【JX265】压力机与垫板间夹紧装置的设计[KT+RW+FY]【3A0】
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【JX265】压力机与垫板间夹紧装置的设计[KT+RW+FY]【3A0】,jx265,压力机,垫板,夹紧,装置,设计,kt,rw,fy,a0
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邵阳学院毕业设计（论文）任务书 专业班级 02级机制本科 班 学生姓名 韦枝尧 学 号 002 课题名称 压力机 与 垫板间 夹紧装置的设计 设计 (论文 ) 起止时间 2006年 2月 15日 至 2006年 6 月 10 日 课题类型 生产实践 课题性质 真实 一、 课题研究的目的与主要内容 培养学生能综合运用所学的专业知识和技能，独立解决本专业一般工程技术问题，树立正确 的 设计思想和工作作 风。本课题是压力机和垫板间 夹紧装置的设计 ，该课题来源于邵阳维克液压有限责任公司 ，通过课余时间的参观以及学校组织的实习，给学 生毕业设计提供参考。具体要求通过设计使学生能应用本专业基础知识，掌握基本设计知识及技能 。 主要内容： 压力机 与 垫板间 夹紧装置的设计 ，包括： （ 1） 确定主要技术参数 。 （ 2）机械设计与计算 。 （ 3） 液压系统的设计 和液压装置的参数计算及选用 。 （ 4）电气控制的设计。 （ 5）绘制装配图和主要的零件图，编写设计说明书。 二、 基本要求 对机制专业知识，如机械制造、机械设计、液压气压传动等要求有较好的基础和综合分析能力。 绘制 相关设计 图纸（03 A） 编写设计 说明书（ 1万字 以上 ） 翻译相关英文资料 1篇 注： 1、此表由指导教师填写，经各系、教研室主任审批生效； 2、此表 1式 3份，学生、指导教师、教研室各 1份。 三、课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料） 邵阳维克液压有限责任公司提供了大量的相关资料、技术支持以及实验设备和实验场地。学院图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和周刊，并且提供了网络化的机房，可以在中国期刊网、维普网、万方数据库、超星数字图书馆等网站查阅有关资料。 现具有 压力机 与 垫板间 夹紧装置 相关的技术参数和要求、机械设计手册、液压传动与气压传动、可编程序控制器应用技术、电子技术、零件设计手册等相关资料和液压泵、液压阀等液压元件的相关资料。除了以上的资料，还有 、 相关的绘图软件和工作软件。 四、设计（论文）进度表 2月底 3月 20日：搜集资料，实地考察，确定设计方案 3月 21日 4月 21日：结构和功能分析， 机械设计的 原理确定 4月 22日 5月 22日 ： 液压系统 和电气控制 等设计计算，图纸绘制， 编写 说明书 5月 23日 6月 10日：设计修改，答辩 五、教研室审批意见 教研室主任（签名） 年 月 日 六、院（系）审批意见 院（系）负责人（签名） 单位（公章） 年 月 日 指导教师（签名） 学生（签名） 邵 阳 学 院 毕业设计 (论文 ) 课 题 名 称 压力机与垫板间夹紧装置的设计 学 生 姓 名 韦 枝 尧 学 号 0241118002 院 (系 )、专业 机械与能源工程系 指 导 教 师 戴 正 强 职 称 讲 师 2006年 5月 31日 邵 阳 学 院 毕业设计（论文）开题报告书 课 题 名 称 压力机 与 垫板间 夹紧装置的设计 学 生 姓 名 韦 枝 尧 学 号 0241118002 院（系）、专业 机械与能源动力工程系 指 导 教 师 戴 正 强 2006 年 2 月 17 日 一、课题的来源、目的意义（包括应用前景）、国内外现状及水平 课题来源： 邵阳维克液压有限责任公司 目的： 通过综 合运用所学的知识，在老师的指导下解决较为简单的工程问题，培养 理论联系实际的能力、良好的设计思想和工作作风。 意义： “纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行 ”本次设计是要求解决实际的工程问题，不仅要求掌握具有相当的专业知识，还可以锻炼独立解决问题的能力，提高查阅设计手册的能力 ，熟悉相关的国家标准和 国际标准，更加熟练 地 操作绘图软件 及 绘制工程 图。最重要的是能让我们学到的理论知识运用到实践中，提高实践能力， 使我们的设计更具实用性，能为社会发展贡献自己的一份微薄之力。本次设计还能让我们更多的接触社会，了解社会的发展态势和国内外的现状，为自己以后的发展明确方向。 应用前景： 本设计融合了机 液一体化的设计理念 该夹紧装置实现了设计目标 ,具有较高的自动化程度 ,运行稳定可靠 ,性能价格比较高 ,非常合适于现代化生产实际的需要。因此 ,该 产品的推广具有十分广阔的前景。 国内外现状及水平： 传统的压力机与垫板间的夹紧机构采用手动操作，这在现代化生产实际中，已远远不能满足自动化生产的需要。 现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方法、机械方法、液压方法、电气液压方法以及气动方法等等，均可以用来实现自动控制。