【正文】 實(shí)現(xiàn)拆卸軸承外圈的功能此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但考慮到車輪內(nèi)孔上有兩個(gè)軸承外圈方向相反若采用此結(jié)構(gòu)則需要拉兩次同時(shí)還要翻轉(zhuǎn)車輪這樣不僅效率低而且又增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度 在此設(shè)計(jì)一種利用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)拆卸功能的復(fù)合拉推爪同時(shí)具有拉推拆卸的功能這樣不僅可以一個(gè)回程就拆卸掉兩個(gè)軸承外圈效率高還可以減輕工人因翻轉(zhuǎn)車輪的勞動(dòng)強(qiáng)度其原理是將液壓缸活塞的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為拉爪的伸縮的運(yùn)動(dòng)然后再增強(qiáng)拉爪的強(qiáng)度即可實(shí)現(xiàn)既拉又推的功能為簡(jiǎn)化液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞在液壓力的作用下前進(jìn)在彈簧的作用下后退并將缸內(nèi)的液壓油壓回油箱 同時(shí)活塞的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為拉爪的伸縮的運(yùn)動(dòng)可以采用錐面燕尾槽錐面 T型槽等結(jié)構(gòu)由于錐面燕尾槽加工較錐面 T 型槽簡(jiǎn)單且可以減小整體尺寸因此采用錐面燕尾槽結(jié)構(gòu) 綜上所述設(shè)計(jì)拉推爪的結(jié)構(gòu) 如下圖 58 所示 圖 58 拉爪結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)鋼與鋼的摩擦系數(shù)現(xiàn)選用錐面與水平夾角為 15176。由文獻(xiàn) [1]表 1119得鋼與鋼的摩擦系數(shù)為 015 則摩擦角為 該機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)移動(dòng)副一個(gè)為小缸活塞與拉爪構(gòu)成此移動(dòng)副在活塞前進(jìn)后退方向可能存在自鎖另一個(gè)為拉爪和缸筒壁構(gòu)成此移動(dòng)副在拉爪移動(dòng)方向上也可能存在自鎖下面就這兩個(gè)方向?qū)σ苿?dòng)副是否存在自鎖進(jìn)行驗(yàn)算 ①在活塞運(yùn)動(dòng)方向上對(duì)活塞進(jìn)行受力分析 圖 59 前進(jìn)時(shí)活塞的受力分析 圖 510 后退時(shí)活塞的受力分析 因主動(dòng)力 F 不處于摩擦角范圍內(nèi)所以活塞在前進(jìn)后退時(shí)不會(huì)自鎖 ②在拉爪運(yùn)動(dòng)方向上對(duì)拉爪進(jìn)行受力分析 圖 511 活塞前進(jìn)時(shí)拉爪的受力分析 圖 512 活塞后退時(shí)拉爪的受力分析 因拉爪在力 FR的推動(dòng)或拉動(dòng)下將發(fā)生傾斜而與缸筒壁在 AB兩點(diǎn)處接觸在該兩點(diǎn)處將產(chǎn)生正壓力 FN1FN2和摩擦力 Ff1Ff2根據(jù)所有力在水平方向上的投影和應(yīng)為零的條件有 根據(jù)所有的力對(duì) A 點(diǎn)取矩之和應(yīng)為零的條件有 式 512 式中 LFR 對(duì) A 點(diǎn)的力臂 當(dāng)活塞前進(jìn)時(shí) L 758sin15176。 957mm 所以后退時(shí)自鎖的可能性更大故取 L 957mm 缸筒壁厚根據(jù)前面設(shè)計(jì)可知為 16mm 拉爪厚度為 15mm 因?yàn)樗杂? 