机械毕业设计（论文）-平面油压裁断机设计【全套图纸】

盐城工学院本科毕业说明书 2009 目目 录录 1 前言1 1.1 课题简介1 1.2 发展状况2 2 总体论证方案4 3 选择电动机6 3.1 传动参数计算6 3.2 确定电动机功率及其它参数6 4 液压系统的设计7 4.1 液压系统原理图7 4.2 油缸的设计7 4.2.1 缸体的设计7 4.2.2 活塞和活塞杆的选择8 4.2.3 活塞杆防尘圈的选择9 4.3 选择液压泵9 4.4 油箱的设计.10 4.4.1 油箱的容积.10 4.4.2 油箱的内部结构.10 4.5 其他附件的说明.11 4.5.1 滤油器.11 4.5.3 油口的设计.13 5 机器强度的校核.14 5.1 轴的强度计算.14 5.1.1 扭转强度.14 5.1.2 弯扭合成强度条件.15 5.2 螺栓组的校核计算.16 5.2.1 螺栓组受力分析.17 5.2.2 确定单个螺栓的工作载荷.18 5.2.3 螺栓强度计算.19 5.2.4 校合接合面上的挤压力.19 6 机器的其他部分的说明.20 7 结论.21 参考文献.22 致 谢.23 附 录.24 平面油压裁断机平面油压裁断机 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 1 摘要摘要：为了实现对皮革、橡胶、塑料、纸板、布料等物料的裁断，设计了平面 油压裁断机。在对盐城市智成机械有限公司现场调查的基础上，依据满足机器 使用性要求、经济性要求、社会性要求、专有要求以及外形美观等设计要求拟 定总体方案。改变了以往传统的设计思路，技术上有较大改进，改变传统手工 下料，主要采用电动机带动油泵以及液压系统传动，同时采用连杆装置拉动压 刀在导轨上滑动，进而实现裁断。对零部件的材料选择、失效形式、设计准则、 结构要求等进行设计计算，较好的实现了设计要求。 关键词关键词：液压；连杆；整体设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 平面油压裁断机 2 The design of plane hydraulic pressure judgment machine Abstract：In order to realize to material the and so on leather, rubber, plastic, cardboard, cotton material judgment, has designed the plane hydraulic pressure judgment machine. In becomes the machinery limited company scene investigation to the Yan cheng city wisdom in the foundation, the basis satisfies the machine use request, the efficient request, the social request, the appropriation request as well as the contour is artistic and so on the design request draws up the overall plan. Changed the former traditional design mentality, in the technology had a bigger improvement, the change tradition manual yummy treats, mainly used the electric motor impetus oil pump as well as the hydraulic system transmission, simultaneously used the connecting rod installment to draw presses the knife to skid on the guide rail, then realization judgment. To the spare part choice of material, the expiration form, the design criterion, the structure request and so on carry on the design calculation, better realization design request. Keywords: Hydraulic pressure; Connecting rod; Overall design 1 1 前言前言 1.11.1 课题简介课题简介 我的毕业设计课题是平面式油压裁断机的整机设计。裁断机适用于塑料、 皮革、泡绵、尼龙、布料、纸板及各种合成材料的一层或数层的成型裁断，被 广泛应用于皮革加工、制鞋、成衣、皮包、玩具、塑料、包装及汽车工业等。 油压裁断机主要是利用液压系统来传递和转化动力的。 本次设计课题主要来源于盐城智成机械有限公司，这是一家主要生产制鞋 机械的民营企业。