其中，机电液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方法，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。 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 课题 研究的主要内容： 压力机 与 垫板间 夹紧装置的设计，包括： （ 1）确定主要技术参数。 （ 2）机械设计与计算。 （ 3）液压系统的设计和液压装置的参数计算及选用。 （ 4）电气控制的设计。 （ 5）绘制装配图和主要的零件图，编写设计说明书。 工程技术方案和准备采取的措施： 1、 夹紧头夹紧后要求有自锁。 2、 整个夹紧装置中的八个夹紧头动作可以分别控制，以便于测试与检修。 3、综合考虑机械、电气与液压控制的结合。 4、在设计中要充分考虑使夹紧装置结构紧凑，美观，制造、维修成本低。 5、液压泵站管路所有静密封均采用优质国产密封件。 6、在本次设计中，液压系统及电气控制系统关键元器件均采用国际和国内知名先进品牌的各类液压、电气元件、辅件和技术。 7、本次设计全面满足用户要求的各项标准、规范要求，同时参考国际标准，对产品进行全面的优化设计。 8、为保证制造水平，本次 设计 的 夹紧装置 均按 量保证体系进行产品质量控制 。 三、现有基础和具备的条件 现有基础： 通过四年的学习，本人已经掌握了基本的专业知识， 对本课题的相关学科有一定的了解，具有了相关的理论基础。学校还组织进行了各种课程设计，积累了一定的经验，对本次设计将会有很大的帮助。本人在维克液压有限责任公司进行了实习，对该公司的产品有一定的了解。本次设计中也将用到一些该公司现有的产品，不需要自己在进行重复设计，从而可以在一定程度上减少设计的工作量，而且还可以使设计出的系统更加先进，更有实用价值。 具备的条件： 邵阳维克液压有限责任公司提供了大量的相关资料、技术支持以及实验设备和实验场地。学院图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和周刊，并且提供了网络化的机 房，可以在中国期刊网、维普网、万方数据库、超星数字图书馆等网站查阅有关资料。 压力机 与 垫片间 夹紧装置 相关的技术参数和要求、机械设计手册、液压传动与气压传动、可编程序控制器应用技术、电子技术、零件设计手册等相关资料和液压泵相关资料。除了以上的资料，还有 、 相关的绘图软件和工作软件。 四、总的工作任务，进度安排以及预期结果 总的工作任务： 绘制相关设计图纸（03 A） 编写设计说明书（ 1 万字以上） 翻译相关英文资料 1 篇 进度安排 ： 2 月底 3 月 20 日：搜集资料，实地考察，确定设计方案 3 月 21 日 4 月 21 日：结构和功能分析，机械设计的原理确定 4 月 22 日 5 月 22 日：液压系统和电气控制等设计计算，图纸绘制，编写说明书 5 月 23 日 6 月 10 日：设计修改，答辩 预期结果 ： 完成 1 篇相关英文资料的翻译。完成 压力 机 与 垫片间 夹紧装置 的结构和功能分析，确定液压系统 和电气控制系统 ，并绘制出原理图。完成液压系统 和电气控制系统 及其辅助装置设计计算和工程图的绘制， 编写 1 篇 1 万字 以上 的设计说明书。本设计应具有相当的实用性。 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 摘 要 本文介绍了一种新型的压力机 与 垫板间快速夹紧装置。分析了该装置的工作原理和液压控制原理和电器控制原理。 在现代化的生产实际中，压力机 与 垫板之间的夹紧装置还是传统的手动夹紧装置。不仅耗时费力，而且已经远远不能满足现代化生产的需要，因而急需对其进行改造。 压力机与 垫板间的快速夹紧设计就是应现代化生产的需要而研究设计的。该设计包括机械夹紧装置的设计，液压控制系统的设计，以及电气控制系统的设计。将机电液技术结合起来，实现快速夹紧。 压力机与 垫板间快速夹紧装置主要由机械夹紧装置、液压控制系统、电气控制系统 组成。它以机械夹紧装置为主要的夹紧执行元件。通过螺杆与螺母之间的螺旋传动实现夹紧、放松操作，并要求螺杆自锁。液压缸活塞杆的伸缩，使机械夹紧装置摆动，实现抽出垫板的目的。液压缸、液压马达的动作控制由液压系统实现。在液压系统中，采用了电磁换向阀和压力继电器。电磁换向阀和压力继电器的控制，由电气控制系统实现。在电气部分，采用了 制，这样，整个装置的控制可靠性提高，通用性更好，操作更方便。 本设计融合了机 液一体化的设计理念，寻求更为有效的设计理论和方法来实现压力机与垫板的快速夹紧。该夹紧装置实现了设计目 标，具有较高的自动化程度，运行稳定可靠，性能价格比较高，非常适合于现代化生产实际的需要。因此，该产品的推广具有十分广阔的前景。 关键词 ：夹紧装置 ； 液压系统 ； 电气控制 ； 机电一体化 。 