416 某大型水压机的驱动系统和控制系统【开题报告+毕业论文+cad图纸】【机械全套资料】
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毕业设计（论文） 开题报告 1 1 课题分析 用汽车举升机的结构类型 目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的型式也较繁多。有双柱式、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。 其中各类举升机从不同的方面又可分成好几类： 单从举升机的外型来分类的基本形式有：普通双柱、龙门双柱、四立柱、剪式、移动式和单立柱式等（分别如下列各图所示 图 通双柱式汽车举升机 图 门双柱式汽车举升机 毕业设计（论文） 开题报告 2 图 立柱式汽车举升机 图 式汽车举升机 图 合移动式汽车举升机 毕业设计（论文） 开题报告 3 图 立柱式汽车举升机 各种形式各有千秋，适用于不同的场合。最常用的形式是前四种，即：普通双柱式、龙门双柱式、四立柱式和剪式。 剪式举升机分为大剪（子母式） 、 小剪（单剪 式 ）举升机 。 双 柱式举升机分又分为机械式和液压式举升机。机械式举升机曾流行于 1992间，该举升机特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换铜锣母以及轴承），每年一台举升机的维修更换需要1000 元左右，因此目前不 生 产 此 举升机， 使用者们 最终会将该产品更换为维护成本小的液压举升机 。 类汽车举升机的使用情况 从调研的情况来看，双立柱结构形式的汽车举升机为最多，其次是四立柱式，同时还有少些的剪式举升机。 汽车举升机生产厂的市场占有率如表 图 中永红和宝得宝生产的举升机市场占有率最高，分 别为 国产和进口的毕业设计（论文） 开题报告 4 百分比分别为： 。进口的举升机大部分是比较早期的产品。另外，未被统计的大部分小厂都是拥有国产的举升机。 表 升机主要生产厂的市场占有率 总台数 编号 生产厂 台数 百分比 1 宝得宝 61 2 永红 73 举升机总数 214 3 中大 8 4 序达 9 5 其他 41 6 进口 49 2 8 . 5 0 %3 4 . 1 1 %3 . 7 4 %4 . 2 1 %1 9 . 1 6 %2 2 . 9 0 %123456系列1图 车举升机主要生产厂的市场占有率百分比图 车举升机的主要参数 普通双立柱式、龙门双立柱式、和四立柱式这三种目前市场上 主要的汽车举升机主要技术参数统计如表 示。 毕业设计（论文） 开题报告 5 表 通双立柱式汽车举升机主要参数 额定举升质量 最大举升高度 盘距地高度 全程上升 时间 全程下降时间 17001050 20 门双立柱式汽车举升机主要参数 额定举升质量 最大举升高度 盘距地高度 全程上升时间 全程下降时间 1700110 50 20 立柱式汽车举升机主要参数 额定举升质量 最大举升高度 盘距地高度 全程上升时间 全程下降时间 1700 110 50 20 举升机的方案拟定 要结构及其结构形式 举升机的结构形式主要有：（ 1）整体结构形式；（ 2）举升方式；（ 3）驱动方式；（ 4）平衡方式；（ 5）保险与保护方式；（ 6）托盘结构。 常用的几种举升机整体结构形式包括有普通式、龙门式、四柱式、剪式、移动式和单立柱式六种。 目前市场上最常见的是普通式和龙门式。普通式举升机的结构形式比较简单，制作成本相对于龙门式稍低。但从整个机器的强刚度的角度去考虑，龙门式就占优势了，简单地说就等于是在普通式的基础上再多加了横梁，于是便形成了龙门式，但也因此增加了它的制作成本。 四柱式的定位非常稳固，但一般用于比小轿车稍大的车型的维修和保养，制作成本不低。 毕业设计（论文） 开题报告 6 剪式举升机 又 分为大剪（子母式） 和 小剪（单剪）举升机 。 但由于不是批量，所以价格偏高。 对于体积可以说是庞大的大型客车来说，使用以上几种举升机就比较困难。因此，又有了组合移动式举升机。既可以是双柱式的，也可以是四柱式。这样的组合方便地适用于各种车型，但一般仅在给大型车进行维修或保养的时候才使用。 单立柱式举升机占地面 积小，适用于小型汽车使用。由于是单柱，较大型车就无法使用，就降低了它的使用价值。 常用的几种举升机整体结构形式的主要特点如下表 示： 表 类汽车举升机结构的主要特点 结构形式 主 要 特 点 普通双柱 结构简单成本低、使用方便，但对地基要求较高。 