平面式油压裁断机设计，主要是完成整台机器的生产设计， 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 3 具 25 吨裁断压力，动作轻巧、迅速，是针对传统机械式裁断机的缺点加以改进 设计，提高业界生产效率。 此次平面油压裁断机的技术要求有： a.操作简单省力，故障率低、裁断力强，裁断断速度快，1000 次以上/小时。 b.刀模设定装置，高低刀模调整 ，非常简单、准确 、快速。 c.作业时寂静，噪音小，改进工作环境。 d.微调装置，可轻易得到最佳之裁断冲程，延长刀模及裁断板使用寿命。 e.设有安全作业方式。 设计的主要内容包括：平面油压裁断机的总装图，非标准零件的设计，液 压缸的设计，电机及泵、阀、管件的选择使用等等。为了使设计更趋于合理化、 标准化、绝大多数零件都按照国家标准进行 主要技术参数要求： 表 1-1 主要技术参数 机械尺寸（LxWxH): 1830x800x1430(mm) 包装尺寸（LxWxH):2000x840x1670(mm) 净重/毛重：1385kg/1505kg 马力:3HP x 4P 行程:10-100mm 工作压力:25T 裁断面积:460mm x 1600mm 平面式油压裁断机的设计技术线路主要是根据已知的技术参数，裁断参数 （如压力、运动速度等）来确定选择电机，进而选择传动形式，计算传动件参 数。在设计整机体时主要考虑机体采用何种结构， （如铸体式、角钢式、焊接式 等） ，其次考虑采用导轨的形式以及传动件的结构，在考虑机体设计的时候要考 虑导轨、传动件、运动件等部件的固定等。完成总体机体的设计、导轨、传动 件、运动件的设计固定后，考虑各部件的密封要求及密封措施，考虑导轨、传 动件、运动件的间隙调整等问题。再次，考虑电机的固定与距离调整问题，设 计电机固定板、滑动导轨以及旋转件等。接下来考虑电路板、电气线路的设计。 最后作总体设计、修改，主要使机体结构合理，造型美观。 另外在本次设计中，对于液压系统的选择与设计也非常重要。液压传动有 机械传动和电力拖动系统无法比拟的优点技术无法比拟的优点.液压元件的布置 不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活 性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。液压传动系统可以在运行过程中 实现大范围的无级调速。另外液压传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、 制动和频繁的换向。除此以外，液压传动系统操作控制方便、省力，易于实现 自动控制、中远程距离控制、过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于 实现自动工作循环和自动过载保护。 而且液压元件属机械工业基础件，标准化 和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。 平面油压裁断机 4 液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大，以空气为工作介质，处理 方便，无介质费用、泄露污染环境、介质变质及补充等问题。 由于液压传动是封闭的，多数情况下其元件均可由传动液压自行润滑，因 此磨损很小.液压元件体积小、重量轻、标准化程度高，便于集中大批量生产， 加上近年发展起来的叠装、插装技术，装配也很容易，因此造价低，比起其他 机械传动，液压传动常为一种最为经济的选择. 这些年来国内在液压件清洗设备的研制和生产方面发展很快，但使用经验 表明，还存在一些需要进一步改进和完善的问题。首先是通用清洗设备的适用 性问题。对于一些结构复杂和具有内部油路的零部件，采用通用清洗设备往往 效果不理想，内部残留的污染物很难冲洗出来，因而应考虑选用或设计专用的 清洗设备。其次是关于清洗液的洁净性问题。零件清洗过程中清洗液应保持一 定的清洗度，这对于零件装配前的精密清洗尤为重要。目前国内清洗设备较普 遍地存在过滤装置不够完善的问题，过滤精度低，纳垢容量小，不能有效的滤 除从零件冲洗出来的颗粒污染物。有的清洗设备甚至没有过滤设备，而是定期 对清洗设备的清洗液进行过滤净化。这样，在清洗的初期清洁度可能符合要求， 但清洗到后期，由于污染物积累清洗液污染越来越严重，不仅达不到清洗的目 的，反而污染了零件。因此，清洗设备必须装设具有足够高的过滤精度和纳垢 容量的过滤器。采用可清洗滤芯和增加外过滤系统，可提高过滤净化能力并节 约费用。 在本次设计中，由于我个人所掌握的专业知识深度还不够，缺乏实践上的 经验，因此，在设计过程中难免出现错误和不足，敬请各位老师及同学谅解， 恳请给予批评指正；我将在以后的学习工作中加紧努力，逐步提高自身能力， 加强实践经验，并在以后工作中做的更好。 1.2 发展状况 对于裁断机来言，甚至整个工程机械，机械的发展经历了简单结构的人类 手动传动、自然界力量的传动、蒸汽传动、电气传动、压力传动、核子传动等 时代。从人类需要进行切断操作开始，我们就不断创造和改进我们的工具，从 简单手工切断，到大规模工厂操作，裁断机不断趋于规模化、安全化、现代化。 目前世界上所用的裁断机大多数都是采用液压传动作为主要传动方式，其 传动的优点在这里就不在多说。其实所不同的就是在对裁断机的智能化控制上 有所差别。目前先进的和最具有发展潜力的莫过于数控技术的结合应用。 