1MN除鳞机主体结构设计（终期论文）1.doc

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1、 1MN除鳞机主体结构设计摘要：本论文介绍了在扎制刚在加工过程中所产生氧化皮的处理办法。为解决给定工件两待加工表面的加工精度问题，必须先去除其氧化皮而后加工。本论文旨在设计出一利用合理的除鳞方法以去除所给定工件，给定清洗面的氧化皮的除鳞机械。通过对各种除鳞机现状的了解，从而最终确定本设计的基本实现目标、所利用的原理、主要部件等。在进行比较后优先选择机械除鳞的方式对所给工件待加工表面进行除鳞。由于工件是圆柱状，设计中利用液压马达输出旋转动力的方式进行除鳞，同时以液压缸输出直线动力使旋转盘面接近工件表面。最终通过完整的设计完成所给定的除鳞任务。在实际除鳞过程中由于工件过大，在进行搬运过程中的连续性

2、较差，无法快速完成除鳞操作导致搬运过程中再次产生少量氧化皮。在实际中运用时应改进搬运过程。目录： 摘要 第一章 绪论1.1前言1.2设计任务书1.3除鳞机的概述 1.3.1选题背景及其意义 1.3.2文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 1.3.3除鳞方式综述 1.3.4总体研究方案比较 第二章 研究内容2.1机械除鳞的工作原理2.2除鳞机的设备构成 2.2.1 C型机架 2.2.2液压机（液压缸与活塞） 2.2.3液压马达 2.2.3导柱 2.2.4转动盘 第三章 动力件的设计计算及校核3.1液压缸的设计计算及强度校核3.2法兰的设计计算及强度校核3.3短轴的设计计算及强度校核3.4长轴的设

3、计计算及强度校核3.5 C型机架的设计计算及强度校核 第四章 结构件的设计4.1液压缸的设计及其附件选择4.2导柱的设计及其附件选择4.3传动盘的设计及其附件选择4.4支撑盘的设计及其附件选择4.5轴承和密封圈的设计及选择结论参考文献致谢 第一章 绪论1.1设计任务书申报人任运来所属学院机械学院设计（论文）选题名称1MN除鳞机主机设计课题来源企业委托课题简介：专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要，对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮，变形过程中严重影响成品件的质量，因此，去除氧化皮是成形前必须解决的问题，除鳞机就是在市场急切需要的情况下而

4、专门设计的设备。因此，设计1MN除鳞机满足市场的需求，对制造业的产品质量是有着实 际意义的。通过除鳞机毕业设计，使学生综合运用在大学期间所学的机械制图、机械设计等专业基础知识，训练学生独立查阅资料、可行性分析、初步设计、技术设计、工作图设计等各个环节的能力，掌握一定的冷热加工知识，设计水平达到本科生的要求。选题理由及准备情况： 由于大型锻件和铸件毛坯在加热后产生大量的氧化皮，在成形前将其去除，以提高成品件的质量。因此，去除氧化皮是毛坯成形前亟待解决的问题，同时也是生产企业急切需要的设备。所以设计了专用除鳞机设备，以满足市场的需求。 这种设备的主要特点是结构比较简单，工作区域宽敞，工作时可以从三

5、面接近压机，因此很方便于工件的操作。1MN除鳞机属于小型锻压设备，投资少，见效快，用途广，发展前景广阔。设计（论文）要求及所具备的条件：1MN除麟机主机设计主要参数及工作量要求：1. 压机最大工作压力: 1MN；系统工作压力: 6.3 MPa。2. 绘制总装配图、机架等主要零部件的工作图。3绘制装配图A0图纸1张；零件图A1图纸2张；设计说明书1份。课题来源企业委托课题的目的、意义 专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要，对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮，变形过程中严重影响成品件的质量，因此，去除氧化皮是成形前必须解决的问题，除鳞机就是