a of It of At in of is by it of be of a of is of It of of of is it it of of of in we of of is by In of is by of LC of of of we to a to of it a of is is is is of so it a of 目 录 摘要 引言 1 2 机械设计与计算 2 始数据及设计要求 2 定设计方案 2 定系统的机械参数 2 3 液压系统设计 8 压系统的方案设计 8 压阀的选取 9 压系统的参数设计和拟定液压原理图 9 4 液压装置的结构设计 13 油器 13 箱和压力表辅件 14 接头 16 集成块 16 5 电气控制 18 气驱动 18 18 制系统的设计 18 设计总结 27 参考文献 28 致谢 29 1 he is or to It in so on on of to be or is a in in so on If is to on to on in a do of as is on a to to is is to in a On be on if a to A to is to is to to to A 2 of is an A of in it to a is at is a if to is to In to to of if in in of is to up of in in to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is In to on to 3 (1) is (2) (3) of is (4) is (5) is to be to to in on to on of to in to or to in to to in of or in in of is a a to to be In be to so on s to of In to or to s so on to on to 4 In is by in to in to to to of is (a) (b) (c) In of is If is to or In of to to to be to If a in in of In to a up in of or on to so of in to in in be as as to if to 5 to or is in is of is in is it to is on in by to to I n is to to on be to In to to to in in on to to in to to to to be of in to to is on to to on of by is in to in of In (a) or (b) 6 to to to be to In to (c) as is in (d) is (e) is by to is to of to be to on of to to 1 机械设计理论 机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。 进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给 人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险， 当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强 调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 2 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来 说都是最优的操作范围和操作过程。 另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题： （ 1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？ （ 2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？ （ 3） 生产这种产品是否经济？ （ 4） 产品的维修是否方便？ （ 5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步 肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。 通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个 对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够 3 获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果， 设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。 制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（ a）初步设计；（ b）功能设计；（ c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。 