龙门双柱 强度比普通双柱的高、但成本也有所提高。 四立柱 能作四轮定位用。 剪式 能隐藏与地面水平，不占空间，对地基要求低。 移动式 能双柱、四柱或多柱联动，方便地适应于各种车型。 单立柱式 占地小，适用于小型汽车。 动、举升及同步方式 举升机的驱动方式主要有：电机驱 动和液压驱动。 液压驱动方式通常有链条传动举升和液压缸直接举升方式。 液压式举升机维护成本低，油缸的油封为进口的话一般使用 5 10 年没问题 。其中电机驱动又分单电机和多电机，液压驱动又分单液压缸和多液压缸等多种驱动方式。单缸举升机也分为两种，一直被业内人士称作老单缸和新单缸。 单缸 的 优点是：同毕业设计（论文） 开题报告 7 步性好，不存在颠簸现象，有底板，举升机得扭力靠底板抵消，安全性好，是目前最理想得举升机 。 双缸举升机也分有两种：龙门式举升机和无地板举升机。 但由于是双缸，所以同步性问题难以解决，往往要靠两根钢丝绳来平衡。油缸以及钢丝绳只要调整 得松紧一致，举升机就可以同步运作。双 缸 的 优点 是：没有底板，为了最大得节省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面来抵消，所以对地基要求很高。 如果驱动是单液压缸，则升降运动采用机械方式同步。如果采用多个液压缸驱动，则升降运动既可以采用机械同步（如，钢丝绳同步），也可以采用同步液压缸或副缸随同主缸同步升降。 常用的举升方式有：丝杠螺母方式举升、钢丝绳或链条传动举升方式和液压缸直接举升等方式。 从液压和机械两种举升方式来看，机械方式和液压方式各占一半，但机械的略多有些，如图 示： 图 车举升 机举升方式百分比图 1 液压； 2 机械 丝杠螺母传动的举升方式一般采用电机驱动。如用单电机驱动，则各柱的升降运动，一般应用机械同步方式；若用多电机驱动，则采用机械同143%257%毕业设计（论文） 开题报告 8 步或采用电气方式同步进行升降运动。在电气方式同步时，副柱上的升降是随同主柱的升降运动同步进行的。 钢丝绳或链条传动举升方式可采用电机驱动或液压缸驱动，一般采用钢丝绳平衡同步举升。 上述各种方式各有特点：丝杠螺母方式传动的自锁性好，安全性也较好。而且采用电机驱动，维护保养均较方便，传递比较清洁，没有液压油，但制造工艺性差。而液压驱动举升方式则 工作平稳，加工制造方便，但是需要液压系统。与机械系统相比，液压回路容易产生故障，维护保养工作较多。 相比液压缸举升机产生成本比丝杠螺母举升形式的要低。液压缸的产生远比丝杠螺母机构简单，容易组织产生。且使用寿命比丝杠螺母要长。所以 本次设计所采用的是液压举升方式。 升机的结构设计 此次将举升机的结构形式设计为普通式双柱汽车举升机。普通式汽车举升机的总体结构如图 毕业设计（论文） 开题报告 9 图 通式 二柱汽车举升机的总体结构 （ 1）举升机构 举升机构是由液压系统以及电器系 统组成的。通过电器系统来控制液压单元，油液通过进出液压缸并通过滑台链条来带动整个设备的举升动作，如图 示： 图 升机构示意图 毕业设计（论文） 开题报告 10 （ 2）立柱与支撑机构 举升机的立柱包括左、右两个主立柱，中间放置滑台和液压系统。举升机的支撑机构是托臂。当汽车进入到举升机的范围里时，就是通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。 （ 3）平衡机构 由于举升机在上升或下降时必须有强制性平衡装置以确保汽车整体的水平位置，所以本次设计 采用了左右对称的钢丝绳走向，可以通过改 变钢丝绳的张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。 （ 4）保险机构与保护 汽车举升机是一种安全性能要求特别高设备。通常设有多种保险装置和保护措施：液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。 本次设计中电磁铁安全锁机构的组成是：两个滑台上均有安装安全卡位条，在汽车升起后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构。 3 普通式双柱汽车举升机方案的确定 通过对举升机的了解，确定了本次设计采用的方案。本次设计所采用的是液压驱动的普通式双柱汽车举升机。此举升机构的传动 系统是由液压系统驱动和控制的，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时就带动托臂一起移动。 