3M4740钢球研球机设计【含5张CAD图纸】
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M4740
钢球研球机
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目 录摘 要4Abstract5第1章绪论61.1金属切削机床及其在国民经济中的地位61.2我国机床工业及轴承行业的发展概况6第2章研球机的方案选择82.1磨板的布局82.1.1卧式机床的磨板采用垂直安装82.1.2立式机床的磨板采用水平安装92.2机床的性能92.2.1机床的占的面积92.2.2机床操作方便性92.2.3板沟中的容球量102.2.4进出球情况102.3钢球的加工设备和研磨机理112.3.1钢球的加工设备112.3.2钢球研磨机理112.4 3M4740型立式研磨机床132.4.1机床的总体布局132.4.2机床的用途和适用范围142.4.3性能简介142.4.4加压液压钢及上盘（见图2-4）152.4.5加压进给运动16第3章液压缸缸体及缸盖的设计163.1液压缸的设计参数和设计要求163.1.1研球机的设计参数163.1.2研球机的设计要求163.2液压缸的类型163.2.1液压缸的选型163.2.2活塞（或缸体）的运动速度和推力计算163.3液压缸具体参数的确定173.3.1外负载173.3.2确定液压缸的有效工作压力p183.3.3液压缸内径、活塞杆直径183.3.4液压缸缸筒长度L193.3.5确定最小导向长度H193.3.6缸筒壁厚203.4缸体材料203.5缸盖的设计213.6液压缸与油缸套的联接213.7液压缸的强度和刚度校核233.7.1缸筒壁厚的校核233.7.2液压缸缸盖固定螺钉直径的校核23第4章活塞杆和活塞的设计244.1活塞杆的设计244.1.1材料选择244.1.2活塞杆的尺寸确定（见图4-1）244.1.3活塞杆的形位公差254.1.4螺纹联接的防松264.1.5活塞杆强度及压杆稳定性校核274.2活塞的设计284.2.1材料选择284.2.2活塞的尺寸确定（见图4-5）284.2.3确定活塞的相关配合294.2.4活塞的形位公差294.3 C语言程序29第5章弹簧的设计355.1弹簧的基本类型355.2弹簧的制造工艺355.3圆柱螺旋压缩弹簧的设计365.3.1根据工作条件选择材料并确定其许用应力365.3.2根据强度条件计算弹簧钢丝直径（如图5-1所示）365.3.3根据刚度条件，计算弹簧有效圈数n375.3.4确定弹簧的其他尺寸（如图5-2所示）375.3.5验算（如图5-3所示）38第6章液压缸的密封396.1间隙密封396.2 O形密封圈密封406.3 V形密封圈密封416.4 Y形和窄断面Y形密封圈426.5鼓形密封圈436.6紧密式复合唇形密封圈436.7防尘密封圈44第7章 液压缸的安装与维护447.1液压缸的安装447.1.1液压缸与工作机构的连接447.1.2 连接时的注意事项457.2液压缸的试验467.2.1试运转467.2.2最低启动压力467.2.3内泄漏467.2.4负载效应467.2.5耐压试验467.2.6全行程检查467.2.7外泄漏477.2.8高温试验477.2.9 耐久性试验477.3液压缸的调整477.4 液压缸的故障分析与排除方法477.4.1爬行477.4.2冲击487.4.3推力不足、速度不够或逐渐下降497.4.4外泄漏497.4.5内部泄漏497.4.6其他50设计总结51谢 词52参考文献53摘 要此次毕业设计的题目是“3M4740钢球研球机的进给系统的设计和开发”，将理想的设计理念，先进的设计技术和科学的方法相结合应用于传统产品的设计中，应用所学的知识对3M4740钢球研球机的进给系统进行分析和设计，通过科学严谨的计算，设计了进给系统，并对系统进行了优化设计，使其在实际中更有可实用性。此次设计对3M4740钢球研球机的主要结构和工作原理做了介绍，以及它们在使用中可能存在的问题及解决方法提供了详细的说明，重点利用所学的知识对进给系统的各种类型部件和设计方案进行了科学的比较和分析，从而确定我们的最优设计方案和设计参数，进而对3M4740钢球研球机进行运动分析，以确保它的可行性，使其在使用过程中更安全，易维护，便于工人操作。关键词：3M4740钢球研球机 进给系统 机构原理图AbstractThe graduation design 3M4740 steel ball lapping machine design and development as design issues, the ideals of the design concept advanced design technology and the scientific method of combining traditional products used in the design, Application of the knowledge acquired to 3 M4740 steel ball lapping the Supply System analysis and design, through strict scientific terms, the design of the hydraulic system, hydraulic system and selected the various components. This graduation design instruction including 3M4740 steel ball lapping machine structure and working principle of what happened, and their use in any possible problems and solutions provide a detailed description, focusing on the use of the knowledge acquired by science on the types of hydraulic system components and design program comparison and analysis, We thus determine the optimal design and design parameters, then right 3M4740 steel ball lapping machine exercise, to ensure its feasibility, so in the course of a more secure, easy to maintain, easy workers to operate. Keyword: 3M4740 Steel Ball Lapping Machine Supply System Main Structure Map第1章绪论1.1金属切削机床及其在国民经济中的地位 在人们日常生活中，使用着大量各种各样的机器、机械、仪表和工具。它们都是有一定形状和尺寸精度的零件组成。生产零件并把它们装配成各式各样的机器、机械、仪表和工具的工业称为机械制造工业，也称为机械制造业。它的任务是为国民经济各个部门提供现代化的技术装备。如果没有强大而完美的现代化制造工业，就没有现代化的装备来武装国民经济的各个部门，也就无法保证我国社会主义现代化建设可持续发展。1.2我国机床工业及轴承行业的发展概况 中国人民是聪明勤劳的，早在公元前就出现了原始的钻床和木工车床。比如早期的加工机械是靠人的双手作往复运动来加工木料。为加工回转体，出现了依靠人力的回转车床。在原始加工阶段，人既机床的原动力，又是机床的操作者。 当加工对象转变为金属时，其钻孔、车削需加大动力，出现了水力、风力和畜力等驱动的装置。