液壓折彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 折彎?rùn)C(jī)屬于鍛壓機(jī)械中的一種，主要作用就是金屬加工行業(yè)。產(chǎn)品廣泛適用于：輕工、航空、船舶、電器、不銹鋼制品、鋼結(jié)構(gòu)建筑及裝潢行業(yè)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)采用壓力補(bǔ)償型柱塞泵供油，回油節(jié)流調(diào)速，能量利用合理，立式液壓缸設(shè)有平衡和鎖緊措施，工作安全可靠；同時(shí)以液壓缸作為執(zhí)行元件，夾緊力大，折彎動(dòng)力也大，系統(tǒng)進(jìn)行折彎時(shí)工作性能好。 本次設(shè)計(jì)主要是通過液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)液壓傳動(dòng)有了更清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的組成，液壓系統(tǒng)的各部零件的作用有了具體深入的子解。在設(shè)計(jì)過程中，力求結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，制造簡(jiǎn)單。 關(guān) 鍵字 ：液壓；缸筒；活塞桿；導(dǎo)軌；滾珠絲桿 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract The folding machine belongs to a kind of forging Machinery.lt is a major role in the metal processing industry. Products are widely applied to: light industry, aviation, shipping, metallurgy, instruments, electrical appliances, and stainless steel products, steel structure construction and decoration industries. Hydraulic system uses piston pump of pressure compensation to supply oil, the oil return throttle control, rational use of energy. Vertical hydraulic cylinder uses balance and locking measures, so it works safely and reliability. At the same time hydraulic cylinders as the implementation of components haves great clamping force and shear force. When system shear plats material, its performance is good. This design is mainly through hydraulic system design of hydraulic drive more clear understanding of the hydraulic system, composed of hydraulic systems, and each of the parts have concrete deep understanding. In the design process, it achieves structure compact and layout rational and manufacture simple. Key words: hydraulic； cylinder； The piston rod； guide； The ball screw 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘要 . Abstract . 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題背景 .1 1.1.1 折彎?rùn)C(jī)簡(jiǎn)介 . 1 1.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 . 2 1.2 液壓傳動(dòng)的基本知識(shí) .2 1.2.1 液壓系統(tǒng)的組成 . 2 1.2.2 液壓傳動(dòng)的概念 . 3 1.2.3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) . 4 第 2 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .5 2.1 機(jī)器的電氣部分 .6 2.2 電器箱上的電器元件功能 .6 第 3 章 系統(tǒng)元件設(shè)計(jì) .7 3.1 液壓缸的設(shè)計(jì) .8 3.1.1 液壓折彎?rùn)C(jī)的技術(shù)參數(shù)（見表 3.1） . 8 3.1.2 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析 . 8 3.1.3 液壓缸主要零部件結(jié)構(gòu)，材料與技術(shù)要求 . 9 3.1.4 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編制工況圖 . 11 3.1.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量計(jì)算（見表 3.5） . 16 3.2 液壓泵的選擇 .18 3.2.1 液壓 泵的性能參數(shù)及計(jì)算公式 . 18 3.2.2 軸向柱塞泵的工作原理 . 20 3.2.3 軸向柱塞泵的工作要求 . 21 3.2.4 油泵的選擇 . 21 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 3.3 油 箱的設(shè)計(jì) . 22 3.3.1 油箱的基本功能： . 22 3.3.2 油箱的種類 . 22 3.3.3 油箱的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu) . 23 3.3.4 油箱附件 . 24 3.4 系統(tǒng) 其它元件的選用 . 25 3.4.1 蓄能器的選用 . 25 3.4.2 電機(jī)的選擇 . 25 第 4 章 XY 方向設(shè)計(jì)計(jì)算 .27 4.1 設(shè)計(jì) 任務(wù) . 27 4.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) . 27 4.1.2 方案的分析、比較、論證 . 27 4.2 脈沖 當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 . 28 4.2.1 脈沖當(dāng)量的確定 . 28 4.2.2 傳動(dòng)比的確定 . 28 4.2.3 確定步進(jìn)電機(jī)步距角 . 28 4.3 絲杠的選型及計(jì)算 . 29 4.3.1 計(jì)算絲杠受力 . 29 4.3.2 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 . 29 4.4 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 . 34 4.4.1 初選導(dǎo)軌型號(hào) . 34 4.4.2 計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L . 34 4.5 步進(jìn)電機(jī)的選擇 . 35 4.5.1 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 . 36 4.5.2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 . 37 結(jié)論 . 41 致謝 . 42 參考文獻(xiàn) . 42 附錄 . 42 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 1.1 課題背景 1.1.1 折彎?rùn)C(jī)簡(jiǎn) 介 折彎?rùn)C(jī)對(duì)折彎金屬板料具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率和較高的折彎精度。該機(jī)器是采用鋼板連接機(jī)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，液壓傳動(dòng)保證工作是不至于因板料厚度變化或下模 V 形槽選擇不當(dāng)而引起的嚴(yán)重超載事故。此外本機(jī)器工作平穩(wěn)可靠，操作方便，具有點(diǎn)動(dòng)、單次行程，并能保壓，用戶只須配備各種不同的模具，就能將金屬板料折彎成各種不同形狀的工件，當(dāng)配備相應(yīng)的裝備后，還能作沖孔用 。 機(jī)器的主要部件均由鋼板焊接或鍛鋼制造而成，強(qiáng)度高，剛性好，性能可靠。 1. 機(jī)架 由左右立柱、內(nèi)撐擋、油箱等組成 框形機(jī)架，工作臺(tái)座于立柱下部并聯(lián)接。 2. 滑塊 滑塊由整塊鋼板制成，與左右油缸中的活塞桿連接在一起，兩個(gè)并聯(lián)油缸分別固定在左右立柱上，通過液壓驅(qū)動(dòng)使活塞帶動(dòng)滑塊上下動(dòng)作，其同步方式為電液伺服同步方式，由數(shù)控系統(tǒng)控制，兩同步的流量可自動(dòng)調(diào)整，保證了滑塊的同步精度，滑塊位置的檢測(cè)由光柵尺實(shí)現(xiàn)，滑塊運(yùn)行時(shí)由導(dǎo)軌裝置導(dǎo)向。 3. 工作臺(tái)加凸機(jī)構(gòu) 位于工作臺(tái)右側(cè)面，由制動(dòng)電機(jī)、蝸桿減速器、螺桿螺母、斜墊塊、拉桿及圓弧塊組成，墊塊左移 40mm工作臺(tái)最大加凸量為 20mm。 4. 液壓系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)和油泵安裝在油箱上部和內(nèi) 部，泵塊安裝在油箱上，兩同步塊安裝在左右兩個(gè)油缸頂面。為保證滑塊快速下降時(shí)油缸內(nèi)充滿油液，采用沖油閥結(jié)構(gòu)，以提高滑塊行程速度，節(jié)約能源。 5. 前托料架、后擋料 前托料架由手動(dòng)調(diào)節(jié) 后擋料位置由電機(jī)、皮帶、齒輪、擋料架和編碼器完成前后位移，電子計(jì)數(shù)器顯示，其最小讀數(shù)為 0.1mm。當(dāng)前有手動(dòng)微調(diào)。頂桿能繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，防止工件在折彎時(shí) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 造成損壞。擋料上網(wǎng)高低由絲桿手動(dòng)調(diào)節(jié)。 6. 模具 采用工具鋼經(jīng)鍛造、熱處理、銑削、磨削等加工而成。上模為兩件拼接，下模為整體。借助工作臺(tái)前后壓板和螺釘以調(diào)整下模?？趯?duì)正上模而完成板 料折彎。 7. 電氣系統(tǒng) 由數(shù)控系統(tǒng)和電器箱安裝在右立柱上，電器箱上安裝有各種動(dòng)作按鈕，并裝有電源開關(guān)，打開電箱門時(shí)，首先要切斷電源，以保護(hù)人身安全。 1.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)主要涉及板料折彎?rùn)C(jī)的液壓系統(tǒng)。因液壓系統(tǒng)中很多零部件已標(biāo)準(zhǔn)化，所以在設(shè)計(jì)過程中只對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型，沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)件，像油缸、等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)油缸的過程中，我參考設(shè)計(jì)手冊(cè)的同時(shí)，也有自己的創(chuàng)新。比如。我把活塞的密封件、導(dǎo)向環(huán)、支撐環(huán)放在一起，這樣不但對(duì)活塞加工大大簡(jiǎn)化，而且可以增加活塞的強(qiáng)度；同時(shí)對(duì)電機(jī)和油泵的放 置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 液壓傳動(dòng)發(fā)展非常迅速，特別是近年來隨著加工技術(shù)的提高，更是為液壓技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路。