簡易插床設(shè)計（含CAD圖紙和三維模型）
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分類號 單位代碼
密 級 學(xué) 號
本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
題 目
簡易插床及液壓系統(tǒng)設(shè)
計
作 者
院 (系)
專業(yè)班級
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
答辯日期
簡易插床及液壓系統(tǒng)設(shè)計
摘要
機(jī)床在當(dāng)今制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，插床是用來插削鍵槽和型孔一類機(jī)床，其主運動為插刀的往復(fù)豎直運動。在單件或小批量的加工鍵槽或花鍵槽中有著廣泛的應(yīng)用，也可以加工方孔，平面等，在批量生產(chǎn)中常被銑床代替。但在加工不通孔或內(nèi)孔鍵槽內(nèi)有臺肩時，則只能由插床完成。 而液壓系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，在同等功率下，液壓系統(tǒng)具有更輕的重量，和更小的的體積，液壓元件早已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計選用和維修更換都比較容易實現(xiàn)，而且液壓系統(tǒng)本身運動平穩(wěn)，容易實現(xiàn)無極調(diào)速，可以提高加工件的表面質(zhì)量。本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計了一臺采用液壓系統(tǒng)傳動的簡易插床，主要完成了以下方面內(nèi)容：首是進(jìn)行插床總體布局的設(shè)計，然后對插床液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算和校核；最后是對插床其他重要部件進(jìn)行了設(shè)計。
關(guān)鍵詞：簡易插床，液壓系統(tǒng)，設(shè)計計算 液壓缸
Abstract
The machine tool has a wide range of applications in today's manufacturing industry. The slotting machine is used to insert a machine tool such as a keyway and a hole. The main movement is the reciprocating vertical motion of the inserter. It has a wide range of applications for single or small batches of machined keyways or splined grooves. It can also process square holes, planes, etc. Milling machines are often used instead of mass production. However, when processing the non-through hole or the shoulder in the inner hole, it can only be completed by the slotting machine. Compared with the mechanical system, the hydraulic system has the lighter weight and smaller volume at the same power. The hydraulic components have already been standardized. The design selection and maintenance are relatively easy to achieve, and the hydraulic system itself moves. Smooth, easy to achieve stepless speed, can improve the surface quality of the workpieces This graduation design and design of a simple hydraulic drive transmission system, mainly completed two aspects: First, the design and calculation of the slotting machine and hydraulic system The second is to design other important components of the slotting machine.
Keywords: simple slotting, hydraulic system
目錄
1緒論 1
1.1設(shè)計目的和意義 1
1.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.4設(shè)計要求 6
2總體設(shè)計 7
2.1 影響機(jī)床總體布局的基本因素 7
2.1.1工藝方法的影響 7
2.1.2運動分配的影響 7
2.1.3機(jī)床性能的影響 7
2.1.4機(jī)床自動化的影響 8
2.1.5生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響 8
2.1.6操作調(diào)整的影響 8
2.2 機(jī)床總體布局方案分析 9
2.3機(jī)床總體布局方案的確定 9
2.4運動聯(lián)系分析 10
2.5總體方案的確定 10
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 12
3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計分析 12
3.2液壓油路圖的擬定 12
3.2.1油路圖的擬定 12
3.2.2液壓系統(tǒng)工作原理 13
