发动机活塞缸液压夹紧装置的设计三维.docx

本科毕业设计（论文）

题 目：发动机活塞缸液压夹紧装置的设计
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英文题目：The design of engine piston cylinder hydraulic clamping device
学 院：________________________
专 业：________________________
姓 名：________________________
学 号：________________________
指导教师：________________________
2015年12月6日

毕业设计（论文）独创性声明
该毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。

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作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日

摘要

关键词：；液压夹紧装置；分析；零件

Abstract
For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .
Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking.

Keywords：ocation, Clamping, Process

目 录
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1课题的来源与研究的目的和意义 1
1.2制造工业的重要性 3
1.3本课题研究的内容 5
2液压夹紧装置的设计 7
2.1液压夹紧装置的工作原理 8
2.2拟定液压夹紧装置结构方案 10
2.3确定液压夹紧装置的结构方案 11
3绘制液压夹紧装置结构草图 13
3.1布置图面 15
3.2设计定位夹紧元件 15
3.3分析误差 16
3.4夹紧装置的夹紧力的计算 17
3.5绘制液压夹紧装置总图 18
4液压元件的设计 18
4.1液压缸尺寸的确定和液压泵压力的初选 19
4.2液压缸的其余部件 20
5液压缸的校核 21
5.1 活塞杆的强度校核 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25

1 绪论
1.1 课题的来源与研究的目的和意义
当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善着，同样在发展着，传统的是采用临时的定位精度不高的装置来夹紧发动机活塞缸，劳动效率低，加工精度低下，不适合批量生产的场合。现代是用来代替传统的一种专用的。随着人们生活水平的不断提高，汽磨越来越普及，以后基本上家家户户都有小汽磨了，因此发动机的使用也越来越广泛。如果使用传统的临时的加工的夹紧装置来加工的话，不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的成为发展趋势，只有采用这种
1.2 制造工业的重要性
机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机磨磨辆、汽磨、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。减速器也是有些设备中所不可缺少的，我们应该了解减速器的机械制造工艺过程才能把产品制造出来。
1.3 本课题研究的内容
本次设计主要针对发动机活塞缸液压夹紧装置进行设计，从介绍液压夹紧装置的整体方案出发，然后具体细化出具体结构，计算夹紧力矩以及对液压缸进行强度校核等等，通过此次设计，能够使发动机活塞缸体达到以下几个方面的要求：
(1）能保证工件的加工要求
保证加工质量是必须首先满足的要求。保证加工质量的关键，就在于正确选定定位基准、定位方法和定位元件。必要时需进行误差分析计算。也要注意夹紧装置中其他影响加工质量的部件结构。
(2) 能提高生产效率，降低成本
应尽量采用各种快速高效的结构，缩短辅助时间，提高生产率。同时尽可能采用标准元件与标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹紧装置制造成本。
(3) 操作方便、省力和安全
在客观条件许可且又经济的前提下，尽可能的采用气动、液压和气液等机械化夹紧装置装置，以减轻操作者的劳动强度。
(4) 便于排屑
排屑问题是夹紧装置设计中的一个重要问题。因为切屑积聚在夹紧装置中，会破坏工件正确可靠地定位;切屑带来的大量热量会引起热变形，影响加工质量；清扫切屑又要花费一部分辅助时间。切屑积聚严重时，还会损坏刀具或造成工伤事故。
（5）有良好的工艺性
所设计的夹紧装置应便于制造、检验、调整、维修等。
2 液压夹紧装置的设计
2.1液压夹紧装置的工作原理
液压夹紧装置是广泛吸收国内外现有的液压，气压夹紧装置的先进技术基础上，针对发动机活塞缸体厚4-10mm，长200-600mm而开发研制的。发动机活塞缸体的底部分别布置2个V型定位块来对发动机活塞缸体进行定位，这样能够节省大量的材料，对大批量的发动机活塞缸体的生产具有降低成本的优点。该夹紧夹紧力靠液压缸夹紧，压板的压紧采用SMC公司的液压缸。它具有结构可靠，传动平稳，节省材料，动作灵敏等优点。
  夹紧的作用是通过液压缸拉动夹紧件从而夹住工件的侧面，工件放在V型块上，夹紧夹住工件，然后发动机活塞缸体在旁边液压缸的驱动压板的作用下紧紧地压住发动机活塞缸体的外圆面，这样就是实现了对活塞缸体的几个自由度的完全定位。 
该液压夹紧装置的工作过程为：当发动机活塞缸体放在液压夹紧装置上面后，夹紧头在液压缸的拉动下后退；从而利用夹紧板上面的孔与发动机活塞缸体外圆表面的配合而使其轴向定位，然后发动机活塞缸体上面的压板在旁边的液压缸的作用下进行压紧，这样就对发动机活塞缸体进行了完全定位了，然后就可以进行该零件的内圆磨削加工或者是镗孔加工了。
它的控制系统一般可以通过按钮，或者PLC，单片机控制，当控制系统得到命令后，液压缸卸压，在液压缸弹簧的作用下活塞杆上升，夹紧板在复位弹簧的作用下回到初始位置。同时旁边的液压缸推动压板回到原位置，至此整个动作结束。2.2拟定液压夹紧装置结构方案
通过查找相关资料和参观实际生产现场，详细的了解了发动机活塞缸体的加工过程和仔细的分析了工件的加工工序图，并观察了工件加工过程所使用的机床、刀具和夹紧装置等相关设备比较后，选择了较为典型的液压夹紧结构。发动机活塞缸体是由铸铁铸造而成然后通过磨，镗，磨等工序制造而成，本次设计的本道工序的加工必须保证坯件的壁厚均匀，内圆表面粗糙度要求达到至少0.4，以满足作为精加工工序的作用和要求。发动机活塞缸体零件图和工序图见图1-1,1-2：