雖然國(guó)內(nèi)液壓傳動(dòng)發(fā)展很快，但與國(guó)外其他國(guó)家相比還是比較落后的。具體表現(xiàn)在，液壓系統(tǒng)承受壓力不高，傳遞介質(zhì)泄漏等。整體表現(xiàn)為整個(gè)液壓系統(tǒng)的性價(jià)比明顯低于國(guó)外同行。液壓傳動(dòng)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化方面與點(diǎn)配合有了很大發(fā)展，所以液壓傳動(dòng)的發(fā)展前景還是很廣闊的。 本次設(shè)計(jì)力求做到“優(yōu)化設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)”。在設(shè)計(jì)過程中我做到合理有依據(jù)，但又有創(chuàng)新。設(shè)計(jì)中合理利用材料，盡量降低生產(chǎn)成本。在滿足要求的情況下，我降低了零件的粗糙度要 求。本設(shè)計(jì)主要對(duì)油缸和油箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)，由于知識(shí)水平有限、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，希望老師批評(píng)指正！ 1.2 液壓傳動(dòng)的基本知識(shí) 1.2.1 液壓系統(tǒng)的組成 從不同的角度出發(fā)，可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。 1. 按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。 2. 按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。 3. 按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。 4. 按向執(zhí)行元件供油方式的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。 全液壓 傳動(dòng)機(jī)械性能的優(yōu)劣，主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞，包括所用元件質(zhì)量?jī)?yōu)劣，基本回路是否恰當(dāng)?shù)取Ｏ到y(tǒng)性能的好壞，除滿足使用功能要求外，應(yīng)從液壓 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)的效率、功率利用、調(diào)速范圍和微調(diào)特性、振動(dòng)和噪聲以及系統(tǒng)的安裝和調(diào)試是否方便可靠等方面進(jìn)行。 現(xiàn)代工程機(jī)械幾乎都采用了液壓系統(tǒng)，并且與電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合，成為現(xiàn)代工程機(jī)械的重要組成部分。 一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括五個(gè)基本組成部分，即動(dòng)力元件（ 油泵 ）、執(zhí)行元件（ 油缸 或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種 閥 ）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1. 動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是 液壓傳動(dòng) 中的動(dòng)力部分。 2. 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3. 控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4. 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件 主要包括 : 各種管接頭 (擴(kuò)口式、焊接式、卡套式 ,sae 法蘭）、 高壓球閥、快換接頭 、軟管總成、測(cè)壓接頭、管夾等 及油箱等，它們同樣十分重要。 5. 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 1.2.2 液壓傳動(dòng)的概念 1. 液壓傳動(dòng)：它是以液壓油為工作介質(zhì)，通過動(dòng)力元件（油泵）將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐簤河偷囊簤耗?，在通過控制元件，然后借助執(zhí)行元件（油缸或油馬達(dá)）將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載 實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且通過對(duì)控制元件遙桿操縱和對(duì)流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。 2. 液壓控制：和液壓傳動(dòng)一樣，系統(tǒng)中也包括動(dòng)力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過油液的傳遞功率。二者不同之處是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量（位移、速度、力等機(jī)械量）反饋回去與輸出量（可以是變化的也可以是恒定的）進(jìn)行比較，用比較后的差值來控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構(gòu)成閉環(huán)回路的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，也叫液壓隨動(dòng)系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯控 制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。 液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結(jié)構(gòu)，并用電氣裝置進(jìn)行控制， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 有較高的控制精度和響應(yīng)速度，所控制的壓力和流量連續(xù)變化。輸出功率可放大。 比例控制是介于上述二者之間的一種控制，所用比例控制閥是通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的電 -液控制元件，兼?zhèn)淞松鲜鰞深愒囊恍┨攸c(diǎn)，用于用手調(diào)的通斷式控制不能滿足要求，但也不需要伺服閥對(duì)液壓系統(tǒng)那樣嚴(yán)格的污染控制要求的場(chǎng)合。 1.2.3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 在目前四 大類傳動(dòng)方式（電氣、機(jī)械、液壓和電氣）中，沒有一種動(dòng)力傳動(dòng)是十全十美的，而液壓傳動(dòng)具有下述極其明顯的優(yōu)點(diǎn)： 1 從結(jié)構(gòu)上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出的功率在四類傳動(dòng)方式中力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同的功率的情況下液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。 2 從工作性能上看，動(dòng)作響應(yīng)快，能夠迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬；，便于電氣控制相配合，以及與 CPU（計(jì)算機(jī)）的連接，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 。 3 從使用維護(hù)上看，元件的潤(rùn)滑性好，易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)與保壓，安全可靠；元件易實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化。 4 所有采用液壓技術(shù)的設(shè)備安全可靠性好。 5 經(jīng)濟(jì)：液壓技術(shù)的可塑性和可變性強(qiáng)，可以增強(qiáng)柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對(duì)生產(chǎn)程序進(jìn)行改變和調(diào)整，液壓元件相對(duì)來說制造成本也不高，適應(yīng)性比較強(qiáng)。 6 液壓易于微機(jī)控制等技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機(jī) -電 -液 -光”一體化以為成為世界的潮流，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)板料折彎?rùn)C(jī)的使用要求及對(duì)加工板料的特殊要求，我們考慮采用液壓傳動(dòng)作為板料折彎?rùn)C(jī)的主要傳動(dòng)形式。由機(jī)器的特性可知，在機(jī)器工作時(shí)尚模塊必須有以下幾個(gè)動(dòng)作：快速向下、慢速向下、向下點(diǎn)動(dòng)、 保壓、快速向上。機(jī)器工作時(shí)，為了節(jié)約能源，在滑塊距被加工工件較遠(yuǎn)時(shí)，滑塊采用快速向下的動(dòng)作。這樣不僅節(jié)約能源，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；當(dāng)滑塊距被加工工件很近時(shí)（通常為 20-40mm），滑塊的下移速度會(huì)明顯降低。此時(shí)，主要是因?yàn)樯夏⒁佑|工作，為了避免有較大的剛性沖擊其下降速度減小，即為滑塊的慢速向下階段；當(dāng)上模塊接觸被加工工件時(shí)，考慮到加工板料的特殊要求，上模塊必須向下點(diǎn)動(dòng)的形式來加工工件，以避免板料應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)迅速增大，損壞被加工工件；保壓過程是板料折彎?rùn)C(jī)工作過程不可缺少的。剛剛壓制好的工件會(huì)因?yàn)閼?yīng)力 的存在而有恢復(fù)原來形狀的本性，為了保證加工精度，折彎?rùn)C(jī)在壓制過程結(jié)束后必須進(jìn)行保壓過程。一般情況下，加工板料越厚保壓時(shí)間越長(zhǎng)，反之亦然；當(dāng)壓制工作全部完成以后，為了節(jié)約能源和提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，上模塊即滑塊采用快速向上動(dòng)作，以便下一個(gè)工作過程的開始。 為滿足以上工作位置的要求，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)如 CAD 圖紙 ： 其工作原理為： 電動(dòng)機(jī)按泵標(biāo)注的箭頭方向旋轉(zhuǎn)，即順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)軸向柱塞泵將濾清的油液通過吸油管進(jìn)入閥板和電磁閥回入油箱； 10 號(hào)閥封閉 14 號(hào)油缸下腔油液使滑塊停在任意位置上，此時(shí)各電磁閥不工作，油泵輸出的油 回入油箱 當(dāng)電磁閥 YV1、 YV4 得電，滑塊快速下降，下降速度由 10 號(hào) YV3 閥 調(diào)節(jié)并 回入油箱，油缸上腔的油由油箱灌滿。 當(dāng)滑塊下降撞倒限位開關(guān)時(shí)，電磁閥 YV1、 YV3、 YV4 得電， 16 號(hào)閥關(guān)閉，油泵輸出的油進(jìn)入油缸，滑塊進(jìn)入工作速度（慢速）工作行程時(shí)間的長(zhǎng)短由電氣的行程開關(guān)碰頭和可調(diào)節(jié)電位器控制，滑塊慢速下降的速度由 8 號(hào)閥調(diào)整。 在回程的瞬間要求電磁閥 YV1 失電 2 秒鐘實(shí)行泄壓，隨后電磁閥 YV2、 YV4 得電，滑塊回程。 