在功能设计和工程设计阶段，要做 出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 4 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。 在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情 况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用 性能而引起的。 产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（ a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料； (b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）； (c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候； (d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 邵阳学院毕业设计 1 1 引言 传统的压力机与垫板间的夹紧机构采用手动操作，这在现代化生产实际中，已远远不能满足自动化生产的需要。 现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方法、机械方法、液压方法、电气液压方法以及气动方法等等，均可以用来实现自动控制。其中，机电液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方法，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。 本设计引入了机、电、液一体化系统的设计理念，寻求有效的设计理论和方法来实现压力垫板夹紧的自动控制。 机械装置设计的 重点是利用螺旋传动实现螺杆的上升、下降。因此，螺杆设计是本设计机械部分的核心。要求齿轮啮合传动安全、可靠、效率高，螺杆与螺母的传动能够自锁，有安全保障。 螺杆由 号钢调质处理，再对其进行淬火处理，使螺杆的强度与硬度提高。由于螺杆在本设计中的重要作用，决定了螺杆的寿命是本设计成败的重要标志。设计时，充分考虑了螺杆的强度和机械自锁，必须保证螺杆在任意位置能够自锁，才能使整个夹紧装置安全、可靠。尤其在螺杆及整个夹紧装置摆出一定角度，以使工人取出垫板时，不但要保证液压系统能够自锁，而且要求螺杆也要自锁。否则，夹紧 装置失效，将造成极坏的后果。在设计的过程中，还考虑了许多的实际问题，如为给压力继电器提供有效的压力发讯信号，在螺杆的特定位置增加了圆环半圆环结构，由螺栓联结，在螺杆轴向下降、放松垫板时，放松到位后，圆环半圆环结构与螺母接触，压力继电器得到发讯信号作用，螺杆停止下降，放松到位。 圆环半圆环结构在本设计中还有其他应用，除与螺母接触使压力继电器发讯之外，还被加在螺母上，作用相当于一个挡圈，防止齿轮由于重力而脱离螺母。 液压缸与液压马达的驱动控制由液压系统控制，在液压系统中应用了电磁换向阀与压力继电器。电磁换 向阀与压力继电器和电动机的控制均由电气控制系统实现。 整个装置组成简单，结构精巧，控制方便，性能可靠，有很好的应用前景。 邵阳学院毕业设计 2 2 机械设计与计算 始数据及设计要求 始数据 (1) 夹紧头的夹紧力为 10 吨。 (2) 夹紧过程小于 10 秒钟。 (3) 夹紧的行程为 20 (4) 系统压力为 16 计要求 (1)夹紧头夹紧后要求有自锁。 (2)整个夹紧装置中的八个夹紧头动作可以分别控制，以便于测试与检修。 (3)综合考虑机械、电气与液压控制的结合。 (4)在设计中要充 分考虑使夹紧装置结构紧凑，美观，制造、维修成本低。 定设计方案 驱动机构包括液压马达，液压缸，单级齿轮传动、，螺旋螺母传动。齿轮用键与螺母联结。具体用液压马达来带动齿轮旋转，通过齿轮、的啮合传动将动力传递给自制螺母。将螺杆即夹紧头径向固定，使其通过与螺母的螺旋传动能够沿轴向上升、下降，从而实现夹紧或放松垫板的目的。通过液压缸活塞杆在垂直方向上的伸缩，实现夹紧装置的摆进、摆出。即液压缸的活塞杆伸出时，在液压力的作用下，推动整个夹紧装置摆出，并锁紧。反之，活塞杆缩回时，整个夹紧装置能够摆回 ，等待下一次的夹紧。整个系统实现夹紧放松摆进摆出四个动作。 液压缸与液压马达的驱动由液压控制系统来实现，通过液压系统元件来实现液压缸的调速和液压缸与液压马达的换向。电动机与液压系统中的电磁换向阀和压力继电器的控制由电气部分实现，本设计引入了 进行对电磁换向阀和压力继电器的控制，而电动机则用星三角启动 1。 定系统的机械参数 邵阳学院毕业设计 3 滑动螺旋传动主要是承受转矩和轴向力。因轴向力的作用，螺旋副旋和面间的压强很大，而且相对的滑动速度又大，所以，其主要的失效形式是螺纹的磨损 5。 定螺杆参数 (1) 计算螺杆中径 由给定参数：夹紧力 10 吨 夹紧时间 t=15 s 夹紧行程 S=20 计算得 V=20 105=10m/s F 10 103 10 N 螺杆采用碳钢或是合金钢制成，由于本系统是低速重载的一般传动，采用 45 号钢或 50 钢均可。 