全液压铆接机设计毕业设计论文Word格式文档下载.docx
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(5)工作性能如速度的平稳性,工作的可靠性,装换精度,停留时间等方面的要求;
(6)液压系统的工作环境,如温度及变化范围,湿度,震动,冲击,污染,腐蚀或易燃等。
(7)其他要求,如液压装置的重量,外形尺寸,经济性等方面的要求。
一、总体设计思路
(1)该铆接机是汽车大梁铆接生产线中的铆接设备,该机由液压站(包括油箱、电动机、液压发生器等)电器控制箱、铆钳、铆接动力液压缸、悬吊装置、小车等部分组成。
2)液压装置采用液压站的行式,板式液压阀装在一个集成块的四个侧面上,进排油管路布置在集体成块下面,输出、回油管路不止在集成块顶面;
增压器为分离结构。
集成块体兼做增压器高压小缸,大缸单独制作,小缸和大缸同过螺钉连为一体,液压装置结构紧凑,装配维护方便。
3)液压回路:
该液压系统中采用了三种回路:
①调压回路,系统中采用了单级调压回路,在泵1的出口处设置并联的溢流阀来控制泵出口的最高工作压力,从而达到系统工作时所需的压力。
②设有增加回路,系统采用了但作用增加器的增压回路,系统选用的低压油泵,如果只用泵的输出的最高工作压力,且无法完成铆接时所需的高压工作压力,如果采用高压油泵,从工作要求上考虑时,可行的,但是从经济高度上考虑是不划算的,所以系统中没了单作用增加器的增压回路,以提高铆接中所需的工作压力,这样不管是从工作角度,还是从经济角度上考虑,都是非常合理的。
③采用了调速阀的节流调速回路,由于液压系统中的流量是不稳定,从而导致液压缸的液压杆的运动速度也不稳定,所以回路中设有调速阀来调速,这样就确保了铆接中运动的平稳,从而大大提高了铆接的综合性能。
二、设计内容及要求
1.主机功能结构:
全液压铆接机系统是汽车大连铆接生产线中的设备(如图1),该机由液压站(包括油箱、电动机、液压发生器等)、电气控制箱、铆钳、铆接动力液压缸、悬吊装置、小者等部分组成。
该铆接系统中的动力源是三相异步电机,动执行元件是动力液压缸6,系统中的液压控制元件都在液压发生器4中,通过电气控制箱2的控制,能实现点动、单行自动和连续自动。
(如图1-1)
2.铆接机系统参数:
已知铆接机系统工作时轴向铆压力Ft=?
,往复运动加速,减速的惯性力Fm=550牛,静摩擦阻力Ffs=1500牛,动摩擦阻力Ffs=800牛,快进快退速度V1==V3=0.2m/s.工作进给时速度V2=0.0015m/s.快进行程L1=0.35m,工进行程长度L2=0.02m。
由于铆接机为自动化线的一台设备。
铆接机的动作顺序:
快速进给—工作进给—快速退回—停留卸荷。
3、铆接机的制造及技术经济性问题
该铆接机为一般技术改造中自制的专用设备,所以力求结构简单,投产快,工作可靠,只要零部件能适应普通汽车加工厂的加工能力,配合电气控制可以实现点动、单行程自动和连续自动。
三、设计方法与步骤
1、最大负荷的计算:
该系统是用于汽车大梁生产线的液压铆接机,经过网上查取资料和图书馆的资料可以得到,汽车大梁铆钉的直径为10MM—20MM,因而以最大的直径来设计该系统来确保系统的工作安全运行。
铆钉的材料一般选取16Mn,依照机械工程材料和工程力学资料可以得到有关铆钉的下列参数:
16锰钢E/200~300V/0.25~0.33
其中E为弹性摸量
V为横向变形系数
弹性摸量是反映材料抵抗弹性变形能力的指标。
屈服点和抗拉强度反映材料强度的指标。
伸长率和断面收缩率则反映塑性的指标
国家规定,取对应于式样产生0.2‰塑性应变时的应力值为材料的屈服强度。
当材料的应力达到屈服点时就会产生显著的塑性变形。
要使铆钉能够铆合,必须使其发生塑性变形。
才能符合要求。
在铆接工艺的设计中,铆接强度是一个主要的设计参数,它关系到铆接件的牢固度及耐用度,是设计人员必须考虑的问题。
就铆接工艺而言,其破坏主要有以下几种情况:
设计接工艺时,通常是根据承载情况及具体要求,按照有关专业的技术规范或规程,选出合适的铆接类型及铆钉规格,进行铆缝的结构设计(如按照铆缝型式及有关要求布置铆钉等),然后分析铆缝受力时可能的破坏形式(上图);
并进行必要的强度校核。
现以下图所示的单排搭接柳缝进行静强度分析。
取图中宽度等于节距t(即垂直于受载方向的钉距)的阴影部分进行计算(设边距e合乎规范要求,不致出现上图所示的破坏形式)。
图:
单排搭接铆缝强度分析简图
1)由被聊件的拉伸强度条件得知,允许铆缝承受的静载荷为
2)由铆件上孔壁的挤压强度条件得知,被铆件允许承受的压力
3)由铆钉的剪切强度条件得知,铆钉允许承受的横向载荷
上列三式中[σ]、[σ]P、[τ]分别为被铆件的许用拉伸应力、被铆件的许用挤压应力及铆钉的许用切应力,对一般强固铆缝可按下表取值;
d、t、σ的单位均为mm,显然.这段铆缝允许承受的静载荷F应取F1、F2、F3中的最小者。
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许用应力(MPa)
零件材料
说
明
Q215
Q235、Q255
被铆件的许用应力[σ]
200
210
采用冲孔或各被铆件分开钻孔而不用样板时,[σ]、[σ]P降低20%;
角钢单边铆接时,各许用应力降低25%
被铆件的许用挤压应力[σ]P
400
420
