及数字控制机床，用以加工复杂曲面和形状的工件。 我国进入WTC之后，为 我国的机械行业的发展带来

2、了新的发展机遇， 我国对机械行业装备的高度关注，促进 了我国的机床设计制造水平的提高，增强了机床产品的国际竞争力。毕业设计是机械设计制造及其自动化专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，是学生理 论联系实际的课堂。毕业设计是对大学生进行科学教育，强化工程意识和创新意识， 进行工程基本训练，提高工程实践能力和创新能力的重要培养阶段。通过毕业设计， 可以培养学生树立正确的设计思想和掌握现代设计方法，综合运用所学的基础理论， 基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力。可以提高学生的创造能力，增强创新设计水平。总之，毕业设计是对学

3、生所学知识综合运用能力的全面而又系统 的总结。毕业设计为大学生提供了培养和造就实践能力和创新能力的必要物质基础和 良好的环境，每位同学都必须珍惜这一难得的机会， 有效地利用宝贵的毕业实习和毕 业设计时间，把培养实践能力和打造创新能力作为毕业设计的指导思想。本机床是对列车、汽车、拖拉机、轴承等行业齿轮及轴承环等零件进行淬火的热处 理设备。同时，圈套类和盘套类的零件也可以在本机上进行淬火。 本机床必须和相应 的淬火模具进行配套使用，本机床为半自动机床，适宜于成批生产，除了工件装卸外， 其它部分都该是自动化的。机床的传动全部采用电气、液压控制，实现了自动工作循 环。有助于被淬火零件的精度控制和淬火质

4、量的稳定，又可以减轻工人的劳动强度。 本机床工作台采用液压传动，可在上料位置与工作位置移动。把一批淬火零件加热至 淬火温度，然后放入本机床，在压床内进行冷却，完成淬火工序。设计说明书上的一些主要参数数据是以机械设计手册、机床设计手册、液压和气压手册、机械设计、液压与气压传动、机床装备设计中的 国家标准作为参考的。2淬火压床主体结构设计2.1淬火压床设计概述淬火压床主要使工件在压力和限位下进行淬火冷却，以减少零件的冷却变形和翅 曲，把工件热成型和淬火合并为一个工序，以简化工序和节约能源。需要淬火的工件 在机械模具的压紧下进行淬火，便于控制需要冷却的工件的主要设计参数， 也是很好 地控制介质质量、

5、压力、冷却时间等有利于冷却过程的控制。根据设计要求为高速铁路轴承内圈淬火压床设计，按零件类型是轴类淬火压床， 其工作原理为工作台采用液压传动，可在上料位置和工作位置内移动。把一批淬火零 件加热至淬火温度，然后放入本机床内，驱动液压使上模合并下压工作台， 在压床内 冷却，完成淬火工序。卧式旋转淬火压床属于半自动化加工机床，易于组成生产连线用于大批量成产。2.2设计要求首先要满足用户的各种需要，确保机床的加工范围、工业淬火的精度和生产的经 济性等原则。合理安排工件的传动位置，尽量用较短的传动链，以简化机床机构，提高淬火机 床传动机构的传动精度和传动效率。通用机床必须满足参数标准和系列关于机床布局的

6、方向规定，机床要求结构要简单、实用、合理。冷却油量的控制装置：通过不同通径的电磁阀的相互结合来实现冷却油流量的控 制。模具驱动油缸与开合油缸协调动作以保证其同时达到工作位置。设计参数：模具驱动油缸：工作负荷 lOOOKg工作时间 3.2s最大工作速度 0.075m/s开合油缸：工作负荷300Kg工作时间 1.6s最大工作速度 0.025m/s2.3设备的主要技术参数1、每循环淬火零件数量2件2、生产节拍6分钟（可调）3、油循环冷却时间0-99 分钟4、设备主参数立柱间距960mm 动横梁行程120mm最大速度75mm/s进程 75mm/s回程65mm/s工作台行程500mm最大速度50mm/s

7、进程 50mm/s回程 50mm/s6、机械手横向行程 750mm提升距离 120mm手指抓取范围160-260mm单向循环时间3-5s7、液压站油泵最大工作压力10Mpa公称流量 40L/mi n电机功率5.5KW8冷却系统出油口距地面咼度 2500mm贮油箱有效容积1.5m x 0.8m x 0.65m循环泵功率3KW循环泵扬程14m2.4设备结构2.4.1设备组成部分1、淬火压床主机1台2、淬火模具4套随主机配备3、机械手1套单独配备4、高位油箱1套单独配备循环泵及油箱1套随高位油箱配备5、液压站1套单独配备电机、泵1套随液压站配备6、电气控制箱1套单独配备7、翻转台1套单独配备淬火压床

8、机身采用板焊结构，机身是全机床的承载框架。动横梁工作油缸固定在 上横梁上，动横梁设计有导向杆，与衡量上的导向套滑配。动横梁上装有卸料油缸， 正对油缸的下面装有淬火上模具。动横梁的下表面连接着起冷却作用的开合油缸。工 作台由一只油缸可以在导轨上上下移动。配油阀箱与工作台相对，装在立柱一侧。液 压操作板在机顶上侧，就地控制箱在机柱的一侧，就地起控制作用。机床在正常工作时就地控制柜起控制按钮站的作用。机床的工作台和动横梁配备 带有内撑式淬火模具，在淬火过程之中可以对工件发出力的作用， 以克服工件应力变 形。机床上下料的机械手移动导轨和机床的中心线重合。导轨一端用螺钉固定在机床 的上横梁上，另一端利用

