振动给料机设计

1毕 业 论 文题 目 院 系 专 业 姓 名 指导教师 2毕业论文（设计）任务书课题名称： 振动给料机设计分 院： 机电与信息学院专 业： 数控技术与应用指导教师： 二七年 五 月 十 六 日3前言：当 今 世 界 ， 工 业 制 造 发 达 国 家 的 对 其 加 工 设 备 （ 机 床 ） 工 业 高 度 重 视 ， 竞 相 发 展机 电 一 体 化 、高 精 、 高 效 、 高 自 动 化 先 进 机 床 ， 以 加 速 工 业 制 造 及 处 进 国 民 经 济 的 发 展 。 中 国 加 入 WTO 后 ， 正式 参 与 世 界 市 场 激 烈 竞 争 ， 今 後 如 何 加 强 机 床 工 业 实 力 、 加 速 数 控 机 床 产 业 发 展 ， 实 是 紧 迫 而又 艰 巨 的 任 务 。 而 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。是一种将计算机信息技术运用与机械制造加工的产品。本 文 一 例 支 架 零 件 的 程 序 编 制 与 步 骤 ， 加 工 工 艺 的 选 择问 题 进 行 探 讨 。而 我 自 己 也 有 对 现 代 制 造 的 理 解 。 在 此 我 就 对 支 架 生 产 企 业 的 访 问 和 参 观 ， 将 生 产 与 毕 业设 计 相 结 合 而 看 到 的 ， 学 习 的 ， 理 解 的 来 逐 步 阐 述 我 心 中 所 认 识 的 现 代 制 造 。【 关 键 词 】 ： 数 控 加 工 编 程 现 代 制 造 工 艺 参 数 数控机床 支架introductionQuestion : Requisition-none of the warring religion-gotten wealth else ? Koo-Koo-Koo-? Xian seems a pity none of the warring ? successfully held? Ice sliding ? warring religion ?WTO? ruin what defense lines? rn true Viewing Valley remained? - ? - Koo-Koo-pity true? Qal - 0.610 are finally true? Lee wants to use the theory? ruin the lines? religion-Ed? true Viewing Cross? Ling ? speaking of? else? ? Valley? ? - religion true? -? a point? - - Lee Lee true ? ? Cross - While you are speaking of sliding Key word： Numerical control processing programming modern manufacture craft parameter numerical control engine bed main axle4邵 阳 学 院毕业设计（论文）开题报告书课 题 名 称 学 生 姓 名 张 超 学 号 0440816146 院（系） 、专业 机械与能源工程学院 04 级模具设计与制造专业 指 导 老 师 彭 北 山 2008 年 4 月 28 日5一、课题的来源、目的意义（包括应用前景） 、国内外现状及水平1、课题来源:课题来源于我们日常生活中的普通2、目的意义:目的是通过自己的设计能够了解模具设计的总过程。通过此次的设计，能对塑料模具的设计、制造方面有更深的理解，能够基本掌握模具设计的要点。在设计中充分运用各种设计辅助软件，更加熟练的使用各种软件计算数据，绘制设计所需要的各种设计图。为以后的工作积累了更多的设计经验，也算对大学所学的知识的一个总结，并且知道塑料模具制品在我们日常生活中的广泛性和重要性。3、国内外现状及水平:随着机械工业（尤其是汽车、摩托车工业） 、电子工业、 （尤其是家电工业） 、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。因此，模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。目前中国的主要塑料机械制造企业近 400 家，大、中企业 200 家左右，上规模的骨干企业有 10 家。新兴塑料机械企业掌握高新技术，具有科技创新、制度创新、管理创新等一系列特点，已引起国内外同行的注目。塑料模具行业的更新换代，技术创新也出现了前所未有的喜人变化。广东汕头地区大部分企业已全套引进德国、法国、意大利及我国台湾省的最新计算机自动化模具加工技术，大大提高了模具技术性能、质量档次。中国塑料机械虽然发展很快、生产品种也较多，基本上能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备，个别产品也进入世界前列，但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比，中国塑料机械还有一定差距，主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、 性能不稳定等方面。