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机械毕业设计全套

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GY01-154@机床夹具柔性化技术研究及设计,机械毕业设计全套

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三种单边正交增力液压夹具的技术性能的比较苏东宁 , 钟康民 , 王 维(济南大学 , 山东济南 250002)摘要 : 介绍了三种单边单作用的正交增力机构与无杆液 (气 ) 缸组成的装置的工作原理 , 给出了其增力系数的计算公式 , 并分析比较了他们的力学及技术性能。关键词 : 液压传动 ; 单边单作用 ; 正交增力机构 ; 增力系数 ; 摩擦损失 ; 自锁 ; 压力角Compariston of the Performance Characteristic of Three Kinds of Hydraulic Jics withSingle Acting - path One - way Orthogonal Force AmplifierSU Dong - ning , ZHONG Kang - min , WANG Wei(Dept. of Mechanical Engineering , Jinan University , Shandong 250002 , China)Abstract : Working principle of three kinds of systems , which consist of rodless hydraulic cylinder and single - acting - path one - wayorthogonal force amplifier , was introduced. Their mechanics calculation formulas were given and the comparison of their performance character2istic were shown.Keywords : Hydraulic transmission ; Single - acting - path one - way ; Orthogonal force amplifier ; Force increasing ratio ; Friction loss ;Self - lock ; Pressure angle ;0 前言现代机械设计中 , 采用适当的机械增力机构与液压传动技术相结合 , 可以有效地降低液压系统的工作压力 , 延长其使用寿命 , 在某些场合具显著的节能效果。此前 , 钟康民 , 郭培全等人对正交增力机构进行了定义和分类 1, 并探讨了增力机构在液压传动中的应用 1。下面 , 我们介绍三种单边单作用正交增力机构与无杆液 (气 ) 缸组成的装置的工作原理 , 分析它们的力学及技术性能。1 斜楔式单边正交增力机构(1) 工作原理图 1图 1 所示为楔式单边正交增力机构与无杆液压缸的组合示意图。此种装置可应用于机床的液 (气 ) 夹具中。其工作原理为 : 当换向阀位于左边时 , 压力油进入液压缸左腔 , 活塞在压力油的作用下向右运动 , 通过活塞与力输出件之间的斜面增力作用 , 将活塞所受的轴向力放大后 , 传递到力输出件上 , 而后力输出件向外输出作用力 FO , 夹紧工件 (图中未示出 ) 。当换向阀位于右边时 , 压力油进入油缸右腔 ,推动活塞向左移动 , 力输出件下降 , 夹具松开工件。(2) 力学分析图 1 系统 , 输出件受到来自活塞斜面的作用力 ,经建立力学模型分析计算 , 机构的理论增力系 数 it及实际增力系数 ip 可用以下计算公式表示 :it = 4 Fot d2 p = 1tantip = 4 Fop d2 p = 1 - tan( t + ) tan vtan(t + ) + tan(1)式中 Fot 理论输出力 (N) ;Fop 实际输出力 (N) ;d - 活塞直径 (m) ;p 液压缸左腔压力 (Pa) ; t 理论压力角 (rad) ; 活塞上的斜面间的摩擦角 , = arctan 1 ( 1 为活塞上的斜面与力输出件之间的摩擦系数 ) ; 活塞与液压缸内壁之间的摩擦角 , 即 =arctan 2 ( 2 为活塞与液压缸内壁之间的摩擦系数 ) ; v 力输出件与其导向孔间的当量摩擦角 , v= arctan v , ( v 力输出件与其导向孔间的当量摩擦系数 , 其值由力输出件的受力及约束方式所决定 3) 。2 斜置铰杆式单边正交增力机构图 2 所示为斜置铰杆式单边正交增力机构与无杆图 2液压缸的组合装置 , 其工作原理与图 1 中的斜楔式单边增力机构相同 , 只不过增力元件由斜块换成了斜置铰杆。通过分析计算 ,系统的理论增力系数 it 及实际增力系数 i P 的计算公式的形式与图 1 系统的完全一致 , 只不过在本系统中实际增力系数 i P 计算公式中的 为铰链副的当量摩擦角 , = arcsin( 3 d0PL ) , ( d0 为铰接处铰链轴的直径 , L 为铰杆两端铰链孔的中心距 , 3 为铰链副的摩擦系数 2 ,3。3 钢球式单边正交增力机构图 3 为钢球式增力机构 , 其工作原理同系统 1、103机床与液压 2003. No. 4 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. nts图 32 , 但增力元件换成了钢球。该系统作为输出件的钢球与导向孔间为点接触 , 经分析计算 , 其理论增力系数 it 及实际增力系数 ip 的计算公式为 :it = 4 Fot d2 p = 1tantip = 4 Fop d2 p = 1 - tan( t + ) tantan(t + ) + tan(2)式中 钢球间的滑动摩擦角 ; 输出件钢球与导向孔间的摩擦角 ; = arctan 4 , ( 4 为输出件钢球与导向孔间的滑动摩擦系数 ) 。