随着生产的发展，1516世纪出现了铣床、磨床。在宋代所著“天工开物”中就已有对天文仪器进行铣削和磨削加工的记载，18世纪出现了刨床。 18世纪末，蒸汽机的出现，提供了新型的巨大能源，使生产技术发生了革命性的变化。由于专业化的分工，出现了各种通用及专用机床。19世纪末，机床类型种类得到扩大，这些机床多采用天轴带传动，性能及效率低。20世纪以来，齿轮变速箱的出现，使机床的机构和性能发生了根本的变化。随着电器控制、液压传动等技术的发展，机床的应用与控制也得到了根本的转变。 近些年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术等的发展在机床领域得到应用，使机床进入了迅猛发展的时代。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代机床发展的基本特征，也就是说，机床的发展紧密迎合社会生产的多种多样和越来越高的要求，并极大的推动了社会生产力。 新技术的迅速发展和客观要求的多样化，决定了机床必须多品种。因此现代机床不仅要保证加工精度、效率和自动化，还必须有一定的柔性，使之能够很方便地适应加工对象的改变。数控机床以其加工精度高、效率高、柔性高、适应中小批生产日益受到重视。由于数控机床是靠数字控制程序完成加工循环，调整方便，适应灵活多变的产品，使得中、小批生产自动化成为可能。20世纪80年代是数控机床、数控系统大发展的时代，这个发展大潮方兴未艾。1989年全世界数控机床（含锻压机床）的年产量超过10万台。数控机床和自动换刀的各种加工中心已成为当今机床发展的趋势。世界著名企业中数控机床在加工设备中所占比例明显提高。美国通用电器公司数控机床占70%。从1982年起，日本的机床工业产值连年独占鳌头，日本机床发展反映着世界机床发展趋势。日本数控机床以年均2.88%的增长率增长，到1990年，日本机床产值数控化率超过80%，且主要是生产高档数控机床。自2000年以来，我国数控机床年产量以平均37%的增长速度增长，2003年国产数控金属切削机床产量达到3.68万台，2004年达到5.19万台，到2004年为止，我国已拥有数控金属切削机床15.6万台，预计到2010年将拥有数控加工机床40万台左右。在机床数控化过程中，机械部件的成本在机床系统中的比重不断下降，而电子硬件和软件比重不断上升。以美国为例，在20世纪70年代，机械部分成本比重占80%，电子硬件占20%；到20世纪90年代，机械部分成本下降30%，而电子硬件和软件却上升为70%。随着计算机技术的迅速发展，数控技术已由硬件数控进入软件数控时代，实现模块化、通用化、标准化。用户只要根据不同需求，选用不同模块，编织自己所需的程序，就可很方便地达到目的。新中国成立以来，我国机床工业获得了高速发展。目前我国已形成了布局比较合理、比较完整的机床工业体系。机床产量不断上升，机床产品除满足国内建设的需求以外，而且有一部分产品远销国外。我国已制定了完整的机床系列型谱，生产的机床品种也日趋齐全，现在已经具备成套装备现代化工厂的能力。已能生产从小型仪表机床到重型机床的各种各样机床，也能生出各种精密的、高度自动化的、高效率的机床和自动线。我国机床性能也在逐渐提高，有些机床的性能已经接近世界先进水平。我国目前对数控机床的需求日益增加，国内市场的需求量很大，而且可望开拓国际市场。我们一定要尽快开发设计出我国自己的是控机床产品，从而较快地缩短我国与先进国家的差距。因此，我国机床工业面临着光荣而艰巨的任务，我们必须奋发图强、努力工作，不断扩大技术队伍和提高人员的技术素质，学习和引进国外的先进科学技术，以便早日赶上世界先进水平。我国的轴承工业经历了从无到、从小到大的发展过程，已经形成产品门类较为齐全、生产布局基本合理、具有大中小企业相结合、综合型企业和专业企业相结合、各种经济类型企业共同发展得较为完善的工业体系。目前，我国已进入世界轴承工业生产大国，为迈进世界轴承工业强国奠定了良好的基础。现我国可以生产内径尺寸从0.6mm，重量从0.06g的微型到最大外径至5.492m，重6.38t的特大型各式各样标准及非标准轴承。精度从普通级到精密级以至于超高精度级。应用范围包括普通民用机械、交通运输、冶金到天文台、航海、航空、航天以及计算机用轴承。轴承生产由单一轴承向组合件、单元化发展。为满足轴承行业的发展，与之相配套的机床制造业也得到飞速的发展，众多企业纷纷加大技术创新和技术改造力度，开发新产品。如：代表我国轴承套圈车削设备水平的车削加工自动生产线，代表我国轴承圈磨超设备水平的高精度双端面磨床、数控无心外圆磨床、磨超加工自动生产线，代表我国轴承滚动体磨超设备水平的高精度立（卧）钢球研磨机、圆锥滚子球基面磨床、滚子凸度超精机等，使我国专用设备的技术水平大大提高，部分加工设备及加工自动生产线已接近或达到了国际先进水平。我们坚信，随着技术的升级，我国将有一批具有国际先进水平、自主知识产权、核心竞争力强的设备来满足轴承企业生产的需求。第2章研球机的方案选择钢球在轴承中作为滚动体，是一种既承受载荷、又与轴承的动态性能有直接关系的零件，其质量直接影响着球轴承的质量，而高精度的钢球加工设备则是保证生产出高质量钢球的前提。如前所述，钢球加工的基本工艺路线是：球坯成形光球热处理硬磨初研精研清洗涂油包装。可以看出，钢球的光、磨、研工序是钢球加工中的主要和关键工序，因此，高质量的光、磨、研加工设备是生产高精度钢球的首要条件。钢球的光、磨、研加工设备分别有立式和卧式两大系列，立式机床的主轴是竖直放置的，磨板为水平放置，输球方式为水平输球料盘。而卧式机床则相反，它的主轴是水平放置，磨板为垂直放置，输球方式有输球桶、提升料斗以及水平或倾斜输球料盘。立式和卧式两大系列钢球加工设备在钢球的加工中有各自的优缺点。2.1磨板的布局2.1.1卧式机床的磨板采用垂直安装卧式机床的优点是：1）钢球进球非常顺畅，钢球在无外力作用下借自身重量自动进入磨板，因此钢球表面不会产生于转动盘撞击所产生的任何损伤。2）可避免由于金属磨屑经常介于钢球磨板之间，致使这些金属屑细粒嵌入球板表面而损坏钢球。3）切削液的循环流动始终处于最佳状态。切削液回流时很容易将磨板间的金属屑冲洗出来，沉淀到切削液箱内，所以卧式机床更有利于加工中的排屑。4）由于卧式机床良好的排屑性能，所以更适合树脂砂轮“一磨代研”新工艺的运用，这是立式机床所不能比拟的。卧式机床的缺点是主轴水平放置，重量较大的磨板装置在轴的一端，形成悬臂梁，磨板对钢球的作用力不均匀，影响了磨削尺寸的选择性。另外，钢球在板沟中的运动方向与重力方向的夹角始终在不断变化，当沟深差不多到某个值时，钢球会产生相对滑动，从而会出现碰、挤伤现象。2.1.2立式机床的磨板采用水平安装立式机床的优点是：1）钢球在板沟中的运动方向始终与重力方向垂直，所以切削过程中不受重力变化的影响。2）上板呈“浮动”状态定位，由于上板在导向时有一定的间隙，径向可作摆动，所以上下板沟易于同心，因而有良好的磨削尺寸选择性，能快速修正钢球的几何误差。3）压力分布合理，偏心加压使两板间的钢球受力均匀，上板磨损均匀，而且通过改变加压点的位置可使进出球口处的压力低一些，使球的进出更为顺畅。立式机床的缺点是出球口处堆积，易产生死角，影响加工等概率性，而进球质量受压力、转速的制约，尚需进一步改进提高。另外，排屑困难也是立式机床的一大缺陷。2.2机床的性能2.2.1机床的占的面积卧式机床的结构布局决定了其输球料盘装置只能位于机床的前方，这无疑增大了机床的占地面积。立式机床的输球料盘装置围绕在机床上，所以立式机床结构紧凑，更加节省占地面积，输球料盘直径的大小也就决定了立式机床的占地面积的大小。在球板外经相同的情况下，立式机床的占地面积仅为卧式机床的1/31/2。2.2.2机床操作方便性从操作方便性来看，立式机床要优于卧式机床。钢球在加工过程中，操作人员需经常观察钢球的进出球情况。卧式机床的前置输球装置极不方便。钢球的进球口被钢球的出球口所遮挡，观察钢球进球情况很困难。