【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的危險(xiǎn)截面為軸端花鍵處，所以應(yīng)對(duì)該處進(jìn)行軸的強(qiáng)度校驗(yàn)。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件：式中：τT—— 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(Nmm)WT——軸的抗扭截面模量（mm3）[τT]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得花鍵的抗扭截面模量WT的計(jì)算公式為：式中：d1——花鍵內(nèi)徑（mm）b——花鍵齒寬(mm)z——花鍵的齒數(shù)D——花鍵的外徑（mm）將選用花鍵的基本參數(shù)代入公式中可計(jì)算出WT=5739，所以可以計(jì)算出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=。由于[]=35，顯然≤[]，所以，軸滿足強(qiáng)度要求。 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 負(fù)載分析一般情況下，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的負(fù)載由六部分組成，即工作阻力、摩擦阻力、慣性力、重力、密封阻力和背壓力。負(fù)載分析中，我們暫不考慮回油腔的背時(shí)壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因改造后的自動(dòng)鉆床和普通臺(tái)式鉆床一樣豎直放置，所以需要考慮的力有：工作阻力（鉆床軸向切削力）、系統(tǒng)摩擦阻力（在機(jī)械效率中考慮）、重力和慣性力。負(fù)載中工作阻力為鉆床的軸向切削力，其大小=2595 N系統(tǒng)摩擦阻力在機(jī)械效率中考慮，，所以計(jì)算出整下系統(tǒng)的機(jī)械效率η為：η==系統(tǒng)要克服的重力有鉆床主軸重力和液壓缸活塞桿重力，鉆床主軸重力可按下式計(jì)算：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ，主軸體積V為：式中： V——主軸體積（m3）d——主軸直徑 (mm)，取40mm——主軸長(zhǎng)度（mm），取550mm所以主軸重力為：=式中： V——主軸體積（m3）ρ——主軸材料密度（）g——重力加速度（），取10——主軸重力（N）計(jì)算出主軸重量=，現(xiàn)取整個(gè)系統(tǒng)要承受的重力=200N。慣性力Fm指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動(dòng)》得其計(jì)算公式為：式中，——系統(tǒng)重力——重力加速度 ——時(shí)間內(nèi)的速度變化量 ——加速或減速時(shí)間已知主軸系統(tǒng)重力G=200N；快進(jìn)行程70mm；工進(jìn)行程為20mm；根據(jù)工時(shí)安排可確定主軸快進(jìn)快退速度為3m/min；；加速、減速時(shí)間一般取Δt=；所以可以計(jì)算出慣性力：=5N快進(jìn)時(shí)，在不考慮背壓的情況下，主軸會(huì)在重力的作用下自動(dòng)下移，因此，液壓缸在快進(jìn)時(shí)受到的最大作用力F=Gη=182N。工進(jìn)時(shí)，液壓缸要克服工作阻力（主軸軸向切削力）和系統(tǒng)摩擦力，此時(shí)系統(tǒng)重力起到動(dòng)力作用。所以F=（G）/η，為了設(shè)計(jì)的可行性，使得液壓缸有足夠的液壓作用力，計(jì)算中我們?nèi)∠到y(tǒng)重力的一半代入到式中，F(xiàn)=2742N。快退時(shí)，液壓缸要克服重力和系統(tǒng)摩擦力，所以F=G/η考慮到鉆頭退出工件時(shí)的摩擦力，所以計(jì)算出此時(shí)F=225N。列出主軸系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)階段的液壓負(fù)載計(jì)算公式及大小如下表（表32）：表32 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式負(fù)載大?。∟）主軸快進(jìn)F=Gη182主軸工進(jìn)F=（G）/η2742主軸快退F=G/η225V（m/min）根據(jù)液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知各階段的運(yùn)動(dòng)速度，我們可以畫出負(fù)載圖（F）和速度圖(V)如下（圖36）：337270727027422251820F（N）圖36 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡(jiǎn)圖 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定(一)初選液壓缸的工作壓力表33液壓設(shè)備常用的工作壓力表設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī) 床龍門刨床拉床工作壓力P1/（MPa）～3～52～88～1010～1620～32液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同的液壓設(shè)備，由于工作條件的不同，通常采用的壓力范圍也不同。