毕业设计（论文） 开题报告 11 参考文献 1 孔红梅，等 J2000,(1):202 刘敏杰 ,等 J1999,(2):233 王惠 J1996,(4)： 254 胡均安 ,等 J001,(4):565 陈耀华 J1994 年 03 期 . 6 王国彪 ,杨占敏 J1995 年 04 期 . 7 林晨 J1995 年 02 期 . 8 文嘉性 ,冯克良 ,章武烈 2型汽车举升机的设计与制造 J1995年03 期 . 9 王惠 J1996 年 04 期 . 10 王琪 J1999年 06期 . 11 张子健 J1999 年 08 期 . 12 雷翔 J1999 年 06 期 . 13 郑国庆 型双柱汽车举升机双安全系统设计 J995,(3):2014 高凤林 . 车举升机及其使用与维护 J999,(5):2015 钟裕荣 ,庄清溪 ,张弋于 ,黎保新 . 动式气液举升机的研制 J2004 年 08 期 . 16 2D on a of 999, (2)： 93- 1 - 1 绪论 题的来源和研究的意义 自上世纪 50 年代以来，我国的液压技术取得了飞速的发展，就水压机来说， 1961年 12 月， 上海 江南造船厂成功地建成国内第一台 12000 吨水压机， 这台水压机的制造成功， 为中国重型机械工业填补了一项空白 ，也 为我国的锻造事业跨进世界先进行列起了重要作用。 它主要用于锻造有色金属合金的一般锻件和带孔的复杂锻件，特别是用于锻造航空航天工业需要的特殊加工部件，如 飞 机大梁、机翼龙骨、长征火箭和巡肮导弹的端环 等。 它 也 是锻造万吨巨轮发动机主轴、大型发电机转子轴、大型轧钢机架、炮管及导 弹壳等不可缺少的设备。 万吨水压机建成后，为国家电力、冶金、化学、机械和国防工业等部门锻造了大批特大型锻件； 30 多年来，仍在正常运转，为社会主义建设作出了重大的贡献 。 本世纪 60 年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(计算机辅助测试 (计算机直接控制 (机电一体化技术、可靠性技术等方面也 是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，传统的水压机不管是结构、功能、吨位、操作系统还是控制系统 都显得比较 陈旧和落后。比如结构过于复杂、工作的压力比较小、体积庞大。因此，现在研究水压机 仍有十分重要的意义，尤其是对现有的水压机系统和结构进行改造十分 必要。 压机的发展概况 液压传动相对于机械机械传动来说是一门新技术，但自从 18 世纪末，英国制成世界上第一台水压机以来，液压技术已经发展了两百多年。 直到 20 世纪 30 年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界 大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第 二次世界大 - 2 - 战结束后， 液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生 产线。 1884 年在英国曼彻斯特首次使用了锻造钢锭用的锻造水压机，由于它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快， 1893 年建造了当时最大的 120锻造水压机。 随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高。 1934 年德国制造了 70模锻水压机，第二次世界大战期间，德国又制造了一台 300模锻水压机。 1955 年左右，美国 先后制造了二台 315二台 450大型模锻水压机。此外在英国、法国、联邦德国也都先后建造过 200300各种大型模锻液压机，而在法国安装的由苏联设计与制造的 650锻液压机，则是西欧目前最大的一台。 由于液压机在工作中的广泛适应性，它还普遍应用于国民经济的各个部门，如板材成形，粉末冶金、管、线型材积压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火砖压制、电缆包覆、炭极压制成形、轮轴压装、较直等等。各种类型的中小型液压机发展十分迅速，有力地促进了各种工业的发展。 1949 年以前，我国没有自己独立的工 业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压机。 