2、液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)整 YV4 下的溢流閥是保證機(jī)器的公稱力，不至因過載而損壞機(jī)器，液壓系統(tǒng)中 壓力可從壓力表中看出，最高工作壓力為 17MPa，使用時(shí)不準(zhǔn)超過，回程工作壓力 10MPa 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 之內(nèi)，由 13 號(hào)溢流閥調(diào)整。 2.1 機(jī)器的電氣部分 本機(jī)器采用 380V,50HZ,3PH 交流電源供電，電動(dòng)機(jī)為 Y160L-4，額定功率為15KW，電氣原理圖見 CAD 圖紙 ，電氣元件清單。 2.2 電器箱上的電器元件功能 接通電源，電源指示燈亮，即可點(diǎn)動(dòng)電機(jī)，如電機(jī)不能起動(dòng)，電機(jī)可能缺相；如不缺相，則按電氣原理圖順序檢查，在點(diǎn)動(dòng)電機(jī)時(shí)，必須檢查電機(jī)的轉(zhuǎn)向，電動(dòng)機(jī)的旋向與油泵箭頭方向一致，方可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，否則將會(huì)損壞油泵。 機(jī)床的 操作方法及控制原理 本機(jī)床上模具的上下運(yùn)動(dòng)均由雙踏板腳踏開關(guān) SF 控制，運(yùn)動(dòng)的性能由功能選擇開關(guān) 2SA 控制，加壓保壓時(shí)間由 KT1 旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，上死點(diǎn)由行程開關(guān) SQ（上）控制，加壓的起點(diǎn)由下行程開關(guān) SQ（下）控制（位置可調(diào)）。 各種運(yùn)動(dòng)性能分述如下： 1. 連續(xù)行程（自動(dòng)循環(huán)） 當(dāng) 2SA 選擇在連續(xù)擋位上 2SA3 時(shí)，踏下腳踏開關(guān) SF1 下， KA1 得電并自保，KA3 得電， YV1、 YV4 得電，滑塊下行，碰到控制下行位置開關(guān) SQ1 下時(shí)， KA3 失電， KA6 得電， YV1、 YV3、 YV4 得電慢下，同時(shí)接通 KT3 進(jìn)行加壓，延時(shí)保壓 ，保壓終止時(shí)， KT3 延時(shí)觸頭閉合，接通 KT1， KT1 的瞬時(shí)觸點(diǎn)斷開 KA5，使 YV1 失電，油缸卸荷。 KT1 經(jīng)過延時(shí)觸點(diǎn)斷開， KA4、 KA6 斷電（這時(shí)如果仍踏住腳踏開關(guān)SF1 下滑塊就停止不動(dòng)）， KA2 得電， YV2、 YV4 得電，滑塊上行，碰到上行程開關(guān)就止， KA2 斷電， YV2、 YV4 失電，滑塊停止，由于 KA1 自鎖， KA3 得電， YV1、YV4 得電，滑塊快下，撞到 SQ1 下時(shí)，加壓慢下，保壓卸壓回程，進(jìn)行第二個(gè)循環(huán)、第三個(gè)循環(huán)。 2. 單次行程 當(dāng) 2SA 選擇在單次位置時(shí)， 2SA2 通，踏下腳踏開關(guān) SF1 下， KA1 得電， KA3得電， YV1、 YV4 得電，滑塊快下，滑塊撞到 SQ1 下時(shí)， KA3 失電， KA4、 KA5、KA6、得電， YV1、 YV3、 YV4 得電，滑塊慢下，加壓、保壓，保壓結(jié)束 KT3 動(dòng)作，KT1 得電動(dòng)作，其瞬時(shí)觸點(diǎn)斷開 KA5，使 YV1 失電，油缸卸荷，經(jīng) KT1 延時(shí)斷開KA4、 KA6，使 YV1、 YV3、 YV4 斷電，滑塊停止，松開 SF1 下、 KA2 得電， YV2、YV4 得電滑塊回程上行、直到撞到上行程開關(guān) SQ2 上而停止。注意：滑塊在此任意位置放開腳踏開關(guān)， SF1 下，滑塊回程至上死點(diǎn)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3. 點(diǎn)動(dòng)行程 當(dāng) 2SA 選擇點(diǎn)動(dòng)位置時(shí)， 2SA1 通，踏下腳踏開關(guān) SF1 下， KA1 得電， KA3 得電，YV1、 YV4 同時(shí)得電，滑塊快下。（滑塊碰到下撞塊時(shí)，進(jìn)入慢下）松開 SF1 下，滑塊停止在任何位置上，踏下腳踏開關(guān) 2SA（上）， KA2 得電， YV2、 YV3 得電，滑塊上行，松開 2SA 上，滑塊停止在任何位置上。 注意事項(xiàng)： A、機(jī)床必須有可靠的接地保護(hù)或接零保護(hù)。 B、下撞塊不得調(diào)得過高，因?yàn)樵诩訅汉捅哼^程中必須壓住下行程開關(guān) 本章小結(jié) 本章完成了折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng)電器部分的電器元件選擇以及電路圖的繪制電器 箱上的電器元件功能 2.3 本章小結(jié) 本章完成了折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng) 電器元件的選擇以及電路圖紙的繪制，電器箱和電路圖紙控制原理的說明。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 系統(tǒng)元件設(shè)計(jì) 3.1 液壓缸的設(shè)計(jì) 3.1.1 液壓折彎?rùn)C(jī)的技術(shù)參數(shù)（見表 3.1） 3.1.2 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析 折彎?rùn)C(jī)滑塊做上下直線運(yùn)動(dòng)，且行程較小，可選單桿雙作用液壓缸液壓缸作執(zhí)行器（取缸的執(zhí)行效率為 cm=0.91） 表 3.1 折彎?rùn)C(jī)的技術(shù)參數(shù) 工作臺(tái)長(zhǎng)度 立柱間距 喉口深度 主電機(jī)功率 最大折彎力 滑塊重力 G 4000mm 3100mm 400mm 37KW 1.1x106 N 15000N 快速下降的速度 v1 慢速加壓的 速度 v2 快速上升的速度 v3 快速下降的行程 L1 慢速加壓的行程 L2 快速上升的行程 L3 23mm/s 20mm/s 53mm/s 180mm 20mm 200mm 表 3.2 數(shù)據(jù)計(jì)算 -3 工況 計(jì)算公式 外負(fù)載/N 說明 快速下降 啟動(dòng)加速 11/iF G g v t 176 （ 1） Fi1=G/g v1/ t=15000/9.81(2310-3/0.2)=176N； v1/ t 為下行平均加速度， m/s； （ 2）由于忽略滑塊導(dǎo)軌摩擦力，故快速下降等速時(shí)外負(fù)載為 0； （ 3）折彎時(shí)壓頭上的工作負(fù)載可分為兩個(gè)階段：初壓階段，負(fù)載力緩慢的增加，約達(dá)到最大折彎力的 5%，其行程為 15mm；終壓階段，負(fù)載力急劇增加到最大折彎力，上升規(guī)律近似于直線，行程為 5mm； （ 4)Fi2=G/g v/ t=15000/9.81(5310-3/0.2) =4025.2N； v/2 t 為回程平均加速度， m/s 等速 0 慢速折彎 初壓 1 m a x 5%eFF 88578 終壓 F2e =Fmax 1.1x106 快速回啟動(dòng) 22/iF G G g v t G 15405.2 等 F=G 15000 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 程 速 制動(dòng) G -F 2i =G- G/g v 2 / t 14594.8 工況持續(xù)時(shí)間見表 3.3 表 3.3 工況時(shí)間 工況 計(jì)算式 時(shí)間 /s 說明 快速下行 t=l/v 7.82 折 彎時(shí)分為兩個(gè)階段初壓階段為 15mm 終壓階段為 5mm 慢速折彎 初壓 t=l/v 0.75 終壓 t=l/v 0.25 快速上行 t=l/v 3.774 3.1.3 液壓缸主要零部件結(jié)構(gòu)，材料與技術(shù)要求 1. 缸筒與端蓋：缸筒與端蓋連接用法蘭形式連接，前端蓋用螺紋連接，后端蓋用焊接連接。 2. 缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 根據(jù)缸筒內(nèi)徑，選用 45 號(hào)鋼，抗拉強(qiáng)度 b=600MPa、屈服強(qiáng)度 s=355MPa，伸長(zhǎng)率為 5%、硬度為 HV 229 197。 技術(shù)要求： （ 1）缸筒： 缸筒內(nèi)徑選用 H8、 H9 或 H10 配合。內(nèi)徑的表面粗糙度，當(dāng)活塞密封采用橡膠密封件時(shí)，取 Ra0.4 0.1m，當(dāng)采用活塞環(huán)密封時(shí)，則取 Ra 為 0.4 0.2m而且均須珩磨。 缸筒端面 T 的垂直度公差可選取 7 級(jí)精度。 缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度公差可選取 8 級(jí)或 9 級(jí)精度。 缸筒端部用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)選用 6 級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。 當(dāng)液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型或耳軸型時(shí)，后端蓋的耳孔 D1 或缸筒耳軸軸徑 D2 的中心線，對(duì)缸筒內(nèi)孔軸線的垂直度可取 9 級(jí)精度。 為了防止腐蝕以及其它使用的特殊要求，缸筒內(nèi)表面可鍍鉻，鍍層厚度為 3040m鍍后珩磨并拋光。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 2）活塞： 活塞的結(jié)構(gòu)主要考慮與缸筒內(nèi)壁的滑動(dòng)和密封，以及與活塞桿之間的連接和密封?；钊慕Y(jié)構(gòu)形式取決于密封件的形式，密封形式由壓力、速度溫度來決定。 活塞的密封：活塞與缸筒常用的密封有間隙密封，活塞環(huán) O 型密封圈，采用組合密封裝置?；钊c活塞桿之間為間隙密封、配合之間的密封為固定密封，采用 O 型圈密封密封槽開在活塞桿上。 活塞的導(dǎo)向：導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的 作用：具有精確的導(dǎo)向作用，并可吸收活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力。 帶導(dǎo)向環(huán)的活塞在缸筒內(nèi)為非金屬接觸，摩擦系數(shù)小，無爬行；導(dǎo)向環(huán)能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄漏；軸環(huán)采用耐磨材料，使用壽命長(zhǎng)，且具有良好的承載能力。采用組合型導(dǎo)向環(huán)。 組合型導(dǎo)向環(huán)是由密封圈、擋圈和導(dǎo)向環(huán)組成，它們安裝在同一溝槽內(nèi)，具有密封、導(dǎo)向雙重作用。 活塞的材料：選用碳素鋼 45 號(hào)。 技術(shù)要求 :a.活塞外徑 D 對(duì)內(nèi)徑 D1 徑向公差值取 7 級(jí)。 b.端面 T 對(duì)內(nèi)徑 D1 軸線的垂直度公差值按 7 級(jí)精度選取。 c.活塞 D 的圓柱度公差按 9 11 級(jí) 精度選取。 （ 3）活塞桿： 活塞桿外端連接形式采用單耳環(huán)形式。 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵：活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵結(jié)構(gòu)全部在前端蓋內(nèi)，具體結(jié)構(gòu)見液壓缸圖。 活塞桿采用非金屬導(dǎo)向環(huán)，前端蓋用碳素鋼制成，其內(nèi)孔安裝用聚四氟乙烯等非金屬耐磨材料制成的導(dǎo)向環(huán)，為活塞桿導(dǎo)向?；钊麠U與前端蓋為非金屬接觸摩擦阻力小，使用壽命長(zhǎng)。導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工容易，磨損后更換導(dǎo)向環(huán)也很方便，應(yīng)用比較普遍。 活塞的密封，以往多采用 O 型密封圈和唇形密封圈。這些密封圈形式由于活塞桿與密封圈之間是干摩擦，摩擦阻力大，磨損快。因此，近年來 較多選用組合式密封圈，如方形圈（格來圈）、階梯圈（斯特封）。它們具有摩擦阻力小，啟動(dòng)時(shí)無爬行，較低的泄漏量和耐磨等優(yōu)點(diǎn)。 活塞桿的防塵，以往多采用無骨架防塵圈。目前多采用既可以防塵，又可以密封的雙唇型防塵圈。外唇起防塵作用，保證活塞桿表面清潔，內(nèi)唇起密封作用。