数控技术，简称数控（Numerical Control） 。它是利用数字化的信息对机 器运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机器，或 者说装备了数控系统的机器称为数控(NC)机器。数控系统包括：数控装置、可 编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。数控机器是机、电、液、气、光 高度一体化的产品。 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 5 未来裁断机的发展会向智能化网络化、集成化、微机电控制系统、数字化 的方向发展。 2 总体论证方案 油压裁断机，主要是利用电机带动液压系统工作，通过液压系统的传动与 传递，带动机械拉杆运动，从而实现裁断作用。完成本课题的设计的实际使用 情况、结构合理性、加工可行性，成本材料节约性等论证。 根据实际需求，本设计主要完成电机以及液压系统的选择，这是设计前提； 其次是完成整体机身、机架等结构设计，这是设计基础；再次是要完成机构传 动结构、执行结构以及辅助结构的等设计与选择，这是设计的保障。 对于电动机的选择我们将重要依照执行结构所需要的执行力（即最终裁断 力） 、机构传动比、液压系统的传动比以及系统摩擦等损耗能量等技术参数做最 终计算与选择。在设计容许的范围内，参照国家标准，最终选择电机。具体选 择将在电机选择部分详细介绍。 液压系统的选择与设计，主要也是根据液压转动原理以及标准液压元件的 性能等参数来做设计与选择的，详细内容将在液压系统设计部分做详细介绍。 机身主要将采用焊接直角 V 型钢成一整体框架，这样设计结构简单，材料 便宜，经济实用。工作台面采用一块钢板，焊接在机身上。 分析机构的运动受力等参数，可以初步确定所需要选择与设计的零部件主 要有： 调整螺帽：主要用于调整裁断上座与机台裁断面的平行高度。 拉杆：力的传递。 连杆：机械力的传递与方向的改变。 轴：机械力的传递与方向的改变。 裁刀：裁断运动的直接执行。 导轨：裁刀执行运动的方向与精度保障。 此外还有一些零部件如：轴盖、百叶窗、支角等。 不同类型的机械结构设计中各种具体情况的差别很大，没有必要以某种步 平面油压裁断机 6 骤按部就班的进行。通常是确定完成既定功能零部件的形状、尺寸和布局。结 构设计过程是综合分析、绘图、计算三者相结合的过程，其过程大致如下： a. 理清主次、统筹兼顾：明确待设计结构件的主要任务和限制，将实现其 目的的功能分解成几个功能。然后从实现机器主要功能（指机器中对实现能量 或物料转换起关键作用的基本功能）的零部件入手，通常先从实现功能的结构 表面开始，考虑与其他相关零件的相互位置、联结关系，逐渐同其它表面一起 连接成一个零件，再将这个零件与其它零件联结成部件，最终组合成实现主要 功能的机器。而后，再确定次要的、补充或支持主要部件的部件，如：密封、 润滑及维护保养等。 b. 绘制草图：在分析确定结构的同时，粗略估算结构件的主要尺寸并按一 定的比例，通过绘制草图，初定零部件的结构。图中应表示出零部件的基本形 状，主要尺寸，运动构件的极限位置，空间限制，安装尺寸等。同时结构设计 中要充分注意标准件、常用件和通用件的应用，以减少设计与制造的工作量。 c. 对初定的结构进行综合分析，确定最后的结构方案：综合过程是指找出 实现功能目的各种可供选择的结构的所有工作。分析过程则是评价、比较并最 终确定结构的工作。可通过改变工作面的大小、方位、数量及构件材料、表面 特性、连接方式，系统地产生新方案。另外，综合分析的思维特点更多的是以 直觉方式进行的，即不是以系统的方式进行的。人的感觉和直觉不是无道理的， 多年在生活、生产中积累的经验不自觉地产生了各种各样的判断能力，这种感 觉和直觉在设计中起着较大的作用。 d. 结构设计的计算与改进：对承载零部件的结构进行载荷分析，必要时计 算其承载强度、刚度、耐磨性等内容。并通过完善结构使结构更加合理地承受 载荷、提高承载能力及工作精度。同时考虑零部件装拆、材料、加工工艺的要 求，对结构进行改进。在实际的结构设计中，设计者应对设计内容进行想象和 模拟，头脑中要从各种角度考虑问题，想象可能发生的问题，这种假象的深度 和广度对结构设计的质量起着十分重要的作用。 e. 结构设计的完善：按技术、经济和社会指标不断完善，寻找所选方案中 的缺陷和薄弱环节，对照各种要求和限制，反复改进。考虑零部件的通用化、 标准化，减少零部件的品种，降低生产成本。在结构草图中注出标准件和外购 件。重视安全与劳保（即劳动条件：操作、观察、调整是否方便省力、发生故 障时是否易于排查、噪音等） ，对结构进行完善。 f.形状的平衡与美观：要考虑直观上看物体是否匀称、美观。外观不均匀 时造成材料或机构的浪费。出现惯性力时会失去平衡，很小的外部干扰力作用 就可能失稳，抗应力集中和疲劳的性能也弱。 总之，机械结构设计的过程是从内到外、从重要到次要、从局部到总体、 从粗略到精细，权衡利弊，反复检查，逐步改进。. 机械结构设计在机械设计 中起着举足轻重的作用。本章主要讨论机械结构设计的特点、步骤和思维方式。 机器工作原理及装配的设计要求是确定零部件结构和形状的主要因素，其次是 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 7 材料的选择、制造工艺方面的要求，使之具有良好的工艺性（加工、装配） 。