液壓板料折彎機(jī)的設(shè)計(jì)【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 題目： 液壓板料折彎機(jī)的設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2016 年 3 月 摘 要 板料折彎機(jī)是板材加工、成型的設(shè)備之一，特別是在鈑金制作公司，經(jīng)常需要用到 這個(gè)設(shè)備，尤其是在批量加工生產(chǎn)的場(chǎng)合，更是要用到。 該折彎機(jī)采用液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，工作和操作半自動(dòng)化控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，與 老機(jī)型相比，噪聲低、功率損失少、工作效率高、板料彎曲角度準(zhǔn)確、操作安全可靠、 調(diào)節(jié)方便。適用于板材的直角彎曲，既提高了生產(chǎn)效率和彎曲質(zhì)量，又簡(jiǎn)化操作程序， 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 該種折彎機(jī)的設(shè)計(jì)主要涉及彎曲模具的設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，折彎機(jī)工作部分是 彎曲模具，選用“V”形彎曲模具。液壓系統(tǒng)主要是為折彎機(jī)提供動(dòng)力，根據(jù)彎曲工件所 需彎曲力選擇電動(dòng)機(jī)、液壓泵以及液壓缸等一些液壓元件。 關(guān)鍵字：折彎機(jī)，模具，液壓系統(tǒng)，板料 Abstract The Benging Machine that technologically advanced and reliable performance,is the preferred one of the sheet metal forming equments.The Bending Machine is widely used in aircraft、 automobiles、 shipbuilding、 electrical machinery and light industries. The purpose of this graduation project is to design an aluminum row bending machines.The original motives can use electromotor and diesel engines.This bending machine uses the hydraulic system,and manipulation of semiautomatic control,simple structure,relativelysmall.Comparison with the old models,this bending machine has some advantures.Such as low noise,low power loss,high efficiency,accurate angle of aluminum row bending,safeand reliable operation and convenient regulation.For the high-angle beng of sheet metal,it not only increases the production efficiency and quality of bending aluminum row,but also simplifies the proceduresand reduces labor intensity of workers. The design of the bending machine mainly involves the designs of bending mould and hydraulic system.The work part of the bending machine is bending mould, to choose the "V"-shaped bend mould.Hydraulic system is the impetus for the bending machine.According to the bending force of the bending workpiece to choose the motor,hydraulic pump and hydraulic cylinders and other hydraulic components. Keyword: Bending machine,mould,hydraulic system,Sheet metal 0 目 錄 摘要 ......................................................................I ABSTRACT.................................................................II 1 折彎機(jī)簡(jiǎn)介 ..............................................................1 1.1 折彎機(jī)的應(yīng)用 ........................................................1 1.2 折彎機(jī)的分類與組成 ..................................................3 2 彎曲模具的設(shè)計(jì) ..........................................................5 2.1 分析零件的工藝性 ....................................................7 2.2 確定工藝方案 ........................................................8 2.3 進(jìn)行必要的工藝計(jì)算 .................................................10 2.4 Z 型彎曲模具主要零部件設(shè)計(jì)..........................................14 