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机械毕业设计论文
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浇铸传送机液压缸的设计与制作,机械毕业设计论文
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浙江工贸职业技术学院 毕业设计（论文） 课题名称： 浇铸传送机液压 缸 的设计与制作 系 部： 汽机 专 业： 数控 班 级： 数控 1102 姓 名： 林义 学 号： 1110204215 指导教师： 张本升 完成时间 2014 年 03 月 03 日 nts目 录 1、 课题设计内容及所给参数 2、液压缸 参数的确定 2.1 液压缸主要 参数的确定 2.2 其他 参数的确定 3、 液压缸的结构设计 3.1 缸体与缸盖的连接形式 3.2 活塞杆与活塞的连接结构 3.3 活塞杆导向部分结构 3.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 3.5 液压缸的缓冲装置 3.6 液压缸的排气装置 3.7 液压缸的安装连接结构 4、零件的加工 4.1 缸体的加工 4.2 缸盖的加工 4.3 活塞杆的加工 4.4 隔套的加工 设计小结 nts浇铸传送机液压缸的设计与制作 林义 浙江工贸职业技术学院汽机系 班级：数控 1102 摘要： 本 课题针对 浇铸传送机液压缸 的机械加工工艺进行设计计算，根据其工艺的要求和加工工艺的可行性，根据具体的生产条件选用最适当的加工方法，制定出最佳的加工工艺路线，加工出符合图样技术要求的零件。填写加工工艺工序卡片并进行数控编程，进行加工。 1、 课题设计内容及所给参数 设计参数如表 缸径 活塞杆长 液压油压 150mm 1000mm 20Mpa 图 1-1 浇铸传送机液压缸简化图 2、液压缸 参数的确定 液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个： 缸筒内径 D、活塞杆外径 dnts和缸筒长度 L。 其中已知缸筒内径 D为 150mm,所以只需求出活塞杆外径 d和缸筒长度 L。 2.1 液压缸主要参数的确定 1)液压缸 活塞杆外径 d 活塞杆外径 d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为 v，则该处应有一个带根号的式子： vvD 1也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时： d=0.3 0.5D。 受压力作用时： Ip 5MPa时， d=0.5 0.55D 5MPa Ip 7MPa时， d=0.6 0.7D Ip 7MPa时 ,d=0.7D 根据已知 油液油压 Ip =20MPa，我选择受压力作用时公式 得 ： d=0.7 150=105mm 2)液压缸缸筒长度 L 缸筒长度 L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即： L= l+B+A+M+C 式中： I为活塞的最大工作行程； B为活塞宽度，一般为 (0.6 1)D;A为活塞杆导向长度，取 (0.6 1.5)D;M为活塞杆密封长度，由密封方式定； C为其他长度。 一般缸筒的长度最好不超过内径的 20倍。 L=1000 B=120(取 0.8D) ntsA=150(取 1D) M=26 C=204 故缸筒长度 L为： L=1000+150+120+26+204=1500mm 2.2 其他参数的确定 1)最小导向长度的确定。 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(如图 2-1所示 )。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度 (间隙引起的挠度 )增大，影响 液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向度。 图 2-1油缸的导向长度 K 隔套 对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式： 22LDH 式中： L为液压缸最大工作行程 (m);D为缸筒内径 (m)。 nts由上式得： 1000/2+150/2=125 所以导向长度应取 0.83D以上，我取 1D。 2)隔套长度的确定 一般导向套滑动面的长度 A，在 D 80mm 时取 A=(0.6-1.0)D,在 D 80mm时取A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度 B 则取 B= (0.6-1.0)D。为保证最小导向长度，过分增大 A 和 B 都是不适宜的，最好在导向套与活塞之间装一隔套 K，隔套宽度 C 由所需的最小导向长度决定，即： 2ABCH 由式得： C=150-60/2-60/2=60mm 采用隔套不仅能保证最小导向长度，还可以改善导向套及活塞的通用性。 