机械毕业设计（论文）-圆锯床设计【全套图纸】

注： 1 前前 言言 经过四年的大学学习，我们对机械方面的知识有了一定的认识和掌握，在即 将告别大学学习的时刻很有必要对大学四年的学习有个综合的检验，而这种检验 不仅能考察我们对基础和专业知识的掌握的牢固程度，更重要的是经过这次设计， 我们对对各门学科知识的交叉认识加强，对设计过程有了大体的了解，对于今后 我们的学习和工作有着十分重要的意义！ 本次设计是四年中综合性最强的一次设计，较以前的课程设计。这次设计超 出了一门或是几门课程的限制，要运用到大学四年学过的几乎所有专业课程。从 利用现代设计理论的思想进行分析和总体设计，到具体设计过程中的受力分析、 强度校核、材料选取、机械运动原理分析、零件尺寸确定，再到手工制图和利用 AutoCAD 制图每一个细节过程都反映了对专业知识的应用。因此，这次设计尤其 的重要！ 在这个设计中我将介绍圆锯床的设计过程，圆锯床和其他锯床一样在工业生产中 不可缺少，但是多为粗加工设备，主要用于各种原材料的下料，圆锯床具有动力 部分、传动部分、执行部分和控制部分组成，这些结构和其他机床一样，具有较 为广泛的代表性，因此，在设计过程中可以领会到其他机床设计中所面临的问题。 具有举一反三的作用。 液压部分的设计在机床设计中很是重要，也较为复杂。液压部分的设计也要 求较高的精度，在刚接到设计任务的时候，自己深感能力有限，不能胜任这个任 务，多亏有冷老师给予的不懈的帮助，使我能够在已有知识上得到训练，在设计 的过程中得到对陌生知识得祢补。整个设计过程我自己感觉受益匪浅。也感到了 毕业设计的重要意义！ 本次机床的设计中涉及到的液压部分有：锯片得给进机构，加紧机构，以及 冷却和清屑机构等。由于这几部分液压设计具有很大得相同性，加上时间有限， 在设计过程中我主要对锯床得给进机构和加紧机构进行说明，对于其他部分得液 注： 2 压系统只作简单得介绍，对与非液压部分，仅作简单得提及。 在本次的设计中，在*老师的带领下我和*同学共同完成整个设计过程，我主 要负责液压部分的设计，在制图和设计计算方面我们共同定论，一同商讨。尤其 是在*老师的殷切的帮助下，我们克服了经验不足，知识不够等许多不利因素。经 过*老师的讲解，并且提供了我们设计所需的许多资料；对于设计过程中出现得新 问题新的思路，*老师都对我们有了很大影响和指导。让我们感觉到我们知识和经 验得不足，感到在以后得工作中继续学习得必要性。 最后再次由衷得感谢在四年得大学生活和学习中各位老师对我们诲人不倦的教 导，感谢*老师在设计中给我们热情得帮助和不懈得支持！ 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 注： 3 目目 录录 前 言.1 1. 锯床的现状和发展趋势6 2. 锯床的设计要求9 3. 锯床设计.18 3.1 锯床的液压系统说明.18 3.2 锯床的控制元件说 明36 3.3 锯床液压附件说 明40 3.4 锯床的维护与防 护50 3.5 锯床的工作原理说 明55 4.锯床的改进设计.57 5 .锯床设计小结60 注： 4 参考资料61 英文翻译部分62 1 锯床的现状和发展趋势锯床的现状和发展趋势 锯床是工业加工生产中必不可少的一种工具。主要分为主要包括弓形锯床、 带锯床、圆盘锯床和用于 V 管生产线上的飞锯机。弓形锯床是将弓子锯置于机架 之上，由马达和曲柄驱动，使之做直线往复运动来切断工件的。此锯床具有切削 速度慢、不能精密加工、锯带的松紧度不易调整、且容易损坏等缺点。这些缺点 决定了弓形锯床不能被广泛应用，己逐渐被淘汰。 带锯床是将薄而长的环形带锯条张紧在主、从动轮上，由主动轮带动带锯条 连续运转进行锯切的，它分为立式带锯床和卧式带锯床两种类型。立式带锯床的 锯架垂直设置，锯切时，工件作进给运动，可用于板状，工件内、外轮廓的加工， 特别适用于模具的加工。卧式带锯床的锯架横向倾斜布置，以设在锯架一端的轧 为支点，沿转动方向实现进给，工作时，带锯条借助导向块被扭转一定的角度， 注： 5 使锯齿垂直于工件切入。卧式带锯床的锯架又可分为固定式和可转角式两种形式- 前者锯切剖面与被锯切件轴心线垂直，后者则可沿与被锯切件轴心线成一条线， 一面做进给运动，从而将工件切断。虽然回盘锯锯齿较厚，切除盘较大费材料， 但由于它的切削速度很高，线速度每分钟可达几千米，甚至上万米所以目前应用 比较广泛，尤其是在冶金行业，特别是在焊管生产线中更是得到了广泛的应用。 飞锯机是在线定长切割系统，它是冶金企业各种型材生产线尤其是焊管生产 线上必不可少的重要设备，根据同步机构的运动方式的不同大致可分为两大类:具 有直线往复运动同步机构的飞据机。其特点是结构简单、价格下因赚、维修方便， 但其定尺粕度低，一般只适用于低晚焊管的生产条件。具有回转运动同步机构的 飞锯机。其优点是在全部锯切过程中都与钥管的轴线垂直，回转台两端有锯切机 构，与直线往复式锯机相比，由于没有逆向复位，惯性小故可节省辅助时间;其缺 点是回转部分设变速回转时动载荷较大。 国内外锯床的发展状况国外对锯床设备的研究工作进行的比较早，从弓形锯 床、带锯床到圆盘锯床，低速到高速锯床的发展过程中不断更新换代，逐步形成 了一些有代表性的产品。