9、支柱来支撑，形成和机床可相连接的过桥形式， 机械手在上 面移动，完成从送料端上的红热件套入淬火模具中， 再从淬火模具中取出已经淬火完 成的工件放到出料端。液压系统采用一体化设计，即液压发生装置置操纵板于一体，油泵的输出压力油 直接经过操纵板、控制阀、管道和安装在机床上的分油板，来控制执行各个部件的动 作，液压油箱侧面内配有水冷式冷却器。机械手和冷却油配流阀采用气压传动， 气阀采用二组集装阀，一组用来控制机械 手的动作，二组控制经配阀的动作，压缩空气经过气源三联体向集装阀供气。电柜控制系统由总电控柜、机床控制箱和就地控制柜组成。总电控制柜装有PLC主机 及扩展、一次执行器件，柜门上还设有控制按钮

10、。机床控制箱设计有操作、按钮控制 用来进行各种调整、调试、单动、自动各项操作功能的实现。就地按钮有启动、循环、 急停三个常规按钮，便于机床的操作和控制。图一：铁路轴承淬火压床示意图242机床的特点1、机身配有可以移出工作台进行卸料，机床机构相对简单，有良好的工艺性2、开合油缸内冷却油从上到下、从外到内循环流动形成循环冷却系统。由得定向流 动增加了冷却效果3、脱模可靠，装卸工件十分容易，便于机械手操作4、机械手动作敏捷、准确5、高位油箱自流进行冷却，小功率电泵进行补充液体，冷却油流动十分稳定、平稳6、PLC程序自动控制 同时还有保护和报警提示功能，扩大应用范围7、就地控制柜操作方便、安全、灵敏8

11、 :内圈用液压脱料式内撑模具，淬火件尺寸稳定、变形量小，便于机械手工作和人工上下料操作。机床简述2.5主机主机由负荷框架、动横梁、移动台三部分组成。负荷框架由动横梁、左右立柱、 底座构成，其作用是承受压件反力、油罩反力和脱模油缸的负荷以及汇集排除淬火冷 却油液。淬火压床主要由加压、升降、旋转、退料、和卸料等部分组成。机床主横梁与主油缸、模具缸、上模具、油罩、导向柱、排油管、密封条组成。 其作用是完成淬火和脱模。固定在上横梁的升降。左右导轨主要是方便机床的左右滑 移。移动工作台主要由导轨座、工作台、油缸、压板、接板、进油管、挡铁组成。起 作用是方便进行装卸料，工件回位后实现淬火。2.5.1加压部

12、分加热后的工件由进料道滚入到随动托轮 16的两根辊棒11上，在活塞杆10内,安装着转轴12, 当活塞杆10向右移动时，移动压模15将工件推套在主转压模18上。与此同时，套装在转轴12上 的推杆13,将随动托轮16推进一段行程之后，使随动托轮上的辊棒11始终托着工件。注意 工 件压靠后应离开辊棒2mm,使工件旋转时不与辊棒接触。2.5.2升降部分油缸体1与床体3固定相连联，活塞杆2通过座筒5与升降床身14固定相连联，活塞杆2如 向下移动时，使升降床身14及工件沉入油底。2.5.3旋转部分工件进入油底立即进行旋转是由电机通过一对圆锥齿轮6和7，及两对直齿轮8和26带动主轴21旋转的。2.5.4退料

13、部分工件在油中按预定时间旋转结束时，工件升起，活塞杆10左移退回，之后 主轴21内的弹簧25，推着推料杆24，通过穿销20、推料筒19将工件推出。同时，随动托轮 16在弹簧17的作用 下，随着移动压模19退入到挡料筒9内时，最后挡料筒将工件挡落在随动拖轮16的辊棒11上。2.5.5卸料部分工件落在随动托轮的辊棒上后 ，接着 随动托轮通过齿条22、齿轮23翻转90!，将工件翻入出料 道科灯就和 tan祖 弓肚蹲&昭 鼻出贰i工昨 .辭 点钿裁冲嗨fft m#麟 hJH *H* 曲 *樺 i|M 甬沁 E破 圧*皿哉池羽a-rtW#肚砂E博缚界比密单轴歹砂肚盘肿t啊附 讪药匕 瞎珊淡”槌 摞昭 乂

14、坤 卑也t m 峰 叔显if出鼻竇盘图二卧式旋转淬火压床结构3淬火压床液压系统的设计3.1液压系统的组成按液压循环方式的不同，液压传动系统可以分为开式和闭式两种。 在开式系统中， 油泵从油箱吸油，供入液动机后再排出油箱。其结构简单，散热结构简单，散热良好, 油液能在油箱内澄清，因而应用比较普遍。但油箱较大，客气和油液的接触机会较多， 容易渗入。在闭式系统中，油泵进油管直接与液动机的排油管相通，形成一个闭合循 环。为了补偿系统的泄露损失，因而常需附加一个小型的辅助补偿油泵和油箱。液压传动系统的主要组成1、液动机（液压缸、液压马达）2、液压泵3、控制调节装置。包括各种压力、流量及方向控制阀，用以控

