毕业设计（论文）液压卷花机液压系统设计（全套图纸）

1、本科毕业设计（论文）液压卷花系统设计全套全套 cad 图纸，联系图纸，联系 153893706学生姓名： 学生学号： 院（系）： 机电工程学院 年级专业：2003 级机械设计制造及其自动化指导教师： 二七年六月摘 要本次毕业设计题目是液压卷花系统设计。任务限制只能用液压来实现。本人致力于整机系统的设计，即机械结构的设计，液压系统方案的拟定，液压油箱的设计，液压缸的设计，液压站的设计。设计思路是从卷花机的性能和动作要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的卷花机为基础，研究国外的先进机型，开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用 auto cad 绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论

2、文。本液压卷花机的优点是传动平稳，输出力矩大，用模具来实现花形的变化，且同一批形状的一致性好，液压机造型美观。设计出来的液压卷花系统具有，尺寸精确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好的优点。广泛应用于铁艺行业中。由该机器生产的各种花形可用在围栏、大门、台、椅、扶梯、窗、招牌、艺术品等制作的地方。关键词 液压卷花机，液压系统，铁艺abstractmy graduation project topic is the volume hydraulic system design. the duty limit only uses the hydraulic pressure to realize.

3、i have carried on the whole design，namely, the mechanism design, hydraulic system plan drawing up, the hydraulic fluid tank design, the hydraulic cylinder design, the hydraulic pressure stands design and so on. the design start at the volume flowers machine performance and the movement, taking the h

4、ome existing volume flower machine as the foundation, their quality and the technical performance approach to this design request, and has studied the overseas advanced type, developed own complete set hydraulic system plan. the blueprint draws up with auto cad. after earnestly calculated, has consu

5、lted the correlation data, i have composed this design paper.the volume flowers machine merit is the transmission steady, out put moment of force big, realizes the flowered shape change with the mold, also identical batch of product uniformity good, the volume flowers machine modeling is artistic. t

6、he system of the volume flowers machine has the merit, such as, size precisely, the production efficiency high, the labor intensity is low, the product quality is good and so on. this machine is widely applied in the steel art profession, and can product several kinds of flowers for fences, gates, p

7、lace, chairs, elevator, windows, signs, art and so on.key words volume hydraulic machine， hydraulic system，steel art目 录摘摘 要要.i iabstract.iiii1 1 绪论绪论.11.11.1 本课题研究的目的意义本课题研究的目的意义.11.21.2 本课题国内外发展概况及存在的问题本课题国内外发展概况及存在的问题.11.31.3 本课题解决的主要问题本课题解决的主要问题.22 2 液压卷花机系统分析与设计液压卷花机系统分析与设计.32.12.1 设计思想设计思想.32.2

8、2.2 液压卷花机系统分析液压卷花机系统分析.32.2.1 本机设计要求及具体的技术参数.32.2.2 卷花机的液压系统.32.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用.33 3 液压系统的计算液压系统的计算.73.13.1 弯矩力的计算弯矩力的计算.73.1.1 材料力学的角度.73.1.2 采用类比法.103.23.2 齿轮齿条传动设计齿轮齿条传动设计.113.33.3 载荷组成和计算载荷组成和计算.133.43.4 卷花机液压系统设计卷花机液压系统设计.163.4.1 负载分析.163.4.2 初选液压系统工作压力.163.4.3 液压缸的类型及安装方式.163.4.4 液压缸的主要结构尺

9、寸.163.4.5 压杆稳定性验算.173.4.6 按最低速度要求验算液压缸尺寸.183.4.7 计算液压缸所需流量.183.4.8 绘制液压系统工况图.193.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图.213.53.5 液压系统的计算和选择液压元件液压系统的计算和选择液压元件.223.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格.223.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择.243.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择.273.63.6 液压系统性能验算液压系统性能验算.283.6.1 压力损失及调定压力的确定.283.6.2 系统温升验算.304 4 液压缸的设计液压缸的设计.324

10、.14.1 选择液压缸类型安装方式选择液压缸类型安装方式.324.24.2 液压缸的主要性能参数和主要尺寸液压缸的主要性能参数和主要尺寸.324.34.3 液压缸的参数计算液压缸的参数计算.324.3.1 缸筒壁厚的计算.324.3.2 液压缸活塞行程.334.3.3 液压缸油口直径计算.334.3.4 缸底厚度计算.334.3.5 缸头厚度计算.344.3.6 最小导向长度的计算.344.3.7 缸体长度的确定.344.44.4 活塞的设计活塞的设计.354.4.1 活塞的结构形式.354.4.2 活塞与活塞杆的连接.354.4.3 活塞的密封.364.4.4 活塞材料.394.4.5 活塞