如:美国艾纳特标准公司制造的直线式飞锯机、西德曼内 斯曼一米尔公司研制的曲柄连杆式飞锯机，可在高速运行状态下切断焊管，并且 可对焊管的锯切长度作无级调整:意大利因诺森蒂公司研制的带锯床具有结构紧凑、 重最较轻。 传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序.随着现代制造工业朝 着高效、高精度和经济性的方向发展,锯切作为金切加工的起点,已成为零件加工过 程中重要的组成环节.锯切可以节约材料、减少二次加工量和提高生产效率,因此锯 床特别是自动化锯床己广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航 空航天等国民经济各个领域.锯床的现状：带锯床正在逐步代替传统弓锯床和圆盘 锯床，开始占据主导地位。在欧美等发达国家，弓锯床已基本被淘汰，而带锯床 迅速普及，这一趋势在德国尤为明显。以世界头号锯床生产厂家德国贝灵格公司 注： 6 为例，其生产双立柱带锯床的历史已有 20 余年，至今已开发出近百个型号，达到 了很高的技术水平。 在材料利用率方面，带锯床具有明显的优势，有切割速度 快、尺寸精度高、材料损失小等特点。此外，带锯床适应性广、动力消耗低、操 作简便、易于维护并可进行角度切割，因而得到了越来越广泛的应用。 带锯床中， 双立柱带锯床性能最优。它采用双导向柱液压缸整体锯架结构，运用平行法剧削， 刚度持久，保证了锯架工作稳定性，提高了锯带寿命。 发展趋势： 随着金属锯 切在金切加工中的地位日益提高，锯床的制造水平有了进一步的提高，主要表现 在以下几个方面： （1）加工精度进一步提高 采用先进的变频电动机驱动、精密的滚珠丝杠传动和激光定位方式，配以伺服控 制的液压系统，由计算机自动在线监控锯切全过程，锯条速度、进给速度、卡紧 力均可做到任意设置、最优化组合，由此提高锯床的加工精度。此外，金属锯切 的关键技术点高精度的切割力控制一直是锯床技术研究的重点，德国贝灵格 锯床就很好地解决了这一问题。该锯床可实现恒定锯切力控制，保证了锯切不规 则截面型材的切削率恒定。该锯床的加工精度也较高，如切割厚材时，每 100mm 切割高度的误差仅为 0.1mm。 （2）锯床加工高效化、范围扩大化 提高锯切效率，尤其是提高厚材及硬金属锯切效率，避免锯切成为整条生产 线的瓶颈，一直是锯切及锯床技术领域多年关注的焦点。德国贝灵格锯床锯切 1Cr18Ni12 不锈钢切削率达 48cm2/min，锯切 Y40Mn 钢切削率达 125cm2/min。该 公司还设计了安装两个锯切系统的锯床，可同时对工件进行两次锯切，从而大大 提高生产效率，改善了锯切加工的经济性。 锯切范围扩大化已是趋势。如德国 贝灵格巨型卧式带锯床可锯切达 2.5m2.0m 的实心方材，巨型立式带锯床可锯切 长达 10m 的板材及棒材。 （3）锯床全数控化、网络化 注： 7 大型工件的切割过程往往持续数小时，为保证一人多机的生产条件，提高锯 切加工的精度和效率，锯切过程的全数控化势在必行。 网络化生产、远程诊断 及维护是当今数控机床的发展趋势，数控锯床也不例外。网络化生产可以使锯切 过程与 CIMS 的其余环节相联系，提高生产率，便于企业对各个环节实现高效的 统一管理。远程诊断和维护更是经济全球化的结果，可以提供跨国区域极为迅捷 的设备维护。如德国贝灵格数控锯床加工时可与其技术中心联机，由技术专家对 锯床进行远程维护。 从中国机床工具网获悉，近日，两台长 15 米、宽 3 米的 HN050 大型高速电圆锯床在中联重科湖机事业部（原湖南机床厂）试制成功， 填补了国内圆锯床领域的一项空白，使切割长型蜂窝板型材达到了新水平。 总之，锯床的一定会随着工业生产的要求不断的发展和更新。随着工业对加 工要求的苛刻，对锯床的生产和革新比将不断的发展。 2 圆锯床设计要求圆锯床设计要求 锯床根据所加工的工件的材料和加工的尺寸，对机床个部分的要求也也不一 样，因此在设计锯床的时候，要视具体情况对锯床要有具体的要求。根据本设计 的要求要求加工金属材料，加工直径小于 500mm，锯片在低于 80 摄氏度，下面 列出了锯床个部分要求： 2.1 加紧机构设计要求加紧机构设计要求 锯床的夹具是一种能保证加工质量和加速生产过程的一种工艺装备。机床夹 具是在锯床上加工使用的一种工艺装备，用来确定工件与刀具的相对位置，将工 件定位并加紧。因此锯床夹具可以使工件定位和加紧的工艺设备。与其他机床的 原理相同。 加紧机构用于保证机床的部件、工件与刀具在整个加工过程中不应由于切削 注： 8 力或自重的作用而产生位移或震动。加紧机构通常有三部分组成：动力源、增力 机构而后加紧元件。动力源用于产生加紧力，可根据所需加紧力的大小，操作的 方便性、快速性和自动化程度选择。增力机构用语改变加紧力的大小和方向，有 的还能产生自锁的作用，以保证在加工过程中动力消失时仍能可靠的加紧。加紧 元件用于承受及传递加紧力至被加紧部位，有压板、压块、抱环、钢带等。 但是，并非所有的加紧机构都具备诶上述的 三个部分。