當(dāng)活塞桿外伸時(shí)，通過主密封圈留在活塞桿表面的油膜，即被防塵圈的內(nèi)唇刮下，這樣， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 在主密封圈和防塵圈之間保留一層油膜，起潤(rùn)滑作用，提高了密封圈的使用壽命。 活塞桿的材料：由專業(yè)廠生產(chǎn)的高精度冷拔活塞桿，可直接選用。 活塞桿的技術(shù)要求： a.活塞桿表面 須鍍硬鉻，鍍層厚度為 15 25 微米或 30 50 微米。防腐要求特別高的則要先鍍一層軟鉻或鎳，然后再鍍硬鉻并拋光。 b.在惡劣的、腐蝕性極強(qiáng)的工作環(huán)境中，活塞桿噴涂一種名為 Ceramax-1000 陶瓷涂層，在強(qiáng)度、抗腐蝕性和抗磨損等方面，比硬鉻更優(yōu)。 c.活塞桿外徑公差取 17 19；直線度 0.02mm/100mm；表面粗糙度 Ra 0.3 0.4微米，對(duì)精確度要求更高者， Ra 0.1 0.2 微米。 d.活塞桿外徑 d 的圓柱度公差值，按 8 級(jí)精度選取。 3.1.4 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編制工況圖 缸筒的計(jì)算與驗(yàn)算 預(yù)選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力 P1=23Mpa。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時(shí)滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計(jì)算出液壓缸的無桿腔的有效面積 max1 1cmFA p （ 3.1） 6 2m a x1 610 0 . 0 4 7 8 m0 . 9 1 2 3 1 0cmFA 液壓缸內(nèi)徑 14AD （ 3.2） 14 4 0 . 0 4 7 8 0 . 2 4 7 m = 2 4 7 m mAD 按 GB/T 2438-1993 ，取標(biāo)準(zhǔn)值 D=250mm=250cm 式中： D-缸筒內(nèi)徑 Fmax-液壓缸受到的最大推力 P1-液壓缸的額定壓力 cm-液壓缸的執(zhí)行效率 缸筒壁厚 的計(jì)算 : 當(dāng) 0.08/D0.3 時(shí) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 m a x m a x2 . 3 3sPDP （ 3.3） 缸筒材料選用 45 號(hào)鋼 b=600Mpa， s=355Mpa，伸長(zhǎng)率 16%，硬度 HRC229 197；安全系數(shù)為 5，則 600 1 2 0 M p a5bP n Pmax=1.5,Pn =34.5Mpa 則將上式代入式（ 3.3）得： m a x m a x 3 4 . 5 0 . 2 5 0 . 0 4 5 m2 . 3 3 2 . 3 1 2 0 3 3 4 . 5bPD P 經(jīng)圓整取缸筒壁厚 =45mm。 缸筒外徑 D1=D+2=0.34m 式中： -缸筒壁厚 D-缸筒內(nèi)徑 D1-缸筒外徑 Pmax-最高允許壓力 p-缸筒材料的許用壓力 b-缸筒材料的的抗拉強(qiáng)度 s-缸筒材料的屈服強(qiáng)度 n-安全系數(shù) 缸筒壁厚的 驗(yàn)算： a.液壓缸的額定壓力 Pn 值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全。 2211()0 . 3 5 snDDPD （ 3.4） 式中： D-缸筒內(nèi)徑 D1-缸筒外徑 s-缸筒材料的屈服強(qiáng)度 Pn-液壓缸的額定壓力 將 D=0.32m， D1=0.47m， s-=355Mpa， Pn=25Mpa 代入式 (3.4)得： 22 2121() 3 5 5 ( 0 . 3 4 0 . 2 5 )0 . 3 5 0 . 3 50 . 3 4snDDPD 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 =57.03Mpa b.為避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力 Pn 值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍。 Pn （ 0.35 0.42） Ppl （ 3.5） 由 Pn=25Mpa 取 Pn 0.4 PpL 得： Ppl=57.5Mpa 12 .3 lo gp l s DP D =2.3355log25.034.0 =109.0Mpa 故彈性變形符合要求。 c.為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力 PE 應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力 P=31.25Mpa PE=2.3blogDD1 （ 3.6） =2.3600log25.034.0 =184.3Mpa 式中： D-缸筒內(nèi)徑 D1 -缸筒外徑 Pn-液壓缸額定壓力 PT-液壓缸耐壓試驗(yàn) 壓力 b-缸筒材料的抗拉強(qiáng)度 s-缸筒材料的屈服強(qiáng)度 液壓缸進(jìn)出油口 液壓缸進(jìn)出口不知在前后端蓋上，采用螺紋連接。 根據(jù)國(guó)標(biāo) GB/T2878-1993 規(guī)定的液壓缸進(jìn)出油口螺紋尺寸。選用螺紋為 M502，即 EC 為 M502， EF=32mm。螺紋精度為 6H。 缸底厚度計(jì)算： 選用法蘭液壓缸，則缸筒底部為平面，其厚度 可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式近似計(jì)算： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 0.433D0pnP （ 3.7） 式中： -缸筒的底部厚度 D0-缸底內(nèi)徑 Pn-液壓缸額定壓力 p-缸筒底部材料的許用應(yīng)力 將 D0=0.28m, Pn=23Mpa, p=300Mpa 代入式（ 3.7）可得： 230 . 4 3 3 0 . 2 8 0 . 0 8 6 m120 取缸底壁厚為 =0.086m 活塞桿直徑計(jì)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算： a.活塞桿直徑計(jì)算： 根據(jù)快速下行與快速上升的速度比確定活塞桿的直徑 d： 23221v Dv D d （ 3.8） 式中： D-缸筒內(nèi)徑 d-活塞桿直徑 v1-快速下降的速度 v2-快速上升的速度 將： D=250mm， v1=23mm/s， v3=53mm/s 代入式中得 2322153 2 . 323v Dv D d 得： d=0.752， =0.752 250=188mm 取標(biāo)準(zhǔn)值為 200mm b.活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算： 一般以液壓缸活塞桿端部和缸蓋均為耳環(huán)鉸接安裝方式的情況來考慮 ，而且當(dāng)活塞全部伸出時(shí)，活塞桿端和負(fù)載的連接點(diǎn)到液壓缸支撐點(diǎn)間的距離假定為 LB 。由液壓缸實(shí)際情況及活塞直徑可知 LB 10d。 主要驗(yàn)算活塞桿壓縮和拉伸強(qiáng)度， 即 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 2 ssFnd （ 3.9） 式中： d-活塞桿直徑 F-液壓缸的最大推力 s-材料的屈服強(qiáng)度 ns-安全系數(shù) 將 d=0.20m， F=106 N ， s=355Mpa ， ns= 5 代入上式中 則 661 0 522. 5 5 1 0ssFn =0.134m 0.25m 所以符合要求 緩沖裝置的選擇 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流的緩沖裝置，其最高緩沖壓力 Pmax 近似計(jì)算式為： 21 1 0m a xEeGA P V R SgPAS （ 3.10） 式中： A1-活塞的有效作用面積 P1-進(jìn)油口壓力 S1-活塞的緩沖行程 G-所有運(yùn)動(dòng)部件的重量 g-重力加速度 V0-活塞在緩沖行程開始時(shí)的速度 R-活塞承受的全部載荷（包括重量及液壓缸的摩擦阻力） A-緩沖腔內(nèi)的有效作用面積 Pmax 的大小，可通過改變節(jié)流閥的節(jié)流面積來調(diào)定，其值 不應(yīng)超過液壓缸的最大允許壓力 Pmax（ 1.5Pn ） 繪制工況圖 液壓缸的實(shí)際有效面積 ： 2 22132 8 0 3 . 8 4 c m44DA 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 2 2 2 2 21 3 2 2 5 3 1 3 . 2 5 c m44A D d 密封件的選擇 活塞與缸筒的密封選用組合密封件，詳見圖紙；活塞與活塞桿的密封選用 O 型密封圈，密封圈內(nèi)徑為 148mm，槽開在活塞桿上；活塞桿密封件選用： Y 型橡膠密封圈，由活塞桿直徑為 160mm。選用尺寸詳見中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典第五分冊(cè)機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 538 頁(yè)。防塵圈根據(jù)國(guó)際 GB/T10708.3-1989 選擇，由活塞桿直徑為 160mm，選用 A 型，具體尺寸見表 3.4： 表 3.4 防塵圈尺寸 （ mm） d D s l 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 200 0.5 220 0.290 7.5 0.15 9.5 -0.30 0 3.1.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量計(jì)算（見表 3.5） 表 3.5 液壓缸的工作循環(huán)中各階段壓力和流量表 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 F/N 工作腔壓力P/Pa 輸入流量 q /cm3 s 1 /Lmin 快速下行 啟動(dòng) P=cm1AF ，q=A1 v1 176 2189.5 1848.8 110.93 恒速 0 0 慢速加壓 初壓 P=cm1AF ，q=A1 v1 8.86104 1.21106 1607.68 96.46 終壓 106 24.22106 1607.680 96.460 快速回程 啟動(dòng) P=cm2AF， q=A2 v3 15405.2 0.54106 恒速 15000 0.526106 1660.225 99.6135 制動(dòng) 14594.8 0.512106 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 循環(huán)中各階段的功率計(jì)算如下 快速下行（啟動(dòng)）階段 P1=P1q=2189.51848.810-6=4.05W 快速下行（恒速）階段 P1=0 慢速加壓（初壓）階段 P2= P2q=1.211061607.6810-6=1945.3W 慢速加壓（終壓）在形程只有 5mm持續(xù)時(shí)間 t3=0.25s 壓力和流量的變化情況較復(fù)雜為此作如下處理 壓力由 1.21Mpa 增至 24.22Mpa，其變化規(guī)律近似用一線函數(shù) P（ t） 表示，即 2 4 . 2 2 1 . 2 31 . 2 1 1 . 2 1 9 2 . 0 40 . 2 5p t t （ 3.11） 流量由 1607.68cm3 /s 減小為零，其變化規(guī)律可近似用一線性函數(shù) q（ t） 表示，即 1 6 0 7 . 6 8 10 . 2 5tq （ 3.12） 式 （ 3.11） 、式 （ 3.12） ， t 為終壓階段持續(xù)時(shí)間，取值范圍 （ 0 0.417） 從而得此階段功率方程 : 1 6 0 7 . 6 8 1 . 2 1 9 2 . 0 4 10 . 2 5tp p q t （ 3.13） 這是一個(gè)開口向下拋物線方程，令 0tP， 可求得極值點(diǎn) t=0.1184s 以及此處最大功率值為 2 m a x 0 . 1 1 8 41 6 0 7 . 6 8 1 . 2 1 9 2 . 0 4 1 1 0 2 4 6 . 4 1 0 . 2 50 . 2 5 ttp p t W W 而 t=0.1184s 處的壓力和流量可由式 （ 3.11）（ 3.12） 算得即 ： P=1.21+92.04 0.1184=12.1Mpa 30 . 1 1 8 41 6 0 7 . 6 8 1 8 4 6 . 2 8 c m / s = 5 0 . 7 8 L / m i n0 . 