毕业设计（论文）-轿车主要零部件冲铆设备的设计

毕业设计 论文 学生姓名 学生姓名 所在院系所在院系 机电工程学院机电工程学院 所学专业所学专业 机械电子工程机械电子工程 所在班级所在班级 机电班机电班 指导教师指导教师 教师职称教师职称 副教授副教授 完成时间完成时间 20172017 年年 6 6 月月 1010 号号 长 春 工 程 学 院 轿车主要零部件冲铆设备的设计 DESIGN OF THE MAIN PARTS OF CAR RIVETING EQUIPMENT 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 轿车主要零部件冲铆设备的设计轿车主要零部件冲铆设备的设计 DESIGN OF MAIN PARTS RIVETING EQUIPMENT FOR PASSENGER CAR 设计题目设计题目 轿车主要零部件冲铆设备的设计轿车主要零部件冲铆设备的设计 学生姓名学生姓名 学院名称学院名称 机电工程学院机电工程学院 专业名称专业名称 机械电子工程机械电子工程 班级名称班级名称 机电机电 13421342 学学 号号 指导教师指导教师 教师职称教师职称 副教授副教授 完成时间完成时间 2017 6 102017 6 10 2017 年年 6 月月 10 日日 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 全套图纸加扣 3012250582 摘 要 通过降低汽车车身的质量 可以使汽车的许多性能得到显著地改善和提高 所 以车身的轻量化生产是汽车制造工业要研究与发展的 汽车的轻量化主要的办法是 在车身制造中使用大量的铝等轻型的金属 目前 传统的焊接方法对铝等金属的链 接时没有什么作用的 实验表明 使用自冲铆技术在连接铝合金等有色金属时 它 的抗静拉力和抗疲劳性要优于电焊工艺 因此 自冲铆接机在制造车身方面具有良 好的应用前景 自冲铆钉机在铆接中无需先前钻孔 能够实现一次冲铆完成 适用 于汽车车身生产 自冲铆接是一种比较新的工艺 主要是连接金属板料 作为连接板料和铆钉的 这种工艺 不用事先去打孔 主要是用半空心 实心的铆钉当作冲孔的工具来实现 这种机械连接工艺 本设计要求冲铆设备能够实现对零件的冲铆工作 冲压位置准确 冲压力可检 测 设备的工作位置可调整 采用液压驱动的方式 工作过程有安全保护等 冲铆 机布局的方式选用悬挂式 铆接机框架的形式选用 E 型框架 关键词 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 自冲铆设备 液压 悬挂 E 型框架 Abstract By reducing the quality of the car body can make many of the performance of the car has been significantly improved and improved so the body of the lightweight manufacturing is the automobile manufacturing industry to research and development The main measure of the weight of the car body is the use of aluminum and other non ferrous metals in the body manufacturing the traditional welding process for this type of metal connection is powerless Experiments show that the use of self riveting technology in the connection of aluminum and other non ferrous metals its anti static and anti fatigue is better than the welding process Therefore since the riveting machine in the manufacture of body has a good application prospects Self piercing riveting machine in the riveting without the need for previous drilling to achieve a riveting complete suitable for automobile body production Self piercing riveting is a relatively new process for the connection of sheet metal forming a connection between the sheet and the rivet without pre punching but using the semi hollow solid rivet as punching tool A high speed mechanical connection process The design requirements of the riveting equipment to achieve the impact of the parts of