此 外，零部件的结构和形状的完善对强度和刚度的提高有很大的影响。 3 选择电动机 原动机是许多机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、 蒸汽机、水轮机、液压机等。电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容 易，一般生产机械上大多数均采用电动机驱动。本设计也采用电动机作为原动 力。我国已制定统一标准的 Y 系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步 电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。所以本 设计采用 Y 系列三相异步电动机。 3.1 传动参数计算 根据总体设计和传动方案设计可知，要确定电动机功率需要首先确定工作 总阻力。在本设计中工作阻力主要来源于皮革的自身韧性。裁断刀需要施加的 力就是克服皮革韧性，使其分裂被裁断的力。根据皮革的性能以及几何尺寸可 以初步估计裁断刀对皮革施加的力为 F=959.825N，由此可以确定连杆装置对拉 杆施加的力，同时也就可以确定液压系统的输出功率。 3.2 确定电动机功率及其它参数 电动机的容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。 当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使电动机因 为长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且 因经常不在满载下运行，其效率和功率因数都较低，造成浪费。 电动机的容量主要由电动机运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情 况有关。电动机的工作情况一般可分为两类：（1）用于长期连续运转、载荷不 变或很少变化的、在常温下工作的电动机；（2）用于变载荷下长期运行的电动 机、短时运行的电动机和重复短时运行的电动机。根据本设计的实际工程条件 平面油压裁断机 8 来看，应该根据第一种情况来确定电动机。选择这类电动机的容量，只需要使 电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。电动机的额定功率 Pm 等于 或稍大于电机输出功率 Po,即 PmPo。从手册中选择相应的电机型号，而不必 再作发热计算。通常按照 Pm=(1-1.3)Po 选择，电机功率裕度大小应视工作装 置可能的过载情况而定。 根据实际生产的条件，可选择型号为 Y90L-的电机， 其基本参数如下： 额定功率 Pm=2.2 Kw 额定转速 Nm=960 r/min 额定电压 V=380 V 额定电流 A=4.9 A 其次电动机的外形尺寸、电动机中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸等也均可 在手册中查得。 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 9 4 液压系统的设计 4.1 液压系统原理图 图 4-1 液压系统原理图 油路传动机构如图所示，有电动机传动齿轮泵，出油口分两路，一路进溢 流阀，另一路接电磁阀，控制油缸动作，油箱采用 AW46 号机油。 4.2 油缸的设计 4.2.1 缸体的设计 由=4F(0.9(1-/x0.9) (4-1) 2 D 1 P 2 P 1 P =55010=5500N 1 P =45500/（0.93.1420103（1-0.085） ） 2 D D97.5(mm) 将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=100mm，活塞杆直径系列取 d=56mm. 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算的 平面油压裁断机 10 壁厚按薄壁圆筒公式计算： PyD/2 (4- 2) -液压缸壁厚（m） D-液压缸内径（m） Py-实验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（Mpa） ()-液压缸筒材料的许用应力。取 100Mpa 550101.256010-3/21003.1410-4 10（mm） 外经=100+102=120（mm） 1 D 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外型长度 还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030 倍。 综合考虑取液压缸缸体长度 l=800(mm) 缸体主要技术要求为：有足够的强度，长期承受最高工作压力及短期动态 实验压力而不致产生永久性变形；有足够的刚度，等承受活塞侧向力和安装的 反作用力而不致于产生弯曲；内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下， 等长期工作而磨损少，有高的几何精度，足以保证活塞密封件的密封性。 