2.5 彎曲模具其他零件設(shè)計(jì)與選用 .........................................17 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .........................................................23 3.1 設(shè)計(jì)要求及工況分析 .................................................26 3.2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ...............................................27 3.3 計(jì)算和選擇液壓元件 .................................................29 4 液壓缸的設(shè)計(jì) ...........................................................30 4.1 液壓缸基本參數(shù)確定 .................................................32 4.2 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 .................................................33 4.3 液壓缸主要性能參數(shù) .................................................35 5 折彎機(jī)特點(diǎn)分析 .........................................................36 結(jié)論 .....................................................................37 致謝 .....................................................................38 參考文獻(xiàn) .................................................................39 1 1 折彎機(jī)的簡(jiǎn)介 1.1 折彎機(jī)的應(yīng)用 板料折彎機(jī)是板材加工、成型的設(shè)備之一，特別是在鈑金制作公司，經(jīng)常需要用到 這個(gè)設(shè)備，尤其是在批量加工生產(chǎn)的場(chǎng)合，更是要用到。 1.2 折彎機(jī)的分類及組成 折彎機(jī)作為板材加工的設(shè)備的一種，有多種分類，主要分為手動(dòng)折彎機(jī)，液壓折彎 機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)。折彎機(jī)通常包括一個(gè)機(jī)身，模具和折彎凸模和凹模，工作臺(tái)被布置在 機(jī)身上面，模具安裝在折彎機(jī)的工作臺(tái)上面，通過安裝在模具上面的凸、凹模的作用， 使板材發(fā)生擠壓變形，從而形成折彎件。 2 彎曲模具的設(shè)計(jì) 2.1 分析零件的工藝性 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，擬定折彎成型的工件為 Z 形工件，根據(jù)下圖 2-1 所示，本次折 彎加工的折彎件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，厚度也適中，所以適合折彎。 圖 2-1 零件示意圖 結(jié)論：該零件適合彎曲。 2 2.2 確定工藝方案 根據(jù)該工件的零件圖樣分析可知，該折彎件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且呈 Z 形彎曲狀，除了 彎曲工序以外沒有其他工序，所以適合用彎曲模折彎。 2.3 進(jìn)行必要的工藝計(jì)算 2.3.1 彎曲件展開長度的計(jì)算 1）變形區(qū)中性層曲率半徑 ? (2-1)1.50372.61rktm???? 2）毛坯尺寸（中性層長度） (2-2)zLlA? 其中 （中性層圓角部分的長度） ?? 018????? (2-3) 003.1492.64.18Am????? 該零件的展開長度為 (2-27.85.zLl???? 5) 取 =85mm，則毛坯尺寸為 。z 85m? k－中性層位系數(shù)，查表 2-1 得 k=0.37; r－彎曲件彎曲半徑,mm； t－彎曲件材料厚度,mm； －彎曲件的展開長度,mm；zL －彎曲中心角（ ）；?0 －彎角，（ ）。? 表 2-1 中性層的位移系數(shù) K 值40bMPa?? r/ t ＜0.3 0.5 1.0 1.5 2 3 4 5 6～7 ≥8 3 K 0.34 0.37 0.41 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 2.4 Z 形彎曲模模具主要零部件設(shè)計(jì) 2.4.1 凸模的設(shè)計(jì) 針對(duì)本次設(shè)計(jì)的 Z 形折彎件，根據(jù)零件圖可知，它的折彎尺寸較大，但是彎曲半徑 較小，所以需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)工況來做選擇 ，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑 （ ），故凸模圓角半徑可取彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，即：minri0.30.9tm??? =r=1mm (2-9)pr 2.4.2 凹模的設(shè)計(jì) 1）凹模圓角半徑 凹模的圓角半徑主要是根據(jù) Z 形工件的形狀特征來決定的，本次設(shè)計(jì)的 Z 型件結(jié)構(gòu) 特征一般，并且厚度一般，所以根據(jù)查表分析可知，當(dāng) t ≤ 2 mm ， = (3 ～ 6) t dr t ＝ 2 ～4 mm ， = (2 ～3) t dr t ＞ 4 mm ， = 2 t 已經(jīng)該 Z 型折彎件，厚度=3mm，所以根據(jù)以上公式計(jì)算得出： =2.5x3=7.5mm。