图1-1

图1-2
2.3确定液压夹紧装置的结构方案
夹紧装置定位设计一般依据空间六点定位原理，即限制工件在笛卡儿空间坐标系下沿X、Y、Z三个轴方向的直线运动和绕X、Y、Z三个轴的回转运动，即限制其空间的六个自由度。实际的定位设计则根据加工特点对工件的自由度进行限制，有时采用过定位或欠定位的方式进行定位。决定定位方法是夹紧装置设计的主要任务。位保证加工精度要求，需要一定的定位精度，而选定定位方法就要选择合适的基准面。夹紧结构的选择也受定位方法的限制，夹紧装置结构的布局基本上取决于定位方法和工件的几何形状的类型。
而在我们设计的发动机活塞缸体液压夹紧装置中，对工件采用的是五点定位的方法。工件定位点位置的确定，采用工件上的平面作定位基准时，定位面上定位点的布局对定位误差有着直接的影响。下面讨论平面上定位点位置的确定方法。平面作主定位面时消除工件的三个自由度，一般将其抽象位三个定位点；平面作第二定位面消除两个自由度，抽象为两个定位点；平面作第三定位面消除一个自由度，抽象为一个定位点。在确定定位点的位置时，除了要满足加工要求（精度要求、支承要求、稳定性要求等），还要注意所选的定位点应能使定位元件可接近。因此，应根据平面的定位可行度分析结果，将有效采样单元中心点作为候选定位点，从中选取合适的定位点位置。
夹紧的作用是通过液压缸拉动夹紧件从而夹住工件的侧面，工件放在V型块上，夹紧夹住工件，然后发动机活塞缸体在旁边液压缸的驱动压板的作用下紧紧地压住发动机活塞缸体的外圆面，这样就是实现了对活塞缸体的几个自由度的完全定位。确定液压夹紧装置的结构如下图1-3所示：

图1-3

3 绘制液压夹紧装置结构草图
3.1布置图面
画出工件位置,选择适当比例(一般为1:1),在图纸上用双点划线绘出工件2~3个方向的轮廓线,主视图一般选面对操作者的加工状态或工件装卸的位置,各视图之间留足够空隙以便布置夹具元件,工件图如图1-4：

