大型回轉(zhuǎn)支撐套圈端面加工翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)7張CAD圖
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大型回轉(zhuǎn)支撐套圈端面加工翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)
摘要
工件翻轉(zhuǎn)裝置是自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作水平。因此根據(jù)不同工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出的專用翻轉(zhuǎn)設(shè)備給操作者帶來(lái)了很大的方便，大幅度地提高生產(chǎn)效率的同時(shí)確保了生產(chǎn)的安全。由此可見(jiàn)，翻轉(zhuǎn)設(shè)備是工件批量生產(chǎn)必不可少的專用裝備。
回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承或大型軸承，是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承， 可以同時(shí)承受較大的徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩，它廣泛用于工程機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、港口設(shè)備、冶金設(shè)備、軍工設(shè)備、鉆井平臺(tái)等設(shè)備的大型回轉(zhuǎn)裝置上。由于大型回轉(zhuǎn)支承體積大，零件截面積小，加工精度高，工序長(zhǎng)，易變形，因此加工的難度增大。本課題根據(jù)馬鞍山方圓回轉(zhuǎn)支撐股份有限公司現(xiàn)有加工條件， 開(kāi)展回轉(zhuǎn)支撐套圈端面加工翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)工作。
本文首先介紹了翻轉(zhuǎn)裝置的方案選擇，然后以液壓傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式為出發(fā)點(diǎn)對(duì)翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。分別完成了翻轉(zhuǎn)裝置中的壓緊液壓缸的設(shè)計(jì)，翻轉(zhuǎn)液壓缸的選擇，轉(zhuǎn)盤、卡爪、機(jī)架的設(shè)計(jì)和校核，以及在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中用到的液壓回路的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單的介紹了三維軟件 Solidworks2014,并利用 Solidworks2014,進(jìn)行三維建模，建立了翻轉(zhuǎn)裝置各組成部分的三維模型，并對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行裝配，表明設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)裝置符合工作要求。
關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)裝置；回轉(zhuǎn)支撐；液壓回路；三維建模
Abstract
Artifacts turn-over device is an important part of automatic production line, the quality of its design directly affects the level of automatic production line. Therefore, according to the special structure characteristics of different parts of the turnover device designed for operators to bring great convenience, greatly improve the production efficiency and ensure the safety of production. Thus, turning device is a special equipment for mass production of the necessary.
Slewing bearing is also called the wheel bearings or large bearings, is a kind of comprehensive load to bear a large bearing, and can bear large radial load, axial load and overturning moment, and it is widely used in large rotary device of engineering machinery, medical machinery, port machinery, metallurgical equipment, military equipment, drilling platforms and other equipment. Due to the large volume of large slewing bearing, parts of sectional area of small, high precision machining, process, easy to deformation, thus increased the difficulty of processing. According to the Ma An Shan Fang Yuan slewing existing processing conditions of Limited by Share Ltd, turning ferrule end face processing flip design support.
This paper first introduces the choice of turning device scheme, and then to drive the hydraulic transmission as a starting point for the design of the turnover device.
Complete the design of hydraulic cylinder turning clamping device, a turnover hydraulic cylinder selection, design and check the turntable, claw, frame, and hydraulic circuit design used in the inversion process. Simple Solidworks2014 3 d software is introduced, and by using Solidworks2014 3 d modeling set up the turn-over device of the 3 d model of each component, and the various components are assembled, indicates that design turn-over device conform to the requirements of the job.
Key words: Turnover device Rotary support Hydraulic circuit Three dimensional modeling
目錄
摘要 3
Abstract 4
1 緒論 1
1.1 課題研究的背景和意義 1
1.2 翻轉(zhuǎn)裝置參考文獻(xiàn)綜述 1
1.3 研究?jī)?nèi)容 8
1.4 本章小結(jié) 8
2 翻轉(zhuǎn)裝置的總體設(shè)計(jì)方案 9
2.1 大型回轉(zhuǎn)支承加工時(shí)使用回轉(zhuǎn)裝置的必要性 9
2.2 翻轉(zhuǎn)裝置方案的選擇 9
2.3 回轉(zhuǎn)支承翻轉(zhuǎn)裝置零部件設(shè)計(jì)選型 10
2.3.1 回轉(zhuǎn)支撐選型及尺寸的確定 10
2.3.2 壓緊液壓缸的設(shè)計(jì)和液壓泵的選擇 12
2.3.3 卡爪和轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) 22
2.3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 25
2.3.5 翻轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì) 32
2.4 本章小結(jié) 33
3 翻轉(zhuǎn)裝置的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 34