3.3液壓缸的主要尺寸參數(shù)確定 13
3.3.1.液壓缸工作壓力的確定 13
3.3.2液壓缸幾何參數(shù)的確定 14
3.3.3液壓缸的推力和流量計算 16
3.3.4活塞桿直徑驗算 16
3.3.5液壓缸長度及壁厚的確定 17
3.3.6液壓缸外徑的計算 18
3.3.7液壓缸底和缸蓋的計算 19
3.3.8液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 20
3.3.9液壓缸參數(shù)的綜合 20
3.4.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
3.4.1液壓缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu) 21
3.4.2缸筒與缸蓋的密封 21
3.4.3油缸固定底座連接螺栓的設(shè)計與校核 23
3.5液壓元件的選擇 25
3.5.1流量的計算 25
3.5.2電動機(jī)的選擇 26
3.5.3聯(lián)軸器的選擇 26
3.5.4閥類元件的選擇 27
3.5.5管道尺寸的確定 27
3.5.6油箱的設(shè)計 28
3.6整體支撐架的設(shè)計 28
總結(jié) 29
致謝 31
參考文獻(xiàn) 32
附錄：中英文文獻(xiàn)翻譯 33
1緒論
1.1設(shè)計目的和意義
現(xiàn)代制造業(yè)，機(jī)床發(fā)揮著重要作用，在當(dāng)今制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，開槽機(jī)是一種直線運動機(jī)床，用于通過插入刀具的垂直和往復(fù)運動來加工鍵槽和方孔。插床在某些方面與刨床相類似，就刀具而言，二者都用單刃刀具，但差別在于布局方式的不同，插床通常是立式布局，而刨床一般為臥式布局。由于插床較低的生產(chǎn)率和精度，多用在內(nèi)鍵槽的加工或花鍵槽的單件或小批量生產(chǎn)中，也可用于平面、多邊形孔等的加工，而銑床常用于在批量生產(chǎn)中完成同樣的工作。但若遇到加工盲孔孔或內(nèi)鍵槽中有凸出臺肩的時，則只能利用插床來完成加工。插床用于平面、成型面及鍵槽的成型加工等，并能加工傾斜度小于10度的模具等工件，適合那些單個或小批量加工生產(chǎn)的企業(yè)。而液壓系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，在同等功率下，液壓系統(tǒng)具有更輕的重量，和更小的的體積，液壓元件早已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計選用和維修更換都比較容易實現(xiàn)，而且液壓系統(tǒng)本身運動平穩(wěn)，容易實現(xiàn)無極調(diào)速，可以提高加工件的表面質(zhì)量。
綜上所述，插床尤其專門的用途，為提高小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益降低成本設(shè)計一種生產(chǎn)低的插床設(shè)備。采用液壓傳動，并結(jié)合現(xiàn)有插床結(jié)構(gòu)及工廠需求設(shè)計了一臺簡易插床。
1.2液壓系統(tǒng)的概述
液壓傳動技術(shù)發(fā)展迅速，隨著機(jī)電液一體化趨勢的不斷提高，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工設(shè)備中。掌握液壓系統(tǒng)的工作原理以及設(shè)計維修保養(yǎng)具有重要意義。
社會生產(chǎn)的各個部門普遍采用了液壓傳動，但液壓系統(tǒng)被采用的理由卻不盡相同。液壓系統(tǒng)輸出力矩大是各類工程機(jī)械采用它的主要原因；其有易于實現(xiàn)無級變速以及可以快速頻繁的實現(xiàn)往復(fù)運動的特點，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)床系統(tǒng)中。為此，機(jī)床的下列設(shè)備經(jīng)常采用液壓系統(tǒng)：
進(jìn)給裝置。車床、銑床、刨床、磨床、鉆床的刀架、工作臺、滑臺均可以采用液壓傳動裝置。
往復(fù)運動裝置。刨床的軌枕采用液壓傳動裝置可易于實現(xiàn)快速往復(fù)運動，利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)換向，可以減少沖擊，降低能量損失。
回轉(zhuǎn)運動裝置。液壓馬達(dá)可以實現(xiàn)無級變速的回轉(zhuǎn)運動，可以應(yīng)用在車床等主軸上面。
輔助裝置。消除絲杠螺母間的間隙，夾緊，平衡，裝卸，換刀，這些裝置若采用液壓裝置，可以大大簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)，提高自動化水平。
液壓動力滑臺是一種基于速度變換的中低壓液壓系統(tǒng)。在某些專用的自動化機(jī)床上應(yīng)用普遍。
1.3設(shè)計要求
插床的刀架的縱向往復(fù)主運動采用液壓傳動，工件由工作臺帶動，采用手動進(jìn)給。插頭向上運動為空行程，速度應(yīng)較快；插頭在停止?fàn)顟B(tài)時，不致因自重而下落。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計說明的要求：工件材料為碳鋼，最大鍵槽寬度12mm，最大走刀量0.3mm/行程。插頭刀架重500N，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.1，活塞和活塞桿的摩擦系數(shù)為0.3，插頭工作行程的下行速度0.2mm/s，啟動時間0.01s，最大工作行程250mm。設(shè)計出的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足上述要求。
2插床的總體設(shè)計
機(jī)床總布局的目的是使機(jī)床的造型協(xié)調(diào)完善以及各部件間相對運動和位置關(guān)系更加的合理。機(jī)床的布局形式要受工藝和工件形狀、尺寸和重量的影響。工藝決定了機(jī)床的運動，每個運動由執(zhí)行部件來完成，部件間的相對運動關(guān)系由傳動解決。機(jī)床總布局的設(shè)計是具有全局性的問題，它很大程度上影響機(jī)床部件的設(shè)計制造。