3)缸筒壁厚 缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况，当 D/ 10时为薄壁，壁厚按下式进行校核： =ptD/2 式中： D为缸筒内径； pt为缸筒试验压力，当缸的额定压力 pn 16MPa时，取 pt=1.5pn， pn为缸生产时的试验压力 ;当 pn 16MPa时，取 pv=1.25 pn;为缸筒材料的许用应力， = b/n, b为材料的抗拉强度， n为安全系数，一般取 n=5。 当 D/ 10时为厚壁，壁厚按下式进行校核： 0 . 4 12 1 . 3 ttDpp 我选用 厚 壁，所以由式得： 28.4697305828673075mm 所以我取 缸筒 壁厚 为 29mm nts3、液压缸的结构设计 液压缸的主要尺寸确定了，开始进行其他各部分的设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结 构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。 3.1 缸体与缸盖的连接形式 常见的缸盖连接形式有： 法兰连接 ， 螺纹连接 ， 外半环连接 ， 内半环连接 。 1)法兰连接 优点 ： 1结构简单 ，成本低 2容易加工，便于拆装 3强度较大，能承受高压 缺点 ： 1径向尺寸较大 2重量比螺纹连接的大，缸体为钢管时，用拉杆连接的重量也较大 3用钢管焊上法兰，工艺过程复杂些 2)螺纹连接 优点 ： 1外形尺寸小 2重量较轻 缺点 ： 1端部结构复杂，工艺要求较高 2拆 装时需要用专用工具 3拧端盖时易损坏 密封圈 3)外半环连接 优点 ： 1机构较简单 2加工装配方便 缺点 ： 1外形尺寸大 2缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸体厚度 nts4)内半环连接 优点 ： 1外形尺寸较小 2结构紧凑，重量较轻 缺点 ： 1缸筒开槽，削弱了强度 2端部进入缸体内较长，安装时密封圈易被槽口擦伤 3.2 活塞杆与活塞的连接结构 活塞杆与活塞的 几种常见的连接形式有整体式结构和组合式结构，组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。 (1)整体式结构 结构简单 ，适用于缸径较小 的液压缸。 (2)螺纹连接 结构简单，在振动的工作条件下容易松动，须用锁紧装置。应用较多，如 组合机床与工程机械上的液压缸。 (3)半环连接 结构简单，拆装方便，不易松动，但会出现轴向间隙。应用在压力高、负荷大，有振动的场合。 (4)销轴连接 结构可靠，用销轴连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。 3.3 活塞杆导向部分结构 活塞杆导向部分结构 包括活塞杆与端盖、导向套的结构， 以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损 后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以安装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑 ；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作nts时，是密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。 活塞杆处的密封形式有 O型 、 V型、 Y型和 Yz型密封圈。为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和 J型橡胶密封圈，也可用毛毡圈防尘。 常用的方式有 :端盖直接导向与导向套导向 (1)端盖直接导向 的特点 1端盖与活塞直接接 触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖 2盖与塞的密封常用 O型、 Y型、 Yz型密封圈 3防尘常用无骨架防尘圈 (2)导向套导向 的特点 1导向套与活塞杆接触支承寻向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料 2盖与杆的密封常用 Y形、 Yz形及 V形密封装置，密封可靠适用于中高压液压缸 3防尘方式常用 J形或三角形防尘装置 3.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 表 3-1 活塞及活塞杆处密封圈使用参数 类型 密封部位 材料 压力范围 (MPa) 温度范围 ( ) 速度范围 (m/s) 摩擦 /泄露 活塞用 活塞杆用 O型圈 NBR 6 -30至 +130 0.5 中 /低 FPM -15至 +180 O型圈加挡圈 NBR+PTFE 35 -30至 +130 0.5 中 /低 高低唇 Y型圈 NBR 10 -30至 +100 0.5 中 /低 NBR+夹纤维 20 -20至 +100 ntsY型圈 NBR+夹纤维 25 -30至 +120 0.5 中 /低 奥米加型 NBR+夹纤维 40 -30至 +120 5 微 /中 奥米加型 NBR+夹纤维 40 -30至 +120 1 微 /中 V型 NBR+夹纤维 63 -30至 +120 0.5 大 /极微 活塞环 铸铁 25 350 0.3至 10 小 /高 3.5 液压缸的缓冲装置 为避免活塞在行程两端与缸盖发生碰撞，产生冲击和噪声，常在大型、高速或要求较高的液压缸中设置缓冲装置。