和记娱乐液压虎钳_图文_

 

2020-05-29 07:12

  液压虎钳_机械/仪表_工程科技_专业资料。三年制大专生毕业设计 机动液压虎钳 姓 名: 班 级: 指导老师: 学 院: 提交日期:2011 年 10 月 26 日 1 目录 摘要 前言 1、 设计构思-------------------

  三年制大专生毕业设计 机动液压虎钳 姓 名: 班 级: 指导老师: 学 院: 提交日期:2011 年 10 月 26 日 1 目录 摘要 前言 1、 设计构思---------------------------------------------5 2、 方案设计---------------------------------------------5 3、 市场调查---------------------------------------------8 4、 可行性论证------------------------------------------9 5、 机构设计---------------------------------------------9 6、 谢辞---------------------------------------------------20 7、 参考文献与附录------------------------------------21 2 摘要 液压台虎钳是对现有螺旋传动台虎钳的改进,主要用于成批生产。 它能实现快速夹紧与快速松开,且能保证夹紧力大小。这样就可以避 免过去要夹紧一个较薄的零件时,因夹紧力没有办法确定调式的时 间,同时因能实现快速夹紧与快速松开,从而大大的提高生产效率。 为了实现快速夹紧与快速松开,将传统的螺纹改成液压传动,活动钳 身通过液压缸来控制,从而实现活动钳身的快速移动,而夹紧力则由 液压系统中的溢流阀来保证.我们可以通过调整溢流阀的压力来保证 夹紧力的大小。 液压台虎钳与传统的螺纹台虎钳相比是有不足之处的。一是在成 本上要比传统的台虎钳要贵,而且相对来说,制造复杂,操作也复杂一 些。 3 前言 机动液压台虎钳,是现在市场所大量需求的。一、根据现在生产 核技术越来越高,生产精度越高,同时也是生产越来越精巧,夹紧力 也要求越来越准确,不能过大过小。但传统的台虎钳所产生的夹紧力 是根据师傅的经理来保证的,因此极有可能会产生以上的不足而使废 品率提高,根据生产的需要,特此设计一套适合加工的机动液压台虎 钳。二、传统的台虎钳工作效率比较低,传统台虎钳是螺纹传动,无 法实现快速夹紧与松开,使得生产效率比较低。而液压台虎钳能实现 快速夹紧与松开,只需配有一个动力源即可。 4 一、设计构思 1、需获得何种功能 工件的装夹——工件的加紧与松开 2、功能需要何种运动 往复直线、运动需要何种机构 能获得往复直线运动的机构有螺旋传动机构、曲柄滑块机构、气 压传动机构、液压传动机构。 4、机构所需何种性能 1)循环周期——不大于 5 秒 2)运动精度——一般 3)工作效率——高 4)可靠性——使用寿命 5000 小时 二、方案设计 1、工作机构方案罗列 1)执行机构——驱动机构(采用何种驱动机构)夹持行程 (120mm) 2)钳口宽度(120mm)夹块材料:考虑到夹块与工件接触频繁容 易磨损所以采用 45 号锻钢、合金钢或不锈钢 3)钳身材料:考虑到经济性和工艺性钳身材料采用 Q235。 2、工作机构性能分析 1)螺旋传动机构——螺旋传动机构具有増力特性,故传动力大, 5 且结构简单、传动平稳、传递运动准确、易于实现自锁。但螺旋机 构传动效率低,不宜长期连续运动;同时考虑到整体结构的简单和 紧凑,电动机须与螺旋机构一同安装在工作台上,如此安全性低。 