2.1 影響機(jī)床總體布局的基本因素
工藝方法的影響：工件的加工工藝方法是五花八門的。經(jīng)常由于工藝方法的改變，在進(jìn)行總體布局時會導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)以及運動、傳動等產(chǎn)生一系列變化。故在確定總體布局時，首先應(yīng)確定合理的工藝方法。工藝方法不同，刀具、運動以及機(jī)床布局也不同。
運動分配的影響：只要能確定工藝方法，之后刀具與工件的相對運動也自然能夠確定了。此時相對運動只由刀具來完成，也可只由工件完成，或者同時由刀具和工件完成。采取不同的運動分配形式，就有不同的機(jī)床布局。
機(jī)床性能的影響：加工過程中會產(chǎn)生振動，這種振動通過傳動系統(tǒng)傳給工件和刀具，往往會把振動痕留在加工表面，會使得表面粗糙度降低；刀具壽命也會因為振動而縮短，同時也使得機(jī)床零件磨損加??；工人更容易受振動噪音的影響變得更加疲勞。因此，在設(shè)計機(jī)床時消除或減少振動也應(yīng)得到充分考慮。
機(jī)床自動化的影響：機(jī)床布局時，也應(yīng)考慮排屑的問題，為了使拍屑更加容易，可以傾斜或垂直布置刀架和導(dǎo)軌，便于上料、下料和進(jìn)入自動線。為了使各刀架在循環(huán)工作中有獨立的動作，在床身上應(yīng)該分別設(shè)置導(dǎo)軌，便于調(diào)整機(jī)床和刀具的相對位置和觀察加工情況。
生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響：機(jī)床的自動化程度、排屑和裝卸方便程度等會受到生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率的影響，進(jìn)一步使得機(jī)床布局發(fā)生變化。機(jī)床結(jié)構(gòu)也隨著生產(chǎn)批量的不同而改變。
操作調(diào)整的影響：為了減少工人的運動強(qiáng)度，設(shè)計機(jī)床也應(yīng)顧及人體的運動構(gòu)造和四肢的運動范圍。工人操作的位置和操作按鈕手柄等的位置應(yīng)設(shè)計合理。操縱手柄和控制按鈕應(yīng)放在操作者所能及的范圍內(nèi)。
影響機(jī)床布局的因素是多種多樣的，起決定作用的是工藝方法，機(jī)床運動及運動分配；主要因素有工件的重量、形狀、尺寸、精度等。此外還應(yīng)兼顧其他各種因素。
2.2運動聯(lián)系分析
2.2.1運動聯(lián)系的形式
動力源的動力如何傳遞到刀具上成為機(jī)床的運動聯(lián)系。機(jī)床的傳動主要有機(jī)械、電氣和液壓傳動。這幾種運動聯(lián)系方式各有其優(yōu)缺點。
機(jī)械聯(lián)系的可靠性較高，現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛，對加工、制造的技術(shù)水平要求較低，可以用在加工螺紋、齒輪、花鍵等。
應(yīng)用非機(jī)械聯(lián)系（液、氣、電、磁等）可簡化設(shè)計機(jī)床的結(jié)構(gòu)，而且現(xiàn)在非機(jī)械聯(lián)系的可靠性正不斷提高，相應(yīng)的設(shè)計制造維護(hù)技術(shù)的也在快速進(jìn)步，在機(jī)床中的應(yīng)用正逐漸增加。
機(jī)電液的綜合應(yīng)用，大大簡化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，自動化的實現(xiàn)也較為容易，正廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代機(jī)床中。
2.2.2運動聯(lián)系分析
本次設(shè)計的鉆床計劃采用液壓傳動。其傳動系統(tǒng)圖如下所示：
圖2—1 傳動系統(tǒng)圖
工作原理：
工進(jìn)：兩個電磁換向閥均居左位，液壓油通過單向閥進(jìn)入油缸上腔，液壓桿帶動插刀向下運動。
快退：兩個電磁換向閥均居右位，液壓油通過單向閥進(jìn)入油缸下腔，由于下腔為有桿腔，接觸面積比上腔小，在同等流量下活塞桿上升的速度應(yīng)比下降快。
停止：三位四通電磁換向閥居中位，液壓油回油箱，電磁換向閥密封使活塞桿不會移動。
保護(hù)裝置：當(dāng)?shù)额^運動受阻，液壓回路內(nèi)壓力上升，溢流閥打開，實現(xiàn)泄壓。
2.3 機(jī)床總體布局方案的確定
上文敘述了影響機(jī)床總體布局的因素，此外，還要確定支承部件、傳動部件和執(zhí)行部件的布局方案。
支撐部件主要由底座、立柱、床身、橫梁等部件組成，這些部件組合起來，用做機(jī)床的支撐。主要的支撐形式有以下幾種。
立式機(jī)床1所占面積小，運動自1由度大，操作也較為方便1，但若工件較長時，重心不穩(wěn)，工件易振動，適用于加工短而粗的工件。
臥式機(jī)床所占1面積較大，重心低，振動小，其執(zhí)行元件可沿縱橫兩方面移動，適用于加工細(xì)而長的工件。
單臂式機(jī)床橫梁相當(dāng)于懸臂梁結(jié)構(gòu)，受力時剛度較低。橫梁越大能加工更大的零件，但相應(yīng)的剛度也降低。
綜上所述，機(jī)床總體布局采用立式布局。這種形式，自由度大，便于操作，完全可以完成加工。
在本設(shè)計中，運動分配采用液壓傳動，主軸縱向移動，工作臺手動調(diào)整移動。通過更換插刀，可以完成其他形式零件的生產(chǎn)。
2.4總體布局圖
圖2-2總體方案
中間移動平臺上有一個固定端蓋孔的裝置，按照端蓋孔的輪廓尺寸，加工出一個端蓋孔形狀的孔，用來固定它，限制其六個自由度。
3液壓傳動裝置的設(shè)計
3.1液壓裝置的設(shè)計分析
為滿足插床的工作需求，液壓系統(tǒng)能夠保證進(jìn)給和回退保持不同的速度，插刀工作過程主要為直線運動所以液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件選擇為液壓缸，用兩個電磁換向閥實現(xiàn)換向。
3.2液壓油路圖的擬定
