一种简易的数控实验铣床的主轴箱结构设计

一种简易的数控实验铣床的主轴箱结构设计摘要：数控技术的发展，对我国国民经济的发展起着巨大的作用，特别是对我国机械制造工业的现代化起到至关重要的作用。为此，我们要加大数控机床的研究和探讨。本文主题是对数控铣床主轴箱结构的设计，其主要目的是通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解常用机械加工设备应用以及各种主轴箱结构原理、熟练掌握机械及相关产品及其零部件结构等方面的设计方法及设计思想等内容，为我在毕业后从事结构设计等方面的工作打好基础。本文设计的内容主要有同步带传动设计与计算、主轴部件的设计以及主轴轴承的选择等，针对这些设计利用CAD软件画出主轴部件图和非标零部件结构图。通过这次设计，我对数控技术的发展现状有了一个全面地了解，了解了数控技术在现在以及以后机械工业中所起的作用，明白了数控技术在以后工业的发展中所扮演的角色。关键词：机械设计，主轴，数控系统IAsimplenumericalcontrolexperimentalspindleboxofmillingmachinestructuredesignAbstract：Thedevelopmentofnumericalcontroltechnology,forthedevelopmentofthenationaleconomyplaysahugerole,especiallyinmodernmachinerymanufacturingindustryinChinaplayacrucialrole.Therefore,weshouldincreasetheresearchofncmachinetoolsandthediscussion.ThistopicisthedesignofCNCmillingmachinespindleboxstructure,themainpurposeisthroughthegraduationdesign,thebasictheoryoftheintegrateduseoflearnedknowledge,Insightintotheapplicationofcommonmechanicalprocessingequipmentandavarietyofspindleboxstructureprinciple,familiarwithmachineryandrelatedproductsandpartsstructuredesignmethodsanddesignideas,aftergraduationformeworkinthestructuredesign,Thispaperdesignedthemaincontentofsynchronousbelttransmissiondesignandcalculation,thedesignofthespindleassemblyandthespindlebearingselection,etc,AccordingtothesedesignusingCADsoftwaredrawthespindleassemblydiagramandnon-standardpartsstructure.Throughthisdesign,Iamaboutthepresentsituationofthedevelopmentofnumericalcontroltechnologyhasacomprehensiveunderstanding,Tounderstandthenumericalcontroltechnologyinmechanicalindustrynowandlater,understandthenumericalcontroltechnologytheroleofIItheindustrialdevelopinginthefuture.Keywords:mechanicaldesign,thespindle,CNCsystemIII目录1绪论.11.1数控机床的介绍.11.2主传动系统设计概述.21.2.1数控机床的优点.21.2.2对主传动系统的要求.21.3本章小结.22数控铣床主传动系统的配置方式.32.1带有变速齿轮的主传动.32.2通过带传动的主传动.32.3由主轴电动机直接驱动.42.4电主轴.52.5本章小结.53主轴电动机的选取.63.1电动机功率的选择.63.2电动机转速的选择.63.3电动机型号的选取.63.4本章小结.74同步带传动设计与计算.74.1结构.74.2主要参数计算.84.3本章小结.105主轴组件的设计.105.1对主轴部件的基本要求.115.2主轴组件的热变形.125.3主轴材料的选择及尺寸