6、在市场急切需要的情况下而专门设计的设备。 通过除鳞机毕业设计，使学生充分了解除鳞机的结构以及工艺特点等，培养学生调查研究、检索中外文献和综述的能力；综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力；研究方案的制定、论证、分析与比较的能力；计算机运用能力；设计与绘图能力等，达到本科生的毕业要求。要求主要技术要求： 1. 压机最大工作压力: 1MN； 2. 系统工作压力: 6.3MPa；3. 回程力：0.1 MN ；4. 工作行程：500mm；5. 液压马达最大输出转矩：120000N.m： 6. 液压马达转速：16rpm；7. 最大工件尺寸：1800x2000mm。工作量要求:1. 完成设计计算说明

7、书1.5万字以上；2. 完成总装配图，A0图纸1张；3. 完成零、部件图等合计A0图纸1张；4. 英文资料翻译2万个英文字符以上。1.2除鳞的概述1.2.1选题背景及其意义本课题来源于企业的委托，通过校外企业的委托任务，使我们能够将大学4年的知识学习和企业工作联系起来。专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要，对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮，变形过程中严重影响成品件的质量，因此，去除氧化皮是成形前必须解决的问题，除鳞机就是在市场急切需要的情况下而专门设计的设备。通过除鳞机毕业设计，使学生充分了解除鳞机的结构以及工艺特点等，培养学生调查研

8、究、检索中外文献和综述的能力；综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力；研究方案的制定、论证、分析与比较的能力；计算机运用能力；设计与绘图能力等，达到本科生的毕业要求。1.2.2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）1）世界范围内钢铁行业近况。20世纪末期以来，世界钢铁产量快速增长，钢铁行业取得了巨大的进步。截止2014年，世界钢产量已达16亿t。其中 ，以中国、印度等亚洲国家的发展起到了带头作用，这些国家钢铁工业的发展支撑了本国的经济腾飞，同时也促进了国际经济的繁荣。钢铁行业在国民经济中的支柱作用在此充分体现。但是，钢铁工业急剧快速的发展在解决国民经济急需、发挥正能量的同时，也造成了一系列

9、问题。首先是资源、能源的限制凸显，矿石、铁合金等资源大量依赖进口，发展的命脉基本掌握在几个国外矿山巨头的手中。污染、排放等环境问题已经严重危及社会发展和人民生活。而我们的产品，特别是量大面广的产品仍然停留在相对初级的阶段，钢铁材料的潜力急待挖掘，升级换代迫在眉睫，循环利用已经成为重要的议事日程。面对这种严峻局面，钢铁工业发展的绿色化问题已经成为钢铁工作者，乃至全社会共同关心的问题。所谓绿色化，即节省资源和能源；减少排放，环境友好，易云循环；产品低成本，高质量、高性能。这应当是全体钢铁工作者的目标，也是现代钢铁技术的最基本的特征。2）钢铁行业中重要的工艺过程轧制轧制是钢铁行业的成才工序，是大批量

10、生产钢铁材料的工艺过程，是最主要的钢铁材料成形方法，冶炼钢的90%以上要经过轧制工艺才能成为可用钢材。轧制部门直接面对国民经济的各个行业，与汽车、建筑、能源、交通、机械制造等国民经济支柱产业密切相关，也与人民的生活紧密相连。由于钢材生产数量大、品种多、广泛应用于国民经济的各个部门，所以轧制行业是国民经济发展的基础产业之一。轧制产品在各个行业应用，从而接受实践和实际应用的考验，影响材料全生命周期的行为，并对社会和环境产生重要影响。轧制技术在轧制过程创新与轧制产品研发上具体体现在下述4个方面，即：高精度成形；高性能成形；减量化成分设计；减排放清洁工艺。3）轧制的精度控制与发展轧制技术16世纪在欧洲