3.1 液壓系統(tǒng)的分類 34
3.1.1 按照液流循環(huán)方式分類 34
3.1.2 按供油方式分類 34
3.1.3 按泵的數(shù)量分類 34
3.2 液壓控制回路的分類 34
3.3 壓緊液壓缸液壓回路設(shè)計(jì) 35
3.4 翻轉(zhuǎn)液壓缸液壓回路設(shè)計(jì) 39
3.5 本章小結(jié) 39
4 三維建模與虛擬仿真 40
4.1 Solidworks2014 三維建模軟件介紹 40
4.2 翻轉(zhuǎn)裝置主要零件建模 41
4.2.1 機(jī)架的建模 41
4.2.2 轉(zhuǎn)盤的建模 43
4.2.3 卡爪的建模 45
4.2.4 夾緊缸缸筒 45
4.2.5 壓緊缸后端蓋建模 47
4.3 翻轉(zhuǎn)裝置的裝配 49
4.4 本章小結(jié) 51
5 總結(jié)與展望 52
1 總結(jié) 52
2 展望 52
致 謝 53
參考文獻(xiàn) 54
1 緒論
1.1 課題研究的背景和意義
本課題擬針對(duì)工程機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、港口設(shè)備、冶金設(shè)備、軍工設(shè)備、鉆井平臺(tái)等設(shè)備對(duì)回轉(zhuǎn)支撐加工精度要求高的特點(diǎn)，根據(jù)馬鞍山方圓回轉(zhuǎn)支承股份有限公司現(xiàn)有加工條件，開(kāi)展回轉(zhuǎn)支承端面加工翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)工作。
回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，被人們稱為：“機(jī)器的關(guān)節(jié)”， 回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承或大型軸承，回轉(zhuǎn)支承軸承一般帶有安裝孔、內(nèi)齒輪或外齒輪、潤(rùn)滑油孔和密封裝置，因而能使主機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，引導(dǎo)簡(jiǎn)便，維護(hù)容易，是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時(shí)承受較大的徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩，它廣泛用于工程機(jī)械、新能源設(shè)備、起重機(jī)械、采掘機(jī)械、建筑機(jī)械、港口機(jī)械、船舶機(jī)具以及高精度的雷達(dá)機(jī)械和導(dǎo)彈發(fā)射架等設(shè)備的大型回轉(zhuǎn)裝置上。
回轉(zhuǎn)支承端面套圈在機(jī)械加工過(guò)程中常常需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，由于工件慣性大，在翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，因此存在很大的安全隱患，所以需要設(shè)計(jì)合理的翻轉(zhuǎn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)。
傳統(tǒng)的機(jī)械零件加工，生產(chǎn)工藝落后，工序分散，工件的翻轉(zhuǎn)靠手工來(lái)完成， 生產(chǎn)效率低下，耗時(shí)較多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，產(chǎn)品生產(chǎn)成本自然偏高。而根據(jù)產(chǎn)品加工特點(diǎn)設(shè)計(jì)的專用翻轉(zhuǎn)設(shè)備來(lái)加工機(jī)械零件，可以很好的融合生產(chǎn)環(huán)節(jié)。其中的工件翻轉(zhuǎn)由自動(dòng)化翻轉(zhuǎn)裝置完成，可以大幅度改善勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)時(shí)間，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，給生產(chǎn)者帶來(lái)很大的方便。由此可見(jiàn)，翻轉(zhuǎn)設(shè)備是工件批量生產(chǎn)必不可少的專用設(shè)備。
1.2 翻轉(zhuǎn)裝置參考文獻(xiàn)綜述
（1）一種工件自動(dòng)翻轉(zhuǎn)裝置的通用設(shè)計(jì)方法[1]
在自動(dòng)化生產(chǎn)線中, 常常會(huì)遇見(jiàn)一種要求工件翻轉(zhuǎn)的情況。比如在傳輸線上工件的初始狀態(tài)為臥式狀態(tài), 現(xiàn)在要求其改變?yōu)檎玖顟B(tài)。為解決這個(gè)問(wèn)題, 設(shè)計(jì)了一簡(jiǎn)單易行的翻轉(zhuǎn)裝置。其工作原理圖如圖 1.1 所示。
傳輸方向?yàn)榇怪奔埫嬗衫锵蛲?。軸 6 裝在夾爪 5 中,通過(guò)軸承 8 裝配連接能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。初始狀態(tài)時(shí), 平行氣爪 2 處于張開(kāi)狀態(tài), 氣缸 3 伸出, 平行氣爪 2 收縮夾緊工件 1,氣缸 3 縮回, 抓取工件上升, 工件在重力作用下自動(dòng)翻轉(zhuǎn)成立式狀態(tài)。抓取點(diǎn)取在工件重心前方時(shí), 工件翻轉(zhuǎn)后上面朝后, 若抓取點(diǎn)取在工件重心后方時(shí), 工件翻轉(zhuǎn)后上面朝前。平行氣爪 2 張開(kāi), 工件 1 落下并處于立式狀態(tài)。這種裝置設(shè)計(jì)時(shí), 需要選好抓取工件時(shí)的抓取點(diǎn), 以保證工件能順利翻轉(zhuǎn), 并且準(zhǔn)確計(jì)算好氣缸 3 的行程, 使工件距下底面高度為 2 mm, 以保證工件落下時(shí)不會(huì)摔倒。根據(jù)工件尺寸的大小不同, 可以選擇不同行程的平行氣爪 2 和不同行程的氣缸 3 適應(yīng)不同尺寸的工件, 達(dá)到翻轉(zhuǎn)的目的。通過(guò)多條生產(chǎn)線的使用,
55
這種裝置運(yùn)行效果良好, 用戶都很滿意。其工作原理已經(jīng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中被廣泛地采用。
圖 1.1 簡(jiǎn)易翻轉(zhuǎn)裝置
小結(jié)：本方案應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論, 建立的以凸輪基本尺寸最小值為目標(biāo)函數(shù)、壓力角及接觸強(qiáng)度等性能要求為約束條件所構(gòu)成的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型是可行的, 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有一定的應(yīng)用價(jià)值，為在傳輸線上工件的初始狀態(tài)為臥式狀態(tài), 改變成站立狀態(tài)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易行的翻轉(zhuǎn)裝置。
(2) 輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置[2]
設(shè)計(jì)如圖1.2所示，為軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置總體布置圖。該裝置主要由翻轉(zhuǎn)體、支承裝置、支撐A、支撐B、行程開(kāi)關(guān)、翻轉(zhuǎn)油缸等組成。該裝置采用翻轉(zhuǎn)油缸水平安放,翻轉(zhuǎn)油缸的安裝、檢修將非常方便。
圖 1.2 所示為立式翻轉(zhuǎn)( 軸承中心線由水平轉(zhuǎn)向垂直) 的初始位置。工作原理是：首先利用車間的起重機(jī)將從軋輥上拆下的軋輥軸承座吊放在翻轉(zhuǎn)臺(tái)上, 然后啟動(dòng)軋輥軸承座翻轉(zhuǎn)裝置將軋輥的軸承座進(jìn)行 90°的立式翻轉(zhuǎn)（軸承中心線由水平轉(zhuǎn)到垂直）,再用起重機(jī)將翻轉(zhuǎn)完的軋輥軸承座吊放到指定位置對(duì)軸承座內(nèi)的軸承進(jìn)行檢修, 至此完成了一個(gè)工作輥/支承輥軸承座的翻轉(zhuǎn)工作。當(dāng)軸承座內(nèi)的軸承檢修完畢后對(duì)軋輥的軸承座進(jìn)行 90 的臥式翻轉(zhuǎn)（軸承中心線由垂直轉(zhuǎn)向水平） 時(shí)工作順序與此相反。圖 1.3 所示為軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)由一臺(tái)恒壓變量泵供油,常態(tài)下電磁溢流閥斷電,液壓泵卸荷使電機(jī)空轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁溢流閥得電時(shí),液壓泵建立起壓力,電磁換向閥左邊得電,壓力油進(jìn)入有桿腔,在壓力油作用下,液壓缸活塞退回從而實(shí)現(xiàn)將軋輥的軸承座進(jìn)行 90°的立式翻轉(zhuǎn)。同理, 當(dāng)電磁溢流閥得電時(shí),液壓缸活塞推出,實(shí)現(xiàn)將軋輥的軸承座進(jìn)行 90°的臥式翻轉(zhuǎn)。兩只翻轉(zhuǎn)油缸采用剛性連接保持同步。為了使工作平穩(wěn),采用調(diào)速閥進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。為了減小由于軸承座和翻轉(zhuǎn)體的重心位置變化引起負(fù)值負(fù)載而產(chǎn)生慣性沖擊, 采用了平衡閥。