11、尺寸及加工公差.394.54.5 活塞杆活塞杆.394.64.6 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆的导向套、密封和防尘.404.74.7 液压缸缓冲装置的设计液压缸缓冲装置的设计.414.7.1 间隙缓冲.414.7.2 阀式缓冲.414.84.8 排气阀排气阀.425 5 液压站的设计液压站的设计.445.15.1 确定液压站的结构类型方案确定液压站的结构类型方案.445.1.1 分散配置型液压装置.445.1.2 集中配置型液压装置.445.1.3 确定液压站的方案.445.25.2 液压控制装置（液压阀站的集成设计）液压控制装置（液压阀站的集成设计）.445.2.1 有管集成.455.2

12、.2 无管集成.455.2.3 确定液压控制装置.455.35.3 液压动力源装置（液压泵站）的设计液压动力源装置（液压泵站）的设计.475.3.1 液压泵组布置方式的确定.475.3.2 液压油箱的设计.485.45.4 液压泵组的结构设计液压泵组的结构设计.545.4.1 液压泵组的布置方式.545.4.2 液压泵组的连接和安装方式.545.55.5 液压站的结构总成液压站的结构总成.555.5.1 管路的选择.555.5.2 电气控制装置的设计与布置.555.65.6 液压站总图的设计与绘制液压站总图的设计与绘制.566 6 机械结构的设计机械结构的设计.576.16.1 齿轮齿条传动设

13、计齿轮齿条传动设计.576.26.2 轴的设计轴的设计.576.2.1 求输出轴上的功率 p,转速 n 和转矩 t.576.2.2 求作用在齿轮上的力.576.2.3 初步确定轴的最小直径.576.2.4 轴的结构设计.576.36.3 求轴上载荷求轴上载荷.606.46.4 按弯扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度.616.56.5 卷花机的内部结构示意图卷花机的内部结构示意图.62结结 论论.63参参 考考 文文 献献.64致致 谢谢.651 绪论1.1 本课题研究的目的意义液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏，

14、大门，台，椅，扶梯，窗，招牌，艺术品等地方。随着人民生活水平提高，这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面，用液压来实现，能满足用户任意设计的图案，效率高，花形同一性好，体积小，重量轻，功能多，施工方便，劳动强度轻，随着新工艺及新技术的应用，卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛，在铁艺行业中的占有份额正在大幅度攀升。1.2 本课题国内外发展概况及存在的问题目前，用来制作卷花的设备还非常落后，按动力的来源角度，大体分为四种方式来实现：一、采用手工。该方法一般为小作坊生产，批量不大，生产效率低，但也能满足个性化的需要，因为它可任意改变花形，但劳动强度高。代表型号有北京光大利克经贸有限责任

15、公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。二、采用机械方式来实现。效率有所提高，但制作了的花形的尺寸有限，主要是受动力的限制。噪声大，能耗大，不能完全满足市场需求。代表型号有石家庄安邦机械公司的电动卷花机, ab-dw10a, ab-dw10b; 东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机;宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机。三、采用锻造方式。锻造方式来实现的，材料局限性较大，不能用厚板，也加工不出开关复杂的尾部曲卷，效率不高。代表型号有广州郎亚公司的锻铁液压装置。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在，下面将要介绍。在铁艺行业市场中，它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2：4：3：1；可见

16、,使用机械方式来加工的占了大多数，使用液压的较少。在总结目前国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下，当前卷花机还有着以下的几点不足：1、能耗较大，不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能，仅有 50%左右，因为主要是采用的是机械方式作为动力，热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且，机械方式的噪音较大，对工人及周边的损害也严重，不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限，花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。 4、自动化程度不高，生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。1.3 本课

17、题解决的主要问题设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。采用液压力传动来代替机械传动，并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服，上面所说的不足，并且传动平稳，出力较大，从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多，体积小。采用模具来加工，在需要改变花形时，只需要改变模具的形状即可，扩充了机器的加工范围，且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有，尺寸精确，生产效率高，劳动强度低，产品质量好的优点。2 液压卷花机系统分析与设计2.1 设计思想 本课题是以机器使用功能多样、经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、结构

18、简单、可维修性好为设计思想。2.2 液压卷花机系统分析2.2.1 本机设计要求及具体的技术参数 在现有的机械卷花机系统的基础上进行改造。根据机械卷花的原理，设计相应的液压系统来代替机械卷花系统。实现液压自动化、效率高、多花形、经济实用的要求。目前市场上常用的加工件的最大加工规格及其种类为：扁钢 30x10；方钢16x16；圆钢。本设计中的卷花机也要求能加工出它们。卷花时最小花形是16f标准弧中的 61035 的上半部，最大的花形是标准弧中的 6110 下半部份（来自资料5） 。加工出的花形的最大旋转圈数为 2 圈。考虑到铁艺行业中用来制作各种花形的材料，常用普通碳素钢中的甲类钢,a0,a1,a

