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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1568液压卷花机设计说明书,机械毕业设计论文
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液压卷花系统设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 机电工程学院 年级专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： nts 摘要 I 摘 要 本次毕业设计 题目 是 液压卷花系统设计 。 任务限制只能用液压来实现。 本人致力于 整机 系统的设计，即 机械结构的设计， 液压系统方案的拟定，液压油箱的设计 ， 液压缸的设计， 液压站的设计 。设计思路是从 卷花机的 性能和动作要求入手，并以国内的质量和 技术性能接近设计要求的 卷花机 为基础，研究国外的先进机型，开发出自己的全套液压系统方案。 图纸采用 Auto CAD 绘制。经过认真地设计计算 ,查找资料撰写设计论文。 本液压 卷花 机的优点是 传动平稳，输出力矩大，用模具来实现花形的变化，且同一批 形状的 一致性好， 液压 机 造型美观。 设计出来的液压卷花系统具有， 尺寸精确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好 的优点 。 广泛应用于 铁艺 行业中 。由该机器生产的各种花形可用在围栏、 大门 、 台 、 椅 、 扶梯 、 窗 、 招牌 、 艺术品等 制作的 地方。 关键词 液压卷花机 ， 液压系统 ， 铁艺 nts ABSTRACT II ABSTRACT My graduation project topic is the Volume hydraulic system design. The duty limit only uses the hydraulic pressure to realize. I have carried on the whole design，namely, the mechanism design, hydraulic system plan drawing up, the hydraulic fluid tank design, the hydraulic cylinder design, the hydraulic pressure stands design and so on. The design start at the volume flowers machine performance and the movement, taking the home existing volume flower machine as the foundation, their quality and the technical performance approach to this design request, and has studied the overseas advanced type, developed own complete set hydraulic system plan. The blueprint draws up with Auto CAD. After earnestly calculated, has consulted the correlation data, I have composed this design paper. The volume flowers machine merit is the transmission steady, out put moment of force big, realizes the flowered shape change with the mold, also identical batch of product uniformity good, the volume flowers machine Modeling is artistic. The system of the volume flowers machine has the merit, such as, size precisely, the production efficiency high, the labor intensity is low, the product quality is good and so on. This machine is widely applied in the steel art profession, and can product several kinds of flowers for fences, gates, place, chairs, elevator, windows, signs, art and so on. Key words volume hydraulic machine， hydraulic system， steel art nts 目录 目 录 摘 要 .I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 本课题研究的目的意义 . 