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机械毕业设计1141木工用异型槽龙门铣床液压系统改进及除尘设计.doc
机械毕业设计1141木工用异型槽龙门铣床液压系统改进及除尘设计
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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1141木工用异型槽龙门铣床液压系统改进及除尘设计,机械毕业设计论文
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1 1 前言 木工用异型槽龙门铣床是用于人造板（纤维板、刨花板 、 纸制板等）加工异型槽的专用机床，它是无线电音箱、家具、轻工等行业提高产品质量，提高企业效益的理想设备。液压系统用于传递动力使机床工作台往复直线运动。纵、横式机床合用。随着科学技术、家具制造业的飞速发展，电子计算机的普及应用，新材料，新工艺、新技术、新的设计与理论方法的不断出现，木工设备更新换代的周期日益缩短。在我国加入 WTO 之后，随着全球市场的形成，以最短的时间内生产出高质量、高可靠性产品成为制造业企业竞争 的焦点。 中南林学院的谢力生先生发表在木工机床上的一篇文章写道：“采用（液压或气压）自动进料器，不仅操作安全，而且机床生产率可提高 2 3 倍。” ；“采用液压或气压的自动进料器， 克服了现有机械进料装置的缺点，适应所有工件 在 平刨上的加工。操作人员不再需要进行人工进料，从根本上解决了木工平刨的安全问题。”文中首次提出了液压自动进料装置，并就其工作原理进行了理论分析；从根本上解决了木工平刨的安全问题。谢力生先生发表在木工机 床上的另外一片文章液压随动系统在木工仿形机床中的应用一文中谈到“液压随动系统具有重量轻、体积小、反应快、传动刚性大以及一般液压传动所具有的各种优点” ；在应用一文中还提到了机械仿形的具体特点和国内外现状：“机械仿形由于受到升角的限制，车削（铣）效率低，工件形状不能太复杂， 而液压传动 克服了机械仿形的缺点，可以车（铣）复杂的工件，控制系统稳定，加工精度高。目前在各领域广泛应用， 在 国外木工仿形机床上也得到了广泛应用。” 因此根据总体设计的要求，确定木工用异型槽龙门铣床工作台的驱动由液压系统驱动，且两台机床合用一套液压系统。为此经过对生产清洗及设计要求的分析，在液压系统中要解决以下几个问题 : a、课题要求系统装卸方便、便于维修、速度压力可调； b、液压系统要求两台机床合用，且可分别控制； c、液压油的冷却问题； d、加工过程中的切屑和粉尘的除尘问题。 本次设计通过查阅有关文献，经过认真设计较好地解决了以上的问题。 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 2 2 总体方案设计 2.1 本课题现有资料 2.1.1 设计内容 木工用异型槽龙门铣床是用于人造板 (纤维板、刨花板、纸质板等 )加工异型槽的专用机床，它是无线电音响、家俱、轻工等 行业提高产品质量，提高企业效益的理想设备。液压系统用于传递动力使机床工作台作往复直线运动。纵、横式机床合用。除尘装置用于消除加工过程中产生的木屑。 2.1.2 设计依据 工板材尺寸 2500 560，厚度为 5 30，生产率为 120 件 /小时，一次走刀可以完成板材宽度上形、型、型整边作业。配备 8 个铣销动力头，由电机分别拖动，动力头可进行 0 180旋转，其刀轴的径向跳动和轴向跳动均小于 0.03。 动力头自重为 20000N,取 016df.工作台直线往复运动，其平面度、工作台面 相对于龙门架的纵向、横向平行度均小于 0.06/1000。液压系统由纵、横式机床合用，除尘装置则由离心风机控制。 2.1.3 技术要求 a 对总体液压系统要求工作可靠、运转平稳； b 液压系统结构简单，两台机床合用，可分别控制； c 装卸方便，便于维修、速度压力可调； d 尽量使用通用件，以便降低制造成本； 2.2 总体 方案论证 2.2.1 本课题拟解决的问题 通过对木工用龙门铣床工作台的运动分析得到以下问题要求解决： a 课题要求系统装卸方便、便于维修、速度压力可调； b 液压系统要求两台机床合用，且可分别控 制； c 液压油的冷却问题； d 加工过程中的切屑和粉尘的除尘问题。 2.2.2 解决方案及预期效果 a 按照课题的要求，液压传动系统会尽量使用通用件和标准件，而且这样还可以降低制造成本。速度压力的调节可以通过对相应液压控制阀的调节来实现。 b 采用一个液压泵带动两个液压缸的结构，通过对液压阀的应用和油箱的调整来实现。 c 在油箱中相应位置装上两块隔板，通过隔板来实现液压油的冷却。 d 用风机将切屑吸入放好的布袋进行除尘。 经过和指导老师以及同学们的讨论，可以按照要求完成预期 效果。 nts 3 3 除尘设计总体规划，除尘装置执行元件的确定 3.1 执行元件的确定： 执行元件类型：离心排尘风机 执行元件数量： 1 执行元件安装位置：工作台外侧 执行元件与机床连接关系：支架连接 3.2 拟定除尘装置系统原理图 根据设计要求本设计需要的基本原理图为：如图 3-1 图 3-1 除尘原理图 上面的为龙门铣床的纵式结构的除尘基本管道原理图，下面的为横式结构的除尘管道基本原理图。 