dr 2）彎曲凹模深度 此次設(shè)計(jì)的是 Z 形彎曲模具的設(shè)計(jì)，通過以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，我們可以知道，凹模的 深度根據(jù)系統(tǒng)工況，我們選擇 =35mm,凹模底部的厚度根據(jù)系統(tǒng)工況，我們選擇0L h=52mm。 3）凹模結(jié)構(gòu) 由于凹模要和工作臺(tái)聯(lián)接，所以要在凹模上開螺釘孔，其結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示 。 4 圖 2-4 凹?；窘Y(jié)構(gòu)圖 表 2-2 彎曲 Z 形件的凹模深度及底部最小厚度值 (mm) 板 料 厚 度 ≤ 2 2 ～4 ＞ 4 彎曲件 邊長 L h 0Lh 0Lh 0L 10～25 ＞ 25～50 ＞ 50～75 ＞ 75～100 ＞ 100～150 ＞ 150～200 20 22 27 32 37 40 10 ～15 15～20 20～25 25～30 30～35 35～40 22 27 32 37 42 47 15 25 30 35 40 45 — 32 37 42 47 52 — 30 35 40 50 65 3） 彎曲凸、凹模的間隙確定 Z 形件彎曲時(shí)，凸、凹模的間隙是靠調(diào)整凸模下止點(diǎn)位置，與模具設(shè)計(jì)無關(guān)，但在 模具設(shè)計(jì)中，必須考慮到模具閉合時(shí)使模具工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì) 量。 2.5 彎曲模具其他零件的設(shè)計(jì)和選用 2.5.1 凹模固定螺釘?shù)倪x擇及強(qiáng)度校核 凹模的固定采用內(nèi)六角圓柱頭螺釘，選用 GB/T70.1－2000 M16 40，材料 20 號(hào)鋼。? 由于凸模受推力 ，則需要對(duì)內(nèi)六角圓柱頭螺釘進(jìn)行強(qiáng)度校核。在工作時(shí)，內(nèi)六角圓柱頭 螺釘受到剪切力和擠壓力，需要校核切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。其切應(yīng)力計(jì)算公式為： (2-10)QA?? 式中： Q－剪切面上的剪力（ ）；12870FN A－剪切面面積。 (2-11)24Ad?? d－內(nèi)六角圓柱頭螺釘截面圓的半徑 凹?？偣灿?4 個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定，所以每個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘所受的切應(yīng)力為： 5 (2-12)24QFAd??? 代入數(shù)據(jù)得： 226187014MPad??????? 查表 1 知道 45 號(hào)鋼的剪切強(qiáng)度極限 =320Mpa，即其許用切應(yīng)力 ?？蒪 ??320ba?? 知： (2-13)??160320MPaPa????? 即內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)募羟袕?qiáng)度足夠。 其擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式為： (2-14)bsPA?? 式中： P－擠壓面上的擠壓力； －擠壓面面積。bsA 如圖 2 所示為螺釘?shù)乃軘D壓力的示意圖： 圖 2-5 螺釘受力示意圖 6 7 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)要求及工況分析 3.1.1 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)動(dòng)作要求，先將其具體化，即：對(duì)于工作部分凸模，應(yīng)完成快速前進(jìn)─工作進(jìn) 給─保壓─快速退回─原位停止，構(gòu)成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。其快進(jìn)行程為 250mm；工作進(jìn)給行 程為 50mm；快進(jìn)速度為 100mm/s;工作進(jìn)給速度 10mm/s;折彎機(jī)工作部件總重量為 G=784N；快退速度允許略高或略低于快進(jìn)速度，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速和減速時(shí)間不希望超過 0.2s；動(dòng)力滑臺(tái)采用自制導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)為 f=0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)為 f=0.1；液壓系統(tǒng) 中的執(zhí)行元件使用液壓缸。 3.1.2 負(fù)載及運(yùn)動(dòng)分析 （1）工作負(fù)載 其工作負(fù)載為凸模所承受的彎曲力 =12870N (3-1) trKBFbt???26.0 Error! No bookmark name given. （2）慣性負(fù)載 (3-2) NtvgGFm 402.18.974???????????????? （3）阻力負(fù)載 靜摩擦阻力 (3-3)Nfs .156742.0 動(dòng)摩擦阻力 (3-4)Ff 8?? （4） 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn) (3-5)svLt5.2101 工進(jìn) (3-6)t2? 快退 (3-7)svLt 310531? 由此得出液壓缸在各個(gè)工作階段的負(fù)載如表 3-1 所示。 8 表 3-1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F/N 推力（ ）mF?/ / N 啟動(dòng) fsF?156.8 165 加速 fdm?118.4 124.6 快進(jìn) f 78.4 82.5 工進(jìn) fdtF?12870 12870 快退 f 78.4 82.5 注：1.液壓缸的機(jī)械效率 =0.95。2.不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上顛覆力矩的作用。m? 3.1.3 負(fù)載圖和速度圖的繪制 負(fù)載圖按上面表 3-1 內(nèi)數(shù)值繪制，如圖 3-1 所示。速度圖按已知數(shù)值 ， ，快退行程 和工進(jìn)速度sv/103?ll50,221?mll30213?? 