、参数的计算.125.3.1主轴的构造.125.3.2主轴的材料和热处理.135.3.3主轴的尺寸参数计算.13IV5.4主轴箱体的截面形状和壁厚计算.155.5本章小结.156主轴轴承的选择.166.1轴承的选择和轴承的精度.176.2轴承预紧力的要求.176.3主轴轴承的润滑与密封.176.3.1密封.176.3.2润滑.186.3.3轴承间隙调整和预紧.186.4选取轴承.186.5轴承寿命校核.216.6轴承座孔的设计要求.226.7本章小结.227其它零件的选择与计算.227.1碟形弹簧的选择与计算.237.2碟形弹簧材料的处理.237.3螺钉连接的设计要求.247.4螺钉的强度计算与校核.257.5本章小结.258液压缸及密封件设计.268.1液压缸设计中应注意的问题.268.2液压缸主要尺寸的确定.278.3强度校核.278.4密封.288.4.1对密封装置的要求.288.4.2密封装置的类型和特点.288.4.3防尘圈设计要求.298.5本章小结.299主轴部件图的工作原理.299.1由液压缸驱动.29V9.3由电动机驱动.319.4本章小结.31结论.31参考文献.32致谢.3301绪论1.1数控机床的介绍数字控制（NC，NumericalControl）简称数控，是指利用数字化的代码构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的一种方法。数控系统（NCS，NumericalControlSystem）是指利用数字控制技术实现的自动控制系统1。数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过程进行控制的机床，是典型的机电一体化产品，是数控技术的最典型应用2。数控机床是机、电、液、气、光，高度一体的产品。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量的要求越来越高。由于产品变化频繁，目前在一般机械加工中，单件、小批生产的产品约占70%80%。为了保证产品的质量，提高生产率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程实现自动化。在汽车、拖拉机等大量生产的工业部门中，大都采用自动机床。组合机床和自动线。但这种设备的第一次投资费用大，生产准备时间长，这与改型频繁、精度要求高、零件形状复杂的舰船、宇航、深浅以及其它国防工业的要求不相适应。如果采用仿形机床，则要制造靠模，不仅生产周期长，精度亦受限制。数控机床就是在这种条件下发展起来的一种适用于精度高、零件形状复杂的单件、小批生产的自动化机床3。数控机床能完成很多普通机床难以胜任，或者根本不可能加工出来的复杂型面的零件。在数控机床上加工工件时，预先把加工过程所需要的全部信息（如各种操作、工艺步骤和加工尺寸等）利用数字或代码化的数字量表示出来，编出控制程序，输入专用的或通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的各个执行元件，使机床按照给定的程序，自动加工出所需的工件。加工对象改变时，一般只需更换加工程序，无需像其它自动机床那样重新制造凸轮。数字控制具有较大的灵活性，特别适用于生产对象经常改变的地方，并能方便的实现对复杂零件的高精度加工4。数控机床可以获得较高的加工精度，加工质量稳定。有较高的生产率。5数控技术的发展，对我国国民经济的发展起着巨大的作用，特别是对我国机械制造工业的现代化起到至关重要的作用。为此，我们要加大数控机床的研究和探讨，1把三坐标铣床主轴设计作为我的毕业设计，也是对我大学期间学习成果的一次全方位的检验。1.2主传动系统设计概述1.2.1数控机床的优点数控机床的主传动系统将电动机的功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主运动。主传动系统主要包括主轴电动机、传动件、主轴、编码器等6。随着数控技术的发展，对数控机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。因此，传统机床的一切弱点例如结构刚性不足、抗振性差、滑动面的摩擦阻力较大以及传动元件中的间隙等，就越来越明显，它的某些基本结构限制了数控机床技术性能的发挥。因此，现代数控机床在机械结构上的许多地方与普通机床显著不同7。1.2.2对主传动系统的要求1.主轴转速高，变速范围宽并可无级变速2.主轴传动平稳、噪声低、精度高3.具有良好的抗震性和热稳定性4.能实现刀具的快速和自动装卸5.主轴组件的耐磨性；61.3本章小结本章节对数控机床进行了一系列介绍，主要从数控机床的优越性和作用以及数控铣床对主传动系统的要求来说明，并为下一章的主传动配置方式打好基础。