1 1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题 . 1 1.3 本课题解决的主要问题 . 2 2 液压卷花机系统分析与设计 . 3 2.1 设计思想 . 3 2.2 液压卷花机系统分析 . 3 2.2.1 本机设计要求及具体的技术参数 . 3 2.2.2 卷花机的液压系统 . 3 2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 . 3 3 液压系统的计算 . 7 3.1 弯矩力的计算 . 7 3.1.1 材料力学的角度 . 7 3.1.2 采用类比法 . 10 3.2 齿轮齿条传动设计 . 11 3.3 载荷组成和计算 . 13 3.4 卷花机液压系统设计 . 15 3.4.1 负载分析 . 16 3.4.2 初选液压系统工作压力 . 16 3.4.3 液压缸的类型及安装方式 . 16 3.4.4 液压缸的主要结构尺寸 . 16 3.4.5 压杆稳定性验算 . 17 3.4.6 按最低速度要求验算液压缸尺寸 . 18 3.4.7 计算液压缸所需流量 . 18 3.4.8 绘制液压系统工况图 . 19 3.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图 . 21 3.5 液压系统的计算和选择液压元件 . 22 3.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 . 22 nts 目录 3.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择 . 24 3.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择 . 28 3.6 液压系统性能验算 . 28 3.6.1 压力损失及调定压力的确定 . 28 3.6.2 系统温升验算 . 30 4 液压缸的设计 . 32 4.1 选择液压缸类型安装方式 . 32 4.2 液压缸的主要性能参数和主要尺寸 . 32 4.3 液压缸的参数计算 . 32 4.3.1 缸筒壁厚的计算 . 32 4.3.2 液压缸活塞行程 . 33 4.3.3 液压缸油口直径计算 . 33 4.3.4 缸底厚度计算 . 33 4.3.5 缸头厚度计算 . 34 4.3.6 最小导向长度的计算 . 34 4.3.7 缸体长度的确定 . 34 4.4 活塞的设计 . 35 4.4.1 活塞的结构形式 . 35 4.4.2 活塞与活塞杆的连接 . 35 4.4.3 活塞的密封 . 36 4.4.4 活塞材料 . 39 4.4.5 活塞尺寸及加工公差 . 39 4.5 活塞杆 . 39 4.6 活塞杆的导向套、密封和防尘 . 40 4.7 液压缸缓冲装置的设计 . 41 4.7.1 间隙缓冲 . 41 4.7.2 阀式缓冲 . 41 4.8 排气阀 . 42 5 液压站的设计 . 44 5.1 确定液压站的结构类型方案 . 44 5.1.1 分散配置型液压装置 . 44 5.1.2 集中配置型液压装置 . 44 5.1.3 确定液压站的方案 . 44 5.2 液压控制装置（液压阀站的集成设计） . 44 nts 目录 5.2.1 有管集成 . 45 5.2.2 无管集成 . 45 5.2.3 确定液压控制装置 . 45 5.3 液压动力源装置（液压泵站）的设计 . 47 5.3.1 液压泵组布置方式的确定 . 47 5.3.2 液压油箱的设计 . 48 5.4 液压泵组的结构设计 . 54 5.4.1 液压泵组的布置方式 . 54 5.4.2 液压泵组的连接和安装方式 . 54 5.5 液压站的结构总成 . 55 5.5.1 管路的选择 . 55 5.5.2 电气控制装置的设计与布置 . 55 5.6 液压站总图的设计与绘制 . 56 6 机械结构的设计 . 57 6.1 齿轮齿条传动设计 . 57 6.2 轴的设计 . 57 6.2.1 求输出轴上的功率 P,转速 n 和转矩 T . 57 6.2.2 求作用在齿轮上的力 . 57 6.2.3 初步确定轴的最小直径 . 57 6.2.4 轴的结构设计 . 57 6.3 求轴上载荷 . 60 6.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 . 61 6.5 卷花机的内部结构 示意图 . 62 结 论 . 63 参 考 文 献 . 64 致 谢 . 65 nts 1 绪论 1 1 绪论 1.1 本课题研究的目的意义 液压卷花机 是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机床。 由该机器生产的各种花形可用在围栏，大门，台，椅，扶梯，窗，招牌，艺术品等地方。