液压弯轨机毕业设计.doc

本科毕业论文液压弯轨机整机设计THE DESIGN OF HYDRAULIC BENDING MACHINE学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 机设09-10班 学生姓名： xxx 指导教师： xxx 2013年 6 月 10日液压弯轨机设计摘要 液压弯轨机具有结构紧凑、重量轻、密封性能好、使用方便、安全可靠， 可以在很大程度上降低工人的劳动强度，提高工作效率，改善轨道施工、维护质量。在设计中，缸体和端盖的连接方式采用整体车削成型。截止阀和调压阀都考虑了缸体的整体尺寸，为了达到精简尺寸的目的，都采用了比较简单的结构。设计大小缸的活塞杆和活塞密封时，都采用了Y型密封圈，而在选择缸体底部的密封时采用了O型密封圈。液压缸的活塞杆与活塞的结构设计同平常的设计一样，在端盖上加了导向环,在活塞上都加了支承环，但活塞杆与活塞的连接采用的是过盈连接。在设计小缸时，采用了与螺栓相同的结构，通过螺栓的螺纹实现小缸与缸体的连接。关键字：调压阀，截止阀，泄露，动密封THE DESIGN OF HYDRAULIC BENDING MACHINEABSTRACTHydraulic bending machine has compact structure, light weight, good sealing performance, easy to use, safe and reliable, can greatly reduce labor intensity and improve work efficiency, improve rail construction, maintenance quality. The graduation design of the cylinder and end caps connection uses the whole turning molding. In designing the butterfly valves and regulator, I consider the overall size of the cylinder, in order to achieve the purpose of streamlining the size, both adopt a relatively simple structure. In designing the piston and cylinder sealing, both adopt the Y-ring, but in the bottom of the cylinder seal, I choice the O-ring. The piston rod and piston of the hydraulic cylinder have the usual structure, Increase the guide ring in the cover and the support ring in the piston, but Interference Fit is used to connect the piston rod and piston. In designing the small cylinder, I choice the same structure as the bolt, connecting the small cylinder and the cylinder with the bolt Whorl.KEYWORDS: valve, globe valve, leakage, dynamic seal II目录摘要（中文）I摘要（英文）II1液压系统介绍11.1液压传动的概念和原理11.1.1液压传动的概念11.1.2液压弯轨机的工作原理11.1.3液压系统的基本组成21.2 液压传动的特点和运用21.2.1液压传动的主要优点21.2.2液压传动的主要缺点31.2.3液压传动在机械行业中的应用31.3 液压技术的发展现状及趋势41.3.1 液压弯轨机的研究现状41.3.2液压技术的发展趋势42 液压系统的设计与计算62.1确定设计参数与设计要求62.2 确定38kg/m的轨道工字钢的最大弯轨力与尺寸分配62.3液压缸主要零件的结构、材料及技术要求72.3.1 缸体72.3.2 活塞82.3.3 活塞杆82.3.4 活塞与活塞杆的密封、导向和防尘82.4 液压缸的设计计算82.4.1大液压缸的缸径设计计算82.4.2 小液压缸的缸径设计计算102.4.3 压杆的长度设计计算102.4.4液压缸的壁厚设计计算102.4.5 活塞杆的压杆稳定性和强度校核112.5 弹簧的设计计算122.5.1弹簧的分类122.5.2弹簧的材料132.5.3回程弹簧的选择与校核142.5.4调压阀弹簧的选择与校核152.5.5单向阀阀弹簧的选择162.5.6转动脚弹簧的选择162.6 活塞杆与活塞的过盈连接的设计计算172.6.1 过盈连接的特点及其运用172.6.2过盈连接的工作原理及装配方法172.6.3过盈连接的设计计算182.6.4 确定包容件加热及被包容件冷却温度193 螺旋传动设计计算203.1螺旋传动的类型和应用203.2滑动螺旋的结构和材料203.2.1滑动螺旋的结构203.2.2螺杆和螺母的材料213.3滑动螺旋传动的设计计算21总结24致谢26ii1液压系统介绍1.1液压传动的概念和原理1.1.1液压传动的概念 流体传动可以分为气压传动液液体传动。