15、制和调节液流的 压力、速度和方向，以满足机器的工作性能要求和实现各种不同的工作循环。4、辅助装置。如油箱、冷却器、滤油器、蓄能器、管道以及控制仪表等。5、传动介质。是指各类液压传动中的液压油和乳化液。3.2液压传动的基本性质3.2.1力比例关系液压传动区别于其他传动方式的基本特征一：力的传递是靠液体压力的传递来实 现的，或者说力的传递是按帕斯卡原理来进行的。因此有人把液压传动成为“静压传动”帕斯卡原理：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力等值地作用于液体的各 个部分。结论：在液压传动中的工作压力取决于负载，而与流入的液体量的多少没有任何的关系。 注意：负载包括，有效负载、无效负载、液体的流动阻

16、力。3.2.2运动关系液压传动区别于其他传动方式的基本特征二：运动速度的传递是按照“容积变化 相等”的原则进行的。基于此：有人称液压传动为“等容积式液体传动”。在流体力学中，把单位时间内流过某一通流截面 A的流体体积成为流量，则流量Q = v * A结论：1、活塞移动速度正比于流入液压缸中的油液流量 Q,与负载无关。2、活塞的运动速度反比于活塞面积，可通过对活塞面积的控制来控制液体速度。3.2.3功率关系由前述可得：P = Fv =Wv =Pq上式说明，在不计各种功率损失的条件下，液压传动系统的输出功率Wv等于输入功率Fv,并且液压传动中的功率可以用压力 P和流量Q的乘积来表示。3.3液压传动

17、的特点3.3.1液压传动的特点与电气及机械传动方式比较，液压传动具有以下优点：1、同样的功率，液压传动的质量轻、结构紧凑、惯性小；2、能在很大调整范围内，实现无级调速；3、运动平稳，便于实现频繁及平稳的换向；4、与电气或压缩空气相配合，可实现多样的自动化；5、系统内全部机构都在油内工作，能自行润滑，经久耐用；6液压元件易于实现通用化和标准化；7、液压传动易于实现过载保护；3.3.2液压传动的缺点1、泄露难以避免，影响工作效率和运动的平稳性，而且不适合用于较高的定比 传动。为了防止泄露，配合件的制造精度要求相对比较高；2、油液的温度及粘度的变化，会影响传动件机构的工作能力。在低温及高温条 件下，

18、采用液压传动，均有较大的困难；3、油液中如渗有空气，则会产生噪音并使传动不平稳；4、液压元件的制造及系统的调整均需要较高的技术水平；5、确定故障产生的原因及消除这些原因都比较困难；6液压传动有较多的能量损失；7、液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很高和很低的温度下工作；8、液压传动出现故障不易排除；3.3.3液压泵、液压马达的选择应用一般常用的油泵有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。按泵的流量特性，可以分 为定量泵和变量泵这两种类型。前者指当油泵转速不变时，不可以调节流量的变化。 后者是指当油泵转速不变时，通过变量机构的调节，可使泵具有不同的流量。一般调 节流量的方式有手动、电动、液动、随动和

19、压力补偿等基本形式。齿轮泵一般均为定 流量泵，叶片泵和柱塞泵有定流量和变流量两种形式。此外，对变量泵，按照输油方 向，又可以分为单向和双向变量泵。前者工作时，输油方向不可以改变；后者工作时， 通过调节可以改变油流的方向。齿轮泵可以分为外啮合及内啮合两种。 前者构造十分简单，价格便宜。应用广泛。 后者这种制造十分复杂，所以采用基本较少，但由于其体积小，重量轻、流量均匀所 以寿命比较长，因而适合某些休积要求紧凑，重量要求轻的机器上。为了提高泵的流 量均匀和运行稳定性，可以采用螺旋齿轮或者是人字齿轮。在结构上可以做成单机泵， 双级泵和双联泵。齿轮泵构造简单，价格合适，工作可靠，维护方便，对于冲击负荷

20、 适应性好，旋转部分惯性小。但是它的漏油较多，轴承负荷较大，磨损较为剧烈。主 要用于一般工程机械、矿山机械、农业机械等行业。叶片泵分单作用非卸荷式和双作用卸荷式两种。前者转子及轴受单向力，承受较 大弯矩，故称为非卸荷式。然而后者，泵的吸油孔与压油孔都是径向相对的，轴只受 扭矩不受弯矩，故称为卸荷式。单作用式叶片泵，可以采用改变定子和转子间偏心距 的方法来调节流量的大小，所以一般适合做变量泵。但是相对运动部件较多，泄露较 大，调节也就不方便，不适合于高压。双作用叶片泵，只能做定量泵。压力较高。输 油较为均匀，应用较为广泛。叶片泵一般用于中、快速度，作用力中等的液压系统中， 常见的工作场合有机床、