19、2,a3a7。它们有良好的塑性，韧性，故广泛用于铁艺行业中。在本设计中选 a5 计算。查资料7p303 附录 b 常用材料的力学性能：旧牌号 a5 对应 q275，其中，275sampd=490 630bampd=2.2.2 卷花机的液压系统卷花机是把一定长度的工件（棒料、方钢、扁铁） ，通过压力作用，使之弯曲曲服，从而实现所需的花形。通过分析机械卷花机，当用液来压来代替时.需要实现主轴的旋转运动。即用液压能来驱动输出主轴进行旋转。2.2.3 液压卷花机系统方案的比较与选用 用液压能够实现旋转运动的有很多种方式，其中有:1.液压缸加齿轮齿条；2.齿轮缸；3.液压马达；4.摆动缸等，都是能够实现

20、旋转运动的方式。第四种即摆动缸，当它通入压力油后，通常主轴只能输出小于 360 度的摆运动，常用于工夹具夹紧装置、养料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。在此它并不适合。第二种即齿轮缸，它在市场上比较少见，生产厂家比较少。并不常用。在此排除。在此着重比较用第一种，和第三种。因为这两种在工程上用的比较多，市场上标准系列产品，且实现起来相对容易些。用液压马达与液压缸加齿轮齿条方案的比较：从执行元件性能方面来比较用液压马达来实现，它的所能输出转矩较小，起始负载转矩也不能太大。且有泄漏；液压缸能输出较大的推力（通过改变活塞的有效面积来实现） ，无泄漏，效率高于液压马达，无噪声。液压缸优于液压马达

21、。从经济性方面比较 一般来说，液压马达的价格比液压缸的高，但它的寿命不如液压缸长，且液压马达的可维修性不如液压缸，使用成本也较高。 从空间的占用方面比较 液压缸的占用的空间较液压马达的小，液压马达可选用双速马达，分别实现工进与快退。从整体系统性能方面比较 初步拟定两种方式的液压系统图，对比分析它们的优缺点。用液压马达来实现的系统图如下：图 2.1 卷花机系统原理图 1用液压缸来实现的系统图如下：图 2.2 卷花机系统原理图 2从上面两个图中可以看，原理图 1 中的 11 是双速马达，通过 12 来改变速度，系统控制比较简单，速度已定，不可调，能够实现自动控制；原理图 2 是通过节流阀 5 来实

22、现速度的变化;原理图 1 用的元件除液压马达外比原理图 2 的便宜，大多数为普通元件；原理图 1 的系统可靠性不如 2，它的速度控制是通过液压缸来控制，不如 2 中用直接控制方式。综上，选原理图 2，即用液压缸来实现，较优为合理。机械方面在此采用模具来弯曲工件，弯制出所需的花形。模具的形状与所需的花形一致。当卷花机的动力头带动模具旋转时，工件则缠绕在模具上，并在上面产生塑性变形，即可制出所需要的花形。当加工圆钢和方钢在加工前要将夹紧的一端头部需压制为鱼尾状，头部厚度就小于 10mm，这是为了便于把加工件放入模具的槽内。并在模具的插口内安装一对偏心轮，作用是防止在弯制的过程中工件脱出来。要实现上

23、述模具的旋转，必然有一个带动其转动的主轴。这就是卷花机的动力头，用来输出转矩。因控制系统已选用上述的原理图 2，用液压缸作为动力输出。那么这之间还缺少一个机构，它的作用是能够把直线运动，转换向旋转运动。经过分析，本设计中采用齿轮齿条来实现直线运动转换为旋转运动。在此,为了简化结构,把齿条和液压缸筒融为一体,即把齿条用螺钉固定在缸筒上，缸筒采用铸造的形式（要铸造出承受力的凸台） 。在弯制工件时，导轨和凸台相接触，由导轨来承受垂直于齿条的力（由齿轮传来） 。 导轨采用双矩形导轨,该导轨结构简单,易制造和承载能力大,安装调整方便.缺点是导轨面磨损后不能自动补偿。但在该机器中轨导面的磨损对加工精度和过

24、程 影响不大,可忽略不计。3 液压系统的计算要进行液压系统计算，先应计算要把工件弯曲成所需的形状需要多大的力，即卷花机的动力头应该输出多大的转矩，这对后面计算与设计有着重要的意义。这也是决定卷花机功率的依据。但卷花机在卷制工件的过程是一个较为复杂的过程，在这个过程中，主要是工件的塑性变形，还有摩擦，弹性恢复，并且在每一个接触点处的力（工件产生塑性变形所需要的力）是不同的。如果要把这个过程的力分析清楚，每个接触点处的力计算出来，这是不可能的，在本设计中也是没有意义的。为了简化计算，在此只进行粗略估算，并留下一定的余量。估算出一个在整个卷花过程中的最大转矩，然后以这个最大转矩作为卷花机的动力计算依

25、据，使卷花机输出这个最大的恒定转矩，那么应能满足最大规格以下的工件弯制。做这样的简化，在这种类型的机械上是可行的，工程是也是允许的。3.1 弯矩力的计算本设计的卷花机的三种规格的工件中，通过比较分析，卷制 16x16 的方钢时，所需的转矩是最大的，固以下的转矩 t 的计算均以它作为工件加工来计算。在此，通过三种不同的角度来初步估算卷花机所需的弯矩。工件在加工过程中,与模具的相对位置如下图所示:图 3.1 加工示意图3.1.1 材料力学的角度工件在弯曲变形的过程也就是工件产生塑性变性的过程，利用材料力学公被加工的工件模具与动力头相连的方形槽转矩 t有挡块式，即要想工具变形，模具对工件产生的最大应