2)曲柄滑块机构——结构简单、容易制造、能传递较大载荷。但 不适合高速和运动规律要求较高的场合,同时考虑道整体结构的简 单和紧凑,电动机须与曲柄滑块机构一同安装在工作台上,安全性 低。 3)气压传动机构——气动动作迅速、反映快、结构简单、空气具 有可压缩性,气动系统能够实现过载自动保护。同时由于空气有可 压缩性,气缸的动作速度容易受负载变化影响,气动不容易密封,和记娱乐 噪声大。 4)液压传动机构——传动平稳、能传递较大载荷、结构紧凑、操 作简单、易于实现过载保护、使用寿命较长。且液压元件实现了标 准化、系列化、通用化,便于设计、制造和使用。但传动比不准确、 效率低、故障维修困难。 3、辅助机构 液压系统——价格、尺寸、压力 电动机——价格、功率、转速 6 4、工作机构性能比较 螺旋传动机 曲柄滑块机 气压传动机 液压传动机 构 构 构 构 价格 低 低 高 高 可靠性 高 低 低 高 安全性 低 低 高 高 效率 低 低 低 低 夹紧力 大 大 小 大 比较以上几种传动形式,液压传动具有更多优点,具体表现 在以下各方面: ①、在输出效率相同的情况下,其结构紧凑、体积小、重量轻、承载 能力强。 ②、液压系统有卸荷、减压、保压(自锁)等装置和回路,很容易控 制。 ③、惯性力小、动作灵敏,启动、制动速度快,传动平稳,可实现快 速而无冲击的换向。 ④、动力的传递和储存都很方便,由于用管道传递压力油,所以液压 元件机构和装置都易于布置,且各元件的安装自由度很大,可随意放 在适当位置上,并切能实现远距离操纵。 ⑤、自动防止过载,可避免事故的发生。 ⑥、液压元件自动润滑,寿命长。 7 ⑦、液压系统中的泵阀等元件均已标准化、系统化。设计过程中可以 只作计算选取,简化了设计工作量,缩短了制造周期,提高了生产率, 因而成本更经济、合理。 当然,液压传动也有一些突出的缺点,如泄露、油管会产生一定 的弹性变形,从而影响传动精度,另外还有油管的粘温性、节流现象 等,此外精密元件的加工精度高,因而制造成本高,但相比而言,这 些问题都可以在其允许的范围内得以解决。 5、工作机构确定 1)液压传动机构(双作用液压缸) 2)钳口 3)钳身 4)底座 6)液压系统(液压泵、溢流阀、换向阀、辅助元件) 7)三相异步电动机 三、市场调查 1、市场对此产品的功能要求 半自动 2、市场对此产品的性能要求 生产效率、工作精度、可靠性、安全性 3、市场对此产品的价格极限 4000-5000 元 4、市场对此产品的容纳总量 8 工厂总数的 50% 四、可行性论证 1、确定生产纲领 国内市场总需求-----------200 万台,考虑不利因素的影响分两期 工程实施。 参考资金供应情况,在方案设计和市场调查的基础上进行。 若资金可靠充裕,则考虑: 第一期工程:-------50 万台 第二期工程:-------150 万台(市场成熟后进行) 注意:资金供应必须 100%可靠!! 2、制造工艺的可行性 分析工艺过程以及周边的制造与供应条件 五、机构设计 1) 双作用液压缸的确定 液压缸内径与活塞杆直径的确定 行程 120mm 缸径根据夹紧力的要求来求:已知所需夹紧力为 2000kg。 查机械工程师电子手册选液压缸的公称压力为 16Mp; 根据活塞受力平衡方程:AP=F 整理后得活塞有效面积:A=F/P 根据上式推出缸筒内径:将 A=(π /4)D2 带入上式得: D=(4F/π P)2=(4X20000)/3.14X16X106)1/2=39.9mm 9 查阅电子手册国家标准系列取 D=40mm。 活塞材料选用 45 号钢缸筒材料选用 Q235,活塞杆直径的确定: 根据活塞杆的受力情况为受压,P=16MPa, 查得活塞杆的直径 d=0.7D(P7.0MPa) d=28mm。 