小結(jié)：本軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置能平穩(wěn)、高效地對(duì)軋機(jī)的軋輥軸承座進(jìn)行90°的立式翻轉(zhuǎn)和 90°的臥式翻轉(zhuǎn)。軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置對(duì)工作輥、支承輥軸承座進(jìn)行的 90°翻轉(zhuǎn)，能拆卸和安裝軸承座內(nèi)的軸承。該裝置具有自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。
圖1.2 軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置總體布置圖
1-翻轉(zhuǎn)油缸；2-翻轉(zhuǎn)油缸支座；3-行程開(kāi)關(guān)；4-支承A；
5-軋輥軸承座；6-支承裝置；7-翻轉(zhuǎn)體；8-支承 B；9-設(shè)備基礎(chǔ)
圖 1.3 軋輥軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置液壓系統(tǒng)
（3） 自動(dòng)化生產(chǎn)線工件翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)[3]
柴油機(jī)缸蓋自動(dòng)化生產(chǎn)線中，由于缸蓋在加工過(guò)程中要進(jìn)行多面加工，因此要求對(duì)工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。其工作順序如下：執(zhí)行機(jī)構(gòu)下降一夾緊工件一執(zhí)行機(jī)構(gòu)上升一將工件翻轉(zhuǎn) 180°一執(zhí)行機(jī)構(gòu)下降一松開(kāi)工件一執(zhí)行機(jī)構(gòu)上升，一個(gè)循環(huán)完成，循環(huán)周期為 20s。總體結(jié)構(gòu)如圖 1.4 所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 下降到預(yù)定位置，由夾緊液壓缸(圖中未畫出)驅(qū)動(dòng)夾緊工件，然后上升到一定位置，翻轉(zhuǎn)液壓缸(圖中未畫出)工作，即可將工件翻轉(zhuǎn)。
1-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；2-立柱；3-橫梁；4-升降液壓缸；
5-充液系統(tǒng)；6-鎖緊螺母；7-調(diào)整螺母；8-底座
圖 1.4 工件翻轉(zhuǎn)裝置總體結(jié)構(gòu)
圖 1.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1-4 剖視圖
其液壓原理圖如圖 1.6 所示，工作原理在這里就不再過(guò)多敘述。
圖1.6 液壓原理圖
1-過(guò)濾器；2-雙連葉片泵；3-雙連葉片泵；4-油箱；5-溢流閥；
6-溢流閥；7-電磁換向閥；8-單向節(jié)流閥；9-升降液壓缸；10-夾緊液壓缸；
11-單向節(jié)流閥；12-電磁換向閥；13-翻轉(zhuǎn)液壓缸；14-電磁換向閥
小結(jié)：該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、液壓傳動(dòng)平穩(wěn)慣性小，以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于箱體類和其他非回轉(zhuǎn)類零件的翻轉(zhuǎn)加工。
（4） 大型軸承座翻轉(zhuǎn)裝置的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)[4]
該裝置主要由翻轉(zhuǎn)體、支撐裝置和翻轉(zhuǎn)油缸等組成。翻轉(zhuǎn)油缸水平安放,翻轉(zhuǎn)油缸的安裝、檢修非常方便如圖 1.7 為軸承座液壓翻轉(zhuǎn)裝置原理圖，圖 1.7 所示為立式翻轉(zhuǎn)(軸承中心線由水平到垂直)的初始位置。工作原理是:先利用車間的起重機(jī)將軸承座吊放在翻轉(zhuǎn)臺(tái)上,然后啟動(dòng)座翻轉(zhuǎn)裝置將軸承座進(jìn)行 90°的立式翻轉(zhuǎn)(軸承中心線由水平→垂直),再用起重機(jī)將翻轉(zhuǎn)完的軸承座吊放到指定位置對(duì)軸承座內(nèi)的軸承進(jìn)行檢修,至此完成了一個(gè)軸承座的翻轉(zhuǎn)工作。當(dāng)軸承座內(nèi)的軸承檢修完畢后對(duì)軸承座進(jìn)行 90°的臥式翻轉(zhuǎn)(軸承中心線由垂直→水平)時(shí)工作順序與此正好相反。
圖 1.7 大型軸承座翻轉(zhuǎn)裝置工作原理圖
1. 翻轉(zhuǎn)油缸支座 2.翻轉(zhuǎn)油缸 3.翻轉(zhuǎn)體 4.支撐裝置 5.軸承座
圖 1.8 軋輥軸承座翻轉(zhuǎn)裝置的整體模型
小結(jié)：該翻轉(zhuǎn)油缸水平安放,翻轉(zhuǎn)油缸的安裝、檢修非常方便，能夠拆卸、安裝軸承座內(nèi)的軸承。該裝置具有自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高和運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。
（5） 工件 180 度翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)[5]
該裝置傳輸方向由左向右。動(dòng)力軌道裝在三個(gè)轉(zhuǎn)盤中，分別由兩只電動(dòng)滾筒帶動(dòng)；轉(zhuǎn)盤 1、3 起支承并固定動(dòng)力軌道的作用，轉(zhuǎn)盤 2 通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條（未畫出轉(zhuǎn)動(dòng)；上下各有兩只液壓缸，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中起夾緊作用。初始狀態(tài)時(shí)，上下兩處液壓缸處于非工作狀態(tài)；軌道 1 在電動(dòng)滾筒帶動(dòng)下圖 1.9 工作，工件由左向右進(jìn)入翻轉(zhuǎn)裝置，當(dāng)工件運(yùn)行到正確位置，軌道側(cè)面光電開(kāi)關(guān)工作，電動(dòng)滾筒停止工作。
這時(shí)頂升液壓缸頂起工件約為 5mm，然后夾緊液壓缸夾緊工件；接著電機(jī)工作,帶動(dòng)鏈輪鏈條旋轉(zhuǎn)過(guò) 180 度；由兩側(cè)接近開(kāi)關(guān)控制旋轉(zhuǎn)的角度.翻轉(zhuǎn)結(jié)束后，上下兩液壓缸縮回，由工人對(duì)工件進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)完畢，軌道 2 工作，工件由軌道 2 輸送出去；電機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條反向轉(zhuǎn)動(dòng)工件 180 度，再進(jìn)行對(duì)下一個(gè)工件的操作。
工件翻轉(zhuǎn)采用鏈輪鏈條結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖 1.10，鏈輪鏈條傳動(dòng)是一種工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中鏈條的兩端與中間轉(zhuǎn)盤的相連，電機(jī)帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)（未畫出），中間轉(zhuǎn)盤在鏈條的牽引下即可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩側(cè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的翻轉(zhuǎn)。
圖 1.9 翻轉(zhuǎn)裝置圖
圖 1.10 鏈輪鏈條結(jié)構(gòu)圖
液壓系統(tǒng)原理圖如圖 1-11 所示。三位四通電磁換向閥分別控制升降缸 3 夾緊