随着人民生活水平提高，这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面，用液压来实现，能满足用户任意设计的图案，效率高，花形同一性好，体积小，重量轻，功能多，施工方便，劳动强度轻 ， 随着新工艺及新技术的应用， 卷花机 在金属 加工及非金属成形方面的应 用越来越广泛，在铁艺 行业中的占有份额正在大幅度攀升。 1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题 目前，用来制作卷花的设备还非常落后，按动力的来源角度，大体分为四 种方式来实现：一、采用手工。该方法一般为小作坊生产，批量不大，生产效率低，但也能满足个性化的需要，因为它可任意改变花形，但劳动强度高。 代表型号有北京光大利克经贸有限责任公司 生产的 手动式铁艺轧花工装设备 。 二、采用机械方式来实现。效率有所提高，但制作了的花形的尺寸有限，主要是受动力的限制。噪声大，能耗大，不能完全满足市场需求。 代表 型号有石家庄安邦机械公司的电动卷花机 , AB-DW10A, AB-DW10B; 东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机 ;宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机 。 三、采用锻造方式。锻造方式来实现的， 材料局限性较大，不能用厚板，也加工不出开关复杂的尾部曲卷，效率 不高。代表型号有 广州郎亚公司的 锻铁液压装置 。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在，下面将要介绍。在铁艺行业市场中，它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为 2： 4： 3： 1；可见 ,使用机械方式来加工的占了大多数，使用液压的较少。 在总结目前国内外卷花 机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下，当前卷花机还有着以下的几点不足： 1、能耗较大，不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能，仅有 50%左右，因为主要是采用的是机械方式作为动力，热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且，机械方式的噪音较大，对工人及周边的损害也严重，不人性化。 2、卷花机体积大 ,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。 3、加工的料的尺寸有限，花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求 ,在模具上 ,也可在进行改进。 4、自动化程度不高，生产率也就不高。 5、现在使用的模具较复 杂。 nts 1 绪论 2 1.3 本课题解决的主要问题 设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。采用液压力传动来代替机械传动，并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服，上面所说的不足，并且传动平稳，出力较大，从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多，体积小。采用模具来加工，在需要改变花形时，只需要改变模具的形状即可，扩充了机器的加工范围，且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有，尺寸精确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好的优点。 nts 2 液压卷花机系统分析与设计 3 2 液压卷花机系统分析与设计 2.1 设计思想 本课题是以机器使用功能多样、经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、 结构简单 、 可维修性好 为设计思想。 2.2 液压卷花机系统分析 2.2.1本机设计要求及具体的技术参数 在现有的机械卷花机系统的基础上 进行改造。 根据机械 卷花的原理，设计相应的液压系统来代替机械卷花系统。实现液压自动化、效率高、多花形 、经济实用的要求。 目前市场上常用的加工件的最大加工规格 及其种类 为：扁钢 30X10；方钢16X16；圆钢 16F 。本设计中的卷花机也要求能加工出它们。 卷花时最小花形是标准弧中的 61035 的上半部，最大的花形是标准弧中的 6110 下半部份（ 来自 资料 5）。 加工出的花形的最大旋转圈数为 2圈。 考虑到 铁艺行业中 用来制作各种花形的 材料 ， 常用普通碳素钢中的甲类钢 ,A0,A1,A2,A3 A7。它们有良好的塑性，韧性，故广泛用于铁艺行业中。在本设计中选 A5 计算。