目前中国塑料机械产品主要集中在通用的中小型设备上，技术含量低，20 世纪 80-90年代的低档产品供大于求，机械制造能力过剩，企业效益下降。有的品种特别是超精大型高档产品还是空白，仍需进口。据 2001 年统计，中国进口塑料机械使用外汇 11.2 亿美元，7而出口塑料机械创汇只有 1.3 亿美元，进口远大于出口。 在仪器仪表、家用电器、交通、通讯等各行各业中，有 70%以上的产品是用模具来加工成型的。工业发达国家，其模具工业年产值早已超过机床行业的年产值。在日本、韩国等国家，其生产塑料模与生产冲压模的企业数量差不多相等；而在新加坡等国家，其生产塑料模的企业数量已大大超过生产冲压模的企业。我国的香港与深圳等地区，其模具工业主要是从事塑料模具的制造与塑料制件的生产。在江苏省、浙江省、上海市及其以南地区，尤其在浙江省，从事塑料模制造与塑料制件开发的个体企业也日益增多。综上所述，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响显得日益重要。 8二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施 （1）试验研究的主要内容：1、 分析零件的工艺性,制定零件的工艺方案；2、 确定模具的毛坯形状、尺寸和注塑方式；3、 确定模具内型和结构形式；4、 进行必要的工艺计算；5、 绘制模具总装图和非标准零件图；6、 撰写设计说明书。1、 （9三、现有基础和具备的条件通过大学的学习，对模具的设计步骤和大概方法也得到了一定的掌握，对于本课题所设计的内容和相关的问题也基本能解决。与此同时还在各种不同的课外书上学了多种经验和技巧。本人多次参加实习和培训，包括金工实习，生产实习，数控加工中心培训，线切割培训，CAD 培训等，已有一定的实践基础。具备的条件有：1.塑料模具设计 朱光力主编 清华大学出版社2.模具制造工艺与设备孙凤勤主编 华北航天工业学院出版社3. 数控加工中心4. 电火花和线切割5.数控机床操作与编程培顺教程 刘雄伟主编 机械工业出版社10四、总的工作任务进度安排以及预期结果1.总的工作任务通过自己所学的理论知识和专业知识结合图书馆的资料及手头资料经过老师的指导和同学之间的讨论研究，在设计期间设计出自己所预期的课题。2.进度安排：4 月 20 日4 月 24 日：选定课题题目，交给指导老师，通过老师综合分析和思考后，最后确定设计题目。4 月 25 日4 月 28 日：通过指导老师的指导，填好设计的开题报告确定设计的主要内容，并发电邮交于指导老师处。5 月 1 日5 月 15 日：在现有的基础和条件下进行课题设计的写作，独立完成初稿。5 月 16 日5 月 19 日：交毕业设计初稿。5 月 20 日5 月 25 日：等待老师的返回稿，并不断修改，以求满足总要求，并于 22 日交修改稿。5 月 25 日5 月 30 日：通过指导老师的审定，交毕业设计定稿。5 月 31 日6 月 2 日：充分准备，进行毕业答辩。预期的结果：在规定的时期内完成任务，并在 5 月 30 日顺利交毕业设计定稿，并努力争取老师的好评,希望在答辩中能有出色的表现。 11五、指导教师审查意见指导教师（签名） 年 月 日 六、教研室审查意见教研室主任（签名）年 月 日 七、院（系）审查意见院（系）主任（签名）年 月 日 备 注12目 录摘要 .1Abstract .2第一章 绪论.51.前言 .52.振动给料机概述 .6第二章 振动装置的总体设计.71.设计题目 .72.设计方案 .73.方案选择 .7 4.实习考察 .75.确定总设计计划.76.方案的实施.8第三章 机械传动系统.91.方案的拟定.92.在拟定机械传动系统方案时，应考虑以下原则 .103.传动类型选择的依据 .104.滑动螺旋传动的特点及计算 14第四章 滚动直线导轨套副.191.导轨的类型及其特点.202.导轨的设计要求 .203.导轨的设计程序及内容 .204.精密导轨的设计原则 .205.导轨类型的选择原则21第五章 丝杠同步转动的链传动 .241.滚子传动的设计 .252.滚子链传动的设计计算 .253.滚子链的静强度计算 .294.滚子链的使用寿命计算 305.滚子链链轮 .336.滚子链链轮的基本参数和主要尺寸 .34第六章 带传动及其有关计算 .351.带传动. 352.带和带传动的形式.353. V 带传动 .355.基准宽度制带传动的设计计算.366. 带传动的效率.407. V 带带轮 .418.带轮的结构.419.带轮的技术要求 .4110.带轮的技术要求 .4211.V 带传动的主要失效形式 .43第二部分 机电控制系统 .44第一章 制动器的选择及其计算 .441 制动器.44132 制动器的分类、特点及应用 .443.制动器的选择 .444制动器的性能参数及主要尺寸 .45第二章 开关的选择 .461.HZ5B-1 型组合开关 .472.LXJ6 系列接近开关 .47第三部分 使用及其效益 471.使用时注意事项 .472.