等繪制，如圖 3-2 所示。m2 圖 3-1 折彎機(jī)液壓缸的負(fù)載圖 9 3.2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 3.2.1 初選液壓缸工作壓力 通常情況下，液壓系統(tǒng)的壓力是根據(jù)它的系統(tǒng)工況來決定的，為了使液壓缸有足夠 的輸出扭矩和運(yùn)行平穩(wěn)，通過計(jì)算得出液壓缸的載荷比較大，所以選擇液壓系統(tǒng)的工作 壓力在 16MPa。 表 3-2 按載荷選擇工作壓力 載 荷 / N410 5 工作壓力 /MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7 表 3-3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 3.2.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸 液壓缸作為板材折彎機(jī)的主要?jiǎng)恿υ?，其設(shè)計(jì)計(jì)算非常重要，需要通過計(jì)算它的 負(fù)載，和活塞桿的移動(dòng)速度以及彎曲 Z 型工件需要的壓力來確定液壓缸的缸徑和行程。 其中包括節(jié)流閥的速度等等。 表 3-4 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓值/Mpa 回油路有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路有背壓閥或調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.5~1.5 拉床，龍門刨床等采用輔助泵補(bǔ)油的閉 式回路 1.0~1.5 為了得到穩(wěn)定的低速進(jìn)給，以采用液壓缸的無桿腔作為工作進(jìn)給時(shí)的工作腔為宜。 故 10 (3-8) mPFD??????????241 式中 D─為液壓缸的內(nèi)徑（活塞外徑）（mm）； F─負(fù)載力（ N）； ─無桿腔的工作壓力（ MPa）;1p ─有桿腔的背壓（MPa）;2 ─液壓缸的機(jī)械效率，取為 0.95；m? 代入得： ??41287016.5Dm?????? 則活塞桿直徑： (3-9)mDd9.852? 按 GB2348─80，應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)值分別為 D=125mm,d=90mm,由此算得液壓缸無桿腔和有 桿腔的實(shí)際工作面積： 。221 1.5907,6.mAA? 凸模在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中也存在一定的背壓，設(shè)其為 0.5Mpa.此項(xiàng)背壓為綜合阻力 引起的，實(shí)際值未必如此之大，但設(shè)計(jì)時(shí)可取值略偏大。 圖 3-3 液壓缸的不同工況圖 液壓缸的不同工況如圖 3-3 所示，快進(jìn)時(shí)缸的進(jìn)出油路為差動(dòng)連接，產(chǎn)生綜合阻力的 11 當(dāng)量液阻用 R 表示，其缸筒的力平衡方程： (3-10)mFAp???21 式中： ─進(jìn)油壓力； ─無桿腔的活塞面積；1 ─有桿腔活塞的差徑面積；2A F─負(fù)載力； ─液壓缸的機(jī)械效率；m? 將 代入，并整理得進(jìn)口壓力5.012??p210.5.48mFApMPa???? 工進(jìn)時(shí)缸筒的力平衡方程： (3-11)mFAp??21 整理并代入有關(guān)數(shù)據(jù)后得進(jìn)口壓力 MPaAFp 97.146.125.90780741201 ???? 快退時(shí)缸筒的力平衡方程： (3-12) mp??121 整理并代入有關(guān)數(shù)據(jù)后得進(jìn)口壓力 211.68mFpAMPa? 三種工況泵所提供給系統(tǒng)的流量 分別為：1Q 快進(jìn)： (3-in/2.3)(121LvAQ? 13) 工進(jìn)： (3-mi/4.721? 14) 12 快退： (3-15)min/2.3821LvAQ? 上列各式中， ， ， 分別為快進(jìn)、工進(jìn)、快退速度，其中 =6.47m/min(后文有3v 說明) 。 輸入功率 P 計(jì)算如下： 快進(jìn)： (3-kWQp3.01? 16) 工進(jìn)： (3-17)86.1 快退： (3-18)kpP07? 3.3 計(jì)算和選擇液壓元件 3.3.1 確定液壓泵規(guī)格及液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率 （1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由圖 3-4 表明，液壓缸的最大工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，其對(duì)應(yīng)流量為 7.4L/min， 由表 3-8 知可取進(jìn)油路上壓力損失為 0.3Mpa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力 之值為 0.5Mpa，則液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為： （3-MPapB7.1503.97.14??? 16） 表 3-8 進(jìn)油路總壓力損失經(jīng)驗(yàn)值 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況 總壓力損失 MPap/? 一般節(jié)流調(diào)速及管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng) 0.2~0.5 進(jìn)油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng) 0.5~1.5 （2）計(jì)算液壓泵的流量 根據(jù)以上分析以及壓力的損失情況，我們通過計(jì)算可以得出，該液壓泵的總流量應(yīng) 為： （3-min/1.432.805.1LqB???? 17） 13 (3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選擇 5ZKB725 型拄塞泵。