22数控铣床主传动系统的配置方式数控铣床的主传动系统要求有较大的调速范围，以保证进行加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此，变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无极调速系统。为扩大调速范围，适应低速大扭矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无极调速相结合的调速方式。数控机床主传动系统主要有几种配置方式：2.1带有变速齿轮的主传动如图所示，大、中型数控机床采用这种变速方式。通过少数几对齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的位移大都采用液压拨叉，或者电磁离合器变速来实现。62.2通过带传动的主传动如图2-a，主要应用在转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低速转矩特性要求的主轴。同步带传动是数控机床上应用较多的一种传动结构，它3可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声。同步带的传动结构如图2-b所示，同步带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，工作时，带齿与带轮的轮槽相啮合，它综合了齿轮传动、带传动和链传动的优点。同步带内采用的弹力层是承载后无弹性伸长的材料，以保持带的节距不变，使主、从动带轮可做无相对滑动的同步传动。62-a2-b2.3由主轴电动机直接驱动如图所示，电动机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种主传动方式简化了主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度;但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响很大。642.4电主轴电主轴是最近几年出现的将机床主轴与主轴电动机融为一体的新技术，应用在高速数控机床上，其外形如下图所示。它与直线电动机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等，其主轴部件结构紧凑，重量轻，可提高启动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声，缺点是制造和维护困难且成本较高。62.5本章小结本章介绍了数控机床的主传动系统主要有几种配置方式，针对我的毕业设计，我选择的是通过带传动的主传动方式。为了下面能顺利进行设计，我确立了我需要的技术指标：1）要求使用CAD进行设计；2）主轴转速范围（无级）504500r/min；3）主轴电机功率1.85KW；4）主轴锥孔锥度7:24；5）主轴换刀方式：叠簧拉紧，液压松刀；6）电源220V/50HZ/5A。53主轴电动机的选取正确选择电动机的类型、型号及容量是机床设计的重要问题之一，它直接影响着机床的结构和寿命，选择时要根据机床的功能要求，所设计的结构，工作状况等全面考虑，然后选择适宜的结构型式及容量。3.1电动机功率的选择工作机所需的有效功率为：Pw=Fv/1000=17.5kw,为了计算电动机所需的功率，先要确定从电动机到工作部件的总效率，设1、2、分别为同步带轮和同步带的传动效率，查表所得1和2都等于0.97。则传动的总效率为=12=0.94，所以电动机所需的功率为Pd=Pw/=18.5KW。3.2电动机转速的选择此次设计要求电动机必须有额定转速1500r/min,最高转速必须达到4000r/min。3.3电动机型号的选取根据设计要求，本次设计中选取兰州电机厂生产的1PH5167-4CF4型号交流主轴电动机。其主要参数如下表：额定转速（r/min）最高转速(r/min)额定转矩惯性矩(N.M)电机功率(KW)恒功率范70.04618.51:9063.4本章小结本章对电动机的功率、转速、型号进行了选择，为下一章的计算打好基础。74同步带传动设计与计算同步带的工作面有齿，带轮的轮缘表面也制有相应的齿，带与带轮是靠啮合进行传动的，使主、从带轮间作无滑差的同步运动，传动比恒定。这种带薄而且轻，故可用于较高速度，传动时的线速度可达40m/s，传动比可达10，效率可达98%。8此次设计选用梯形同步带，它靠齿啮合传动，速比准确，传动效率高，初张紧力最小，轴承承受压力最小，瞬时速度均匀，单位质量传递的功率最大，与链和齿轮传动相比，噪声小，不需要润滑，传动比、线速度范围大，传递功率大，而冲击振动较好，维修简单，经济。