工作條件分析：主要工作臺、床身、手動夾緊、刀具等，加工對象是待加工工件，可實現(xiàn)加工中鍵槽的功能。工作流程如下：工件夾緊，插入刀啟動，快進(jìn)，停止，插入刀啟動，快速撤退，循環(huán)工作，直到處理所需的內(nèi)部鍵槽。
3.2.1油路圖的擬定
圖3-1 液壓系統(tǒng)原理圖
表3-1 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵動作順序表
Tab．3-1 Oil potential action sequence table
元件
1Y
2Y
3Y
4Y
工進(jìn)
+
-
+
+
快退
-
+
-
+
卸荷
-
-
-
-
3.2.2液壓系統(tǒng)工作原理
工進(jìn)：三位四通閥與二位三通閥均居左位，液壓油流經(jīng)單向閥然后進(jìn)入油缸上腔，液壓桿帶動插刀向下運動。
快退：三位四通閥與二位三通閥均居右位，液壓油流經(jīng)單向閥然后進(jìn)入油缸下腔，由于下腔為有桿腔，接觸面積比上腔小，在同等流量下活塞桿上升的速度應(yīng)比下降快。
停止：三位四通電磁換向閥居中位，液壓油回油箱，電磁換向閥密封使活塞桿不會移動。
保護(hù)裝置：當(dāng)?shù)额^運動受阻，液壓回路內(nèi)壓力上升，溢流閥打開，實現(xiàn)泄壓。
3.3液壓缸的主要尺寸參數(shù)
3.3.1.液壓缸工作壓力的確定
（1）工作載荷的計算
機(jī)械總負(fù)載F:
空載啟動加速階段:
快進(jìn)： F=
(忽略慣性力 ,和摩擦力 )
制動減速： F=（--)
工作負(fù)載：=4000N
密封阻力：=5%×=200N
重力負(fù)載：=600N
快進(jìn)時的負(fù)載最大，最大壓力為：（查得=0.90~0.97，取0.94）
=(-)/=(4000-600)/0.94=3617N
（2）液壓缸工作壓力的確定
工作壓力的確定見下表（表3-2）
表3-2按工作負(fù)載選定工作壓力
液壓缸工作負(fù)載（N）
<5000
5000～10000
10000～20000
20000～30000
30000～50000
>50000
液壓缸工作壓力（MPa）
0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
5～7
參考上表，工作壓力選擇為0.8~1MPa,為保證液壓缸體積更加緊湊,取液壓系統(tǒng)的初始壓力為= 1Mpa
3.3.2液壓缸幾何參數(shù)的確定
（1）內(nèi)外徑計算
由且得 d ====0.0677m
D=d=0.0957m
(差動連接，當(dāng)快進(jìn)、快退相等時D=d，）
根據(jù)表3—3，表3—4液壓缸直徑園整后的結(jié)果為D=100mm ,d=70mm。
。
表3-3液壓缸內(nèi)徑系列（JB2183-77）
16
20
25
32
45
46
49
51
56
69
75
150
105
111
123
145
165
181
210
265
320
400
500
630
表3-4活塞直徑系列（JB2183-77）
2
8
15
17
19
21
23
24
29
30
33
37
6
45
65
51
54
80
88
105
120
155
122
58
160
222
130
250
256
258
320
360
400
410
600
當(dāng)傳動比確定時，活塞桿與液壓缸內(nèi)徑關(guān)系，可以在下表中進(jìn)行選擇。
表 3-5活塞桿與液壓缸內(nèi)徑的關(guān)系
缸體
內(nèi)徑
D
（mm）
活塞桿直徑d（mm）
缸體
內(nèi)徑
D
（mm）
活塞桿直徑d（mm）
速比
速比
2
1.46
1.33
1.25
1.15
2
1.46
1.33
1.25
1.15
40
28
22
20
18
14
125
90
70
60
55
45
50
35
28
25
22
18
140
100
80
70
60
50
63
45
35
32
28
22
150
105
85
75
65
55
80
55
45
40
35
28
160
110
90
80
70
55
90
60
50
45
40
32
180
125
100
90
80
63
100
70
55
50
45
35
200
140
110
100
90
70
110
80
60
55
50
40
3.3.3液壓缸的推力和流量計算
（1）液壓缸的推力計算
當(dāng)液壓缸的各種等參數(shù)確定后，實際工作推力可由下式得出：
P=PA(N)
式中，
P—液壓缸工作壓力（Pa）；
A—活塞有效工作面積；
得到出P=1993.26N
（2）液壓缸的工作流量計算
液壓缸所需的工作流量也就可以用下面的公式來計算：
Q=Av
式中，
v——液壓缸工作速度；
A——,液壓缸有效工作面積
A1= =5026.5mm
A2= ==3769.9mm
無桿腔：Q1=A1v=
有桿腔：Q2=A2v=
本設(shè)計中
v=10m/min。
3.3.4活塞桿直徑驗算
按強(qiáng)度條件驗算活塞桿的直徑，
（1） 活塞桿直徑校核。
當(dāng)活塞桿長度L小于10d時
驗算方法如下：
d=mm
式中，
P——活塞桿的推力（N）；
L——活塞桿長度（m）；
——活塞桿材料的許用應(yīng)力；=／n
——材料屈服極限（Pa）；
N——安全系數(shù)，n≥1.4
，，n=2。
解得：d=6.0mm小于40 mm，
可以滿足要求。
3.3.5液壓缸長度及壁厚的確定
（1）推桿的工作行程決定著液壓缸的長度，同時也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和制造過程。
應(yīng)該取l’<(20～30)。l’為液壓缸的長度，為缸體內(nèi)徑。=100mm,現(xiàn)取l’=600mm
（2）缸體壁厚的計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)11，鋼筒的材料選擇為20鋼，并可以查得抗拉強(qiáng)度20鋼的為410Mp。
通常，液壓缸的缸壁在低壓系統(tǒng)中是薄壁圓筒。液壓缸的缸體壁厚可用下式計算：
δ≥==9.146（mm）
式中，δ——缸壁厚度（m）
——試驗壓力（Pa）
當(dāng)額定壓力Pn小于16Mpa時。
=×150%；