其 參數(shù)為：額定工作壓力 16Mpa,最高工作壓力 25Mpa;排量：106.7ml/r;額定轉(zhuǎn)速 1450r/min。將計(jì)算值和標(biāo)定值進(jìn)行比較，計(jì)算壓力為 15.77Mpa，小于液壓泵的額定工作 壓力 16Mpa，且不在液壓泵最大壓力下長期工作，因而可用。計(jì)算流量為 43.11L/min， 所以流量也能夠用。液壓泵額定轉(zhuǎn)速為 1450r/min，滿足使用要求，綜上可知此液壓泵可 用。 由于液壓缸在工進(jìn)時(shí)輸入功率最大，這相當(dāng)于液壓泵輸出壓力為 15.77Mpa，流量 43.1L/min，如取齒輪泵的總效率為 ，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率為：8.0?B? （3-???kWqpPB 56.1208./16/437.15/ 33????? 18） 因此，根據(jù)上述分析和計(jì)算，我們選擇三相異步電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為：Y200L-4，功率 為 30KW，額定轉(zhuǎn)速為：R=1440R/M。 3.3.2 確定其它元件及輔助元件 (1) 確定閥類元件及輔件 確定閥和各類輔助元件時(shí)，應(yīng)先計(jì)算出液壓缸的進(jìn)出口的流量。快進(jìn)（差動(dòng)連接油 路）時(shí)，液壓泵給液壓缸無桿腔的流量為： （3-??min/2.38121LvAQ?? 19） 從液壓缸有桿腔排出的流量為： （3-in/4.35071.59in/6212 Lcv??? 20） 流經(jīng)液壓缸無桿腔進(jìn)油口的流量 Q（忽略流經(jīng)調(diào)速閥 7 的流量）： （3-min/6.3in/4.35mi/2.81LQ???? 21） 工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸無桿腔的流量為： （3-in/4.721vA? 22） 從液壓缸無桿腔排出的流量為： 14 （3-min/5.3071.59min/6022 LccvAQ??? 23） 快退時(shí)，進(jìn)入液壓缸有桿腔的流量 ，由于滿足式 的1Qmin/2.38)(121LvAQ?? 要求，將液壓泵的流量調(diào)定為 38.2L/min，故也為 38.2L/min。其快退時(shí)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度 為： （3-min/47.601.59in/23813cLAQv?? 24） 根據(jù)以上公式可知，對(duì)于液壓缸快退時(shí)的流量計(jì)算算法如下： （3-in/4.7965.12in/47.62132 Lcmv??? 25） 將上列數(shù)據(jù)列于表 3-9，以便選定閥和各輔助元件。由圖 3-3 中各種閥和其他輔助元 件的選定為：二位二通電磁閥 5 選為 DG4S2U-012A 型，其額定壓力為 21Mpa，許用流量 （額定流量）為 40L/min。而通過該閥的流量為 35.4L/min，所以該型號(hào)的二位二通電磁 閥可用。系統(tǒng)中各元件的選定見表 3-10。 表 3-9 折彎機(jī)液壓缸兩腔的進(jìn)出流量 L/min 油腔名稱 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 無桿腔 73.6 7.4 79.4 有桿腔 35.4 3.5 38.2 (2) 確定油管 油管的直徑和長度直接與液壓缸的進(jìn)油量和出油量有直接關(guān)系，一般根據(jù)液壓系統(tǒng) 的功力來確定油管的直徑，其中也包括液壓缸的工進(jìn)和快退，對(duì)于液壓系統(tǒng)工況與工進(jìn) 以及流量的具體關(guān)系，如表 3-10 所示。 15 表 3-10 各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸 入 流 量 112()/65.43(.659071)/min8minBqALL???17.4/inqL?143./minBqL? 排 出 流 量 21()/5907.83265./in4/inqALL??21()/5907.4265./min3iqAL??212()/65.43907.1/in89inqAL?? 運(yùn) 動(dòng) 速 度 112/()3.65.907./min78inBvqAm??21/7.465./in0/ivqA?312/4.5907./min/ivqA? 根據(jù)這些數(shù)值，由表 3-12 知油液在壓力管中的流速可取 4m/s, 由式 計(jì)算得vqd? 與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： （3-mvqd0.21641.384 3???? 26） （3-vqd13.56041.34 3???? 27） 根據(jù)表 3-13，這兩根油管都選用內(nèi)徑 25mm,外徑 34mm 的 15 號(hào)鋼的無縫鋼管。管路 支架間距離，不得大于表 3-14 所列支架最大距離。采用焊接式管接頭。鋼管壁厚 的強(qiáng)? 度計(jì)算。 16 （3-????2pd? 28） P─工作壓力 Mpa d─管子內(nèi)徑 mm ─許用應(yīng)力 Mpa,對(duì)于鋼管 （ ─抗拉強(qiáng)度）Mpa ???nb?? S─安全系數(shù)，當(dāng) p17.5 Mpa 時(shí)， S=4）。 已知 15 號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度 ≥378Mpa，代入數(shù)據(jù)得：b?16253.78m???? 所選鋼管的壁厚: （3-dD2.35.423????? 29） 所以滿足條件，鋼管強(qiáng)度足夠。 表 3-12 允許流速推薦值 管道 推薦流速/(m/s) 吸油管道 0. 5～1.5，一般取 1 以下 壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 回油管道 1. 