1949 年以后，我国迅速建立了自主的完整工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、火箭、人造卫星等产品，这些都促进各种液压机的发展。 1957 1962 年间，我 国 已开始自行设计、自行制造各种锻压设备，其中有近30台 10000 315002025时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。 我国的液压技术 开始于上世纪 50 年代，但是真 正 意义上的液压技术的发展开始于上世纪 80 年代。 50 年代，我国自行设计制造了 1000 吨的水压机，这在当时，它对我国锻造工业起着积极的推动作用。因此，一个时期以来它成为我国工业战线的佼佼者。 80 年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面： 计算机控制（ 术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。例如中小型锻造液压机在逐步实现液压机及操作机联动的基础上可以采取计算机程序控制，在锻件高度方向的尺寸公差，已可控制在 1前 ，中小型快锻液压机已有取代老式蒸汽 空气自由锻锤的趋势。在中小型模锻液压机方面，采用微机辅助的检测控制系统，可以根据压力大小来补偿工作台、机架、滑块及模具等环节受载变形带来的误差， 从而使滑快停止位置 达到很高的精度 用计算机控制的自动弯曲补偿装置，可经常保持折弯机床身和上横梁之间的平行度，从而保证了 3m 长的薄板弯曲件沿弯曲线的角度偏差在 。 道弯管机可以存储一千多个程序段，可以知道弯曲不同弧度的管 - 3 - 子，送进、夹紧 、 折弯自动化。可编程微处理机控制的知道矫正液压机， 其控制块包 括检测、计算和存储，在考虑毛坯原始弯曲程度、材料硬度性能等原始条件下，经过计算机运算，可得出优化的矫正过程。从一种矫正工件换到另一种所需辅助时间仅为几分钟。 矫正过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正。 少阀的换向时间，使阀的响应时间减少到 10下。 减少冲载时的振动及噪声，扩大液压机的应用范围。 展，即把微电子技术、自动检测反馈、工业机器人和自动仓库结合在一起，将多台不同功过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正。 包括设立中间模具库、模具转台、横向换毡装置及快速夹紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求。例如 20拉式锻造液压机上，已能将换一副毡子的时间由 15 分钟减少到 1 分钟。又如瑞典制造的 深拉延液压机，模具初调在机外进行，安装完毕后进入压力机，新型夹紧装置使模具在液压机上的拆装时间 不到 1 分钟，同时完成行程、压力的调整，再借助待加工板材进行生产调整， 2 分钟内即可投入生产。 压机的特点 液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。 液压机的工作循环一般包括停止，冲液行程，工作行程及回程。液压机的液压系统包括各种高、低压泵，各种高低压容器（油箱、冲液罐等），各种阀及相应的连接管道。液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用油的称为油压机，两种都称为液压机。 乳化液由质量分数为 2%的乳化脂和质量分数为 98%的软水搅拌而成，它应具有较好的防腐 蚀和防锈能力，并有一定的润滑作用。乳化液价格便宜，不燃烧，不易污染场地，故耗液量大的以及热加工用的液压机，多采用乳化液作为工作介 质。 液压机与其他锻压设备相比具有以下特点： 1基于液压传动的原理，执行元件（缸及注塞或活塞）结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，因此，适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。 - 4 - 2在行程的任何位置 均可产生 压力机额定的最大压力。 可以在下转换点长时间保压， 这对许多工艺来说，都是十分需要的。 3可以用简单的办法（各种阀）在一个工作循环中调 压或限压，不易超载，容易保护各种模具。 4滑块的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。 