按工作原理不同，流体传动又可以分为液力传动和液压传动，前者是利用流体的动能传递动力的，后者是利用液体的静压力进行能量的转换和传递动力的，因而称之为静压传动。液力传动又称液压传动,是以液体为工作介质，靠叶轮与液体之间的液体动力作用来传递能量的流体传动。叶轮将动力机(内燃机、电动机、涡轮机等)输入的转速、力矩加以转换，经输出轴带动机器的工作部分。液体与装在输入轴、输出轴、壳体上的各叶轮相互作用，产生动量矩的变化，从而达到传递能量的目的。液力传动与靠液体压力能来传递能量的液压传动在原理、结构和性能上都有很大差别。液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系，构件间不直接接触，是一种非刚性传动。1.1.2液压弯轨机的工作原理 液压弯轨机原理如图1-1：图1-1 在液压弯轨机工作时，当压下压杆时，小活塞缸4的油腔形成局部真空，油箱3中的油液在大气压的作用下，顶开单向阀7，经吸油管进入小缸的油腔，此时单向阀1处于关闭状态。当提上压杆时，小缸4的油腔受到挤压，压力升高，迫使单向阀7关闭，单向阀1被打开而向工作腔输送压力油，推动工作缸的活塞杆向上运动，当压杆停止运动时，此时工作腔内为高压油，迫使单向阀1关闭，而截止阀2始终处于关闭状态，即可以一直在工作缸5内形成高压油腔，推动活塞杆一直向上运动，完成弯轨的工作过程，当弯轨结束时，打开截止阀2，高压油通过截止阀流会油箱。因为铁轨弯曲是不可恢复弯曲，即当高压缸的油液回流部分后，工作腔的油压会立即下降，由于油液有一定黏性，油液不能完全流回油箱，此时工作腔内的回程弹簧有初始压缩量，可以提供回油力，即完成油液的全部流回油箱。1.1.3液压系统的基本组成由若干液压元件和管路组成以完成一定动作的整体称为液压系统。分析一般液压系统的原理图，可以看出液压系统是由以下几部分组成的：(1) 动力元件：把机械能转换成液压能的装置，由泵和泵的其它附件组成，最常见的是液压泵，它给液压系统提供压力油。(2) 执行元件：把液压能转换成机械能带动工作机构做功的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达、(3) 控制元件：对液压系统中油液压力、流量、运动方向进行控制的装置，主要是指各种阀。(4) 辅助元件：由各种液压附件组成，包括油箱、油管、管接头、滤油器、压力表蓄能器、加热器、冷却器等。(5) 工作介质：液压系统中工作介质为液体，通常是液压油，它是能量的载体，也是液压传动系统最本质的组成部分。系统没有工作介质也就不能构成液压传动系统，其重要性不言而喻。考虑到液压弯轨机为小型工程机械，其液压系统的组成部分可以以其他方式出现，如用手摇液压缸代替液压泵为工作缸供应高压油等。1.2 液压传动的特点和运用1.2.1液压传动的主要优点 液压传动的优点如下：(1)在同等的体积下，液压装置可以比电气装置产生出更多的动力，由于液压系统中的压力能比电枢磁场力大出3040倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。(2)液压装置工作比较平稳，由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的转向。(3)液压装置能在大范围内实现无极调速，还可以在运行的过程中进行调整。(4)液压传动容易实现自动化，这是因为它对液体压力、流量或方向易于进行调整的缘故。(5)液压装置易于实现过载保护，液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。(6)由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。(7)用液压传动来实现直线运动比用机械传动简单。(8)液压系统一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。 1.2.2液压传动的主要缺点 液压传动也有其缺点，主要表现在以下几个方面：(1)液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油液的可缩性和泄露性等原因造成的。