2 5q 快速回程（啟動(dòng)）階段 P3 =0 快速回程（恒速）階段 P3= P3q3=1660.22599.6135=873.3W 快速回程（制動(dòng)）階段 P3=0 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3.2 液壓泵的選擇 3.2.1 液壓泵的性能參數(shù)及計(jì)算公式 （ 1） 液壓泵的壓力 額定壓力 ps 在正常工作條件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推薦 的允許連續(xù)運(yùn)行的最高壓力。額定壓力值與液壓泵的結(jié)構(gòu)形式及其零部件的強(qiáng)度、工作壽命和容積效率有關(guān)。 最高壓力 pmax 按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運(yùn)行的最高壓力，其值主要取決于零件及相對(duì)摩擦副的極限強(qiáng)度。 工作壓力 p 液壓泵出口的實(shí)際壓力，其值取決于負(fù)載。 吸入壓力 液壓泵進(jìn)出口壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力，一般用于吸入告訴衡量。當(dāng)液壓泵的安裝高度太高或吸油阻力過大時(shí)，液壓泵的進(jìn)口壓力將因低于壓 力而導(dǎo)致吸油不充分，而在吸油區(qū)產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。 （ 2） 液壓泵的轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速 n 在額定壓下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推薦能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)行效率的轉(zhuǎn)速。 最高轉(zhuǎn)速 nmax 在額定的壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。其值主要與液壓泵的結(jié)構(gòu)形式及自吸能力有關(guān)。 最低轉(zhuǎn)速 nmin 為保證液壓泵可靠工作或運(yùn)行效率不致過低所允許的最低轉(zhuǎn)速。 （ 3） 液壓泵的排量及流量 排量 V 液壓泵主軸轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。排量的大小僅取決于液壓泵的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，有時(shí)又稱為理論排量。 理論流量 qt 不考慮泄漏，液壓泵的單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積（ m3/s） 61060t nVq （ 3.14） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 式中： n-液壓泵轉(zhuǎn)速（ r/min） V-液壓泵排量（ cm3/r） 實(shí)際流量 q 實(shí)際運(yùn)行時(shí)在不同的壓力下液壓泵所排出的流量。實(shí)際流量低于理論流量，其差值 q=qt-q 液壓泵的泄漏量。 額定流量 qs 在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下，液壓泵所排出的實(shí)際流量。 瞬時(shí)理論流量 qtsh 由于運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)理，液壓泵的流量往往具有脈動(dòng)性，液壓泵某一瞬間所排的理論流量稱為瞬時(shí)理論流量。 流量不均勻系數(shù) q 在液壓泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，因流量脈動(dòng)造成的流量不均勻速 度。 m a x m i nt s h t s hqtqqq （ 3.15） （ 4）液壓泵的功率和效率 輸出功率 P 液壓泵的輸出功率（ KW）用其流量 q 和出口壓力 p 或進(jìn)出口壓力差 p 表示 310p p q （ 3.16） 式中： q-液壓泵的實(shí)際流量（ m-3/s） p-液壓泵的進(jìn)出口壓力差，通常液壓泵的進(jìn)口壓力近似為零，因此液壓泵的進(jìn)出 口壓力差可用其出口壓力表示（ Pa） 輸出功率 Pp 液壓泵的輸出功率即原動(dòng)機(jī)的輸出功率。 總效率 液壓泵的輸出功率和輸入功率之比 / p v mpp （ 3.17） 容積效率 v 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，液壓泵的實(shí)際流量與理論流量之比。 / 1 /vtq q q n V （ 3.18） 式中： q-液壓泵的泄漏量，在液壓泵的結(jié)構(gòu)式、幾何尺寸確定后，泄漏量 q 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 的大小主要取決于泵的出口壓力，與液壓泵的轉(zhuǎn)速（對(duì)定量泵）或排量（對(duì)變量泵）無多大關(guān)系。因此液壓泵在低速或小排量下工作時(shí)，其容積效率將會(huì)很低，一致無法正常工作。 機(jī)械效率 m 對(duì)液壓泵，除容積泄漏損失都?xì)w于機(jī)械損失，因此 /m v t pp q p （ 3.19） （ 5）液壓泵的噪聲 液壓泵的噪聲通常用分貝（ dB） 衡量，液壓泵的噪聲產(chǎn)生的原因包括：流動(dòng)脈動(dòng)、液流沖擊、零部件的振動(dòng)和摩擦以及液壓沖擊等。 液壓泵按照泵的工作形勢(shì)不同可分為：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵；按照泵的輸出量是否可變可分為定量泵和變量泵。其中柱塞泵又可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。根據(jù)本設(shè)計(jì)所需壓力和放置油泵的體積，初步選定用軸向柱塞泵。 3.2.2 軸向柱塞泵的工作原理 軸向柱塞泵是柱塞泵線與缸體軸線平行且在缸體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來改變柱塞底部容積大小實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的柱塞泵。軸向柱塞泵不僅額定壓力高，而且可以實(shí)現(xiàn)多種形式的變量，因此應(yīng)用極廣在液壓泵中占有 及其重要的位置。 軸向柱塞泵柱塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式分斜盤式和斜軸式。斜盤式利用斜盤對(duì)柱塞的約束反力和彈簧力的共同作用使柱塞泵縮回或外伸；斜盤式利用缸體軸線相對(duì)泵軸存在一個(gè)擺角而被連桿強(qiáng)制的實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 斜盤式軸向栓賽泵又按以下幾種分類方法分類： 1. 按泵軸的支承方式分為通軸式和非通軸式。通軸式的泵軸穿過缸體，兩端有軸承支承，此時(shí)斜盤位于泵軸的輸入端，因此又稱前置斜盤式。非通軸式的泵軸的輸入端由軸承支承，另一端為花鍵，與缸體內(nèi)花鍵連接，其軸承位于缸體的外圓，此時(shí)斜盤處于泵軸的尾端，因此由稱后置斜盤。 2.按柱塞球頭與斜盤的接觸方式分為點(diǎn)接觸式和滑稽式。點(diǎn)接觸的接觸式的柱塞球頭直接與斜盤接觸，二者接觸應(yīng)力大?；皆谥蝾^加滑稽后由滑稽底面與斜盤接觸，使接觸應(yīng)力大大減小，其額定壓力大大提高。 3.按配流方式分為配流盤和閥式配流，配流盤上開有兩個(gè)腰圓形窗口，當(dāng)缸體旋軸時(shí)，缸體底部窗口交替與配流窗口相通，實(shí)現(xiàn)配流（吸油和壓油）。閥式配流的向柱塞泵的缸體不旋轉(zhuǎn)，當(dāng)泵軸帶動(dòng)斜盤帶動(dòng)斜盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)柱塞底部的容腔通過一個(gè)進(jìn)油閥和一個(gè)排油閥實(shí)現(xiàn)吸油和壓油，因此排油閥或球閥、密封性好、因此閥式配流用于超高壓且多為定 量泵。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 斜盤式和斜軸式柱塞泵的排量公式為： 2 t a n4dV Z D （ 3.20） 式中： d 柱塞直徑 D 柱塞分布圓直徑 Z 柱塞孔的數(shù)目 斜盤傾角 顯然，改變斜盤傾角 大小可以改變排量，若斜盤傾角固定不能改變則為定量泵 。 3.2.3 軸向柱塞泵的工作要求 1. 軸向柱塞泵與原 動(dòng)機(jī)之間要求用彈性連軸器連接，兩軸的同軸要求在 0.1mm以內(nèi)。 2. 軸向柱塞泵在最高處設(shè)計(jì)有外進(jìn)油口，泵在起動(dòng)前應(yīng)由油口向殼體內(nèi)灌滿清潔的工作介質(zhì)，排凈殼體的空氣，泵工作時(shí)泄露油由此油口單獨(dú)引回油箱。為避免空氣侵入，泄露管應(yīng)插入液面以下，軸向柱塞泵的殼體最低處開有一放油口，泵工作時(shí)此口螺柱堵上，維修泵時(shí)先由此油口將殼體內(nèi)的油液放光，然后再拆卸零部件。 3. 配流盤配流的柱塞泵的自吸高度應(yīng)小于 0.5mm，最好是液面高度高于泵的吸油口，以改善吸油性能。 4. 軸向柱塞泵若配流盤采用非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，則必須按指定 的方向旋轉(zhuǎn)。 5. 軸向柱塞泵對(duì)工作介質(zhì)的過濾精度要求較高，為 10m，對(duì)開式系統(tǒng)采用全部回油過濾。吸油口不宜裝過濾器；對(duì)閉式系統(tǒng)進(jìn)排油都要進(jìn)行過濾。 6. 軸向柱塞泵的傳動(dòng)軸的徑向載荷和軸向載荷不得超過說明書或工廠的有關(guān)規(guī)定。 7. 軸向柱塞泵的工作介質(zhì)必須具有相容性，若系統(tǒng)所用工作介質(zhì)為非礦物質(zhì)油，應(yīng)特別予以說明。 3.2.4 油泵的選擇 所設(shè)計(jì)折彎?rùn)C(jī)的技術(shù)參數(shù)如表 (3.1)： 根據(jù)所設(shè)計(jì)液壓缸所須額定壓力為 25MPa，但考慮到液壓管路損失和壓力儲(chǔ)備。故選擇額定壓力為 32MPa 的軸向柱塞泵。其型號(hào)為 25CM.14-1B，技術(shù)參數(shù)；額定壓力為 32MPa，公稱排量為 25ml/r；額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min；公稱排量為 25Lmin； 1000rmin時(shí)的功率為 13.7Kw；最大理論轉(zhuǎn)矩為 133Nm。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3.3 油箱的設(shè)計(jì) 3.3.1 油箱的基本功能： 1. 儲(chǔ)存液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工業(yè)液體 。 2. 散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量 及沉淀雜質(zhì) 。 3. 分離油液中的水氣等 。 4. 為系統(tǒng)提供元件的安裝位置。 3.3.2 油箱的種類 通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立油箱三類。 1. 整體式油箱 整體式油箱是指在 液壓系統(tǒng)或機(jī)器的構(gòu)件內(nèi)形成的油箱。例如，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的金屬切削機(jī)床床身或底座的內(nèi)部空腔往往稍加一點(diǎn)成本就可制成不漏油的油箱，或者行走機(jī)械中的車輛與工程機(jī)械上的管形構(gòu)件用作油箱，這樣不需要額外的附加空間。整體式油箱以最小的空間提供最大的性能，并且通常提供特別整潔的外觀。但是必須細(xì)心設(shè)計(jì)以克服可能存在的局部發(fā)熱和操作者難以接近等工作問題。 2. 兩用油箱 兩用油箱是指液壓油與機(jī)器中的其他的用油的公用油箱。例如，拖拉機(jī)傳動(dòng)系機(jī)殼可用作拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的油箱；兩用油箱的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省空間，但有幾個(gè)局限性與此優(yōu)點(diǎn) 相抵觸，油液必須既滿足液壓系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)介質(zhì)的要求，又滿足傳動(dòng)系齒輪的潤(rùn)滑或工件淬火等其他工藝目的的要求。