例如：有的加紧机构只有 动力源和加紧元件而没有增力机构；有的则只有动力源和增力机构，有螺旋、偏 心、斜契等元件直接与被加紧部位接触。 加紧机构在设计时应满足的基本要求： （1）应具有足够的加紧力，并有较高底加紧刚度，以保证整个加工过程不应 由于切削力和自重的左右而产生位移，从而保证加工精度。加紧力的大小应能调 节。 （2）应具有自锁性能，在动力源切断后，还能卡靠的加紧，以保证安全。 （3）加紧时不应使被加紧部件产生过大的移动，以保证定位精度。 （4）加紧时，被加紧不应产生额外的移动，以保证定位精度。 （5）加紧机构松开时，被加紧不见移动时的阻力应该很小。操作方便，易于 实现集中或远距离操纵。加紧动作应力要求迅速，已缩短辅助时间，有时要求在 在加紧或松开时能发出信号。 为了保证加工精度。我们设计了液压夹具。此夹具以于控制，可按照具体情 况控制加紧力大小切加紧力均匀，满足设计要求。 液压夹具的组成： （1）定位部分：家具固定部分，作用使工件在夹具中处于正确位置。 （2）加紧部分：液压缸。作用是保证加工过程中工件定位的稳定性和可靠性。 （3）辅助部分：工作台的矩形槽使活动夹具在液压缸驱动下沿着工作台矩形 注： 9 槽移动实现工作的加紧。 2.2 定位部分的设计要求定位部分的设计要求 定位直接由于螺钉固定在工作台上，它的位置不动，起定位作用。定位不部 分的设计关系到机床的加工精度，因此，非常重要。 2.3 工作台的设计要求工作台的设计要求 小型卧式金属圆锯床的工作台分为不参加与切削运动的和参与送料的工作台。 这次设计的参与切削的工作台，主要有可移动的夹具和固定的夹具两部分组成， 不可移动的不分在道轨上移动从而达到对不同直径的工件的加紧，可移动部分是 在液压驱动下工作的，有固定在底座 1 上的液压缸驱动，夹具的设计在上面的说 明中已经介绍过，这里不做太多的介绍。液压缸才用的是武汉油缸厂生产的 WY02.HSGL-80/40.E- 3311-300500 型号的油缸。 2.4、道轨的设计要求道轨的设计要求 道轨是运动部件能沿着一定的轨迹运动（导向） ，并承受运动部件及工件的重 量和切削力（承载） 。道轨应满足下列要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大； 摩擦阻力小。运动平稳；机构简单；便于加工、装配、调整、维修、成本低。 道轨的种类分为：滑动道轨、静压道轨、滚动道轨。 本设计采用滑动道轨，滑动面接触，刚度高；道轨磨削或刮研，可打扫高精 度；减震性好；机构简单，制造容易，维护简便，成本低。由于刮研道轨的老送 强度大，生产效率低所以本设计不采用刮研道轨而采用磨削道轨，磨削道轨可以 达到较高的精度和表面光洁度，生产效率高。在加工时要采用淬硬的方法，这个 方法也几乎上是唯一的。 在本设计中有三个位置用到了道轨，其中两个位置用的是滚动道轨，另一部 分用的是滑动道轨。滚动道轨与滑动道轨相比具有制造精度要求不是太高，因而 造价低而滑动道轨由于对滑道的粗糙度要求较高，并且由于配合的严格要求，这 注： 10 就要求造价较高。 滚动道轨一般结构是有滑轮和工字钢或槽钢组成，如图 21 所示。本设计总 一个地方用了工字钢，另一部分用到了槽钢。 图 21 滚动轨道 机床移动不见尺寸较大，作用力或重心不一定正好通过道轨面时，大都采用 两条道轨。本设计中材料进给和锯架进给都采用两条道轨。本次设计的道轨在三 个地方用到，第一个地方是滑架也就是进给机构的移动由于对进给的平稳性和可 靠性要求比较大，采用了滑动道轨，道轨的两端固定在两边的底座 1、2 上，这种 设计要求道轨的具有很很好的刚度，不至于在受力较大时产生较大的挠度或是变 形。在设计中其结构简单如下： 2.5 张紧装置的结构形式设计要求张紧装置的结构形式设计要求 张紧机构的形式大致有机械式、手动式、液压式、电动式等。为便于实现自 动化，由于本机床对张紧的要求不是很苛刻，且要求不是很高，我们通常才用手 动式。其结构通常有三部分组成，包括：张紧座和一组配套的螺钉组成。 张紧部分主要作用是保证电动机带轮和锯片座之间有足够大的张紧力，以保证 在正常工作的时候能够不打滑。张紧的形式出了改变两张紧轮之间的位置外，还 有改变带的长度上下手，可以在带上家张紧的装置从而该边带的有效工作长度。 下面是本设计中才用的张紧设计机构，如图 22 所示： 注： 11 图 22 张紧部分设计图 2.6 液压部分和控制部分设计要求液压部分和控制部分设计要求 液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。它的发展历史虽然较短， 但发展的速度却非常快。自从 1795 年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工 程领域，1906 年开始应用于国防战备武器。 第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系 统，因而出现了液压伺服控制系统，从 20 世纪 60 年代起，由于原子能、空间技 术、大型船舶及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术开 始飞速发展起来。