原理：铣床加工过程中产生的木屑经喇叭口吸入进入分 管道，最终汇总由风机的进风口接入风机，再经风机出风口排入布袋中。 此回路的特点：结构简单，使用方便，价格低廉。 需要注意的地方：为防止在加工过程中产生的木屑飞溅，对机床操作人员引起不必要的影响，需在机床工作台的横梁上安装一个大的防护罩。 3.3 确定主体结构形式 根据除尘装置系统原理图绘制总体结构图，如图 3-2 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 4 图 3-2 除尘总装图 nts 5 4 设计计算 4.1 风机的选型 : 风机类型的选择： 根据离心风机的选型方法可确定，空气中含有木屑纤维 或是尘土时，采用排尘风机。故在这里选用离心排尘风机。 风机的传动方式： 离心风机有 A、 B、 C、 D 4 种 传动方式， 2.8-5 采用 A 式传动，它是电动机与风机直联的传动，风机的叶轮、机壳直接固定在电动机和法兰盘上， 6.3-12.5 采用悬臂支承装置，又分为 C 式（皮带传动，皮带轮在轴承外侧）和 D 式（用联轴器联接传动）两种传动方式， 16、20 为 B 式悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮在轴承中间。 在本装置的设计中，选用的方式为 A 形 。 风机型号的选择计算： 根据参考文献 16得 ： VFQ 3600 ； ( 4-1) Q - 为风管内的风量； F - 为风管的面积； V - 为风管内平均速度； 根据参考文献 1风机设计手册表 2-8可查得一般管道里含有木屑或是锯末之类的杂质时的标准风速为 smv /15 ,因此在这里 vv ， 所以 15)2 2.0(36 00 2 Q hm /1696 3 考虑到工作车间的具体情况 :取大气压为aKP07.98,车间正常的工作温度 oT 30 , 根据实际情况，管道阻力取定为aP700； 由于风管系统压头不太高 ,风压 和阻力均取 增加 %10 作为选用的依据。 max1.1 QQ (4-2) 16961.1 hm /6.1865 3 max1.1 PP (4-3) 7001.1 770 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 6 由于使用地点大气压及输送空气温度与样本数据采用的标准不同应予换算 ， 换算公式 ： OO TTBPP 325.101(4-4) 其中下角标 ” o” 表示标准状态 ,B 为大气压 2027 3 3027 307.98 32 5.10 1 PP O2 9 33 0 30 3 3.17 7 0 aP823hmQQ O /6.1 86 5 3 根据OP和OQ值 ,查参考文献 16 的表 26 , 684 型离心风机性能表 ,选用 ANO 5684 型风机 ， 该风机转速 min/2900 rN ，性能序号 5 工况点参数aO PP 870， hmQO /1885 3，传动方式为 A 式传动，内效率为 %1.86 ,配用电动机效率为 KW2.2 ，型号为 41100 LY 。 4.2 离心风机的安装 4.2.1 安装前的准备工作 风机安装前应检查其基础，消声和减振装置并应符合工程设计的有关要求。 风机还应该对各机件进行全面检查，看风机的零件，部件和配套件是否齐全；校对叶轮，机壳等的安装尺寸是否与设计相符；叶轮与机壳的旋转方向是否一致；各机件连接是否紧密，转动部分是否灵活等。如发现问题逐个调整，修好，然后在一些结合面上涂一层润滑脂或润滑油，以防 生锈造成拆卸困难。 4.2.2 安装要求 离心风机的安装应注意以下几点： a 风机与风管联接时，要使空气在进出风口尽可能均匀一致，不要有方向或速度的突然变化。更不允许将管道重量加在风机壳上。 b 风机的进气，排气系统的管路，大型阀件，调度装置等应有单独的支撑，并与基础或其它建筑物联接牢固；与风机进风口和排气口相联接 的 直管道上，不得有阻碍热胀冷缩的固定支架。 c 风机进风口与叶轮之间的间隙对风机出风量影响很大；安装时应严格按照图样要求进行校正，确保其轴向与径向的间隙尺寸。 d 对用带轮传动的风机，在安装时要注 意两带轮外侧必须成一条直线。否则，应调整电动机的安装位置。 e 对用联轴器直接传动的风机，安装时应特别注意主轴与电动机的同心度，同心度允许差为nts 7 mm05.0 , 联轴器两端面平行度允许为 mm02.0 。 f 风机传动装置的外露部分、直通大气的进口，其防护罩应在试运转前安装好。 g 风机安装完毕，拨动叶轮，检查是否有过紧或碰撞现象。 待总检查合格后，才能进行试运转。 4.3 离心风机的运行 4.3.1 启动前的准备与检查 风机启动前应做好准备工作 ，认真地检查，检查的内容有： a 检查润滑油的名称、型号、主要性能和加注量是否符合要求，并确认油路畅通无阻； b 通过联轴器或传动带等盘动风机，以检查风机叶轮是否有卡住和摩擦现象； c 检查风机机壳内、还将联轴器附近、带罩等处是否有影响风机转动的杂物，若有则应清除。