螺杆中径 2d / （ 164/ 根据圆整要求，取 2d 36 得 P 3 中参数：梯形螺纹， 传动精度高和要求寿命长时取 4 P滑动螺旋副材料的许用比压， 16 2) 确定扭转力矩 S/ 2d = （ 所以 t n P 3 10 36 10 N 计算得 T （ 10 18 104 N 3) 耐磨性计算 螺纹的磨损与很多因素有关，重要的有螺纹工作表面的压强、相对滑动速度、粗糙度和润滑状态等，其中最主要的是压强和滑动速度。相对滑动速度一定时，压强越大磨损越大。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，就是限制螺纹工作面上在某一滑动速邵阳学院毕业设计 4 度下的压强，使之小于相应滑动速度下材料的许用压强。 因为 2d / （ 所以 2d 36 格 耐磨性条件为 : P F A F z h （ 10 3 83 36 3 P (4) 螺杆的强度校核 螺杆工作时受轴向力和转矩的作用，在螺杆危险剖面上同时存在拉应力和扭转剪应力，按第四强度理论，其危险剖面的强度条件为 22 3 231221 （ 所以 234224 2/105 (5) 螺纹牙强度校核 螺纹牙根部剖面的剪切强度条件为 F/z A F d， b z （ b 3 以螺杆的剪切强度 63 N 为螺纹牙根的弯曲强度条件为 b M W 3z d， b （ 计算得到 b 94 N b 105 N 确定齿轮传动的参数 (1) 轮的转速 P 60/V （ 3 60 135 r/选传动比为，所以齿轮的转速 135 r/2) 轮的材料，确定精度等级及许用压力。两齿轮均选用 45 号钢，调质处理，由机械设计手册 查得 217 255，取 245。选取齿轮的精度等级为级（ 0095邵阳学院毕业设计 5 88）查得 590 N 230 N 计算应力循环次数 N： N 60 n j （ 60 1（ 10 300 8） 106 得 1 取 1（ 350 350）； 1(估 m ) 触疲劳许用压力 公 式得： 12 590 （ 弯曲疲劳许用应力 公 式，得： F 12=( 2 1 1 （ (3) 接触疲劳强度设计： a (u+1) 3 221 )(2 H （ 46790N 21 a 机械设计手册 ，查得 查得 Z 初定中心距(u+1) 3 2121 )(2 (1+1) 3 2) 7 6 7 9 （ 100 一般取 m (取标准模数 m 2数50)11(2 1 0 02)1(21 um aZ t （ 所以， 50 中心距 0 02 )( 21 （ 圆周速度为： 0 060 1355021 0 0 060 1351 0 0 060 11 （ 选取齿轮的精度等级为级可以由 机械设计手册 ，马达驱动，载荷平稳取 K 邵阳学院毕业设计 6 按1 103 5 0507 0 0 级精度，得 1 a（ 考虑低速级轴的刚度较大 由 机械设计手册 得 级， 1.1经表面硬化的齿轮） 所以， 3 0 4 3 A（ 因为 所以 由 机械设 计手册 得 9 9 8 4 3 a 1 0 09 5 6 8 0 33 2121 （ 所以，中心距 100a 合适分度圆直径： 0050221 （ 齿轮宽度 取 3321 由疲劳公式 得 21 K （ 1121 2（ = 邵阳学院毕业设计 7 =22 8 故安全 齿轮的几何尺寸： 0050221 （ 0 42121 0 022 *1121 （ 5)2100)(22 *1121 （ 0021 所以，采用锻造齿轮 齿轮的尺寸 51 1 3 齿轮的尺寸 62 2 3 邵阳学院毕业设计 8 3 液压系统设计 液压系统作为液压主机设计的重要部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠、寿命长，经济性好，使用维护方便。为此，液压系统要与主机的总体设计（包括机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液的相互配合，保证整个装置的性能最高 2。 液压系统的方案设计 路方式的选择 本设计中选用了开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。 行元件的 选择 (1) 选用了液压马达用于实现连续地回转运动。 (2) 活塞液压缸实现直线运动，因为只要求液压缸一个方向工作，反向退回，应选用单伸出活塞缸。 速方式的选择 采用单向节流阀实现速度的调节，这样能保证系统的刚性良好。在本设计中选用了叠加式单向节流阀。 压方式的选择 (1) 在先导型溢流阀的遥控口上远接一个三位四通电磁换向阀。当电磁换向阀的左位或是右位通电时，系统的压力可由远程调压阀调节控制。主溢流阀的调定压力大于两个远程调压阀的调定压力。 (2) 通往液压缸的油路中，为实现二次压 力油的调定选用了减压阀的减压回路。本设计选用了叠加式减压阀。 向回路的选择 本设计的液压设备要求的自动化程度较高，因此应该选用电动换向，即小流量时应选择电磁换向，所以选用了三位四通的电磁换向阀。基于叠加式阀的许多特点，在设计中除了选用了普通的电磁换向阀，还选用了叠加式电磁换向阀。 作转换控制方式 在本液压系统的动作控制中，均采用了压力继电器来控制液压缸或是液压马达的邵阳学院毕业设计 9 动作。