振动机安全操作规程 .48第二章 经济效益分析 .48结论 .49谢 辞 5014第一章 绪 论振动给料机是现代维修作业中必不可少的设备，它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。振动给料机的从上世纪 20 年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。本章就从振动给料机的产生、发展以及制造工艺等方面进行简单的介绍。1.1 振动给料机的发展简史振动给料机在世界上已经有了 70 年历史。1925 年在美国生产的第一台振动给料机，它是一种由气动控制的单柱振动给料机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到 10 年以后，即 1935 年这种单柱振动给料机才在美国以外的其它地方开始采用。1966 年，一家德国公司生产出第一台双柱振动给料机，这是振动给料机设计上的又一突破性进展，但是直到 1977 这种振动给料机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱振动给料机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。它和四柱振动给料机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。我们所见到的绝大多数振动给料机均采用固定安装方式。在振动前必须驶上振动给料机。在移动式振动给料机方面也有几项成功设计，如剪式振动给料机、菱架式振动给料机等。但这类振动给料机仍存在两个主要问题，接近下部较难；在车间移动振动给料机时难逾越地面上的障碍物。当然，可移动性是这类振动给料机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱振动给料机已在维修现场广泛采用，而移动式振动给料机却相对要少得多。最初设计单柱振动给料机外，车辆较大，其底盘也能明显辨认，因而检修区远远大于振动器件。而今绝大多数均为“紧凑型”或“半紧凑型” ，导致检修区域接近主要振动给料机器件而不便操作。但在南美洲却属例外，那里仍然采用较大的车辆，这可能是单柱振动给料机在该地区的市场上仍然受到欢迎的重要原因。单柱振动给料机有两大优点：当其下降后，不致成维修车间的障碍物；可在振动给料机上转动。但美国却受到了责难，主要是振动给料机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱振动给料机的主要缺点是：第一，它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装；其次，它只能为使用提供车轮支撑方式；第三，使用时难于接近下部的一些重要检修区域。振动用的油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题：第一是检修这些零部件颇为困难；其次是由于油缸所处的环境条件差，容易生锈，特别是地下水位较高时更是如此。双柱振动给料机（包括液压式或机械式） ，均具有以下优点：第一，检修下部具有很高的可接近性（几乎达到 100%） ；其次，采用车轮自由型的方式支撑，因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的振动措施；第三，结构紧凑，占地面小。双柱振动给料机的缺点是：第一为确15保安全，安置振动给料机时要求非常严格，否则在振动过程中容易摇晃或颠覆；第二，由于振动给料机常采用车轮自由型的方式支撑，如需采取车轮支撑型的方式维修则甚感不便，如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等；第三，由于振动臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力，其承力件易于磨损，因而双柱振动给料机的安全工作寿命一般要比四柱振动给料机低。四柱振动给料机有四根立柱、两根横梁、用于支撑的两个台板。振动前，很容易正确无误地驶上四柱振动给料机的台板。由于台板内侧设备有凸缘，当驶上台板时也不致坠入其间的空隙中。车轮支撑型四柱振动给料机的优点是：第一，振动给料机装载时勿需较高的技术，操作也很简便；第二，承载时非常稳定；第三，支撑载荷受力简单，应力较低，从而延长了设备的使用寿命；第四，由于具有较高的使用价值，从经济上来看也是合算的；第五，易于维修；第六，在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能够固牢立柱的地脚螺栓即可。四柱振动给料机的缺点是：和双柱振动给料机相比，战地面积教大，对检修区域可接近性较差。解放后，特别是改革开放以来，我国的维修行业有了很大的发展，为之服务的维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。各种振动给料机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。有人说，对于维修企业来说，振动给料机可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到维修业务的兴衰。