同时检查传动带的松紧程度是否合适； d 检查通风机、轴承座、电动机的基础地脚螺栓或风机减振器是否有松动、变形、倾斜、损坏现象，如有则应处理； e 确认电动机的转向与风机的装向是否相符，检查风机的转向是否正确； f 关闭作为风机负荷的风机 入 口阀或出 口阀； g 如果驱动风机的电动机经过修理或更换时，则应检查电动机转速与风机是否匹配。 4.3.2 离心风机 试运转检查 对于新装的风机或经过大修过的离心风机，还要进行试运转检查，风机试运转时应符合以下要求： a 点动电动机，各部位应无异常现象和摩擦声才能进行运转； b 风机启动达到正常转速后，应首先在调节阀门度为 oo 50 间小负荷运转，待达到轴承温升稳定后连续运转时间不小于 min20 ； c 小负荷运转正常后，应逐渐开大调节阀，但电动机电流 不得超过其额定值，在规定符合下运转时间不应小于 h2 ； d 具有滑动轴承的大型离心风机 ,在负荷试运转 h2 后应停机检查轴承，轴承应无异常，当合金表面有局部研伤时应进行休整后，再连续运转不小于 h6 ； e 试运转中，滚动轴承温升不得超过环境温度 Co40 ；滑动轴承温度不得超过 Co60 ；轴承部位的振动速度有效值不应大于 sm /103.6 3 。 4.4 离心风机的维护保养 离心风机属机械运转设备，同其它机械设备一样，需要正常的维护保养。所以为了使设备在寿命周期内安全、可靠、有效的使用，必须建立设备维护保养 制度，使设备能得到及时 全面 的润滑、巡nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 8 回检查，保证安全文明生产， 维护保养 的 主要内容是： 4.4.1 风 机运行的正常维护 风机的维护保养必须贯穿风机运行的始终，必须严格按照有关的技术文件规定和操作规程进行风机的运转。并对风机运转中出现的问题进行及时的维修。 4.4.2 风机的技术维护 a 检查轴承、联轴器及 风机的减振装置是否完好。 b 检查风机外壳体，观察转轮、叶片、开关附件。 c 检查风机转子和外壳间的间隙。 d 检查转子的平衡，转子是否平衡一般可根据外壳振动和叶轮旋转的均匀性评定。 e 检查风机的完整性，风管联接的严密性有无衬垫。 f 检查传动装置有无润滑油，并在必要时予以补充。 为了确保人身安全，风机的检修维护必须在停机的情况下进行，要切断电源，挂上禁止的 牌 子，以免发生事故。 4.5 除尘管路的设计 在此排尘装置中，管道主要作为排尘途径 ,即喇叭口在切削刀具上将木屑吸入，然后通过分管道进入总管道，再接入 风机的进风口，最后由风机的出风口排到布袋中去。 4.5.1 管道的设计 在木工用异型槽龙门铣床的除尘设计中，管道是主要的排尘元件。在此装置中，管道的尺寸设计要求极为合理，尺寸大了会对机床的工作台、刀具以及工件在加工过程中的位置均有很大的影响。尺寸若是小了，则又会对排尘中木屑的吸取有所不便，因此，在这个除尘装置中 分 管道的直径取 cm10 。总管道的直径取 cm20 。 这样既不会对机床的加工产生不必要的影响又不会阻碍木屑的排除。 管道可在外购买塑 料制品，连接方便，并可伸缩，以便 根据刀具的位置变化按需取用。在管道的拐弯处采用管接头连接，再用扎袋扎紧，同时在外层再用帆布包裹一下以达到更好的密封。对于在机床上的防护罩之内的部分管道和喇叭口的，则采用分节联接的方法，即根据具体的防护罩和工作台位置将管路分为几部分，每节之间，通过前面的方法将管道连接在一起。 4.5.2 喇叭口的设计 为防止加工过程中产生的木屑到处飞溅，也利于更好的吸收木屑，将风机的喇叭口安装在刀具边缘的旋转方向处。在喇叭口的尾架处的管道直径略小于 cm10 ， 以便更加顺利的与分管道相连接。喇叭口的直径取 cm30 ,喇叭口由一块铁皮卷制而成其小端直径为 cm10 ，刚好与后面同直径管道焊接在一 起。铁皮为扇形，根据 nts 9 RDo 2360 (4-5) 为扇形的角度； D 为喇叭口直径； R 为扇形半径； 将 30,30 RD 带入公式，得 : o180 喇叭口如图 4-3 图 4-3 喇叭口 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 10 4.5.3 管接头的设计 管接头主要是为了连接除尘管道，在这个装置中 ,由于管道的连接方式较多 ,因此设计中有二通接头 ,三通接头和四通接头三种接头 。二通接头的制作是有四块铁皮卷裹而成 ,在连接处用焊接的方式连接在一起。它是通过画法几何原理制作形成的。管接头的直径是 cm20 。二通接头 如图 44 。而三通和四通接头的做法则大致相同 ,都是用一直管与铁皮焊接起来。管接头制作中所有的焊接方式皆是型焊接 .其优点是填充均匀。三通接头 由 直径为 cm20 的管道 和卷制成直径为 cm10 的管道相连 ,也有直径为 cm20 的管道 和卷制成直径为的 cm20 管道相连 ,其做法一样。四通接头则全部由直径为cm20 的管道和卷制成直径 cm10 的管道相连。三通和四通接头的图分别如 54 和 64 。 