5滑块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应 工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可 与压力及行程无关。 6与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小，对工人健康、厂房周围环境 及 设备本身都有很大好处。 液压机的缺点是： 1用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。 2由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向 也需要一定的时间，而且空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。 3由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能 会 引起 液 压机本体或液压系统的振动，因此不太适合于冲载、剪切等工艺。 4工作液体有一定的使用寿命，到一定的时间应更换。 压传动的优缺点 液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点： 以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力 很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的 12% 13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 (牛 /瓦 ),发电机和电动机则约为 。 - 5 - 助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达 1 2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。 液压传动的缺点是： 响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的 传动比。 度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。 及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。 像电源那样使用方便。 总之，液压传动的优点是主要 的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服， 液压传动有着广泛的发展前景。 - 11 - 3 驱动系统设计 轮机构的设计 在各种机械，特别是在自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着凸轮机构。凸轮是分配阀驱动系统中十分重要的元件，它可以将旋转运动转换成为直线往复运动，而且机构简单紧凑。凸轮设计的主要任务是根据工作要求选择合适的凸轮机构的型式，和推杆运动规律的确定，并合理的选定有关的结构尺寸，然后根据选定的推杆的运动规律设计合适的凸轮的轮廓曲线。 杆的运动规律，形状的确定 由于设计题目只是要求了推程 ,考虑到分配器的开启力比较大 ,因此推杆的运动规律选择匀速运动即一次多项式运动 规律 ,这样分配阀的开启也比较的平 稳，整个驱动系统也就比较的平稳。 设凸轮以等角速度 转动， 推程时，凸轮的运动角为0，推杆完成行程 h，当采用一次多项式时，图 程）。 a)b)00a+0图 杆的运动线图 - 12 - 由图可知，推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆的加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆突然产生非常大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲 击，这种冲击称为刚性冲击。这也就是该运动规律的缺点。但总的来说，推杆的运动还是比较的平稳。 采用对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，这种推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损比较小，可以用来传递比较大的动力。 