而在钢球的加工中，观察进球情况是非常重要的，它是控制最佳进球量的前提条件。与卧式机床相比，立式机床的进出球口就一目了然，便于随时观察控制。2.2.3板沟中的容球量钢球在研磨过程中，每个钢球在沟板中的分布状态是不确定的，任何时候不会重复以前某时刻的分布，立、卧式机床进球的差别决定了钢球在板沟中分布的不同。在卧式机床上，钢球从端面切向流入垂直放置的磨板内，由于钢球进入各沟道的距离基本一致，各沟道内的容球量则基本相等，从而形成各沟道内各钢球之间的间隔以星状向外辐射的状态，磨板内的球呈星状分布。由于单位时间内进入每条沟道内进行磨削的钢球数基本相等，每个钢球在被磨削的同时也磨削板沟，由于内沟道长短于外沟道，则内沟道会比外沟道磨得深，这样就造成钢球尺寸的不一致性。在立式机床上，位于输球料盘上的钢球从外侧经过旋转的下板进入机床，钢球在外侧进球口自然形成储球区，从而保证有足够量的钢球进入旋转板的外沟，板沟内形成球接球的分布状态，因此，无论是内沟还是外沟，沟内钢球之间的空隙是均等的，这样内外沟的磨损基本一致。2.2.4进出球情况立、卧式机床进球的形式及效果存在较大的差异，卧式机床明显强于立式机床。立式机床进球时钢球的入沟点一般在一定范围内随机摆动。而卧式机床进球时，钢球是在导球板的引导下通过分配器进入球板间，钢球入沟点较易对准中心沟，可减少钢球随机运动产生的沟壁等处的碰划伤。立、卧式机床出球的形式及效果也存在较大的差异，卧式机床也明显优于立式机床。立式机床的结构特点形成了钢球在出球口必须先堆积在导出。出球靠后面不断离开球板间的钢球的推挤传递到前面的球，通过铲球板逐渐离开出球口进入料盘，另一部分则通过铲球板随机进入其他空间，在出球口翻滚位移，寻找机会进入料盘，所以不可避免出现钢球在出球口停留的时间的长短的差异，即出现在相同时间内部分钢球入沟次数少的现象，这样一方面不同程度地破坏了原已达到的钢球形状和表面，另一方面也有可能破坏钢球几何精度的一致性。卧式机床加工的钢球在收球刀的引导下，依运动惯性和重力的作用，通过流球槽进入料盘。相对来说，卧式机床的出球明显优于立式机床，更容易控制其对钢球的碰擦伤，且能使同一盘钢球在一段加工时间内入沟的次数大体相等。综上所诉，立式机床和卧式机床在钢球的加工过程中，各有自己的特点：立式机床在占地面积、操作方便性以及机床的柔性等方面更适合中、小规格球的加工；卧式机床的进出球情况、加工中的排屑情况、树脂砂轮的配套使用情况以及机床的钢性方面均比较好，所以更适合中、大球的加工。2.3钢球的加工设备和研磨机理2.3.1钢球的加工设备轴承钢球所用原材料一般是Gcr15冷拔退火盘圆料机冷拔退火定尺寸棒料（或称条料）。钢球毛坯直径D25mm者是在冷墩机上冷墩成形，25mmD48mm者用冷墩机热墩成形。目前也有用滚压法连续轧制钢球毛坯的。D50mm以上者为棒料热切下料压力机模锻成形常用的冷墩机型号为：Z327.5、Z3210、Z3216和Z3228。将钢球毛坯去除两极及环带，磨去多余留量，统一尺寸公差的磨削过程叫光球，常用的光球机是3M7980和3M7480，（小型球）光磨后，为进一步缩小球坯的尺寸公差及球形尺寸偏差降低光球表面粗糙度，有的工厂在热处理（淬火）前还在磨球机上（一般是3M7680、3M7180）进行磨削加工，这叫软磨。将淬回火后的钢球在磨球机上（仍是3M7680或3M7180）用SiC砂轮及铸铁板对钢球第二次磨削加工，去除热处理中产生的表面氧化脱碳层、表面缺陷及屈氏体组织缺陷，进一步提高精度和表面质量的磨削过程叫硬磨。采用钢球互相碰撞的方法使其表面发生宏观的弹性变形和微观的塑性变形，并使其表面层进一步变硬且均匀，表面呈压应力分布的过程叫钢球的强化，该过程一般在强化机上进行。将强化后的钢球放置在铸铁板间，施加一定的压力，沿着一定的轨道加研磨剂和研磨液经长时间的反复运转的过程叫研磨，研磨又分初（粗）研和细（精）研，有时还要进行超精研，有的工厂又叫一次研磨、二次研磨，所用机床均为研球机，近年来又采用细粒树脂砂轮“以磨代研”工艺，提高了效率和精度，所用研球机为3M4740和3M7770。以上加工方法就是钢球行业所说的光、磨、研加工工艺，所用设备为3M7980、3M7480、3M7680、3M7180、3M4740、3M7770和3M7280。2.3.2钢球研磨机理钢球是球轴承的重要零件之一。不少学者指出，这种类型的轴承精度及综合力学性能指标的50%以上取决于钢球。可见，钢球在球轴承中占有多么重要的地位。钢球是个球性零件，其中全部表面是加工面，又都是与外界的接触面，在工作中还都是工作面，加之对精度和表面质量的要求又非常高，因而其制造工艺过程也非常特殊，并需经过一系列的磨加工工序，才能逐步形成精度和表面质量越来越高的圆球，最后通过研磨，达到高精度和高表面质量要求。作为终加工工序的研磨（特别是最后一道精研），对钢球的尺寸和形状精度、表面粗糙度和表面质量起着最后的决定性作用。研磨盘由特殊材料（传统的研磨盘适合金铸铁或树脂砂轮）经特殊工艺制成。在研磨压力作用下，研磨盘与钢球在接触点处产生接触变形并形成微小接触变形区域，在区域内分布着表面接触压应力。由于研磨盘在带动钢球作无打滑研磨运动时，在接触点处存在着相对枢转运动，研磨盘便对钢球在接触变形区域表面形成一种特殊的旋转磨削“枢转磨削”。这是一种不同于普通磨削而特别适合于对球形零件作精细加工的“点接触”精微磨削。当钢球作无打滑研磨运动时，研磨盘对钢球的这种枢转磨削使沿着钢球表面的三条研磨轨迹同时逐点进行。研磨盘与钢球在接触点处除存在相对枢转运动外，还同时存在着相对滚动运动。同样，由于接触变形区域表面分布着接触压应力，这种相对滚动运动使研磨盘对钢球在接触变形区域上形成“滚转碾压”。当研磨盘带动钢球作无打滑研磨运动时，研磨盘对钢球的这种滚转碾压也沿着钢球三条研磨轨迹同时逐点进行。研磨盘对钢球在接触点处同时存在着枢转磨削和滚转碾压，这两种作用相辅相成，并同时沿着钢球表面的三条研磨迹线同时逐点展开，共同构成对钢球这种特殊球形零件的“研磨”。在钢球的同一研磨循环不同自转圈的研磨中，研磨盘对钢球只是沿着表面的三条研磨迹线进行研磨，钢球也只能处在研磨盘上同一V行槽中被研磨。为了能主动地改变研磨迹线在钢球表面的位置和钢球在研磨盘上所处V形槽的位置，使钢球表面较快地形成研磨迹线网络和使同盘所有钢球都获得同等的研磨，对中小规格钢球采用的大批量或小批量循环作法。由于钢球在每个研磨循环中，研磨迹线只占钢球表面极小区域，磨削量也极为微小，又由于采用的大批量或小批量循环作法是随机改变钢球表面的研磨迹线位置，因此必须使钢球经历大数量的研磨循环和长时间的研磨，才能使钢球表面的研磨迹线分别越来越密和越来越均匀，也才能使同盘所有钢球表面都逐渐获得处处机会均等和磨削量达到要求的研磨。研磨盘与钢球在接触点的两种相对转动：枢转和滚动以及研磨压力的存在，只是使研磨具备了运动和力两方面的条件，还必须通过研磨液中的磨料，研磨盘才能对钢球实施研磨。研磨液有油剂和水剂两种，分别由润滑冷却油和水溶性循环液加进磨料和表面活性剂构成。磨料和活性剂通过油或水性介质均匀撒涂和粘附于钢球表面，并在研磨压力的作用下均匀嵌入经特殊材料和工艺制成的研磨盘接触面上。研磨液除了起研磨作用，同时还起润滑、冷却、清洗和防锈等作用，以及特殊的活性化学物理作用。研磨液中的磨料在研磨中还不断被细化。通过上述作用综合，使钢球在研磨中其表面不断地磨精和磨光，最后达到高精度和高表面质量要求。所谓打滑，广义来说，就是钢球与外界在接触点的相对滑动。对于大批量和小批量研磨，进出球口处钢球相互间和钢球与研磨机之间的碰擦是不可避免的。所有打滑对钢球研磨都是有害因素。但危害最严重的是钢球在研磨中研磨盘与钢球在理想接触点的相对滑动。这种打滑不仅直接严重破坏钢球表面，而且还影响钢球的正常研磨运动，又会引起同一V形槽中相邻钢球之间的相互碰擦。因此，必须消除钢球在研磨中的打滑，确保钢球作物打滑研磨运动。车有V型沟槽的下研磨盘通过变速箱带动旋转从而实现钢球绕盘中心的公转，如图2-1所示。