11、出现，但是真正大规模发展还从上世纪初开始。在二次大战前，轧制过程的任务是以成形为主，以不断提高产量、满足当时欧美社会发展为目标。由单机发展到连续，规模不断扩大。连续式热轧机、连续式冷轧机相继登上历史舞台。二次大战之后，钢铁工业规模、数量和质量方面的迫切需求，需要自动化技术的支撑。用户行业大规模采用自动化生产线，对产品精度提出了越来越高的要求，拉动了轧制技术的发展。从50年代开始，为了保证材料的成形精度和质量，轧制过程自动化、连续化逐渐成为重要的发展趋势。特别是英国的BISRA等研究单位，从厚度自动控制技术开始，对轧制过程的精度控制展开了开创性的工作。随后，作为战后回复重建的国家，日本在大规模建

12、设钢铁厂的过程中，利用后发的优势，提出了大型化、自动化的建设目标，并贯彻到轧制过程的建设和研究之中，将轧制技术的自动化技术融合，使轧制技术的自动化、信息化水平与综合装备水平提升到一个新的高度。对于板带钢来说，外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。早所有的尺寸精度指标中，厚度精度指标是最基本、最重要的指标。通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的AGC控制系统的改进，厚度精度已经达到了很高的水平。为了提高板带钢的板形质量，板形控制技术取得了长足的进步。除了一般的辊型曲线设计、轧制负荷分配等手段之外，硬件水平的提高，特别是轧制本身的改进起到了重要作用，CVC、PC、HCW、

13、DSR等新机型的出现使板带钢的板形控制获得了强力手段，控制质量发生了质的飞跃。平面形状控制，对提高中厚板成材率是一项关键技术。在平面形状控制技术中吗，利用立辊轧机与MAS法配合，可以获得最好的控制效果，能够显著提高中厚板轧机的成材率。随着用户对产品要求的不断提高，产品的表面质量问题也已经成为制约制约市场开拓的严重问题。除了高压水除鳞之外，冷却水系统的质量问题和保养以及水质的清洁度，润滑技术的改进，都可以大幅度提高钢材的表面质量。近年通过钢材成分合理设计。除鳞工艺优化以及轧制温度控制制度，可以控制钢材表面氧化铁皮的厚度和结构，生产免酸洗和减酸洗钢材，是钢材表面质量控制的重要进展。4）除鳞技术的研

14、究应用现状 准确了解钢材表面鳞皮的性质是选择合适的除鳞技术的前提。因为对于不同的氧化皮结构,冲蚀、破碎机理是不同的。钢材表面的氧化层,主要有两种情况1:第一种是钢坯从加热炉加热后产生的炉生氧化铁皮，由表及里的结构为 Fe2O3、Fe3O4、FeO，从强度上看FeO 的强度最低但它的粘度却很大，氧化层较厚，这种鳞皮温度很高，结构松散，除鳞比较容易。这就是钢材热轧除鳞，也是钢材生产中必须的一道工艺，因此研究的比较多。2：第二种是在冷轧、冷拔等生产中钢件表面二次氧化产生的再生氧化铁皮，由表及里的结构为Fe2O3、 Fe3O4，氧化层较薄，但由于氧化时间长,其氧化铁皮致密，破坏强度很高。这种氧化皮的破

15、坏强度可以参考表 1-1： 表1-1 氧化皮破坏强度表 氧化层 Fe2O3 Fe3O4 FeO 破坏强度（MPa ） 10 40 0.4 1.2.3除鳞方式综述 随着工业生产的需要，已经产生了很多钢材除鳞的工艺和方法。目前工业上应用比较广泛的除鳞技术主要包括喷丸、喷砂、抛丸除鳞，高压水射流除鳞，磨料射流除鳞等。在生产实践中往往需要综合利用各种除鳞方法的优点，才能取得更好的效果。每种方法都有它的适用范围和特点，需要做具体分析。 下面简要分析、比较各种常用的除鳞方法。 1）化学除鳞 化学除鳞法是用化学除锈剂与铁氧化物发生化学反应将锈垢、鳞皮除去的一种方法，利用的是化学药品的反应能力。 钢铁在高温条