26、力 大于工件本身的屈sddd服应力。sd经分析，一方面，弯曲得越厉害，所需要的力也就越大。另一方面，用模具来弯制工件时,在弯制到末位时,工件受力点与主轴轴心的直线距离是最大的距离,有可能存在着最大的力臂。所以，按照此方法来算转矩，可通两个极限位置来定-开始弯曲时的起始点、弯制到末位时的终点，取这两个位置分别用应力计算公式来算，得出的最大力作为计算卷花机主轴的依据。弯制时,最大正应力设为,由7p143 : maxd 式（3.1）maxmaxzmwd=而矩形截面的抗弯截面系数为: 式（3.2）26zbhw =不管是在弯制起时点,还是终了位置。其受力分析的方法是一样的，分析过程如下：先求弯曲时的最大

27、弯矩：maxm在弯曲时的受力情况可等价为悬臂梁：图 3.2 受力图由上面的图可知，在截面 a 处是最大弯矩的点，由材料力学可知： 式（3.3）maxmfl=代（3.2） （3.3）入（3.1） ，有： 式（3.4）max2266flflbhbhd=要使工件弯曲成型，需要求 即： ，推出：maxsdd26sflbhd 式（3.5）26sbhfld 即工作所受的力达到 时，工作就发生塑性变形。 26sbhld则：此时，主轴上所需要的转矩：t= 式（3.6）f a a-为模具与工件作用点处的力臂代（3-5）入（3-6） ， 推出：t= 式（3.7）26sbhald本设计中，上面公式（3-7）中的相关

28、变量。在加工起始点设为 a1,终点 a2 经测量:； 1262,92aa=12196,14ll=故可得：起始点的主轴转矩：=603610.016275 100.06260.196t=n m 加工终了时的主轴转矩:3620.016275 100.092123360.014tn m=综上: ,应该用作为计算主轴转矩的依据。21tt2t3.1.2 采用类比法找相同或相近的机器。在此参照广州郎亚公司的机械卷花机，其参数见下表。表 3.1 朗亚牌弯花机的主要技术参数最大加工规格30x10 扁钢16x16 方钢16 圆棒主轴转速15r/min电动机性能220v380v,50hz1400r/min,2.2k

29、w外形尺寸850x80x820净重220kg由上表作如下的分析：输入总功率，传入机器后，分成两部份，一方面，由主轴输出2.2pkw=总有用功，另一方面，损失功率，主要作为热量消耗。在这里，假9550tnp =出p损设=0,即，假设输入的所有功率都作为有用功率输出。p损， 即，2.29550tnppkw=出总152.29550t= 转矩1400.67tn m=在此根据前面确定的主轴转矩取主轴转矩 t=2000，即把它作为卷花机n m要输出的转矩。在这下面的章节中，将把前面算得的动力转矩 t，转化为液压缸的的推力。3.2 齿轮齿条传动设计齿轮齿条的设计参数与要求先进行所需要的齿轮齿条传动设计，其要

30、求如下：由工作要求知：轴输出功率200015 /min153nn mrpkwkw=设计齿轮转速，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天） ，两班制，15 /minnr=卷花机工作平稳，单向受力弯制工件，反向时齿轮无外负载（不考虑） 。选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。1）选直齿轮圆柱齿轮传动。传动方案如下图：2）卷花机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。 （gb10095-88）3）材料选择。资料8表 10-1 选择齿轮材料为 40（调质） ，硬度为rc280hbs，齿条材料的选择 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs，二者材料硬度差为 40hbs

31、。4）根据齿数初步选择原则、卷花机的安装位置要求及相类似机构的比较。在此，初步确定此卷花机齿轮齿数为 z=30。按齿根弯曲强度计算模数本设计中的卷花机为一般机器，传动方式选开式传动。传动精度不高，为动力传动。则有只需按弯曲强度来设计即可。由8式(10-5） ，得弯曲强度的设计公式为: 式(3.8)1322()fasadfy yktmzsf1)确定公式内的各计算数值。由8中图 10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限，齿条的弯1500feamps=曲疲劳强度极限；2380feamps=由8图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数，卷花机齿轮120.93,0.98fnfnkk=的转速： ，齿轮每转一圈

32、同一齿面啮合次数，齿轮工作寿命15 /minnr=1j =，又因在一个工作循环周期中，加工时速度与返2 8 300 1572000( )hlh=回时的速度为 1：2，可知整个寿命中加工的时间为27200048000( )3hlh=则：应力循环次数由8公式 10-13 计算： 式(3.9)716060 15 1 480004.32 10hnnjl= 因为本设计中，卷花机的模具是按转 2 圈来设定的。分析可知，在弯制工件时，齿条在工进阶段，齿轮的一个齿要与齿条接触两次，对齿条而言，则在工进阶段，只有一个齿参加工作。在整个寿命中，齿条的应力循环次数为：2n77124.32 102.16 1022nn