绕球轴心自转的运动如图2-2所示。在同轴二研磨盘，钢球绕盘中心转移转，实际上在A、B、C三处形成三条环带，如图2-2所示，其中PP 为自转轴。然后通过大循环实现钢球表面研磨迹线的均匀分布，这就是采用等概率法来完成钢球的精研加工。由上图可知：钢球研磨是由三接触点共同完成的。钢球的研磨精度和研磨效率取决于三接触点的研磨能力和综合研磨性能。根据我们所设计的研磨机的工作情况初步选定研球机的型号是3M4740立式研磨机床。2.4 3M4740型立式研磨机床2.4.1机床的总体布局机床是立式结构，共分为床身、输球导环系统、左右立柱、横梁及加压机构。四周为开放式，调整操作方便，床身为整体铸造，刚性好，并留有足够的空腔用于安装下研磨盘的传动系统。图2-3为该机床外观图。2.4.2机床的用途和适用范围 3M4740型微型研球机，适用于微型轴承钢球的厂家使用，是钢球制造过程中研磨工序加工用机床，可用于0.53mm的钢球细研工序和精研工序。2.4.3性能简介机床采用液压加压，经精确计算确保钢球在两研磨板间载荷均匀。本机床采用立式输球导环，变频器无级调速，稳定可靠，所有钢球在加工过程中经过研磨板间的加工次数基本一致，从而保证该批钢球一致的尺寸精度。机床的下主轴传动采用交流电动机变频器无级调速，使下研磨板有多种转速可供选择，以满足加工不同规格钢球及多种工艺参数的要求，使机床始终处于最佳工作状态，同时为满足精研钢球的需要，下研磨板中心可调。操纵箱从电柜上方伸出悬挂于机床左上方，操纵面板上设有下研磨板转速表、输球导环转速表和机床的工作压力表，直观，方便，机床的工作压力通过置于压力液压钢后的位移传感器在操纵箱上显示。2.4.4加压液压钢及上盘（见图2-4）加压液压钢置于横梁中间。活塞杆下端装有稍带浮动的上盘，活塞在液压钢中上下移动。液压钢上腔进入压力油后，将活塞压下，通过压缩弹簧把压力传至上研磨板，在上下研磨板间产生作用力。其值可通过位移传感器测量压缩弹簧并在操纵面板上直接读出，最大工作压力为25kN。固定盘上设有弹簧保压，且起到了浮动缓冲作用。上盘压板前方装有聚球座，使上研磨板的缺口分成两个开口，右端为进球口，左端为出球口。左端下部装有成梳状的铲球板，梳齿可深入下研磨板的沟槽中，钢球经铲球板进入出球口。上盘法兰上装有3个保险螺栓，工作时应预先调整好螺栓高度，用3对螺母锁紧。当上下研磨板中钢球断流时，此保螺栓可以防止上研磨板下降而发生“碰板”事故。2.4.5加压进给运动由油钢内高压油推动活塞杆，活塞杆推着静研磨板做进给运动，钢球在旋转的动、静研磨板之间的压力作用下，即随动盘做公转，又根据自身运动要求做自转，其结果是钢球在动盘和精盘之间产生了相对运动，从而产生研磨作用。第3章液压缸缸体及缸盖的设计3.1液压缸的设计参数和设计要求3.1.1研球机的设计参数研球机加工钢球的直径为：0.53mm；研磨盘规格为（直径厚度）：40080mm；研磨盘最大工作压力为：25kN。3.1.2研球机的设计要求研球机的功能是研磨钢球，实现钢球的加工精度和表面质量。钢球研磨加工属于精密加工，它是在研磨盘与钢球之间置以研磨剂，研磨盘在一定压力下与钢球作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械及化学作用实现对钢球的研削加工，该产品的加工质量将最终决定钢球的加工精度。在规定的使用条件下，产品应能顺利完成所有要求的功能。使用经济性应越来越好，并注意降低产品成本。3.2液压缸的类型3.2.1液压缸的选型根据所给出的条件选择双作用单活塞杆液压缸。这类液压缸因两腔的活塞有效面积不相等，而且活塞杆直径越大，有效面积相差越大，当输入液压缸两腔压力和流量相等时，无杆腔推力大而速度慢，有杆腔推力大而速度快，这个特点符合大多数工作机械的作业要求，因此，双作用单活塞杆液压缸使用最广泛。3.2.2活塞（或缸体）的运动速度和推力计算（1）无杆腔进油时（如图3-1（a）所示） （3-1）不考虑摩擦和回油阻力时，则 （3-2）（2）有杆腔进油时（如图3-1（b）所示） （3-3）不考虑摩擦和回油阻力时，则 （3-4）式中：q输入液压缸的流量，； p输入液压缸的压力，； 、活塞所产生的推力，（N）； 、活塞所产生的运动速度，（m/s）； 、分别为无杆腔、有杆腔的有效面积， D、d分别为活塞、活塞杆的直径，（m）；3.3液压缸具体参数的确定3.3.1外负载计算外负载是为了确定液压缸所需要的牵引力。液压缸的牵引力应该能克服所受到的总阻力，即液压缸的最大牵引力，计算公式如下： （3-5）式中：工作负载，包括工作机构的工作阻力及自重等对液压缸产生的作用，N； 启动、制动或换向时的惯性力，N。（1） 工作负载根据工作情况： （3-6）式中：研磨盘的工作压力，N； 研磨盘的重力，N。 =25.983N（2） 运动部件的惯性力因比较小，可近似取。=0.125.983N=2.5983N外负载：=25.983N+2.5983N=28.5813N3.3.2确定液压缸的有效工作压力p根据所设计的研球机的工作条件可确定其工作压力，即p=63.3.3液压缸内径、活塞杆直径 液压缸选用单杆式，液压缸无杆腔工作面积为有杆腔工作面积的两倍，即活塞直径d与缸筒直径D的关系为d=0.707D。（1） 液压缸的内径 对于双作用单活塞杆推力缸，其无杆腔的推力为 （3-7） 由推力和外负载相等，既可求出缸筒内径为 （3-8） 式中：工作压力，； 回液背压，； 活塞杆直径，m； 机械效率，一般=0.9。 根据d=0.707D，可把（3-8）式推导为 （3-9） 把数据代入式（3-9）中，可得缸筒内径 缸筒内径极为活塞直径，所以活塞直径为120mm。 根据d=0.707D，可得活塞杆直径为： d=0.707120mm=66mm 根据活塞杆直径列表1取活塞杆直径为d=65mm。3.3.4液压缸缸筒长度L液压缸缸筒的长度L应根据所需行程和结构上的需要而定，即：液压缸缸筒的长度=活塞行程+活塞宽度+法兰定位槽高度+其他长度。通常液压缸缸筒的长度L大于缸筒内径的20倍。根据给定的条件在表4-92可查得活塞的行程为260mm，法兰定位槽高度为45mm，其他长度取85.2mm。3.3.5确定最小导向长度H当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向滑动面中点的距离称为最小导向长度H，如图3-2所示。如果导向长度H过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此必须保证有一最小导向长度。对于一般的液压缸最小导向长度为 （3-10）式中：L液压缸最大行程，mm； D缸筒直径，mm。由以上的数据可以计算出最小导向长度H：活塞宽度B=（0.61.0）D，取B=0.64DB=0.64D=0.64120mm=76.8mm液压缸缸筒长度L：L=260mm+76.8mm+45mm+85.2mm=467mm3.3.6缸筒壁厚根据液压缸外径表1，由缸筒内径及缸筒内最高工作压力得出液压缸的外径，因此可计算出缸筒壁厚：3.4缸体材料缸体材料常用20、35、45号钢的无缝钢管。工作温度低于-50的油缸缸体，必须用35、45号钢，且要调质处理。与端部焊接的缸体，使用35号钢，机械预加工后再调质，不与其他零件焊接的缸体，使用调质45号钢。缸体端部，一端用法兰连接，另一端用端盖封住且用螺钉及锁紧螺母连接，所以缸体材料选用调质45号钢的无缝钢管。3.5缸盖的设计缸体内径为120mm，所以取缸盖凸台的直径，它与缸筒采用螺纹联结，如图3-3所示。螺纹连接的基本类型共有四种，分别是螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接。螺纹联接在被联接件上开有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端拧上螺母。