5～3 17 表 3-13 鋼管公稱通徑、外徑、壁厚、聯(lián)接螺紋和推薦流量表 公 稱 壓 力 MPanp ≤ 2.5 ≤ 8 ≤ 16 ≤ 25 ≤ 31.5 公稱通徑 mm 鋼管外徑 mm 管接頭聯(lián)接螺紋 mm 管子厚度 mm 推薦管路通 過流量 L/min 3 4 5; 6 8 10; 12 15 20 25 32 40 50 65 80 100 6 8 10 14 18 22 28 34 42 50 63 75 90 120 M10×1 M14×1.5 M18×1.5 M22×1.5 M27×2 M33×2 M42×2 M48×2 M60×2 1 1 1 1 1 1.6 1.6 2 2 2.5 3 3.5 4 5 1 1 1 1 1.6 1.6 2 2 2.5 3 3.5 4 5 6 1 1 1 1.6 1.6 2 2.5 3 4 4.5 5 6 7 8.5 1 1.4 1.6 2 2 2.5 3.5 4.5 5 5.5 6.5 8 10 1.4 1.4 1.6 2 2.5 3 4 5 6 7 8.5 10 12 0.63 2.5 6.3 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1250 2500 18 表 3-14 推薦鋼管彎管的最小曲率半徑 mm 管子外徑 0D10 14 18 22 28 34 42 50 63 最小曲率半徑 50 70 75 75 90 100 130 150 190 支架最大距離 400 450 500 600 700 800 850 900 1000 (3) 確定油箱 初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行 校核。 經(jīng)驗(yàn)公式為： （3-QV?? 30） 式中 ─液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 LvQ ─經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表 3-15? 由此可知，油箱的容積為： 1243.517.2vVQL???? 采用開式油箱。液壓油選擇 N150 號(hào)普通液壓油，代號(hào)為 YA-N150。 表 3-15 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ? 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 高壓系統(tǒng)? 1~2 2~4 5~7 10~12 19 4 液壓缸的設(shè)計(jì) 4.1 液壓缸基本參數(shù)的確定 液壓缸一般來說是標(biāo)準(zhǔn)件，但有時(shí)也需要自行設(shè)計(jì)。本節(jié)主要介紹液壓缸主要尺寸 的計(jì)算及強(qiáng)度，剛度的驗(yàn)算方法。 4.1.1 活塞直徑和活塞桿直徑的確定 為使液壓缸的快進(jìn)速度和快退速度相等，故采用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)液壓缸的 進(jìn)出油路用差動(dòng)連接，快退時(shí)油進(jìn)入有桿腔，從無桿腔排出，且取 D= d，由表 4-2 1，4-2 可知，此液壓缸的額定工作壓力可取 16Mpa，最大工作壓力取 20Mpa。 表 4-1 按載荷選擇工作壓力 載荷 40N5 工作壓力 MPa >3.2 的缸筒為中等壁厚缸筒。其壁厚用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：/D? （4-????02.3pcP?????? 4） 式中 D－缸筒內(nèi)徑； p－液壓缸的最大工作壓力； －缸筒內(nèi)應(yīng)力；? －缸筒材料的許用應(yīng)力；?? －強(qiáng)度系數(shù)，當(dāng)采用無縫鋼管時(shí)， 0?01?? c－計(jì)入筒壁公差及腐蝕時(shí)的附加壁厚，一般可以略去。 22 許用應(yīng)力可用下式計(jì)算： （4-??bn?? 5） 式中 －缸體材料的抗拉強(qiáng)度；b? －安全系數(shù)，一般取 n=5。n 本缸筒材料采用 35 號(hào)無縫鋼管，當(dāng)忽略 值后，則缸筒壁厚和強(qiáng)度條件的計(jì)算c 公式為： （4-??2.3pD???? 6） （4-2.3p?? 7） 查表知道 =600Mpa，則b? 。??60125bMPan??? 把已知數(shù)據(jù)代入式中得： ??9.82.3.30pDm???? 初得液壓缸外徑 ??159814.6e??? 按照 JB1068－ 67 可知，可取缸筒的外徑為 ，即壁厚為：e （4-4620.2eDm?? 8） 則缸筒所需的強(qiáng)度條件： （4-??1250.12.120.3pMPaaMPa?? ??????? 9） 故缸筒的強(qiáng)度足夠，所選壁厚符合強(qiáng)度要求。 2）缸筒外形的設(shè)計(jì) 液壓缸采用地腳螺栓固定，與缸蓋采用法蘭連接，所以要在缸筒兩端焊上焊件，用 23 以加工地腳及法蘭。 4.2.2 缸蓋的設(shè)計(jì) 1）缸底厚度的計(jì)算 該液壓缸缸底為平面形，且缸底無油孔，如圖 4-1 所示，則液壓缸缸底厚度計(jì)算公式： （4-??0.43yphD?? 10） 式中： －缸底厚度 , mmh －液壓缸內(nèi)徑, mmD －試驗(yàn)壓力, MPa。工作壓力 時(shí)， ；工作壓力yp 16pMPa?1.5yp? 時(shí)， 。16MPa?1.25p? －缸底材料的許用應(yīng)力, MPa?????bn?? －缸底材料的抗拉強(qiáng)度，缸底材料為 45 號(hào)鋼，其抗拉強(qiáng)度 =700MPab b? n－安全系數(shù)，n=3.5～5，一般取 n=5 代入數(shù)據(jù)得： ??1.560.430.4322.440yphDm????? 由此可取缸底的厚度 h=25mm，缸底和缸筒之間采用法蘭聯(lián)接。 圖 4-1 無孔平形缸底 24 2）缸頭厚度的計(jì)算 由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所不同。 液壓缸缸蓋采用螺釘聯(lián)接法蘭，如圖 4-2 所示， 圖 4-2 螺釘聯(lián)接法蘭 因此其厚度計(jì)算公式為： （4-????0132cpFDdh???? 11） 式中 F－法蘭受力總和 N －法蘭厚度 mmh －螺釘孔分布圓直徑 mm0D －密封環(huán)平均直徑 mmcpd －密封環(huán)外徑 mmH －密封環(huán)內(nèi)徑 mm －法蘭材料的許用應(yīng)力 MPa??? 25 －螺栓孔直徑 mm0d 代入數(shù)據(jù)得： ?? MPadDFhcp 67.13350124.).6(803)(30 ???????? 所以可取缸頭厚度： m25 4.2.3 液壓缸的聯(lián)接計(jì)算 缸蓋與缸筒采用螺釘聯(lián)接如圖 4-3 所示。 