轮机构基本尺寸的确定 （ 1） 凸轮机构的压力角，基圆半径，凸轮材料的确定 根据实践经验在推程时，对直动推杆，许用压力角 的值一般为 =30，限制推程的压力角 =30，则对心直动推杆凸轮机构的基圆为： （ 则凸轮的基圆半径为 虑到凸轮轴的尺寸，初选为0r=100滚子的半径 1510) rr 10rr 选择凸轮的材料为 40 热处理方法： 高频 淬火，表面 56部 45子材料选为 火 62。 （ 2） 凸轮机构中的作用力 凸轮机构受力如图 图 轮机构的受力图 - 13 - 可以忽略滚子和凸轮之间的摩擦力，在这种情况下，以从动件为示力体，则其静力平衡方程式为： 12(1 c o s/ （ 其中， 12( 被称为摩擦因子，用 f 代替， 是从动件悬臂长度与导向支承长度之比，则： 1 （ 其中，从动件上升时取“ +” ，从动件下降取“ -” ； 取 u 的平均值 u = 为了减少从动件支承处的反作用力，减少导轨的磨损，应尽量增大支承处的长度和减小从动件悬臂长度故取 = f=支杆方向的力 ： 1c o （ 凸轮轴上的扭矩量：（两个凸轮） r 1s i nc o s)1(s i n （ 其中， 大扭矩决定于凸轮轴上的载荷 ,即驱动系统所需的功率。 根据公式（ 推杆对凸轮轴的作用力：（两个凸轮） 则： 根据 公式（ 凸轮轴上的扭矩量为： 2 9 4) 0(1 0 7 3 0 9 （ 3） 凸轮廓线的设计 根据题目的要求 ,以及确定的推杆的运动规律 ,用作图法设计凸轮的廓线 为凸轮的转角 ,s 为推杆的推程 (单位 : 已知：开启曲线 程 在工作过程中， 推杆等速上升； 000 ， ； - 14 - 作图方法如下： 首先对运动角选定某一分度，并根据推杆的运动规律计算其在各分点时的位移值。现选定分度角为 因推杆为等速运动，故可得各分点的位移值如表 表 分点推杆的位移 0 0 12.5 s （ 0 确定推杆在反转运动中占据的位置。为此，使推杆由起始位置沿 方向绕轴 将推程运动角 个分点等分 ,得等分角线 即代表推杆在反转运动中依次占据的位置。 求推杆在复合运动中依次占据的位置。为此将推程位移表中所计算出的位移值 s，直接在等分角线 基圆开始向外量取，得点 a， b， c， d， e，次即为推杆的尖顶在复合运动中依次占据的位置。然后再以 o、 a、 c、 d、 滚子的半径 r 为半径，作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的廓线。具体的作图过程如图 示：图 图 作图法确定凸轮轮廓的示意图 - 15 - 图 推程段轮廓的局部放大图 考虑到凸轮轴的直径尺寸和为了节省凸轮的材料，因此，凸轮的结构如图 图 轮的机构 - 16 - 轮强度校核 由于分配阀的开启力比较大，所以凸轮的受力比较大，需要对滚子及凸轮轮廓面间的接触强度进行校核。 滚子从动件盘形凸轮的强度校核公式为： )/( 2 (式中： F 凸轮与从动件在接触处的法向力， N； b 凸轮与从动件的接触宽度， 综合曲率半径。 2121 式中；半径，从动件在接触处的曲率；率半径，凸轮轮廓在接触处的曲21 两个外凸面接触用“ +” ，外凸与内凹接触时用“ -” ； 综合弹性系数（ 2/ ； E （ 式中 1E , 2E 分别为凸轮和从动件接触端材料的弹性模量 ,N/ 2 钢对钢时 , z ；根据机械设计手册， 408配对时，对应于相应的热处理方法，该凸轮机构的极限接触应力为 )/(2 2 0 01 9 0 0 2 。 则根据公式（ 该凸轮机构的接触应力为： 20 /于在分配器的设计中，考虑到凸轮机构的摩擦力，设计了专门的润滑机构，因此该凸轮机构的接触应力可以满足条件，设计出的凸轮机构符合要求。 杆的设计 （ 1） 顶杆的材 料选择和结构设计 根据凸轮机构的设计，滚子的材料选择 杆的材料选为 45号钢。滚子和顶杆用铆钉联结，并用开口销固定。具体的结构如图 - 17 - 在该系统中设计了专门的润滑机构。为了防止顶杆旋转，设计了导套，在导套中开了一个键槽，相应地也设计了一个滑键，这样就可以让顶杆平稳的上下往复移动以控制分配阀的启闭。滚子和顶杆用铆钉联结起来，滚子和铆钉采用间隙配合，虽然磨损比较大，但也基本上可以满足要求。铆钉的另一端用一个开口销来防止铆钉在水平方向的移动过大。导套用螺栓固定在支架上，这样顶杆的移动就比较 的平稳。 挡圈 开口销滚子铆钉导套滑键顶杆联接装置图 杆机构的结构图 轮轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一。在该分配器中，凸轮机构的运动的传递必须通过凸轮轴的转动来进行，它既可以传递动力而且可以支承回转零件。