缸筒毛坯：普通采用冷拔或热扎无缝钢管，国际市场上已有内圆经研 磨，外圆精加工，只需按所要求的长度切割的无缝钢管供应。此外，较厚壁毛 坯用铸件和锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝须用 X 光或磁力探 伤。 4.2.2 活塞和活塞杆的选择 活塞是根据密封装置型式来选用其结构型式的。通常分为整体活塞和组合 活塞两大类。这次选用的是无导向环活塞，其材料是用高强度铸铁 HT200300 制造的。采用“O”型密封圈，这样的选择使其结构简单，减少加工工作量，同 时又能满足使用要求。 根据实际需要，参考盐城智成机械有限公司，选用实心活塞杆。实心杆制 造工艺教简单，故被采用。 活塞杆强度计算，主要验算活塞杆压缩或拉伸强度 4FNs/3.14106 2 d 式中 F-液压缸的最大推力 -材料的屈服强度 Ns-屈服安全系数，一般 Ns=2-4 由上式求出 d29.5（mm） 液压缸用的活塞杆材料通常要求淬火深度一般为 0.51mm，或活塞杆直径 每 1mm 淬深 0.03mm。表面处理一般为：活塞杆表面须镀硬铬，厚 15-25m，也 有的要求镀铬层 30-50m。防腐要求特别高的则要求先镀一层软铬，后镀硬铬， 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 11 镀后抛光。 活塞杆外经公差 f7-f9 直线度0.02mm/100mm。 表面粗糙度：一般为 Ra0.3-0.4m，精度要求高时 Ra0.1-0.2m. 4.2.3 活塞杆防尘圈的选择 根据液压手册选用密封圈类型：O 型圈 材料 NBR 耐压 8MP 温度范围 30+130 度 工作介质 油 乳化液 防尘圈设置在活塞杆或柱塞密封圈有三种基本形式，防止外界灰尘、沙砾 等异物进入液压缸内，以避免影响液压系统的工作和液压系统元件的使用寿命。 国家标准 GB10708.3-89 规定的橡胶防尘圈有三种基本形式：第一种形式是 一种纯橡胶圈，它适用于安装在 A 型密封腔体内起防尘作用。第二种形式是一 种有金属骨架的橡胶圈，它适用于安装在 B 型密封腔体内起防尘作用，第三种 形式是一种有双向唇的橡胶圈，它适用于安装 C 型密封腔体内起防尘和辅助密 封的作用。 根据液压手册 GB6578-86 选用 A.A 型液压缸活塞杆防尘圈， 参数： d=25 s=4 L1=5 L2=8 D1=33 D2=30.5 R1=0.3 R2=0.5 C=2 d-活塞杆直径 s-密封沟槽经向深度 L1-密封沟槽长度 L2-防尘圈极限长度 D1-密封沟槽底经 D2-密封沟槽端部孔径 C-导入角长度 R1，R2-圆角半径 4.3 选择液压泵 泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 P=+p (4-3) 1 p 式中 P-液压泵最大工作压力 -执行元件最大工作压力 1 p p-进油管路中的压力损失，简单系统取 0.2-0.5MP，复杂 系统取 0.5-1.5MP，本液压系统取 0.5MP P=p1+p=(24.5+0.5)=25MP (4-4) 平面油压裁断机 12 选择液压泵的规格。 根据以上算得的 P 和 Q 值查阅液压工程手册，现选用 CBY2025 型齿轮泵， 该泵参数为：理论排量 q=25ml/r,泵的额定压力为 20MP，最高转数 3000r/min, 驱动功率 27.7KW，总功率 0.75。 4.4 油箱的设计 油箱在液压系统中的主要功能是：1）储存系统所需的足够油液；2）散发 系统工作中产生的一部分热量；3）分离油液中的气体及沉淀污物；4）有时油 箱盖还可用作液压泵装置和其他液压元件的安装底板。 在一般设备中，大多采用钢板焊接的分离式油箱；极少采用与机床床身焊 接或铸造在一起的总体是油箱。 4.4.1 油箱的容积 油箱要有足够的容量，以保证必要的散热能力，在工作时还应保持一定的 油位高度。由于工作条件的差异很大，而且影响散热的因素很多，液压泵的流 量、工作压力相同，若系统效率不同，所需要散发的热的因素很多，液压泵的 流量、工作压力相同，若系统效率不同，所需要散发的热量也不相同，故一般 油箱的有效容量其数值变化范围很大，大多数中、低压系统可按液压泵每分钟 流量的 3-6 倍来估计，流量大、压力低的区小值，流量小、压力高时取大值。 要求能容纳停车时因重力等作用而返回油箱的油，同时工作时油面应保持一定 的高度。为了防止停车时，由于回油而使油液从油箱中溢出，故油面不宜太高， 油箱的有效容量，一般按底面积乘以油箱高度的 0.8 倍来计算。 液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来 考虑。液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为： 在低压系统中 （p2.5MPa）可取： V=（24） (4-qP 4) 在中压系统中 （p6.3MPa）可取： V=（57）qP 在中高压或高压大功率系统中 （p6.3MPa）可取： V=（612）qP 式中 V-液压油箱有效容积 -液压泵额定流量qP 油箱的有效容积通常为液压泵流量的 34 倍。油箱中的油液温度一般推荐 在 30500范围内工作比较合适。 