活塞杆强度根据公式 d≥{4F/π [б]}1/2 进行强度校核, 查 阅 电子 手 册可知 材 料 为 45 号 钢的 抗 压强 度 极 限 бs ≥ 340MPa d≥{(4X20000)/(3.14X340X106)} 1/2 d≥8.66mm 所以所求活塞杆强度足够。 缸筒壁厚δ 的确定 δ ≥PyD/2[б ] Py 为试验压力,当缸的额定压力 Pn≤16MPa 时,取 Py=1.5Pn 即 Py=24MPa [б ]——缸筒材料的许用应力,[б ]= б b/n;б b 为材料抗拉强度, 查阅电子手册б b≥600MPa,n 为安全系数,一般取 n=5 [б ]=600X106/5=120MPa δ ≥(24X106X40X10-3)/(2X120X106) δ ≥4mm 当 D/δ ≤10 时,按厚壁筒来进行校核 δ ≥D/2{?([б ]+0.4Py)/ ([б ]-1.3Py)1/2?-1} δ ≥20X10-3?(129.6X106)/(88.8X106)-1? δ ≥4mm 所以所求壁厚强度足够 10 液压缸行程的确定,按要求液压缸的行程为 120mm。 液压缸外径 D1 便可根据公式 D1=D+2δ 求出:D1=48mm 查阅电子手册国标系列圆整取 D1=57mm。 液压缸其他部位尺寸的确定:活塞宽度 B=(0.6R1.0)D (取 B=0.8D), B=32mm 活塞杆长度的确定:活塞杆两端均采用螺纹连接方式,经查阅 电子手册两端螺纹长度取 28mm,活塞内径为 40mm、活塞杆直径为 28mm 的螺纹连接部分采用 M20X1.5 的螺纹。具体尺寸见零件图。 (如下图所示) 图(1) 活塞尺寸的确定:活塞密封腔体 L2 用橡胶密封的尺寸系列及公差 根据 GB/T10708.1-1989 查得:L2=8mm d=30mm F=0.5mm S=5mm(Smax=5.15mm,Smin=4.90)。 根据工作要求查阅电子手册选择活塞与缸筒配合表面为间隙配 合,配合公差为φ 40H8/f7。查表 GB/T1800.3-1998 公差等级为 IT7 级的标准公差数值为 25μ m,再根据 GB/T1800.4-1999 查得极限偏差 数值 f,上偏差为-25μ m,下偏差为-50μ m,如下图所示: 11 图(2) 活塞密封圈采用 Y 型橡胶密封圈。 导向套滑动面长度 A=(0.6R1.6)D (D﹤80mm) (取 A=1.0D) A=40mm 导向长度 H≥L/20+D/2 (L 为液压缸最大行程) H≥125/20+40/2 H≥26.25mm 导向套与缸筒内壁的配合为基孔制间隙配合φ 40H8/h7,导向套 与活塞杆的配合为基轴制间隙配合φ 28H8/h7。 如下图所示为单活塞杆液压缸的结构图,它主要有缸底 1、活塞 3 缸筒 4、活塞杆 5、导向套 6 等组成。缸底设计成为耳环式的,缸 底尾部利用固定销将液压缸固定在钳身上,相对于法兰连接来说,耳 环具有结构更加简单,拆装方便等优点。因缸底主要承受压应力,故 选择受压状态时承载能力较强的 Q235,考虑道缸底开有 M18x1.5 螺 孔,连接耳环,所以初选缸底厚度为 70mm。由手册可知 HT250 的б b ≥250MPa,由手册可知,铸铁的抗压强度为抗强度 2-5 倍即б b2=3б 12 b=3x250=750 MPa。根据计算缸底的强度足够,缸底与缸壁交接处采 用焊接。具体结构如下图所示。 导向套尺寸的确定,导向套主要承受压力,与缸底同选 HT250, 其外圆表面与缸壁的配合为过度配合,配合公差为φ 40H8/f7。导向 套的内表面与活塞杆之间具有相对运动,表面应渡一层耐磨材料。