(2)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等)，长距离传动时更是如此。(3)液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很容易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。(4)为了减少泄露，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它额造价较贵，而且对油液的污染性比较敏感。(5)由于液体流动的泄露较大，所以效率较低。(6)液压传动要求有单独的能源。(7)液压传动出现故障时不易找出原因。1.2.3液压传动在机械行业中的应用 驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。 在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：1）进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。2）往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。3）仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。 其精度可达0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。4）辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。5）静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其他机械工业部门的应用如下：1.工程机械 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等 2.起重运输机械 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等 3.矿山机械 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等 4.建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机等 5.农业机械 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等 6.冶金机械 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等 7.轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 8.汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等1.3 液压技术的发展现状及趋势1.3.1 液压弯轨机的研究现状 到目前为止我过此行业的已进入成熟阶段，有多个厂家设计和制造出了有相关功能的产品，像KWPY300液压水平弯轨机KWPY600/ KWPY300液压弯轨机等，这些产品大多具有相近的性能参数，包括最大弯轨规格24kg/m最大弯轨力300KN活塞最大行程70mm整机质量65kg，总的来说此种产品的功能基本稳定，使用方便。1.3.2液压技术的发展趋势 当前液压技术的发展主要集中在以下7个方面：（1） 提高效率： 液压传动作为动力传动装置, 包含了从机械能转换到液压能、液压能传输和从液压能再转换到机械能并对外做功的过程; 因此, 在能量转换和传输过程不可避免地存在能耗问题, 其系统总效率等于液压泵站的效率、系统传输效率和执行机构效率3 者的乘积。一般液压传动的效率为50% 70% , 而某些行走机械上其效率则不到10% 。因此, 提高效率是液压技术必需解决的重要问题, 也是提高其竞争力的有效措施。（2） 注重系统设计： 近年来, 随着科技进步, 新材料、新工艺、新技术和先进设计理念的应用, 液压元件的质量、性能、可靠性、使用寿命都有了很大提高。液压传动系统的应用除了注重选用高质量的液压元件外, 也更加注重系统整体匹配的合理性。液压系统设计的合理性、先进性直接影响到可靠性、节能、环保、使用寿命、成本以及维护性能等。（3） 注重环保： 液压系统噪声大、泄漏污染环境多年来一直是液压技术难以解决的两大难题, 这极大地影响了液压技术的竞争力。在实现新型工业化的过程中, 噪声、环保问题已经引起社会和生产企业越来越大的关注, 液压技术必须走低噪声、无污染的发展方向。