在本設(shè)計中查表得==1MPa
D——液壓缸內(nèi)徑（m）
為缸體材料許用應(yīng)力（Pa）
=／n；
——材料的抗拉強(qiáng)度
n——安全系數(shù)。取n=5 。
通過查看液壓設(shè)計手冊查得45號鋼=600MPa。
將=600MPa帶入上式可求得δ=9.146mm。
在設(shè)計中液壓缸的外徑可通過表3-13（JB1068-67）查詢標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便設(shè)計加工。選取δ=10mm。
3.3.6液壓缸外徑的計算
=D+2δ=100+2×10=120（mm）
液壓缸外徑按標(biāo)準(zhǔn)JB1068-67可得=121mm
實際壁厚為δ=（121-100）/2=10.5mm
表3-6工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67）
液壓缸內(nèi)徑D
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
液壓缸外徑
20號鋼
工
作
壓
力
（Mpa）
≤16
50
60
76
95
108
121
133
146
168
194
219
245
45號鋼
≤20
50
60
76
95
108
121
133
146
168
194
219
245
25
50
60
83
102
108
121
133
152
168
194
219
245
31.5
54
63.5
83
102
114
127
140
3.3.7液壓缸底和缸蓋的計算
確定好設(shè)計方案后，液壓缸的底部和液壓蓋的計算方法如下：
（1） 缸底厚度計算
當(dāng)缸底有油孔時（=30mm)
h=0.433=1.81（cm）其中，=D=100mm,式中，p——缸內(nèi)最大工作壓力（×pa）
解得：h=18.1mm。
取h=19mm。
（2） 缸蓋厚度計算
本液壓缸的蓋采用整體法蘭缸蓋
h=
式中，——螺釘孔分布圓直徑（cm）
——法蘭根部直徑（cm）
——許用應(yīng)力（Pa）
P——液壓缸受力，(p=1Mpa×(兩底面＋兩圓柱面）
從以前的計算可知：D1 =92mm,圓整后取為D=100mm。
=82Mpa.帶入后可解得：
h=64.4mm，圓整后取h=65mm。
（3） 缸體連接強(qiáng)度計算
螺栓強(qiáng)度計算步驟如下：
拉應(yīng)力：===2505pa；
式中：
P—液壓缸的最大推力；
——螺紋內(nèi)徑；
Z——螺紋數(shù)目，取為6；
K——擰緊螺紋系數(shù)，一般取K=1.25～1.5，現(xiàn)取1.3
由上面計算可知：
P=1MpaN, =22mm。
代入上式可得出=410MPa。
合成應(yīng)力：=
許用應(yīng)力：=/n=410/1.2=3416×Mpa
——螺栓材料屈服極限；
N——安全系數(shù)，一般取N=1.2~2.5
螺栓用8.8號鋼，=640Mpa；N取2
因為≦所以滿足要求。
3.3.8液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定
根據(jù)參考文獻(xiàn)12，油口直徑取為20mm。
3.3.9液壓缸參數(shù)的綜合
缸筒（20鋼）
活塞（45鋼）
進(jìn)出油口連接
速比
內(nèi)徑
外徑
直徑
公稱直徑
接頭連接螺紋
1
100mm
121mm
70mm
20mm
M27×2
3.4.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.4.1液壓缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)
選取法蘭連接。
取H=66mm
活塞寬度B: B=(0.6~1.0)D=40m沒
活塞桿長度L1=(0.6~1.0) L =650mm
缸體長度L0=600mm
3.4.2缸筒與缸蓋的密封
氣缸與氣缸蓋之間需要采取密封措施，除了合理的靜配合間隙和合適的O形環(huán)外，最好在O形環(huán)的另外一側(cè)安裝尼龍材料，提高其工作時的承載能力。法蘭氣缸蓋采用螺栓預(yù)緊，防止工件松動，損壞靜密封零件
活塞桿與缸蓋導(dǎo)向套內(nèi)孔的密封力
根據(jù)參考文獻(xiàn)12，采用端蓋直接導(dǎo)向（C）。
（1） 缸蓋與活塞桿裝配
在液壓系統(tǒng)中裝配清潔油清洗所有的配件。在密封件如o形環(huán)和導(dǎo)向套接觸面上涂抹汽油。在保證兩部分的同心度后，使用硬桿進(jìn)入。當(dāng)條件為條件時，可以加工導(dǎo)錐，然后將螺母旋入或撞擊硬木，不僅保護(hù)油封的表面，而且確保氣缸蓋加載到氣缸中。
（2） 活塞密封件裝配
根據(jù)參考文獻(xiàn)12，采用螺紋連接，采用O型密封。在裝配前必須檢查導(dǎo)環(huán)的襯墊是否磨損，以便更換磨損，從而使導(dǎo)環(huán)能夠保證活塞與缸體孔之間的正常間隙。導(dǎo)環(huán)又稱耐磨環(huán)，常是耐油、耐磨、耐熱、摩擦系數(shù)小的材料如錫青銅、聚四氟乙烯、尼龍1010、MC尼龍和聚甲醛。非金屬材料導(dǎo)向環(huán)的切割寬度隨著導(dǎo)向件直徑的增大而增大，并且必須保持膨脹量，以防止高溫工作中嚴(yán)重的拉罐現(xiàn)象，并導(dǎo)致液壓缸筒報廢。
在設(shè)計中，必須保證活塞內(nèi)孔與活塞桿之間采用間隙配合，并且間隙要足夠小?；钊I應(yīng)該能夠靈活進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)軸向間隙。采用螺栓浴巾，螺紋連接要有足夠的預(yù)緊扭矩，并與開口銷采用緊定螺釘鎖緊，但開口銷和緊固螺釘不應(yīng)過長，以免與缸底內(nèi)孔部分發(fā)生碰撞。在操作過程中，汽缸嚴(yán)重?fù)p壞或活塞頭脫落。
（3） 缸筒與活塞桿總成裝配
在裝配完活塞、活塞桿及其他配件后，應(yīng)確?；钊^正確、安全和無損地進(jìn)入氣缸中。不同的活塞結(jié)構(gòu)和氣缸蓋連接應(yīng)采用有不同的裝配環(huán)節(jié)。
