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1、目 录 摘要 1 关键词 1 Abstract 1 Keywords 1 1 绪论 1 1.1 设计背景 1 1.2 设计内容 1 2 液压缸的设计 2 2.1 活塞杆的设计 2 2.1.1 静强度计算 2 2.1.2 活塞杆稳定性校核 3 2.2 缸筒的计算 4 2.3 液压缸的选取 4 3 液压源的设计 5 3.1 液压泵的选取 5 3.2 电动机的选取 5 3.3 油箱的设计 6 4 液压控制系统的设计 7 4.1 液压回路的设计 7 4.2 回路工作过程分析 8 4.3 液压控制元件的选取 9 5 机架的设计 10 5.1 结构设计 10 5.2 机架强度校核 11 6 电气控制系统的
2、设计 13 6.1 电气原理设计 13 6.2 电气系统工作过程分析 15 6.3 电器元件的选择 16 6.4 整机安装调试 17 7 总结 17 参考文献 19 致谢 19一种小型压力机的设计摘要：压力机是通过其压头对工件施加压力而达到加工目的的机床。该文从液压缸、液压 源、液压控制系统、机架、电气系统五个方面简述了一台小型压力机的设计过程。液压缸 采用双作用单杆活塞液压缸，液压源采用分立式液压源。快进时液压缸为差动式连接，工 进时液压缸有杆腔存在背压，工作稳定。机架采用单臂式结构。电气控制系统具有点动、 连动功能，控制方式为行程控制，控制准确。用户使用方便、操作简单。该机型在工业生 产中
3、应用较广，体积小巧，结构简单，具有一定的市场前景。 关键词：液压；压力机；调速；循环动作Design of a mini punching machine Student majoring in mechatronics Tian Yu Tour Wang Dongfeng Abstract: Punching machine is a kind of set which reach presswork by export force through the pressure head. The essay describe a micro punching machine design pr
4、ocess by five aspect , hydraulic cylinder, hydraulic source, hydraulic control parts, frame, electrical control system. It uses the double acting single rod hydraulic cylinder, independent hydraulic source. The hydraulic cylinder is in differential motion circle when the pressure head is fast feed a
5、nd the rod chamber has an extra pressure while the pressure head is in working feed，this made it work steadily. The frame is single-arm style. The electrical control system has the crawl and linkage function and the control mode is stroke control. It is convenient for works to use and easy to contro
6、l, its very accurate. The punching machine has a wider use in industrial production, and its volume is every small, fracture is simple, which has a better market forward. Keywords: hydraulic；punching machine；adjust speed；circle motion1 绪论 1.1 设计背景 在工业生产中使用着各种各样的压力机，有曲柄压力机、油压压力机、水压机、摩擦式压 力机、空气锤、蒸汽锤。市
7、场上压力机的型号较多，已成为一种通用机械，基本上能满足 生产的需要。但有时仍需工厂自行设计压力机以满足大批生产的需求。 常见压力机的工作过程如下：将工件置于工作台上（一般需要预先安装夹具） ；压头快速下 降（快进） ；压头碰到工件后转为低速下降（工进） ；低速下降至压力加工完成系统压力升 高到最大值；压头快速上升（快退） ；其工作程中要求能随时停止进给，以确保安全。液压 系统应有过压保护，以防损坏机床。 1.2 设计内容 根据现有的生产状况拟定该油压压力机的主要技术参数为：额定压力30kN，压头行程 150mm，压头工进下降速度50mm/s。 本设计定位为小型油压压力机，用于普通压力加工，如装
8、配滚动轴承、销轴、压扁套管。 为扩大其适用范围，便于细长工件的压力加工，机架结构采用单臂式。采用标准型号的液 压缸可以避免生产制造对精密内孔加工机床的需求，有利于组织生产。为减少液压油温升 引起的机床热变形，采用液压源与机架分离的设计方案，便于用户充分利用厂区内闲置的 液压泵站，减少购机成本。 液压控制系统采用电磁换向阀，减少工人手动操作的劳动强度，同时也便于实现自动控制。 电气控制系统要求具有点动与循环动作功能，工人可以根据工件的特点灵活选用压力机的 动作方式，既方便又省力。为了保证运动的准确性，电气控制系统的控制方式应选为行程 控制。 该压力机由液压缸、液压源、液压控制系统、机架、电气系统