4.4.24.4.2 油箱的内部结构油箱的内部结构 液压油箱的有效容积确定以后，需设计油箱的外型尺寸，一般尺寸比（长： 宽：高）为（1：1：1）（1：2：3）为了提高冷却效率，在安装位置不受约 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 13 束的条件下，可将液压油箱的容积予以增大。 a.为防止灰尘或其他污物落入油箱内，油箱应采用密封结构（如在盖板处 加密封垫，管口处加密封圈等） ，但不允许完全密封，要保持油箱内外的气压相 等，并可让油中析出的气体排出。因此，必需在油箱盖上设置能透气的空气过 滤器。空气过滤器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。 图 4-2 空气过滤器 b.隔板设计 隔板增加液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清 除水和空气，调节温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。隔板的安 装形式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧向流过；也可以 把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的 2/3。本机采用侧向流动隔 板。 回油管和吸油管的选择 采用斜口式，一般为 45 度斜口。为了防止液面波 动。可以在回油管出口装扩散器。回油管必须放置在液面以下，以便距液压油 箱低面的距离大于 300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。吸油管前一 般应设置滤油器，其精度为 100200 目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足 够的容量，避免阻力太大。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷入空气 或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。为了使油液流动具 有方向性，要综合考虑隔板，吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管 用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动及吸油管，吸油管和回油管的斜口方 向应一致，而不是相对着的。 c.液面指示 为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液面指示计， 指示最高、最低油位。 d.放油口的设置 放油口要设置在油箱最低的位置，使换油时油液和污物 能顺利地从放油孔流出。 e.油箱内壁加工 油箱内壁加工的目的是清楚焊接后产生的鳞屑和铁锈。 为了防止液压油箱内部生绣，应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。油箱内部在上涂 料之前一 般采用以下方法进行处理： 喷丸 使用喷丸方法是为了排除邮箱内部焊接飞溅的容渣，铁锈。 喷砂 喷砂就是用砂子代替铁丸。喷砂处理后必须彻底清除砂子。 酸洗法 喷砂处理不能彻底清除焊接飞溅的溶渣，容易生绣。所以必须使 用酸洗法。 表面处理法 油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油漆剥落而使滤油器堵塞。 如果涂刷应采用良好的不易剥落的耐油漆。 平面油压裁断机 14 4.5 其他附件的说明 4.5.1 滤油器 在液压系统中，滤油器滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中 的固定杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保证系统工作的稳 定性。滤油器的过滤精度用过滤掉的杂质的颗粒大小表示，一般可分粗滤油器、 普通滤油器、精滤油器及特精滤油器四种。他们分别滤掉的颗粒公称尺寸为： 100um 为粗滤油器、10100um 为普通滤油器、510um 为精滤油器、15um 为 特精滤油器。 滤油器类型及其特征 网式滤油器 网孔 74200um； 过滤精度 80180um；压力差2550； 特征：结构简单、通油能力大，过滤效果差。用途装在液压泵吸油管路上， 用以保护液压泵。 线隙式滤油器 线隙 100200um；过滤精度 30100；压力差3060； 特性：结构简单，过滤效果好，通油能力大，但不易清洗。用途一般用于中、 低压系统。 纸质滤油器，用于要求过滤质量高的液压系统中，网孔 3072 ；过滤精 度 530；压力差 50120；特征：过滤效果好，精度高，但易堵塞，无法清洗， 需常换纸心。 烧结式滤油器 用于要求过滤质量高的液压系统中，过滤精度 7100；压 力差30200；特性能在温度很高，压力较大的情况下工作，抗腐蚀性强。 片式滤油器 用于一般过滤，油流速度不超过 0.50m/s；间隙 80300； 过滤精度 50100；压力差3070；特征：强度大，不宜损坏，通油能力大， 但铜片材料较贵，过滤效果差、易堵塞。