33、=2)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，由式（10-12）得： 1110.93 500332.141.4fnfefakmpsss=2220.98 3802661.4fnfefakmpsss=3)计算载荷系数 k： 式(3.10)1 1.12 1.2 1.351.814avffkk k kkab= =4)查取齿形系数：由资料8表 10-5 查得：122.52,2.28fafayy=5)查取应力校正系数：由8表 10-5，121.625,1.73sasayy=6)计算并加以比较：fasafy ys ；1112.52 1.6250.01233332.14fasafyys=2222.

34、28 1.730.01483266fasafyys=比较可知,齿条的数值大。7)设计计算，代值上面的数值入(3.8)式：3322 1.8142000 100.014834.9261 30mmm就近圆整为标准值 m=5mm;计算几何尺寸因齿轮齿数 z=30,则:1)齿轮分度圆直径1305150dm zmm=2)齿轮中心到齿条基准线距离 h=115007522dx mmm+=+=计算齿轮宽度：。取齿轮宽为 b1=150mm，齿条11 150150dbdmm= f= =宽也为 150mm。因齿轮齿条传动要使齿轮最多转 2 圈，则齿条的工作长度：l=2取 l=1m。1942.48,dmmp=3.3 载

35、荷组成和计算液压缸所需的外负载 f，包括二种类型的力，即wmfff=+是作用在活塞杆上外部载荷；wf是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。mf而，其中，是工作载荷；是导轨的摩擦力；是由wgfaffff=+gfffaf于速度变化而产生的惯性力。计算上面各个力的大小：计算工作载荷gf在此，工作载荷就是齿条在运动方向上的推力。齿轮与齿条在啮合过程中，把齿轮对齿条的力分解为两个相互垂直的方向上。齿轮对齿条的力如图 3.3，其中，齿轮切向方向对液压缸的力就是工作载荷，法向方向的力就是使液压缸产生摩擦力的正压力。齿轮面面导轨底座齿条液压缸示意图(a) 齿轮与齿条在啮合主视图正向（b）齿轮与齿条啮合

36、俯视图图 3.3 齿轮与齿条啮合液压缸与导轨的接触面 a 产生摩擦力；b 面产生摩擦力；为齿fsaf-fsbf-tf轮对齿条切向的力；g 为液压缸及齿条的重力；是齿轮对齿条的法向力；rf“正向”是指弯制工件的方向。；311222000 1026666.67150ttfnd=0tan26666.67tan209705.9rtffan=由以上分析：26666.67gtffn=求摩擦力ff工作时齿条运动速度：，其中，为齿轮分度圆直径（mm） ；1 160 1000d npu=1d为齿轮转速（） 。1n/minr 代入值得，工进时的齿条的速度为：150 150.1178/60 1000m spu=根据

37、资料9，本设计中选用的导轨类型为滑动导轨（平导轨） ，铸铁对铸铁的相对运动。启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力。查资料1表 23.4-1，取静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1由，来求摩擦力。()fnfgfm=+其中， 上面所提及的摩擦系数；m齿条齿轮g液压缸的重力，在此为 1000n；作用于导轨上正压力（n） ，即上面的静摩擦阻力nfrf求静摩擦力：0.20.20.2 10000.29705.92141.18fsffgfn=+=+=求动摩擦力：0.10.10.1 10000.1 9705.91070.59faffgfn=+=+=惯性载荷：af由公式，来求。其中，g 为重力；g 为加速度

38、取agvfgtd=d9.81；为速度变化量（m/s） ，在此，=0.1178m/s; 为起运或制动2/m svdvdtd时间（s）, =0.1s。td在此: 0.1178120.089.810.1agfn=求：mf 由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为：，其中，为液压缸的机械效率，一般取 0.900.95,在此(1)mmffh=-mh取=0.93,其中，f 为活塞杆的总的负载。mh综上各阶段的外负载如表 3.2 表 3.2 工作循环各阶段外负载工况计算公式外负载(n)启动fsgmffff=+30976.18加速fagmafffff=+29954.13稳定工进fa

39、gmffff=+29825.01反向起运0.2mfgf=+ 0.2(10.93)gf=+-215.05加速0.1mafgff=+ 0.23560.1(10.93)9.810.1ggf+-+365.77快退0.1mfgf=+ 0.1(10.93)gf=+-107.53 3.4 卷花机液压系统设计 液压系统要实现加工的目的，完成的工作循环是：工进停止（10s）快退。停止 10s 是为了让工件彻底变形。运动部件（液压缸）的重力为1000n，工进时，模具转速为 15r/min;快退时模具转速为 30r/min,活塞行程1000mm。初选系统工作压力。3.4.1 负载分析 液压缸所受负载 f,已在前面已