（4） 提高工作压力：提高工作压力将使液压元件重量减轻、体积减小,也就使功率质量比和功率体积比提高, 这对于在重量、体积方面有严格求的航空、航天、行走机械和船舶等工程领域的应用显得更为重要, 这将使主机实现轻量化、小型化、节能化。 提高工作压力是一种必然趋势, 但也对液压元件和统设计、结构强度、机械加工等提出了更高要求,而且功率损失所产生的发热问题更严重; 此外, 为保证高压系统的安全性和可靠性, 需要研制新的密封材料和密封结构。因此, 确定液压系统工作压力要根据现有技术、产品, 对重量、体积、可靠性、成本、性能和系统发热等因素进行综合考虑。（5） 机电一体化： 液压技术与电子技术、控制技术、计算机技术和网络技术相结合, 实现机电一体化集成, 并向自动化、智能化和网络化方向发展。液压元件和电子技术进一步“融合”, 发展带内藏电子线路的液压元件。如带内藏电子控制器的比例阀和伺服阀, 阀体上集成了电子信号放大、处理、调节和功率驱动电路, 可节省插件和导线, 提高可靠性、降低成本, 而且便于安装、调试和维护。（6）故障诊断与主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修, 发展到故障预测, 即发现故障苗头时, 预先进行维修, 清除故障隐患, 避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术, 必须加强液压系统故障诊断方法的研究, 使液压系统故障诊断现代化, 加强对专家系统的研究, 总结专家知识, 建立完整的、具有学习功能的专家知识库, 利用计算机根据输入的现象和知识库中的知识, 经推理机的推理方法, 推算出引起故障的原因, 提出维修方案和预防措施。进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用软件, 对不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。此外, 还应开发液压系统自补偿系统, 包括自调整、自润滑、自校正, 在故障产生之前进行补偿, 这是液压行业努力的方向近十余年来, 由于液压技术借助微电子技术, 大力发展电液传动与控制, 使液压技术产生新的活力。展望未来, 液压传动的主要竞争者是电气传动和机械传动。在当今科学技术飞速发展的情况下, 液压技术必须充分发挥自身优点和借鉴其他领域的先进技术成果, 不断创新, 以提高液压元件和系统性能, 降低成本, 并符合节能、环保和可持续发展的要求, 才能保持强大竞争力并不断扩大应用领域。2 液压系统的设计与计算2.1确定设计参数与设计要求（1）最大弯轨油压P30Mpa(最大弯轨力F50KN)（2）弯曲半径R2m（3）手柄操作力F400N（4）活塞行程H70mm（5）适用钢轨规格38kgm （6）整体长约800mm2.2 确定38kg/m的轨道工字钢的最大弯轨力与尺寸分配 查38kg/m钢轨的性能参数： 材料为45Mn（优质碳素结构钢） =600Mpa =36.7 简化材料力学模型如图2-1：图2-1由简化模型可把钢轨的弯曲看成悬臂梁純弯曲 则 且 由材料力学知识可知最大弯矩在中间支点处 由前面几何关系可知 由设计任务书可知 =70mm 此时取 则 此时取 则由杠杆定律可知 2.3液压缸主要零件的结构、材料及技术要求2.3.1 缸体液压缸的缸体常用的常用材料为20、35、45号无缝钢管。因为20号钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头等件需要焊接时，则应采用焊接性能较好的35号钢，粗加工后调质。一般情况下应采用45号钢，并应调质倒241285HB。则此次设计大缸缸体采用45号钢，并在粗加工后调质到241285HB。考虑到液压缸的整体结构，整个缸体的材料采用Q235，小缸的缸体的材料与螺栓的材料一致，也采用Q235。取大缸缸盖与大缸缸体的连接可采用一体车削成型，如图2-2图2-22.3.2 活塞液压缸活塞常用材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢（有的在外径上套有尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛的耐磨环）及铝合金等。设计活塞杆与活塞连接为过盈连接，活塞需要较大的屈服强度，则活塞采用65Mn。并在粗加工后调质到4555HRC2.3.3 活塞杆 活塞杆有实心杆与空心杆两种，但考虑到受力较大，空心杆影响压杆稳定，所以此次设计时采用实心杆。实心活塞杆的常用材料为35、45号钢。考虑到45号钢的屈服极限较高，所以此次设计大缸的活塞杆采用45号钢，并在粗加工后调质到229285HB。小缸的活塞杆与活塞结构上为一体，则小缸的活塞杆的材料也采用45号钢，并在粗加工后调质到229285HB。