9、五部分组成，下面依次对各 个系统进行分析计算。 2 液压缸的设计 由图2-1压力机工作简图可知，液压缸应选用双作用单杆活塞液压缸。2.1 活塞杆的设计 从工作简图可以看出：油液压力通过活塞杆作用于工件上，当忽略缸壁摩擦时油液对活塞 的压力与工件对塞杆的反作用力平衡。活塞杆所受反作用力的大小为压力机的额定压力 F=30000N。活塞杆两端都有螺纹以便安装压头和活塞，直径尺寸变化小。用棒料作为毛坯 加工余量小。鉴于活塞杆受力较大，选用45钢，最终热处理为调质。2.1.1 静强度计算 查设计手册知：45钢的屈服极限 S=353MPa。取活塞杆安全系数 n=2.活塞杆的许用应力为：近似取 =170MP
10、a 活塞杆的最小横截面积为：活塞杆最小直径为：该液压缸工作时用无杆腔作为工作腔，一般的齿轮式液压泵输出压力在16MPa 左右。取 P=12MPa，活塞的最小横截面积为：活塞最小直径为：为保证压力机的通用性，活塞的行程选为150mm。 活塞杆的最小导向长度为：2.1.2 活塞杆稳定性校核 由于活塞杆工作时受压，其破坏形式可能为挠性弯曲，需要对活塞杆进行稳定性校核。当 活塞杆完全从缸筒中伸出且正处于额定工作压力时，活塞杆柔度最大，此时是最危险的工 况。 对于圆截面的活塞杆，其惯性矩为：惯性半径为：根据活塞杆的工作情况构建力学模型，考虑到活塞杆端部对工件施加压力时可能由于工件 的随机移动而发生横向位
11、移，活塞杆下端应简化为自由端。上端应简化为固定端。力学模 型如图2-2所示。 查设计手册得：柔度系数 =2，活塞杆的柔度： 对于45钢，E=206GPa。 则 因为 所以在此工况下，活塞杆属于中柔度杆。 其许用压力为：活塞杆稳定性足够。 2.2 缸筒的计算 缸筒毛坯采用灰铸铁铸造，然后机械加工、表面淬火、磨内孔。材料为 HT150。查手册得 灰铸铁 HT150的强度极限=150MPa。取安全系数 n=2，材料的许用应力为：缸筒内部承受压强，筒壁处于二向应力状态，可将其视为薄壁圆筒。最大正应力为：则最小壁厚为：由数据可知：内压不是限制最小壁厚的条件。根据铸造技术规范，铸铁件壁厚至少为 810mm
12、 时才不会出现浇不透、冷隔、裂纹等缺陷。 2.3 液压缸的选取 为了方便往压力机机架上安装液压缸，应选用头部法兰式液压缸。且杆径 d15mm，活塞 直径 D55mm。对照产品目录，选取 UYTF1063X150-12型双作用单杆活塞液压缸。该产品 属于冶金用液压缸，常规工作温度为（-35+100） ，安装形式为头部法兰式。活塞杆端连 接方式为外螺纹，缸径 63mm，杆径 45mm，行程150mm，额定压力12MPa。工作介质 为矿物油。头部法兰固定孔为813,孔中心轨迹 155，法兰盘外径 180mm。收缩状态活 塞杆伸出长度88mm，缸筒最大外径 126mm。活塞杆螺纹 M302，高压油管接
13、口螺纹 M271.5。 实际选择的液压缸活塞杆直径为 45mm，远大于计算值 15mm，这样可以大大提高系统 的刚度。 无杆腔活塞面积：有杆腔活塞面积：压力机工进时，无杆腔作为工作腔。忽略有杆腔的回油背压，输入液压油的额定压力为：3 液压源的设计 液压源由液压泵、电动机、油箱及附件组成。电动机带动液压泵转动，使液压泵在吸油管 处形成真空度，液压油在大气压力的作用下进入液压泵吸油腔。在两齿轮的啮合处，液压 油受挤压而从出油口排出。油箱用来容纳液压油。 3.1 液压泵的选取 根据压力机的使用特点，初选压头工进下降速度为50mm/s，则工进时无杆腔的最大进油流 量为：综合考虑管路、阀体的压力损失和缝
14、隙油液泄漏。初步拟定液压泵的额定压力为10MPa， 额定流量10L/min。由于该液压源属于中低压类型，应选用外啮合齿轮式液压泵。齿轮泵是一种最常用的液压泵，其结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸特性好、 对油液污染不敏感、工作可靠。其压力脉动对压力机的正常工作影响不大，可以在小型压 力机上使用。 对照产品目录，选取 CB-FC10-1S-85-L 型外啮合齿轮泵。该型号齿轮泵采用铝合金压铸泵 体，轴向密封采用浮动式压力平衡侧板，公称排量10mL/r。轴连接形式为平键，矩形法兰 安装，旋转方向为右旋。额定压力16MPa，最高压力20MPa。额定转速2000r/min,最低 600
15、r/min。容积效率90，总效率81。轴向全长168mm，输入轴 20h7，平键6628， 固定孔中心距130mm，进油口螺纹 M332，出油口螺纹 M272。 要使液压泵的输出流量达到10L/min，转速为：液压泵输出功率为：液压泵输入功率为：3.2 电动机的选取 此液压源的电动机空载启动、连续运行，但负载为间歇式。工作冲击较小，不需要调速、 制动和反转。对转速恒定性要求不高，通风散热良好。三相鼠笼式异步电动机价格低、性 能好、维修方便，电气控制也比较简单，工厂中都接有三相交流电源，适合于液压泵站使 用。 对照产品目录，选取 Y2-112M-6型三相异步电动机。该机型额定功率2.2kW，额定
16、电流 5.6A，额定转速940r/min，效率79，功率因数0.76，最大转矩2.1TN，堵转电流6.5IN，空 载噪声65dB,转子转动惯量0.0138kg?m2,质量45kg, 机座中心高112mm，电动机轴向全长 400mm，外壳外径 240mm，机座固定螺孔横向中心距190mm，纵向140mm，机座横向长 230mm，纵向长180mm，轴伸长度60mm，输出轴端面距机座近轴端面70mm，伸出轴直径 28mm，键槽宽8mm，槽深3mm。 电动机的额定转矩为：电动机输出的最大转矩为：由于该液压泵的理论转速为1000r/min，与电动机的额定转速相差不大，可直接采用联轴器 作为电动机与液压泵之间的传动部件。这种设计具有体积小、效率高、安装方便的优点， 成本较低。联轴器一端轴孔为 28mm，键槽宽8mm，与电动机输出轴相连接。另一端轴孔 为 20mm，键槽