图 4-4 二通接头 nts 11 图 4-5 三通接头 图 4-6 四通接头 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 12 4.5.4 除尘防护罩的设计安装 为了防止在操作过程中，飞溅出来的木屑容易对机床操作人员产生影响，需要在机床上安装阻挡木屑的防护罩。由于本机床为龙门铣床，有横式和纵式两个总体结构，因此在安装过程中需要使用两个防护罩，一 个固定在横式结构的横梁上，另一个在则固定在纵式结构的横梁之上。具体的安装需要根据工作台的尺寸来定，并且要根据工作台上刀具的具体位置留有相应的空间。 除尘装置外壳罩考虑到只安装了除尘喇叭口以及吸尘风管 ,这样除尘装置外壳罩的受力就不是很大 ,所以外壳就用不锈钢铁皮加工弯制而成 ,并在外壳上预留出了动力刀头上下左右调节的位置。除尘外壳罩用六角螺栓固定在除尘罩的支架上 ,除尘罩支架又用螺栓固定到横梁两端上。并且汇总后的大风管是摆放在横梁上面 ,这样就减少了除尘外壳的受力。另外在除尘外壳的两侧都加上了固定板 ,板上开出供丝杠调 节的槽位置 ,也有效的防止了外壳的变形。在喇叭口尾架处可以将其直接焊接在管道上。机床横式和纵式结构的防护罩分别如图 74 和 84 所示： 图 4-7 横式防护罩 nts 13 图 4-8 纵式防护罩 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 14 5 液压改进设计总体规划、确定液压执行元件 5.1 执 行 元 件 的 确定 执行元件类型：双作用活塞缸 执行元件数量： 2 执行元件安装位置：工作台正下方 执行元件与主机连 接关系：支架连接 5.2 液压泵的初步确定 泵的类型：定量叶片泵 泵的安装位置：油箱的上方 5.3 液压系统原理图的改进 5.3.1 基本回路的确定 根据设计要求本设计需要的基本回路为：速度控制回路差动连接快速运动回路。如图 5-1 所示。 图 5-1 液压缸差动连接快速运动回路 1-滤油器 ； 2-单向定量泵 ； 3-溢流 阀； 4-节流阀 ； 5-三位四通电磁换向 阀 。 nts 15 原理：换向阀处于原位时，液压缸有杆腔的回路合液压泵共有合在一起进入液压缸无杆腔，使活塞以 V1 的速度快速向右运动。 5.3.2 液压系统 原理图 根据设计要求 ,由一台泵站控制两台液压缸，两台液压缸彼此工作互不影响 ,采取并联连接的方式 ,如图 5-2 所示。 图 5-2 总体液压回路 1-滤油器； 2-定量泵； 3-溢流阀； 4-节流截止阀； 5-三位四通电磁换向阀； 6-单向节流阀； 7-液压缸；8-行程节流阀； 9-压力表开关； 10-压力表。 原理：当电磁铁 1Y 得电 2Y 不得电时，液压泵的供油经过溢流阀、节流截止阀、三位四通换向阀与液压缸有杆腔的回油合在一起进入液压缸的无杆腔使活塞以 1V 的速度向右运动；当 2Y 得电 1Y不得电时，液压泵的供油经过行程节流阀、二位三通换向阀后进入液压缸有杆腔使活塞以 2V 的速度向左运动。 此回路的特点：使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高生产率或充分利用功率。行程节流阀起缓冲保护作用。 需要注意的地方：泵的流量和液压缸有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管路应按合成流量来选择其规格，否则会导致压力损失过大，泵空载时供油压力过高。 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 16 5.4 确定主体结构形式 根据液压系统原理图绘制液压系统总结构图，如图 35 图 5-3 异型槽龙门铣床液压传动系统结构 nts 17 6 液压系统改进设计与 校核计算 6.1 推动横式工作台液压缸的计算 根据总体设计要求，即工作台的运动方式、行程压力的要求，以及为了便于与工作台的连接，液压缸与工作台的连接方式选取端部前后支架型安装方式。 在本次的设计中 ,液压缸的选择选用单杆活塞缸 ,其工作的最大活动范围是活塞 (缸筒 )的有效行程 2的L 倍 。 液压缸的设计 ,主要的尺寸为缸筒的内径、活塞杆的直径和缸筒的长度等参数 ,下面是各零件的校核计算。 6.1.1 缸 筒的校核 A. 缸筒结构 由于缸筒的工作压力属于低压力级 ,以及用途和使用环境等因素 ,选择缸筒结构为圆柱型 无缝 钢管。 B. 缸筒材料 缸体的材料常用 453520 、 号钢的无缝钢管 ,工作温度低于 Co50 缸体 ,必须用 4535、 号钢 .且要求调质处理 ;端部焊接的缸体 ,使用 35 号钢 ,机械预加工后再调质 ;不与其他零件焊接的缸体 ,使用调质的 45 号钢 。 一般缸筒要求有足够的强度和冲击韧性，根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源选择调质的 45 号钢。 油缸的材料 45 ,经过调制 283 32 HB , MPaS 355。 最大受力工况NFw 314000 。 C. 对缸筒的要求 a 有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不至于产生永久变形。 