这种联接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，因此应用极广。双头螺柱联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合，例如被联接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软（例如用铝镁合金制造的壳体），且需要经常拆装时，往往采用双头螺柱联接。显然，拆卸这种联接时，不用拆下螺柱。螺钉联接的特点是螺柱（螺钉）直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母，在结构上比双头螺柱联接简单、紧凑。其用途和双头螺柱联接相似，但如经常拆装时，易使螺纹孔磨损，可能导致被联接件报废，故多用于受力不大，或不需要经常拆装的场合。紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入县相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩。根据油缸的工作情况，应选择螺钉联接。油缸盖与横梁也采用螺钉联接。根据表13-113可选出油缸盖与缸壁连接的螺钉型号GB70-85 M825，油缸盖与横梁连接的螺钉型号GB70-85 M1230，法兰与缸壁连接的螺钉型号GB70-85 M825。缸盖的外径应与横梁连接，所以一定大于油缸外径，为了美观，使缸盖外径与横梁凸台的大圆直径相等，所以取=240mm。为了使活塞能运动，必须在缸盖上开有一个进油口，根据工作条件其进油口的直径选为9mm。3.6液压缸与油缸套的联接根据研球机的工作条件，液压缸与油缸套之间采用螺纹联接。螺纹由外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。起联接作用的螺纹称为联接螺纹；其传动作用的螺纹称为传动螺纹。此处联接应起传动作用，所以选用传动螺纹。传动螺纹分为三种：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。（1）矩形螺纹（如图3-4所示）：牙型为正方形，牙型角。其传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。为了便于铣、磨削加工，可制成10的牙型角。矩形螺纹尚未标准化，目前已逐渐被梯形螺纹所代替。（2）梯形螺纹（如图3-5所示）：牙型为等腰梯形，牙型角。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。如用剖分螺母，还可以调整间隙。梯形螺纹是最常用的传动螺纹。（2） 锯齿形螺纹（如图3-6所示）：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为3，非工作面的牙侧角为30。外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应力集中。内、外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高，梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动中。根据研球机上液压缸所要做的工作来看，液压缸与油缸套之间应该选用梯形螺纹。3.7液压缸的强度和刚度校核3.7.1缸筒壁厚的校核研球机的液压压缸工作在中、高压的情况下，并选用了无缝钢管，大多属于薄壁筒（即），可按薄壁公式校验其强度，即 （3-11）式中：p缸筒内最高工作压力（指试验压力），； 缸筒材料的许用应力。，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=3.55； D缸筒内径，m。缸筒为45号钢，其抗拉强度=333441，取=335，n=4。=335/4=83.75根据计算公式：上面算得油缸缸筒壁厚，符合强度校核。3.7.2液压缸缸盖固定螺钉直径的校核液压缸缸盖固定螺钉在工作过程中，同时承受拉应力和剪切应力，其螺钉直径可按下式校核 （3-12）式中：螺栓螺纹底径，m； K螺纹拧紧系数，一般取K=1.21.5； F液压缸最大作用力，N； Z螺栓个数； 螺栓材料的许用应力，为螺栓材料的屈服极限，n为安全系数，一般取n=1.22.5。取螺栓的拧紧系数K=1.2，安全系数n=1.3，螺栓材料的屈服极限为=520。=520/1.3=400把以上数据带入式（3-12）中：根据液压缸的工作条件，所选用的螺钉螺纹底径为，所以液压缸缸盖所用固定螺钉符合强度条件。第4章活塞杆和活塞的设计4.1活塞杆的设计活塞杆是把活塞组件上还原而来的机械能施功于负载的零件，是液压传递机械力的主要零件。在不同的工作环境下承受压缩、拉伸、弯曲、振动、冲击，甚至扭转等载荷的作用，所以要求它具有足够的强度、刚度和稳定性，而且还要具有耐磨性和耐腐蚀性。4.1.1材料选择活塞杆一般用优质碳素结构钢制成。为了提高强度、刚度和稳定性，活塞杆均要求进行调质处理。为了提高耐磨性和耐腐蚀性，在活塞表面镀硬铬。根据实际运用效果，硬铬层以0.030.05mm为佳（太薄了达不到使用效果，太厚了反而容易引起脱落），且要求镀硬铬的整个过程符合要求，所以选用调质45号钢作为活塞杆的材料。4.1.2活塞杆的尺寸确定（见图4-1）活塞杆一头接活塞，另一头接研磨盘，应把活塞杆设计成阶梯式，如图4-1。（1） 初步确定活塞杆的最小直径活塞杆的最小直径应为与固定研磨盘的法兰盘连接的部分，它与法兰之间采用螺纹联接，所以其直径，其长度由锁紧螺母的宽度确定，所选用的锁紧螺母的宽度为24mm，即，在这一段上应留有退刀槽。锁紧螺母选用的螺钉为GB68-85 M516。（2） 活塞杆的结构设计根据对最小直径的确定可以计算出与活塞连接的一段活塞杆的直径，活塞杆与活塞连接的部分中间也有一个锁紧螺母，所以确定出此段活塞杆的直径为，长度为，此处锁紧螺母上选用的螺钉型号为GB19-85 M512。确定与活塞连接的活塞杆段的直径，此段与第1段紧挨，所以应比第1段直径大，即，所以。由此计算得：。此段长度应与活塞杆中间部分的宽度相同，即。确定活塞杆其他段的直径和长度第3段的直径应为活塞杆的最大直径，其直径应大于且小于液压缸内径120mm，选此段直径为。长度根据活塞宽度、液压缸长度和油缸套的长度确定，即。此段活塞杆下端与法兰连接，此处的配合选为H7/f6，同时确定了法兰的内径为65mm。第4段与压盘连接且选用螺纹联接，此段活塞杆直径及长度都由压盘的孔径及压盘的宽度确定，即，。第5段活塞杆一部分与法兰连接，另一部分由弹簧的自由长度确定。其长度为，直径取决于法兰的孔内定位套内径的大小，即，此处于定位套的配合为H7/g6，定位套与法兰的配合为H7/g6。4.1.3活塞杆的形位公差（1）活塞杆轴线的直线度不大于0.03mm/100mm。（2）外径的圆度、圆柱度不大于外径公差的一半。（3）与外圆同轴度允差不大于0.03mm。（4）安装活塞的轴肩与活塞杆轴线垂直度允差不大于0.04mm/100mm。（5）端部的螺纹与活塞杆轴线同轴度允差不大于0.03mm。4.1.4螺纹联接的防松螺纹联接都能满足自锁条件，但在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，就会使联接松脱。螺纹联接一旦出现松脱，轻者会影响机械的正常运转，重者会造成严重的事故。因此，为了防止联接松脱，保证联接安全可靠，设计时必须采取有效的防松措施。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理了分为摩擦防松、机械防松以及铆冲防松等。一般说，摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠。对于重要的联接，特别是在机器内部的不易检查的联接，应采用机械防松。