常见的缓冲装置如图 3-1所示。 (1)圆柱形环隙式 缓冲装置 如图 3-1a所示，当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖与缓冲活塞间形成缓冲油腔，油腔中的油液只能从环形间隙排出，产生缓冲压力，从而实现减速制动。在此 过程中，由于通流截面的面积不变，所以缓冲过程中其缓冲制动力将逐渐减少，缓冲效果较差。若采用圆锥形缓冲活塞，缓冲效果较好。 (2)可调节流孔式 缓冲装置 如图 3-1b所示，但缓冲柱塞进入缸盖内孔时，油腔内的油液只能经过节流阀才能排出调节节流阀的开口大小可控制缓冲压力的大小，以适应液压缸负载和速度不同的情况。单向阀用于液压缸反向启动。 (3)可变节流槽式 缓冲装置 如图 3-1c所示，在缓冲柱塞上由浅入深 开若干个三角槽，其通流截面的面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，缓冲压力变化比较平缓。 nts 图 3-1 液压缸的缓冲装 置 3.6 液压缸的排气装置 液压系统混入空气后会使其工作不稳定，产生振动、噪声、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。因此设计液压缸时必须考虑空气的排除。 对要求不高的液压缸，往往不设专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处 (见图 3-2a)，这样可以使空气 随液流排往油箱，再从油箱中逸出。对工作平稳性要求较高的液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。如图 3-2b、 c所示。在液压系统中正式工作前松开排气装置的螺钉，让液压缸全行程空载往复运动几次排气，排气完毕后拧紧螺钉，液压缸便可正常工作 。 nts图 3-2 液压缸的排气装置 3.7 液压缸的安装连接结构 (1)液压缸的安装形式 表 3-2 液压缸安装方式 序号 安装形式 备注 序号 安装形式 备注 1 径向脚架 倾翻力矩比较 序号 1较小 序号 3较大 7 头部销轴 液压缸在平面内摆动，活塞受弯曲作用比较 序号 7较小 序号 8较大 序号 9介于 7,8之间 2 底 向脚架 8 尾部销轴 3 前后脚架 9 中部销轴 4 头部外法兰 安装螺钉受拉力比较 序号 5、 6较小 序号 4较大 10 尾部耳环 同序号 5 5 头部内法兰 11 尾部球头 液压缸可在一定的空间范围内摆动 6 尾部外法兰 12 长螺栓安装 (2)液压缸进、出油口形式及大小的确定 液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞缸固定的液压缸，进、出油口可设在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口因设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。 表 3-3 单杠液压杆油口安装尺寸 (ISO8137 1986) 缸体内径 D 进、出油口 50 M22 1.5 63,80 M27 2 100,125 M33 2 nts160,200 M42 2 250,320 M50 2 400,500 M60 2 (3)液压缸用耳环安装结 构 根据使用部位不同，耳环可分为杆用耳环和缸体用耳环两种。杆用耳环安装在活塞杆的外端，通常使用螺纹连接。缸体用耳环一般是固定在缸体的后部，也有固定在缸体的中部。其结构与杆用耳环相同。 耳环常用的结构有 ： 1)不带轴套的单耳环结构。销孔一般用 H8配合。 2)带轴套的单耳环结构。 轴套用青铜或聚四氯乙烯制造。 3)球铰耳环结构。轴套外圆是球面，一般能作 4 的摆动，球面用 m6配合，球面淬硬到 50HRC。 4)双耳环结构。销孔一般用过渡配合，柱销不能在其中转动。 (4) 单耳环安装尺寸 图 3-3 杆用单耳环安装尺寸（ ISO8133） 表 3-4 杆用单耳环安装尺寸（ ISO8133） 缸径D 端部耳环尺寸 p=6.3、 10、12.5MPa 16MPa 20、 25MPa 31.5MPa ntsCD、 MR1 EW、 MR2 CD、 MR1 EW、 MR2 CD、 MR1 EW MR2 CD、 MR1 EW MR2 40 16 20 20 25 20 30 25 30 45 35 50 20 25 30 25 30 45 35 30 45 35 63 30 35 40 45 40 55 45 40 55 45 80 60 35 40 45 40 55 45 40 55 45 90 40 45 40 45 40 55 45 50 70 60 100 40 45 50 60 50 70 60 50 70 60 110 50 60 50 60 50 70 60 60 85 70 125 50 60 50 60 60 85 70 60 85 70 140 50 60 60 70 60 85 70 70 100 80 160 60 70 60 70 70 100 80 80 110 90 180 70 80 70 80 80 110 90 90 120 100 200 70 80 80 90 90 120 100 100 130 110 3.8 小结 缸体与缸盖的连接形式 ： 我选择外形尺寸小，重量较轻的螺纹连接。 