图1-4
3.2设计定位夹紧元件
根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上,与工件的定位基准形状和精度相适应.设计夹紧装置,将所选定的夹紧装置的具体结构按视图绘在图上,表示出工件处于夹紧状态.其夹紧、定位原理如图1-5所示：

1-5 夹紧装置主视图

1-5 夹紧装置左视图

3.3 分析误差
工件的工序基准为两个外圆端面的定位，通过对沿着中心轴线磨削加工的内孔进行磨削加工，此时可求出孔心在接触点与压板中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为:Td=Dmax-Dmin ；
本夹紧装置采用发动机活塞缸体的外圆面和端面作为定位基准，利用光面压板和V型块对称压着发动机活塞缸体零件来进行发动机活塞缸体多个自由度的限制，并且限位状态良好，能够满足工序要求，这样就很好地对工件进行了定位，从而很方便地对发动机活塞缸体零件进行磨削加工。
由相关机械加工手册可知：
⑴ 、分析定位误差：在的前提下；夹具体距离定位孔距离为，高度为；有：

⑵ 、分析夹紧误差 ，由以上公式，我们知道：
于是就是接触误差的位移值为：

⑶、根据以上数据，可知：通常不超过
⑷、相对误差的分析：有
分析误差的总数累加之和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

3.4夹紧装置的夹紧力的计算
由于孔的切削力各不相同，我们根据标准来选择切削力，根据零件的工艺分析，在这里我们选择∮180磨头对发动机活塞缸体的内圆进行珩磨加工。
由相关手册和规范可得：
计算圆周切削分力： 式（3.1）
式中

通过查找相关图表： 可得
因此有：
有：
同样地，计算径向切削分力的公式位 ： 其中：
有：
计算轴向切削分力的公式为：
其中：
即：
因此有：

通过以下公式来计算安全系数：

式中：

因此，有：

3.5绘制液压夹紧装置总图
本次设计的发动机活塞缸液压夹紧装置，其结构总图如下图所示：
4 液压元件的设计
4.1液压缸尺寸的确定和液压泵压力的初选
4.1.1 初选系统工作压力
根据已算得的工作载荷,查表选择工作压力。

式中 ——液压缸的效率，一般取0.95
压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定，还有考虑到执行元件的装配空间、经济条件以及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说尺寸要受到限制，从材料消耗角度来看也不太经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件得材质、密封、制造精度也要求很高，定然会提高设备成本。一般来说，对固定的尺寸不太受限制的设备，压力可选得低一些，具体参考《机械设计手册》表23.6-33。
就本系统而言，经查此表，选定为5.2Mpa。
4.1.2 液压缸主要结构尺寸和排量的计算
1．结构尺寸（按上升时算）
首先，具体参考《液压工程简明手册》按速比要求查表5-21，选择杆径比＝d/D＝0.5，再计算D

式中 ——液压缸回油腔压力，其值可参照手册选取。由于本系统此时的回油路没有设置背压阀，故=0
活塞杆的直径 d＝D=0.1250.5＝0.0625m=62.5mm
由于液压缸直径和活塞杆直径的计算要按国标规定的有关标准进行圆整，所以D＝125mm，d＝63mm。
无杆腔面积：
杆腔的有效工作面积：

当工作速度很低时，须按最低速度要求验算液压缸尺寸：

式中 A——液压缸的有效工作面积
——系统最小稳定流量 。节流调速中取决于回路中所设置的节流阀的最小稳定流量，经查手册，取0.07
——运动机构要求的最小工作速度，取0.02m/s

此值小于，也小于，所以满足要求。
2．排量
速度比，由于压力小于10Mpa，故选择1.33
无杆腔工作时所需流量：

有杆腔工作时所需流量

式中 ——活塞杆伸出的速度，取0.0227m/s
——活塞杆退回的速度，
4.1.3 确定液压泵的最大工作压力和电动机功率
，取6Mpa
式中——从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失。初算时按经验数据选取：管路简单、流速不大的取（0.5～0.8）Mpa，本系统取0.8Mpa
液压泵的流量
式中——液压缸的最大流量，对于有节流调速的回路，还需加上溢流阀
的最小溢流量，一般取
K——系统泄漏系数，取1.2
=， ＝23.544
确定液压泵的驱动功率，即电动机的功率