广泛用于各种机械传动中。4.1结构同步带的结构如图所示，它是由强力层和基体组成。我国生产的同步带大多用钢丝绳作为强力层4，沿着带宽度将多股钢丝绳螺旋形地绕制在带的节线位置上。同步带的基体包括带齿3与齿背1两部分。带齿应于带轮齿槽正确啮合，带背用以粘接包覆强力层。常用的基体材料有聚氨酯或氯丁橡胶。为了增强耐磨性，常在带的工作面上加贴一层棉纶织物。在带的内表面开有适当大小的尖角凹槽，这除满足工艺要求外，尚能增加带的柔性，减少噪音。884.2主要参数计算设计计算的内容主要是：齿形带的模数、齿数、和宽度的结构和尺寸，传动中心距，作用在轴上载荷以及结构设计。1）模数的选取模数主要根据齿形带所传递的计算功率Pd和小带轮转速n1确定的，通过查械设计表11-14查得Pd=KA*P,式中P为传动功率表4-1一天运转时间/h载荷性质10101616载荷平稳1.01.11.2载荷变化小1.21.41.6载荷变化大1.41.72.0选取KA=1.7，所以PC=5.51.7=9.35KW由齿形带模数选用图可选m=42）小带轮齿数Z1:由机械设计表11-15得Zmin=22,所以取Z1=243）同步带节距Pb:由PD=9.35KWn1=1500r/min,查表选取节距Pb=12.566mm,齿形角2=40。齿根厚S=5.75mm。齿顶厚St=4mm,齿高hg=ht+e=2.4+2.7=5.1mm,齿根圆半径Rr=齿顶圆半径Ra=0.40mm,带高hs=4.4mm,节顶距=1.000mm,带bs=3540mm.4）节圆直径d1:d1=96zpb5）大带轮齿数z2与直径：z2=iz1=366）大带轮直径d2=id1=1.596=14497）验算线速度V:V=7.536，参考文献9106nd一般情况下，当m=1.5、2、2.5、3时，Vmax=4050米/秒；m=4、5时，Vmax=3540米/秒；m=7、10时，Vmax=2530米/秒；Vmax=3540V2时，Zm6；m2时，Zm4。因为当m2时，Zm应不小于6，所以计算的Zm满足条件。12）确定齿形带宽度bs:bs查表取Kz=1.20,Fa=20N/mm参考文献9310)(VFcaKzPdFc=mbV2=4.810-37.5362=0.273所以bs选取bs=4012.39056.7)3.0(.1913）作用与轴上的力Fr：Fr=NVPd7.1240536.791014）小带轮最小包角：180-60（d2-d1）/a=180。-60。（144-96）/314=170.8。15）带轮宽度bf,bf1,bf2bf=bs+(1.53)=41.543f1=bs+(67)=4647bs+(35)=43454.3本章小结本章主要对同步带进行参数计算。115主轴组件的设计主轴部件是机床的重要部件之一。主轴部件通常是由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动件等组成。机床工作时，由主轴带动工件或刀具直接参加表面成形运动，所以主轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有着重要的影响。机床主轴和一般传动轴有一定的相同之处，就是都要传递运动和扭矩，都要保证轴上传动件和轴承的正常工作。因此，它必须满足一般传动轴的要求。但是主轴又是直接带着工件或刀具旋转进行切削的，因此对主轴又有特殊的较高的要求。各种机床主轴的工作情况虽然各不相同，它们所要求的转速变化范围和承受的载荷等也相差很大，但是对主轴部件有一个共同的要求，就是主轴在工作载荷下，应能长期保持所需要的稳定的工作精度，以保持工件的加工精度和表面光洁度。105.1对主轴部件的基本要求1）旋转精度主轴部件的旋转精度是指机床在装配后，主轴前端安装工件或刀具部分的径向和轴向跳动的大小。102）刚度12对主轴部件的刚度要求是指在外力的作用下，主轴部件应具有一定的抵抗变形的能力。也就是在外力作用下，主轴应仍能保持一定的工作精度。主轴部件刚度的大小通常以使主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所需施加的作用力来表示。它综合地反映了主轴轴承的变形。103）抗振性动态柔度越小，则抗振性越好。104）温升主轴部件在运转中温升过高会引起两方面的不良结果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的旋转中心线和机床其他部件的相对位置发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。105）主轴的耐磨性主轴部件必须有足够的耐磨性，以便能长期地保持精度。