振动给料机是维修设备行业的支柱设备之一，让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的振动给料机，为维修企业服务。1.2 振动给料机的设计特点（1）振动给料机台板降到下位时，与地面应尽可能在同一平面上，为达到此目的，虽然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投资费用，也破坏了车间地面的平整性。为此，在保证强度和刚度的前提下，应尽可能降低振动给料机台板和横梁的高度；这样，既便于驶上振动给料机，又使驶上台板的斜面长度尽可能短，节约车间的占地。在条件许可时，振动给料机台板（或横梁）应选择专用型钢或用钢板拆弯成形。（2）正确选择传动方式。采用机械传动（螺母、螺杆）或液压传动（油缸） ，均用电动机驱动。机械传动的成本较高，耗能较多，但安全性较好。经验证明：机械传动的能耗为液压传动所需能耗的两倍（在振动载荷、振动时间均相同的条件下） 。机械式振动给料机的螺母、螺栓磨损较快，而液压式振动给料机的维修量却相对要小些。虽然液压式振动给料机的技术难度较大，但多数零部件（液压泵、液压缸、阀门、密封元件等）均可外购或外协，当然一定要选用优资产品。16（3）丝绳的选择。为了减少滑轮直径从而缩小寄生机立柱的断面尺寸，应该选用高柔度的钢丝绳。钢丝绳应有较高的安全系数，一般应达 8。为此，应增加钢丝绳钢丝的数目。如英国某公司 3t 系列的振动给料机所采用的钢丝绳的直径为 9mm，两根并列，每根 37 股，每股 6 根钢丝。滑轮通常用钢材制成，而该公司采用玻璃纤维与尼龙混合制成（50%的玻璃纤维、50% 的尼龙） 。这样，不仅价格便宜，还能减轻钢丝绳的磨损，延长其使用寿命。1.3 振动给料机的安全保证措施今天全世界都对在危险作业环境下工作的人们的安全寄予极大的关注。振动给料机具有潜在的危险，因为人们要在其下面工作；当其升降时如不小心，也会碰伤手足。近年来不少国家还制定了专门性法规，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。振动给料机的安全保证措施主要从两方面着手：一方面从设计制造方面采取措施，好提高振动给料机的安全技术特性；另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作规程，保证振动给料机能在良好的技术状态下正确地运行。现分别说明与后。1.3.1 设计制造方面的安全保证措施当今世界上的许多先进技术，如自动控制光电开关等，已广泛应用到各种安全装置的设计领域，因而在设计制造振动给料机时，应结合产品的特点，积极采用先进可靠实用的现代安全技术。以下仅列举多数振动给料机普遍采用的安全措施。（1）振动给料机应能经受超负荷试验(包括振动和支撑)，一般应为最大振动能力的 125%此时振动给料机的构件不得有任何永久性的变形和损坏。（2）所有的操作控制机构均采用“双重保险” ，以防误操作，即振动给料机运行前必需操作两个控制机构(或按钮开关)后才能驱动。（3）所有的控制电路均采用失效保护，即任何单个元件失效，也不会使振动给料机坠或上升所造成非常危险的局面。（4）所有的振动给料机器件均应有第二支撑系统。原有的提升系统失效时，它能自动进行有效的支撑。（5）所有的柔性提升手段，如钢丝绳，链条等，均应有足够的安全系数，并在制造厂设置的保护罩内传动。（6）所有的运动零件均应有防护装置，以免撞击操作人员的任何部位，特别是手，足，衣服等。（7）所有振动给料机的设计均应把振动重物滑移的可能性降低到最低限度。1.3.2 使用维护方面的安全保证措施使用维护方面的安全保证措施涉及的范围很广，包括振动给料机有使用前的准备工作，17振动时应该注意的事项，承载时的稳定性，降下时的注意事项，日常和定期维修检查工作等。虽然振动给料机已有 70 年的历史，其设计原理并无多大改变;但如果忽视安全要求，超载使用，疏忽大意，仍然会造成严重事故，甚至发生人身伤亡。因此安全问题一定要引起使用单位和操作人员的高度重视。首先，应选购那些安全性能良好的振动给料机，另外，还应认真学习和理解说明书中的各项安全注意事项并认真贯切执行。这里仅就使用维护振动给料机时普遍应当注意的事项说明于后。（1）使用中的振动给料机每天都应进行检查。发现有效故障或零部件损坏时，不得再使用。维修时应采用该振动给料机的制造厂所提供的配件，不得随意代替或自制。（2）振动给料机不得超载使用。每台振动给料机的额定载荷均注明在设备的铭牌上。特别要注意防止偏载，即整机虽未超载而某一振动臂确已超过允许的额定载荷。故欲振动那些前后轴载荷严重分配不均的时应特别注意，能满足要求的才能装载使用。（3）安置和使用振动给料机均应由经过培训并经考核合格的人员操作。（4）振动时，车内不得有人。振动给料机升降和使用时，顾客和无关人员应远离振动给料机。（5）振动给料机区域内不得有任何障碍物，如油脂、废物、瓦砾等。（6）当驶上振动给料机前，应清除通道，不得驶过或撞击振动臂，连接器，车轴支撑器等，以防损坏振动给料机或。（7）在振动给料机上承载时应仔细操作。将振动给料机的支撑器安置到制造厂推荐的振动给料机逞力接触点。