21、油压机、起重运输机械、工程机械塑料注射机等等。柱塞泵分轴向柱塞泵和径向柱塞泵两种。前者较后者有很多的优点：当功率和转 速相同时，径向尺寸小，结构紧凑，因而有较小的惯性矩，单位功率所消耗的金属较 少。转速高，压力大，效率较高。泵的径向作用力小，变量调节十分方便。但是轴向 柱塞泵的轴向尺寸大，轴向作用力大，使止推轴承构造复杂化，加工工艺复杂，制造 困难。液压马达与油泵在结构上无太大的差别，多数油泵若通入高压油，即可作为液压 马达。由于电动机廉价，而且供应十分方便，所以只有在特殊情况下才采用液压马达， 如果需要无级调速，速度的调节范围较大，而占地面积又需特别紧凑之处。 液压马达 传出的能量是液压马达

22、的扭矩和转速， 其大小取决于液压马达的工作容积、 压力及其流量。工作容积越大，压力越大，则扭矩也就越大。工作容积越小，输入油量越多, 则转速也就越大。类型压 力排量转速扭 矩技术性能及适用情况齿轮马达中 低 压小高小结构简单、价格低，抗污染性好。 用于负载扭矩不大，速度平稳性要求不高， 噪声限制不大及环境粉尘较大的条件叶片马达中 压小高小结构简单，噪声和流量脉动小。适用于负载扭矩 不大，速度平稳性和噪声要求较咼的条件。轴向柱塞 马达高 压小高较 大结构较复杂，价格咼，抗污染性差，效率咼，可 变量。适于咼转速扭矩较大平稳性较咼的条件。行星转子 摆线马达高 压较 大较 低较 大结构较复杂，价格咼，

23、抗污染性较好，输出扭矩 大。适用于中速160-320r/min、中转矩条件曲轴连杆 式径向柱 塞马达高 压大较 大大结构较复杂，价格咼，低速稳定性和启动性能较 差。适于负载扭矩大，速度低 5-100 r/min，对运 动平稳性要求不咼的条件。内曲线径 向柱塞马高 压大低大结构较复杂，价格咼，径向尺寸较大，低速稳定 性和启动性能好，适于负载扭矩大，速度低0-40达r/min，对速度平稳性要求高的条件，一般用于直 接工作驱动机构。3.3.4液压缸的分类液压缸的种类繁多，按照不同的分类方法，主要有以下类型：1 :按照运动方式的不同分为：往复直线运动液压缸和往复摆动液压缸；2:按照压力作用方式可分为：

24、单作用液压缸和双作用液压缸。 对于单作用液压缸， 液压力只能使液压缸单向运动， 返回靠外力，对于双作用液压缸，液压缸正反两个方 向的运动均靠液压力。3 :按照结构特点分为：活塞式、柱塞式、组合式。活塞式和柱塞式是液压缸的基 本结构形式，而组合式则是他们的组合，以适应不同条件的要求。组合式种类较多， 如伸缩缸、增压缸、串联缸等。液压缸结构简单，工作可靠，维修方便，所以应用相当地广泛，其数量也远远超过 了液压马达。3.3.5液压阀的选择与使用直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性比较；减压阀的作用；调速 阀的基本工作原理是本章的难点。从直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性 曲线可看出，直

25、动式溢流阀的调压偏差大于先导式，即其曲线斜率小于先导式。这是因 为直动式溢流阀阀芯上的调压弹簧直接与阀的人口油压相对抗，为使弹簧能在较小的压缩量下获得足够的弹簧力（液压力）,弹簧刚度较大（远大于先导式溢流阀主阀芯上 的平衡弹簧刚度，否则弹簧将加长，阀体将增大）,这就使得开启压力（克服弹簧力、刚 刚顶起阀芯的液压力）与额定压力（将阀芯顶到最高位置、弹簧压缩量为最大时的液压 力,即全流压力）之差调压偏差加大（大于先导式溢流阀的调压偏差）,故使曲线斜率小于先导式溢流阀，在流量发生相同或单位变化时，阀人口压力的波动量直动式溢 流阀大于先导式，其定压精度低于先导式。又由于在高压大流量下 ，特别是在高压下

26、， 直动式溢流阀的弹簧力（变形量）较大，人工操作（旋转调整螺母）很费力，故直动式溢 流阀适用于低压、小流量系统 o而先导式溢流阀则因其调压偏差小（主阀芯上的平衡 弹簧刚度很软）,开启比大，定压精度高，调节省力调压弹簧刚度虽然很大，但导阀（锥 阀）的有效承压面积很小，故弹簧力自然减小，调节省力、灵活而适用于高压大流量系 统。减压阀的作用是减压、稳压：将较高的人口压力扣减低为较低的出口压力P2（即减压）,并使P2稳定在所调定的数值上（即稳压）。当负载（减压支路的负载）为零或负 载所决定的压力小于减压阀的调定压力时，减压阀口常开，减压阀处非工作状态，这时 减压阀口相当于一个通道，减压阀出口油压为零或

27、为小于减压阀调定压力的某个数 值；当负载压力等于减压阀调定压力时，减压阀口关小，减压阀处工作（减压）状态，其出口压力为所调定的额定值；当负载压力大于减压阀的调定压力或为无穷大（液压油推不动负载、负载速度为零）时,减压阀仍处于工作状态，出口压力仍为减压阀的调定 值。与前者不同的是此时负载流量（流径减压阀口通向负载的流量）已为零（因负载已 停止运动），但仍有一部分流量经减压阀的导阀泄回油箱，因此，此时减压阀阀口的流量并不为零。这一点有些初学者理解不透，判断经常有误。调速阀的基本工作原理：其前置减压阀的作用是保证调速阀中节流阀两端压差不 随负载而变化，使所控制的速度稳定（只取决于节流阀的过流断面积）