式中——液压泵的总效率，参照《液压系统设计元器件选型手册》表1-2，选择叶片泵，为0.64-0.82，取0.7

4.2液压缸的其余部件
本系统中的液压缸是需要摆动的，所以采用耳环连接方式。
4.2.1 销轴
销轴一般受力情况为双面受剪，其直径d可按下式计算：

式中 F——活塞承受的负载力
[]——材料的需要剪应力，对于45钢，是70Mpa
考虑到安全系数，查机械手册，取30mm。销轴长度,根据结构以及耳环的宽度b决定，一般与d相等。
4.2.2 耳环

图 4－1 耳环结构
耳环的有关推荐尺寸：
根据手册可知因为缸径D=125mm
所以
4.2.3 导向套
活塞杆的导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，可以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的典型结构型式有：有轴套式和端盖式两种，本系统采用有轴套式，并由耐磨材料制成。
最小导向套长度是指活塞杆全部伸出时，从活塞宽度的中点到导向滑套面中点的距离。若导向长度太小，将使液压缸因径向间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作的稳定性。最小导向长度H的计算公式为：

式中 L——液压缸的最大行程 m
D——液压缸的内径 m
4.2.4 排气阀
如果排气阀设置不当或者是没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍然会存有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。例如，液压导轨磨床在加工过程中，如果工作台进给时液压缸内存有空气，就会引起工作台进给时的颤振和爬行，这不仅会影响被加工表面的粗糙度和形位公差等级，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须要在液压缸上安设排气阀。因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反映处残留空气的危害。排气阀的位置要安排合理，垂直安装的液压缸，应尽量设置在端盖处，但应与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内的空气。由于空气比油轻，总是向上浮，不会让空气油积存的残留死角。
经综合考虑，本系统将排气阀安装在液压缸上方靠近端盖处。选用M12的整体式排气阀，阀体与阀针合为一体，用螺纹与缸盖连接。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔挤出缸外。这种排气阀结构简单、方便，但螺纹与锥面密封处的同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成外泄漏。
4.2.5 密封圈
安置密封装置和密封元件的作用，在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入。本系统选用O形密封圈，它是一种截面为圆形的橡胶圈，主要用于静密封和往复运动密封，一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内。与其它密封件相比，它主要具有以下优点：⑴.结构小巧，拆装方便；⑵.静动密封均可使用；⑶.动摩擦阻力比较小；⑷.使用单件O形密封，可对两个方向其密封作用；⑸.加工低廉。
选用型号：
活塞与缸壁接触的沟槽内：GB/T3452.3-1988 125×2.65
活塞与活塞杆接触的沟槽内：GB/T3452.1-1992 40.0×1.80
导向套与活塞杆接触的沟槽内：GB/T3452.3-1988 62×1.80
导向套与缸壁接触的沟槽内：GB/T3452.3-1988 125×2.65
4.2.6 活塞和缓冲装置
活塞直径应与缸筒内径一致，设计活塞时，主要任务时确定它的结构型式。一般根据密封装置的形式来选活塞的结构型式，通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞用活塞环，“0”形密封圈、“Y”形密封圈、迷宫密封等；组合活塞采用组合密封圈，其结构复杂，加工工作量大。因此，我用整体活塞。
活塞厚度b一般为活塞外径的0.6～1.0倍，材料用45钢。
本系统取0.6倍:

活塞杆内的缓冲柱塞要保证与轴线的同心，最好与活塞杆做成一体。
5 液压缸的校核
5.1 液压缸的校核
通过比较，液压缸的材料选定为45钢，当直径大于16mm时，此种材料的抗拉强度为600Mpa，则

圆筒壁横截面上的应力
圆筒壁纵向截面上的应力
缸筒上是二向应力：，，
用第四强度理论
铰接处是三向应力：，，

由此可见，满足强度要求。