要使拉爪不發(fā)生自鎖必須滿足下式 所以 因?yàn)樯鲜綏l件滿足所以活塞在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)自鎖 推爪缸的主要參數(shù)計(jì)算 ①前面已設(shè)計(jì)出液壓缸內(nèi)徑 D 為 50mm 將拉推爪缸的斜面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為與豎直方向成再根據(jù)軸承外圈內(nèi)徑約為 88mm 和車輪內(nèi)徑為 100mm 將拆卸機(jī)拉推爪缸的伸縮行程設(shè)計(jì)為 8mm 則要求豎直方向活塞 的行程 S 為 考慮到拉推爪的整體設(shè)計(jì)取活塞行程為 35mm ②液壓缸厚度的設(shè)計(jì) 根據(jù)軸承外圈內(nèi)徑約為 88mm 同時(shí)考慮到拉推爪缸插入車輪內(nèi)孔應(yīng)該留一定的間隙故將其外徑設(shè)計(jì)為 82mm 則厚度為 式 513 選取后還應(yīng)按以下進(jìn)行校核 式 514 式中 液壓缸缸筒的厚度 試驗(yàn)壓力 Mpa 當(dāng)工作壓力時(shí)工作壓力時(shí) D 液壓缸內(nèi)徑 m 缸體的許用應(yīng)力 Mpa 式中缸體材料的抗拉強(qiáng)度 Mpa 安全系數(shù)一般取 n 5 由文獻(xiàn) [2]選取拉推爪缸缸體也為無(wú)縫鋼管材料 20 鋼 由文獻(xiàn) [10]表 14 得 20 鋼的抗拉強(qiáng)度為 420Mpa 所以 由于上不等式成立故所選壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求 ③液壓缸油口直徑的計(jì)算 由文獻(xiàn) [2]按公式 23626 得 式 515 式中 液壓缸油口直徑 m 液壓缸內(nèi)徑 m 液壓缸最大輸出速度 mmin 油口液流速度 ms 所以 考慮到采用的油管內(nèi)徑為 6mm 所以取 6mm 同時(shí)進(jìn)出口連接形式采用螺孔聯(lián)接由文獻(xiàn) [5]表 61 選取油口安裝尺寸為 M10X1 ④拉推爪缸缸底缸蓋厚度的計(jì)算 一般液壓缸為平底缸當(dāng)缸底要設(shè)計(jì)油孔時(shí)由文獻(xiàn) [2]按公式 23628 得 式 516 式中 h 缸底厚度 m D 液壓缸內(nèi)徑 m 試驗(yàn)壓力當(dāng)工作壓力時(shí) 缸底材料的許用應(yīng)力 Mpa 缸底孔直徑 m 由文獻(xiàn) [2]第二十三篇 選取缸底材料為鑄鋼 ZG230450 由文獻(xiàn) [10]表 14 得鑄鋼 ZG25 的抗拉強(qiáng)度為 450Mpa 故其 考慮到要在缸底的螺紋連接強(qiáng)度安裝進(jìn)出油口及密封圈取與缸筒連接的長(zhǎng)度為 25mm 由于拉爪缸缸蓋沒(méi)有活塞孔與缸底結(jié)構(gòu)類似為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)采用和缸底一樣的計(jì)算方法同時(shí)考慮到要在缸蓋上鉆一 15mm 深的孔來(lái)安裝彈簧所以取缸蓋厚度為25mm 推爪缸彈簧的設(shè)計(jì) ①?gòu)椈韶?fù)載的計(jì)算 考慮到彈簧將 約有 01Mpa 背壓的液壓油壓回油箱此時(shí)所需的彈力大小為 式 517 同時(shí)彈簧還要克服液壓缸活塞摩擦阻力做功查閱相關(guān)手冊(cè)取液壓缸的內(nèi)摩擦力 f 為 420N 則彈簧做功所需的彈力 F 為 根據(jù)以上負(fù)載選用閥門用油淬火回火烙硅合金彈簧鋼絲的冷卷壓縮工作彈簧屬Ⅱ類載荷工作彈簧 初步假設(shè)鋼絲直徑的 d 4mm 由文獻(xiàn) [1]表 716 