the ramming work accurate stamping position punching force can be detected the equipment can adjust the working position the use of hydraulic drive the work process has security protection Riveting machine layout of the way to use hanging riveting machine frame in the form of E type frame Keywords Self riveting equipment Hydraulic suspension E type frame 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 目 录 1 绪论 1 1 1 课题来源及研究意义 1 1 2 自冲铆机的概念 1 1 3 国外研究状况 2 1 4 国内研究状况 2 1 5 本课题研究内容 2 2 冲铆设备总体设计 3 2 1 主机功能结构 3 2 2 冲铆机参数设计 3 2 2 1 被冲铆结构尺寸确定 3 2 2 2 铆接件尺寸及材料 3 2 3 自冲铆接工艺的设计 3 2 3 1 铆钉的设计 4 2 3 2 凹模的设计 5 3 冲铆机液压缸的设计与选型 7 3 1 最大负荷的计算 7 3 2 工况分析 8 3 3 液压缸主要参数的确定 9 3 4 液压缸活塞行程的确定 10 3 5 活塞杆直径的验算 11 3 6 液压缸缸底和缸盖强度的计算 11 3 7 液压缸进出油口的确定 12 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 3 8 液压缸压元件的选型 13 3 8 1 齿轮泵 13 3 8 2 阀类元件及辅助元件的选型 14 3 8 3 油箱的计算 15 3 8 4 滤油器以及液压油的选择 16 4 冲铆机框架的设计 16 4 1 冲铆机框架的设计 16 4 2 冲铆机的定位装置 18 4 3 冲铆机的导向装置 18 5 悬吊装置的设计 18 5 1 立柱的选择与计算 18 5 2 立柱稳定性的计算 20 5 3 滚动轴承的选择与计算 21 5 4 阶梯轴的校核计算 23 5 5 焊缝的强度计算 26 5 6 卡箍联结螺栓的选择 28 5 7 环链电动葫芦的选择 28 5 8 工字钢翼缘弯曲强度计算 29 5 9 电动机的选择 32 6 冲铆机控制系统的设计 32 6 1 液压回路的选择 32 6 2 拟定液压系统图 33 6 3 液压系统及其工作原理 33 6 4 冲铆机的电路设计和工作原理 34 总 结 36 参考文献 37 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 致 谢 38 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 1 1 绪论 1 1 课题来源及研究意义 汽车工业是全球制造业的支柱产业之一 近些年汽车行业的竞争非常的激烈 汽车行业的 快速发展 人们对汽车的需求越来越大 对汽车的要求也越来越高 所以目前 就出现了很多 的问题 比如汽车尾气造成的环境的问题 还有就是目前能源的问题 还有安全问题等等 当 然目前能源的问题是最突出的 所以各大汽车厂商为了提高汽车的经济性 作出了很大的努力 其中比较有效的就是从汽车车身的质量入手 就是降低汽车车身的重量 多运用一些轻型的材 料 比如铝 塑料等材料 目前 国内部分汽车制造商对汽车车身的连接还是使用传统的装配 工艺 比如电阻焊和 CO2 气体保护焊 当然这种传统的工艺对于在大量生产时是可靠的 可是 在对于一些轻型的薄铝板等材料的连接时 传统的工艺的很难实现的 对于铝制的车身连接 如果使用传统工艺会存在一些弊端 甚至是行不通的 目前解决这种问题的办法就是使用铆接 技术来连接这种车身 传统的这种技术是需要事先进行打孔 最后再进行连接 这种工艺是较 为繁琐复杂的 不能达到现代工艺的自动化生产要求 这种工艺属于一种冷成型的工艺 工作 的过程是比较安静的 而且还不会产生污染物 适用于许多不同材料之间的连接 所以 要使 用自冲铆接 课题来源 教师自拟 1 2 自冲铆机的概念 自冲铆机这种机器设备主要是利用冲铆工艺来进行铆接 这种工艺主要是工件放在压力机上 面 然后通过给冲头施加轴向的力 接着材料会向着径向涨开来 可以达到塑形变形的目的 图 1 所示的是汽车 A 柱的铆接形成示意图 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 2 图 1 铆接形成示意图 达科咨询公司 到 2025 年 铝制车身板与闭合件的用量将从 2012 年的不到 2 亿磅增长到 40 亿磅 自冲铆接这种工艺有很多的优势之处 比如 工作的过程较为简单 只需要一步就可 以完成而且还不用事先进行打孔 抗疲劳性能很好 能量的消耗比较低 铆接快速而且还可以实 现自动化生产 对于铆接一些有涂层的材料 损害极小 甚至可以说无损害 适用于很多种不同 的材料之间的连接 1 3 国外研究状况 1985 年 henrob 公司创始人基恩 琼斯先生研究并产生了世界上第一套自冲铆接设备 并逐 步为不同工业领域的大量客户提供铆接设备和相应服务 铆接系统也相应陆续开发出来 并在奥 迪 宝马 捷豹 沃尔沃 通用 福特和戴姆勒等大型企业中应用 在将铝应用于车身制造时 