导 向套的内外面精度等级和总体尺寸如下图所示: 缸筒另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用螺纹连接。 为了保证液压缸的可靠密封,在相应部位设置了密封圈 2、7、9 和防 沉圈 10。 13 图(3)双作用单活塞杆液压结构图 1—缸底;2、7、9—密封圈;3—活塞;4—缸筒;5—活塞杆; 6—导向套;8—缸盖;10—防尘圈;A、B—进出油口 2)钳口夹块尺寸的确定: 图(4) 夹块的长度为 120mm,高度为 40mm,厚度为 15mm。由于夹块所 受作用力大,且与工件的频繁接触所造成的磨损严重,为使夹块具有 较高的强度和耐磨性选用夹块材料为 45 号钢,硬度大于等于 45HRC, 查阅电子手册材料的抗压强度极限 бs≥340MPa,经计算夹块所受的压 力远远小于材料的抗压强度极限,所以夹块的强度足够。夹块上开有 两个沉头螺钉孔用来将夹块固定在钳口上,螺钉采用 GB/68 M8 开槽 沉头螺钉,因螺钉在这里仅用于固定夹块,不受其他作用力,所以选 用的螺钉强度足够。 14 3)钳身尺寸的确定: 钳身主要是用于支撑安装各零件和对活动钳口的导向,还有是能 承载钳口夹紧工件时所承受的反作用力。所以设计钳口时主要考虑结 构的合理性,承载能力和导向问题。 图(5) 由于钳身主要承受的是压应力,考虑到经济性和良好的加工工艺 性,钳身的材料选用 45 号铸钢。钳身结构如图 5 所示。 钳身的主要部分有钳口部分、导轨部分、底盘。钳口上开有两个螺纹 孔与夹块的螺纹孔相吻合来固定夹块。底盘是φ 200 的园盘,上面钻 有两个φ 20 的通孔,用于固定在底座上。导轨与活动钳口相配合, 因具有相对运动,所以导轨面需进行磨削加工,以减小导轨与活动钳 口相对运动时的摩擦和磨损,表面粗糙度值为 0.8μ m,后面带园槽 的部分没有相对运动,只是用于虎钳盖和液压缸的安装。尾部设有销 钉孔,与液压缸耳环缸底上的销钉对应,用销钉将液压缸固定在钳身 上。这种固定方式具有拆装方便,加工容易。 15 虎钳工作时固定销主要承受挤压应力和剪切应力,选销钉直径为 20mm,材料为 45 号钢,正火处理,经计算强度足够。固定销采用弹 性挡圈固定在钳身上。 4)底座结构: 如图(6)所示底座两边开槽 D,便于用螺栓将虎钳固定在工作台上。 底座你内部开有 T 型槽 B,利用螺栓将底座和钳身锁紧。C 出有一销 子,用来保证钳身转动时与底座的同轴度。A 出开有一孔,主要用于 铣刀进刀和螺栓的放入。 图(6) 3、拟定液压系统图 液压虎钳的运动速度比较低,冲击小,运动比较平稳,一个简 单的液压系统就能实现其功能要求。液压系统主要由油箱、过滤器、 液压泵、溢流阀、压力表、三位四通电磁换向阀、液压缸、电动机, 油管组成。 该虎钳只有夹紧和松开两个动作,所以一个三位四通电磁换向阀 就能够实现其功能。虎钳的运动速度比较慢,不需使用节流阀、背压 16 阀来提高运动的平稳,这样可以简化液压系统,降低成本。溢流阀主 要是用来调节系统压力,以适用于不同的工件所需的夹紧力,同时还 配有压力表显示系统压力。 图(6) 4、液压元件的选择: 1)液压泵的选择与计算: 已知活塞的循环周期为 5s,液压缸的行程为 120mm,则活塞的移动速 度 V=120/2.5=2.88m/min 活塞运动所需流量 Q=VA=2.88x(π D2/4) =3.6x10-3m3/min A——液压缸有效工作面积。 液压泵的最大流量 Qn=QK (K——系统的泄露系数 取 K=1.2) Qn=3.6x10-3x1.2=4.32x10-3 m3/min 确定液压泵的最大工作压力 Pp=P1 (P1——液压缸的最大工作压力) Pp=20000/(π D2/4)=15.92MPa 17 考虑到系统的压力损失和溢流阀的调整压力一般应比系统压力 大 0.5MPa,故液压泵的最高压力为 Pp=17MPa。 