查得其抗拉強(qiáng)度再由文獻(xiàn) [1]表 718 查得其許用切向應(yīng)力為 由文獻(xiàn) [1]表 714 查得其切變模量 ②彈簧鋼絲直徑 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的大小和活塞下端部的大小設(shè)計(jì)彈簧中徑 D 為 20mm 由鋼絲直徑 d 和彈簧中徑 D 計(jì)算其旋繞比 C 為 式 518 由文獻(xiàn) [1]圖 714 查得其曲度系數(shù) K 13 代入文獻(xiàn) [1]公式 718 得 式 519 由文獻(xiàn) [1]表 7110 取系列值取 d 35mm 與原假設(shè)基本接近 ③彈簧有效圈數(shù) 由拉推爪缸工作時(shí)液壓力可得當(dāng)活塞壓縮彈簧 35mm 時(shí)彈簧的彈力為 1500N由文獻(xiàn) [1]公式 715 計(jì)算彈簧剛度為 式 520 再由文獻(xiàn) [1]公式 719 計(jì)算彈簧有效圈數(shù)為 式 521 取有效圈數(shù)為 95 圈取支承圈為剛總?cè)?shù) ④彈簧剛度載荷和變形量的校核 彈簧剛度由文獻(xiàn) [1]公式 715 計(jì)算 式 522 通過(guò)校核結(jié)果與所需剛度符合 再由文獻(xiàn) [1]公式 715 計(jì)算安裝變形量為 取安裝變形量為取安裝高度為 80mm 則液壓缸活塞壓縮時(shí)彈簧的工作變形量為 對(duì)應(yīng)的安裝載荷為 液壓缸活塞壓縮時(shí)載荷為 通過(guò)校核結(jié)果與 所需要求接近符合設(shè)計(jì) ⑤自由高度壓并高度和壓并變形量 自由高度 壓并高度 壓并變形量 ⑥試驗(yàn)載荷和試驗(yàn)載荷下的變形量 由文獻(xiàn) [1]表 718 可得試驗(yàn)切應(yīng)力的最大值為 按Ⅱ類載荷彈簧考慮取試驗(yàn)切應(yīng)力為 由此試驗(yàn)切應(yīng)力未超過(guò)其最大值 由文獻(xiàn) [1]公式 7110 計(jì)算試驗(yàn)載荷 式 523 試驗(yàn)載荷下的變形量為 ⑦校核彈簧特性 滿足工作變形量在 5080 之間的要求 ⑧驗(yàn)算穩(wěn)定性 彈簧的高徑比 式 524 由于其高徑比大于 了 37 所以應(yīng)該采取措施降低其高徑比方法就是在活塞端和液壓缸蓋上打適當(dāng)深度的和彈簧外徑相同的孔裝配時(shí)將彈簧裝入孔內(nèi)以提高穩(wěn)定性使其高徑比小于 37 同時(shí)也方便彈簧安裝 在此在缸蓋設(shè)計(jì)一深度 10mm 的直徑為 24 的孔在活塞上設(shè)計(jì)一深度為 10mm直徑為 24mm 的孔這樣高徑比為 由此設(shè)計(jì)滿足了高徑比小于等于 37 的要求 推爪缸總長(zhǎng)度的計(jì)算 由于拉推爪缸采用的螺紋連接并和彈簧共同作用而實(shí)現(xiàn)功能根據(jù)液壓缸的外形結(jié)構(gòu)可知缸體外形長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程活塞寬度彈簧最大壓縮時(shí)孔外長(zhǎng)度缸底厚度缸蓋厚度之和 活塞的寬度 B 一般取根據(jù)實(shí) 際需要現(xiàn)取 彈簧壓縮時(shí)的孔外尺寸等于自由長(zhǎng)度減去工作壓縮變形量和孔內(nèi)尺寸所以得 所以缸體外形長(zhǎng)度為 式 525 拉 推 爪強(qiáng)度校驗(yàn) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求拉推爪選用工具鋼 T10A 鋼由文獻(xiàn) [10]表 14 其抗拉強(qiáng)度為730Mpa ①內(nèi)力分析 由于拉 推 爪工進(jìn)時(shí)在運(yùn)動(dòng)反方向只受到液壓缸的拉力而在工退時(shí)運(yùn)動(dòng)反方向除了受拉力外還受到車輪自重產(chǎn)生的壓力所以拉 