2.3.4 活塞与活塞杆的密封、导向和防尘大缸的活塞密封采用Y型密封圈密封和支承环导向，大活塞杆采用O型密封圈防尘可支承环导向小缸的活塞杆采用Y型密封圈密封和O型密封圈防尘，考虑到小缸活塞杆的行程较短，不需要外加导向零件调压阀和截止阀的阀体密封也采用Y型密封圈密圈来防止泄露。2.4 液压缸的设计计算2.4.1大液压缸的缸径设计计算 查参考文献5液压设计手册知，小型工程机械的工作压力在1016Mpa =1.5现分别计算几组数据，以取较优尺寸。D为缸径，d为活塞杆直径 设计初始油压为 取D=63mm 设计初始油压为 取D=80mm 设计初始油压为 取D=50mm 比较上述计算结果，考虑到整个液压弯轨机的设计尺寸，选取则工作时大液压缸的工作压力约为P=16Mpa 圆整取考虑到活塞上要支承环和Y型密封圈安装尺寸、活塞杆与活塞过盈连接需要的配合长度，取活塞长度为35mm。2.4.2 小液压缸的缸径设计计算 设计小缸压杆工作25次大活塞杆达到预定行程(70mm) 设计小缸的行程为H=20mm 此时取 2.4.3 压杆的长度设计计算 设计任务书要求：手柄操作力F400N 简化力学模型为图2-3 图2-3由杠杆定律可知 在设计的尺寸时，考虑到缸体的尺寸，取 则 2.4.4液压缸的壁厚设计计算部分工程用液压缸的外径系列如表2-1表2-1缸径/mm液压缸外径/mmP16Mpa202531.540505050545060606063.5637676838380959510210290108108108114100121121121127110133133133140125146146152152140168168168168160194194194194 大液压缸的壁厚设计计算查参考文献5机械设计手册可知，对于低压系统液压缸的壁厚设计计算可按照薄壁圆筒计算则 其中为液压缸缸筒壁厚，为试验压力(=1.25P) ，=缸体材料的许用应力 ，为材料的抗拉强度 ，n为安全系数，一般取5。由前面设计可知缸体材料为45号钢，则=600Mpa P=16Mpa带入数据得 4.2mm考虑到刚体与缸筒套为螺纹连接，需要在缸体外表面车削螺纹，查阅螺栓的公称直径有M64的螺纹，所以设计缸体厚度为7mm，则缸体外表面车削螺纹符合条件，缸体壁厚强度也在安全范围内，即选取缸体外径为64mm 小缸的壁厚设计计算小缸的缸径D为18mm，材料为Q235 查阅资料Q235的=460Mpa带入上面的公式得 1.95mm同样在考虑到小刚的结构特点，小缸缸体是在螺栓上钻中心孔，即小缸缸体外表面也是要车削螺纹，在查阅螺栓的公称直径系列后去取M24的螺栓，螺纹高度H为0.5倍的螺距，即螺纹高度约为0.5mm，则缸体的实际壁厚约为2.5mm大于设计壁厚1.95mm，即取M24的螺栓合格2.4.5 活塞杆的压杆稳定性和强度校核 压杆稳定性校核 由装配图的安装尺寸得 L=270（取极限状态分析，实际小于270） 活塞杆直径d=30mm 材料为45号钢（属于中碳钢）查参考文献5机械设计手册 柔性系数m=85 末端条件系数n=1/4 活塞杆断面回转半径k=d/4 材料强度=340Mpa 实验常数a=1/5000活塞杆截面面积A= 则 此时用戈登-兰金公式计算临界载荷 比较和活塞杆的载荷, 即所以压杆稳定合格强度校核活塞杆受力为 =30KN 活塞杆直径d=30mm 查询45号钢的屈服极限 即强度合格2.5 弹簧的设计计算2.5.1弹簧的分类 弹簧按结构特征、工作原理或性能特点划分小类，在小类中又按结构、原理和用途分为不同系列，在每一个系列中，依据主要尺寸、参数、精度、材料或部分结构形状的不同区分品种。现列举几种主要弹簧类型如表2-2表2-2螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧非圆柱螺旋弹簧涡卷弹簧平面涡卷弹簧截锥涡卷弹簧蝶形弹簧蝶形弹簧 系列A、B、C膜片弹簧板弹簧等截面板弹簧变截面板弹簧橡胶弹簧柱型橡胶弹簧锥台型橡胶弹簧空心柱型橡胶弹簧空心锥型橡胶弹簧流体介质弹簧气体介质弹簧液体介质弹簧气-液复合介质弹簧扭杆弹簧其他弹簧油封弹簧卡簧蛇形弹簧线形弹簧环形弹簧 在参考各种弹簧的性能的参数后，此次液压弯轨机的设计所用弹簧均为圆柱螺旋弹簧。2.5.2弹簧的材料 弹簧的材料要求具有较高的抗拉强度、屈服强度、弹性模量、疲劳强度和冲击韧度，并要具有较好的工艺性能。高温环境下工作的弹簧材料要求具有一定的热稳定性。仪器、仪表弹簧要求恒弹性等性能。此次设计所用弹簧的材料均为40号钢2.5.3回程弹簧的选择与校核 此次设计的液压缸的活塞杆直径为30mm，活塞在缸体内的活动行程为70mm，考虑到回程弹簧的尺寸，在没安装弹簧的情况下，活塞的最大行程为120mm，即弹簧的压缩后长度为约为120mm，为了保证弹簧又初始的预紧力，弹簧还必须有一定的初始压缩量。