16、件下氧化生成的氧化皮Fe2O3、Fe3O4、 FeO 都可以被酸溶解：同时酸还渗透通过氧化皮空洞与机体发生作用，生成氢气。所产生的氢气泡有机械顶裂和剥落外层黑色氧化皮、加速氧化皮溶解的作用。通常去除钢铁氧化皮可以用盐酸或硫酸，也可用盐酸和硫酸的混合液进行浸蚀处理。化学除锈法的关键在于除锈剂的工艺配方。目前已经研制了很多是用于矿山机械、大型钢材表面等表面处理的除锈液、除锈剂和除锈膏。化学除鳞法的优点是不引起金属材料的变形、处理表面不粗糙、操作简单，许多化学药品作用强烈、反应迅速、流动性好、渗透力强，容易均匀分布到清洗表面，适合大量、小型金属制品和形状复杂的物体。化学除鳞法的的缺点是处理时间长、效

17、率低，化学清洗液选择不当或过量时，会对清洗物基体造成腐蚀破坏、造成金属表面凹凸不平，化学清洗产生的废液排放是造成环境污染的原因，因此化学清洗必须配备废水处理装置。另外化学药剂操作处理不当会对工人健康、安全造成危害。 传统上的化学除锈法已经越来越不适应自动化程度高、除锈速度要求快的现代工业发展的要求。在传统化学除锈法的基础上已经发展了电化学除锈、超声波除锈及声、电、化共同作用除锈等新工艺新方法。2）机械除鳞 机械除鳞方法是最早采用的一种除鳞方法，主要是模仿人工除鳞除锈的动作，一般用滚轮、砂轮或钢丝刷作为除鳞主要机构。目前应用比较多的钢刷除鳞是利用高速旋转的钢刷来清除表面氧化铁皮的。机械除鳞装置的

18、优点是设备简单，成本低、污染小、效率高，对清洗物基体没有腐蚀破坏作用。滚轮除鳞机同时兼有钢材矫直机的用途，适用于国防、铁路、公路、水电和工业与民用各种工程建设施工的钢筋、钢丝除锈,也适用于工厂、仓库等多种情况下的钢材除锈。这种除鳞装置的主要缺点是容易磨损、占地大、搬运不便，清理结构复杂的设备时容易出现死角。钢材在除锈过程中反复弯曲和挤压，形成较大的塑性变形，导致除鳞完成后钢材残留很大的拉应力和弯曲应力，影响使用寿命。随着新型除鳞技术的不断涌现，这种老式的物理除鳞方法已经淘汰，只有少部分早期引进的国外装置还在使用。3）喷丸、喷砂与抛丸除鳞 喷丸、喷砂和抛丸是目前主要应用的材料表面清理技术之一。

19、喷丸与喷砂的区别在于喷射磨料的不同，喷丸、喷砂与抛丸的区别在于动力源和抛射方式的不同。抛丸法的原理是利用抛丸轮高速旋转叶片的离心力将球型或带棱角的弹丸,定向地抛射到金属的表面,依靠弹丸所具有的动能来破坏或打碎表面氧化皮。抛射速度与叶轮转速和回转半径成正比。一般叶轮的转速不超过 3000r /min,叶轮直径一般为350500 mm ，转速在 2000-3000 rpm 时，抛射初速度约 50-60 m /s。抛丸方法可以一次同时处理很多零件，生产效率高，但是容易产生振动、噪声大、操作不稳定、管理困难、弹丸消耗量大等缺点而且占地大、投资多。喷丸、喷砂根据磨料的进入方式不同有不同机理。磨料的进入方

20、式主要为射吸式、混合式和自重式。射吸式也称作引射式。压缩空气经过射吸管，在喷嘴部位产生负压，将磨料吸入并与压缩空气混合后再从喷嘴喷出，这种方式与后面介绍的后混合式磨料水射流很相似，只不过工作介质是气固两相流。控制压缩气体的流量和压力就可以调节吸力及喷射打击力的大小。此种形式的设备简单，移动方便，胶管磨损较小。缺点是清理效率低，吸入高度受限制，不适于大面积作业。采用移动喷枪式喷砂时工人劳动强度大、环境污染严重。混合式指磨料储存在磨料罐中，经压缩空气压缩后从磨料罐底部磨料流量阀压出后再与压缩空气混合，进一步增压提高流速，沿着空气软管经喷嘴喷出。优点是清理效率高、控制方便，适合大面积、户外作业，缺点