缸的運(yùn)動(dòng)方向。單向節(jié)流閥用于回油節(jié)流調(diào)速。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)升降的液壓缸 3 驅(qū)動(dòng)夾緊松開(kāi)的液壓缸組成。單向節(jié)流閥還用于平衡位置升降缸及其工作機(jī)構(gòu)的自重以防下滑。液壓及控制系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖 1.11，在這里就不過(guò)多敘述。
圖 1.11 液壓控制圖
小結(jié)：設(shè)計(jì)的該工件翻轉(zhuǎn)裝置經(jīng)在客戶柴油機(jī)缸體自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。利用鏈輪鏈條傳動(dòng)結(jié)合液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，并與可編程控制器和計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合，很好地實(shí)現(xiàn)了工件的翻轉(zhuǎn)。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 3 液壓傳動(dòng)平穩(wěn)慣性小，運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好，以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于箱體類和其
他非回轉(zhuǎn)類零件的翻轉(zhuǎn)加工，在自動(dòng)化生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
由于國(guó)內(nèi)外對(duì)翻轉(zhuǎn)裝置的研究有許多，這里只是介紹幾種常用方法，其它翻轉(zhuǎn)裝置機(jī)構(gòu)型式在這不過(guò)多敘述。
1.3 研究?jī)?nèi)容
本文主要是基于翻轉(zhuǎn)裝置的研究，并實(shí)現(xiàn)對(duì)翻轉(zhuǎn)裝置的控制。課題研究?jī)?nèi)容如下：
（1） 翻轉(zhuǎn)裝置總體設(shè)計(jì)方案
對(duì)方回公司支撐軸承產(chǎn)品進(jìn)行選型， 根據(jù)所加工的最大回轉(zhuǎn)支撐尺寸，進(jìn)行三維建模，得出支撐軸承的質(zhì)量屬性，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的壓緊缸，選擇合適的翻轉(zhuǎn)液壓缸，確定機(jī)架的結(jié)構(gòu)和尺寸并校核。
（2） 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)分析
簡(jiǎn)單介紹液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)，根據(jù)幾種同步回路和鎖緊回路類型特點(diǎn)選擇本課題所需的壓緊缸使用的同步回路、鎖緊回路，以及翻轉(zhuǎn)缸使用的回路。
（3） 三維建模與虛擬仿真
用 Solidworks2014 進(jìn)行各零部件的三維建模,并把各個(gè)零部件裝配起來(lái)。
（4） 總結(jié)與展望
分析已經(jīng)完成的工作，并從中找出不足，展望未來(lái)繼續(xù)研究的方向。
1.4 本章小結(jié)
本章介紹了翻轉(zhuǎn)裝置研究的背景和意義，對(duì)中外各種翻轉(zhuǎn)裝置機(jī)構(gòu)型式進(jìn)行分析研究，簡(jiǎn)單說(shuō)明了本課題研究的內(nèi)容。
2 翻轉(zhuǎn)裝置的總體設(shè)計(jì)方案
2.1 大型回轉(zhuǎn)支承加工時(shí)使用回轉(zhuǎn)裝置的必要性
大型回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承或大型軸承，是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時(shí)承受較大的徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩，轉(zhuǎn)盤軸承廣泛用于起重機(jī)械、港口機(jī)械、船舶機(jī)具以及其他方面的大型回轉(zhuǎn)裝置上。由于大型回轉(zhuǎn)支承體積大，零件截面積小，加工精度高，工序長(zhǎng)，易變形，因此加工的難度增大。
回轉(zhuǎn)支承的大型加工件有 3 件,支承環(huán)、外圈、固定環(huán)。這些加工件的尺寸和重量都很大，在加工過(guò)程中，它們都需要翻轉(zhuǎn)，若用人手直接翻轉(zhuǎn)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性都比較大，這就需要使用翻轉(zhuǎn)裝置來(lái)代替人力進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證工人的安全。同時(shí)，使用翻轉(zhuǎn)裝置也可以保證工件在翻轉(zhuǎn)時(shí)的變形量不會(huì)很大，進(jìn)而提高了加工精度。
2.2 翻轉(zhuǎn)裝置方案的選擇
（1） 設(shè)計(jì)方案
翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)的不同能實(shí)現(xiàn)的功能也不同，在緒論部分已經(jīng)講了幾種傳統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)裝置，本課題采用落地式翻轉(zhuǎn)裝置，具體圖形見(jiàn)下圖 2.1
圖 2.1 落地式翻轉(zhuǎn)裝置
原理：如圖所示機(jī)架支承著轉(zhuǎn)盤，翻轉(zhuǎn)液壓缸可以使轉(zhuǎn)盤由水平到豎直運(yùn)動(dòng)， 當(dāng)翻轉(zhuǎn)液壓缸是轉(zhuǎn)盤水平時(shí)，把回轉(zhuǎn)支承放在轉(zhuǎn)盤上時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的夾緊液壓缸會(huì)根據(jù)回轉(zhuǎn)支承的直徑來(lái)伸縮長(zhǎng)度來(lái)固定回轉(zhuǎn)支承。當(dāng)固定好了以后就可以加工回轉(zhuǎn)支承套圈端面了。當(dāng)翻轉(zhuǎn)液壓缸縮回去直到轉(zhuǎn)盤的方向是豎著的，此時(shí)將回轉(zhuǎn)支承吊起來(lái)在空中翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，再放在轉(zhuǎn)盤上，翻轉(zhuǎn)液壓缸繼續(xù)工作將轉(zhuǎn)盤放在水平位置，這時(shí)回轉(zhuǎn)支承套圈的另一面就可以加工了。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)：
1) 工作臺(tái)穩(wěn)定可靠。
2) 由液壓系統(tǒng)控制，由于體積小，重量輕，因而慣性小，啟東制動(dòng)迅速，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可以快速而無(wú)沖擊地變速和換向。
3) 可以在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便，調(diào)速范圍比較大。
4) 簡(jiǎn)化機(jī)器結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)目。
5) 由于系統(tǒng)充滿油液對(duì)各液壓元件有潤(rùn)滑和冷卻的作用，使之不易磨損，又由于容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，因而壽命長(zhǎng)。
（2） 方案的研究
研究方案圖 2.2 如下：
圖 2.2 研究方案圖
2.3 回轉(zhuǎn)支承翻轉(zhuǎn)裝置零部件設(shè)計(jì)選型
2.3.1 回轉(zhuǎn)支撐選型及尺寸的確定
本課題給定的回轉(zhuǎn)支承的范圍是 2000mm——30000mm 之間的回轉(zhuǎn)支承。為了使設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)裝置的可行性，我們選擇 2000-3000 中間尺寸。
回轉(zhuǎn)支承尺寸圖如圖 2.3 所示：
圖 2.3 回轉(zhuǎn)支撐尺寸圖
圖 2.4 回轉(zhuǎn)支撐符號(hào)含義圖
最大回轉(zhuǎn)支承的參數(shù)如下： 序號(hào)：38:；
型號(hào)：2500.50A；
外形尺寸： D=2662mm，dn=2334mm，H=124mm； 安裝孔尺寸：Du=2604mm，Dn=2396mm，n=60； 結(jié)構(gòu)尺寸： n=6(油杯數(shù)量)，h=12mm,L=100；
齒輪參數(shù)： 模數(shù) m=20，da=2760mm，z=137，m(質(zhì)量)=1175kg，X=-0.5;