b 有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至于产生弯曲。 c 内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形 位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。 d 缸体的内径 D 采用 H9 配合 ,因为在本次设计中 ,活塞采用的是橡胶密封圈密封 ,所以内径的加工光洁度取 4.0aR 1.0aR。 e 热处理 :调质 , 硬度 285241 HB 。 f 内径 D 的圆锥度、椭圆度不大于直径的公差之半 。 g 轴线的弯曲度在 mm500 长度上不大于 mm03.0 。 h 端面 T 的不垂直度在直径 mm100 上不大于 mm04.0 。 i 因为缸体与端面采用螺纹连接 ,螺纹为 g6 级精度的公制螺纹 。 j 为了 防止腐蚀和提高寿命 ,在缸体内表面可以镀 05.003.0 厚度的硌 。 再进行研磨或抛光 ,在缸体外表面涂耐油油漆 。 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 18 图 6-1 液压缸部分视图 总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳 压力油液，同时它还是活塞的运动“轨道”。所以设计时，必须正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。 D. 缸筒的校核计算 a 缸筒内径 原有数据 ,缸筒内径为 mm100 .以下是校核计算 : 据参考文献 7 表 4-21 液压缸在工作时 ,其作用力 F 必须克服下列各种阻力 ,即 : 密摩惯回 FFFFF （ 6-1） 式中 回F-回油阻力 惯F-启动 、制动或换向时的惯性力 ,加速启动时取 + 惯F,减速启动时取 - 惯F,在等速运动时取惯F=0 摩F-油缸 以外的运动部件的摩擦阻力 密F-活塞 及活塞杆密封处的摩擦阻力 其中：惯F相对其他力非常小，所以在本次设计中可以忽略。因为本设计为直接回油，所以回F 0。 即 ： 密摩 FFF （ 6-2） 已知：工作台重量： NG 20000重； 工 作台 与导轨摩擦系数： 16.0F NNGfF 3 2 0 02 0 0 0 016.0 重摩 （ 6-3） nts 19 因为本设计采用 O 型密封圈，所以 FF 03.0密 所以： FFFF 03.03 2 0 0 密摩得 NF 969.3298 根据参考文献 4 压力油进入无杆腔 ,压力为 P1,推动活塞向右运动 ,速度为 V1;回油从液压的有杆腔流出 ,压力为P2, 速度为 V2.则 推力 : 4 )44 2122 PdDPDPDF （ 因不考虑回油压力 ,所以 液压缸内径： PFD 4 （ 6-4） 其中： P 为本液压系统的工作压力 取 ： MPaP 5.0 所以： mmD 7.91 根据参考文献 4 19932348/ TGB 选 取 整 数 mmD 100 F - 推动横式工作台所需的力 P - 缸的工作压力 D - 缸的内径 b 缸筒壁厚 设计 验算 液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆 筒 ，其内应力分布规律因壁厚的不同而各 异 。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 起重 运输机械和工程 机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄 壁圆筒结 构，查参考文献 2表 20-6-8， 其壁厚按薄壁圆筒公式 有为： 2VPD （ 6-5） 式中 液压缸壁厚 ， m； D 液压缸内径 ， m； vP 试验压力，一般取最大工作压 力的 (1 25 1 5)倍 ； 缸筒材料的许用应力。其值为：锻 钢： 110 MPa120 ，无缝钢管 100 MPa110 采用无缝钢管，取 MPa110 ， M P aP v 5.121025.1 。 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 20 代入公式 56 得： 2VPD m00568.01102 1.05.12 。 取 = mm10 查参考文献 2表 20-6-8， 液压缸的额定压力nP值应低于一定的极限值 ,保证工作安全。 21221 )(35.0DDDPn （ 6-6） 或 4412213)(5.0DDDDP Sn （ 6-7） 为避免缸筒在工作时发生塑 性变形，液压缸的额定压力nP值应与塑性变形压力有一定的比例范围。 