只有当支撑器与上的承力点接触严密后才能将振动给料机升起;对其接触的严密性进行认真检查后，才能将振动到需要的工作高度。（8）要注意某些上的零部件由于移动或安装位置的不同会引起重心的急剧变化，从而导致振动时的不稳定。（9）振动给料机降下前，应将下面的工具箱，台架及其它设备全部移开。要降下振动给料机前，还必须松开锁紧装置。注意:如欲在下面进行维修作业时，应将振动给料机提升到足够的高度，以便锁紧装置啮合。18第 2 章 剪 叉 式 升 降 台 的 应 用 及 其 受 力 分 析 的 讨 论2.1 剪叉式升降平台的三种结构形式本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。气液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、坚实耐用、便于维修保养等特点。在民航、交通运输、冶金、制造等行业逐渐得到广泛应用。本设计中主要侧重于小型家用液压式的升降平台。在设计气液动剪叉式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如简图 2-1 所示：图 2-1 三种剪叉式升降台结构简图图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆 AB 和 MN 铰接于二杆的中点 E，两杆的 M、A 端分别铰接于平板和机架上，两杆的 B、N 端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。图 a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。图 b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆 MN 铰接于 N 处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。图 c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于 G 处，活塞杆头部与支撑杆 AB 铰接于 F 处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。按照液压缸的安装形式，称图 a 的形式为直立固定剪叉式结构，图 b 的形式为水平固定剪叉式，图 c 的形式为双铰接剪叉式结构。直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。19水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。2.2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算由图 2-2 可知图 2-2 位置参数示意图（1）21/sin(cos),CLHll（2）22()cos;T上式中：H任意位置时升降平台的高度；C任意位置时铰接点 F 到液压铰接点 G 的距离；L支撑杆的长度；支撑杆固定铰支点 A 到铰接点 F 的距离；lT机架长度（A 到 G 点的距离） ；活塞杆与水平线的夹角。20以下相同。将（2）式代入（1）式，并整理得。 （3）221/()HLTCll设 代入（3）式得00/,/,H。 （4）221/200()TlLlCC在（4）式中，升降平台的初始高度；0H液压缸初始长度。双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算：图 2-3 运动参数示意图图中， 是 F 点的绝对速度； 是 B 点绝对速度； 是 AB 支撑杆的速度；VV1是液压缸活塞平均相对速度； 是升降平台升降速度。由图 2-3 可知：1 21112,sin()sin(),coscs,in()FBllVLl1si()LVl。 （5）21在（5）式中，液压缸活塞平均相对运动速度；1V升降平台升降速度；2支撑杆与水平线的夹角。以下相同。2.3 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算图 2-4 动力参数示意图图中，P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q 是升降平台所承受的重力载荷。通过分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出：升降平台上升时； coscosincostantan()( )sin()22icosLfLbfbbfl （6）升降平台下降时（6） 、coscosincostantan()( )sin()22icosQLfLbfbPbfl （7）式中，P液压缸作用于活塞杆的推力；Q升降平台所承受的重力载荷；22f滚动摩擦系数；b载荷 Q 的作用线到上平板左铰支点 M 的水平距离。由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（f=0.01）,为简化计算，或忽略不计，由（6） 、 （7）式简化为：。 （8）cosin()PLl2.4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题由式（5）和（8）可知：当 、 增大时， 值随之减小；当 、 减小时，P/Q21/V值随之增大。在确定整体结构值随之减小；当 、 减小时，P/Q 值随之增大，在液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的 、 初始值。而且在整个机构中 AB 支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。液压缸可采用单作用缸也可以采用双作用缸，不过要看具体情况。一般我们都采用单作用柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量少，密封件寿命长。采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。否则，会导致升降平台降不下来。2.5 针对性比较小实例：如某自动生产线上， 需设计一种升降平台，要求升降平台最大升降行程应大于620mm，升降平台面最低高度应小于 300mm，最大承重载荷 0050kg根据实际使用要求，我们选取了单作用柱塞缸式液压缸。液压缸初始长度 =595mm；0C最大行程 =320mm。升降太机构尺寸：升降台面最低高度 =281mm;机架长度 T=1 200;maxS 0H支撑杆长度 L=1 230.5mm.按照上述尺寸，结合以上公式分别对双铰接剪叉式和水平固定剪叉式两种结构形式进行了计算。计算结果见表 1、表 2 和统计图 2-5（其中滚动摩擦忽略不计） 。水平固定剪叉式结构公式如下： 221/();tancosHLTSPlfbQ 。其中，S 液压缸的实际行程， T机架长度（A 点到 G 点的距离） 。23表 1 双铰接剪叉式结构计算结果 mms H h P/Q h/s0 13.18 14.20 281 0 4.0840 19.67 19.83 414.8 133.8 2.85 2.3580 24.83 23.46 517.6 236.6 2.34 2.96120 29.38 26.05 604.7 323.7 2.04 2.70160 33.59 27.96 681.8 400.8 1.82 2.51200 37.56 29.93 751.3 470.3 1.66 2.35240 41.39 30.45 814.9 533.9 1.52 2.22280 45.11 31.21 873.2 592.2 1.40 2.12320 48.77 31.74 926.8 645.8 1.29 2.02表中: S - 液压缸的实际行程.H 升降台实际行程 ,以下相同.表 2 水平固定剪叉式结构计算结果 mmS H H P/Q h/s0 13.8 281 0 4.2740 19.74 416.4 135.4 2.79 3.3980 24.67 514.4 233.4 2.18 2.92120 28.80 593.8 312.8 1.82 2.61160 32.45 661.3 380.3 1.57 2.37200 35.77 720.4 439.4 1.39 2.20240 38.84 772.9 491.9 1.24 2.05280 41.71 820.1 539.1 1.12 1.93320 44.44 862.9 581.9 1.02 1.82从计算结果可以看出：在整体结构尺寸相同、液压缸行程相同的前提下，作用在液压缸活塞杆上的最大推力 ,水平固定剪叉式结构大于双铰接剪叉式结构；升降台最大行程 ，maxP hmax双铰接剪叉式结构大于水平固定剪叉式结构。由于采用了双铰接剪叉式结构液压升降平台，在设备安装时避免了挖地坑，不仅节省了费用，还给以后了设备维护和检修带来方便。综上所述，气液动双铰接剪叉式结构液压升降平台整体尺寸较小，结构简单、紧凑，节省投资；可获得缸体二倍以上的升降形成；非常适合于空间尺寸小、升降行程大的场合，是24一种值得推荐使用的升降机构。图 2-5 两种结构计算结果对比2.6 双铰接剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的分析比较刚刚我们已经简单的分析并讨论了双铰接剪叉式液压升降平台机构与其他两种机构的区别以及在实际应用中所存在的利和弊，但是在考虑各方面条件如单作用柱塞式液压缸、双铰连接、双支撑杆、相同的升降平台等都不改变的基础之上，能否将设计进行进一步的优化呢？为证明这一点，我们可以从该机构的布置方式考虑，将结构略改动一下。从直观的角度分析考虑，如下图 2-6 所示： 杆 1杆 2图 2-6 液压缸工作示意图我们可以从图上看出，液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域的，液压缸的头部是连接在杆 1 的右端（偏向杆 1 的活动铰连接） 。因此，我们针对实际升降台剪叉机构中液压缸常用的布置方式存在的问题，提出了另一种相对布置方式，将液压缸布置在与之相对称25的左侧，即与剪叉机构的固定支点在同一侧，来进一步分析讨论。