① 法蘭連接的缸筒。當(dāng)活塞缸體內(nèi)徑的倒角沒有損傷時，活塞表面具有液壓油潤滑，缸體的內(nèi)孔與活塞同心配合，從而可以加載到活塞組件中。氣缸蓋靜密封襯里應(yīng)涂有潤滑脂或工業(yè)凡士林，背面襯層不脫位，應(yīng)規(guī)定氣缸蓋連接螺栓的力矩和對稱緊固。
② 內(nèi)卡連接的氣缸蓋。裝配時，必須將缸體的內(nèi)表面進(jìn)行完全填充。為了確保氣缸的內(nèi)表面不被卡住，活塞密封件不會被損壞。
③ 在工廠運行或情況下，3個卡扣應(yīng)被加工并用于卡鍵槽的填充。在活塞和氣缸蓋被引導(dǎo)進(jìn)入氣缸后，取出3個快速夾緊環(huán)，然后裝入卡鑰匙。在氣缸蓋導(dǎo)向套復(fù)位連接后，需要安裝在氣缸蓋上定位環(huán)和卡環(huán)。
④ 在進(jìn)行工作或無加工條件下，可以切割石棉（使用橡膠板）板條（寬度等于卡片鑰匙），用其余的方法填入鑰匙槽，其余的用上面的方法。
⑤ 由內(nèi)螺紋連接的氣缸蓋。由于缸體內(nèi)孔的內(nèi)螺紋容易損壞密封件，薄壁開口導(dǎo)套必須加工固定在活塞頭上，使活塞能夠成功地加載到缸體內(nèi)，既保護(hù)了密封，又提高了密封性。裝配的質(zhì)量。
3.4.3油缸固定底座連接螺栓的設(shè)計與校核
螺栓所受工作剪力為：
在傾覆力矩的作用下前部底座的螺栓受拉，后部底座螺栓受壓。
在橫向載荷的作用下，如果壓力過大液壓缸底板連接接合面會發(fā)生相對滑移，保證其不發(fā)生滑移的條件為：
f摩擦系數(shù)（查表可知f=0.16）；防滑系數(shù)（取1.2）；i接合面數(shù)量（i=2）；z螺栓數(shù)量（z=8）。分別為螺栓和被連接件的剛度，為定值。取=0.2則=0.8
預(yù)緊力：N=5230.3N
前部底座每個螺栓受的總拉力為：
=831.15×0.2+5230.3=5396.53N
一般螺栓的材料為Q235查機(jī)械設(shè)計手冊得屈服極限為240MPa安全系數(shù)取1.5則其許用應(yīng)=160MPa
螺栓最小直徑：≈7.47mm
查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T196-2003。
根據(jù)計算數(shù)據(jù)，本次連接采用普通螺紋，公稱直徑選擇為10mm。
=
=1.0489MPa
查表=125MPa>>1.05MPa連接面后端不會壓碎。
前底座與連接板之間不能產(chǎn)生間隙即：>0
=
≈12.89N/≈0.13MPa>0
不會產(chǎn)生間隙。經(jīng)過分析螺栓連接滿足使用要求。
3.4.4液壓缸裝配圖
3.5液壓元件的選擇
3.5.1流量的計算
主推力油缸所需最大流量為：
=220×3.14×（12800-1600）
=8892000
震動油缸所需最大流量為：
=2×30×3.14×1792
=337612.8
將液壓缸輸入流量的百分之五作為整個回油路的泄漏量。
根據(jù)工作要求計算液壓泵所提供的總流量：
1.12×（8.802+0.3286）≈10.05L/min
液壓油路所需要的總壓力包括油路中的壓力損失和其他元件的工作壓力，總的壓力為
=P+=4+0.5=4.5MPa
為保證液壓泵的使用壽命，液壓泵處于額定狀態(tài)的時間不能過長，通常液壓泵的額定壓力會不能太低本文采取6.85MPa。依據(jù)前面計算的工作壓力和流量選擇齒輪泵的型號，型號為CBN-E310并依據(jù)外形設(shè)計出其支撐架。
表CBN-E310性能參數(shù)
型號
公稱排量ml/r
額定壓力MPa
最高壓力MPa
額定轉(zhuǎn)速rev/min
最高轉(zhuǎn)速rev/min
容積效率%
CBN-E310
10
10
12.5
2000
3000
≥85
3.5.2電動機(jī)的選擇
經(jīng)過計算液壓油缸的工作功率：= =7500w=0.75KW
齒輪泵的效率一般為0.6~0.7，則電機(jī)的最小功率為0.75/0.6≈1.17KW，保證工作需要選擇電動機(jī)型號為Y90L-4功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，則齒輪泵的實際排量為10×1400ml/min=14L/min>10L，本設(shè)計滿足工作要求。
3.5.3聯(lián)軸器的選擇
依據(jù)所選電機(jī)輸出軸和齒輪泵輸入軸的直徑確定齒輪泵與電機(jī)之間所用的聯(lián)軸器，電動機(jī)直接帶動齒輪泵無需減速，所以選擇的聯(lián)軸器為NL5型齒輪聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器中間用尼龍塊材料的內(nèi)齒輪作為傳動連接對電動機(jī)和齒輪泵起到了保護(hù)作用，防止電機(jī)與齒輪泵在卡死時的損壞，同時也增強(qiáng)了輸出和輸入軸之間的連接彈性。
3.5.4閥類元件的選擇
液壓原理圖中包含溢流閥、電磁換向閥、單向閥等元件，選擇的閥應(yīng)滿足相關(guān)的工作要求，一般情況下所選擇的元件流量比實際流量大一些，同時為使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活、閥塊的占地面積小選用了疊加式減壓閥，閥的型號及性能如下表所示。
液壓元件型號表
元件名稱
規(guī)格
額定流量（L/min）
額定壓力（MPa）
型號
溢流閥
15
20
Y-10B
電磁換向閥
20
20
DSG-02-3C12
3.5.5管道尺寸的確定
管道內(nèi)經(jīng)的計算：
q管道內(nèi)液壓油流量（L/min）；
v液壓油流速(m/s)；常用流速如下表所示：
表3-9 管道常用流速
Tab．3-9 Of velocity commonly used
管道
推薦流速v（m/s）
吸油管道
0.5~2
壓油管道
2.5~6
回油管道
1.5~3
對于吸油管直徑，取v=1m/s則有：
≈17.25mm
對于壓油管道，取v=3m/s則有：
≈8.42mm
油箱的吸油管道選擇鋼管，其他管道選擇橡膠管。根據(jù)工作壓力管道壁厚通常選取4~5mm，所以本設(shè)計吸油管道直徑為10mm，壓油管道直徑選擇為13mm。
3.5.6油箱的設(shè)計
液壓系統(tǒng)液壓泵額定流量的5~7倍一般就可作為油箱的容積，本設(shè)計取5倍，故油箱容積為5×4.5=22.5L依據(jù)機(jī)架尺寸，使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊設(shè)計的油箱尺寸為300×210×160mm