铆钉的需用切应力[τ]
180
查机械工程材料得:
=225300(N)
2、工况分析
以动力液压缸的分析计算为主。
表1-2为液压缸在各工作阶段的负载值,其负载图速度图与图如1-2
(a)
(b)
图1—2液压系统执行元件的负载和速度图
1-2液压缸在各工作阶段的负载
工况
负载组成
负载值F/N
推力F/ηm/N
起动
F=Ffs
1500
1667
加速
F=Ffd+Fm
1350
快进
F=Ffd
800
880
工进
F=Ft+Ffd
233300
256630
快退
注:
液压缸的机械效率取ηm=0.9;
3、液压缸主要参数的确定
由《液压传动与气压传动》表9-1和表9-2可知。
铆接机系统在最大负载约为233300N时宜取P1=28MPa
液压缸先用单杆式。
此时液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍,那活塞杆直径d与缸筒直径D的关系为d=0.707D。
快进时液压缸虽作差功连接,但由于油管中有压降αP存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时可取αP约等于0.5MPa。
快退时回油腔中是有背压的,这时P2
亦可按0.5Pa估算。
由工进时的推力计算液压缸的表面积。
F/ηm=A1P1—A2P2=A1P1—(A1/2)P2
故有A1=(F/ηm)/(P1-P2/2)
=92cm
D=(4A1/π)1/2=10.83cm
d=0.707D=7.65cm
当按GB/T2348—93将这些直径整成就近标准值时得:
D=11CM。
d=8CM。
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为
A1=ΠD2/4=314×
112/4=95cm2
A2=π(D2-d2)/4=44.8cm
根据题目要求和计算结果总结出动力液压缸的主要尺寸如下表:
尺寸
长度
宽度
内径
外径
活塞
—
60mm
110mm
活塞杆
807mm
80mm
油缸筒
466mm
128.3mm
前缸盖和后缸盖等零件尺寸如零件图和装配图所示。
根据上述D与d值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力流量和功率。
如表1-2,据此绘出工况图,如图1-3所示
1-3汽车大梁生产线全液压铆接工况图
单位:
流量Q:
m2s-1(虚线)功率P:
W(细实线)
压力p:
Pa(粗实线)
4、活塞杆直径的验算
按强度条件验算活塞杆的直径。
当活塞肛长度l≤10d时,按下式验算
D≥4P/∏[σ]-1/2(m)
式子中,P—活塞杆推力(N);
L—活塞杆长度(m)
[σ]—活塞杆材料许用应力;
N—安全系数,n≥1.4
该铆接机中设计的液压缸回塞杆的长度L大于活塞杆的10d,可以按下面的标准进行验算:
当L≥10d时,要进行稳定性验算
(1)液压缸纵弯曲稳定性验算条件为
PA≥nkp
式中,PA---液压缸稳定临界力,或称极限力(N);
P---液压缸最大推力(N)
nk---稳定性安全系数,取nk=2-4。
5.液压缸长度及壁厚的确定
(1)液压缸的长度一般由工作行程长度来稳定,但还注意制造工艺性和经济性,一般应取l′---液压缸长度,Do---刚体外径。
1-4动力液压缸活塞杆结构图
(2)液压缸壁厚的计算
(a)薄壁液压缸
一般,低压系统用的液压缸都是薄壁缸,薄壁可用下式计算:
σ≥PD/2[σ]
式中,σ—缸壁厚度(m)
P—试验压力(Pa)
当额定压力Pn≤16MPA时,Pp=Pn×
150/100
当额定压力Pn>16MPA时,Pp=Pn×
125/100
D---液压缸内径(m);
[σ]—刚体材料的许用应力
σ0—材料抗拉强度
n—安全系数,一般可取n=5
应当注意,当计算出的液压缸壁较薄时,要按结构需要适当加厚。
(b)一般高、中压系统用的液压缸,起壁厚应按厚壁液压缸()计算。
即:
σ=D/2([σ]+0.4P/[σ]-1.3P)1/2(m)
式中符号意义同前。
6.液压缸外径的计算
D0=D+2σ(m)
该铆接机属于工程机械,所以可以按照液压缸的外径按标准JB1068-67系列或无缝钢管的尺寸选取,参看表3—13工程机械标准液压缸外径,材料选择45钢时,有压力条件可以选择崖压缸的外径为127毫米。
见液压设计手册表3—13。
动力液压缸缸筒结构图如图1—5所示
1—5动力液压缸缸筒结构图
7.液压缸缸底和缸盖的计算
液压缸的缸底和缸盖,在中低压系统中一般是根据结构需要进行设计,不进行强度计算的。
但在高压系统,一般都要进行强度计算,该铆接机属于高压系统,所以应该进行强度计算,其计算方法如下:
(1)缸底厚度的计算
(a)平面形缸底
当缸底无油孔时:
h=0.433D2(P/[σ])1/2
当缸底有油孔时:
H=0.433D2{PXD2/D2-d0[σ]}1/2}
该铆接机的液压缸设计的属于缸底有孔的的型号,所以可以按照
H=0.433D2{PXD2/D2-d0[σ]}1/2}=10(mm)
式中,h---缸底的厚度
D2---缸底止口内径
P---缸内最大工作压力
材料许用应力
缸底开口的直径
(2)缸盖厚度的计算
缸盖厚度
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