根据上述介绍及研球机工作的环境可初步确定活塞杆两端选用摩擦防松。摩擦防松包括：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母。（1）对顶螺母（如图4-2所示）：两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。工作载荷有变动时，该摩擦力仍然存在。旋合螺纹间的接触情况如图4-2所示，下螺母螺纹牙受力较小，其高度可小些，但为了防止装错，两螺母的高度取成相等为宜。结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置上的联接。（2）弹簧垫圈（如图4-3所示）：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。结构简单，使用方便。但由于垫圈的弹力不均匀，在冲击、振动的工作条件下，其防松效果较差，一般用于不甚重要的联接。（3）自锁螺母（如图4-4所示）：螺母一段制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。结构简单，放松可靠，可多次装拆而不降低防松性能。因此，活塞杆两端都选用锁紧螺母。4.1.5活塞杆强度及压杆稳定性校核活塞杆直径d可按下式校核强度： （4-1）式中：活塞杆材料的许用应力。，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=1.4； F活塞杆所受负载，N； d活塞杆直径，m。活塞杆为45号钢，其抗拉强度=333441，取=335，n=1.4。=335/1.4=239.3把以上数值带入式（4-1）中我们所设计的活塞杆的直径为，符合活塞杆稳定性校核。4.2活塞的设计 活塞组件是将压力能直接转换还原机械能的主要零件，直接影响到液压缸的工作压力、运动速度和效率等。4.2.1材料选择活塞选材主要从活塞的结构型式考虑：（1） 若采用有支承环的结构，则常采用20、35、45号碳素结构钢。（2） 少数情况下，为用支承环则采用耐磨铸铁，灰口铸铁HT200-300，球墨铸铁以及锡青铜、铝合金。因此研球机上活塞的材料选用灰口铸铁HT200。4.2.2活塞的尺寸确定（见图4-5）（1）确定活塞的总长度活塞的总长度是根据液压缸的内径来确定的，液压缸内径为120mm，所以活塞的总长度为120mm。（2）确定活塞各段的尺寸第段和第段内径是活塞与液压缸内壁的密封部分，因此，此处的长度由密封件的尺寸确定，即，其直径为。第段活塞的直径应不能碰触到油缸盖的凸台且超出活塞杆第2段的长度，即。第段活塞与第2段活塞杆连接，活塞的直径取决于第2段活塞杆的长度，活塞的长度取决于锁紧螺母的外径。因此，。4.2.3确定活塞的相关配合活塞与活塞杆配合的内孔尺寸精度取IT7级，内孔表面粗糙度1.6以上（此处为滑动轻配合，若间隙过大装配后会因同轴度差而产生别径及局部磨损），所以此处的配合为H7/n6。设计使用中考虑到，若活塞磨损密封件容易嵌入活塞与缸壁运动副之间，故活塞与缸壁间的间隙要适宜。此处采用活塞环密封，则活塞外径基本偏差为f6f7（采用不同密封件、压力大小不同所留间隙不同）。另外，为了防止活塞运行到底部与缸盖碰伤，活塞本体导致内污染，活塞两端倒R3R5圆角。活塞外径表面粗糙度3.2以上，故活塞外径与缸壁的配合H7/f6。4.2.4活塞的形位公差（1）内、外径的圆度、圆柱度误差不大于尺寸公差的一半。（2）活塞外径对内孔及密封件沟槽的同轴度允差不大于0.03mm。（3）端面对轴线的垂直度允差不大于0.04mm/100mm。（4）活塞与活塞杆轴肩的接合端面，表面粗糙度可在1.6以上，但垂直度不一定大于0.04mm/100mm。4.3 C语言程序#include”math.h”,#define p1 3.14int n,zhu=0;float p1,q1,i,i1,g,a,f,c1,x1,y1,H1,H2,q2,x2,y2,m,N,t,Xc,Yc,o,d;float z,p4,x,y,ex,p2,b,q,q3,p3,x3,y3,cont,M;clrscr();printf(“please input H1=”);scanf(“%f”,&H1);printf(“please input H2=”);scanf(“%f”,&H2);for(p1=0.6;p1=0.8;p1=p1+0.04) for(q1=0.83;q1=0.91;q1=q1+0.016) for(I=1.0;I=1.3;I=I+0.06) for(i1=0.22;i1=0.3;i1=i1+0.016) g=H1/(sin(p1)+I*sin(q1); a=i*g; b=i1*g; f=g-b; e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); x1=f*cos(p1); y1=H1-f*sin(p1); q2=5; m=g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2); If(M=0)M= -M; p2=atan(sqrt(M)/(c1+a*cos(q2); x2=f*cos(p2); y2=b*sin(p2)+a*sin(q2);p3=pi/2-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1);q3=pi/2-p3;x3=f*cos(p3);y3=b*sin(p3)+a*sin(q3);m=x3*x3-x1*x1-y1*y1+y3*y3;N=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3;t=2*(x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3);Xc=(m*(y2-y3)-N*(y3-y1)/t;Yc=(N*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t;c=sqrt(x1-Xc)*(x1-Xc)+(y1-Yc)*(y1-Yc);o=c/a; if(o1.2) goto Loop2; d=Yc; e=e1-Xc;x4=e1-a*cos(q1);y4=a*sin(q1);x5=e1;y5=0;k1=(y1-Yc)/(x4-x5);c1=atan(k1);k2=(y4-y5)/(x4-x5);x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2);y6=k1*(x6-x1)+y1;l=x6;s=H1-y6;u=s/l;if(u0&dH1/4&c=0.436;q4=q4-0.0348) k=2*e*b+2*a*b*cos(q4); j=2*a*b*sin(q4)-2*b*d; r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2*a*e*cos(q4)-2*a*d*sin(q4); if(k*k*r*r-(k*k-j*j)*(r*r-j*j)0 goto Lop1; z=(k*r+sqrt(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)/(k*k+j*j); cost=1-z*z; if(contH1|yH2) goto Loop1; n=n+1; if(maxx)min=x; Loop:; ex=max-min; if(ex0.03) goto Loop2; printf(“nu=%6.3f Q1=%6.3f A=%6.3f B=%6.3f C=%6.3f D=%6.3f”,u,q1,a,b,c,d); printf(“E=%6.3f p1=%6.3f