2)选择液压泵的规格: 根据以上求得 Pp=17MPa、Qn=3.6x10-3x1.2=4.32x10-3 m3/min 由 机械设计手册选择相应的液压泵,考虑到实际需要及各种液压泵的 缺点,而选用外啮合齿轮泵,压力范围为高压(30MPa)。外啮合齿 轮泵具有结构紧凑、自吸能力好、寿命长等优点。其次是价钱低,适 用于恶劣的工作环境中。 该液压泵的有关数据如下: 转速 n=1440r/min 排量为 3ml/r 容积效率 ηv≥85% 总效率 η≥85% 最大工作压力 Pp=17MPa 驱动功率=QnPp=1.22kw 3)电动机的选择与计算: P=Pp/η=1.44kw 根据以上所计算驱动液压泵的需要,选择三相异步电动机,其型号可 选 Y90L-4,有关数据如下: 额定功率 1.5kw 转速 1400r/min 启动电流 6.5A 效率 79% 功率因数 0.79 最大转矩 2.3Nm 启动转矩 2.3Nm 重量 24kg 4)弯头的选择: 已知液压缸的进出油口都为 M18x1.5 的螺纹,液压缸的进 出油口采用公称压力 J 级,管子外径 D0为 14mm 的卡套式端直角管接头: 18 管接头 J14 GB/T 3738.1-1983,公称压力为 25MPa。 结构如图所示: 其中: D0=14mm d=18mm l=12mm l1=21mm L=41mm L1=20mm S=18mm S1=24mm e1=27.7mm 2xd5=12mm 需要三通管的地方选用公称压力 J 级,管子外径 D0 为 14mm 的卡套式端 三通管接头:管接头 J14 GB/T 3741.1-1983《机械设计手册》。 直通管接头选用公称压力 J 级,管子外径 D0 为 14mm 的卡套式直通管接 头:管接头 J14 GB/T 3737.1-1983《机械设计手册》。 5)油管的选择: 选用公称通径为 12mm、油管外径 18mm、公称压力大于等于 16MPa、 壁厚 1.6mm、管接头螺纹为 M18x1.5 的油管。《机械设计手册》 各个零件与装配体的尺寸、公差配合、技术要求详细见 零件图和装配图。 19 附录 A:致谢 经过紧张的毕业设计,我如愿地,较圆满地完成了设计任务。 从中发现了许多值得注意的问题。 本次设计培养了我们对设计工程的设计能力,学习和掌握课件的 基本制作方法和步骤,并给我们以后的工作打下坚实的基础,通过本 次设计,我们把以前在课本中学习到的理论知识在此次设计中加以综 合运用设计资料,并懂得,这样才不至于在设计过程中出现太多错误。 经过一个月的紧张有序的工作,完成了课程设计,其中我们在设计的 过程中遇到很多难题,但是经过王老师的认真讲解,使我对其加深了 认识。 最后,真诚的感谢辅导老师对我们的指导和帮助。由于我们对所 学知识不够彻底,而且时间较短,又缺乏经验,设计书中难免会存在 疏漏和欠缺之处,恳请老师批评指正,以便在以后的工作和学习中不 犯类似的错误。 参考文献 1、《机械设计师手册》编写组 编。机械工业出版社,1989 年 1 月 20 2、王志泉 董慧灵主编《机械制图》。中南大学出版社,2007 年 7 月 3、徐茂功 桂定一主编《公差配合与技术测量》。机械工业出版社,2007 年 12 月 4、姜佩东主编《液压与气动技术 》。高等教育出版社,2007 年 12 月 5、梁耀能主编《工程材料及加工工程》。机械工业出版社,2006 年 1 月 6、《电子手册》机械设计手册编委会编制。机械工业出版设,2004 年 8 月 21

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