捷豹路虎率先使用了航天顶尖铆接技术 并且以胶合工艺来提高各部件的连接强度 欧 美 日 等国铝合金板材在汽车上的应用呈快速发展势头 而我国尚处于研发阶段 目前 国外汽车制造 厂商大量采用自冲铆接连接方法实现铝合金连接 该技术目前由英国 Henrob 美国 Emhart 德国 Bollhoff 等国外公司所垄断 1 1 4 国内研究状况 21 世纪 世界的汽车产业迅猛发展 我国也紧随其后 但是任然存在一些不足之处 对于 自冲铆接的研究与国外相比较之下还是不够深入 这类的文献也不是很多 国外已经有很多科研 机构和汽车厂商进行这类设备的系统性研究 国内目前还是空白 所以 我们国家应该开展一些 关于自冲铆接设备的研究与产品的开发工作 这样对我国汽车产业的发展是具有很大的推动作用 冲铆接机这类的厂家在我们国家没有很多 国内目前发展较好的冲铆设备厂家有武汉艾瑞特品牌 铆接机 我国汽车品牌奇瑞 将先进的铆接技术引进国内 奇瑞捷豹路虎全铝车身车间拥有 335 套机 器人 其中自冲铆接机器人数量高达 232 套 占据了车身车间机器人总数的 70 是目前国内最 多的 奇瑞公司的全铝制车身连接 铆接技术占比 72 占据国内同行第一 1 5 本课题研究内容 本课题总体的设计包括机械结构和控制系统两个方面 研究的是轿车车前盖冲铆设备 是用 于汽车铆接生产线中的设备 要做到结构简单 投产快 工作可靠 可以实现点动 单个行程自 动和连续的自动 冲压位置准确 冲压力可检测 工作台位置可调 工作过程有安全保护 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 3 设备总装配图 计算机出图 设备所有零件图 计算机出图 手绘 A1 图 1 张 设计图纸 总数量不少于 3 5 张 A0 图纸 设计说明书不少于 1 5 万字 2 冲铆设备总体设计 2 1 主机功能结构 冲铆设备系统是汽车铆接生产线中的设备 设计的冲铆设备主要是由液压站 油箱 电动机 液压发生器等 电器控制箱 电动的小车 电葫芦 铆接钳 铆接动力液压缸等部分组成的 系统的动力是电机 液压缸作为执行元件 通过电气控制 实现铆接的功能 2 2 冲铆机参数设计 2 2 1 被冲铆结构尺寸确定 该冲铆机主要针对捷达车引擎盖冲铆 捷达车前盖较为复杂 其外覆盖件是主要依靠一次性 拉伸成形 局部成形 复合成形冲压出来 捷达车前盖尺寸为长 宽 1020 1390mm 捷达车前 盖铆接部分指的是内覆盖件与外覆盖件的连接 其外覆盖件形状较为复杂 主要为钣金结构 需 要铆接的点为外覆盖件与内覆盖件接触处 2 2 2 铆接件尺寸及材料 捷达车车身主要材料为金属件 其车前盖的材料使用的 3mm 厚低碳钢板 内覆盖件的材料也 使用了一样的 3mm 厚低碳钢板冲压件 低碳钢弹性模量 E 196 216GPa 一般取 210GPa 故该设 计的冲铆机冲压件尺寸为 3mm 低碳钢板 3mm 低碳钢板 2 2 3 铆接件最大静拉力 查阅文献资料得到 3mm 3mm 低碳钢板在做半空心自冲铆接件抗静拉力试验时 最大的拉力 F 4KN 2 3 自冲铆接工艺的设计 2 3 1 铆钉的设计 铆钉主要分为 实心铆钉和半空心铆钉 在汽车生产过程中 用到的铆接技术大多都是采用 半空心的铆钉进行自冲铆接的 下图 2 所示为半空心铆钉自冲铆接工艺 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 4 图 2 半空心铆钉的自冲铆接工艺 参考国外有关半空心自冲铆钉的资料 铆钉的头部直径 d1 d2 2 3 mm 铆钉的形 4 3 2 状是下部分为半空心 两边铆钉的腿相当于刃 可以当作冲头 铆钉的大小是要根据被铆接的材料的大小来定的 正常来说 如果铆接的板料厚度越大 则 需要使用铆钉的直径就越大 比如铆接 3 3mm 两层板料均为 3mm 厚 厚的板料 多采用 5mm 直径的铆钉 铆接 1 1mm 厚的板料 多采用 3 3mm 直径的铆钉 确定了铆钉的直径 之后就可以根据材料的厚度以及铆钉的直径来确定铆钉的长 就关于铆钉的长度 查阅了相关资料显示 铆钉的长度约等于铆钉腿部直径的 75 加上被铆 接材料的总厚度 但是最后这种说法被否定了 因为数据显示误差太大 所以就又提出了一个比 较近似的算法 先去求出铆钉的长度 L CT L 上式中 T 表示铆接材料的总厚度 T t1 t2 C 为铆钉伸出板厚长度 得出 0 1246 0 617d2C D 为铆钉腿部直径 L T C 2d 均为 mm 通过上式计算出 L 然后还要对其进行圆整 使得圆整的长度符合标准的铆钉的长度 圆整 的原则是 对大直径铆钉而言 L L 即向下靠一级 对小直径铆钉而言 L L 即向上靠一级 铆钉与被铆接材料的材质 硬度要有良好的匹配 就比如 铆钉如果过软的话就会镦粗 导 致铆钉变形出现裂纹 影响铆接 再者是铆钉刺穿了下层的材料 也就是铆扣的底部出现了裂纹 为了防止这些现象 在铆钉表面镀层 铆钉基本设计尺寸如表 1 所示 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 5 表 1 铆钉基本尺寸 公称 1 2 1 4 1 6 22 53 3 5 456810 max1 261 461 662 062 563 063 584 085 086 087 99 9d min1 141 341 541 942 442 943 423 924 925 9215 8519 42 max2 42 73 23 744 745 746 797 799 7911 8515 1518 