根據(jù)選定的回轉(zhuǎn)支撐的最大尺寸，用 Solidwork2014 建立三維模型，回轉(zhuǎn)支撐外圈如圖 2.5 所示。
圖 2.5 回轉(zhuǎn)支撐外圈
根據(jù) solidwokks2014 對(duì)零件回轉(zhuǎn)支撐外圈進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，得到回轉(zhuǎn)支撐外圈的質(zhì)量屬性圖如圖 2.6 所示：
2.6 回轉(zhuǎn)支撐外圈質(zhì)量屬性
根據(jù)上圖， 可以看到回轉(zhuǎn)支撐外圈的質(zhì)量為 m1=1009.560kg,， 計(jì)算時(shí)取m1=1200kg.。所以，該回轉(zhuǎn)支撐外圈重力為：
G=m1g=1200×9.8=11760N (2-1)
2.3.2 壓緊液壓缸的設(shè)計(jì)和液壓泵的選擇
液壓缸的作用是將壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或小于 360 度的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
1. 液壓缸的分類： 按結(jié)構(gòu)分類如下：
（1） 活塞式液壓缸：活塞缸是液壓和氣壓傳動(dòng)中最為常用的一種執(zhí)行元件，是液壓缸的主體?；钊揭簤焊卓煞譃殡p桿和單桿兩種結(jié)構(gòu)形式。其固定方式有缸筒固定和活塞桿固定兩種。
（2） 柱塞式液壓缸：柱塞缸是最簡(jiǎn)單的液壓缸，它只有一個(gè)油口，當(dāng)壓力油液從油口供入時(shí)，柱塞驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，其返回行程時(shí)靠外力來(lái)完成的。
（3） 擺動(dòng)式液壓缸：擺動(dòng)缸輸出轉(zhuǎn)矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，它有單葉片、雙葉片或多葉片形式。
按供液次數(shù)分類如下：
（1） 單作用液壓缸
如果在一次工作循環(huán)中，只需供液一次使活塞（或柱塞）伸出，則稱單作用液壓缸。單作用液壓缸的活塞（或柱塞）是靠外力完成的。單作用液壓缸只有一個(gè)油口，既是供油口又是回油口，供液和回液口的變換是靠換向閥控制的。
（2） 雙作用液壓缸
雙作用液壓缸是完成一次工作循環(huán)必須供液兩次的液壓缸。3）組合式液壓缸
組合式液壓缸是為了滿足特定的需要，由上述缸的三種形式和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或其它傳動(dòng)形式組合成的。
組合式液壓缸分別為：增壓缸、多級(jí)缸、齒條活塞缸、氣-液阻尼缸、氣壓油缸、多速缸、薄膜氣缸、沖擊氣缸、磁性開(kāi)關(guān)氣缸、磁性無(wú)活塞桿氣缸等。
根據(jù)課題需要，本課題中的夾緊液壓缸選用雙作用單活塞桿式液壓缸。其結(jié)構(gòu)如圖 2.7 所示：
2. 缸筒
圖 2.7:雙作用單活塞桿式液壓缸
1-防塵圈；2-密封壓環(huán)；3-法蘭螺釘；4-前端蓋；5-導(dǎo)向套；6-活塞桿；
7-缸筒；8-活塞；9-螺母；10-后端蓋；11-活塞密封；12-密封圈；
13-密封壓緊螺母；14-缸筒密封；15-活塞桿密封
常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，其連接形式分別是：法蘭連接、外螺紋連接、內(nèi)螺紋
連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接、拉桿連接、焊接、鋼絲連接。
通常根據(jù)缸筒與端蓋的連接型式選用，連接型式又取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。本課題采用法蘭連接。
法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸。
法蘭連接的缺點(diǎn)：重量比螺紋連接的大，但比拉桿連接的小，外徑較大。 法蘭連接又有四種形式，有缸體為鋼管，端部焊法蘭；有缸體為鋼管，端部
鐓粗法蘭連接，還有缸體為鍛件或鑄件法蘭連接。
我們選用第四種，缸體為鍛件或鑄件法蘭如圖 2.8 所示：
（1） 缸筒材料：
圖 2.8 法蘭連接
1） 一般要求材料應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。
2） 缸筒毛坯：普遍采用退火的冷拔或熱軋無(wú)縫鋼管，材料有20,35,45,
3） 對(duì)于工作溫度低于-50攝氏度的液壓缸缸筒，必須使用35、45號(hào)鋼。，而且要調(diào)質(zhì)處理，
4） 與端蓋焊接的缸筒，使用35號(hào)鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)。不與其他零件焊接的缸筒，使用調(diào)質(zhì)的45號(hào)鋼
綜合以上要求，以及課題需要，這里選擇缸筒材料為 45 鋼。
（2） 對(duì)缸筒的要求：
1） 有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；
2） 有足夠的鋼度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；
3） 內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向套的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損小，尺寸公差和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性；
根據(jù)以上選擇原則，以及課題需求，這里選擇缸筒材料為 35 鋼。
（3） 缸筒的計(jì)算1）缸筒內(nèi)徑
當(dāng)液壓缸的理論作用力 F1 以及供油壓力 P 為已知時(shí)，則無(wú)活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑 D 為：
D = ′10-3
（m） (2-2)
公式中：F1——液壓缸的作用力，因?yàn)樵诒菊n題中翻轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)盤上安裝了兩個(gè)液壓
缸，其活塞桿的夾角是 120 度，故每個(gè)液壓缸的受力均和要加工的工件重力相等， 所以 F1=m1g=1200×9.8=11760N;
P——供油壓力，查表取 P=10MPa。把數(shù)據(jù)代入上公式，得：
D=38.71mm
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 D=40mm。2）缸筒壁厚
缸筒壁厚d為：
d= d0 + c1 + c2
（2-3）
式中：
——為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值，m；
——為缸筒外徑公差余量，m；
——腐蝕余量，m；
關(guān)于0 的值，有三種情況進(jìn)行計(jì)算，不妨先假設(shè)當(dāng)/D=0.08—0.3 時(shí)，可用實(shí)用公式
o 3 Pmax D
(2-4)
23s
0
P-3P max
式中：PMax——缸筒內(nèi)最高工作壓力，MPa,取 PMax=10Mpa；
dp ——缸筒材料的許用用力，Mpa，dp=b/n，
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，因取的材料為 45 鋼，所以取 n=5, b=610Mpa 代入上式得dp=122Mpa。
將數(shù)據(jù)代入上公式，得=1.596mm 取=2.5mm。
3）缸筒外徑
D1=D+2d （2-5）
將數(shù)據(jù)代入上式中，得：
D1=45mm
查表后，取 D1=50mm
代入上式/D=5/40=0.125，在/D=0.08—0.3 之間，故其可取。4）缸筒壁厚驗(yàn)算
額定壓力 應(yīng)低于一定極限值，以保證安全:
n
s (D2 - D2 )
式中：
P ￡ 0.35 s 1
D
2
1
(2-6)
——缸筒材料屈服點(diǎn)，Mpa，查表可得 45 鋼的屈服極限為=360Mpa。 ——缸筒外徑，m
D——缸筒內(nèi)徑，m
Pn——額定壓力，這里取 pn=10Mpa
帶入數(shù)據(jù)得 pn=10Mpa≤45.36Mpa,故壁厚滿足要求。5）缸筒底部厚度
缸筒底部為平面，其厚度1 可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計(jì)算：
d1 3 0.433D1
(2-7)
式中：
——缸底厚，m
D1——計(jì)算厚度外直徑，m；
——缸筒材料許用應(yīng)力，MPa，數(shù)據(jù)同上；
P——缸筒最大工作壓力，Mpa，數(shù)據(jù)同上； 帶入數(shù)據(jù)得：6.2mm ,故取=8mm。
由于缸筒底部實(shí)際由缸筒兩端的前后端蓋組成，因此計(jì)算的缸筒厚度可作為端蓋厚度參考。
6） 缸筒制造加工要求