PLn PP )42.0135.0(（ 6-8） DDP SPL 1lo g3.2 （ 6-9） 式中： D 缸筒内径（ m ）； 1D 缸筒外径 (m ）； nP 液压缸的额定压力 (MPa )； PLP 缸筒发生完全塑性变形时的压力 (MPa )； TP 液压缸的耐压实验压力 (MPa )； EP 液压缸发生爆裂时的压力 (MPa )； S 缸筒材料的屈服点 (MPa )； 查参考文献 4表 15-1， 缸 筒材料的 MPaS 285，将s代入公式 66 得： MPaPn 2.58将S代入公式 6-9 得： M P aPPL 90.51216.0 24.0log2853.2 取 M P aPPPLn 79.2190.5142.042.0 nts 21 液压缸的额定压力 MPaPn 10，所以缸筒厚度合格。 6.1.2 活塞 的设计 由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当 ，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，回引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。 液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构型式。 A. 活塞结构型式 根据密封装置型式来选用活塞结构型式（密封装置则按工作条件选定）。通常分整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单 ,但给活塞的加工带来困难 ,密封圈安装时也 容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环大量的使用，多数密封圈与导向环联合使用，可大大降低活塞的加工成本。根据本次设计的要求，液压缸的结构，选择整体式活塞结构的型式。 B. 活塞与活塞杆的连接 活塞与活塞杆的连接型式有多种，有螺纹连接，用开口销或双螺母锁紧，连接牢固可靠；有焊接连接，轴向尺寸小，加工容易，但不易拆卸；有半环连接，有弹簧挡圈连接，这两种方式装卸方便，并可承受较大的负载和振动，缺点是活塞是活塞杆的装配要有轴向公差， 否则轴向间隙会造成活塞杆与活塞的轴向窜动。 所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。同时在活塞与活塞杆之间需设置静密封。比较活塞与活塞杆的连接方式，在本设计中，采用焊接连接型式。 C. 活塞的密封 密封型式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择。在设计中考虑活塞与缸筒的配合的密封性，采用了 O 型密封圈，在活塞与活塞杆处也用 Y 型密封圈。 D. 活塞材料 无导向环活塞：用高强度铸铁 300200HT 或铸缸。 有导向环活塞：用优质碳素钢 20 号、 35 号及 45 号，有的在外径套尼龙（ PA）或聚四氟乙烯 PTFE+玻璃纤维和聚三氟氯乙烯材料制成的支承环。装配活塞外环可用锡青铜。 在设计中采用了无导向环的活塞，材料为高强度的 200HT 。 E. 活塞尺寸及加工公差 活塞外径的配合一般采用9f，外径对内孔的同轴度公差不大于 mm02.0 ， 端面与轴线的垂直度公差不大于 mmmm 100/04.0 ，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构型式不同而各异。 按照设计的结构在符合机械性能的情况下，同轴度公差为 mm02.0 ，端面与轴线的垂直度公差为mm04.0 ，外表面的圆柱度 mm04.0 。 6.1.3 活塞杆设计校核 A. 结构 因为活塞杆是用于缸筒运动的液压缸，用来导通油路，同时，考虑到减轻活塞杆的重量和增强活nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 22 塞杆的抗弯能力，设计过程中采用了空心杆的杆体 ,因是空心活塞杆 ,必须留有焊接和热处理的通气孔 。由于缸工作时轴线固定不动，所以采用螺栓头的杆外端。活塞杆的螺纹尺寸为 242M 。 B. 活塞杆的材料和技术要求 活塞杆在导向套中滑动，采用材料为高强度的78 /,200 hHHT配合 ,太紧则摩擦力大，太松则容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆柱度和圆度公差不大 于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差为 mm01.0 ，是为了保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与前端盖的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差 在 mm100 的直径上 为 mm04.0 ，以保证活塞安装不产生歪斜。 活塞杆的外圆粗糙度值一般为 mmRRaa 2.04.0。因为太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性， 活塞杆表面需进行镀铬处理，镀层厚 mm05.003.0 ，并进行抛光或磨削加工。 C. 