在某些高性能液壓系統(tǒng)中，這些要求可是幾乎互不相容的。此外，油液溫度控制可能很困難，因?yàn)閷?duì)于總量減少了的油液來說存在著兩個(gè)熱源。如果必須另設(shè)冷卻器來控制油溫，用冷卻器所需的空間可能抵消所節(jié)省的空間。 3. 獨(dú)立油箱 獨(dú)立油箱是應(yīng)用最為廣泛的一類油箱，最常用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，它通常做成矩形的，也有圓柱形的或油罐形的。獨(dú)立油箱的熱量主要通過油箱壁靠輻射和對(duì)流作用散發(fā)，因此油箱應(yīng)該應(yīng)該是盡可能窄而高的形狀。液壓泵吸油 管在液面以下或以上穿過油箱側(cè)壁進(jìn)入油箱。如果吸油管在液面以下進(jìn)入油箱，則油箱油液正壓供應(yīng)給泵改善了液壓泵的吸油條件，但是吸油管上必須設(shè)置截止閥以便檢修時(shí)免去油箱放油。 油箱還有開式油箱和閉式油箱之分。開式油箱應(yīng)用最廣，油箱中液面與大氣相通，為減少污染，油箱頂上應(yīng)設(shè)置通氣過濾器。 閉式油箱又分為隔離式和充壓式兩種。隔離式油箱又有帶折疊器和帶撓性隔離器兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)液壓工作時(shí)，折疊器或撓性隔離器收縮或膨脹，使液面保持大氣壓力， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 而外界空氣又不與油箱內(nèi)油液接觸。一般折疊器或撓性隔離器的體積應(yīng)比液壓泵的最大流量值達(dá) 25%以上。為防止油箱內(nèi)液面壓力低于大氣壓力，需安裝低壓報(bào)警器、自動(dòng)停機(jī)裝置或自動(dòng)緊急補(bǔ)油裝置。 充壓式油箱完全封閉，通入經(jīng)過濾和干燥的空氣，充氣壓力比大氣壓力稍高，通常為 0.05 0.07MPa。為了防止壓力不當(dāng)，應(yīng)設(shè)置安全閥和電接觸式壓力表及報(bào)警器。由于提高油箱壓力增加了油液中空氣的含量，因此沖壓油箱僅用于確實(shí)必要的特殊場(chǎng)合 0. 根據(jù)液壓泵與油箱相對(duì)安裝位置不同，又可分為上置式、下置式和旁置式。上置式油箱將液壓泵等裝置安裝在油箱的上蓋板上，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用最普遍；下置式油箱是將液壓泵置于油箱底下，這種安裝方式 ，常將油箱架高到使人能夠在油箱底下自由通過，既減少安裝的設(shè)備面積，有可使液壓泵的吸入性大為改善；旁置式油箱將液壓泵等裝置安裝在油箱旁邊，系統(tǒng)的流量和油箱的容量較大時(shí)常采用這種形式，尤其是用一個(gè)油箱給多臺(tái)液壓泵供油時(shí)。旁置式油箱內(nèi)液面也高于泵的吸油口，使液壓泵具有較好的吸油效果。 3.3.3 油箱的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu) 1. 油箱必須有足夠的容量，以保證系統(tǒng)工作時(shí)保持一定液位高度，為滿足散熱要求，對(duì)于管路比較長(zhǎng)的系統(tǒng)，還應(yīng)考慮停機(jī)維修時(shí)能容納油液自由流回油箱時(shí)的容量，當(dāng)油箱容積不能增大，又不能滿足散熱要求時(shí)，須設(shè)冷 卻裝置。 2. 油箱容量的確定 油箱有效容積（即液面高度只占油箱高度 80%時(shí)的油箱容積）一般為液壓泵每分種輸出流量的 3 7 倍。對(duì)于行走機(jī)械和設(shè)備冷卻裝置的設(shè)備，油箱的容量可選擇小些；對(duì)于固定設(shè)置的設(shè)備，空間、面積不受限制的設(shè)備，則應(yīng)采取較大的容量。 由于所旋泵的公稱流量為 25Lmin，所設(shè)計(jì)油箱的使用是固定機(jī)械且空間、面積不受太大的限制，因此設(shè)計(jì)油箱的容積要大些。初步定為 200L，具體尺寸為 650 500 650。 3. 油箱的結(jié)構(gòu) 油箱內(nèi)應(yīng)該設(shè)置擋板，把油箱分成吸 油區(qū)和回油區(qū)兩部分，隔板的高度一般為油面高度的四分之三，吸油區(qū)和回油區(qū)的大小相等。也可以把回油區(qū)做的大些，以利于雜質(zhì)的沉淀。 吸油管和回油管應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，吸油口離箱底距離 H 2d（管徑）距離邊也不小于 3d，回油管管口應(yīng)斜砌成 45 度斜角，斜口面向箱壁以利于散熱。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 為了使油箱的散熱良好，便利放油和清除污垢，箱底應(yīng)距離底面 150mm以上，而且最好具有適當(dāng)?shù)男倍?，使沉淀物和需要排出的油集中在一起，在油箱最低位?處設(shè)置放油口，在本設(shè)計(jì)中，因考慮特殊情況，油箱放在主機(jī)上故油箱無需離主機(jī)頂面150mm以上，而且與頂面接觸，油箱的斜度為 3 度。 在油箱的加油附近設(shè)置油面計(jì)以便在油箱之外直接看到最高和最低油面，油面計(jì)選擇直接觀察式的本設(shè)計(jì)中選用 YWZ-300T 型液面計(jì)。 加油口放在油箱頂面，油口具有段時(shí)間的能力。由于本設(shè)計(jì)油箱選用開式油箱。故在油箱的結(jié)構(gòu)中必須有空氣過濾器，綜合現(xiàn)有條件及考慮到簡(jiǎn)化油箱結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)中選用了，加油口和空氣過濾器二者功能集一體的 EF4-50 型空氣過濾器，該過濾器主要的尺寸見圖紙。 為了防銹、放凝水，油箱焊接后內(nèi)壁應(yīng)作噴丸處理，并涂耐油材料，以提高油箱使用壽命。 本設(shè)計(jì)中油箱采用鋼板焊接而成，箱壁厚度取 6mm；箱底厚度取 10mm。因有液壓元件要裝在油箱蓋板上，故該板厚度應(yīng)選為 15mm，均采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。 在本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)中，泵工作時(shí)的流量為 25Lmin，因考慮到機(jī)械工作時(shí)壓力較高，易產(chǎn)生大量的熱，故油箱選用大一些的。造 200L，油箱 的外形幾何尺寸大小為長(zhǎng)寬高為 650500650。 在油箱上蓋和下部設(shè)置有排油口，便于清洗。油箱內(nèi)壁應(yīng)進(jìn)行拋丸和噴沙處理。對(duì)于礦物油，長(zhǎng)采用磷化處理；對(duì)于高水基或水乙二醇等介質(zhì)，則應(yīng)采用與介質(zhì)相容的涂料進(jìn)行涂刷，以防漆脫落而污染介質(zhì)。 3.3.4 油箱附件 1. 液壓空氣過濾器（簡(jiǎn)稱空氣過濾器） 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液面上升由內(nèi)向外排出空氣。在油箱蓋板上垂直安裝空氣過濾器，可以過濾吸入的空氣，同時(shí)使用油箱內(nèi)的壓力和大氣壓力平衡，避免液壓泵出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。 本設(shè)計(jì)選用 EF 系列液 壓 空氣過濾器，具體尺寸見表 3.6： 表 3.6 過濾器技術(shù)參數(shù) 過濾注油 注油流量 空氣流量 油過濾面 L1/mm L2/mm 口徑 /mm Lmin-1 Lmin-1 積 /cm2 EF-50 50 32 260 270 150 59 注： (1).表中所列空氣流量是流速 15m/s 時(shí)的值 ； (2).一般空氣的流量為液壓泵流量的 1.5 倍； 選用空氣過濾器的尺寸見 圖 3.1； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 3.1 過濾器 2. 所選液位液溫計(jì)的型號(hào) YWZ-300T,具 體尺寸見表 3.8： 表 3.8 所選液位液溫計(jì)的尺寸（ mm） L E B YWZ-300 330 300 262 3.4 系統(tǒng)其它元件的選用 3.4.1 蓄能器的選用 本設(shè)計(jì)所選蓄能器的類型為氣囊式蓄能器。 表 3.9 蓄能器的技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 型號(hào) 公稱壓力/MPa 公稱容積 /L 基本尺寸 M d d1 d2 d3 d4 d5 L D NXQL-L2.5/10-H 10 2.5 M422 50 42 50 97 137 17 430 152 1 所選蓄能器的技術(shù)參數(shù)見表 3.9 2 蓄能器的使用注意事項(xiàng) 不能在蓄能器上進(jìn)行焊接、鉚焊及機(jī)械加工。蓄能器絕對(duì)禁止充氧氣，以免引起爆炸。不能在充液狀態(tài)下拆卸蓄能器。 非隔離式蓄 能器不能放空油液，以免氣體進(jìn)入管路中。使用壓力不宜過高，防止過多氣體溶于油液中 詳細(xì)尺寸見圖 3.2 圖 3.2 儲(chǔ)能器 3.4.2 電機(jī)的選擇 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 Y 系列電機(jī)是按照國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，具體國(guó)際互換性的特點(diǎn)。其中 Y（ IP44） 小型三相異步電動(dòng)機(jī)為一般用途籠型封閉自扇冷式電動(dòng)機(jī)，具有防止灰塵或其它雜物侵入之特點(diǎn)， B 級(jí)絕緣?？刹捎萌珘夯蚪祲?jiǎn)?dòng)。該電動(dòng)機(jī)的工作條件為：環(huán)境溫度 -15 +40 ，相對(duì)濕度不超過 90%，海拔高度不能超過 1000 米，電源額定電壓 380V,頻率 50Hz。 三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 1. 定子 定子有鐵心、繞組與機(jī)座三部分組成。定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它由0.5mm 的硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗，定子鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定子槽。定子繞組是電動(dòng)機(jī)的電路部分，由許多線圈連接而成，每個(gè)線圈由兩個(gè)有效邊，分別放在兩個(gè)槽里。三相對(duì)稱繞組 AX,BY,CZ 可連接成星形或三角形。機(jī)座主要用于固定與支承定子鐵心。中小型異 步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機(jī)座形式。 2. 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子有鐵心與繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心壓裝在轉(zhuǎn)軸上，由硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙與定子鐵心構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的完整磁路。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組多采用鼠籠式，它是轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊接在兩個(gè)銅端環(huán)上而組成。繞組式異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽里，轉(zhuǎn)子繞組一般連接成星形的三相繞組，轉(zhuǎn)子繞組組成的磁極數(shù)與定子相同，線繞式轉(zhuǎn)子通過軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子的回路中接入外加 電阻，用于改善啟動(dòng)性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 3. 電機(jī)的選擇 根據(jù)所選液壓泵的功率和要求轉(zhuǎn)速，考慮到折彎?rùn)C(jī)所使用的環(huán)境，選用 Y 型電動(dòng)機(jī)比較適合，根據(jù) ZB22007-88，選用電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y160-4。