105.2主轴组件的热变形减少主轴组件热变形的措施：1、移置热源2、减少热源的发热量3、采用冷却散热装置4、减小机床各部位间的温差5、在结构设计中采用自动补偿装置6、使热变形朝着不影响精度的方向发展10135.3主轴材料的选择及尺寸、参数的计算5.3.1主轴的构造主轴的构造形状主要决定于轴上所安装的传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装方法等，同时还应考虑主轴的加工和装配的工艺性。为了便于装配，常把主轴做成阶梯型。主轴前端（头部）的结构应保证夹具、顶尖、或刀具安装准确，装卸方便，并尽量缩短主轴端的悬伸长度。下图所示轴端形状用在铣床上，锥孔用作安装铣刀或铣刀心轴的尾锥，并用拉杆自主轴孔中从后面拉紧。在安装端铣刀时可用螺钉固定。主轴前端端面键以传递扭矩。数控铣床的主轴端部结构，一般采用短圆锥法兰盘式。5.3.2主轴的材料和热处理主轴材料的选择应根据所需的刚度、强度、耐磨性和热处理后的变形大小确定。由于在几何形状一定时主轴的刚度决定于材料的弹性模量，而各种钢材的弹性模量几乎没有什么差别，所以机床主轴如没有特殊要求，就可以采用45号钢。5.3.3主轴的尺寸参数计算主轴的主要尺寸参数包括：主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据使主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适应范围。主轴直径：14主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承的公差值也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转数下降。主轴后端支撑轴颈的直径可视为0.70.8的前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。主轴内孔直径：主轴的内孔用来安放棒料、刀具夹紧装置固定刀具、传动气动或液动卡盘等。主轴孔径越大，可通过的棒料直径也越大，机床的适用范围就越广，同时主轴部件的相对重量也越轻。主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。主轴的孔径与主轴的直径之比，小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当；等于0.35时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%；大于0.7时空心主轴的刚度急剧下降。一般可取其比值为0.5左右。根据设计要求，此设计选用的主轴材料是45#钢。其热处理及参数如下表表5-1材料热处理硬度（HBS）抗拉强度极限屈服强度极限s弯曲疲劳极限-1剪切疲劳极限-1许用弯曲应力-145调质、渗氮21725564035530015560因为选用的主轴电机功率为P=18.5KW，额定转速nc=1500r/min所以主轴功率：p=pc/123=9.67kw98.07.51因为主轴是空心转轴，所以15d1=21.68.3122)(TM34查表得=1.23所以d1=21.681.2321.23=56.634又因为此处轴上有一个键槽，所以d1=d(1+5%)=59.45取d1=60;d2=d1+2a,a为轴肩高度，用于轴上零件的定位和固定，故a值应该稍微大于毂孔的圆角半径或倒角深，通常取a（0.070.1）d1；d2应符合密封件的孔径要求。所以d2=63mmd3=d2+58mm=72mm。d4=d3+15mm=74mm。d5=d4+15mm=78mm。d6=d5+2a。a(0.070.1)d1所以d6=80mm。根据选用的轴承确定d7=98mm主轴的疲劳强度安全系数校核，危险截面安全系数s的校核计算：s=s2s_只考虑弯距作用的安全系数；ss_只考虑扭距作用是的安全系数；s_许用安全系数；在此查表所得s=1.31.5；s=mk1mks1查表得出-1=270Mpa-1=155Mpak=1.71k=1.44=1.6=0.78=0.74，=0.3，=0.21，=，m=，M=，WM2)1(324dd0Wp=)1(643d16所以：s=1.08T8.460132.3809.52.1143因为轴承使用寿命远大于轴承预期的寿命所以轴承合格的。6.6轴承座孔的设计要求箱体壁上有安装轴承的轴承座孔，通常轴承座孔宽度均大于壁厚，而且，孔的两端面往往需要机械加工，壁厚则不需要加工，故在箱壁单侧或者双侧制造出凸台，凸台可以增强主轴箱体的局部刚度，但D/d小于或等于2时，增强效果较为明显。由于结构的原因，h/t2的情况下，为改善凸台的局部刚度，应该设有加强肋。