28、。但是从普通节 流阀与调速阀的特性曲线看即二者作用相同。这主要是调速阀由不工作到工作这一启 动（过渡）过程所致。调速阀在不工作时，其中的减压阀阀芯处最下端、减压阀口开度 最大，不起减压作用，相当于一通道。此时的调速阀就是个普通的节流阀，所以二者的特性曲线重合。这时的减压阀出口、即节流阀入口处的油压还较小，还不足以克服减压阀阀芯上面的油压和弹簧力；当输入流量增加时，节流阀人口即减压阀出口泊压憋高,当憋高的油压对阀芯向上的作用力大于阀芯上端的油压与弹簧力之和时，亦即阀芯两端（下端与上端）的压差大于阀芯上端的弹簧力时，减压阀芯被顶起、上移,最后稳 定在某一位置上，从而使减压阀口关小，起减压作用，调速

29、阀启动完毕，进入工作状态。 此后不管调速阀两端压差如何变化，其流量都是不变的。因此，若设完成启动过程的阀 芯两端的压差为 Pmin,则只有在阀芯两端（调速阀两端）压差 P Pmin时，调速阀 才能进入工作状态，调速阀的特性曲线亦呈水平状态，。3.3.6液压油的使用要求3.4任务分析设计参数：模具驱动油缸：工作负荷 lOOOKg工作时间 3.2s最大工作速度 0.075m/s开合油缸：工作负荷300Kg工作时间 1.6s最大工作速度 0.025m/s设计要求：模具驱动油缸与开合油缸协调动作以保证其同时达到工作位置。系统压紧力F=40000N工件重G=10000N机械手重 G=600N模具重G=4

30、0000N 滑台重G=1000N系统要求最大速度 V=75mm/s=0.075m/s启动与减速时间t=0.5s 则有；横梁；下降 V=0.065m/s；上升 V=0.075m/s .行程：L=200mm工作台：前进 V=0.050m/s;后退 V=0.060m/s 行程：L=450mm模具油缸：下降 V=0.050m/s；上升V=0.065m/s行程：L=260mm开合油缸：下降 V=0.050m/s；上升V=0.070m/s行程：L=300mm其导轨面的夹角为90度，已知垂直作用于导轨的载荷Fn=120N,静摩擦因数：Fs=0.2,动摩擦因数：Fd=0.1。液压缸的机械效率为n =0.91。

31、3.5液压系统方案的确定液压工作过程：工作台液压缸：后退前进；动横梁：下降一一上升；模具缸：下降一一上升；综上所述，考虑到系统的流量很大，变量泵不好选，第二种方案的经济性好，系 统效率高，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的、供油 方式不太适，宜选用双联式定量叶片泵作为油源，所以选第二种方案。3.6负载分析3.6.1工作负载动横梁；工作最大负载：F=10000+600N=10600N工作台：工作最大负载F=0.2 X( 10000+1000 N=2200N模具油缸：工作最大负载F=40000N模具油缸有两个相同的油缸，所以每个的工作负载满载时为F=40000/2N=200

32、00N开合油缸：工作最大负载F=40000N模具油缸有两个相同的油缸，所以每个的工作负载满载时为F=40000/2N=20000N362磨擦负载由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸可根据公式FN2、FIKx-COS计算出滑台垂直作用于导轨的压力约为 120N,取fs =2 fd0.1则有:静摩擦负载Ffs =(0.2 120/si n45)N = 33.94N动磨擦负载Ffd =(0.1 120/sin45 )N =16.9TN3.6.3、惯性负载动横梁:加速时最大惯性负载F= G/g v/ t =10600/9.81 X 0.075/0.5N=162.08N制动时

33、最大惯性负载F= G/g Xv/ t =10600/9.81 X 0.075/0.5N=162.081N工作台:加速时最大惯性负载F=G/gXA v/ t=2200/9.81X 0.060/0.5N=26.911N制动时最大惯性负载F=G/gX v/ t=2200/9.81X 0.060/0.5N=26.911N模具油缸:加速时最大惯性负载F=G/gX v/ t=20000/9.81X 0.065/0.5N=265.04N制动时最大惯性负载F=G/gX v/ t=22000/9.81X 0.065/0.5N=265.04N开合油缸:加速时最大惯性负载F=G/gX v/ t=20000/9.81

34、X 0.070/0.5N=285.42N制动时最大惯性负载F=G/gXA v/ t=22000/9.81 X 0.070/0.5N=285.42N根据以上计算，考虑到模具，动横梁液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而 下滑，系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台2的重量。364、最大负载动横梁F=（ 10600+162.08+33.94）/0.91N=11863.76N工作台：F=（ 2200+26.91+33.94）/0.91N=2484.45N模具油缸：F=（ 20000+265.04+33.94）/0.91N=22306.57N开合油缸：F=（ 2000