比较一下公式 (1) 与公式 (2) , 我们会发现 ,它们的形式非常相似 , 只不过公式 (1) 中的 v 在公式 (2) 中以 代替。4 技术性能比较以上三种系统在力学性能及技术上有一定的差异 , 现比较如下 :(1) 力传递效率通过以上分析可看出 , 三种系统的工作原理完全相同 , 在不考虑摩擦的前提下 , 其理论增力系数相同 ; 考虑摩擦时 , 由于增力元件及输出件所依附的构件不同 , 因而导致三者在力学性能上的一些差异 :比较一下系统 1 与系统 2 的摩擦角及当量摩擦角 , 可看出 , 在一般条件下 , 系统 2 中的当量摩擦角 较系统 1 中的摩擦角 小得多 , 所以系统 2 的增力系数比系统 1 的要大 , 力传递效率高。再来对比一下系统 1 与系统 3 , 由于一般情况下钢球的硬度较楔块高 , 表面粗糙度较楔块的低 , 所以系统 3 摩擦损失小 , 增力系数比系统 1 的要大。故三个系统中 , 楔式增力机构的力传递效率最低。(2) 自锁问题图 1 所示系统 , 当 t + 时 , 有非常可靠的自锁性能 ; 图 2、 3 所示系统的摩擦损失相对较小 ,但自锁功能较差。因此 , 如果以获得较大的增力系数为主要目的 , 应选择图 2 及图 3 系统 ; 如果要求长时间保持作用力 , 而欲让液压泵卸荷或停止运转以便节能 , 则应选择系统 1。(3) 行程问题在三个系统中 , 当活塞的有效水平位移相同时 ,且在系统 2 铰杆式增力机构的连杆长度与系统 3 双钢球增力机构钢球直径相等的前提下 , 系统 2、 3 的输出位移相同 ; 但斜楔形增力机构在相同的活塞位移下 , 其输出位移却要小得多。例如 : 当初始压 力角 0 = 45 ,终止压力角 e = 8 , 铰链机构连杆长度为 L时 , 当活塞水平移动 L (sin45 - sin8 ) , 系统 2、 3的输出位移为 L (cos8 - cos45 ) = 0. 28L ; 而系统 1的输出位移为 L (sin45 - sin8 ) tan8 = 0. 08L 。 所以要使系统 1 获得与系统 2、 3 相同的输出位移 , 则需活塞有更大的水平位移 , 这样会导致活塞缸的轴向尺寸加大。在实际设计中 , 为避免此缺陷 , 可采用在不同的行程段 , 楔块设计成不同的压力角。(4) 强度与承载能力图 1 所示斜楔式增力机构及图 2 所示斜置铰杆增力机构 , 是面接触 , 刚度好 , 强度高 , 适于传递较大载荷 ; 图 3 所示钢球增力机构结构简单紧凑 , 制造工艺简便 ; 但钢球与其接触的元件之间皆为点接触 , 故不宜承受过大的负载。参考文献【 1】 Zhong Kangmin , Guo Peiquan. Orthogonal reinforcementmechanism and hydraulic drive. In : Proceedings of tenthworld congress on the theory of machines and Mechanisms(Vol5) . Oulu , Finland : Oulu University Press , 1999 , 2037 2042【 2】 林文焕 , 陈本通编著 . 机床夹具设计 . 北京国防工业出版社 , 1987【 3】 刘文剑主编 . 夹具工程手册 . 哈尔滨 : 黑龙江科学技术出版社 , 1992收稿时间 : 2002 - 09 - 11(上接第 325 页 )Based Real - Time Diagnostic System for PLC Controlled Manu2facturing Systems J . Proceedings of the IEEE InternationalConference on Systems , Man and Cybernetics , 1999 : 499 - 504【 6】 Karsten Lemmer , Bernhard Ober , Eckehard Schnieder.Model - Based Programming and Diagnosis for ProgrammableLogical Controllers J . Proceedings of the IEEE Interna2tional Conference on Systems , Man and Cybernetics , 1995 :4474 4479.【 7】 Barbara A. Osyk , Ming S. Hung , Gregory R. Vadey. ANeural Network Model for Fault Detection in Conjunction witha Programmable Logic Controller J . Journal of IntelligentManufacturing , 1994. 5 (2) : 67 78.【 8】 Andrea Bernieri , Giovanni Betta , Antonio Pietrosanto , CarloSansone. A Neural Network Approach to Instrument Fault De2tection and Isolation J . IEEE Transactions on Instrumenta2tion and Measurement , 1995. 44 (3) : 747 750.【 9】 Giovanni Betta , Consolatina Liguori , Antonio Pietrosanto.An Advanced Neural - Network - Based Instrument Fault De2tection and Isolation Scheme J . IEE