G=%6.3f”,e,p1,g); printf(“nc1=%6.3f s=%6.3f Xc=%6.3f Yc=%6.3f”,c1,s,Xc,Yc); printf(“nL=%6.3f Ex=%6.3f”,l,ex); o=(H2-a*sin(q2)/g; p2=o/sqrt(l-o*o); printf(“p2=%6.3fn”,p2); zhu=zhu+1; printf(“This is %i zhunn”,zhu); else goto Loop2;Loop2:;printf(“n*n”);getch();输出结果：u=0.017 Q1=0.910 A=1.317 B=0.290Q=1.522 D=0.350 E=0.574 p1=0.930G=1.317 G1=0.682 s=0.028 Xc=0.574Yc=0.291 L=1.595 Ec=0.009 p2=0.381This is zhu1U=0.017 Q1=0.890 A=0.574 p1=0.940G=1.327 c1=0.570 s=0.035 Xc=0.580Yc=0.301 L=1.605 Ex=0.009 p2=0.383This is zhu2U=0.167 Q1=0.908 A=1.351 B=0.290c=1.512 p=0.354 E=0.575 p1=0.932G=1.311 c1=0.684 s=0.030 Xc=0.576Yc=0.298 L=1.598 Ex=0.009 p2=0.384This is zhu3第5章弹簧的设计进给加压系统中固定盘上设有弹簧保压，且起到浮动缓冲作用。该系统中采用弹簧保压，当压力加到需要大时锁紧，油缸上的大套压紧弹簧起保压作用，具有保压性能稳定，工作可靠等优点。5.1弹簧的基本类型按照所受的载荷不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种，而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般的机械中，最为常用的是圆柱螺旋弹簧，所以我们也选用圆柱螺旋弹簧。5.2弹簧的制造工艺螺旋弹簧的制造工艺包括：卷制；挂钩的制作或端面圈的精加工；热处理；工艺试验及强压处理。卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经预先热处理后拉成的直径d（810）mm的弹簧丝；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧则用热卷。根据研球机的功能所选用的弹簧直径应小于810mm，所以选用冷卷即可。对于重要的压缩弹簧，为了保证两端承压面与轴线垂直，应将端面圈在专用的磨床上磨平。弹簧在完成上述工序后，均应进行热处理。冷卷后的弹簧只作回火处理，以消除卷制时产生的内应力。5.3圆柱螺旋压缩弹簧的设计5.3.1根据工作条件选择材料并确定其许用应力因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第类弹簧来考虑。弹簧钢主要有四种：碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢、铬钒钢。（1）碳素弹簧钢的优点是价格便宜，原材料来源方便；缺点是弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性，且不能在高于130的温度下正常工作。（2）低锰弹簧钢与碳素弹簧钢相比，优点是淬火后容易产生裂纹及热脆性。但由于价格便宜，所以一般机械上常用于制造尺寸不大的弹簧。（3）硅锰弹簧钢中因加入了硅，故可显著地提高弹性极限，并提高了回火稳定性，因而可在更高的温度下回火，从而得到良好的力学性能。硅锰弹簧钢在工业中得到了广泛的应用。（4）铬钒钢中加入了钒的目的是细化组织，提高钢的强度和韧性。这种材料的耐疲劳和抗冲击性能良好，并能在-40210的温度下可靠工作，但价格较贵。多用于要求较高的场合。根据所设计的研球机的工作情况现选用碳素弹簧钢丝C级。要求中径，外径，根据，估取弹簧钢丝直径为9.5mm。由表16-34暂选，则根据表16-24可知。5.3.2根据强度条件计算弹簧钢丝直径（如图5-1所示）现选取旋绕比C=5，则由式16-44得：根据式16-124得：改取d=10mm，查得，。取D=40mm，C=40/10=4，计算得K=1.4，于是上值与原估值相近，取弹簧钢丝标准直径d=10mm。此时D=40mm，为标准值，则弹簧外径为：所得尺寸与限制条件相符合，合适。5.3.3根据刚度条件，计算弹簧有效圈数n由表16-24取，则弹簧的有效圈数n为取n=7.5圈。5.3.4确定弹簧的其他尺寸（如图5-2所示）（1）弹簧的内径（2）节距（3）自由高度（4）弹簧总圈数（5）轴向间距（6）螺旋角（7）弹簧长细比5.3.5验算（如图5-3所示）（1）极限工作应力（取）（2）极限工作载荷第6章液压缸的密封液压缸是依靠密封的工作容量变化来传递动力和运动的。因此要求两个有相对运动的零件之间形成的空间应是密封的。不使油液从进油腔泄漏至回油腔，更不允许泄露到缸体外面，若密封不良不仅使液压缸的性能和效率降低，甚至失去工作能力，因此，对液压缸的密封提出以下要求：（1）在额定工作压力下，保证良好的密封，使其减少泄漏。（2）相对运动的零部件间，密封装置引起的摩擦力要小，不允许有卡死和爬行现象。（3）密封元件的加工工艺和装配简单。即制造容易，成本低，适于组织集中生产和标准化生产。（4）耐磨性好，工作寿命长，磨损后在一定程度上能自动补偿。这些要求往往是有矛盾的，选择哪一种密封装置，要根据液压缸的工作压力、运动特点、使用条件而定，液压缸中密封装置类型很多，分述如下。6.1间隙密封间隙密封是依靠相对运动的零件的配合表面间的微小缝隙来防止泄漏，活塞上一般做出环槽，如图6-1所示。其目的是为了使径向压力平衡，并改善密封性，环形槽的形状主要有矩形，V形和半圆形。间隙密封应用较广，特别在各种阀类中得到广泛的应用，其密封性能与间隙大小、压力差、配合表面的长度和直径尺寸以及加工质量等有关，其中间隙大小及均匀与否影响最大。这种密封装置结构简单，摩擦力小，但它不能随压力的增大而提高其密封性能。对于圆柱形表面，制造精度较易保证，但磨损后无法补偿。对平面配合，制造较困难，但磨损后可以采取自动压紧等措施进行补偿。对尺寸较大的液压缸，由于配合尺寸较大，要达到间隙密封所要求的加工精度比较困难，而且也不经济。因此，间隙密封仅用于尺寸较小，压力较低，运动速度较高的液压缸。当采用间隙密封时，应考虑零件材料的耐磨性，通常采用耐磨铸铁制造活塞。6.2 O形密封圈密封图6-2所示是一种断面形状为圆形的O形密封圈。O形密封圈通常安装在矩形的沟槽中，用于固定件或往复运动件间的密封。为了使密封圈保持良好的密封性能而又不致产生过大的摩擦力，O形密封圈安装在槽中应当有适当的预压量。预压量的大小，对密封性能影响很大。过小，密封性能不好，易泄漏；过大，则压缩力增加，摩擦力增大，使密封圈容易在沟槽中产生扭曲，加快磨损，缩短寿命。O形密封圈的预压缩量大小及压力分布，如图6-3所示。密封圈的预压缩量e用百分数表示，可按下式计算 式中：O形密封圈未压缩前的断面直径； H沟槽底部到缸壁的距离。 一般固定密封的预压缩量取 往复运动密封的预压缩量取 旋转运动密封的预压缩量取 槽宽尺寸b一般为密封圈断面尺寸的1.31.5倍。O形密封圈压缩后接触面上的压力分布如图6-3（b）和（c）所示。工作时，受压力油作用而发生变形，紧接槽侧和缸面，从而起密封作用。因此，它的密封性能可随压力的增加而提高（一般称这种性能为自封性）。当压力较高或沟槽尺寸选择不当时，密封圈容易被挤出，因而造成严重磨损，如图6-4（a）所示。为此当工作压力大于10时，应在O形密封圈侧面放置挡圈。当单向承受压力时，可在一个侧面放置挡圈，如图6-4（b）所示；但双向均匀承受压力时，则密封圈两侧均应放置挡圈，如图6-4（c）所示。