58d2 min22 32 83 264 265 266 217 219 2111 151 331 63 max0 680 580 580 680 680 880 881 131 131 351 071 37K min0 420 420 420 520 520 720 720 870 871 076 167 7 max0 660 770 871 121 622 122 322 623 664 665 927 4黑色 min0 560 650 750 941 441 942 142 443 424 424 667 7 max0 660 770 871 121 622 122 322 523 464 164 667 7 d3 有色 min0 560 650 750 941 441 942 142 343 223 924 427 4 max1 441 641 842 242 743 243 794 295 296 298 3510 35 t min0 961 161 361 762 262 763 213 714 715 717 659 65 2 3 2 凹模的设计 查询凹模相关资料 图 3 为自冲铆接模具尺寸示意图 单位是 mm 材质是 Cr12 硬度为 2 HRC58 62 图 3 自冲铆接模具尺寸示意图 1 深度 h 凹模的 h 与铆钉伸出板材的长度相关 一般为 2 17mm 但应该大于 1 5mm 2 内壁的底径 D2 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 6 t DaD 2 8 02 式中 t2 为下层板料厚度 圆锥底径 D1 一般而言 D2 D1 2 1 5 2mm 即 D1 D2 3 4mm 3 中间圆锥的设计 中间圆锥包括凸台高度 t 圆锥角度 a 和顶部圆弧半径 R t 0 0 25mm sin1 sin 2 1 thCOS R D 当 d1 h 和 t 确定之后 按照选取 注意 a 值不宜过小 R 值不宜过大 图 oo a50 35 4 为铆钉具体尺寸 图 5 为凹模具体尺寸示意图 图 4 铆钉 图 5 凹模 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 7 3 冲铆机液压缸的设计与选型 3 1 最大负荷的计算 该系统是用于轿车主要零部件的冲铆设备 主要针对老款捷达发动机罩的冲铆 经过第二章 的参数设计确定结合文献资料 确定车前盖铆钉的直径为 5mm 铆钉的材料是 16Mn 查阅资料 可以得到下列有关于铆钉的一些参数 16 锰钢弹性模量 E 200 300 横向变形系数 V 0 25 0 33 弹性模量是反映材料抵抗弹性 变形能力的指标 屈服点和抗拉强度反应材料强度的指标 伸长率和断面收缩率则反映塑形的指 标 国家规定 取对应于式样产生 0 2 塑形应变时的应力值为材料的屈服强度 当材料的应力 达到屈服点时就会产生显著的塑形变形 要使铆钉能够铆合 必须使其发生塑形变形 才能符合 要求 1 允许铆接中铆缝承受的静载荷 NdtF 1 2 允许承受的压力 pNdF 2 3 允许承受的横向的载荷 N d F 4 2 3 上述式子中 P 是板材的许用拉伸应力 许用挤压力和许用切应力 强固的 铆缝取以下值 d t 的单位均为 mm 所以 取允许承受的静载荷最小值 表 2 为材料的 参数 表 2 材料参数表 零件材料许用应力 MPa 低碳钢板Q235 Q255 说明 被铆件的许用应力 206210 被铆件的许用挤压应力 P 400420 采用冲孔或各被铆件分开 钻孔而不用样板时 P 降低 20 角钢单边 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 8 铆钉的许用切应力 180180铆接时 各许用应力降低 25 NN d F225300 4 2 3 3 2 工况分析 冲铆机加速 减速中的惯性力 静摩擦阻力 动摩擦阻力NFz550 NFfz1500 冲铆机工作的顺序 快速进给 工作进给 快速退回 停留卸荷 以动力液压NFfz800 缸的分析计算为主 如表 3 液压缸在各工作阶段的负载值 图 6 为其负载图 图 7 为其速度图 起动加速 制动工进 快进 惯性力 铆压力 摩擦力 密封及背压阻力 图 6 液压缸负载图 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 9 起动加速 快进 工进 制动 图 7 液压缸速度图 表 3 液压缸在各工作阶段的负载 工况负载组成负载值 F N 推力 N M F 起动 SFF f 15001667 加速 mf FdFF 13501500 快进 dFF f 800880 工进 dFFF ft 233300256630 快退 dFF f 800880 注 液压缸的机械效率 9 0 m 3 3 液压缸主要参数的确定 本设计的液压缸采用的是单杆式 因为有杆的腔的能工作的面积是没有杆腔的一半所以就会 有活塞杆的直径大概是缸筒的 0 71 倍液压缸在油管中快速行进时压力会变小 所以有杆的那一 面的压力会比无杆的那一面大 快速退的时候油腔中是背压的 P2 大概为 0 5 兆帕 所以最后 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 10 要通过工进的推动力来计算液压缸表面面积的大小 按就近的标准把直径圆整 结果是 D 是 11cm 2 1 112211 2 P A PAPAPAF cm A D83 10 4 2 11 cmDd65 771 0 