利用瞬时速度中心法和虚位移原理，推导出这两种布置方式液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式及活塞推力与台面荷重的关系式，并对两种布置方式进行了分析比较，指出了它们各自的优缺点以及适用场合。根据升降台剪叉机构的工程实例做了几何、运动和动力参数的对比计算和液压缸结构参数的合理选择。2.6.1 问题的提出：液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用，因安装的空间不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的约束。根据文献4的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析一章，得知在这种布置方式的情况下，如图2-7：图 2-7 液压缸布置在左侧液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为（1） 2cos2in()yalv vl活塞推力与台面荷重的关系式为（2） 2cossin()i()lPWa式中， 111,tant,sin(i)hlal d 。以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式，即液压缸下支点与剪叉机构的固定支点在同一侧，如上图 2-7。这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短，这在台面升程范围比较大的场合较为适用。存在的问题是在剪叉机构折合后的高度 h 较小的情况下（即角较小） ，所需液压缸的推力将大大增加。在液压缸最高工作压力限定的情况下，这将使得所用的液压缸的直径增大，以致在折合后的剪叉机构中难以布置；或采用两个直径较小的26液压缸取代一个大直径的液压缸，不过这将增加一对液压缸的支座，同时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的复杂性，加大了整个装置的成本。2.6.2 两种布置方式的分析和比较：为了解决以上提出的问题，可考虑将液压缸反向布置（即采用第一种设计方案） ，计算一下该方案的有关参数再将两者作以比较。如图 2-8：图 2-8 液压缸布置在右侧这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度。杆上点、点的瞬时转动中心为F 点，D 点、A 点的速度为：2()vla台面升降速度： cos2csyDvl点的运动速度： ()2cosyAlav活塞运动速度：（）()sin()2coAlv式中， 11sini,ta()cohllL依据虚位移原理有：（）()0ixixixpypWFFzP27由图分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl经变分后：i()cos2pwyl代入式（） ，整理后得活塞推力：（）cos()in()lPWa式（）和式（）的正确性可以用机械能守恒原理来证明，即 yv将式（）与式（）进行比较，再 各参数都相同的条件下，显然，液压,ylaWv缸布置再右侧时的推力较液压缸布置在左侧时小；而式（）与式（）比较，则液压缸布置在右侧时的活塞速度较液压缸布置在左侧时高。可见，活塞推力的减小是以活塞速度的提高为代价换来的。液压缸布置在剪叉机构的右侧，使得液压缸的活塞推力减小，这就可以选用直径较小的液压缸，有利于液压缸在剪叉机构中的布置；带来的问题是液压缸的有效行程较长，如果台面升程范围不大，液压缸行程的增加也是有限的。2.6.3 实例计算根据以上分析结果，结合实例进行对比计算，实例结构简图如图 2-9 所示，其中左右两侧分别为两种布置情况。图 2-9 剪叉机构实例结构简图剪叉机构的结构尺寸：h=4001 200mm, =2 000mm, =535mm, =770mm, =3210mm.两种布置方式主要参数计laef算结果见下表 2-1：28表 2-1 两种布置方式主要参数计算结果参 数 液压缸布置在左侧 液压缸布置在右侧杆 FD 倾角 1sin2hl 1sin2hl液压缸倾角 1()sintacole1()sintacofl起始角 /( )05.739 5.739起始角 /( )20.236 20.236起始活塞速度0v0.185 yv0.279 yv起始活塞推力0P5.42W 3.58W终止角 /( )max17.458 17.458终止角 /( )50.473 22.262活塞有效行程L/mm253 365从统计表中的数值比较可以看出，液压缸在剪叉机构中的布置方式对其运动参数和动力参数有着较明显的差异。当起始角为最小值 、 时，活塞推力为最大值 。在台面荷重00PW 相同的情况下，液压缸布置在右侧时的推力明显小于液压缸布置在左侧时的情况，两者的比值为 0.66，而活塞的有效行程 L 则是液压缸布置在右侧时较长，比在左侧时增加了112mm。如果载荷量不是很大的话（即载荷量 W1.5kN） ，这时可以考虑采用左侧的布置方案，因为这样可以缩短液压缸的伸长长度。如果伸长度过大的话，不仅在材料上会有所浪费，而且在长期承受载荷的同时也会相应的增大液压缸及活塞部分的弯曲应力。