技術(shù)參數(shù)見表 3.10： 表 3.10 電機(jī)技術(shù)參數(shù) 額定功率 （ Kw） 滿載轉(zhuǎn)速（ r/min） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量（ Kg） 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y160L-4 15 1460 2.2 2.3 144 3.5 本章小結(jié) 本章完成 了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及液壓元件的選擇，液壓缸圖紙以及零件圖的繪制，液壓原理圖的繪制 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 4 章 XY 方向設(shè)計(jì)計(jì)算 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技 術(shù)提出越來越高的要求，送料機(jī)同 時(shí)也為自動(dòng)化技術(shù)的革新提供了必要條件。 70 年代以后，自動(dòng)化開始向復(fù)雜的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國(guó)防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì) 等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動(dòng)化，例如大型企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國(guó)鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、國(guó)家電力網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系 統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)管 理系統(tǒng)等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。自動(dòng)化將在更大程度上 模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭 自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。 4.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖， A0 圖紙一張。要求重要剖面表達(dá)完整，向視表達(dá)完整，視圖適合標(biāo)準(zhǔn)。 4.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 系統(tǒng)分辨率 1x102 由靜止到最大快進(jìn)速度過度時(shí)間 Pt 17ms 19ms 工作臺(tái)行程 x 向 1320mm y 向 1320mm 最大快進(jìn)速度 x 向和 y 向 30mm/s 4.1.2 方案的分析、比較、論證 1、 XY 方向掃描進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)考慮以下幾點(diǎn)： A工作臺(tái)應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、暫停等功能，因此數(shù)控控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 B 在保證一定加工性能的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，以求降低成本。因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 C 縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們各自由各的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、波紋管、 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 絲杠螺母副組成。 D為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。 E為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。 2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如下頁(yè)圖 4-1 所示： 4.2 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 4.2.1 脈沖當(dāng)量的確定 脈沖當(dāng)量p即系統(tǒng)分辨率。本設(shè)計(jì)中因?yàn)樗臋C(jī)床精度為普通機(jī)床所以，p1x10-2 4.2.2 傳動(dòng)比的確定 當(dāng) i 1 時(shí)，可使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。因此本設(shè)計(jì)中取 i 1。 4.2.3 確定步進(jìn)電機(jī)步距角 根據(jù)公式 pb Li 360 0 （ 4.1） 其中 : i 為傳動(dòng)比， b 為電機(jī)步距角， 0L 為滾珠絲杠導(dǎo)程， 微 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)器 功率放大 功率放大 步進(jìn)電 機(jī) 步進(jìn)電 機(jī) X 向 Y 向 波紋管 波紋管 圖 4.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 p為脈沖當(dāng)量。 因?yàn)?i 1，p 0.01mm，現(xiàn)取 0L 8mm，可得b 0.45。 4.3 絲杠的選型及計(jì)算 4.3.1 計(jì)算絲杠受力 由于工作臺(tái)只運(yùn)送薄板料，且只承擔(dān)傳動(dòng)作用，不承受任何切削力，故本設(shè)計(jì)中只考慮導(dǎo)軌摩擦力和系統(tǒng)加減速時(shí)的慣性力。 1. 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 根據(jù)摩擦力計(jì)算公式： f mg （ 4.2） X 向：工作拖板質(zhì)量 mx=150 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌， =0.005 gmf xx =150 9.8 0.005=75N Y 向：因 X 托板和 Y 向?qū)к夁B接所以ym=150+130=280kg =0.005 gmf yy =280 9.8 0.005=140N 2. 工作臺(tái)慣性力的計(jì)算 取平均加速時(shí)間 t=18ms,由于系統(tǒng)最大移動(dòng)速度 Vmax=30mm/s，經(jīng)計(jì)算得，系統(tǒng)加速度 a=1.7m/s2 1F = amx =150x1.7=255N （ 4.3） 2F = amy=280x1.7=476N 4.3.2 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 由于轉(zhuǎn)速較大，滾珠絲杠螺母副初步選型的主要依據(jù)其使用壽命選擇絲杠的基本尺寸并較核其承載能力是否超過額定動(dòng)載 荷。 1. 最大工作載荷的計(jì)算 本設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)最大載荷應(yīng)該是導(dǎo)軌摩擦力與加減速慣性力的總和 所以， X 向： FX=F2+fy=75+255=330N Y 向： Fy=F2+fy=140+476=616N 2. 最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算和主要尺寸的初選 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 滾珠絲杠最大動(dòng)載荷 C 可用下式計(jì)算： ChnK FKf （ 4.4） 式中： F -滾珠絲杠副的軸向負(fù)荷（ N） f -影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù)； 2 8 5.01.133.00.10.195.0 wf kfafhftff tf 為溫度系數(shù) 工作溫度小于 125， tf =0.95 hf 為硬度系數(shù) 硬度大于 58HRC， hf =1.0 af 為精度系數(shù) 精度等級(jí)取三級(jí)， af =1.0 wf 為負(fù)荷性質(zhì)系數(shù) 無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)， wf =1.1 kf 為可靠性系數(shù) 可靠度 98%， kf =0.33 aC -滾珠絲杠副的額定動(dòng)負(fù)荷（ N） C -滾珠絲 杠副的計(jì)算動(dòng)負(fù)荷（ N） hL -各類機(jī)械所用的滾珠絲杠的推薦壽命 , hL 取 15000h hK -壽命系數(shù) 1.3)500( 31 hhLK （ 4.5） nK -轉(zhuǎn)速系數(shù)， 3.0)3.33( 31 nK n （ 4.6） 經(jīng)計(jì)算得： X 向 C=11965N Y 向 C=22335N 查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) P770, 本設(shè)計(jì)選 G 系列滾珠絲杠副滾珠絲杠副G4010-3,其參數(shù)如下： 公稱直徑 dm=32mm 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 滾珠直徑 DW=5.9mm 絲杠螺旋升角 3 39 額定動(dòng)載荷 Ca=26045 額定靜載荷 Coa= 67972 選取絲杠精度等級(jí)為 3 級(jí)。 3. 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 為 )( tg tg (4.7) 式中： 為絲杠螺旋升角， 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f 0.003 0.005, 其摩擦角約等于 01 。 所以， 96.0)01933( 933)( tg tgtg tg 4. 定位精度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向剛度會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機(jī)床定位精度的一半。滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形、絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對(duì)縱向變形的影響更小，可忽略不計(jì)。螺母座只要設(shè)計(jì)合理，其變形量也可忽略不計(jì)，只要滾珠絲杠支承的剛度設(shè)計(jì)得好，軸承的軸向接觸變形在此也可以不予考慮。 A 絲杠的拉壓變形量 1 滾珠絲杠應(yīng)計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量，其計(jì)算公式為 EALFm1 (4.8) 式中： 1 為在工作載荷作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量（ mm）； Fmax 為絲杠的工作載荷 (N)； L 為滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度 (mm)； E 為材料彈 性模量，對(duì)鋼 E 20.6104MPa； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 A 為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（ mm2）；“”號(hào)用于拉伸，“ ”號(hào)用于壓縮。 根據(jù)滾珠直徑 DW 5.9mm， 螺紋的滾道曲率半徑 R=0.52 DW=0.52x5.9=3.068mm 滾珠直徑 DW=8MM 偏心角 3 . 0 6 8 5 . 90 . 7 0 7 0 . 7 0 7 0 . 0 8 3 m m22WRDe 螺桿小徑 1 2 2 3 2 2 0 . 0 8 3 2 3 . 0 6 8 2 2 6 . 0 3 m mwd d e R 滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積 21 3 . 