小型压力机的设计.doc
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1、 机电液控制课程设计设计题目: 小型压力机课程设计 学生姓名: 学 号: 学 院: 专 业: 班 级: 指导教师: 目录摘要1第一章 液压缸的相关计算21.1 液压缸主要零件的材料的选取及主要依据21.2 液压缸的内径和活塞杆直径的相关计算21.3 液压缸壁厚的计算31.4 对活塞杆直径进行强度校核41.5 缸盖固定螺栓的计算41.6 缸体与缸盖采用螺纹连接时的应力计算51.7 活塞与活塞杆采用螺纹连接时的应力计算61.8 关于液压缸缓冲装置的说明71.9 关于液压缸排气装置的说明7第二章 计算和选择液压系统中其他元件72.1 计算液压泵的最大工作压力72.2 计算液压泵的流量72.3 确定液
2、压泵的规格和电动机功率82.4 确定阀类元件及辅件82.5 验算液压系统性能10第三章 液压系统原理图、硬件电路图及各阶段动作过程12第四章 PLC端子接线图及PLC梯形图15第五章 工作原理说明17第六章 关于本次课程设计的心得与小结18参考文献19摘要:本次课程设计是以此综合液压与气压传动、机电传动控制等相关课程的以此课程设计。本次课程设计的内容是设计一台小型压力机。通过可编程序控制器(PLC)对液压系统回路进行控制,从而使执行元件(液压缸)完成相应的快进、工进、快进的动作。同时利用PLC中的计时器,对快进动作限制为,对工进动作限制为,然后自动快退,直至回到原点。液压系统运行稳定,易于得到
3、相应电控制的特点在本设计中得到了应用。关键词:液压传动;可编程序控制器(PLC);压力机;第一章 液压缸的相关计算1.1 液压缸主要零件的材料的选取及主要依据 (1)缸体 无缝钢管45钢 无缝钢管用作缸体毛坯加工余量小,工艺性能好,生产准备周期短,适用于大批量生产,标准液压缸大部分都会采用无缝钢管,并且一般常用调质处理的45钢 (2)活塞 铸铁HT200 活塞常用材料灰铸铁,耐磨铸铁,35及40钢和铝合金等缸体直径较小的整体式活塞用3545钢,其他多用灰铸铁 (3)活塞杆 45钢 活塞杆常使用35,45刚等材料对于冲击振动很大的活塞杆,也可以使用55钢一般实心的活塞杆用35,45钢 (4)前缸
4、盖 45钢 缸盖常用35,45钢的锻件或铸造毛坯,也可以使用铸铁材料 (5)后缸盖 45钢 缸盖常用35,45钢的锻件或铸造毛坯,也可以使用灰铸铁材料,起导向作用时则使用铸铁1.2 液压缸的内径和活塞杆直径的相关计算图1.1 液压缸示意图如图1.1液压缸示意图所示,当液压缸活塞杆向右运动时,设液压缸无杆腔面积为,液压缸的工作压力为,有杆腔面积为,其压强为于是,有 (1.1) (1.2)再有,油缸内经与活塞杆直径比为 (1.3)工作时的最大负载列出液压缸的受力方程,得 (1.4)通过以上所述各式,可以得出根据GB/T2348-1993,液压缸内径尺寸系列和液压缸活塞杆外径尺寸分别对和进行圆整,取
5、,1.3 液压缸壁厚的计算依据设计手册,可知 (1.5)其中:为液压缸缸壁厚度,为实验压力(工作压力时,;工作压力时,),为缸体材料的许用应力( (1.6)式中:为缸体材料的抗拉强度;为安全系数,一般取)选用45钢,其抗拉强度为,于是根据无缝钢管外径尺寸系列,选取其外径为,其厚度即为,满足要求.1.4 对活塞杆直径进行强度校核根据设计手册,可知 (1.7) (1.8)式中:为工作时的最大负载,即,于是有上述计算得,所以满足要求.1.5 缸盖固定螺栓的计算 (1.9)式中:为工作时的最大负载,即,为螺纹拧紧系数,拧紧系数为取,为固定螺栓个数,螺栓个数取4个,为螺栓许用应力, (1.10)为材料的