其结构图为图2-4：图2-4查阅参考文献5机械设计手册 选择节距P=10mm，D=35mm，d=4 n=14 则c=D/d=8 材料为45号钢 则弹簧的初始压缩量为初始预紧力 弹簧的最大压缩量为 最大压缩力液压缸工作时活塞杆受力为30KN，远远大于弹簧的最大压缩力,所以不用重新设计液压缸的设计油压图2-52.5.4调压阀弹簧的选择与校核 调压阀的结构如图2-5在设计调压阀时，考虑到缸体的结构尺寸，为了达到结构紧凑，设计弹簧的压缩后长度左右。设计初始油压为16Mpa 油口直径为4mm 则高压油作用在钢球上的力F为：选取D=8mm，c=5，d=1.6mm，n=5 材料为40号钢 则初始达到设计油压16Mpa的压缩量为： 取 考虑到调压阀的螺纹p=1mm，即每当螺栓拎转一圈后入口油压增加1Mpa。2.5.5单向阀阀弹簧的选择单向阀控制油的走向，只允许低压油进入小油缸能阻止高压油流回油箱，为了达到这样的机能，其阀芯必须有压缩弹簧提供初始的压应力，以阻止高压油流回油箱。单向阀的结构如图2-6图2-6 设计初始参数D=8mm，d=0.8，c=10，n=7 设计初始油压为0.3Mpa，油口直径为4mm 则初始压缩量为： 2.5.6转动脚弹簧的选择 转动脚为活塞杆顶端的爪勾提供更好的灵活性，其结构如图2-7设计初始参数 D=5mm，d=1，c=5，n=6 则弹簧的初始压缩量为： 初始弹簧压缩力为： 图2-72.6 活塞杆与活塞的过盈连接的设计计算 2.6.1 过盈连接的特点及其运用过盈连接是利用零件之间的配合过盈来达到连接目的的。这种连接也叫干涉配合连接或紧配合连接。过盈连接主要用于轴和毂的连接、轮圈与轮芯之间连接以及滚动轴承与轴或座孔的连接等。这种连接的特点是结构简单、对中性好、承载能力达、承受冲击载荷性能好、对轴的消弱少，但配合面的加工精度要求高、拆装不便。2.6.2过盈连接的工作原理及装配方法过盈连接是将外径为被包容件压入内径为的包容件中。由于配合直径间有过盈量，在装配后的配合面上，便产生了一定的径向力。当连接承受轴向力或转矩时，配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷。过盈连接的装配方法有压入法和胀缩法（温差法）压入法是利用压力机将被包容件直接压入包容件中。由于过盈量的存在，在压入过程中配合表面微观不平度的峰尖不可避免的要受到擦伤或压平，因而降低了连接的紧固性。在包容件和被包容件分别制出导锥，并对配合表面进行润滑，可以减轻上述缺点。但对连接质量要求更高时，应采用胀缩法进行装配。即加热包容件或冷却被包容件，使之既可以方便装配，又可以减少或避免损伤配合表面，而在常温下即达到牢固的连接。胀缩法一般式采用电加热，冷却则多采用液态空气或固态二氧化碳。加热时应防止配合面产生氧化皮。加热法常用于配合直径较大时，冷却法常用于配合直径较小时。2.6.3过盈连接的设计计算 初始设计参数：活塞直径=50mm，连接长度l=30mm，活塞连接孔d=25mm，活塞杆为实心杆=0，摩擦系数f=0.2，活塞材料为65Mn，活塞杆为45号钢。1.确定压力P在F=30KN载荷的作用下，连接应具有一定径向压力P2.确定最小有效过盈量，选定配合种类 1）求满足上面P值得最小过盈量根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论，过盈连接所需最小过盈量为 其中、分别为包容件和被包容件的刚性系数D为配合的公称直径 因为活塞与活塞杆均为优质碳素结构钢钢，则=0.3 代入数据得 2）选定标准配合，确定标准过盈量设计在装配时采用胀缩法装配，则不需要考虑粗糙度的影响 则 考虑到所受的轴向力较大，由公差表选H7/t6配合，其轴的公差为，孔的公差为，则由此标准配合可能产生的最大过盈量；最小过盈量为大于，即选用的配合满足最小过盈条件。3.校核过盈连接的强度因所选标准配合可以产生足够的径向压力，故连接强度以保证。现只需校核连接零件本身的强度。已知连接所选配合的最大过盈量为254um，故装配后可能产生的最大径向压力为：查取包容件材料为65Mn的屈服极限，则由下式求得 因为，即活塞的强度足够查取被包容件材料为45号钢的屈服极限为，则由下式求得因为，即活塞杆的强度足够。2.6.4 确定包容件加热及被包容件冷却温度由于此次设计的过盈连接的直径较小，故在用胀缩法装配时采用冷却被包容件的方法进行装配。由机械设计可得冷却温度T为 其中 为装配时为了避免配合面互相擦伤所需的最小间隙。通常采用同样公称直径的间隙配合H7/g6的最小间隙为被包容件材料的线膨胀系数为装配环境的为温度查阅参考文献5机械设计手册可得，=25，=20代入数据得 即在装配时应先将活塞杆冷却至左右再进行装配3 螺旋传动设计计算3.1螺旋传动的类型和应用 螺旋传功是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。 根据螺杆和螺母的相对关系，螺旋传动的常用运动形式，主要有一下两种：一种是螺母移动，螺杆转动，多用于机床进给机构中；一种是螺母固定，螺杆转动并移动，多用于起重器或螺旋压力机中。