将这些直径整成就近标准值时得 D 11CM d 28MM 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 22 2 1 5941114 3 4 cm D A 2 22 2 8 44 4 cm dD A 注 D 为活塞杆直径 d 为缸筒直径 为无杆 为有杆有效面积 1 A 2 A 3 4 液压缸活塞行程的确定 液压缸活塞的最大的行进的具体是根据冲铆连接的工作情况来定的 活塞杆和冲头连接到一 起的时候 可以根据冲头的行进距离来确定活塞杆的行进的距离 图 8 为冲头行程模型 图 8 冲头行程模型 冲头的最大行程 SM dl d2 d3 d4 d5 13 8mm 考虑到装配问题去活塞行程为 SM 20mm 压边圈的行程 SY d1 d2 4mm 液压缸设计要求 液压缸需要保证最大铆接力为 FM 4KN 压边圈的压边力 FY 1 5KN 保证 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 11 铆接的工作频率 f 35 次 分钟 冲头的铆接速度为 VM 0 025m s 冲头行程为 SM 20mm 压边圈行 程为 SY 4mm 考虑到捷达车前盖构造 车前盖前沿宽度约为 100mm 因为车前盖整体需要放进框架内 所 以必须留出一定位置至多 100mm 距离 所以这段距离也要考虑在行程之中去 所以冲头行程 SM 120mm 压边圈行程为 SY 104mm 选用的液压缸的型号是 DG JB110E 型液压缸 生产厂家 沈阳通用液压件厂 根据上述计算以及对液压缸的选型总结出动力液压缸的主要尺寸如下表 4 表 4 液压缸主要尺寸 尺 寸长 度宽 度内 径外 径 活 塞 60mm 110mm 活 塞 杆807mm 80mm 油 缸 筒466mm 110mm128mm 3 5 活塞杆直径的验算 按强度条件验算活塞杆的直径 当活塞肛长度 l 10d 时 按下式验算 4 2 1 m n P D 式子中 P 活塞杆推力 N L 活塞杆长度 m 活塞杆材料许用应力 N 安全 系数 n 1 4 液压缸的活塞杆的长 L 应该要大于活塞杆的 10d 当 L 10d 时 再进行下一步稳定性的验 算 1 液压缸纵弯曲稳定性验算条件为 pnP kA 式中 PA 液压缸稳定临界力 或称极限力 N P 液压缸最大推力 N nk 稳定性 安全系数 取 nk 2 4 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 12 3 6 液压缸缸底和缸盖强度的计算 1 缸底厚度的计算 当缸底无油孔时 2 1 2 433 0 P Dh 当缸底有油孔时 2 1 0 2 2 2 433 0 d D PD DH 该冲铆机的液压缸属于缸底有孔的的型号 所以可以按照 2 1 0 2 2 2 433 0 d D PD DH 式中 h 缸底的厚度 D2 缸底止口内径 P 缸内最大工作压力 材料许用应力 d0 缸底开口的直径 2 缸盖连接强度计算 连接螺栓的强度计算 拉应力 pazd KP 52 10 4 剪应力 pa p zd dkk 53 01 102 0 式中 P 液压缸最大推力 D 液压港内径 Do 螺纹直径 D1 螺纹内径 Z 螺 栓树木 K 拧紧螺纹系数 一般取 K 1 25 1 5 K1 螺纹的内部摩擦系数 我们取它为 K1 0 12 取安全的系数应该为 n 1 2 2 5 3 7 液压缸进出油口的确定 进出油口的尺寸 主要是油管里面的平均的流速来确定 要做到压力管内的最大平均流速在 4 5m s 以内 如果它的流速过大会造成压力的损失 使得效率下降 还会引起一系列的不良影 响 所以油口的尺寸不能太小 当然 也要顾及到结构上的布置 液压缸进出油口尺寸查阅资料 查取 查阅了相关的资料显示 液压缸的内部直径如果在 71 112 的时候 采用的法兰接头的大小 尺寸应该是取 20mm 在之前的计算设计选型中液压缸的内部直径是 110mm 综合上面所说的 所 以法兰的接口应该是取 20mm 图 9 为液压缸缸体的结构图 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 13 图 9 液压缸装配图 在这次毕业设计中的自动冲铆设备我所采用的是一种由两个活塞杆串联的液压缸设计而成的 在这个设备准备开始工作的时候 需要液压油从上图液压缸所示的 3 进油口进入液压缸 然后压 力推着压边圈 4 压边圈带着冲头一起向下运动 当压边圈运动到了要铆接的材料上时 压边圈 停止 压边的过程结束 然后油口 1 进油活塞推着冲头向下运动 最后冲头把铆钉压到了材料里 面 完成了一次铆接 最后液压油从油口 2 流到液压缸内 然后推着冲头和压边圈回到了原位 一次完整的冲铆过程结束 3 8 液压缸压元件的选型 3 8 1 齿轮泵 液压缸在整个工作过程中的最大压力是 27 0137 MPa 查询相关资料 冲铆机的工作压力 5 并不是很大 所以呢 我们可以选用中等液压泵就可以完成铆接的过程 给液压缸输油的前提是 液压泵在进行快速行进的时候 在快速倒退的时候 液压缸工作时候的压力和快速行进的压力相 比较之下要大的多 那么我们取进油路的压力的损失大概是 0 5MPa 的时候 大流量的液压泵的 最高工作的压力就是下列式子所计算的 MPaMPaP76 1 5 026 1 1 齿轮泵在给液压缸传输液压油的最大的流量应该为 在油管的回路中泄露的sm 001 0 3 液压油可以按照液压缸的输入液压油的流量的 10 来进行估计 那么液压泵的总共的流量就是 