21、是机构复杂，软管磨损较大，磨料的回收、除尘比较困难。自重式指磨料借重力作用自由向喷嘴落下，在喷嘴前与空气混合，适于磨料喷射方向固定、自动化要求高的作业。喷丸效果与所选参数有关，如磨料的材质、形状、粒度、硬度，压缩空气压力、流量，喷嘴的直径、形状、距离、角度等。喷丸技术的优点在于喷丸机工作时没有灰尘，不污染水和空气,工件表面也不会引起化学反应。与抛丸相比，具有节省投资、占地少，机动性和适应性强，磨料选用范围广、操作方便等优点。与酸洗法相比，金属材料的机械性能受破坏程度低，喷丸除了去除金属表面氧化皮和铁锈外，还可以用于金属表面强化，可以形成适当的粗糙度，有利于层的粘接。但是开放式作业容易对环境造成

22、粉尘污染。目前喷丸技术已经成熟，生产了各种各样的、用途各异的喷丸机，广泛应用于造船、汽车、大中型机床、工程机械、矿山机械和机电行业。4）高压水射流除鳞 高压水射流清洗和除鳞是高压水射流在清洗、除垢、除锈、除鳞方面的应用。近年来高压水清洗在国内外得到迅速发展，并已经广泛应用于工业生产。高压水射流技术经历了4个发展阶段；第一阶段，探索试验阶段，60 年代初，主要研究低压水射流采矿；第二阶段，设备研制阶段，60 年代至 70 年代初，主要研究高压泵、增压器和高压辅件，同时推广高压水射流清洗技术。第三阶段，工业应用阶段，70 年代初至 80 年代初，主要特点是大量高压水射流采煤机、切割机、清洗机的研制

23、和推广应用，应用领域也从采矿发展到其他领域。第四阶段，迅速发展阶段，80 年代初至 90 年代中，主要特点是水射流技术研究进一步深化，磨料射流、空化射流、自激震荡射流等新型射流技术发展很快。高压水清洗的原理是，用高压泵打出高压水，经管道到达喷嘴，喷嘴将高压低流速的水流转化成低压高流速的射流，正向或切向冲击清洗表面，完成清洗、除锈、除鳞作业。对热轧钢坯,温度通常为 12501150之间,当钢坯遇到高压水时,表面氧化铁皮因瞬时骤冷收缩而炸裂,高压水形成的片状流体从强度最低的 FeO 裂口处开始,连同其上Fe2O3、Fe3O4一同冲掉。二次氧化铁皮则是靠高压水射流产生的巨大打击力将轧件表面的氧化铁皮

24、打碎并迅速冲击掉。随着高压水射流技术的不断发展，其种类也越来越多。按射流介质与射流周围介质的关系可以分为淹没射流和非淹没射流；按射流水力学特性可分为定常射流和非定常射流；按射流对物料的施载特性可分为连续射流、脉冲射流、混合射流、单相和多相射流等四种；按水射流中有无介质可分为纯水射流、磨料射流、特种射流等。水射流技术在 40 年时间内得到这样高速的发展，主要是这种技术与其他清洗技术相比具有一系列优点。 1.体积小、工作介质成本低水射流整套装置体积小，占地少，工作介质是天然水或自来水，容易取得、成本低廉。如果进行切割加工，由于喷嘴直径小（一般 0.5mm以下），工作介质用量少而且一般没有污染。2.