推 爪在工退時(shí)更危險(xiǎn)故在工退時(shí)校驗(yàn)拉 推 爪強(qiáng)度即可 拉爪的受力情況如下圖 513 所示根據(jù)材料力 學(xué)的相關(guān)知識(shí)可以將拉爪看成一懸壁梁懸壁梁在載荷 F 的作用下在 XY 平面內(nèi)發(fā)生對(duì)稱彎曲彎矩矢量平行于 Z軸所以現(xiàn)在用表示同時(shí)產(chǎn)生的彎矩圖如下圖 514 所示 由以下的彎矩圖分析可知梁處于對(duì)稱彎曲的組合狀態(tài)下固定端處的橫截面A 為危險(xiǎn)截面該截面的彎矩為為 圖 513 拉爪受分析圖 圖 514 拉爪彎矩圖 ②應(yīng)力分析 在彎矩作用下最大彎曲拉應(yīng)力和最大彎曲壓應(yīng)力分別發(fā)生在截面的上下兩邊緣處為簡(jiǎn)化計(jì)算把截面看成一個(gè)矩形截面如下圖 515 所示 圖 515 拉爪截面應(yīng)力圖 由文獻(xiàn) [7]公式 518 得彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)公式為 式 526 式中 最大應(yīng)力 最大彎矩即為 抗彎截面系數(shù)由《材料力學(xué)》公式 58 得 式 527 許用應(yīng)力取安全系數(shù)為 n 5 則 所以 所以拉爪的強(qiáng)度足夠大 6 液壓輔助元件的設(shè)計(jì) 61 管道的設(shè)計(jì) 型的選擇 油管常稱為管道它在液壓系統(tǒng)中將各個(gè)液壓元件連接起來(lái)以保證液壓系統(tǒng)的能量傳遞因此要求油液通過(guò)管道的壓力損失要小承受系統(tǒng)油壓要高 管路自身強(qiáng)度要高池漏量也要小 根據(jù)油管的用途和系統(tǒng)壓力的不同液壓系統(tǒng)中常用的油管有鋼管銅管塑料管尼龍管橡膠軟管等各種管材及應(yīng)用場(chǎng)合見下表 61 表 6．１ 各管材應(yīng)用表 種類 用途 優(yōu)缺點(diǎn) 鋼管 常在拆裝方便處用作壓力管道中高壓無(wú)縫管低壓用焊接管 能承受高壓油液不易氧化價(jià)格低廉但裝配彎曲較困難 紫銅管 在中低壓系統(tǒng)中采用機(jī)床中應(yīng)用較多常配以擴(kuò)口管接頭 裝配時(shí)彎曲方便抗振能力較弱易使液壓油氧化 尼龍管 中低壓系統(tǒng)中使用耐壓可達(dá) 258Mpa 能替代部分紫銅管價(jià)格低廉彎曲方便但壽命短 橡膠軟管 適用于中高壓 系統(tǒng)的動(dòng)連接 裝配方便能減輕液壓系統(tǒng)的沖擊價(jià)格貴壽命短 因?yàn)槔谱Ω诪檫\(yùn)動(dòng)缸故連接換向閥和拉推爪缸之間段選用橡膠軟管其余的都選用鋼管 外徑的確定 通常選擇油管的尺寸應(yīng)考慮能承受系統(tǒng)壓力作用并盡量減小壓力損失合理地選擇油管材料和流速油管內(nèi)徑 d 可根據(jù)通過(guò)的流量和允許的流速來(lái)確定也可參照選定的泵或閥的連接油口尺寸來(lái)確定 液壓缸的進(jìn)出油管道按輸入排出的最大流量來(lái)計(jì)算由于本系統(tǒng)液壓缸采用差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)油管內(nèi)通油量最大其實(shí)際流量應(yīng)該為單行流量的兩倍為1336Lmin 同時(shí)由文獻(xiàn) [2]表 23410b取油管允 許流速取 V 1ms同時(shí)由前面計(jì)算可知差動(dòng)時(shí)流量為 1336Lmin 則內(nèi)徑 d 為 式 61 參照文獻(xiàn) [2]表 2392 同時(shí)考慮到制作方便液壓缸的進(jìn)出油管道都取內(nèi)徑 d 6mm 外徑 D 10mm 液壓泵的吸油管參照限壓式定量葉片泵吸油口