查阅了相关的资料 有关于溢流阀的最小的稳定的溢流量应该是 sm 0011 0 3 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 14 在工作进给的过程中液压缸里的液压油的流量是 那么sm 0005 0 3 sm 0000143 0 3 所以流量小的液压泵 它的流量最少的规格是 sm 0000643 0 3 经过了上述关于齿轮泵的选择和计算以及查阅了相关的资料 最后我决定选择 CBT F325 型 号的齿轮泵作为输送液压油的齿轮泵 查阅有关齿轮泵和电机的连接以及选型 我取齿轮泵的总 共的效率为 那么电机需要驱动液压泵需要的总的功率就是 0 75 p 1 512KW 1512W 1134 0 75 P 通过上述计算得出的结果查询资料 最后选取电机 选择的是三项异步电动机 型号 Y90L 2 表 5 为电机型号以及参数 表 5 电动机型号及参数 型号功率电流转速效率 功率 因素 堵转 转矩 额定 转矩 最大 转矩 额定 转矩 堵转 电流 堵转 转矩 重量 Y80M1 2 0 751 8750 846 516 Y80M2 2 1 12 52630770 8617 Y90S 2 1 53 4780 8521 Y90L 2 2 24 7 2840 60 50 8625 Y100L 2 36 42670620 8733 Y112M 2 48 2269085 50 87 2 22 37 41 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 15 3 8 2 阀类元件及辅助元件的选型 通过上述的计算以及选型最后可以选出以下元件如下表 6 所示 表 6 液压元件 序号元件名称估计通过流量 L x min 1 型号规格调节压力 MPa 1齿轮泵 CBT F3256 3MPa 25和4L min 2溢流阀4 Y 10B 6 3MPa 3顺序阀25 XY 63B 6 3MPa 5压力开关 LL S700 636 3MPa 6三位四通电 磁换向阀 60 34DY 63BYZ 6 3MPa 7液控单向阀45 I 63B 6 3MPa SP1压力继电器 DP1 315B 31 5MP a8 3 3 8 3 油箱的计算 油箱的作用是 储存油液 净化油液 保持油液的温度 所以 进行油箱的设计时 需要考 虑到各个方面 比如容积 冷却与加热等问题 1 油液温升验算 工进过程整个工作过程中占的时间比例为 96 因此可以用工进时的情况来计算 工进时液 压缸的有效功率为 WFVqpP945 3840015 0256630 22 这时大流量泵通过顺序阀卸荷 卸荷压力 Pp1 0 3GPa 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 16 小流量泵在高压 Pp1 28 3137MPa 下供油所以两泵的总输出功率为 W QqPpQpPp P945 940 2211 1 由此液压系统单位时间的发热量为 WPoPiQ556945 3849 940 此冲铆机允许油液升温 T 30 C 可 为拉使温升不超过允许的 T 值 可以按以下公式计算油 箱的最小容积 33 080 00798 0 2 3 310 mm T Q V 冲铆设备的油箱的总共的容积是 V 2 4 Q 通过计算可以得到最后油箱的容积为 V 2224L 大体的结构是采用了开式的结构 3 8 4 滤油器以及液压油的选择 1 液压系统中过滤的 精度分为 粗 普通 精 特精 滤油器一般与液压泵相连接 滤 油器大多是网式或线隙式的 2 该系统为一般的铆接传动所以在环境温度为 5 35 之间时 选用 YA N32 液压油 图 10 为液压缸装配图 图 10 液压缸装配图 4 冲铆机框架的设计 4 1 冲铆机框架的设计 自冲铆接机铆接框架的形式主要有 C 型和 E 型两种 18 C 型铆接框架能够实现双向 两点 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 17 同时铆接 属于特种铆接框架 E 型铆接框架是通用的铆接框架 再者 两个相对布置的 E 型框 架也相当于 C 型框架 本课题设计的自冲铆接机主要用于汽车车身铆接 属于通用铆接设备 所 以 确定所设计的自冲铆接机的框架为 E 型 E 型框架的特点是 在同样重量的金属框架中 E 型框架有最大的铆接深度 另外 E 型框架可以根据具体的铆接要求采用固定布置还是悬挂式布 置 查阅相关资料 E 型冲铆框架的模型如下图 11 设计相关数据如下表 5 图 11 E 型框架模型 表 5 E 型框架相关数据 悬挂冲铆机 E 型框架 参数 mm DxL ABCDEFGHIJKLMNP 150 1 00 265225701506080203015736121005040100 100 1 60 225285801005080203011736121605040100 180 2 40 390430155180125120263612564202408050125 220 2 40 390470155220125160263612564202408050125 240 3 00 450490155240125180263612564203008050125 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 18 300 3 00 510500155300125240263612564203008050140 300 4 70 