4支撐架的設(shè)計
支撐架的整體尺寸為400×250×350mm，角鋼支架采用焊接而成。包括電機(jī)安放架、油箱安放架。在保證各零件安裝位置要求的前提下，整體結(jié)構(gòu)比較緊湊，占地面積較小。支撐架的材料選擇HT150，可以滿足整體的強(qiáng)度和剛度要求。支撐架上的潤滑油箱支撐部分，接觸面部分采用一排角鋼支架用來固定油箱。
圖4-1總體支撐架
總結(jié)
完成了本次畢業(yè)設(shè)計，我收獲了很多，畢業(yè)設(shè)計用的知識很多，幾乎包含全部專業(yè)課程知識。這個課題深深的考察了我，我從未自己動手自下而上完成類似設(shè)計，所以更能激勵我全身心投入其中來完成它。我相信通過此次的畢業(yè)設(shè)計可以綜合運用從課本上學(xué)到的知識，它不僅使我們了解如何將理論應(yīng)用于實踐，而且使我們能夠理解如何在實踐中解決問題。又對課本所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了綜合運用。初步培養(yǎng)我們解決問題的能力,提高了獨立工作的能力。在這個過程中，我們還有很多工作要做。在周毓明教授的指導(dǎo)下，經(jīng)過數(shù)月的不懈努力，成功地完成了簡易插床和液壓系統(tǒng)的設(shè)計。我學(xué)到了很多新知識、新方法、新思想 ，以及對我四年大學(xué)學(xué)習(xí)的良好總結(jié)。這些都是我的好基石，所以我覺得我獲得了很多。在設(shè)計期間，周毓明教授給了我很大的幫助和指導(dǎo)。我謹(jǐn)向您表示衷心的感謝。
?
致謝
大學(xué)的時光實在短暫，還清晰記得當(dāng)初剛進(jìn)校園的澎湃心情，現(xiàn)在卻要面對畢業(yè)分離的傷感和迷茫。畢業(yè)論文的選題及研究過程中得到我導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，導(dǎo)師多次詢問研究進(jìn)程，為我指點迷津，幫助我開拓思路，熱忱鼓勵，老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，對我影響深刻，同時老師不僅在論文上認(rèn)真指導(dǎo)我，還教導(dǎo)我走上社會后如何做人處事。
非常感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，讓我順利地完成畢業(yè)論文。
感謝大學(xué)里所有給過我諄諄教誨的老師們，因為你們，我的人生更加富有。
感謝我所有的朋友，因為你們，我的大學(xué)生活更加愉快，有意義。
更要感謝我的父母，給我那么好的生活條件和學(xué)習(xí)環(huán)境！
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附錄：文獻(xiàn)翻譯原文
What is hydraulic?
? Hydraulic systems are power-transmitting assemblies employing pressurized liquid to transmit energy from an energy-generating source to an energy-use area. All hydraulic systems depend on Pascal’s law, named after Blaise Pascal, who discovered the law. This law states that pressurized fluid within a closed container-such as cylinder or pipe-exerts equal force on all of the surfaces of the container.
?In actual hydraulic systems, Pascal’s law defines the basis of the results which are obtained from the system. Thus, a pump moves the liquid in the system. The intake of the pumps connected to a liquid source, usually called the tank or reservoir. Atmospheric pressure, pressing on the liquid in the reservoir, forces the liquid into the pump. When the pump operates, it forces liquid from the tank into the discharge pipe at a suitable pressure.
?The flow of the pressurized liquid discharged by the pump is controlled by valves. Three control functions are used in most hydraulic systems: (1) control of the liquid pressure, (2) control of the liquid flow rate, and (3) control of the direction of flow of the liquid.
?The liquid discharged by the pump in a fluid-power system is directed by valves to a hydraulic motor. A hydraulic motor develops rotary force and motion, using the pressurized liquid as its energy source. Many hydraulic motors are similar to pumps, except that the motor operates in a reverse manner from a pump.