1 4 2 6 0 . 3 2 5 3 1 . 8 9 m m44dA 其中， dm 為絲杠公稱直徑。 d1 為絲杠底徑。 取 X 向進(jìn)給的絲杠長(zhǎng)度 L 1320mm， Y 向進(jìn)給的絲杠長(zhǎng)度 L 1320mm。 所以， X 向： 1 43 3 0 1 3 2 0 3 . 9 u m2 0 . 6 1 0 5 3 1 . 8 9 Y 向： 1 46 1 6 1 3 2 0 7 . 4 u m2 0 . 6 1 0 5 3 1 . 8 9 B絲杠與螺 母間的接觸變形量 2 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長(zhǎng)度無關(guān)。其計(jì)算公式： 2 mCFK (4.9) 式中： Fm 為滾珠絲杠的工作載荷（ N）； CK 為絲杠副的接觸剛度 ,查表取 CK =1043N/m。 所以， X 向： cx=330/1043=0.3um Y 向： cy=616/1043=0.6um 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 絲杠的總的變形量 21 應(yīng)小于允許的變形量。一般 不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。 因?yàn)椋?X 向 ： =1+2=3.9+0.3=4.2um Y 向： =1+2=7.4+0.6=8.0um 取絲杠精度等級(jí)為 3 級(jí)，其有效工作行程內(nèi)的誤差為 22m(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) P752)，加上絲杠副的總變形量 4.2m、 8.0m.，可以滿足機(jī)床的 定位精度的要求。 5、壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 FK 21120Kf E JFKL (4.10) 式中： J 為絲杠軸最小截面慣性矩 （ m4） ，對(duì)絲杠圓截面 4264dJ ，（ d2 為絲杠底徑，201 .2 wd d D）； L 為絲杠最大工 作長(zhǎng)度（ m）； E 為材料的拉、壓彈性模量，對(duì)鋼 E 2.1 1011Pa； f1 為絲杠支承方式系數(shù)。本設(shè)計(jì)中，絲杠為長(zhǎng)絲杠，故支承方式選用一端軸向固定一端游動(dòng)，即 1f 2； 1K 為安全系數(shù)，取 1K =1/3 42d64J 4 83 . 1 4 0 . 0 2 8 1 . 8 1 064 所以： 2 1 1 42 3 . 1 4 2 . 1 1 0 0 . 0 2 8 1 8 1 5 0 N3 1 . 1 7 1 . 1 7KF 臨界載荷 KF 遠(yuǎn)大于絲杠工作載荷 mF （ mxF =330N, myF=616N），因此滾珠絲杠不 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 會(huì)失穩(wěn)。 4.4 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 4.4.1 初選導(dǎo)軌型號(hào) 導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，根據(jù)縱向最大動(dòng)載荷 C=11965N,橫向最大動(dòng)載荷 C22335N，通過查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2.9-38 P893，初選 4 條導(dǎo)軌的型號(hào)都為 GTB16。其參數(shù)如下： X 方向 =30， l=1230 Y 方向 =40， l=1230 4.4.2 計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計(jì)算： 滾動(dòng)體為球時(shí) : 350 a T CWC f fLFf ( 4.11) 式中： L 為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ km）； aC 為額定載荷（ N），從機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2-10 查得 X 方向 Ca=25500N, Y 方向 aC 37800N； Tf 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過 1000C 時(shí)， Tf 1； Cf 為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí) Cf 0.81； Wf 為載荷 /速度系數(shù)，無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合 min/mv 15 時(shí)，Wf 1.2。 F 為每個(gè)滑塊的工作載 荷（ N）。 X 向： 330 8 2 . 5 N44mFF Y 向： 616 1 5 4 N44mFF 所以， X 向： 38255005 0 4 . 5 1 0 k m8 2 . 5 1 1 0 . 8 1 1 . 2L 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 Y 向： 38378005 0 2 . 2 1 0 k m8 2 . 5 1 1 0 . 8 1 1 . 2L L 均大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的滾動(dòng)導(dǎo)軌副可采用。 4.5 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為 “步距角 ”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào) 速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 7.5 度 或 15 度； 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 1.5 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 1.8 度而五相步進(jìn)角一般為 0.72 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： 1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%，且不累積。 2. 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以 上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常。 3. 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 致力矩下降。 4. 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 4.5.1 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載 ,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳 動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算問題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本設(shè)計(jì)需要對(duì)絲杠 ,工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。 1. 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS的折算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 44 07 . 8 1 0SmJ D L (4.12) 其中 DW為絲杠公稱直徑（ cm） , L0為絲杠有效行程（ mm） JS=7.8x10-4x3.24x200=16.36kg.cm3 2. 工作臺(tái)質(zhì)量 JG 的折算 工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 JG 可按下式進(jìn)行計(jì)算： MLJ G 20 )2( (4.13) 式中， L0 為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺(tái)質(zhì)量（ kg）。 所以， X 向： 220 . 8 1 5 0 2 . 5 k g . c m2 3 . 1 4GJ Y 向： 220 . 8 2 8 0 4 . 7 k g . c m2 3 . 1 4GJ 3. 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 計(jì)算 X 向： J =JS+JG=16.36+2.5=18.86kg.cm2 Y 向： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 J =JS+JG=16.36+4.7=21.06kg.cm2 4.5.2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： m a x 0afM M M M 見 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) P343 式中： M 為空載啟動(dòng)力矩（ Ncm）； Mamax 為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（ Ncm）； Mf 為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（ Ncm）； M0 為由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（ Ncm）。 有關(guān) M 的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下： 1. 加速力矩 2m a xm a x 2 1060a nM J J t (4.14) m axm ax 360bpvn (4.15) 式中：為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為電機(jī)最大角加速度；maxn為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī) 最大轉(zhuǎn)速； t 為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間，maxv為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度； b 為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角；p為脈沖當(dāng)量。 1 8 0 0 0 . 4 5 2 2 5 r / m i n0 . 0 1 3 6 0n X 向： 2m a x1 8 . 8 6 2 3 . 1 4 2 2 5 1 02 4 6 . 7 5 N . c m6 0 0 . 0 1 8aM Y 向： 2m a x2 1 . 0 6 2 3 . 1 4 2 2 5 1 0 2 7 5 . 5 3 N . c m6 0 0 . 0 1 8aM 2. 空載摩擦力矩 02f Gf LM i (4.16) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 式中： G 為運(yùn)動(dòng)部件的總重量； f 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i 為傳動(dòng)降速比； 為傳動(dòng)系數(shù)總效率，取 0.8； 0L 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。 X 向： 1 5 0 9 . 8 0 . 8 0 . 0 0 5 1 . 2 N . c m2 3 . 1 4 0 . 8 1fM Y 向： 2 8 0 9 . 8 0 . 8 0 . 0 0 5 2 . 2 N . c m2 3 . 1 4 0 . 8 1fM 3. 附加摩擦力矩 2000012PLM i (4.17) 式中： 0P 為滾珠絲杠預(yù)緊力， 0P = xF /3； 0 為滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，現(xiàn)取 0 0.9。 X 向： 203 3 0 0 . 8 1 0 . 9 3 . 3 N6