圖 4-3 螺釘聯(lián)接 則螺紋處的拉應(yīng)力為： （4-214KFdZ??? 12） 螺紋處的切應(yīng)力為： （4-103.2KFdZ?? 13） 26 合成應(yīng)力為： （4-??231.n??????? 14） 式中: －螺紋處的拉應(yīng)力 Pa? K－螺紋擰緊系數(shù)，靜載時(shí)，取 K=1.25～1.5；動(dòng)載時(shí)，取 K=2.5～4 －螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取 =0.121 1K －螺紋外徑 mm0d －螺紋內(nèi)徑 mm，當(dāng)采用普通螺紋時(shí)：10.825t?? －螺紋處的切應(yīng)力 Pa? －螺紋材料的許用應(yīng)力 Pa?????/sn?? －螺紋材料的屈服極限 Pas n－安全系數(shù)，通常取 n=1.5～2.5 －合成應(yīng)力 Pa? F－缸體螺絲處所受的拉力 N Z－螺栓數(shù) 由于缸蓋螺釘選擇內(nèi)六角圓柱頭螺釘，其代號(hào)為GB/T70.1-2000，材料為45號(hào)鋼，代如數(shù) 據(jù)得： MPaZdKF9.126941.325021 ????? a3.672.0052.0331?? 則合應(yīng)力為： ??MPPan 507.5.2 ????????? 即聯(lián)接強(qiáng)度足夠。 27 4.2.4 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液體壓力的作用下，沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)， 既不能過緊，也不能間隙過大。液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng) 與缸筒內(nèi)徑一致，即： （4-125Dm? 15） 活塞的長度為一般為缸筒內(nèi)徑的 0.6～1.0 倍，即 L=（0.6～1.0）D=75～125（mm）， 根據(jù)實(shí)際情況取活塞的長度 L=90mm。 活塞的材料選用 HT300，活塞的技術(shù)要求如下， 1）活塞外徑 對(duì)內(nèi)孔 d 的徑向跳動(dòng)公差值為 8 級(jí)精度。1D 2）端面 T 對(duì)內(nèi)孔 d 軸線的垂直公差值為 7 級(jí)精度。 3）外徑 的圓柱度公差值為 10 級(jí)精度。1 活塞的結(jié)構(gòu)采用組合活塞，并采用 O 型密封圈和 Y 型密封圈相結(jié)合的組合密封。如 圖 4-4 所示，活塞與活塞桿間采用螺母型連接，使用了墊片和螺母相結(jié)合來固定活塞。 1—活塞桿 2—墊片 3—螺母 圖 4-4 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 4.2.5 活塞桿的設(shè)計(jì) 1）活塞桿外形設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù) 前面已經(jīng)知道活塞桿的直徑 d=90mm，在此主要是其他方面的設(shè)計(jì)。由于活塞為雙作 用，所以活塞桿的材料可選用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，并進(jìn)行淬火，淬火深度為 0.8mm。表 面鍍鉻 30 ，并進(jìn)行拋光，提高耐磨性和防銹性?；钊麠U為實(shí)心桿，活塞桿外端頭與凸m? 模連接，為減小其同軸度，故活塞桿外端頭為銷軸孔，如圖 4-5 所示?；钊麠U與活塞用螺 28 母聯(lián)接，所以其內(nèi)端頭有螺紋，其結(jié)構(gòu)如圖 4-5 所示。根據(jù)導(dǎo)程活塞長度導(dǎo)向套及其它元 件，初選活塞桿的長度 L=620mm。 圖 4-5 活塞桿基本結(jié)構(gòu)圖 活塞桿的技術(shù)要求：活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，一般采用 H8/f7 配合?；钊麠U的外圓 粗糙度 ，以免活塞桿太光滑，表面形成不了油膜，不利于潤滑。0.3aRm?? 2）活塞桿強(qiáng)度的校核 活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算：由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，知受軸向推力和拉力，所以可以近似 地用直桿承受拉壓負(fù)載的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，其公式為： （4-??24Pd???? 16） 式中： P－活塞桿的作用力， N D－活塞桿直徑， mm －材料的許用應(yīng)力， Mpa??? 代入數(shù)據(jù)得： MPaMPadP14073.8541.39625042 ????? 3）液壓缸穩(wěn)定性的驗(yàn)算 液壓缸的支撐長度（最大安裝長度） ，所以要驗(yàn)算活塞mdLB9016??? 桿的彎曲穩(wěn)定性，即液壓缸的穩(wěn)定性。 液壓缸的彎曲示意圖如圖 4-6。 29 圖 4-6 液壓缸縱向彎曲 液壓缸的受力 F 完全在軸線上，主要按下式驗(yàn)證： （4-KnF/? 17） （4-2 610BKLIE??? 18） 式中： （4-??51 108.??baE2/mN 19） 圓截面： （4-4 49.06dI?? 20） F－活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N －安全系數(shù)，通常取 3.5～6Kn?Kn K－液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，K=0.7 －實(shí)際彈性摸量1E a－材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取 a=1/12 b－活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取 b=1/13 E－材料的彈性摸量，鋼材 25/10.2mNE?? 已知液壓缸推力： 代入數(shù)據(jù)得：kkApF.96.61?NLKIFB 122252261 03.7.03484.30 ????knkNK91.6/9/5.9??? 所以液壓缸穩(wěn)定性足夠。 