40、经算得。3.4.2 初选液压系统工作压力根据资料1表 23.42-2，初选工作压力为 4mpa3.4.3 液压缸的类型及安装方式液压缸类型选双作用液压缸，不可调质缓冲式，活塞行程终了时减速制动，减速值不变。安装方式选径向底座型（液压缸所受倾翻力矩较小） 。3.4.4 液压缸的主要结构尺寸计算中要用到的相关参数说明如下：无杆腔活塞有效作用面积（）24adp=12m有杆腔活塞有效作用面积（）22()4addp=-22m液压缸工作腔压力。1p液压缸回油腔压力，即背力。其值可根据回路的具体情况而定，预2p算时可参照1表 23.4-4 取值。在此因回油路较短，且直接回油箱，忽略不计。20p =d活塞直径

41、（m）;d活塞杆直径（m）一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为： 式(3.11)2fp aap+=211运用上式事先确定与的关系,或是活塞杆径 d 与活塞直径 d 的关系,按a12a1表 23.4-6 按速比要求确定,取/d d0.71ddf= 根据公式1式 23.4-18 求活塞直径 d: 式(3.12)2624430976.18(1)4 100(10.71 )fdpppfp=-1299.30mm=根据,则活塞杆直径取 d=0.71d，d=0.7199.30=70.503mm0.71ddf=又根据表 23.6-33、34 活塞直径 d=100mm，活塞杆直径取 d=70mm;根据表23

42、.6-35,液压缸活塞行程取，因行程与活塞杆直径比1000lmm=，需要做压杆稳定性验算。100014.31070ld=3.4.5 压杆稳定性验算在此，因是没有偏心载荷的细长杆，按等截面计算法来验算。计算细长比，其中 k 为活塞杆断面回转半径（m） ，对,1 ()llmk=活塞行程实心杆： ； 式0.01754jdkma=(3.13)故：，而，可知：157.1430.0175lk=85 4170m n =57.143170lm nk=可采用戈登兰金公式（资料1式 23.6-57） ，计算临界载荷： 6322490 103.85 101621.67911( )5000157.1434ckf ap

43、kna ln k-=+上面的参数解释如下： m 为柔性系数，因活塞杆材料选用 45 钢，参照1表 23.6-64，m=85，a=，；1/5000490afmp= n参照1表 23.6-63，它是根据液压缸的末端条件来选择的。本设计中，液压缸受力情况如图 3.7 所示，是两端固定，固取n=4。一般实际使用时，为了保证活塞杆不产生纵向弯曲，活塞杆实际承受的压缩载荷要远小于极限载荷。即实际载荷 p 要满足：kp，其中， 安全系数，取 4。16216794054kkppknn=kn图3.4 液压缸末端条件 卷花机在加工过程中最大力，故，在加工过程30.97618405pknkn=达到所需低速。3.4.

44、7 计算液压缸所需流量, 其中，a 为液压缸有效作用面积（） ；v 为活塞与缸体相对速vqav=2m度（m/s） 。工进时的流量：；214qd vp=工进20.10.117855.5 /min4lp=快退时的流量：22222()(0.10.07 )0.235656.64 /min44qddvlpp=-=-=快退有效作用面积：3224 10am-=3.4.8 绘制液压系统工况图绘制液压缸工况图如下，工况图包括压力图，流量循环图，和功率循环图。它们是调整系统参数，选择液压泵，阀等元件的依据。工作循环中工作阶段的液压缸压力和功率如表 3.3 所示。表 3.3 工作过程中的各参数工况压力（）/ap m

45、p流量（）/min/lq功率（）/p w起动395加速382稳定工进3805553515反向起运123反向加速127反向稳定快退12566411328以上在算反向压力时，取背压为 0.6mpa，由公式：来计算；2112fp apa+=计算正向压力时，背压取为 0，由来计算。11fpa=由上表绘制出液压缸工况图如下所示：图 3.5 液压系统工况图3.4.9 制定基本方案确定液压系统原理图制定基本方案制定基本方案1)调速回路和动力源。本机对速度的稳定性要求不高，从经济性上考虑，采用节流阀，而不是采用调速阀的节流调速回路。在弯花过程中不存在速度的换接，在刚开始起运时，就有较大的外负载，故采用进油节流

46、调速时，完全可避免前冲，且在弯制工件时，活塞杆的进度较低，在低速时，进油节流调速回路的节流阀通流面积比回流时的大。因此，进油节流在低速时不易堵塞。进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。故，此系统可采用节流阀的进油节流调速回路。该液压系统在整个工件循环中需油量变化不大。另从经济上考虑，此处选用单定量泵供油。2)油路循环方式：由于已选用节流调速回路系统必然为开式循环方式。3)换向回路：综合考虑到卷花机的自动化程度要求，在此选用三位四通 y 型中位机能的电磁滑阀作为系统的主换向阀。4)压力控制回路：在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流同时在该溢流阀的远程控制口连接一个二位二通电磁换向阀，以