35、0+285.43+33.94）/0.91N=22328.97N3.7液压缸主要参数的确定液压缸：是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸 的输入量是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸的活塞能完成直 线往复运动，输出的直线位移是有限的。结构形式可分为：缸体固定和活塞杆固定缸体固定-工作台往复运动范围为活塞有效行程的三倍，（占地面积较大）。常用于小型设备。活塞杆固定-工作台往复运动的范围为活塞有效行程的两倍（活塞杆固定，缸筒 与工作台相连，进出油口可以做在活塞杆的两端（油液从空心的活塞杆中进去）。也可以做在缸筒的两端（需用软管连接）。动力由缸筒传出。常用于中、

36、大型设备上。单活塞杆式液压缸的特点：往复运动速度不同-常用于实现机床的快速退回和慢速工作进给。两端面积不同，输出推力不相等。无杆腔吸油时-工作进给运动（克服较大的外 负载）。有杆腔进油时-驱动工作部件快速退回运动（只克服摩擦力的作用）。工作台运动范围等于活塞杆有效行程的两倍。缸体和底盖焊接成一体。活塞靠支撑环导向用丫型密封圈密封，活塞与活塞杆用螺纹连接。活塞杆靠导向套导向，用 V型密封圈密封。端盖和缸体用螺纹连接，螺母 用来调整V型密封圈的松紧。缸底端盖和活塞杆头部都有耳环，便于铰接。因此这种 液压缸在往复运动时，其轴线可随工作需要自由摆动。综上所述，选择单活塞杆式液压缸3.7.1、初选液压缸

37、的工作压力根据分析此设备的负载，按类型属组合机床类，所以初选液压缸的工作压力为4.0MPa1.3.2计算液压缸的尺寸动横梁A=F/P=11863.76/4000000mA2=2.966X 10A3 mA2D=(4A/n)八0.5=(4 X 3.022 X 0.001/3.1415926)A0.5m=0.0613m按标准取：D =63mm工作台A=F/P=2484.45/4000000mA2=0.621 X 10八3 口八2D=(4A/n)A0.5=(4 X 0.621 X 0.001/3.1415926)A0.5m=0.0281m按标准取：D =32mm模具油缸：A=F/P=22306.57/

38、4000000mA2=5.577X 10八3 口八2D=(4A/n)A0.5=(4 X 6.968 X 0.001/3.1415926)A0.5m=0.084m按标准取：D =90mm开合油缸：A=F/P=22328.97/4000000mA2=5.582X 10八3 口八2D=(4A/n)A0.5=(4 X 6.968 X 0.001/3.1415926)A0.5m=0.084m按标准取：D =90mm根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：横梁：DA2/(DA2-dA2)=75/65d=23.004mm按标准取：d=25mm无杆腔面积A=( n DA2)/4=3.1415926*63*

39、63/4=3117.25mmA2有杆腔面积A=n (DA2-dA2)/4=3.1415926*(63*63-25*25)/4=2626.37mmA2工作台由于其前进与后退速度相同根据设计手册确定d/D=0.5-0.58所以：按标准取：d -18mm无杆腔面积 A=( n DA2)/4=3.1415926*32*32/4=804.25mmA2有杆腔面积A=n (DA2-dA2)/4=3.1415926*(32*32-18*18)/4=549.78mmA2模具油缸：DA2/(DA2-dA2)=65/50d=43.235mm按标准取：d =44mm无杆腔面积A=(n DA2)/4=3.1415926

40、*90*90/4=6370.5mmA2有杆腔面积A=n (DA2-dA2)/4=3.1415926*(90*90-44*44)/4=4841.19mmA2开合油缸：DA2/(DA2-dA2)=70/50d=48.10mm按标准取：d =50mm无杆腔面积A=(n DA2)/4=3.1415926*90*90/4=6370.5mmA2有杆腔面积A=n (0八2八2)/4=3.1415926*(90*90-50*50)/4=4398.23mmA23.7.2、活塞杆稳定性校核动横梁因为活塞杆总行程为200mm而且活塞杆直径25 mmd = 200/25=8,不需要进行稳定性校核。工作台因为活塞杆总行

41、程为450mm而且活塞杆直径18 mmd = 450/18=25因为工作台液压缸的活塞杆主要受力为水平方向，因此不需要进行稳定性校核。模具油缸：因为活塞杆总行程为260mm而且活塞杆直径44 mmd = 260/44=5.910,不需要进行稳定性校核。开合油缸：因为活塞杆总行程为300mm而且活塞杆直径50mmd = 300/50=610,不需要进行稳定性校核。3.7.3、求液压缸的最大流量动横梁q=Av=3117.25*10A-4*0.075*10*60L/mi n=14.03L/mi n工作台q=Av=804.25*10A-4*0.060*10*60L/mi n=2.90L/mi n模具油

42、缸：q=Av=6370.5*10A-4*0.065*10*60L/mi n=24.84/mi n开合油缸：q=Av=6370.5*10A-4*0.070*10*60L/mi n=26.76/mi n钢筒壁及法兰的材料选45钢，活塞杆材料选Q2353.5.4液压缸其它参数的选择（1）活塞的最大行程L已由要求给定动横梁：L=200mm工作台：L=450mm模具油缸：L=260mm开合油缸：L=300mm（2）小导向长度当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导 向长度H。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性， 因此设计时必须保留有一最小导向长度