6407402703001851655050270764047010360200 本次设计中参照表中数据并根据液压缸进行设计 材料为灰口铸铁 牌号为 HT300 材料特性是能承受高的抗拉力 弯曲应力 E 型框架和液MPa b 250 压缸之间是用六个的螺纹孔 框架上的凹模安装的孔是 装配时孔mm12 mm30 以及装配时的平面的粗糙度Ra 应该要小于3 2 m 4 2 冲铆机的定位装置 冲铆机的工作主要分为两部分 压料 冲压 压料过程是压边圈进行的 压边圈压 料可以压紧被铆接的材料 限制材料向凹模过快的流动而造成变形 之所以模具 没有设计 引导方向的装置 是因为在冲铆机上的压边圈上的冲头孔就可以把铆钉固定 实现定位的效果 凹模是连接在框架上的 是一个不动的零件 主要是冲头和铆钉一起 向下行进 这样子的话就需要考虑到冲头的强度一定要高 固定一定要牢靠 为 了便于工作 利用冲铆机的活塞轴来保证冲头的对中 4 3 冲铆机的导向装置 本装置的导向装置是冲铆机的冲头以及活塞轴进行导向 5 悬吊装置的设计 5 1 立柱的选择与计算 确定该悬吊装置为繁忙使用 确定机构利用等级为 T7 总设计寿命为 7200h 载荷状态为 L1 工作级别为 M6 由国家标准钢管合格表初选 立柱 D 219mm 厚度为 10mm 屈服强度为 235 抗拉强度为 375 460 轴惯性矩为 3593 286 cm 4 cm397 7 x i 极惯性矩为 Ip 9186 572 4 cm 抗扭系数为 656 307 3 cm 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 19 截面面积为 65 659 3 cm 单位重量为 51 542kg m 每米外表面积为 688 2 m 下图 12 所示为梁的受力分析 图 12 梁的受力简图 g 近似取 10n kg NkgkgmgG400N 1040 冲铆机 mkgq 26 11 NqgmG169105 1梁 梁 1801018 电机 G NG470 电葫芦 NG1050 电葫芦G 电机G 冲铆机 G 总 m1701 75N 2 L 梁 GL 总 GM 3 44 7328238 251 D32 D mm d 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 20 235 18 5 2517 328238 100075 1701 弯曲应力 M 0 6938 2EL l 挠度 2 e b M 277 0 A F 强度 正应力 MPa 经计算初选立柱合适 5 2 立柱稳定性的计算 由结构知 此立柱采用标准型钢管制成为等断面立柱 根据查询资料 得到等断面立柱受压 静力稳定性计算 这个立柱它是属于一种叫做偏心的压杆 需要用折减系数法计算它的稳定性 稳定性条件 P e A p 实际工作载荷 P 1000N 偏心压杆的折减系数 其值根据杆的柔度及 min l i 8582 22 4 1 22 min dD i 为压杆的长度系数 2 2407 201 8582 22 23002 1 梁与立柱垂直时 偏心距 e 1 5m 219mm 2 1609 5mm 立柱截面面积mm dD A 6 6562 4 22 截面抗弯模数 mm 3 3517 328238 179374060 32 3517 328238 6562 61609 5 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 21 取 0 028 计算如下 e MP MPa ss b p 47 5 235 899 9 6 6562028 0 1819 所以稳定性符合要求 p 2 梁处于极限位置处 偏心距 e 1359 85mm 1880 27 3517 328238 6562 61359 85 取 0 037 计算如下 MPa491 7 6 6562037 0 1819 稳定性符合要求 5 3 滚动轴承的选择与计算 a 轴承类型的选择 选择轴承的类型与多种因素有关 1 空间 2 载荷 轴承的一般有径向的和轴向的联合载荷 这里选用角接触球轴承或者 是圆锥滚子轴承 如果是选择用深沟球轴承或者是里面和外面都有挡边的圆柱滚子轴承的话 它 的径向载荷一般比较大 轴向的载荷比较小 如果存在安装中性比较差的情况 那么就选用调心 球轴承或者是调心滚子轴承 3 轴承工作旋转的精度还有转速 4 轴承的刚性 一般情况下 滚子轴承的刚性要比球轴承的要大 有一个方法可以调高轴承的刚性 那就是预紧 5 安装和 拆卸 b 按额定动载荷选择轴承 选择轴承一般应根据机械的类型 工作条件 可靠性要求及轴承的工作转速 n 预先确定 一个适当上午使用寿命 Lh 用工作小时表示 再进行额定动载荷和 额定静载荷的计算 1 基本额定动载荷计算 轴承基本的额定动载荷可以按照下列公式进行简单的计算 Cr 或 Ca P ff fff C Tn dmh 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 22 式中 C 基本额定动载荷计算值 N 冲击载荷因数 d f P 当量动载荷 按式 6 2 2 计算 N 温度因数 T f 寿命因数 h f Cr 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷 N 速度因素 n f Ca 轴承的尺寸以及性能表中列出的轴向的基本的额定动载荷 N 力矩载荷因素 力矩载荷较小时 f 1 5 力矩载荷较大时 f 2 m f 2 当量动载荷 P 的计算 预设该机构寿命为 3 年 每年工作 