当某一油路的压力达到一定值后，其油路中的压力继电器就会发出讯号，使油路中的执行元件的动作停止。 压阀 的选取 加阀 叠加阀是指可直接利用阀体本身的叠加而无需另外的油道连接元件而组成液压系统的特定结构的液压阀的总称。叠加阀安装在板式换向阀和底板之间，每个叠加阀除了具有某种控制阀的功能外，还起着油道作用。叠加阀的工作原理与一般阀的工作原理基本相同，但在结构和连接方式上有其特点故而自成体系。按控制功能叠加阀可分为压力流量、流量、方向三类，其中方向控制阀中只有叠加式单液控单向阀。同一通径的各种叠加阀的油口和螺钉孔的大小位置、数量都与相匹配的板式主换向阀相同，因此，针对一个板式换向阀，可以按一定次序和数 目叠加而组成各种典型的液压系统，通常控制一个执行元件的系统的叠加阀叠加成一叠。 (1) 叠加阀的特点 由叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体积小，重量轻，占地面积小；叠加阀安装简便，装配周期短，系统有变动需增减元件时，重新安装较为方便，使用叠加阀，元件间无管件连接，消除了因管接头等引起的漏油、震动和噪声；使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外形整齐美观，维修保养容易；采用我国叠加阀组成的集中供油系统，节电效果显著。但由于规定尺寸的限制，由叠加阀组成的回路形式较少，通经较小，一般适用于工作压力小于 120量小于 200L/机床、轻工机械、工程机械、煤炭机械、船舶、冶金设备等行业。 (2) 选取叠加阀 本设计采用了单功能叠加阀，即只具有一种普通液压阀的功能，如压力控制阀中的减压阀，流量控制阀中的单向节流阀，方向控制阀中的液控单向阀，还有叠加压力继电器。各种叠加阀的安装表面尺寸和高度尺寸都由 790 和 401 等标准规定，使叠加阀组成的液压系统具有很强的组合性。 压系统的参数设计和拟定液压原理图 选取马达 邵阳学院毕业设计 10 T系统转矩， Nm V马达的排量， m3/l P马达的压强， m马达的机械效率， T=P V m （ 有： T m P （ 10104 16 106 ml/r 根据马达排量的选取系列，选取排量为 80 ml/r。本设计中选用的马达为 种马达的体积小、重量轻、噪声低、运转平稳、工作可靠，可实现无级变速，双向运转。 选取液压泵 m i n: （ 液压马达的容积效率 n v 故 m q m 3.3 总泵的排量 8 5 07 8 总（ 列叶片的额定压力为 16系列泵的结构类似于 1列泵， 12小厚度仅 措施，减小叶片在中、高压下对吸油区定子的压紧 力以降低磨损；同时提高定子强度，使该系统适应中高压力的要求；定子曲线为高次曲线，降低了泵的噪声。 选取电动机 (1) 电动机选用的一般原则 在选择电动机的类型时要根据工作机的要求来选取。负荷平稳且无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼型异步电动机。 电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式，应根据防护要求及环境条件邵阳学院毕业设计 11 进行选择。 选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还需满足电网的要求。如启动时能维持电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内等。 电动机功能应有适当的备用容量。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。 (2) 选取电机： 总（ 63 本设计选用了 4132 动机功率 速 r ，同步转速 r ，电流 该电动机的特性： 系列电动机是封闭风扇自冷式鼠笼式三相异步电动机。我国统一设计的取代2列的更新换代产品。 系列电动机效率高、节能、启动转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合国际标准（ 系列电动机为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如金属切削机床、鼓风机、 水泵等 4。 设计液压系统图 由以上各个单独回路与阀的组合，我们可以组合成本液压系统的原理图，如图 示。 邵阳学院毕业设计 12 图 液压系统原理图 邵阳学院毕业设计 13 4 液压装置的结构设计 滤油器 滤油器的功用和安装 滤油器的功用是滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染，保证液压系统正常工作。 (1) 液压传动系统中工作介质含有各种杂质，其主要来源有：虽经清洗仍残留在液压系统中的机械杂质， 如水锈、铸砂、焊渣、铁屑、涂料、油漆皮和棉纱丝等；外部进入液压系统的杂质，如经注液口、防尘圈等进入的灰尘；工作过程中产生的杂质，如密封件受液压作用形成的碎片、运动件相对磨损产生的金属粉末、液体因氧化变质产生的胶质、沥青质、碳渣等。上述杂质将起到破坏作用，严重防碍液压系统的正常工作。如：使节流口卡死或堵塞；加剧介质的化学作用，使工作介质变质。据统计，液压系统中的故障，有 75%以上是因为工作介质中混入杂质造成的。