查 资料 7P303 附录 B 常用材料的力学性能：旧牌号 A5对应 Q275，其中 275saMPd =， 4 9 0 6 3 0baMPd =2.2.2 卷花机的液压系统 卷花机是把一定长度的工件（棒料、方钢、扁铁），通过压力作用，使之弯曲曲服，从而实现所需的花形。 通过分析机械卷花机 ， 当 用液来压来代替 时 .需要实现 主轴的旋转 运动 。即 用 液压能来驱动 输出 主轴进行旋转。 2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 用液压能够实现旋转运动的有很多种方式，其中有 :1.液压缸加 齿轮齿条 ；2.齿轮缸 ； 3.液压马达 ； 4.摆动缸 等， 都是 能够实现旋转运动的 方式。 第四种即摆动缸，当它通入压力油后，通常主轴 只能输出小于 360 度的摆运动，常用于工夹具夹紧装置、养料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。在此它并不适合。第二种即齿轮缸， 它在市场上比较少见，生产厂家比较少。并不常用。在此排除。 在此着重比较用第一种，和第三种。因为这两种在工程上用的比较多，市场上标准系列产品，且实现起来相对容易些。 用液压马达与液压缸加齿轮齿条方案的比较： nts 2 液压卷花机系统分析与设计 4 从执行 元件 性能方面来比较 用液压马达来实现，它的所能输出转矩较小，起始负载转矩也不能太大。 且有泄漏；液压缸能输出较大的推力（通过改变活塞的有效面积来实现），无泄漏，效率高于液 压马达，无噪声。液压缸优于液压马达。 从经济性方面比较 一般来说，液压马达的价格比液压缸的高，但它的寿命不如液压缸长，且液压马达的可维修性不如液压缸，使用成本也较高。 从空间的占用方面 比较 液压缸的占用的空间较液压马达的小，液压马达可选用双速马达，分别实现工进与快退。 从整体系统性能方面 比较 初步拟定两种方式的液压系统图，对比分析它们的优缺点。 用液压 马达 来实现的系统图如下： nts 2 液压卷花机系统分析与设计 5 图 2.1 卷花 机 系统原理图 1 用液压 缸 来实现的系统图如下： 图 2.2 卷花机 系统原理图 2 nts 2 液压卷花机系统分析与设计 6 从上面两个图中可以看，原理图 1 中的 11 是双速马达，通过 12来改变速度，系统控制比较简单，速度已定，不可调，能够实现自动控制；原理图 2是通过节流阀 5来实现速度的变化 ;原理图 1用的元件除液压马达外比原理图 2的便宜，大多数为普通元件；原理图 1的系统可靠性不如 2，它的速度控制是通过液压缸来控制，不如 2 中用直接控制方式。 综上，选原理图 2，即用液压 缸 来实现，较优为合理。 机械方面 在此采用 模具 来 弯曲工件，弯制出所需的花形。 模具的形状与所需的花形一致。当卷花机的动力头带动模具旋转时，工件则缠绕在模具上，并在上面产生塑性变形，即可制出所需要的花形。 当加工 圆钢和方钢在加工前要将夹紧的一端头部需压制为鱼尾状，头部厚度就小于 10mm，这是为了便于把加工件放入模具的槽内。 并在模具的插口内安装一对偏心轮，作用是防止在弯制的过程中工件脱出来。 要实现上述模具的旋转，必然有一个带动其转动的主轴。这就是卷花机的动力头，用来输出转矩。因控制系统已选用上述的原理图 2，用液压缸作为动力输出。那 么这之间还缺少一 个机构，它的作用是能够把直线运动，转换向旋转运动。 经过分析，本设计中采用齿轮齿条来实现直线运动转换为旋转运动。 在此 ,为了简化结构 ,把齿条 和液压缸筒融为一体 ,即 把齿条用螺钉固定在缸筒上， 缸筒 采用铸造的形式 （要铸造出承受力的凸台） 。 在弯制工件时 ，导轨和凸台相接触， 由导轨 来承受垂直于 齿条 的力（由齿轮传来）。 导轨采用双矩形导轨 ,该导轨结构简单 ,易制造 和承载能力大 ,安装调整方便 .缺点是导轨面磨损后不能自动补偿 。但 在该机器中轨导面的磨损对加工精度和过程 影响不大 ,可忽略不计 。 nts 攀枝花学院毕业设计（论文 ） 3 液压系统的计算 7 3 液压 系统的计算 要进行液压系统计算， 先 应 计算要把工件弯曲成所需的形状需要多大的力，即卷花机的动力头应该输出多大 的转矩，这对后面计算与设计有着重要的意义。这 也是决定卷花机功率的依据 。但卷花机在卷制工件的过程是一个较为复杂的过程，在这个过程中，主要是工件的塑性变形，还有摩擦，弹性恢复，并且在每一个接触点处的力（工件产生塑性变形所需要的力）是不同的。如果要把这个过程的力分析清楚，每个接触点处的力计算出来，这是不可能的，在本设计中也是没有意义的。为了简化计算， 在此只进行粗略估算，并留下一定的余量。估算出一个在 整个卷花 过程中的最大转矩， 然后以这个最大转矩作为卷花机的动力计算依据，使卷花机输出这个最大的恒定转矩，那么应能满足最大规格以下的工件弯制。做这样的简化，在这种类型的机械上是可行的，工程是也是允许的。 3.1 弯矩力的计算 本设计的卷花机的三种规格的工件中，通过比较分析，卷制 16X16 的方钢时，所需的转矩是最大的，固以下的转矩 T 的计算均以它 作为工件加工 来计算。 在此，通过三种不同的角度来初步估算卷花机所需的弯矩。 