根據(jù)鉆床的工作條件和加工要求，參考液壓設(shè)備常用的工作壓力表（表33）和同類機(jī)床的液壓工作壓力，初選液壓缸的工作壓力=3。(二)確定液壓缸的類型及主要結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和鉆床主軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇雙桿活塞缸，活塞桿為中空桿，以便主軸穿過(guò)；活塞桿兩端裝有軸承，以固定主軸。雙桿活塞缸的活塞桿兩側(cè)都可伸出，根據(jù)工作需要，選用活塞缸采用缸筒固定式。缸筒固定式雙桿活塞缸簡(jiǎn)圖如下（圖37）：圖37 缸筒固定式雙桿活塞缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖自動(dòng)鉆床在完成工進(jìn)后，為了防止在鉆通要加工的孔后主軸突然前沖，我們要在回油路上安裝背壓閥。查表34液壓缸參考背壓表，回油路背壓選擇=。表34液壓缸參考背壓系統(tǒng)類型背壓（）回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)～回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)～回油路上裝有背壓閥～帶補(bǔ)油泵的閉式回路～由表31 主軸零件選用表可知，活塞桿兩端要裝軸承。深溝球軸承選用滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 2761994，其外徑為80mm，查表35活塞桿直徑系列表，活塞桿直徑選用=100mm。表35 活塞桿直徑系列（GB234880）（mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160 180200220250280320360400由表32可知，當(dāng)主軸工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的負(fù)載最大F=2742N，由此可計(jì)算出液壓缸的有效面積A為：式中：——液壓缸內(nèi)徑（）——液壓缸活塞桿直徑（）, =100mm——液壓缸負(fù)載（）, F=2742——液壓缸工作壓力（）, =3——回油路背壓力（）, ==所以可計(jì)算也液壓缸內(nèi)徑=117。為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封式元件，查表36對(duì)液壓缸內(nèi)徑進(jìn)行圓整。圓整后取=125。表34液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234880）(mm)810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630液壓缸基本尺寸確定后，要按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸。即保證液壓缸的有效工作面積要大于或等于保證最小穩(wěn)定速度時(shí)的最小有效面積。即： ≥式中，——流量閥的最小穩(wěn)定流量，=——液壓缸的最低速度, =由計(jì)算可得A=2767≥=294,因此，液壓系統(tǒng)基本尺寸滿足最低速度的要求。（三）液壓缸材料的選擇液壓缸材料的選擇主要受以下幾個(gè)因素的制約：（1）液壓缸要有足夠的強(qiáng)度；（2）液壓缸要有足夠的剛度；（3）液壓缸要有很好的耐磨性能；因此，基于以上因素及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的液壓缸材料，液壓缸材料選擇45號(hào)無(wú)縫鋼管。（四）液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率計(jì)算根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及上述液壓缸的計(jì)算數(shù)值，可以計(jì)算出液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算時(shí)工進(jìn)時(shí)背壓按=，快退快進(jìn)時(shí)背壓按=。計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果列于表35中。自動(dòng)鉆床快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)，液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸回油；快退時(shí)液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸回油。因此計(jì)算液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率如下表示（表35）：表35 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式進(jìn)油壓力回油壓力所需流量輸入功率（）（）（）P（）主軸快進(jìn)==P=主軸工進(jìn)=+=P=主軸快退=+=P=注：表中A為液壓缸有效面積，V為各階段穩(wěn)定速度。（五）液壓缸壁厚和最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。