O形密封圈具有结构简单，密封性能良好，动摩擦阻力小，制造容易，成本低，安装方便等优点，所以在液压系统中应用十分广泛。可用于直线往复运动和回转运动的动密封，也可用于无相对运动的静密封，可用于外径密封，也可用于内径密封等。一般使用工作压力小于30。6.3 V形密封圈密封图6-5所示为V形密封圈。这种密封圈由形状不同的支承环1、密封环2和压环3三件成组使用。当压环压紧密封环时，支承环使密封环产生变形而起密封作用。图6-6时采用V形密封圈的密封结构。密封环2放在支承环1和压环3之间。各环材料一般用橡胶或夹织物橡胶制成，压环和支承环也可采用金属材料制成。使用V形密封圈的优点是：（1）适宜在工作压力小于50，温度在-4080条件下工作，安装时也应注意方向，即密封环的开口，应面向压力。（2）密封性能好，寿命长。若有泄漏，只要重新压紧就可继续使用。（3）可用于活塞密封，也可用于活塞杆密封。缺点是：（1） 摩擦阻力大。（2）调整困难。如果调整不当可能会引起爬行，因此，安装时应仔细调整，不可使摩擦力过大。（3）安装尺寸大，并有安装方向要求。（4）结构复杂，成本较高。V形密封圈主要用于压力较高（如油压机）和更换密封圈较困难的场合。在相对运动速度不太高的活塞杆处常常使用这种密封圈。6.4 Y形和窄断面Y形密封圈Y形密封圈根据截面长宽比不同，有宽断面和窄断面两种型式。宽断面Y形密封圈，即常用内、外唇边等高的Y形密封圈，如图6-7（a）所示，可通用于轴和孔的密封；这种密封圈还有不等高唇边的轴用或孔用密封圈。和其它唇边密封的原理一样，Y形密封圈的唇边直接贴紧被密封面（如缸筒内壁或活塞杆圆柱面），形成初密封，工作时在压力液体的作用下，唇边进一步压紧被密封表面，形成可靠的密封。因此，这种密封圈的唇边，应当朝着进高压液的方向安装。Y形密封圈一般采用丁腈橡胶制成，其工作压力不超过20，使用温度-3080。在压力波动较大、运动速度较高的情况下，为了防止密封圈翻转和扭曲，要用支承环固定。窄断面Y形（又称形）密封圈，是Y形密封圈的改进产品，其截面较窄小，高度是径向厚度的两倍，所以工作时不会在密封槽中翻转，不需要支承环。这种密封圈也有孔、轴通用的等高唇形和不通用的不等高唇形。不等高唇的密封圈，短唇和密封件接触，它的摩擦阻力小，耐磨损，寿命长；长唇与非运动表面有较大的预压缩量，摩擦阻力大，工作时不易窜动。因此在高压、快速运动时，均有良好的密封性和稳定性。图6-7（b）和（c）所示为孔用和轴用两种窄断面Y形密封圈。这种密封圈常以聚氨脂橡胶和尼龙-丁腈并用的胶料制成，其工作压力可达32，工作温度为-3080（聚氨脂）和-20100（尼龙）。6.5鼓形密封圈鼓形密封圈是70年代发展起来的新型液压活塞用双向组合唇形密封圈的一种，是液压支架的典型密封件。它是在两个Y形丁腈橡胶夹织物胶圈2的中央夹一个软质丁腈橡胶环1而成，如图6-8所示。其密封原理与其它唇形圈一样，靠唇尖预压缩量和工作介质径向压力实现自密封作用，可实现双向密封。使用时，两侧各装一个L形聚甲醛树脂挡圈，兼作活塞的导向环，因此活塞长度比较短。鼓形密封圈的工作压力为2060。6.6紧密式复合唇形密封圈这种密封圈是由Y（唇）形夹织物橡胶圈2和唇内的合成橡胶圈1压制粘合而成的单向密封圈，因截面形状似花蕾，又称蕾形密封圈，其结构如图6-9所示。蕾形密封圈是液压支架液压缸缸盖的专用密封件，使用时在Y形胶圈侧垫一聚甲醛挡圈，其密封原理与一般唇形密封圈一样，工作压力为2060。6.7防尘密封圈为了防止活塞杆在往复运动中将外界污染物带进液压缸，常常在缸盖或导向套端部装防尘密封圈。图6-10（a）所示为一种无骨架的聚氨脂防尘圈。由于它的唇边1有一定的预压缩量，能紧贴活塞杆2，如图6-10（b）所示，当活塞杆向右收缩时，防尘圈的唇边就可将积粘在活塞杆上的灰尘除去；活塞杆外伸时，由于防尘圈支承部分和活塞杆之间留有一定的间隙s，使唇边对活塞杆只产生很小的摩擦力。为了减少唇边的磨损，提高防尘圈使用寿命，活塞杆表面的粗糙度一般应该为，。第7章 液压缸的安装与维护7.1液压缸的安装7.1.1液压缸与工作机构的连接液压缸与工作机构常见的连接方式如图7-1所示。图7-1（a）为固定连接，常用底座式和法兰式。图7-1（b）为摆动连接，可用耳轴或耳环安装。图7-1（c）为带间隙连接，适用于液压缸存在振动或横向微动时，要求连接处应有适当的间隙。7-1（d）为带导向装置连接，用于液压缸活塞杆有侧向力或偏心载荷时，即在连接处应设置导向装置。图7-1（e）为带角位变化的连接，如液压缸与连杆机构连接时，除考虑外载荷力与活塞杆轴线重合外，还必须注意液压缸的角位变化，此种场合采用带角位变化的连接方式，以适应液压缸有一定摆动量的要求。7.1.2 连接时的注意事项（1）液压缸与被带动机构（工作台）连接时，要保证液压缸的轴线与移动机构（工作台）导轨面的平行度，其允差为0.1mm，保持往复运动灵活。（2）用底座安装时，前端底座须用定位螺钉或定位销，后端底座则用较松的螺孔，以允许液压缸受热时，缸筒能伸缩。底座安装平面尽可能与液压缸轴线重合（图7-2（a）;如果液压缸的轴线较高，离开支承面较大（见图7-2（b），底座螺钉及底座刚性应能承受倾覆力矩的作用。（3）用法兰安装时，法兰与支承座的连接应使法兰面承受作用力，而不应该使固定螺钉承受拉力。例如前端法兰安装，若作用力是推力，应采用图7-2（a）所示安装方法，避免采用图7-2（b）；若作用是拉力，则相反。后端法兰安装，若作用力是推力，应采用图7-3（a）所示安装方法，避免采用图7-3（b）；若作用是拉力，则相反。（4）有排气阀或排气螺塞的液压缸，必须将排气阀或排气螺塞安装在最高点，以排除空气。7.2液压缸的试验液压缸装配完成后，应通过鉴定试验来证明其性能是符合要求，试验项目主要包括以下各项。7.2.1试运转被试液压缸在空载工况下，全程往复运动5次以上，要求运转正常。7.2.2最低启动压力空载工况下，向被试液压缸无杆腔通入液压油，逐渐升压，记录活塞杆启动时最低启动压力，符合其质量分等规定。7.2.3内泄漏被试液压缸的活塞分别固定在行程的两端，使被试液压缸试验腔压力为额定压力，测量另一空腔出油口处西泄漏量，要求达到有关质量分等规定。7.2.4负载效应逐渐提高进入被试液压缸液压油的压力，测出不同压力下的活塞杆推力（拉力），计算负载效率，应符合有关质量分等规定。7.2.5耐压试验将被试液压缸活塞停留在行程两端不接触缸盖处。使试验腔压力为额定压力（为16时）的1.5倍或1.25倍（当额定压力16时），保压5min，要求全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。7.2.6全行程检查使被试液压缸活塞分别停留在行程两端位置，测量全行程长度，应符合设计要求。7.2.7外泄漏在作内泄漏和耐压试验时，观察活塞杆处及其他接合面渗油情况；在做耐久性试验中，测量活塞杆处渗漏量。要求符合有关质量分等规定。7.2.8高温试验满载工况下，向被试液压缸通入90的油液，连续运转1h以上，要求运转正常。7.2.9 耐久性试验满载工况下，使被试液压缸以不低于100mm/s的活塞速度，以及不小于全行程90%的行程连续运转6h以上。试验完毕进行拆检，累计行程应符合规定；全部零件不允许有损坏和异常现象。7.3液压缸的调整（1）装配前用汽油或煤油把零件清洗干净。（2）装配后应保证各部件运动灵活，无卡阻现象。（3）装配前注意检查个零件的尺寸精度，形位误差，表面粗糙度是否在规定范围之内，然后才能组装。（4）注意调整端盖与缸体、活塞的同轴度，在活塞（或缸体）全程往复运动中，不得有卡阻现象。（5）活塞与活塞杆的连接不得有松动现象。（6）应注意调整密封装置的变形量。活塞与缸筒、活塞杆与端盖之间的密封阻力不应太大，在保证不漏油的前提下
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