47、便于通过电信号来控制泵的卸载。5)保压回路：当液压缸在弯制工件到末位时，需要进行保压，以便让工件彻底塑性变形。考虑到此力较大。采用蓄能器来提供能量来保压，同时单向阀关闭。保压时间可灵活控制（时间继电器来实现） 、压力稳定、压力保持也可靠。确定液压系统原理图根据前面第二章中初步拟定的液压系统原理图。经过修改和更正后，使之更符合本设计的要求，再由上述计算结果和技术要求，在主回路初步选定基础上，只要再增加一些必要的辅助回路便可组成较完整的液压系统了。所拟定的液压系统原理图如图 3.9 所示，系统的电磁铁动作顺序见图 3.10。图 3.6 液压系统原理图电磁铁动作表信号来源 动作名称 1按下起运按钮

48、工作台工进 + - - +压下行程保压 - - - -时间继电器时间到 取工件 - - + - 返回按钮 返回 - + + +压下行程开关卸荷 - - + -图 3.7 系统电磁铁动作顺序图3.5 液压系统的计算和选择液压元件3.5.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格泵的最大工作压力pp考虑到正常工作中进油管路上有一定压力表损失所以泵的工作压力为： 式(3.15)1ppp+dp其中：液压缸最大工作压力；1p进油管路中压力表损失，准确计算要待元件选定并给出管路图pd时才能进行。对进口有单向阀,节流阀,取=0.51.5,在此取 1;pdmpampa (3.951)4.95pmpampa+=p

49、所得的泵的最大工作压力是系统静态压力,考虑到各种工况的过渡阶段出pp现的动态压力往往超过静态压力值。另外考虑到泵要有一定的压力贮备，并确定泵的寿命，因此泵的额定压力应满足。在此取=1.25pp(1.25 1.6)ppnppn，所以，把它作为泵的最大工作压力。pp1.254.956.19pmpa=n泵的流量液压缸工作时，泵的输出流量应为： 式(3.16)max()vpvqkq式中，k系统泄漏系数，一般取 k=1.11.2，在此取 k=1.2；同时动作的液压缸或液压马达最大总流量可从（）上查maxvqvqt-得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小流量，一般取,即 3l/min。

50、430.5 10/ms- 所以，max()1.2(56.643)71.57 /minv pvqkql=+=选择泵的规格：根据前面求得的值，按系统中拟定的液压泵的形式，从资料1表v ppqn和23.5-21 中选择相应的液压泵。型单级叶片泵能满足上述估算出的压力和流量要求，该泵的额定180yb -压力为 6.3，公称排量 v=80ml/r,额定转速驱动功率mpa960 /min,nr=12kw，重量为 20kg 由公式，q=vn 计算得，流量为 76.8l/min,现在取泵的容积效率，那么泵的实际流量0.95vh=76.8 /min 0.9572.96 /minpqll=确定液压泵的驱动功率。查

51、电机产品目录、工况图,可知，最大功率出现在工进阶段，查资料3表 7-108，取泵的总效率，则泵的输入功率：0.85ph= 式(3.17)633.95 1072.96 105.50.8760pppp qnkwh-=p选择电机型号：根据3表 7-134 查得：y132m2-6，额定功率 5.5kw,转速为 960r/min。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间，见表如下，从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定基础。 液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间见下表。表 3.4 液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间流量（

52、l/min）工作阶段无杆腔有杆腔速度（m/s）时间（s）工进55.5q=进21aqqa=出进334 1055.57.85 10-=28.28=11qva=进3355.5 10607.85 10-=0.1178=3943 100.1178t-=8s=快退12aqqa=出进337.85 1072.964 10-=143.18472.96qq=p进22qva=进 3372.96 10604 10-=0.3043943 100.304t-=3.10上表中，；3217.85 10am-=3224 10am-=3.5.2 液压阀的选择和部分液压辅助元件选择液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀

53、的流量。本系统工作压力在 6左右，所以阀都选用中、高压阀。查资料3，所选阀的规格型号见下表：amp表 3.5 液压卷花机液压阀和部分辅助元件的型号名细表名称实际流量（）/minl额定压力（）amp额定流量（）/minl规格额定压降（）amp三位四通电磁换向阀55.5166034df3y-e10b0.25先导式溢流阀72.966.3120yf3-20b0.15二位二通电磁阀2.46.31022d-10bh0.2单向阀55.51680af3-eb10b0.2节流阀55.516100lf3-e10b0.2二位三通电磁阀143.1841613023df3-e20b0.3续压力继电器10hed40h15

54、/10 滤油器72.96wu-1001800.02截止阀aqj-l20h1蓄能器nxq1-l1/10-h注：考虑到液压系统的最大压力均小于 6.3 ，故选用的主要是广州机amp床研究所的 ge 系列中高压系列液压元件；节流阀的最小稳定流量，小于系统最低工进速度时的流量，能满足需要。管道的确定1）管道的设计由下面的式子来计算 式4vqdvp=（3.17）其中，通过管道内的流量（） ；vq3/ms管内允许流速。v/m s计算出内径 d 后，按标准系列选取相应的管子，由前表可知，流经液压缸无杆腔和有杆腔油管的实际最大流量分别为：143.184l/min 和 72.96l/min，按 1 表 23.4