活塞 杆的校核计算 a 活塞杆直径计算 原有数据 ,活塞杆的直径为 mm70 根据参考文献 2 表 20-8-12 公式 得： 活塞杆的直径 1-Dd 式中 -速度比 ,即无活塞杆端的有效面积 1A 与有活塞杆端的有效面积 2A 之比 . 查表 20-8-12 得 2 则 mmDd 702 （ 6-10） b 活塞杆的强度计算，只受轴向推力 活塞杆在稳定的工况下 ， 如果仅受到轴向的拉力或压力荷载时 ,所以可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算 得： 即 PdF 26)4/(10 （ 6-11） PM P a 11085.13 所以活塞杆的强度满足使用要求 F 活塞杆所受到的轴向荷载 ， N D 活塞杆的直径， m P 材料的许用应力，无缝钢管 MPaP 110100 其中 nbp b为材料的抗拉强度 , n为安全系数 ,一般取 4.1n 经校核计算得出的数据与原有数据基本一致。 6.1.4 导向套的 校核 计算 导向套在液压缸的有杆侧端，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有肛腔的密封。nts 23 外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置相处，损坏密封装置。导向套的典型结构型式有轴套式和端盖式两种。 A. 结构 根据 设计结构的整体性考虑及机械性能要求，在设计时采用了端盖式结构。 B. 导向套的材料 金属导向套一般采用磨擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用塑料（ PA）、聚四乙烯（ PTEE+玻璃纤维）或聚三氟氯乙烯材料制作。在设计中采用了金属制作的导向套。 C. 导向套长度的计算 a 导向套尺寸配置 导向套的主要尺寸是支承长度，通常按活塞杆直径、法兰的型式、导向套材料的承压能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。 b 导向套长度的校核 导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作 性能和稳定性，因此，在设计时必须保证缸有一定的最小导向长度 A，在本设计中缸径为 mmD 100 得 : DA )0.106( (6-12) 即 mmAA 70,10060100)0.106( 取。 经校核 A 的长度与原有数据相同。 D. 加工要求 导向套外圆与端盖内孔的配合为78 / fH，内孔与活塞杆外 圆的配合为99 /hH。外圆与内孔的同轴度公差不大于 mm03.0 ，圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半，内孔中的环行油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。 6.1.5 缓冲装置 液压缸的活塞杆具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械碰撞，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的 2 倍，这就必然会严重影响 液压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端实现速度的递减，直至为零。 一般技术要求 a 缓冲装置应能以较短的缓冲行程 L 吸收最大的动能。 b 缓冲过程中尽量避免出现压力脉冲及过高的缓冲腔压力峰值，使压力的变化为渐变过程。 c 缓冲腔内峰值压力应为iPP 5.1max （iP为供油压力） d 动能转变为热能使油液温度上升时，油液的最高温度不应超过密封件 的允许极限。 6.1.6 密封装置 液压传动是以液体为传动介质，依靠密封容积变化来传递力和速度的，而密封装置则用来防止液压系统油液的内外泄漏以及外界灰尘和异物的侵入，保证系统建立必要压力。密封装置的性能直接影响液压系统的工作性能和效率，是衡量液压系统性能的一个重要指标。 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 24 本设计的液压系统采用的密封方式有 : A.O 型密封圈 主要应用于活塞与缸桶，管接头处的密封。 O 型密封圈 具有结果简单 ,密封性能好 ,摩擦力小 ,安装沟槽尺寸小 ,易制造等优点 ,所以广泛应用 . B Y 型密封圈 主要用于活塞缸体内的密封。 6.1.7 排 气 阀 排气阀用于排除油缸内的空气 ,使油缸能够稳定工作 ,一般把排气阀安装在油缸的端部 ,如果排气塞设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安置排气阀。因为液压竿是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方， 均应与压力腔相通，以便安装后调试，前排除液压缸内之空气。由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气有积存的残留死角。由于本设计是采用垂直安装的液压缸，所以排气阀应设在缸筒的前端部。