综合以上考虑，可以初步设想采用液压缸布置在左侧的方案。而在该方案中活塞起始的速度小于液压缸布置在右侧时的速度，两者比值 =0.66。为了弥补在速度方面的不足，以及减小振动及整/v左 右体的体积，可以考虑采用双级支撑杆共同振动平台以达到提升速度的目的。如图 2-10 所示：29图 2-10 机构各项参数其转换过程如图 2-11 所示,将两根支撑杆的右侧部分折合到左侧，产生四根相对比较短的支撑杆，即可达到目的。图 2-11 参数转化过程那么首先我们就要计算一下这样的设计方案所采用的液压缸的各项参数，然后再根据已求得的各项参数来具体确定一下此方案是否合理。30下面按照本设计的基本要求，进一步选择合适的布置方案。为了使振动给料机使用范围广泛，载荷更具有代表性，本设计首先建立了一个轿车模型，它的有关参数是：车自重 1.5t, 宽 1.42m,高 1.4m,轴距 2.4m。在载荷方面没有超出允许的范围内，是可以采用该方案的。为了工作安全起见，要求振动给料机在各高度上工作时都应自锁，完工后可原速或缓速下降，在空载时也可实现快速下降，这在下面的液压系统回路分析中会探讨到。为了便于维修人员在升降台底部维修，不仅要在升降高度方面要加以合理化，还要留有维修人员站立维修的位置。为此，可以选择采用双升降台同步振动并采用共同底板的方式以满足要求，此布置方案需要两个液压缸，16 根支撑杆振动。为了增强其安全可靠性，可以设其总承载量为 ，则平均每个升降台的承载量为2109860Wt.N总。由于这样平均每个液压缸承受的台面载荷仅为 9800N，所以采用左侧298/N总布置液压缸是完全可以的。31第 三 章 液 压 传 动 系 统 的 设 计 计 算3.1 明确设计要求 制定基本方案：设计之前先确定设计产品的基本情况，再根据设计要求制定基本方案。以下列出了本设计剪式液压升降台的一些基本要求：1) 主机的概况：主要用途用于家用小型重型设备的起升，便于维修，占地面积小，适用于室外，总体布局简洁；2) 主要完成起升与下降重物的动作，速度较缓，液压冲击小；3) 最大载荷量定为 2 吨，采用单液压缸控制联接组合叉杆机构进行升降动作。最大起升高度略大于一人高度；4) 运动平稳性好；5) 人工控制操作，按钮启动控制升降；6) 工作环境要求：不宜在多沙石地面、木板砖板地面等非牢固地面进行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面进行操作，不宜在过度寒冷的室外进行操作；7) 性能可靠，成本低廉，便于移动，无其他附属功能及特殊功能；3.2 制定液压系统的基本方案3.2.1 确定液压执行元件的形式液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运动，二者的特点及适用场合见下表 3-1:对于本设计实现单纯并且简单直线及回转运动的机构，可以采用齿轮式液压泵及双活塞杆液压缸，这样不仅简化液压系统降低设备成本，而且能改善运动机构的性能和液压执行元件的载荷状况。32表 3-1 各执行元件的特点名 称 特 点 适 用 场 合双活塞杆液压缸 双向对称 双作用往复运动单活塞杆液压缸 有效工作面积大、双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进，A1=2A2 往返速度相等柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力或其他外力返回摆动缸 单叶片式转角小于360 度双叶片式转角小于180 度小于 360 度的摆动小于 180 度的摆动齿轮泵 结构简单，价格便宜高转速低扭矩的回转运动叶片泵 体积小，转动惯量小高转速低扭矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮泵 体积小，输出扭矩大低速，小功率，大扭矩的回转运动轴向柱塞泵 运动平稳、扭矩大、转速范围宽大扭矩的回转运动径向柱塞泵 转速低，结构复杂，输出大扭矩低速大扭矩的回转运动注：A1无杆腔的活塞面积 A2有杆腔的活塞面积常用的扩程机构有如下图 3-1 二种形式：链 轮链 条柱 塞 缸（a） (b)图 3-1 扩程机构它们同时也可以实现增速，常用于电梯的升降、高低位升降台等液压设备。还有一种运动转换机构，小角度的回转运动用液压缸来实现，其运动比较平稳，长行程的直线运动可以用液压马达来完成。本设计要完成的剪叉式液压升降台综合了扩程、回转这两种工作形式。333.2.2 确定液压缸的类型工程液压缸主要用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械的液压系统。根据主机的运动要求，按表 37-7-5 选择液压缸的类型为：直线运动单活塞杆双作用缓冲式液压缸。其特点：活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时减速制动，减速值不变。3.2.3 确定液压缸的安装方式工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸，安装方式多采用耳环型。由于本设计中液压缸在作用过程中是一端固定，一端在垂直面上自由摆动的形式，因此根