轴的设计主要包括机构设计和工作能力的计算两个方面的内容。 - 18 - 定轴上的功率 P，转速 n 和转矩 T 假设凸轮轴传递的功率为 P=5知凸轮作用在凸轮轴上的最大的扭矩为T 0 7 3 0 9 ，则根据公式550000， 可以得到：m i 0 7 3 0 959 5 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 0 作用在轴上的零件上的力 （ 1） 作用在齿轮上的力 F t 2 8 3136 0 7 3 0 9221 2 2 8 3 N 0 4 720co 2 8 3co s （ 2） 作用在凸轮上的力 2 9 0 01m a 9 7 030co s 2 9 4co s m a xm a x 作用在凸轮轴上的扭矩为： 2 9 4) 0(m a x 0 7 3 0 9 由于凸轮和顶杆机构本身的重量和作用在凸轮轴上的力相比较而言比较小，因此在轴的校核时可以忽略不计。 步确定轴的最小直径 按扭转强度极限来计算，轴的扭转强度条件为： 5 0 0 0 0 （ - 19 - 式中： T 扭转切应力， T 轴所受的扭矩， 轴的抗扭截面系数， 3 n 轴的转速， r/ P 轴传递的功率， d 计算截面处轴的直径， T 许 用扭转切应力， 由上式可知轴的直径 333 T 3 （ 选择轴的材料为 45 号钢，调质处理，根据机械设计手册，取 110C ；根据公式（ 得 3 5110 33m i n 由于轴上零件凸轮，齿轮与轴均用平键联结，因此在轴上有 5个键槽，考虑到键槽对轴的强度的削弱程度，应该适当的增大轴 的直径。由于 00 ，故增大 20%35%，取 22%；因此有 5 ；此即为承受扭矩轴段的最小直径。 的结构设计 （ 1） 拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，根据设计的要求，轴上必须安装轴承，轴承座，凸轮，平键，齿轮，编码器，挡圈等零件。由于分配阀的分布呈中心对称，拟定轴上的零件分别从左边和右边装入，这样就对各轴段的粗细有了初步的安排。 （ 2） 根据轴上零件定位的要求确定轴各段的长度 轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行周向和轴向的定位，以保证其准确的工作位置。具体的结构和定位方式如图 示： - 20 - 图 的结构设计及轴上零件的固定 - 21 - 如图所示，凸轮的轴向定位一边用锁紧挡圈 （如图 ，挡圈用内六角锥端紧定螺钉固定，另一边用轴肩来定位；周向用普通平键来固定。中间的滚动轴承内圈用轴用弹性挡圈固定 （如图 ，外圈用轴承端盖来定位。右边的 滚动轴承的内圈用轴肩来固定，外圈用轴承座来固定。编码器采用直插销来固定在轴端。齿轮的周向定位平键，轴向定位采用 锁紧 挡圈，齿轮两边的滚动轴承一边用 挡圈 来定位，一边用轴承盖来定位。 平键凸轮紧定螺钉轴挡圈图 轮的轴向和周向固定方法 轴滚动轴承轴用弹性挡圈图 动轴承的轴向固定 - 22 - 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度 轴承只受到径向力，故选择深沟球轴承。根据5 ，选择特轻系列滚动轴承 60013。其尺寸 1810065 根据5 ，选择轻系列的滚动轴承 60213，其基本尺寸为 = 2312065 。因此 5 ；由于轴 段和轴 上的深沟球轴承的其中一边用轴肩定位，根据机械设计手册 ，利用轴肩定位时，轴肩的高度 h=（ 0.1）d ，故取 h=因此轴 段和 段的直径尺寸初步选择为0 。根据轴的机构和轴肩定位的要求，拟定轴 段的直径为120据该轴段的直径，拟定选择中系列的深沟球轴承 60224，其基本尺寸为)(40215120 。该轴承的内圈采用轴用弹性挡圈来定位，根据机械设计手册取 0 。 、 4阀凸轮的轴段的轴径为 0 。根据分配器的尺寸)(300420600 的要求及分配阀的分布状态和轴肩定位的要求， 取 120 由于 1、 4阀凸轮的一边用轴肩来定位，根据轴肩定位的要求，故拟定轴 段和 段的直径为 5 ，取 14 。 0213的端盖的厚度为 49承 60224的端盖的厚度为 20承 60013的端盖的厚度为 40据轴的机构的要求，取 7 ， 7 ； 来固定凸轮 1、 4的挡圈选为螺钉锁紧挡圈，为 884H=22D=115钉用 2512M 。用来固定凸轮 2、 3的挡圈选为也选为螺钉锁紧挡圈，为 884基本尺寸为 H=25D=130钉选为 2512M 。 