55、-10 允许流速推荐值取压油管内油液的允许流速为 5m/s，回油管道为2m/s。 则：无杆腔端的油管直径为：344 143.184 1024.6605qdmmvpp-=无有杆腔端的油管直径为：34472.96 1027.8602qdmmvpp-=有2）油管的选择油管常称为管道，它在液压系统中将各个液压元件连接起来，以保证液压系统的能量传递。因此要求油液通过管道的压力损失要小，承受系统油压要高，管路自身强度要高，池漏量了也要小。根据油管的用途和系统压力的不同，液压系统中常用的油管有钢管、铜管、塑料管、尼龙管、橡胶软管等。各种管材及应用场合见表 3.6。表 3.6 管材及应用场合种类用途优缺点紫铜

56、管常在折装方便处用作压力管道(中,高压用无缝管,低压用焊接管)能承受高压,油液不易氧化,价格低廉,但装配弯曲较困难紫铜管在中,低压系统中采用.机床中应用较多,常配以扩口管接头装配时弯曲方便,抗振能力较弱,易使液压油氧化尼龙管在,低压系统中使用,耐压可达2.58mpa能代替部分紫铜管,价格低廉,弯曲方便,但寿命短橡胶软管适用于中,高压的动连接装配方便,能减轻液压系统的冲击,价格贵,寿命短分析比较，考虑到设计中,卷花机的液压缸是运动的,活塞杆固定这一特点。查资料3表 jb827-66，表 5-2，同时考虑制作方便，两根油管均选用 28 2（外径为 28mm，壁厚 2mm）的橡胶软管（yb231-7

57、0） ；查手册得管材的抗拉强度为 412 ，由书中表 1-15，取安全系数 n=8，按书中式（1-10）对管amp子的强度进行校核如下：，所以选的管子6366.19 10(2822) 10821.422412 10bpdnmmmmd-d =壁厚安全。其他油管，可直接按所连接的液压无、辅件的接口尺寸决定其管径大小。3）管接头的确定 管接头是油管与油管，油管与液压元件间的连接件。它应满足连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小、拆装方便及工艺性好等要求。管接头的种类很多，按管接头的通路数量和油流方向分为直通、直角、三通和四通等型式；按油管和管接头的连接方式不同可分为扩口式接头、焊接式

58、接头、卡套式接头、可拆式接头等。现选用扩口式管接头。查3中表 7-76，选扩口式端直通管接头，选用 m33x2。蓄能器的设计蓄能器是一种将储存液体压力能在需要时把它释放出来的能量储存装置。蓄能器在液压系统中的功能是存储能量、吸收脉冲压力和冲击压力，同时也可作为辅助能源和应急能源使用。在本设计中，它是起到蓄能保压的作用。1)蓄能器的类型选择蓄能器按结构不同，分为弹簧式、重锤式和充气式等三类。目前，前两种已很少采用。充气式蓄能器按构造不同，又分为气液直接接触式、隔膜式、气囊式和活塞式等几种，机械工业主要应用气囊式和活塞式。根据设计选取气囊式蓄能器，其结构简图如下图图 3.8 气囊式蓄能器气囊 4

59、用特殊耐油橡胶制成，固定在壳体 3 的上半部，气体（一般是氮气）从气门 1 充入，气囊外部是压缩油。保护帽 2 是用来保护气门，蓄能器下部有一受弹簧 6 作用的提升阀 5，用于防止油液全部排除时，气囊胀出壳体。气囊式蓄能器的优点是胶囊惯性小，反应快，油气严格分开，结构紧凑，尺寸小，重量轻，安装和维护都很方便。本设计就拟定选用这种类型。2）蓄能器型号选择根据蓄能器在系统中的功用，确定其类型和主要参数在此选用气囊式，油气隔离，油不易热氧化油中不易混入气体，反应灵敏，尺寸小，重量轻。因蓄能器在本设计中起保压作用，对单向阀及液压缸活塞的泄漏补偿，保证在加工完后，有一定的保压时间（10s） ，所以，蓄能

60、器的体积不是选择的主要依据而主要是由压力来选择。由资料1表 23.8-5 选液压油为：nxq1-l1/10-h(h:矿物油)，压力为10mp，公称容积 1l，螺纹连接，接口直径 m27x2。3.5.3 油箱容量的初步确定及油液的选择按资料1式（23.4-31）油箱体积： 式(3.18)vaq=v其中,a为经验系数，由1表 234-11，a 取 6；液压泵每分钟排出压力油的容积，在本设计中qv; 72.96 /minqql=vp v为油箱容量；则：672.96437.76vl=查资料3表 4-5 中，标准油箱的外形尺寸。现在暂时取为 400l，在后面的系统温升验算时将进行核算。液压油液：根据所选