为此，应维护工作介质的清洁，防止其污染。 (2) 过滤器在液压系统中的安装位置： 安装在液压泵的 吸油管路上，主要目的是保护液压泵，防止吸油时将较大颗粒的杂质吸入泵内。为了不影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的过滤器的通流能力应大于液压泵流量的两倍。吸油过滤器的压差受液压泵吸油特性的限制，使用中最大压差一般不大于 高过滤精度不超过 3050 m。 安装在压油管路上，在压油管路上可以安装各种型式的精过滤器，用来保护液压泵以外的其他液压元件。过滤精度一般为 320 m，工作时滤芯的最大压差一般为 过滤器要有一定强度。 安装在回油路上，在系统回油路上安装过滤器 是比较理想的。在系统油液流回油箱前，过滤器将外界浸入系统和系统内产生的污染物滤除，为液压泵提供清洁的油液。回路上过滤器承受的压力为回油路的背压。一般不超过 1而结构尺寸可适当加大，以提高纳垢容量。回油路过滤器可采用高精度滤芯，最大允许压差一般为 选取滤油器 邵阳学院毕业设计 14 本液压系统共使用了三个滤油器：吸油滤油器，压力管路滤油器，回油滤油器。 其中吸油滤油器要有足够的通流能力。因为需经常清洗过滤器，所以在油箱结构上要考虑拆卸方便。本设计选用了 80 箱上吸油过滤器，用于油泵吸油 口处滤除油液中的杂质，用以保护油泵及其他液压元件，有效地控制液压系统污染。本滤油器的吸油能力大，阻力小。可直接安装在油箱的盖板上，筒体伸入油箱的油液中。当滤芯堵塞需清洗或更换时，只须打开过滤器上盖，即可取出滤芯进行清洗或更换，十分方便。 压力管路滤油器采用了 20L 型纸质过滤器。本过滤器适用于液压系统压力管路上精过滤。用以滤除油液中的机械和化学杂质，从而防止阀芯卡死，节流小孔间隙和阻尼孔的堵塞，减弱液压元件的磨损。其主要的性能特点有： (1) 过滤器直接安装在系统的压力管路上，进出油口均采用螺纹 连接，安装简单，更换滤芯方便。 (2) 滤芯采用纸质和新型化纤滤材，具有过滤精度高，通流能力大，压力损失小，纳污量大等优点。 本液压系统的回油滤油器选用了 3L 型微型直回式回油过滤器。该过滤器安装在油箱的顶部，筒体部分浸于油箱内并设置旁通阀，扩散器等装置 3。 油箱和压力表辅件 油箱 (1) 油箱的用途及选择 油箱在液压系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀物的作用。 本系统选用了开式油箱。因为开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通。为防止油被大气污染 ，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。 (2) 油箱的构造与设计要点 油箱必须有足够的容量，以保证系统工作时能保持一定的液位高度。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至溢出。 底部做成适当斜度，并在油箱底部最低位置安设放油塞，以便于换油时油液和污物能顺利地从防油孔流出，油箱内沉淀物的定期清理。油箱上盖上应安放空气滤清器，邵阳学院毕业设计 15 其通气流量不小于泵流量的 ，以保证具有较好的抗污能力。 油箱侧壁安装油位指示器，以指示最低、最高油位。为了防锈、防凝水，新油箱内经喷丸、酸洗和表面清洗后，可涂一层与工 作油液相容的塑料膜或是耐油清漆。 油管及回油管要用隔板分开，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质。隔板高度一般取油面高度的 3/4。 5、 2、 3a 规定：“油箱的底部应离地面 15上，以便于搬移、放油和散热。” (3) 空气滤清器 在液压系统中，净化工作油液是相当重要的环节。空气滤清器能防止空气中的污染颗粒进入油箱，起到延长油液及元件的工作周期和使用寿命的作用，从而保证了液压系统的正常工作。此外，液压系统工作时，空气滤清器能维持油箱内的压力和大气压力平衡，以避免 可能出现的空穴现象。 本设计中采用了 气滤清器，其结构由空气过滤和加油过滤两部分组成，直接安装在油箱盖板上，既可以滤除液压系统工作时由空气中带入油箱内的尘埃，又可以滤除加油过程中带入油箱的颗粒杂质，从而简化了油箱的结构，有利于油液的液化 3。 压力表辅件 主要包括压力表及压力表开关。 (1) 压力表 液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。一般机械设备液压系统采用 精度等级的压力表。在选用压力表的量程时，应选比液压系统压力要高，即压力表量程均为 系统最高工作压力的 左右。 压力表安装在调整系统压力时能直接观察到的部位。压力表接入压力管道时，应通过压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而损坏压力表。 (2) 压力表开关 压力表开关用于切断和接通压力表与油路的通道，压力表开关相当于一个小型的截止阀。 邵阳学院毕业设计 16 接头 管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的连接件。