1） 缸筒內(nèi)徑D采用H7或H8級(jí)配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16—0.32um，需進(jìn)行研磨。
2） 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度241-285.HB。
3） 缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。
4） 缸筒直線度公差在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm。
此外，通往油口、排氣閥孔的內(nèi)徑口必須倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。
3. 活塞
由于活塞在液體壓力作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)， 既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以，設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是活塞的結(jié)構(gòu)型式。
（1）活塞結(jié)構(gòu)型式
根據(jù)密封裝置形式來(lái)選用活塞結(jié)構(gòu)形式（密封裝置則按工作條件選定）。通常分為整體活塞和組合活塞兩類。也有無(wú)活塞（整套密封件代替活塞）。
整體活塞在活塞圓周上開(kāi)溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但給活塞的加工帶來(lái)困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要由密封形式
決定。組合活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。
通過(guò)對(duì)比以上三種活塞，結(jié)合本課題考慮使用整體式密封裝置。如圖2-9所示車式組合密封。
圖 2-9 活塞的結(jié)構(gòu)型式
1——活塞；2——密封裝置
(2) 活塞與活塞桿的連接型式
活塞與活塞桿的連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開(kāi)。同時(shí)活塞和活塞桿之間需要設(shè)置靜密封。
常用的連接型式有卡環(huán)型，軸套型，和螺母型、鎖緊螺母型、焊接型。通過(guò)對(duì)比以及課題需要，選擇使用卡環(huán)型，其結(jié)構(gòu)如圖 2.10 所示。
（3） 活塞密封結(jié)構(gòu)
2.10 圖卡環(huán)型
1——卡環(huán) 2——套軸 3 彈性擋圈
活塞的密封形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來(lái)選擇。常用的活塞密封結(jié)構(gòu)有：密封圈密封（O 形密封圈、Y 形密封圈、V 形密封圈、車氏組合密封），活塞環(huán)密封，間隙密封。本課題采用 O 型密封圈。
（4） 活塞材料
無(wú)導(dǎo)向環(huán)活塞：高強(qiáng)度鑄鐵HT200-HT300或球磨鑄鐵。
有導(dǎo)向環(huán)活塞：優(yōu)質(zhì)碳素鋼20、35及45，有的在外徑套尼龍或聚四氟乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制成的支承環(huán)，裝配式活塞外環(huán)可用錫青銅。
還有用鋁合金作為活塞材料。
本課題使用有導(dǎo)向環(huán)活塞優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45。
(5) 活塞尺寸及加工公差
活塞寬度一般為活塞外徑的0.6---1.0倍，但也要根據(jù)密封件的型式、數(shù)量和安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸而定。本課題的活塞寬度取B=40mm
因?yàn)榛钊鈴降呐浜弦话悴捎胒9，缸筒內(nèi)徑略小于活塞外徑，可近視認(rèn)為
B=D=40mm。4.活塞桿
（1） 活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿的結(jié)構(gòu)分為：桿體（實(shí)心桿、空心桿）、桿內(nèi)端、桿外端。
（2） 活塞桿的材料和技術(shù)要求
活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，一般采用H8/h7或H8/f7配合。其圓度和圓柱度不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm，安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直公差不大于0.04mm/100mm,以保證活塞安裝時(shí)不產(chǎn)生歪斜。
對(duì)于工作條件惡劣、碰撞機(jī)會(huì)較多的情況，工作表面需先經(jīng)高頻淬火后再鍍鉻。用于低荷載和良好環(huán)境條件時(shí)，可不進(jìn)行表面處理。
活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要與軸線的同心，特別是緩沖柱塞， 最好與活塞桿做成一體?？ōh(huán)槽取動(dòng)配合公差，螺紋則較緊的配合。
對(duì)活塞桿通常要求淬火，淬火深度一般為0.5-1mm，或活塞桿直徑每毫米淬深0.03mm。
這里選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，淬火。
（3） 活塞桿的計(jì)算1）活塞桿直徑計(jì)算
如果活塞桿長(zhǎng)度小于或等于10倍的缸徑D,不能確定速比時(shí)，可按照下式(2-8)計(jì)算：
d = ′10-3 （m） (2-8)
式中：
F1
——液壓缸的推力，N ，F(xiàn)1=mg=1200×9.8=11760N
——材料的需用應(yīng)力，Mpa, =/n=340/2=170Mpa
代入數(shù)據(jù)得：d=9.39mm,查表，取 d=14mm。
2) 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定工況下，如果只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿受力拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度:
s= F ′10-6 ￡s
p p MPa (2-9)
2
′ d
4
式中：
F——活塞桿的作用力，F(xiàn)=F1=11760N
——材料的需用應(yīng)力，Mpa；，查表得調(diào)質(zhì)后的中碳鋼=400MPa d ——活塞桿的直徑，m
將數(shù)據(jù)代入上式(2-9)，得：
=76.43Mpa≤ =400Mpa
故活塞桿滿足強(qiáng)度要求。
3) 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算
受力完全在軸線上，所以按下式驗(yàn)證：
F1 ￡ Fk / nk
(2-10)
p2 E I ′106
F1 = ?1
K 2 L2
N (2-11)
E1 =
E
(1+ a)(1+ b)
B
= 1.80 ′105
MPa (2-12)
式中：
pd 2
I = (2-13)
64
Fk ——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N；
nk ——安全系數(shù)，通常取nk =3.5~6；,這里取nk =5； K——液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，查表為 K=0.5；
E1 ——實(shí)際彈性模數(shù)；
a——材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取 a=1/12; b——活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取 b=1/13；
E——材料的彈性模數(shù)，MPa，鋼材 E= 2 .1 0 ′ 1 0 5 Mpa；
I——活塞桿橫截面慣性矩，m4 ；
LB ——為活塞達(dá)到最大行程時(shí)，整個(gè)液壓缸的長(zhǎng)度，這里取 LB =0.57m. 將數(shù)據(jù)代入以上公式，得 Fk=41129.2N
Fk/nk=8225.84,不滿足，所以，重新選取 d=16mm,再代入上式?？傻?FK=70164.6N，F(xiàn)k/nk=14032.92N。
F1=11760N≤Fk/nk=14032.92N。
故活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。
5.活塞桿的導(dǎo)向套、密封裝置和防塵圈
活塞桿的導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)， 其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。