300 天 每天工作 8 小时 则 Lh 7200h P XFr YFa 式中 P 当量动载荷 N Fr 径向载荷 N Fa 轴向载荷 N X 径向动载荷系数 Y 轴向动载荷系数 内径为 50mm 的轴承的选择与计算 求轴承径向力 Fr Fr 221 2 Q E 2315250 N mm 求得 Fr 20 942KN 轴承轴向力 Fa Fa 1 715KN 查表 5 3 37 得 e 0 30 因为 Fa Fr 0 081937678 7N 故轴承选取合适 校核轴承的额定静载荷 P 0 67Fr 3 6Fa 0 67 20 942 3 6 1 715 20205 14N r0 P 20205 14N 73200N C r0r0 经过验算轴承 22210 满足要求 5 4 阶梯轴的校核计算 预算 计算轴上的载荷 mN r kw n p T 657 545 min 7 4 0 95949594 KNmgQ7515 1 mNmmKNQEM 25 23151350 715 1 max mNmmKNQEM 343200 715 1 min KN mm mmN l M FNH942 20 2 221 2315250 max 1 阶梯轴材料为 45 钢 规定安全因数MPa b 900 MPa410 1 MPa240 1 n 2 2 0 a 校核 60MM 到 50MM 的阶梯轴 1 通过计算交变应力以及循环特征 可以求出轴的工作应力 m d W 36 3 10 3 12 32 MPa W M 23 188 max max 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 24 MPa W M 87 27 min min 148 0 max min r MPa m 05 108 2 minmax MPa a 18 80 2 minmax 其次计算交变扭转切应力及其循环特征 3 6 3 3 10 6 24 16 0 05m 16 m d Wt MPa mW T t 2 22 10 6 24 657 545 3 6 max max 0 min 0 max min rMPa a 1 11 2 max MPa m 1 11 2 max 2 确定各种系数根据 P d 60 50 1 2 R d 5 50 0 1 查得55 1 k 查得由于名义应力是按轴直径等于 50MM 来计算的 24 1 k max 所以尺寸因数也应按轴直径等于 50MM 来确定 查得 查得对73 0 78 0 1 于合金钢取 1 0 t 3 计算弯曲工作安全因数 和扭转工作安全因数 n 弯曲正应力是属于不是对称的循环 计算 0 118 r n 137 2 05 1082 018 80173 0 55 1 410 1 MPa k n ma 扭转的应力是脉动循环 r 0 应该需要按照不是对称循环的计算工作的安全因数 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 25 计算 n 795 12 1 111 0 1 11178 0 24 1 240 1 MPa k n ma 4 计算弯矩组合交变应力下 轴的工作安全因数由下式得 n 211 2 795 12173 2 795 12137 2 2222 n nn nn n 所以满足疲劳强度条件 b 校核 100MM 到 60MM 的阶梯轴 1 通过计算交变弯曲正应力以及循环的特征来得出轴的工作应力 m d W 36 3 10 2 21 32 MPa W M 21 109 max max MPa W M 18 16 min min 148 0 max min r MPa m 695 62 2 minmax MPa a 515 46 2 minmax 其次计算交变扭转切应力及其循环特征 36 3 3 1039 42 16 0 06 16 m d Wt MPa mW T t 88 12 1039 42 657 545 3 6 max max 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 26 0 min 0 max min rMPa a 44 6 2 max MPa m 44 6 2 max 2 确定各种系数根据 P d 100 60 1 67 R d 5 60 0 083 查得75 1 k 查得因为名义应力是按轴直径等于 60MM 来计算的 36 1 k max 那么所以尺寸因数就可以按照轴的直径为 60mm 来确定 查得 查70 0 60 0 得 对于合金钢取 1 1 0 3 计算弯曲工作安全因数 和扭转工作安全因数n 因为弯曲正应力是非对称循环 r 0 148 按下式计算 n 18 3 695 622 0515 46170 0 75 1 410 1 MPa k n ma 扭转的应力属于脉动循环 r 0 应该去按照非对称的循环去计算安全因数 计算 n 75 15 44 6 1 044 6 16 0 36 1 240 1 MPa k n ma 4 计算弯矩组合交变应力下 轴的工作安全因数 n 212 3 75 1518 3 75 1518 3 2222 n nn nn n 所以满足疲劳强度条件 5 5 焊缝的强度计算 由 机械设计手册 第一篇表 1 4 43 起重机金属结构焊缝的许用应力 GB3811 1983 取2 8 0 p 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 27 结构材料的基本许用应力通过查询资料得到 选取组合 安全系7 04895