固不大被采用。 综上所述，采用线隙式过滤器。型号 XU-A2530 通径 15mm 流量 25L/min 压力损失0.07。 滤油器选用时主要考虑因素：过滤油的性质及与过滤材料的相容性；通过 滤油器的流量机器流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力是稳态的 还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。 4.5.2 管件和管接头 在液压系统中所有的元件，包括辅件在内，全靠管件和管接头连接而成， 管道和管接头的重量约占液压系统的 1/3。他们的分布遍及整个的液压系统。 只要系统中任一个管件或一个接头损坏，都可能导致系统出现故障。因此，管 件和接头虽然结构简单，但在系统中也起着不可缺少的作用。液压系统中一般 采用硬管，因硬管耐高压、压力损失小、相同压力下比软管成本低、管道布局 整齐。本设计中采用的是 15 号冷拨无缝钢管。它的特是：耐高温、变形小、耐 油且抗腐蚀性好，安装时不宜弯曲。 管路布置要横平竖直，整齐美观。管路不能妨碍液压元件和设备部件的调 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 15 整和更换，不能妨碍设备的运行，不能妨碍人员通道、维修区、操作者活动区 的畅通。管路要能单独拆除其他管路或元件。管路的布置、支撑和防护要把管 路被损坏的可能性减至最少。 4.5.3 油口的设计 油口包括油口孔和油口连接螺纹。液压缸的进、出油口可布置在端盖或缸 筒上。如图所示： 图 4-3 油口图 油口孔大多属于薄壁孔（指孔的长度与直径之比 l/d0.5 的孔） 。通过薄壁 孔的流量按下式计算： Q=CA（P1-P2）2/ 1/2 (4-5) 式中 C流量系数，接头处大孔之比与小孔大于 7 时，C=0.60.62，小 于 7 时，C=0.70.8； A油孔的截面积，m2； P1油孔前腔压力，pa； P2油孔后腔压力，pa； 从式中可见流量是常量，对流量影响最大的因素 是油的面积 A。根据上式 可以求出孔的直径，以满足流量定额需要，从而保证液压缸正常工作的运动速 度。由设计计算所得油口的螺纹尺寸应符合的规定。查表，取油口螺纹尺寸为 M332。 平面油压裁断机 16 5 机器强度的校核 5.1 轴的强度计算 5.1.1 扭转强度 对只受转矩或以承受转矩为主的传动轴，应按扭转强度条件计算轴的直径。 若有弯矩作用，可用降低许用应力的方法来考虑其影响。 扭转强度约束条件为： (5-1) 式中：为轴危险截面的最大扭剪应力(MPa)； 为轴所传递的扭矩(N.mm)； 为轴危险截面的抗扭截面模量()； P 为轴所传递的功率(kW)； n 为轴的转速(r/min)； 为轴的许用扭剪应力(MPa)，见表 5-1； 对实心圆轴，,以此代入式得，可得扭转强度条件的设 计式： (5-2) 式中：C 为由轴的材料和受载情况决定的系数，其值可查表 5-1。 当弯矩相对转矩很小时，C 值取较小值，取较大值；反之，C 取较大 值，取较小值。 应用式(5-2)求出的值，一般作为轴受转矩作用段最细处的直径，一般是 轴端直径。若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，作为补偿，此时应将计 算所得的直径适当增大，若该轴段同一剖面上有一个键槽，则将 d 增大 5， 若有两个键槽，则增大 10。 此外，也可采用经验公式来估算轴的直径。如在一般减速器中，高速输入 轴的直径可按与之相联的电机轴的直径估算：；各级低速轴 的轴径可按同级齿轮中心距估算，。 表 5-1 几种轴的材料的和C值 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 17 轴的材料 Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi 12201225203030404052 160135 148125 13511811810710798 5.1.2 弯扭合成强度条件 对于同时承受弯矩和转矩的轴，可根据转矩和弯矩的合成强度进行计算。 计算时，先根据结构设计所确定的轴几何结构和轴上零件的位置，画出轴的受 力简图，然后，绘制弯矩图、扭矩图，按第三强度理论条件建立轴的弯扭合成 强度约束条件： (5-3) 考虑到弯矩所产生的弯曲应力和转矩所产生的扭剪应力的性质不 同，对上式中的转矩乘以折合系数，则强度约束条件一般公式为： (5-4) 式中：称为当量弯矩；为根据转矩性质而定的折合系 数。 转矩不变时，； 转矩按脉动循环变化时，； 转矩按对称循环变化时，。 若扭矩的变化规律不清楚，一般也按脉动循环处理。、 分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用应力，见表 5-2。 为轴的抗弯截面模量() 若计算的剖面有键槽，则应将计算所得的轴径增大，方法同扭转强度计 算。 