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1、摘要传统的摇臂钻床设计通常采用经验、类比的方法,但对其结构并未进行分析和计算,随着经济的快速发展,对大型摇臂钻床的需求越来越多,对其支承件进行参数化建膜与有限元件具有重要的意义。因此,本文对摇臂钻床支承件进行系统的受力分析,对其结构进行简化,确定了参数化建模需要的几何参数,设计了各支承件的参数输入界面,并编译了相应的程序模块,实现了摇臂钻床各支承件的参数化建模。基于Z3063X20/1型摇臂钻床支承件的结构,改进其薄弱环节得到四种不同结构的支承件,通过参数化建模生成各支承件的模型,分别利用ANSYS对各支承件进行有限元静力分析,得到各自的应力和变形分布图,对同一支承件的四种不同结构的应力和应变
2、情况进行对比,通过对比分析选出较为合理的支承件。并对较为合理的支承件进行模态分析,计算出各支承件的低阶固有频率和对应的振型,通过对计算结果的分析,给出各支承件动态性能的评价,并且找到零件的薄弱环节,为摇臂钻床支承件的结构设计提供理论依据,进而可以改善整机的动态性能。 关键词：摇臂钻床、分析、液压目录摘要I1 绪论11.1 课题选择的意义11.2 液压传动系统的特点12 液压系统的初步设计22.1 液压系统的设计步骤22.2 设计要求32.3 钻床对液压系统的要求33 液压系统方案设计33.1 制定调速方案33.2 制定压力控制方案43.3 制定顺序动作方案43.4 选择液压动力源53.5 绘制
3、液压系统图54 液压执行元件的设计计算与选用64.1 确定液压系统的主要参数64.1.1 钻床机床控制液压系统的主要设计参数74.1.2 初步估算系统工作压力74.1.3 系统工作流量的选择74.2 管道尺寸的确定74.3 各种阀类的选择84.3.1 换向阀的选取84.3.2 单向阀的选择84.3.3 减压阀的选择84.3.4 压力继电器的选择94.4 液压泵的选择94.5 液压泵驱动电机的选择104.6 液压马达的选取114.7 确定油箱的有效容积114.8 液压缸的载荷力计算115 系统性能验算125.1 沿程压力损失125.2 局部压力损失136 系统发热量的计算136.1 计算发热功率
4、136.2 计算散热功率147 液压系统安装、调试、维护157.1 安装前的技术准备工作157.1.1 液压元件质量检查167.1.2 液压辅件质量检查167.1.3 管子和接头质量检查、管接头压力等级应符合设计要求.177.2 液压管道的安装要求177.3 液压件安装要求197.3.1 泵的安装197.3.2 集成块的安装197.4 液压系统清洗20感言21参考文献22致谢24 / 文档可自由编辑打印1 绪论1.1 课题选择的意义液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压
5、流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递2。 P1/S1=P2/S2帕斯卡原理液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前
6、景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。1.2 液压传动系统的特点液压传动系统的主要特点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要特点： (1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观
7、大方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 (4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 (5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
8、 (6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 (7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。2 液压系统的初步设计液压系统以其高功率/重量比，响应快，低速特性好等特点而在不少系统当中扮演举足轻重的角色。液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。2.1 液压系统的设计步骤1）确定液压执行元件的形式；2）进
9、行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件；5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图，编制技术文件2.2 设计要求1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；4）各动作机构的载荷大小及其性质；5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；6）自动化程序、操作控制方式的要求；7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方面的要求。 2.3 钻床对液压系统的要求1) 卡盘卡紧，松开时动作要求平稳，在进行动做换向时不应有
10、冲击；2) 当卡盘卡紧后，液压缸机构应具有足够的保压能力，以防止因系统内泻而造成工件的脱落或当数控机床在加工零件是因为卡紧力不够而使工件轴向不垂直，加工零件尺寸出现偏差。3) 系统中要有减压装置，其作用为当卡盘接触工件时，系统压力忽然升高，为防止因压力过大而造成加上工件的事故发生，该系统在工作过程中因为恒压。4) 钻头工作时应没有冲击，爬行等不良现象。所以对系统的密封应有较高的标准。5) 为保证安全生产，避免忽然断电以及电机损坏等突发事件的发生，系统中应有连锁保压装置。3 液压系统方案设计3.1 制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换
11、向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，
12、需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统
13、中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。3.2 制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来
14、获得所需的工作压力。3.3 制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤
15、压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。3.4 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情