（1）導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)型時(shí)有軸套式和端蓋式（端蓋式、端蓋式加導(dǎo)向環(huán)）。
根據(jù)不同導(dǎo)向套類型特點(diǎn)和課題需要及前面密封組合形式，選擇使用軸套式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖 2.11 所示。
圖 2.11 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)
1- 金屬材料導(dǎo)向套；2-車氏組合；3-防塵圈
（2） 導(dǎo)向套的材料
金屬導(dǎo)向套一般采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導(dǎo)向套可以用尼龍、聚四氟乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制作。端蓋式直接導(dǎo)向型的導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等制作。
（3） 導(dǎo)向套長(zhǎng)度的確定1）導(dǎo)向套尺寸配置
導(dǎo)向套的主要尺寸是支撐長(zhǎng)度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套材料的承壓能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)荷等因素來(lái)考慮。通常可采用兩段，每段寬度一般約為 d/3，兩段的線間距離取 2d/3。
2）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度
導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短，將使缸因配合間隙引起的初試撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，一般缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足：
H≥S/20+D/2（m） (2-14)
式中：S——最大工作行程，,這里??；S=160mm D——缸筒內(nèi)徑，，查看缸筒內(nèi)徑得 D=40mm。
將數(shù)據(jù)代入上式(2-14)，得H≥30mm
導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度 A，在缸徑小于或等于 80mm 時(shí)，取
A=（0.6~1.0）D (2-15)
將數(shù)據(jù)代入上式(2-15)，得： A=24~40mm
活塞寬度取 B=（0.6~1.0）D,同理可得，B=40mm。
（4） 加工要求
導(dǎo)向套內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多為 H8/f7~H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔的環(huán)形油槽和直油槽要淺而深，以保證良好的潤(rùn)滑。
（5） 密封裝置
活塞桿存在兩處密封。分別為活塞桿與活塞的靜密封和活塞桿與液壓缸端部壓環(huán)的動(dòng)密封，從上文可知，分別采用了 O 型密封圈密封和車氏組合密封。
（6） 防塵圈
本課題使用 A 型防塵圈，結(jié)構(gòu)如圖 2.12 所示。
圖 2.12 A 型防塵圈
A 型防塵圈是一種單唇無(wú)骨架橡膠密封圈，起防塵作用。6.缸體組件的連接形式
常見(jiàn)的缸體組件連接形式有五種，分別是：法蘭式連接，半環(huán)式連接，螺紋式連接，拉桿式連接，焊接式連接。
結(jié)合前面缸筒的結(jié)構(gòu)中的選擇，本課題使用法蘭式連接。
法蘭式連接的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠。
7.允許行程 S 和計(jì)算長(zhǎng)度 L 的計(jì)算
根據(jù)課題需求，液壓缸的安裝方式為一端剛性固定，一端自由，安裝型式如圖 2.13 所示：
圖 2.13 液壓缸安裝型式
由于該液壓缸的歐拉載荷條件（末端條件）為一端固定，一端自由，查表可知： n=1/4
最大允許長(zhǎng)度：
Lk =
192.4d 2
(安全系數(shù)n 為3.5時(shí)) (2-16)
計(jì)算長(zhǎng)度：
L = LK
2
允許行程：
S = L - l1
式中：
——最大計(jì)算長(zhǎng)度，mm；
D——液壓缸內(nèi)徑，D=40mm； d——活塞桿直徑，d=16mm P——工作壓力，P=10Mpa
結(jié)合厚度長(zhǎng)度可得 l1=80mm 帶入數(shù)據(jù)得 ：
（2-17）
(2-18)
=389mm L=195mm
S=95mm
因?yàn)?S=95mm＜160mm,，S 小于最大工作行程。
因此，d=16mm 不能滿足要求，查表活塞桿直徑系列，取 d=20mm。將數(shù)據(jù)再次代入上式，最終可得：
Lk=487mm L=243mm S=163m>160mm
所以最終確定活塞桿的直徑為 d=20mm。
再根據(jù)上文活塞桿的穩(wěn)定性校核驗(yàn)算，可以判斷 d=20mm 的活塞桿滿足要求，安全可靠，滿足穩(wěn)定性要求。
根據(jù)上訴各部分尺寸，可以確定壓緊缸前后端蓋尺寸。8.液壓泵的選擇
設(shè)活塞桿最大速度為：
設(shè)Vmax=40mm/s=4cm/s
A = pD
(2-19)
式中：
qmax = Vmax A
(2-20)
Vmax——活塞移動(dòng)的最大速度，cm/s；
D——活塞直徑，cm； qmax 為最大流量，ml/s。將數(shù)據(jù)代入上式，得：
qmax =50.24 ml/s
葉片泵具有噪音低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，但抗污能力差，加工工藝復(fù)雜，精度要求高，價(jià)格也較高。若系統(tǒng)的過(guò)濾條件較好，油箱的密封性也好，則可選擇壽命較長(zhǎng)的葉片泵，正常使用的葉片泵工作壽命可達(dá)10000小時(shí)以上。
結(jié)合葉片泵的特點(diǎn)和本課題需求，這里選擇使用葉片泵。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取 YB-A6B 型液壓泵。
其中理論排量為 6.5ml/r，轉(zhuǎn)速為 800r/min，額定壓力為 7Mpa 。
2.3.3 卡爪和轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)盤的作用:回轉(zhuǎn)支承放在轉(zhuǎn)盤上時(shí)，轉(zhuǎn)盤能夠支承其重量，滿足剛度要求， 當(dāng)回轉(zhuǎn)支承翻轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)盤能使其滿足工作條件。
卡爪的作用：當(dāng)把回轉(zhuǎn)支承放在轉(zhuǎn)盤上時(shí)，其固定回轉(zhuǎn)支承的作用，當(dāng)把回轉(zhuǎn)支承從轉(zhuǎn)盤上拿下來(lái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的時(shí)候，卡爪又可以縮回，使回轉(zhuǎn)支承能夠順利拿下來(lái)。
（1） 卡爪的設(shè)計(jì)
卡爪是連接在活塞桿端部上的，其連接方式為焊接，卡爪對(duì)工件起支撐作用。由于本課題是大型回轉(zhuǎn)支撐套圈翻轉(zhuǎn)裝置，工件是回轉(zhuǎn)軸承，卡爪和回轉(zhuǎn)支撐軸承接觸為面圓弧接觸，因此在卡爪與回轉(zhuǎn)支承的接觸面之間要附加一層圓弧面的軟材料，用此來(lái)保護(hù)工件和卡爪，可以使其避免刮傷和損傷。
卡爪外形設(shè)計(jì)如圖2.14：
卡爪外形確定：
圖 2.14 卡爪外形
L1 = da - 2500 + h2
2
(2-21)
卡爪的尺寸主要由回轉(zhuǎn)支撐的最大尺寸確定，由于回轉(zhuǎn)支撐的高度 H=124mm,所以卡爪高度稍微比 124mm 大就行，取 L3=130mm，卡爪的厚度取 h1=h2=15mm，代入數(shù)據(jù)，可得 L1=145mm，取整得 L1=150mm。
卡爪寬度沒(méi)有特別高的要求，不是特別小就行了，取 L2=120mm。最終決定卡爪尺寸為：
h1=h2=15mm，L1=150mm，L2=120mm，L3=130mm。
（2） 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)盤的作用是放置用來(lái)加工的回轉(zhuǎn)支承，同時(shí)夾緊液壓缸也安裝在轉(zhuǎn)盤上，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)盤時(shí)，主要考慮兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是如何能在節(jié)省加工轉(zhuǎn)盤的材料的同時(shí)保證轉(zhuǎn)盤的剛度，另一個(gè)問(wèn)題是如何使轉(zhuǎn)盤方便的進(jìn)行加工。