应用领域日趋广泛，从民用到国防，由一般的传动到精确度很 高的控制系统，液压技术得到更加广泛的发展和应用。 在国防工业中，海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、 火炮、舰艇、雷达、导弹及火箭等。 在民用工业中有： (1) 机床工业：目前传动系统中采用液压传动与控制的机床有压铸机、造型 机、冲压机、锻压机、组合机床、拉床、磨床和仿形机床； (2) 冶金工业：有电炉控制系统、轧钢机的控制系统、平炉装料、转炉控制、 高炉控制、带材跑偏及恒张力装置等； (3) 工程机械：有推土机、挖掘机、联合采煤机、隧道掘进机、压路机、凿 注： 12 岩机及桥梁启闭等； (4) 农业方面：有联合收割机的控制系统、拖拉饥的悬挂装置等； (5) 汽车工业：有全液压越野车、液压自卸式汽车、液压高空作业车、消防 车(云梯车及消防照明)等； (6) 轻纺工业；有塑料注射机、橡胶硫化机、造纸机、印刷机及纺织机等； (7) 船舶工业：有工程船舶(全液压挖泥船、打捞船、打桩船及采油平台)、 、 气垫船及船舶辅机(起货饥、锚机、舵机、舱盖启闭及船底启闭、船队联接装置) 等。 (8) 建材工业：水泥窑控制系统等。 另外，近几年又出现的太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶 驾驶模拟、地震再现、火箭助推发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及 紧急刹车装置等，均采用了液压技术。 总之，一切工程领域凡是有机械设备的场合，均可应用液压技术来实现一 定的功能和作用。 液压传动较其他传动具有很多优点。概括如下： （1）能在较大的范围内实现无级调速。调速的范围可以达到 100：1 至 2000：1 的范围之间； （2）在同等的体积下，液压装置可以比电气装置产生出更多的动力由于液 压系统中的压力能比电枢磁场中的磁力大出 30 倍一 40 倍。单位重量的输出功率 大、结构紧凑、体积小、重量轻、惯性小。在同等公里才的情况下，液压马达的 重量为电动机的 1020间，外形之尺寸为电机的 15左右； （3）易实现各种复杂的的机械动作。如仿行车的刀架、数控机床的液压工作 台以及自动线中的液压系统； （4）易于实现过载保护。只要设置一个安全阀便能可靠的实现过载保护，并 且当动力源发生故障的时候，可借助储能器实现应急动作，避免事故扩大。 注： 13 （5）操作简单省力。如果与电器相配合，易于实现远距离操作和自动控制； （6）液压元件中相对运动表面有油液，能自行润滑，因此液压元件的寿命一 般很长。 （7）液压元件容易实现通用化，标准化，系列化，便于设计，制造和推广使 用； 但是液压元件液具有它的缺点： （1）液压元件是以液体传递为介质传递能量的 ，液压元件在传动面之间存 在这泄漏和液体流动时的压力损失，因此传动效率较低。考虑刀液体的泄漏和可 压缩性及元件的弹性变形，液压系统不使用与对传动要求比较严格的场合； （2）工作油液随着温度的变化而变化时，会引起执行元件的运动不平稳，而 且在低温和高温场合，不使用于液压传动； （3）液压元件的加工精度要求比较高，这就要求较高的制造成本，并且对液 压元件的维护和检修液也要求较高的技术水平； （4）对工作介质的过滤要求比较严格。这是因为工作介质中的污染会直接的 影响液压元件的寿命和液压元件的工作的可靠性； 总的来说液压元件的有点大于其缺点，并且随着科技的发展，有些缺点也会 很快的得刀解决。权衡上面的得失，我们在本设计中对液压元件的 设计要求要概 括如下： 本机床上用到液压的机构有四部分分别是给进部分、给进部分、冷却部分和 铁屑清理部分组成。工作中液压主要用于动力的部分的是给进部分和加紧部分， 这两部分对力要求比较大，因此要求较高功率的电机。在进行液压设计时，首先 要明确设计依据和要求，满足主机所需的运动和性能。具体包括： （1）主机的用途、工艺过程和总体布置以及对液压传动装置的位置及空间尺寸 的要求。 （2）主机的工作循环、各执行元件的运动形式（移动、转动和摆动）及其工况 注： 14 范围。 （3）执行元件在各个工作阶段的负载大小和性质以及运动速度的变化范围。 （4）主机个运动部件之间的动作顺序、自动循环和互锁关系。 （5）对系统工作的平稳性、换向定位精度、调停时间、冲出量等方面的要求； （6）液压系统的工作环境如：温度、湿度、震动冲击是否有腐蚀性和易燃性物 质存在等情况； 在知道液压部分的设计具体要求之后应对液压系统有所了解，液压系统的组 成和总能通常分为如表 21 及表 22 两方面： 表 21 液压系统的组成部分及作用 组成部分作 用 原动机 电动机 发动机 向液压系统提供机械能 液压泵 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 把原动机所提供的机械能转变为油液 的压力能，输出高压油液 执行器 液压缸 液压马达 摆动马达 把油液的压力能转变为机械能去驱动 负载作功，实现往复直线运动、连续 转动或摆动 控制阀 压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀 控制和调节系统中的压力、流量和方 向，保持执行部分完成预定运动规律 油箱 存放液压油，向液压泵供应液压油， 回收来自执行器完成了能量传递任务 之后的低压液压油 液 压 附管路和接头输出油液 注： 15 过滤器 滤除油液中的杂质，保持系统正常工 作所需的油液清洁度 密封 在固定连接或运动连接处防止油液泄 露，以保证工作压力建立 蓄能器储存能量，并在需要时释放之 件 热交换器控制油液温度 液压油 是传递能量的工作介质，也起润滑和 冷却作用 表 22 液压系统的分类 类 别说 明 开式系统 泵从油箱中抽油，系统回油返回油箱 应用普遍，油箱要足够大 闭式系统 马达排出的油液返回泵的进、出口 多用于车辆的行走驱动 用升压泵补油，并且用冲洗阀局部换油 传动系统以传递动力为主 控制系统以传递信息为主 阀控制 通过改变节流口的开度来控制流量，从 而控制速度。按节流口与执行器的相对 位置可分为进口节流和旁通节流 泵控制 通过改变泵的排量来控制流量，从而控 制速度。效率高 开中位 换向阀在中位时，泵的流量经换向阀低 压返回油箱 注： 16 闭中位 换向阀在中位时，泵的流量经溢流阀低 压返回油箱 固定设备用多为开式系统 车辆用 包括用于车辆行驶的行走驱动、转向、 制动系统及用于工作装置的各种作业系 统 3 锯床设计锯床设计 3.1 液压和控制部分设计液压和控制部分设计 液压系统设计是液压机械主机设计是根据主机对液压系统提出的要求和综合 运用液压元件和液压回路基本知识的基础上进行的。 液压系统设计应从实际出发， 注： 17 吸取国内外先进的液压技术，力求设计出结构简单、效率高、质量好的液压传动 装置。液压系统设计的步骤大体如下： （1）明确设计要求； （2）进行工况分析与初步确定系统的主要参数； （3）拟订液压系统原理图； （4）计算和选择液压元件； （5）估算液压系统性能； （6）绘制工作土和编写技术文件。 3.1.1 主要参数的确定（工况分析）主要参数的确定（工况分析） 工况分析的目的是主机在工作过程中执行机构的运动速度和负载的大小及其 变化规律。对与复杂的工况要绘制速度循环图和负载循环图；对与动作简单的系 统，这两种图可以省略，但是必须找到最大负载图和最大速度图。工况分析提供 了主机在性能方面的明确要求。 （1）运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，一般用于工作循环图和速度图分析。 两张图确切的给出了一个完整的工作循环内元件的运动规律。根据设计机床在加 工是的运动情况分析，粗略的绘制了锯床给进部分的的速度图循环图和负载循环 图如图 31 所示： 注： 18 图 31 圆锯床的给进机构工作负载和速度循环图 上图粗略的分析了机床给进机构的运动状况，下面对运动作具体的分析。 （2）负载分析 执行元件在工作循环中各阶段所克服的负载，其大小和性质用图表示出来， 即为负载循环图，它表示负载变化规律。下面做液压缸的负载分析： 做直线往复运动的液压缸，克服的外负载力主要有：工作负载 F、摩擦负载 、惯性 Fm。 f F 工作负载 F 工作负载是外负载中的主要部分，不同的机械，工作负载形式也不同。金属 切削机床的工作负载是液压缸运动方向上的切削力，在该设计中这个负载主要是 给进机构切削工件是克服的阻力，这个力的大小反映了，切削过程中机床的性能 的好坏，负载力必须满足给进机构最小给进速度，即 10mm/s。 摩擦负载 f F 摩擦负载包括两部分，一是主机执行机构运动时克服的道轨或是支撑面上的 摩擦阻力 Ff；另一个是液压缸密封装置摩擦阻力 Ff。具体数值可以按下式计算 获得； 1 n i f i FN f （31） 根据圆锯床得经验设计和圆锯片的加工承受能力，我们初步定机床得切削力 为 447N，其中切向力为 400N,径向进给力为 200N，径向进给力就是给进油的工 作负载力。 锯床要满足加工直径为 500mm 的要求，并且要具有上面所介绍的行程，因此， 我们初步定起动行程为 50mm，加速行程为 80mm，减速行程为 100mm。工作行 注： 19 程为 500mm。工作部件的重量为电机重量 300 公斤，滑架重量 438 公斤，轴 1 重 量 44.5 公斤，锯片座重量 11.5 公斤，压盖重量 8.8 公斤和锯片重量 10 公斤，张 紧座重量 2 公斤，合计重量为 814.8 公斤。由于液压缸相对于其他构建的重量可 以忽略不计，所以可求的个运动阶段的摩擦力： （1）当液压缸起动时： 此时 f 0.160.2 ，选取 f = 0.17， fmg0.17 814.8 101385.16N。 i F 快进时 V = 20m/s ， 属于低速行驶 ， f = 0.10.12 , 此处取 f = 0.11； （2）fmg0.11，此时 f 0.160.2 ，选取 f = 0.18 快进时 V = i F 20m/s ， 属于低速行驶 ， f = 0.10.12 , 此处取 f = 0.11。 