因壁厚不同可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算：式中 δ—液壓缸壁厚（m）； D—液壓缸的內(nèi)徑（m）； —試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（～）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。其值：鍛鋼：[σ]=110～120；鑄鋼：[σ]=100～110；無(wú)縫鋼管：[σ]= 100～110；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60；灰鑄鐵：[σ]=25。根據(jù)表35中計(jì)算的結(jié)果，代入計(jì)算公式中，可計(jì)算出液壓缸壁厚δ=4mm。考慮到與缸蓋的聯(lián)接，所以設(shè)計(jì)中取液壓缸的壁厚δ=8mm。最小導(dǎo)向長(zhǎng)度是指當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離H稱為對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下要求 式中 —液壓缸的最大行程； —液壓缸的內(nèi)徑。本設(shè)計(jì)中液壓缸的最大行程為100mm，液壓缸的內(nèi)徑為125mm，代入上式可計(jì)算得出H≥,設(shè)計(jì)中取H=70mm。（六）液壓系統(tǒng)原理圖自動(dòng)鉆床要完成快進(jìn)、工進(jìn)和快退的工作循環(huán)。快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)進(jìn)給液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸出油，而快退時(shí)進(jìn)給液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸出油，因此液壓控制時(shí)只需一次換向?？紤]到系統(tǒng)工進(jìn)完后，需要定時(shí)停留，因此，換向閥選擇具有中位封閉功能的三位四通電磁換向閥。由于快進(jìn)快退和工進(jìn)時(shí)的速度不一樣，所以系統(tǒng)要有調(diào)整裝置。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可知，液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度不是太大，負(fù)載也不大，因此，調(diào)整系統(tǒng)選擇進(jìn)口節(jié)流調(diào)整，該調(diào)整系統(tǒng)具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性；液壓泵選用單向定量液壓泵。自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖如圖38示。圖38 自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖三位四通電磁換向閥二位二通電磁換向閥調(diào)速閥液壓缸二位三通電磁換向閥溢流閥（7作背壓閥用）液壓泵過(guò)濾器快進(jìn)時(shí)，液壓系統(tǒng)在PLC自動(dòng)控制下啟動(dòng)，電磁鐵1Y得電，三位四通電磁換向閥1接入左位，液壓泵9供油經(jīng)二位二通電磁換向閥2進(jìn)入液壓缸4上腔，回油經(jīng)三位四通電磁換向閥二位三通電磁換向閥溢流閥6回油箱。工進(jìn)時(shí)，電磁鐵1Y、3Y和4Y得電，三位四通電磁換向閥1接入左位，二位二通電磁換向閥2接入左位，二位三通電磁換向閥5位入左位，液壓泵9供油經(jīng)調(diào)整閥3進(jìn)入液壓缸4上腔，回油經(jīng)三位四通電磁換向閥二位三通電磁換向閥5和溢流閥7回油箱。主軸停留，三位四通電磁換向閥1處于中位，液壓泵9供油在達(dá)到一定壓力的條件下回油箱，液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。停留時(shí)間由PLC定時(shí)控制?？焱藭r(shí)，電磁鐵2Y，三位四通電磁換向閥1接入右位，液壓泵9供油到液壓缸4下腔，回油經(jīng)二位二通電磁換向閥三位四通電磁換向閥二位三通電磁換向閥5和溢流閥6回油箱。工作循環(huán)過(guò)程中電磁鐵動(dòng)作表（表36）：表36 電磁鐵動(dòng)作表工作階段1Y2Y3Y4Y快進(jìn)+工進(jìn)+++停留++快退+（七）液壓元件的選擇液壓泵的選擇液壓泵的最高工作壓力可按下式計(jì)算：式中，——液壓泵的最高工作壓力——液壓缸的最大工作壓力；查表35 =——進(jìn)油管路總壓力損失；初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取～，復(fù)雜系統(tǒng)可取～。取=根據(jù)上式及數(shù)據(jù)值，可計(jì)算出=。計(jì)算出的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，因?yàn)橄到y(tǒng)在各種工況的過(guò)度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足～，中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系