為此，這里將轉(zhuǎn)盤的形狀設(shè)計(jì)成三叉形，轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩層，第一層是一個(gè)薄板，要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)支承和夾緊液壓缸放在第一層薄板上。第二層是三條工字鋼，作用是提高轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度和剛度。整個(gè)轉(zhuǎn)盤的三維模型如圖所示。
為了使夾緊液壓缸工作時(shí)，與液壓缸相連的卡爪能夠有效的與回轉(zhuǎn)支承接觸， 在轉(zhuǎn)盤的第一層薄板上開(kāi)設(shè)導(dǎo)向溝槽，如圖 2.15 所示。
圖 2.15 轉(zhuǎn)盤上的溝槽
因?yàn)樽畲蠡剞D(zhuǎn)支承的最大尺寸為 da=2760mm，故取轉(zhuǎn)盤的外形尺寸d1=3000mm,d2=1200mm。
第一層薄板，尺寸寬度 B=180mm，厚度 h=25mm。
轉(zhuǎn)盤的第二層是三條工字鋼，選擇型號(hào)為 25#B，其尺寸如下： h=250mm,b=118mm,d=10mm,L=1500mm。
兩層通過(guò)焊接連在一起，同時(shí)三條工字鋼也焊接在一起組成一個(gè)剛體。轉(zhuǎn)盤外形如圖 2.16 所示：
圖 2.16 轉(zhuǎn)盤外形圖
轉(zhuǎn)盤模型如圖 2.17 所示：
圖 2.17 轉(zhuǎn)盤模型圖
由 SolidWorks2014 三維建模，可以分析該轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量屬性，如圖 2.18 所示， 可以看出轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量 m2=766kg。
圖 2.18 質(zhì)量屬性圖
所以轉(zhuǎn)盤重力為：G2=m2g=7506.8N。 (2-22) 對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行校核：
轉(zhuǎn)盤在水平位置時(shí)，三個(gè)伸出臂支承回轉(zhuǎn)支承，因臂是均布，故每個(gè)臂受力均相同，設(shè)為F?，F(xiàn)將一個(gè)支撐臂簡(jiǎn)化為一個(gè)懸臂梁，其分析對(duì)象只研究工字鋼，可知這種簡(jiǎn)化方法是偏于安全的。下面分別對(duì)其進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核和剛度校核。
簡(jiǎn)化后的單個(gè)臂受力圖如圖 2.19 所示。臂的截面上彎曲應(yīng)力分布如圖 2.20 所示。
圖 2.19 轉(zhuǎn)盤單個(gè)臂受力圖 圖 2.20 臂的截面上彎曲應(yīng)力分布圖
F = G1
3
(2-23)
Mx - F ′ l
M ′ h
(2-24)
stmax- 2
I
M ′ h
sc max = - ?2
Ix
w Fl
3
max = -
3EIx
式中：式中：G1——回轉(zhuǎn)支承外圈重力，N；
MX——臂所受的彎矩， N .m；
h——工字鋼的高度，m，查表后得h=0.25m；
st max ——臂所受最大壓應(yīng)力，Pa；
sc max ——臂所受最大拉應(yīng)力，Pa ；
(2-25)
(2-26)
(2-27)
wmax
——臂彎曲的最大撓度，m；
l——臂的長(zhǎng)度，m，這里；l=1.8m；
E——材料的彈性模量，Pa，查表得E=2.1× 1011Pa。
將以上數(shù)據(jù)代入上式得：
st max =7.5MPa
sc max =-7.5Mpa
wmax =-0.31mm
工字鋼的彎曲應(yīng)力為230Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7.5MPa，故可判斷臂的強(qiáng)度符合要求；臂總長(zhǎng)1800mm，最大彎曲撓度小于1mm，故可判斷臂的剛度也是符合要求的。
綜上可得轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度和剛度滿足要求。
2.3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架是在機(jī)器（或儀器）中支承或容納零、部件的零件稱為機(jī)架。是底座、機(jī)體、床身、立柱、殼體、箱體、以及基礎(chǔ)平臺(tái)等零件的統(tǒng)稱。
機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。
評(píng)定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。在機(jī)床中剛度決定著機(jī)床生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度。
強(qiáng)度是評(píng)定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則。
機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來(lái)校核其靜強(qiáng)度。此外還要校核其疲勞強(qiáng)度。
機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來(lái)考慮。動(dòng)剛度是衡量機(jī)
架抗震能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架抗震能力應(yīng)從提高機(jī)架構(gòu)件的靜剛度，控制固有頻率，加大阻尼等方面。
機(jī)架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問(wèn)題。有些構(gòu)件制成薄壁腹式也存在局部失穩(wěn)。穩(wěn)定性是保證機(jī)架正常工作的基本條件。必須加以校核。
對(duì)機(jī)架的一般要求如下
1) 在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求低、成本低。
2) 抗震性好。
3) 噪聲小。
4) 溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響小。
5) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，方便鑄造、焊接和機(jī)械加工。
6) 結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。
7) 導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好。
8) 造型好。
本課題對(duì)機(jī)架的設(shè)計(jì)和校核如下：
機(jī)架是用來(lái)承載整個(gè)翻轉(zhuǎn)裝置的。為了滿足使用要求和節(jié)省材料以及便于加工， 對(duì)機(jī)架的外形做如下設(shè)計(jì)：
機(jī)架是由四部分組成的，上梁、立柱、下梁、底座。機(jī)架設(shè)計(jì)圖，如圖2.21所示：
圖2.21機(jī)架圖
上梁的尺寸：梁長(zhǎng)L=2500mm，寬度為B=100mm，高度是H1=150mm 立柱的尺寸：直徑D1=80mm，高度H2=1500mm
下梁的尺寸：梁長(zhǎng)L=2500mm,寬度為B=100mm，高度是H3=150mm，中間的橫梁是寬度為B=200mm.
底座的尺寸：直徑D2=200mm,高度是H3=200mm。對(duì)各個(gè)零件三維建模，得到質(zhì)量屬性，如：
圖2.22 底座質(zhì)量屬性圖，圖2.23下梁質(zhì)量屬性圖，圖2.24立柱質(zhì)量屬性圖， 圖2.25上梁質(zhì)量屬性圖。
圖2.22 底座質(zhì)量屬性圖 圖2.23下梁質(zhì)量屬性圖
圖2.24立柱質(zhì)量屬性圖 圖2.25上梁質(zhì)量屬性圖
上 梁建 立 三 維圖 并 進(jìn)行 分 析 得到 上 梁質(zhì) 量 m1=10088.3kg, 立 柱的 質(zhì) 量m2=58.811kg，下梁的質(zhì)量 m3=1023.897kg，底座的質(zhì)量 m4=49.009kg，各個(gè)部分的材料均 ZG230-450。下面是對(duì)各個(gè)部分的校核。
1）上梁的校核
上梁主要受回轉(zhuǎn)支承的重力和轉(zhuǎn)盤的重力,
Fmax = (m回轉(zhuǎn)支承 +m轉(zhuǎn)盤) ′g
(2-28)
式中：
m 回轉(zhuǎn)支撐——回轉(zhuǎn)支承的重量，1200kg.，kg；m 轉(zhuǎn)盤——轉(zhuǎn)盤的重量，766kg；
g——重力加速度，9.8N/s；Fmax——梁的最大力，N； 帶入數(shù)據(jù)到（2-28）Fmax=1
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