表 5-2 轴的许用应力(MPa) 材料 碳钢 400 500 600 700 130 170 200 230 70 75 95 110 40 45 55 65 平面油压裁断机 18 合金钢 800 900 1000 1200 270 300 330 400 130 140 150 180 75 80 90 110 铸钢 400 500 100 120 50 70 30 40 根据以上技术，设计轴的参数如下图： 图 51 轴的尺寸图 5.2 螺栓组的校核计算 5.2.1 螺栓组受力分析 将外力 FR向接合面 n-n 平移，附加翻转力矩 M 横向载荷为 FR=90kN 翻转力矩 M=180FR=18090103=1.62107Nmm 5.2.2 确定单个螺栓的工作载荷 图 5-2 普通螺栓联结示意图 a.FR 作用下各螺栓所受横向载荷 N9000 10 90000 F z FR 接合面数 m2，查表 1441，取 f0.3，防滑系数 K 取 1.1，则 单个螺栓的预紧力 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 19 N16500 3 . 02 90001 . 1 mf FK F S 0 (5-5) b. 翻转力矩 M 引起的螺栓载荷 在翻转力矩作用下，螺栓所受最大拉力 N21600 )15075(4 1501062 . 1 22 7 1 2 max max Z i i L ML F (5-6) c. 螺栓所受轴向总拉力 查表 14-111取 kc0.3 N22980216003 . 016500 0 FKFF c (5-7) 5.2.3 螺栓强度计算 a.计算许用应力 选 8.8 级螺栓，查表 1471， MPa640 s ，查表 14-81取 S=3 MPa213 3 640 S s b.计算螺栓直径 由式 14-261得 mm363.13 213 229803 . 14 3 . 14 0 1 F d (5-8) 查国标知 M16 螺栓的 d113.835mm，选 M16 强度满足要求。 5.2.4 校合接合面上的挤压力 要求右端接合面间不出现缝隙，左端接合面不被压溃。 a.计算接合面面积 A 和抗弯截面系数 W A=L(b-b3)-L2(b2-b3)=350(410-160)-(300-160)122=7.042104mm2 3633 3 2 3 mm1084 . 4 )160310( 2 310 12 350 )( 2 12 W LL L b (5-9) 平面油压裁断机 20 b.接合面右端不压溃 由表 14-51查得许用挤压应力 MPa5126408 . 08 . 0 p sp pp W M A zF MPa801 . 7 1084 . 4 1062 . 1 10542 . 3 1650010 6 7 4 max 0 (5-10) c.接合面左端不开缝 6 7 4 min 1084 . 4 1062 . 1 1025 . 5 16500100 W M A zF p 1.31MPa0 以上计算表明选 M16 螺栓是满足强度要求的。 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 21 6 机器的其他部分的说明 6.1 使用液压油要注意的问题 由于液压设备运行时，液压系统中的油管接头，液压油泵，液压元件，液 压缸等部件的连接部分，或接合面处，由于种种原因造成不密封，使液压油箱、 油池产生气泡及液压油变质，进而使空气进入整个系统，不但使油变质，甚至 造成不能使用，影响了设备的工作性能。为了保证工作质量，应及时注意更换 不良的密封件。例如采取降低液压油泵的安装高度，正确选择密封件和油，以 选择空气混入。另外，要防止液压油中产生的胶状物质。这种物质是产生于油 箱涂漆层，长期被油浸蚀，使油液发生变质，进而促使油液中产生胶状物质。 各种橡胶密封圈也会产生种种物质。而这种物质在液压系统工作时，往往使截 流小孔塞堵，影响系统正常工作。因此，要选择高质量的液压油，以及选择耐 油的接触物。 6.2 机架的设计 整台机器的各个组成部分中,机架是一个机器重要的大件，其他组成部分如 上压座、液压控制系统、辅助装置等，都安装在其上，而且在机器工作过程中， 机架总是承受裁断动作所施加的总压力。在使用合适材料的前提下,如果机 架结构设计不合理,会导致机架的强度和刚度不足,产生过大变形,以至承 受最大应力处出现裂纹甚至断裂。 裁断机一般机架比较大，根据实际工程需要，本设计的机身主要采用焊接 式，材料为 Q235，其后侧和框架采用整体焊接，其余三面采用铁皮包封。主要 几何尺寸见下图： 平面油压裁断机 22 图 6-1 机架 6.3 油箱支角 油箱支角采用角钢结构， ，焊接在机体上。作为支承件，角钢可以保证强度、 钢度。其基本结构如下图： 图 6-2 角钢 盐城工学院本科毕业设计说明书 2009 23 7 结论 整个设计已告一个段落，机器的整体设计已经完成，包括对液压传动系统 的设计，机身的设计，以及其他部件的设计和选用。经验算后各类零部件的选 用适合机械系统的整体设计思路。机身的设计也符合各个部件安装需求。由于 本人的能力有限，所学知识掌握还不够深。平面油压裁断机的设计还存在好多 的缺点和错误，有些地方还不合理，需在以后不断改进。 毕业设计是接受了四年本科教育，并且进行了一系列实验实习之后进行的 一个实践性环节，是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实 际问题的一次综合训练，是四年学习的总结和检阅。我希望通过这次毕业设计 能巩固扩大和强化自己所学到的理