用来固定滚动轴承 60013的轴用弹性挡圈选为 圈 894本尺寸为 D=s=槽的尺寸为 82 ， m=n来固定滚动轴承 60224的挡圈为 894其基本尺寸为 D=127s=3槽的基本尺寸为 242 ， m=n6此 3 5 ，取 10 。 据选择的编码器的基本尺寸，取 2 ，5 。 至此，已经初步确定了凸轮轴的各轴段的尺寸。 轴上零件的周向定位 1. 齿轮的周向固定选择的是键 B 7018 109611,18 4阀凸轮的周向固定选择的是 B 3622 109614,22 - 23 - 3阀凸轮的周向固定选择的是 B 4525 109614,25 同时为了保证齿轮、凸轮的轮毂与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/轮轮毂与轴的配合为 H7/动轴承与轴的配合是借助过盈配合来保证的，选轴的直径公差为 6k 。 确定轴上的圆角和倒角尺寸 取轴端的倒角为 452 ，各轴肩的圆角半径见 附录 图 的强度校核 （ 1） 确定轴上的载荷 根据轴的结构图（图 ，首先作出 2、 3凸轮作用时 轴的计算简图（图 图 、 3 凸轮工作时轴的计算简图 图 、 3凸轮工作时的轴的计算简图，当 1、 4凸轮工作时，轴上零件的分布状态可知， 1、 4 凸轮工作时比 2、 3凸轮工作时轴更加安全。因此在轴的校核时，只要讨论 2、 3凸轮工作的状况就可以了。 根据轴的计算简图，利用卡氏定理，可以求得轴上的作用力为： 已知： NV a NV b NV c 以求得 1、 2、 3 轴承处的作用力： - 24 - 根据轴的计算简图和各力的大小，画出轴的弯矩、扭矩图和计算弯矩图（图 从轴的结构图和计算弯矩图可以看出截面 1 1处的计算 弯矩最大，是轴的危险截面。现将计算出的截面 1 1处的 M 和 表 面 1 1 处的 M 和载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 R 弯矩 M 19979761 7 1 9 61 总弯矩 9 5 6 0 9 3 8 扭矩 T 计算弯矩（ 2） 按弯扭合成应力校核轴的强度 在校核时只对承受最大计算弯矩的截面（截面 1 1）进行校核，根据轴的强度校核公式及表 3 WM 5号钢 ，调质处理，由设计手册查得 ，因此 1 故轴安全。 轮、齿条传动的设计 在设计的驱动系统中，凸轮轴的转动是依靠齿轮、齿条的啮合传动而不是依靠电动机或者别的机构来实现的。因此本节主要介绍齿轮、齿条的机构和基本尺寸，以及对该齿轮、齿条啮合传动的强度校核。由于该机构的齿条的移动是依靠来液压缸来驱动的，因此本节也介绍了设计的液压缸的缸体的结构和基本的尺寸。 - 25 - 图 的载荷分布图 - 26 - 轮、齿条结构的设计和基本尺寸的确定 （ 1） 基本尺寸的确定 传递的转矩 T=设传递的功率为 P=5条的移动的速度为 0.3 。 选择齿轮的模数为 4。 选择齿轮的材料为 45号钢，调质处理，硬度 240条的材料为 化处理，硬度 190 则有： 0 0 06 0 0 0 0 11 圆整后取 361 。 3441 3 611 21 ； 齿根高： 21 ； 齿高： ( *21 ； 齿轮的齿顶圆直径： 4481362 11 1 ； 齿 轮的齿根圆直径： 26101362 11 ； 齿距： ； 齿条齿宽： 02 ； 齿轮齿宽： 51 ； （ 2） 基本结构的确定 根据确定的方案，齿条做在活塞液压缸的活塞杆上，齿条在上方，齿轮在下方，具体的结构如图 - 27 - 齿条齿轮齿条键轴图 轮，齿条传动机构 轮，齿条机构强度的校核 根据选择的设计方案，该齿轮，齿条机构为闭式传动，因此该齿轮，齿条的最主要的失效形式为齿面点蚀，因此在强度校核时主要计算其齿面接触疲劳强度。 根据校核公式 （ 式中： 弹性影响系数； K 载荷系数； 作用在齿轮上的周向力， N； b 齿轮的设计宽度， 1d 齿轮的分度圆直径， u 齿数比； 由于选择齿轮的材料为 45号钢，调质处理，硬度 240条的材料为化处理，硬度 190机械设计中第十章齿轮传动中的图表可知，该齿轮，齿条机构的极限接触应力为 100。相应得，根据机械设计手册可以得到，该机构的 ， K=u =此，根据公式 齿轮、齿条机构的接触应力为： 2 100 根据以上的强度验算，设计出的齿轮 、齿条机构符合要求。 - 28 - 架的设计 在设计的分配器中包括凸轮轴、凸轮机构、液压缸
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