6.7本章小结本章对主轴轴承进行了选择和对轴承的一些要求。247其它零件的选择与计算键的类型可根据联接的结构特点，使用要求和工作条件选择，键截面尺寸通常根据轴的直径，从标准中选取，对于某些特殊情况（如阶梯轴）在保证传递所需的转矩的条件下，允许选用较标准规定小一挡的截面尺寸，有时候由于工艺和强度原因，也可以选用较标准规定尺寸大一挡的键，键的长度按轮毂长度而定，即键的长度等于略短于轮毂的长度，而导向平键就的按轮毂的长度及滑动距离而定，键的长度应该符合标准规定的长度系列。根据设计尺寸和GB/T1096-1979选普通平键联接，键的公称尺寸是bhL=108(2836)，材料选取45号钢。7.1碟形弹簧的选择与计算碟形弹簧它是一种用钢板冲压的截面锥形压缩弹簧，其特点是：图7-1碟形弹簧1.刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，适合于轴向空间要求小的场合。2.具有变刚度特性，这种弹簧具有很广范围的非线性特性。253.用同样的碟形弹簧采用不同的组合方式，能使弹簧特性在很大范围内变化。可采用对合、叠合的组合方式，也可采用复合不同厚度，不同片数等的组合方式。8根据设计要求，选用A系列碟形弹簧。采用对合组合方式安装。7.2碟形弹簧材料的处理碟形弹簧材料为60Si2MnA，碟簧成型后，进行淬火，回火后的硬度必须在HRC4245范围内单面脱碳层深度，对于厚度小于1.25mm的第一类碟形弹簧，不得超过其厚度的5%，对于厚度不小于1.25mm的碟形弹簧，不超过其厚度的3%（其最小值允许为0.06）。碟形弹簧应全部进行强压处理，处理方法为：一次压平，持续时间不少于12h，或者进行短时压平，压平次数不小于5次，压平力不小于二倍的Pf=0.75h0,强化处理后自由高度应稳定。对于受变负荷的碟形弹簧，内锥面推荐表面作强化处理，例如喷丸处理等，根据需要，碟形弹簧表面进行防腐处理（如磷化、氧化、镀锌等），经电镀后的碟形弹簧，必须进行去氢处理，不过对受变负载的碟形弹簧应该避免采用电镀方法处理。其主要设计参数如下：D=50d=25.4t=3h0=1.1H0=4.1P=12000Nf=0.83H0-f=3.27M=-1250N/2=1430N/2Q=34.30kg/1000件D/t18h0=0.4E=206000N/2=0.3K4=1C=2压平弹簧的负载：PC=NDhtE81014421032K1=0.69，ln2CP/Pc=5000/8410=0.59因为h0/t=0.4(查表所得)所以57.0hf26f=0.57h0=0.51所以对合组合的片数为I=取12片.76.15.0fZ未受负载的高度是HZ=i.H0=223.15=69.3受负载时的高度H1=HZ-if=69.3-220.51=58.08压平弹簧时(f=h0)M点的应力M=1350144212tfKDtE此数据与60Si2MnA的屈服极限1400接近碟形弹簧的刚度P=9015.53N12314020422132tftfhtKDtE7.3螺钉连接的设计要求螺钉的布置一般对称形式，并应该根据结构和力流方向使螺钉受力合理，加工与安装方便；形心与结合面的形心应该重合；用铰制孔螺钉（受剪切螺钉）承受横向载荷时，沿力流方向的螺钉应不多于6个；一组螺钉的直径和长度应该尽量相同；一组螺钉中每个螺钉的预紧力应该相同；钉中心线间的最小距离t=（1.52.0）s，s为六角螺母的对边宽度，最大距离与联接用途有关；该满足拧螺钉时需要的最小扳手空间；校核计算时只计算受力最大的螺钉。六角头头部带槽螺钉：根据设计要求计算：选用M6和M8两种螺钉，其中M6型号螺钉主要尺寸参数为：27b=24,dk=9.7810,K=3.9,t=2,B=4.15,l=1060,精度等级为8.8级。M8型号螺钉主要尺寸参数为：b=28,dk=12.7313,K=5,t=2.6,B=5,l=1280，精度等级为8.8级。7.4螺钉的强度计算与校核承受横向载荷和轴向载荷的普通螺钉的校核M6螺钉校核公式：41.3F0/(d1)2,96.32=106.2所以合格。设计公式：d141.3F0/1/2=5.96式中(d1是螺钉的螺纹小径，是螺钉的许用拉应力)7.5本章小结本章对其它零件进行了选择与计算，包括联接键和碟形弹簧的选择与计算，螺钉联接的设计。288液压缸及密封件设计液压缸的设计是重要内容之一。由于液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系。对于不同的机械设备及其工作机构，液压缸具有不同的用途和工作要求，因此在设计液压缸之前，要在对液压系统工作情况分析的基础上，根据液压缸在机构中所要完成的任务来选择液压缸的结构形式，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。