43、。对于一般的液压缸，当液压缸的最大行程为L，缸筒直径为D时，最小导向长度为：H亠220 2动横梁：H=200/20+63/2mm=10+32.5mm=42.5mm所以取H=50mm工作台：H=450/20+32/2mm=22.5+16mm=38.5mm所以取H=40mm模具油缸：H=260/20+90/2mm=13+45mm=58mm所以取H=60mm模具油缸：H=300/20+90/2mm=15+45mm=60mm所以取H=70mm（3）活塞的宽度的确定取B=0.7D动横梁：B=0.7D=0.7*63mm=44.1mm取 B=45mm工作台：B=0.7D=0.7*32mm=22.4mm取 B

44、=25mm模具油缸：B=0.7d=0.7*90mm=63mm取 B=65mm开合油缸：B=0.7d=0.7*90mm=63mm取 B=65mm(4)活塞杆长度的确定活塞杆的长度L活塞杆的长度应大于最大工作行程、导向长度、缸头、缸盖四者 长度之和。既ll+h+L盖+ L头但是为了使其能够工作，必须和工作台连接，所以还应 支出一部分。考虑实际工作环境和连接的需要，取这部分长度动横梁与模具油缸为 50mm工作台为30mm所以活塞杆的总长动横梁L=200+50+84+77+50mm=461mm工作台L=450+50+43+40+30mm=613mm模具油缸L=260+60+133+122+50mm=6

45、25mm模具油缸L=300+70+133+122+50mm=675mm(5)液压缸筒长度的确定L=活塞最大行程+活塞宽度+活塞杆导向长度+活塞杆密封长度。动横梁L=220+45+50+10mm=305mm工作台L=450+25+50+10mm=535mm模具油缸L=260+60+70+10mm=395mm开合油缸L=300+70+70+10mm=445mm3.8液压系统图的拟定液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：1、供油方式2、调速回路3、调速换接回路4、平衡及锁紧3.8.1、供油方式从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近。在慢 上时所需的流量较小，因此从提

46、高系统的效率、节省能源的角度来考虑，如果采用单 个定量泵的供油是不合适的，所以宜选用双联式定量叶片泵作为油源。3.8.2、调速回路由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，由于系统功率小，滑台运动速 度低，工作负载变化小。因此采用调速阀的回油节流调速回路。3.8.3、调速换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程 开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。3.8.4、平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留斯间内保持重物的位置，特在液压缸的下 腔进油路上设置了液控单向阀；淬火压床潅压系统改造后液压原理图图三、淬火压床液压系统改造原理图3.9确定电动机的

47、型号电动机已经标准化，系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案选择 电动机的类型，容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。3.9.1电动机类型和结构的选择电动机有交流电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种， 其中以普通笼型异步电动机应用最多。目前应用最广的是丫系列自扇冷式笼型三相电 动机，其结构简单，启动性能好，工作可靠，价格廉价，维护方便，适用于不易燃， 不易爆，无腐蚀性气体，无特殊要求的场合，如运输机，机床，风机，农机，轻工机 械等。在经常需要启动，制动和正，反转的场合，则要求电动机转动惯量小，过载能 力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机 YZ型（即笼型）或Y

48、ZR型 （即绕线型） 在连续运转的条件下，电动机发热量不得超过许可温升的最大功率称为额定功 率。负荷达到额定功率时的电动机转速称为满载转速。三相交流异步电动机的铭牌上 都有额定功率和满载转速。为满足不同的输出要求和安装需要，同一类型的电动机可 制成几种安装结构形式，并以不同的机座号来区别。各型号电动机的技术参数，如额定功率，满载转速，启动转矩和额定转矩之比， 最大转矩和额定转矩之比，外形及安装尺寸等，可查阅有关机械设计手册或电动机产 品目录。查看电机产品目录、拟选用电动机的型号为 丫160L-6。（设计手册P7-8）3.9.2确定电动机的功率电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能

49、的好坏。如果所选电 动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，使电动机经常过载而提早损 坏；如果所选电动机的功率大，则电动机经常满载运行，功率因数和效率底，从而增 加电能的消耗，造成浪费。因此，在设计中一定要选择合适的电动机功率。由驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力 （4MPa）和输出流量（970r/min）求 出：qp =（47 200） 970 0.9 10“ =241.03L/min2.03 106 241.03 10-6028W =10.19KW3.10油箱的设计：液压油箱在液压系统中的主要作用为储油、散热、分离油中所含空气及消除泡沫。选用油箱首先要考虑其容量，一般移动式设

50、备选取泵最大流量的23倍，于最低油位，当油缸回缩以后油面不得高于最高油位；最后考虑油箱结构，传统油箱内的隔板 并不能起沉淀脏物的作用，应沿油箱纵轴线安装一个垂直隔板，此隔板一端和油箱端 板之间留有空位使隔板两边空间连通，液压泵的进出油口布置在不连通的一端隔板两 侧，使进油和回油之间的距离最远，液压油箱多起一些散热作用。油箱的尺寸：油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积：V= （24） qp，即取 V=3 247=741 L 取 800L油箱的三个边长在1: 1: 11: 2: 3范围内，设定油箱可以设计为L=1100mm,D=900mm,H=80Qmto于油箱选择容量时系数偏大， 就把油箱壁厚