fmg0.11814.8 10896.28N。 i F （3）减速时，速度由 20 mm/s 减至 5 mm/s ，速度更低 。因此 f = 0.105 ， fmg0.105814.8 10855.54N。 i F （4） 工进时，f = 0.1 fmg0.1 814.8 10814.8N。 i F （5）制动时，平均说来速度比启动时的速度更低 ，所以 f = 0.19， fmg0.19 814.8 101548.12N。 i F （6) 反向启动时，总的来说速度比正向启动时还大。所以 f = 0.16， fmg0.16 814.8 101303.68N i F （7) 快退时 v = 40mm/s, f = 0.12， fmg0.12 814.8 10977.76N。 i F （8) 制动时应该与启动时的摩擦负载相同，所以即为 1385.16N。 注： 20 惯性负载 i F 惯性负载就是运动部件在起动或制动的过程中的惯性力。其平均值可以按下 式计算： i Gv F gt （32） （见液压传动与控制技术王裕清 韩程石主编。 ） 液压缸起动时。速度有 0 mm/s 增到 20 mm/s,经过的路程为 50mm，工作要求 的速度为 10mm 因此可一求得： （1）按设计要求设起动时间为 20s 起动惯性力为: 841.8 1841.8 i Gv FN gt （2)工作时间的行程为 500mm，速度匀速为 10mm。 速度增加为 0，故惯性力为 0。 3.1.2 确定液压系统的的主要参数确定液压系统的的主要参数 3.1.2.1 初选液压系统的工作压力初选液压系统的工作压力 表 31 工作压力的选取可按工况分析中执行元件的最大负载值来确定；也可以根据 各类工作的特点和要求选取。工作压力的大小直接影响液压元件的尺寸、型号、 系统的重量、效率及制造安装工艺等许多方面的问题。关系到设计液压系统是否 经济合理。由经验可在下表中选取合适的压力。 机 床 设备 类型磨床 组合 机床 龙门 刨床 拉床 农业机械、小型 工程机械、工程 机械的辅助机构 压力机、重型机 械、起重运输机、 大中型挖掘机 工作压力 （MPa） 0.2-23-52-88-1010-1620-32 注： 21 根据我们的设计要求和实际设计中的经验在本设计中可以选取组合机床的压 力标准，选取 5MPa。 3.1.2.2 密封圈的选择：密封圈的选择： 活塞杆密封，活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。良好的密封是液压缸传递 动力，正常动作的保证，根据需要密封的偶合面间有无相对运动，可把密封分为 动密封和静密封两大类，设置或选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能， 并随压力的增加自动提高密封性能，除此之外，摩擦阻力要小，耐油，抗腐蚀， 寿命长，制造简单，拆装方便，常见的密封方法有以下几种： (1) 间隙密封 间隙密封较适用于活塞装置，结构简单，摩擦力小，耐用，但对零件加工精 度要求较高，难以完全消除泄漏。故只适用于低压小流量的液压缸。 (2) 活塞环密封 依靠装在活塞环行槽内的弹性金属环。紧贴缸筒内壁实现密封，它的密封效 果较间隙密封好， ，适用的压力范围和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化 的影响，能在高速条件下工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但不能完全密封， 活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精度高，一般用于高压、高速和高温的场合。 (3) 密封圈密封 密封圈密封是液压系统中应用最广泛的一种，密封圈有 O 型,V 型,Y 型及组合 式等数种，a O 形密封圈的截面为圆形，主要用于竟密封和速度较低的滑动密封， 其结构简单紧凑，安装方便，价格便宜，可在的温度范围内工作， 40120 oo CC 但与唇行密封圈相比，其寿命较短。密封装置的机械部分要求较高。启动阻力较 大，O 形圈的使用速度范围为。b V 形密封圈，V 形圈截面是 V 形。 0.050.3/m s V 形密封装置是油压环，V 形圈和支撑环组成。当工作压力高于时，可增 10 a MP 注： 22 加 V 形圈的数量，提高密封效果，安装时 V 形圈的开口应朝向压力高的一侧，V 形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调节压紧力，可获得最佳密封效果， 但 V 形密封装置的摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于活塞杆的往复运动密封。 C Y 形密封圈一般用于工作压力的场合。 32 a PMP 综上所述次液压缸选用 V 形组合圈效果最好， 由 GB10708.189 查得用型 V 型密封圈。