?Where linear instead of rotary motion is desired, a cylindrical tube fitted with a movable piston, called a hydraulic cylinder, is often used. When the piston is moved by the pressurized fluid, the piston rod imparts a force or moves an object through a desired distance.
?Restricting the movement of the piston in a hydraulic cylinder, as when the piston carries a load, creates a specific pressure relationship within the cylinder. The surface area of the piston face is said to contain a specific number of square inches. The pressure of the pressurized liquid, multiplied by the piton area, produces an output force, measured in pound, at the end of the piston rod.
?The speed of movement of the piston rod depends on how fast the pressurized fluid enters the cylinder. Flow into the cylinder can be directed to either end, producing either a pushing or pulling force at the piston rod end. A seal around the rod where it passes through the cylinder end prevents leakage of the liquid.
?Directional control of the piston depends on which end of cylinder the liquid enters. As pressurized liquid enters one end of the cylinder, liquid must be drained from the other end. The drained liquid is led back to the reservoir. In a pneumatic system using air, the air in the exhausting end of the cylinder is vented to the atmosphere.
?Directional-control valves, also called two-way, three-way, four-way, etc. , are named in accordance with their basic function. Pressure-control and simple restrictor valves are usually two-way valves. They provide ON or OFF service. A three-way valves may perform several functions, all associated with the three-ports in the valve. For example, the power or pressurized liquid from a pump in a tractor may be sent to the hydraulic system serving the tractor’s front-end loader. Or the three-way valve may send the pressurized liquid to a hydraulic motor driving a feed conveyor while the front-end loader is not being used.
?Three-way valves may also be used to direct pressurized fluid to a single-acting hydraulic cylinder. As the three-way valve is actuated (operated) it can stop the pressurized flow to the cylinder. Further, the same valve can divert liquid from the cylinder to the reservoir, so the cylinder can retract by gravity or return springs and assume its original position.
譯文
什么是液壓？
液壓系統(tǒng)是利用液體為介質(zhì)把能量從動力源傳遞到消耗位置的動力傳遞系統(tǒng)。所有液壓系統(tǒng)原理都基于帕斯卡定律，是以發(fā)現(xiàn)這個定律的帕斯卡的名字而命名的。這個定律表明在一個密封的容器里，如缸體或管子，受壓液體向容器表面所有方向施加相等的力。
?在實際液壓系統(tǒng)中，帕斯卡定律解釋從系統(tǒng)中得到的各種結(jié)果。泵使流體在系統(tǒng)里流動。泵的吸入口接到液壓油容器，通常稱為液壓油箱。大氣壓壓在油箱里液體上，使液體流入泵里。當(dāng)液壓泵工作時，它以適當(dāng)?shù)膲毫Π岩后w從油箱壓到管道里。
?泵排出的高壓液體由閥控制。多數(shù)液壓系統(tǒng)運用三種控制方式：（1）流體壓力控制；（2）流體速度控制；（3）流體方向控制。
?在液壓系統(tǒng)中由泵排出的液體經(jīng)由控制閥到液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)利用受壓的流體作為它的能量源產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的力和運動。液壓馬達(dá)跟泵的結(jié)構(gòu)類似，只不過它的工作原理是相反的。
?在要求直線運動代替旋轉(zhuǎn)運動的地方是用液壓缸，它由運動活塞和缸體構(gòu)成。當(dāng)活塞由高壓流體驅(qū)動時，活塞桿傳遞力，推動負(fù)載移動一段設(shè)定的距離。
?當(dāng)液壓缸中的活塞運動受阻時，例如當(dāng)活塞有負(fù)載，在液壓缸中必然會產(chǎn)生一個相應(yīng)的壓力?；钊娣e以平方英寸為單位，受壓液體的壓力乘以活塞面積，就等于在活塞桿的末端產(chǎn)生的一個以磅為單位的輸出力。
?活塞桿的速度取決于受壓液體進(jìn)入液壓缸里的多少?？梢钥刂朴鸵毫魅缫簤焊椎钠渲幸欢耍诨钊麠U上產(chǎn)生一個拉力或產(chǎn)生一個推力。在活塞上有密封裝置，防止流體的泄漏。
?活塞的方向控制取決于流體進(jìn)入液壓缸的哪一端，當(dāng)高壓流體進(jìn)入液壓缸的一端時，流體一定從另一端流出。排出的流體又回液壓油箱。在利用空氣的氣動系統(tǒng)里，空氣是由缸體排放入大氣中的。
?方向控制閥也稱作二通閥、三通閥和四通閥等等，是根據(jù)它們的基本功能命名的。壓力控制閥和簡單的節(jié)流閥，通常采用二通閥，他們僅有通和斷功能。三通閥可以有幾種功能,這些和三通閥的油口有關(guān)。例如，來自泵的高壓流體可能傳送到拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)里驅(qū)動負(fù)載。在不需驅(qū)動時，三通閥將高壓流體送到驅(qū)動輸送機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)上。
?也可以用三通閥來控制單作用式液壓缸（只能單方面施力）的運動。例如，當(dāng)三通閥通時，它可以阻止高壓流體流入液壓缸。同時，該閥可以把液壓缸中的液體導(dǎo)向液壓油箱，因此，柱塞缸可以在重力或回程彈簧的作用下回到它的初始位置。
?四通閥有四個油口。壓力油口控制流體連接到需要高壓的地方。同時有一個油口從高壓區(qū)排出油液。排出的液體流回液壓油箱。
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