工件在加工过程中 ,与模具的相对位置如下图所示 : 图 3.1 加工示意图 3.1.1 材料力学的角 度 工件在弯曲变形的过程也就是工件产生塑性变性的过程，利用材料力学公被加工的工件 模具 与动力头相连的方形槽 转矩 T 有挡块 nts 攀枝花学院毕业设计（论文 ） 3 液压系统的计算 8 式， sdd ，即要想工具变形，模具对工件产生的最大应力 d 大于工件本身的屈服应力 sd 。 经分析，一方面，弯曲得越厉害，所需要的力也就越大。另一方面，用模具来弯制工件时 ,在弯制到末位时 ,工件受力点与主轴轴心的直线距离是最大的距离 ,有可能存在着最大的力臂。所以，按照此方法来算转矩，可通两个极限位置来定 -开始弯曲时的起始点、弯制到末位时的终点，取这两个位置分别用应力计算公式来算，得出的最大力作为计算卷花机主轴的依据。 弯制时 ,最大正应力设为 maxd ,由 7P143 : m axm axzMWd = 式 （ 3.1） 而矩形截面的抗弯截面系数为 : 26Z bhW = 式 （ 3.2） 不管是在弯制起时点 ,还是终了位置。其受力分析的方法是一样的，分析过程如下： 先求弯曲时的最大弯矩 maxM ： 在弯曲时的受力情况可等价为悬臂梁： nts 攀枝花学院毕业设计（论文 ） 3 液压系统的计算 9 图 3.2 受力图 由上面的图可知，在截面 A 处是最大弯矩的点，由材料力学 可知： m axM F L=?式 （ 3.3） 代（ 3.2）（ 3.3）入（ 3.1），有： m a x 2 266F L F Lbh bhd =式 （ 3.4） 要使工件弯曲成型，需要求 max sdd即： 26 sFLbh d ，推出： 26 sbhF Ld式 （ 3.5） 即工作所受的力达到 26 sbhLd时，工作就发生塑性变形。 则：此时，主轴上所需要的转矩 ： T=Fag 式 （ 3.6） a-为模具与工件作用点处的力臂 nts 攀枝花学院毕业设计（论文 ） 3 液压系统的计算 10 代（ 3-5）入（ 3-6）， 推出： T= 26 sbh aLd式 （ 3.7） 本设计中，上面公式 （ 3-7） 中的相关变量。 在加工起始点 设为 a1,终点 a2 经测量 : 126 2 , 9 2aa=； 121 9 6 , 1 4LL=故可得：起始点的主轴转矩： 3610 . 0 1 6 2 7 5 1 0 0 . 0 6 26 0 . 1 9 6T 创=? =60NMg 加工终了时的主轴转矩 : 3620 . 0 1 6 2 7 5 1 0 0 . 0 9 2 1 2 3 36 0 . 0 1 4T N M创=? g 综上 : 21TT,应该用2T作为计算主轴转矩的依据。 3.1.2 采用类比法 找相同或相近的机器。在此参照 广州郎亚公司的机械卷花机，其参数见下表 。 表 3.1 朗亚牌弯花机的主要技术参数 最大加工规格 30X10 扁钢 16X16 方钢 16 圆棒 主轴转速 15r/min 电动机性能 220V380v,50HZ 1400r/min,2.2KW 外形尺寸 850X80X820 净重 220kg 由上表 作如下 的 分析 ： 输入总功率 2.2P KW=总，传入机器后，分成两部份，一方面，由主轴输出有用功9550TnP =出，另一方面 ，损失功率 P损，主要作为热量消耗。在这里，假设 P损=0,即，假设输入的所有功率都作为有用功率输出。 2 . 29550TnP P K W= = =出 总， 即， 15 2.29550T = 转矩 1 4 0 0 .6 7T N M= g 在此根据 前面确定的主轴转矩 取主轴转矩 T=2000NMg ， 即把它作为 卷花 机要输出的 转矩 。 在这 下面的章节中， 将 把 前面算得的 动力转矩 T，转化为液压缸的的推力 。 nts 攀枝花学院毕业设计（论文 ） 3 液压系统的计算 11 3.2 齿轮齿条传动设计 齿轮齿条的 设计参数与 要求 先 进行 所需要的齿轮齿条传动设计，其要求如下： 由工作要求知：轴输出功率 2 0 0 0 1 5 / m i n 1 5 3 . 1 4 19 5 5 0 9 5 5 0T n N M rP K W K W= = =g 设计齿轮转速 15 / minnr= ，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制，卷花机工作平稳，单向受力弯制工件，反向时齿轮无外负载（不考虑）。 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。 1） 选直齿轮圆柱齿轮传动。传动 方案如下图： 2） 卷花机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。（ GB10095-88） 3） 材料选择。 资料 8表 10-1 选择齿轮材料为 40rC（调质），硬度为 280HBS，齿条材料 的选择 45 钢（调质）， 硬度为 240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 4） 根据齿数初步选择原则、卷花机的
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