6、屈服点为,根据计算得:选取M8的螺栓。1.6 缸体与缸盖采用螺纹连接时的应力计算缸体螺纹处的拉应力为: (1.11)螺纹处的应力为: (1.12)由应力合成公式可知: (1.13)以上式中:为螺纹连接处的拉应力;为螺纹拧紧系数,静载荷时,取;动载荷时,取,在此,取;为螺纹内摩擦系数,取,为螺纹外径;为螺纹内径;为液压缸内径;为螺纹外的切应力;为螺纹材料的许用应力 (1.14)为螺纹材料的屈服极限,;为安全系数,取;为合成后的总应力;为缸体螺纹处所受到的拉力于是,通过计算可得:故,因此,其螺纹连接符合要求.1.7 活塞与活塞杆采用螺纹连接时的应力计算活塞杆危险截面处的拉应力为: (1.15)活塞
7、杆危险截面处的切应力为: (1.16)活塞杆危险截面处的合成应力为: (1.17)以上式中:为螺纹连接处的拉应力;为螺纹拧紧系数,静载荷时,取;动载荷时,取,在此,取;为螺纹内摩擦系数,取,为螺纹外径;为螺纹内径;为螺纹外的切应力;为螺纹材料的许用应力 (1.18)为螺纹材料的屈服极限,;为安全系数,取;为合成后的总应力;为液压缸输出的压力于是,通过计算可得:故,因此,其螺纹连接符合要求.1.8 关于液压缸缓冲装置的说明 一般的液压缸可以不考虑缓冲要求,当活塞的运动速度很高和运动部分质量很大时,就会产生很大的惯性力。如果活塞在行程终端与液压缸底部(或缸盖)产生机械碰撞,会出现很大的冲击和噪声,
8、甚至导致液压缸、液压系统管路以及各种阀类元件的破坏。因此,为了防止或缓解这种冲击以及减轻动作过程中产生的噪声,可以在液压回路中设置减速阀和制动阀,使得活塞减速制动,也可以在液压缸内部设置相应的缓冲装置。1.9 关于液压缸排气装置的说明液压系统在安装过程中或在长期的工作之后会渗入空气,油液中也会混入空气,由于气体具有较大的可压缩性,这将使得液压缸工作中产生振动、颤抖和爬行,并伴随有噪声和发热等系列不正常现象。因此在设计液压缸结构式,要保证能够及时排除几句在缸内的气体。一般利用空气比重较液压油轻的特点,在液压缸内腔的最高部位设置进出油口或专门的排气装置,如排气螺钉、排气阀等,使积聚在缸内的气体得以
9、排除。第二章 计算和选择液压系统中其他元件2.1 计算液压泵的最大工作压力液压缸在其工进时的工作压力最大,最大的工作压力为,如在调速阀进油口节流调速回路中,选取进油路上的总压力损失,则液压泵的最高工作压力的估算值为: (2.1)2.2 计算液压泵的流量液压系统通过液压泵向液压缸输入的最大流量应为: (2.2)所以液压泵的流量: (2.3)液压缸工进时的流量为: (2.4)2.3 确定液压泵的规格和电动机功率根据以上所计算的液压泵的最大工作压力和液压泵的流量数值,查阅相关产品的样本,并加以考虑液压泵存在的容积损失,最后确定选取CB-D外啮合齿轮油泵。泵的排量为,当液压泵的转速时,其理论流量为,并
10、取液压泵的容积效率为,则液压泵的实际输出流量为: (2.5)由于液压缸在快进时的输入功率最大,若取液压泵的总效率为,这时液压泵的驱动电动机功率为 (2.6)根据以上公式所得的数值,查阅产品样本,选用规格相近的Y132-6型电动机,其额定功率为,额定转速为2.4 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各种阀类元件及辅件的实际流量,经查阅产片的样本说明,选出的阀类元件和辅件的规格如下表所列:表2-1 所选阀类元件和辅件元件名称通过的最大流量规格型号额定流量额定压力额定压降外啮合齿轮泵70CB-D10调速阀Q-10B66.3溢流阀5.1Y-10B106.3滤油器36.6LV-80X20080
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