活塞杆与活塞的连接结构 ： 为 了便于加工制造， 所以我选择了简单的整体式结构。 活塞 杆导向部分结构 ： 因为油液压力为 20Mpa，可以选择的密封圈有很多种，但是我选择 广泛应用于往复动密封装置中 的 Y型圈。 活塞及活塞杆处密封圈的选用 ： 两种方式各有特点，我选择结构简单的端盖直接导向。 液压缸的缓冲装置 ： 因为 液压缸在工作压力 1OMPa ，行程长，所以设置第一种缓冲装置。 液压缸的排气装置 ：我选择 不设专门的排气装置。 液压缸的安装连接结构 ： 因为液压缸如 图 1-1所示 尾 端固定，所以 安装形式选用 尾部耳环。 液压缸进、出油口形式及大小： M42 2。 液压缸用耳环安装结构 : 杆用耳环和缸体用耳环都用不带轴套的单 耳环结构。 耳环 尺寸 选择缸径较为接近的 160的耳环尺寸 。 nts4、零件的加工 4.1 缸体的加工 (1)拟定工艺路线 备料（无缝钢管）调质车削 （车外圆、 端面）镗孔（ 粗镗、精镗 ）车削 （内 螺纹） 钻削 （ 进油口 ） 检验 (2)确定毛坯 材料为 ZG310-570， 外圆 185孔 145长 1580的无缝钢管 (1)工艺 过程卡片 表 4-1 浇铸传送机液压缸缸体工艺过程卡片 浇铸传送机液压缸 缸体 工艺过程卡片 零件名称 毛坯材料 毛坯形状 缸体 ZG310-570的无缝钢管 外圆 185孔 145 长 1580 工序号 工序名 称 设备 工艺内容 刀具 10 车端面 车床 把端面车平 45 刀 20 粗车外圆 车床 粗车外圆至 180 90 刀 30 精车外圆 车床 精车外圆 至 零件要求 ，掉头 装夹 90 刀 40 车端面 车床 车总长至 零件要求 45 刀 50 粗车外圆 车床 粗车外圆至 180 90 刀 60 精车外圆 车床 精车外圆 至 零件要求 90 刀 70 粗镗 镗床 镗内孔至 149 80 精镗 镗床 镗内孔至 零件要求 90 车内螺纹 车床 车 前缸盖的连接 螺纹 ，掉头 装夹 60 螺纹刀 100 车内螺纹 车床 车 后缸盖的连接 螺纹 60 螺纹刀 110 钻油口 钻 床 钻 42的孔 42的 麻花钻 120 攻 螺纹 钻 床 攻螺纹 M42 2 螺纹刀 签字 林义 日期 2013.3.3 4.2 缸盖的加工 (1)拟定工艺路线 nts前缸盖：备料 正火 车削 （车外圆、 端面 、钻孔 ）镗孔（粗镗、精镗）车削 （ 外螺纹 ，压力平衡槽 ） 调质 检验 后缸盖：备料 正火 车削 （车外圆、 端面 、 钻孔 ） 铣削 （ 铣 内孔 ）车削 （ 外螺纹） 钻削 （ 出 油口） 焊接 （ 焊耳环 ）检验 (2)确定毛坯 前缸盖： 材料为 45钢 ， 205 200的棒料 后 缸盖： 材料为 45钢 ， 205 305的棒料 (3) 工艺过程卡片 表 4-2 浇铸传送机液压缸 前缸盖 工艺过程卡片 浇铸传送机液压缸 前缸盖 工艺过程卡片 零件名称 毛坯材料 毛坯形状 前缸盖 45钢 205 200的棒料 工序号 工序名称 设备 工艺内容 刀具 10 车端面 车床 把端面车平 45 刀 20 粗车外圆 车床 车 198外圆至 200 90 刀 30 精车外圆 车床 车至零件要求 90 刀 40 打中心孔 车床 在外圆 198端面打 中心孔 中心钻 40 钻孔 车 床 通孔 80的 麻花钻 50 车孔 车床 车至零件要求 内孔刀 60 切槽 车床 切 13 10的槽 2个 内孔槽刀 70 车端面 车床 掉头装夹， 车至长度要求 45 刀 80 粗车外圆 车床 车 154外圆至 155 90 刀 90 精车外圆 车床 车至零件要求 90 刀 100 切槽 车床 切 5 5的槽 切槽刀 110 螺纹 车床 车 M154 2 60 螺纹刀 签字 林义 日期 2013.3.3 表 4-3 浇铸传送机液压缸 后 缸盖工艺过程卡片 浇铸传送机液压缸 后缸盖 工艺过程卡片 零件名称 毛坯材料 毛坯形状 后缸盖 45钢 205 305的棒料 nts工序号 工序名称 设备 工艺内容 刀具 10 车端面 车床 把端面车平 45 刀 20 粗车外圆 车床 车 160外圆至 162 90 刀 30 精车外圆 车床 车至零件要求 90 刀 40 车端面 车床 掉头装夹，车至长度要 求 45 刀 50 粗车外圆 车床 车 154外圆至 156 90 刀 60 精车外圆 车床 车至零件要求 90 刀 70 打中心孔 车床 在 154外圆的端面打中心孔 中心钻 80 镗孔 镗 床 车至零件要求 90 车螺纹 车 床 车 M154 2 60 螺纹刀 100 打孔 钻 床 钻出油口 42的 麻花钻 110 攻螺纹 钻 床 M42 2 螺纹刀 120 焊接 焊耳环 签字 林义 日期 2013.3.3 4.3 活塞杆的加工 (1)拟定工艺路线 备料（无缝钢管） 正火 车削 （车外圆、 端面 、外螺纹。槽） 调质 检验 (2)确定毛坯 材料为 45钢 ， 155 1435的棒料 (3)工艺过程卡片 表 4-4 浇铸传送机液压缸 活塞杆 工艺过程卡片 浇铸传送机液压缸 活塞杆 工艺过程卡片 零件名称 毛坯材料 毛坯形状 活塞杆 45钢 155 1435 工序
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