结构为整体式排气阀。 6.1.8 液压缸的行程时间 校核 原来的行程时间为 27 s。以下是校核过程： A 行程时间 据参考文献 4 表 20-6-3 当活塞杆伸出时： 2(1 5 ) /t D S Q (6-13) 其中： D=0.8m； S=2m； Q=35L/min； d 0.55m 2 1 5 3 . 1 4 ( 0 . 8 ) 2 / 3 5t =17.6 s 当活塞杆缩回时： 21 5 ( ) /t D d S Q (6-14) 2 1 5 3 . 1 4 ( 0 . 8 0 . 5 5 ) 2 / 3 5t 9.4 s 其中： S活塞行程， m Q流量， L/min d缸筒内径， m D活塞杆直径， m 活塞在缸体内部完成全部行程所需的时间 T=17.6 9.4 27 s 经过校核得出的行程时间与原有一致。 6.2 推动纵式工作台液压缸的 校核计算 （过程与推动横式工作台液压缸相同） 6.3 液压泵的校核计算 A 液压泵流量的校核 a 推动横式工作台液压缸油液流量的校核： 原来横式工作台液压缸的油液流量为 min/24L 。 nts 25 据参考材料 4 表 20-6-3 公式 当活塞杆伸出时： 32 104 VDQV (6-15)32 1064 1.014.3 min/14.47 L 当活塞杆缩回时： 322 104)( VdDQV (6-16)322 10124 )07.01.0(14.3 min/04.48 L 当活塞杆差动伸出时： 32 104 VdQV (6-17)32 1064 07.014.3 min/05.23 L b 推动纵式工作台液压缸所需的油液流量： 原来纵式工作台液压缸的油液流量为 min/27L 。 据参考材料 4 表 20-6-3 公式 当活塞杆伸出时： 32 104 VDQV (6-18)32 1064 11.014.3 min/99.56 L 当活塞杆缩回时： 322 104 )( VdDQV (6-19) 322 10124 )0 7 5.011.0(14.3 nts木工用异型槽龙门铣床除尘设计及液压系统改进设计 26 min/99.60 L 当活塞杆差动伸出时： 32 104 VdQV (6-20)32 1064 075.014.3 min/49.26 L 液压泵的最大流量由文献 75P得： )(m axqKQ L(6-21) 式中 Q 液压泵的最大流量， L/min； maxq 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值， L/min； LK 系统泄漏系数，一般取LK=1.11.3，现 取LK=1.2。 考虑系统的泄露 Q=1.2 (Q 横 max+Q 纵 max) min/84.130 L 其中： D 液压缸内径， m d 活塞缸直径， m v 活塞缸运动速度， min/m 液压缸容积效率当活塞密封为弹性密封材料时v 1；当密封材料为金属环时v 0.97-0.99 （本次设计密封材料为弹性材料） 经校核得出的数据与原有数据基本一致。 B 计算液压泵的工作压力 液压泵的工作压力应考虑液压缸最高有效工作压力和压力损失，这类系统的压力损失在估算时可取 PaP 510)52( ， 取 PaP 5105 ，则液压泵最高工作压力泵P为： PaPP P 5551 1010105105 泵 根据以上算得的 P 和 Q 再查阅文献 2，现选用 BCYB 148 型叶片泵。 该泵的参数为：排量min/1.136 L ，额定压力为 MPa10 。 YB 型泵系我国第一代国产叶片泵第词改型传品，具有结构简单，性能稳定，排量范围 大，压力流量脉动小，噪声低、寿命长等一系列优点，广泛适用于机床设备和其他中低压液压传动系统中，故本系统中选用 YB 型液压泵。 6 4 驱动电机的选择 选择电动机的公式依据查参考文献 2 52P（公式 20-2-3）进行验算， 即 ： nts 27 P =60sppQ（ 6-22） 式中 P 所选电动机额定功率 ， KW ； PS 泵的额定压力， MPa ； Q 泵的额定流量， min/L ； 转换系数； P 液压泵的总效率。 查参考文献 2， P156，表 20-5-9 确定各个参数： BCYBP 1 4 8,7.0,81.0 型叶片泵 的输出流量为 min/1.136 L ，额定压力 MPaPS 10 ， 驱动功率为： KW9.21 ；额定转速为： min/1000 r ；最高转速为： min/1200 r 。 代入公式 6-21 得： KWP 6.1981.060 1.1 36107.0 所需电动机功率为 KWP 6.19 。 查阅参考文献 2， 电动机产品样本， 再考虑机泵转速的匹配和机泵连接型式等，决定选择用2200 6YL电机。 6 5 液压元件的选择 液压阀的选择依据是系统的最高压力和通过阀的实际流量以及阀的操纵、安装方式等，需要注意的问题是： 1确定通过阀的实际流量 ，此时注意通过管路的流量与油路串、并联的关系：油路串联时系统的流量即为油路中各处所通
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