51、包括在以 上的计算出的长度中。油箱容量大于400ml，壁厚取5mm油箱底部厚度取8mn，箱盖应为壁厚的3倍, 取15mm为了增加油液的循环距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质，消 散热量，所以吸油管和回油管相距较远，并且中间用隔板隔开，油箱底应微微倾斜以 便清洗。由于油箱基本装满油，隔板高取液面高的3/4，取为600mm.其他油箱辅助元件和油箱结构参考国家标准。3.11液压系统的校核3.11.1压力损失及调定压力的确定已知油管的内直径为25mm则其面积为：A = n（ D/ 2） A2=3.14 X 12.5A2mmA2=3.14 X 156.25mmA2=490.625mmA2=4.9

52、 X 10A-4mA2所以慢进时液压缸的速度为：V =q/A=41.03 X 10八-3/( n/4)A2 X 5024A2 X 10A-4 X 60m/s=41.03/( n/4)A2 X 5024A2X 6m/s =0.136m/s根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为1.4m/s，数值较小，主要压力损失为调整阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀 所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算。所以有快进做依据来计算卸荷阀和溢流 阀的调定压力，由于供油流量的变化，快进时液压缸的速度为： TOC o 1-5 h z _3 兀24V1 二qp/A =241.803 1

53、0 / 4 50.241060m/s = 0.799m/s此时油液在进油管中的流速为2 H2_6v 二qp/A =241.803 10 / 251060m/s = 8.157m/sp4沿程压力损失首先要判别管中的流态，设系统采用N32液压油。_42室温为20r时，动力粘度 . 10 m /s，所以有：3_4Re =vd/、. =8.15725 10/1.010 = 2039 : 2320管中为层流，则阻力损失系数 =75/ Re =75/ 2039 =0.0373若取进、回油管长度均为2m油液的密度为卩=890Kg/m，则其进油路上的沿也=丸丄 v2 =0.031 汇一 江890 汉 8.15

54、72Pa =0.0876MPa程压力损失为d 225“02局部压力损失局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10% ;而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为 qn和pn，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失 pv式为、2qq n因为25mm!径的阀的额定流量为260L/min，所以通过整个阀的压力相比14MP0很小，且可以忽略不计同理，快上时回油路上的流量4 Aq212 二 241.03 34.36/5.24 L/min =164.84L/minAi则回油路油管中的流速V =164.84 1

55、0/160252 10 m/s=5.6m/sI 4丿由此可计算出Re=vd/ =5.6 25 103/1.0 10“ = 1400： 2320（层流），二 75/ Re 二 0.054所以回油路上沿程压力损失为：I P 229002pv2 二 0.05435.62Pa 二 0.061MPad 225X02（3 ）总的压力损失同上面的计算所得可求出：=巾 A2 卩2 二 0.0876 0.087610% 3436 0.061 0.061 10% MPaA 一50.24=0.142MPa（ 4）压力阀的调定值pp =匚 .卩=1.63 0.142 MPa =1.772MPa Ai溢流阀的调节器定压

56、力应大于 Pp压力0.30.6MPa,所以取溢流阀定压力为2.3MPa背压阀的调定压力以平衡滑台自重为根据，即.1000 5 p背-pa =1.9 10 Pa =0.19MPa50.24 勺0*J取：储=O.VIPa。3.11.2、系统的发热与温升根据以上的计算可知：在快上时电动机的输入功率Pp 二 讥/ p =1.772 10 241.0310/60 0.W8898.0W慢上时的电动机输入功率为：P厂Pp1qp1/ p=2.3 10 44.209103/60 0.7W= 2118.34/而快上时其有用功率为：R =1.6306 x241.030/60W = 6547.98W ；慢上时的有效功

57、率为：P=1.63X 10A6X 44.209 X 10A-3/60W=1090.1W所以慢上时的功率损失为:P=2118.34-1091.83W=1026W,略小于快上时的功率损失为:P=8898.02-6547.98W=731w现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升。油箱的三个边长在1: 1: 11: 2: 3范围内，则散热面积为：A=0.0653V 2 = 0.0653 8 002m 5.60m232假设通风良好，取“15 10 KW/(m C)，由于升降台在上升后有时间停留，在快下后也有上料上时间要停留，综合考滤取其工作时理论的油温升的 1/4作油箱的 温升，所以油液的温升为C =8

58、.75 C12.65671X.4 hA4 15 10 5.06室温为20 T，热平衡温度为28Cv 65C,没有超出允许范围 综合以上计算可得：系统合格。4结论4.1结论本文针对液压系统以及淬火压床主题结构和机床液压系统的组成问题，在机械设 计查资料和查询国家标准这方面感觉到自己的自学动手能力得到啦很大的提升。淬火压床属于专用机床，他的功能的实现需要液压系统和电器控制系统的协调作业。4.2展望通过实验分析，本文设计的上料机液压系统，取得了较好的性能，但探讨的问题 是基于一定的约束条件下取得的，因此在实际应用时还有许多方面仍有待进一步的提 高。以后液压技术的设计及研究方向：1 ：传动平稳 在液压

59、传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认 为不可压缩，依靠油液的流动进行传动。油液有消振能力，油路中还可以设置液压缓 冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上。2:质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件 下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控 制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的参考文献液压传动设计手册一北京机械工业出版社。机械设计手册第2、4卷机械设计手册编委会编著一3版北京：机械工业出版社，2004.8。雷天觉主编液压工程手册北京：机械工业出版社，1990。液压气压传动一