管接头必须在强度足够的前提下，在压力冲击和振动下要保持管路的密封性、连接牢固、外形尺寸小、加工工艺性好、压力损失小等要求。 液压系统选用了焊接式管接头。焊接式管接头利用接管与 管子焊接。接头体与管子之间用形密封圈端面密封。这种管接头结构简单，易制造、耐压高（可达 32密封性好、而对管子的尺寸精度要求不高。但是要求焊接质量高。在本设计中采用了端直通焊接式管接头、直角焊接式管接头、四通焊接式管接头 3。 集成块 当液压控制阀采用板式连接时，将阀集中安装在专用的阀块，不仅便于集中管理，而且可以减少连接管路，提高液压系统的工作可靠性。 集成块的设计原则 (1) 选择集成阀的个数，若集成阀的个数太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；集成阀太少， 集成的意义又不大。 (2) 在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔。 (3) 阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必须符合要求。 集成块的结构设计 (1) 液压阀位置的确定 在认真分析液压系统原理图的基础上，根据油口就近连通的原则，应将有互通关系的阀安装在相邻的表面。布置阀的位置时，除需保证阀的互通油口位于同一层，互通的油道有足够的壁厚外，还必须考虑阀的上、下、左、右安装空间，保证阀与阀之间，阀与安装底板之间不得有相碰的情况。 (2) 视图及尺寸标注 阀块加工图一般用六 个视图表示，每个视图表示一个面的阀的安装螺孔和油口的尺寸。在标注尺寸时一般以主视图的左下角为尺寸标准标注阀安装螺孔的坐标尺寸，再以螺孔为基准标注该阀其它孔口的位置尺寸。标注阀的一组尺寸时应严格按照安装底板尺寸图。一般安装螺孔之间的位置偏差为 口的位置邵阳学院毕业设计 17 尺寸偏差为 后在阀块加工图中列表标注：孔号孔径孔深相交孔号。为便于对照，还在阀块加工图中绘制了集成阀的油路原理图。 邵阳学院毕业设计 18 5 电气控制 气驱动 任何生产过程和生产设备都需要能源。由于电能具有便于远距离传送、分配和灵活控制等特点，因此，它成为普遍应用的一种能量形式。将电能变为机械能的电动机和电磁阀等必然成为现代生产的主要动力机械。生产过程的运行、生产机械的起动、停止以及速度调节等，都可以通过对电动机和电磁阀等的控制来实现。电动机和电磁阀等动力电器具有控制方便、效率较高的特点。用动力电器驱使生产机械的工作结构的电气机械装置称为电气驱动 7。 三角起动的控制 这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程，所不同的是起动时间 将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的 1/ 3 ，从而减小了起动电流对电网的影响。待起动后期按预先整定的时间换接成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运转。 星三角形起动的优点在于星形起动电流只是原来三角形接法的 1/3，起动电流特性好、结构简单、价格便宜 6。图见 制系统设计 可编程序控制器是专门为工业设计的一种顺序控制用电气控制设备。其主要特点是与控制对象有更强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制，即过程中数据的采集和控制信号的输出，以及数据的处理等要求而进行设计的。 基本结构虽然与一般的微型机算计大体上相同，但是它的工作过程与之有很大的差异。这种差异主要是由操作系统和系统软件的不同而造成的。 作的主要特点是输入信号集中批处理，执行过程集中批处理和输出控制集中批处理。这种差异的原因是 入和输出端口通常都比较多，集中处理可以简化操作过程并便于控制，以提高系统运行的可靠性。其可靠性比相同规模的微型计算机高一个数量级。 经过反复调试无误后的 制系统就可以装运到现场进入实际系统 运行。但在现场实际工作前，还必须首先对整个系统的接线和电源系统作仔细的检查。在试运邵阳学院毕业设计 19 行的阶段，系统的操作者还必须密切注视和观察系统的运行状况，以便及时发现问题，及时停机检查。 分析本设计的工作过程为：螺杆夹紧、螺杆放松、螺杆摆出、螺杆摆进四个动作。个动作的执行均用双线圈三位四通电磁阀控制液压缸或马达来完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作。例如一旦夹紧的电磁阀线圈通电，螺杆夹紧头上升，夹紧垫板，并保持夹紧状态，直到夹紧压力继电器发讯断电为止。当需要实现螺杆下降放松垫板时，给放松的电磁阀线圈通电 ，并保持放松的状态，直到放松压力继电器发讯断电为止。同样的，分别给控制摆进、摆出的电磁换向阀通电，夹紧头实现摆进、摆出的动作，并保持状态，直到摆进、摆出的压力继电器发讯断电。 因为在实际应用中，动作的间隔时间长，采用手动控制。用按钮通过机对夹紧头的每一个动作单独进行控制。 (1) 设计的输入输出端子 输入有控制按钮和选择开关及压力继电器，共有点。 基本的执行元件为螺杆组、的控制继电器，控
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