30 結(jié) 論 到如今，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過這次對(duì)于液壓板料折彎機(jī)的設(shè)計(jì)，使我們 充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各 種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí) 的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是液壓板料折彎機(jī)的設(shè)計(jì)，通過初期的方案的制 定，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加 深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì) 完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫 助才使我的論文得以通過。 但該設(shè)計(jì)中也存在一些不足之處。首先，該設(shè)計(jì)中未涉及折彎機(jī)電路方面的設(shè)置。 其次，該設(shè)計(jì)僅限于加工 Z 形件，不能用于復(fù)雜形狀板料的加工。從整機(jī)制造成本和工 藝分析，此板料折彎機(jī)制造難度小，精度易控制，成本也較低。 31 致 謝 大學(xué)四年即將結(jié)束，今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一個(gè)句號(hào)。在這四年的學(xué)習(xí) 生活中，我獲得了豐富的知識(shí)，度過了美麗的四年，思想走向成熟。在這里要感謝各位 老師的教誨，以及各位朋友和同學(xué)的幫助。因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很 多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生 活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順 利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明 確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個(gè)愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新 的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。 通過近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類液壓板料折彎機(jī)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感 到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的， 因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四 年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老 師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫 助我的人，謝謝大家。 32 參考文獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著.液壓板料折彎機(jī)的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.液壓板料折彎機(jī)的原理.北京：高等教育出版社，1996。 [3]張利平著. 實(shí)用技術(shù)速查手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.12。 [4]李寶仁著. 液壓技術(shù)—低成本綜合自動(dòng)化. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9。 [5]宋學(xué)義著. 液壓板料折彎機(jī)速查手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3。 [6]陳奎生著. 氣與氣壓傳動(dòng). 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.5。 [7]SMC（中國）有限公司. 液壓板料折彎機(jī)實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.10 [8]徐文燦著. 折彎機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995。 [9]曾孔庚.折彎機(jī)的發(fā)展趨勢(shì). 液壓板料折彎機(jī)技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [10]高微,楊中平,趙榮飛等.液壓板料折彎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì). 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2006.1。 [11]孫兵,趙斌,施永輝.折彎機(jī)的研制. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [12]馬光,申桂英.工業(yè)液壓板料折彎機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 2002 年。 [13]李如松.折彎機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 1994 年第 4 期。 [14]李明.液壓板料折彎機(jī)設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床 2005 年第 7 期。 [15]李杜莉，武洪恩，劉志海.折彎機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析. 煤礦機(jī)械 2007 年 2 月 33 [16]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.
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