11此次设计选用的是双杆活塞式液压缸，这种液压缸是缸筒固定的双杆活塞缸，活塞的两侧的活塞杆直径相等，它的进油口和出油口位于缸筒的两端，当工作压力和输入流量向同时，两个方向上的推力和速度是相等的。图8-1液压缸8.1液压缸设计中应注意的问题29不同的液压缸有不同的设计内容和要求。一般在设计液压缸的结构时应注意以下几个问题：1.尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。2.考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需要有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。3.根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式。但液压缸只能一端定位。4.液压缸各部分的结构需要根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。118.2液压缸主要尺寸的确定液压缸的缸筒内径D：是根据负载的大小和选定的工作压力，或运动速度和输入的流量计算，再参考GB2348-80标准选取缸筒内径D=78.5mm活塞杆直径d：液压缸活塞杆的直径d通常先满足液压缸速度或速比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性，按工作时受力情况，参考GB3458-80标准确定d=27mm液压缸钢筒长度L:液压缸的缸筒长度L由最大工作行程长度决定，缸筒的长度一般最好不超过其内径的20倍。根据最大工作行程确定L=126mm。118.3强度校核对于液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚，在中、低压液压系统中，缸筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校核。在高压系统中，须按下列情况进行校核。30（1）缸筒壁厚校核，当D/10时为薄壁，可按下式校核，=2Dpy23mm式中D为缸筒的内径；Py为试验压力，当缸的额定压力pn16Mpa时取py=1.5pn；pn16Mpa时，取py=1.25pn;为缸筒材料的许用应力,=b/n,b为材料抗拉强度,n为安全系数,一般取n=5。(2)活塞杆直径校核活塞杆直径d的校核按下式进行=26.66mmF4式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆上的许用应力，=b/1.4。128.4密封密封是解决液压系统泄漏问题最重要、最有效的手段。液压系统如果密封不良，可能出现不允许的外泄漏，外漏的油液将会污染环境；可能使空气进入吸油腔，影响液压缸的工作性能和液压执行元件运动的平稳性（爬行），泄漏严重时，系统容积效率过低，甚至工作压力达不到要求值；若密封过度，虽可防止泄漏，但会造成密封部分的剧烈磨损，缩短密封件的使用寿命，增大液压元件内的运动摩擦阻力，降低系统的机械效率。因此，合理地选用和设计密封装置在液压系统的设计中是很重要的。8.4.1对密封装置的要求1）在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。2）密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。3）抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。4）结构简单，使用、维护方便，价格低廉。318.4.2密封装置的类型和特点密封按其工作原理可分为非接触式密封和接触式密封。前者主要指向间隙密封，后者指密封件密封。1.间隙密封间隙密封是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来进行密封的，常用于柱塞、活塞或阀的圆柱配合副中，它的主要作用是使径向压力分布均匀，减少液压卡紧力，同时使阀芯在孔中对中性好，以减少间隙的方法来减少泄漏。2.O形密封圈O形密封圈一般用耐油橡胶制成，其横截面呈圆形，它具有良好的密封性能，内外侧和端面都能起到密封作用，结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，制造容易，装拆方便，成本低，在液压系统中得到广泛的应用。3.组合式密封装置随着液压技术的应用日益广泛，系统对密封的要求越来越高，普通的密封圈单独使用已不能很好地满足密封性能，特别是使用寿命和