螺旋传动根据用途的不同，可分为以下三种类型：1）传力螺旋。 它以传动动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力，如各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要承受很大的轴向力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，而且通常需要由反向自锁能力。2）传导螺旋。 它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋需要在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此要求具有较高的传动精度。3）调整螺旋。 它用于调整和固定零件的相对位置，如机床、仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺旋不经常转动，一般空载下调整。 螺旋传动根据螺旋副摩擦性质的不同，又可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋结构简单，便与制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低，磨损快、传动精度低等。相反，滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高，但结构复杂，特别是静压螺旋还需要供油系统。因此只有在高精度。高效率的重要传动中宜采用，如数控、精密机床、测试装置或自动控制系统中的螺旋传动等。本次设计采用滑动螺旋传动。3.2滑动螺旋的结构和材料3.2.1滑动螺旋的结构 螺旋传动的结构主要指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的共作刚度与精度等和支承结构由直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，可以利用螺母本身作为支承。当螺杆细长且水平布置时，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆的工作刚度。 螺母的结构有整体螺母、组合螺母和刨分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损产生的轴向间隙不能补偿，只适合咋精度要求较低的螺旋中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙和补偿旋合螺纹的磨损，避免反向传动时的空行程，常常采用组合螺母和刨分螺母。 滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以锯齿形和梯形运用最广。螺杆常用右旋螺纹。传力螺旋和调整螺旋要求自锁时，应采用单线螺纹。对传导螺旋，为了提高其传动效率及直线运动速度，可采用多线螺纹。此次设计采用的是锯齿形整体螺母。3.2.2螺杆和螺母的材料螺杆材料要有足够的强度和耐磨性。螺母材料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。常用材料如表3-1表3-1螺旋副材料牌号应用范围螺杆Q235 、 Q273 、45 、50材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn材料要热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料要热处理，以提高尺寸稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCuSn10Pl、ZCuSn5Pb5Zn5材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（铸铝青铜）ZCuZn25Al6Fe3Mn3（铸铝黄铜）材料的耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。尺寸较大的，螺母可采用钢或铸铁3.3滑动螺旋传动的设计计算设计初始参数：已知螺杆的工作载荷约为F=100KN。为了有良好的自锁性能，此次设计采用锯齿形螺纹，查阅参考文献5机械设计师上册图18-3可知锯齿形螺纹牙形半角=15，高径比=2。由机械设计师上册表18-10查取滑动螺旋副材料的许用比压=1318（8-10级精度），此次设计取=18。摩擦系数取f= 0.14.螺杆材料用40号钢，螺母材料用铸铁。1、从耐磨观点计算所需的中径选取=34.75mm 螺距P=7mm 公称直径： 2、自锁性的判断和螺母（为当量摩擦角）若，则满足自锁要