360 320 60V 所以 D =190mm。 又由于此液压系统压力较高所以需要选两个以上的密封圈组合。 任何形状的密封装置在安装时必须保证适当的预压缩缩量，过小不能密封，过 大则摩擦力增大，且易于损坏，因此安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有 关手册给出的数据严格保证。 在具有尘埃和杂质的大气中使用密封装置时，必定要与防尘圈并用。 3.1.2.33.1.2.3 液压缸的计算液压缸的计算 液压缸的长度主要由最大行程决定。导向长度 c 在 D时为：c = 80mm (0.61.0) D，而在 D, c = (0.61.0) d，从制造角度考虑，一般液压缸长80mm 度不应超过直径 D 的 20 30 倍。 液压缸直径 D = 200mm。80mm 所以 0.60.6 190114cdmm 。 一个 v 型密封圈长 60 mm。再加固定板长度 30 mm， 柱塞底厚选为 24 mm， 得到缸体总长 L = 50+80+100+500 =730mm， 再加入一定的余量取 L = 800 mm， 缸筒壁厚的计算： 缸筒壁厚可给据结构设计确定。但在工作压力较高或缸径较大时必须进行 注： 23 强度验算。一般在时按薄壁筒公式校核，而在时用厚壁筒公式校16 D 16 D 核。 D =200mm,由于此钢筒压力高缸径大。所以是不可能的。用厚壁筒公16 D 式校核。 （33） 0.4 1 1.3 y y p p 缸筒内最高工作压力，当液压缸工作压力 p16MPa 时，1.5p。 y p y p 当额定工作压力时，1.25p。16 a pMp y p 缸筒材料许用应力。，s 安全系数，通常 s， B s 缸筒材料抗拉强度。此处缸筒材料为 45 钢。查得597, B B a MP 由上公式计算得: 34.52mm。 取 35mm。 缸筒底部厚度计算： 缸筒底部为平面时。其厚度: 0.433= 1.25 200 35 7.14mm y p D 缸底厚度取 8mm。 根据液压缸内径选油口尺寸，油口通径为 38 mm。油口尺寸为。60 2M 由于液压缸的计算长度 L10d 时不可能的，所以无需考虑对液压缸纵向稳定 的验算。 活塞杆的强度和稳定性校核： 注： 24 液压缸的支撑点和活塞杆端点的最大长度 L10d，液压缸属于短行程钢。按 住向拉伸或压缩计算强度， （34） 22 4 o F dd F 液压缸的最大作用力； D 活塞杆直径； 空心活塞杆内径；活塞杆由空心与实心两种，实心杆制造工艺简单， o d 空心杆用于直径 d 与液压缸内径 D 比值较大或杆内需装传感器或油 管的情况，此处选空心。= 60mm; o d 活塞杆的拉压应力； 活塞杆材料的许用应力；，取安全系数 s =24。此处 s s s =3 。 查得 45 号钢 352MPa, = = 117.33MPa。 s 352 3 。 22 4 113.49 () F dd 所以强度足够。 由于液压支撑点和活塞端点最大长度 L 10d 时不可能的，所以无需考虑活塞 杆的稳定性。 此处液压缸靠自重下降，且下降速度不是很大，所以不需要缓冲装置，又由于 液压缸从下向上运动，不可能有气体对液压缸运动产生影响，所以也不需要排气 装制。 3.1.2.4 行元件的主要结构尺寸的确定行元件的主要结构尺寸的确定 （1）确定液压缸的有效工作面积 液压缸的工作面积 A 直接影响着液压缸的推力和速度。在设计中我们设计给 注： 25 紧机构和加紧机构两部分的负载压力相同。首先按负载力的要求计算 A 值，再按 最低稳定速度要求进行演算，由上面得计算，我们可以确定液压缸的平均的压力 为 F=24500N,按计算的液压缸的外部负载压力为 24500N ， 设液压缸的传动效 率是 60，因此可得： 1 m F p A 2 24500 0.008167 5000000 60% m 根据计算结果可以得出液压缸的伸出柱体直径约为 102mm. 经过公式计算可以满足设计要求，故液压缸可以确定为直径为 min min Q A v 102mm.的。故知液压缸的径向壁厚为 80dmm 。 （2）液压马达每转排量的确定（液压泵得选择） 在设计中根据平时锯床的设计的经验我们选用 YSF-8022 的电动机，这种电 动机的参数为：功率 1100W，转速为 2800，效率为 77，最大扭矩为 /r s 2KN，堵转扭矩为 1.8KN。根据液压马达的一般的效率范围我们选定液压马达的 效率为 60。液压马达工作时要驱动 24500N 的负载力，液压马达的轴的尺寸我 们设为直径为 60 mm，因此，我们可以计算出液压马达的负载扭矩为： 24500 0.6147000NM。 l M 并能粗略的估计出液压马达每转的排量，即： 。 3 22 3.14 147000 0.30777 5000000 0.6 l Mm M qm P 将上面的计算结果带入下式验算： 3 min min 0.307770.30777 Q qm n 符合设计要求，因此上面的选用正确。 （3）绘制液压执行元件工况图（如图 32） 注： 26 执行元件工况图是指执行元件在整个工作循环个阶段的 P、流量 Q 和功率 N 变化规律的图形，它是指在确定了执行元件的主要参数（A 和 q）后，依据负载 循环图，流量循环图，通过计算机的出的循环中个阶段的压力、流量和功率值而 绘制的。下土工况图直观限制了执行元件在工作循环中压力、流量和功率的变化 规律及最大压力、最大流量和最大功率的数值，它是选择液压泵和液压阀的类型、 规格的依据，同时对合理选择液压回路，拟订液压系统都有重要作用。液压图反 映了这几个参数之间的关系，具有很重要的参考价值。 图 32 压力 P、流量 Q 和功率 N 的图（工况图） （4）拟订液压系统图 在明白了液压系统的工况图后就可以拟订液压系统的工况图，拟订液压系统 的工况图是是液压系统中的关键步骤，它直接影响着系统的性能，以及设计方按 的经济合理性。拟订过程中首先依据设计任务中突出的动作和性能要求，综合运 用液压系统的有关知识，选择和拟订基本回路，然后把基本回路合成为液压系统。 基本回路的选取一定要要满足设计的基本要求，但是满足同一设计要求的回 路不只一种方案，因此，要进行分析对比，并参考同类液压系统的成熟经验，确 定出合理的回路。 （5）换向和速度换接回路 注： 27 根据液压系统中的工作循环，换向精度，换向冲击，换向平稳性以及自动化 程度等要求，选择换向及速度换接回路。调速回路选择的依据主要是调速范围、 压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性要求等。调速回路往往是 液压系统的核心，因为调速方式的确定见涉及到液压泵、液压控制阀的选择，以 及其他基本回路的选择，同时也决定着油路的循环形式。例如：节流调速、容积- 节流调速一般采用开式油路；容积调速多才用闭式油路。由上面的分析我们采用 溢流阀如下图 33： 图 33 溢流节流阀的工作原理及其只能符号 （6）压力控制回路 压力控制回路很多，选择的时候要仔细的分析每个回路的特点和使用的场合。 如在出口，进口节流调速系统中的泵源压力控制都用衡压系统控制回路；容积调 速系统中，为了防止过载采用限压控制回路；当用一个泵源提供两个以上的工作 压力并且压力相差很大的时候，可采用减压控制回路；对于需要多级压力控制的 系统，可以采用溢流阀遥控口通过换向阀和远程的调压阀实现控制。对于垂直布 置的液压缸驱动机构，用由防止运动部件几句下落的平衡回路等，总之，根据上 面的分析我们采用多级减压控制回路如图 34： 注： 28 图 34 减压系统工作原理及其符号图示 （7）多缸回路 几个液压缸之间的动作关系是多缸回路着重考虑的问题，如同步动作和顺序 动作，需要通过某些元件或信号进行控制。同步动作常用的控制方式有容积控制， 流量控制，司服控制等；顺序控制通常用的控制方式有行程控制，时间控制，压 力控制，电信号控制等。 （8）蓄能器回路 控制回路蓄能器是利用液压控制中的保压，消除压力脉动，吸收压力冲击及 作为段时间大量供油的应急动作油源等腰根据压力系统性能要求合理选择。 （9）系统的合成 液压系统是液压基本回路的组合，当依据系统的要求确定基本回路之后，配 上其他功能的辅助回路，如锁紧，平衡，润滑，测压回路等，即可合成液压系统 ，系统时应注意几点： 力求系统结构简单，将作用相同或详尽的元件进行合并。 系统必须安全可靠，如用一个液压泵供应给两个以上执行元件工作的时 候，应当防止相互干扰；某些部件运动要求互锁，则系统应有互锁回路以防止误 操作而引发错误而造成事故；系统中合理配置虑油器是长期可靠工作的保证等。 尽量提高系统的效率，减少发热量。如在一个工作循环总需要流量差别 较大的系统，可以采用蓄能器回路或双泵供油回路；功率较大的系统应选用容积 注： 29 调速等。 尽量避免采用标准通用元件，减少自行设计的非标准件； 系统应经济而且合理，工作平稳，冲击小。 3.1.3 初步确定液压系统得原理图初步确定液压系统得原理图 3.1.3.1 确定液压系统方案确定液压系统方案 确定液压系统的首要问题是确定油液的循环方式，即采用开式还是闭式液压系 统。若是开始系统又具有多个执行元件，则接着要确定油路的组合方式；决定调 速方案及所采用的基本回路。 3.1.3.2 液压油循环方式液压油循环方式 系统油液的循环方式分为开式和闭式两种。开式系统散热较方便，但油箱较大； 抗污染性较差，但开式可采用压力油箱或油箱呼吸器来改善；管路压力损失较大， 用节流调速时效率低；用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油 液发热；适用于功率较小的机构，内燃机驱动的机构（如铲车、高空作业车、液 压汽车起重机、装载机及挖掘机等）以及固定式机械上。闭式系统散热较复杂， 须用辅泵换油冷却；抗污染性较好，但油液过虑要求较高；管路压力损失较小， 容积调速时，效率较高；液压泵由电机拖动时，限速及制动过程中拖动电机能向 电网输电，回收部分能量，既是再生限速（可省去平衡阀）及再生制动；对主泵 的自吸性能要求低；适用于液压泵由电机驱动的下述机构：外负载惯性大且换向 频繁的机构（如一些起重机的旋转、运行机构及龙门刨床，拉床和精密平面磨床 等的工