25、容易进行自动控制、远距离作业 水射流机构具有喷头体积小、后推力小、移动方便、便于实现光控、数控或计算机控制，利用机械手控制还可以在人不能靠近的危险环境中工作，如拆除核反应堆的混凝土掩体、清洗有毒或易爆的容器等。3.能降温、除尘、延长设备寿命水射流用于煤矿采掘机上，除了可以参与切割、提高采掘能力外，还可以冷却、润滑截齿，减少磨损，提高截齿寿命。同时还能减少采掘工作的粉尘、实现无火花切割，从而为煤矿采掘工作提供安全的工作环境。水射流技术的主要缺点是能耗高，能源利用率低，除锈等级不高，一次投入费用大。另外一些高压水射流部件工艺质量和可靠性比较低，如超高压泵、旋转密封、耐磨喷嘴、高压管路等。这些问题正

26、是目前各国学者正在研究解决的。由于高压水射流的研究起步较晚，虽然各国科研人员做了不懈的努力，水射流技术也得到了迅速发展，但是其性能和应用的许多方面还有待继续研究和深入。1.2.4总体研究方案比较 1）对于高压水射除鳞其原理是，用高压泵打出高压水，经管道到达喷嘴，喷嘴将高压低流速的水流转化成低压高流速的射流，正向或切向冲击清洗表面，完成清洗、除锈、除鳞作业。它的优点是1、体积小、工作介质成本低，水射流整套装置体积小，占地少，工作介质是天然水或自来水，容易取得、成本低廉。如果进行切割加工，由于喷嘴直径小（一般 0.5mm以下），工作介质用量少而且一般没有污染。2、容易进行自动控制、远距离作业，水射

27、流机构具有喷头体积小、后推力小、移动方便、便于实现光控、数控或计算机控制，利用机械手控制还可以在人不能靠近的危险环境中工作，如拆除核反应堆的混凝土掩体、清洗有毒或易爆的容器等。3、能降温、除尘、延长设备寿命，可以冷却、润滑截齿，减少磨损，提高截齿寿命。他的缺点也很明显，其主要缺点是能耗高，能源利用率低，除锈等级不高，一次投入费用大。另外一些高压水射流部件工艺质量和可靠性比较低。2）对于机械除鳞机械除鳞方法主要是模仿人工除鳞除锈的动作，一般用滚轮、砂轮或钢丝刷作为除鳞主要机构。最常见的钢刷除鳞是利用高速旋转的钢刷来清除表面氧化铁皮的。他的优点是1、设备简单，只需要两个简单的运动即可完成除鳞工作。

28、2、成本低、效率高污染小，对于该机械除鳞来说需要的机械设备简单，不需要额外的精确控制，并且对环境的污染相对较少，因为该除鳞并没有另外引入其他材料或药剂，对清洗物基体没有腐蚀破坏作用。它也有其缺点，这种除鳞装置的主要缺点是容易磨损、占地大、搬运不便，清理结构复杂的设备时容易出现死角。钢材在除锈过程中反复弯曲和挤压，形成较大的塑性变形，导致除鳞完成后钢材残留很大的拉应力和弯曲应力，影响使用寿命。3）最终选择机械除鳞相较两种方案，根据需要处理的工件来看，工件是一个个圆柱形的圆台，在除鳞时难以进行连续性除鳞，而高压水射除鳞更多的是对于板状或条状的工件进行连续性除鳞。另外机械除鳞相对高压水射除鳞来说，更

29、加简单易懂，方便操作，对操作工人的要求不高，并且该机械除鳞的首次投资更低，维修成本更低。1.2.5主要技术要求1. 压机最大工作压力: 1200kN； 2. 系统工作压力: 6.3MPa；3. 回程力：0.2 MN；4. 工作行程：600mm；5. 液压马达最大输出转矩：120000N.m； 6. 液压马达转速：16rpm；7. 最大工件尺寸：2000x2200mm。 第二章 研究内容2.1机械除鳞的工作原理工件从加热炉出来后，表面会出现氧化皮，若直接进行轧制的话，工件的表面质量会因氧化皮的关系变得很差，所以需要在成型之前对相关的工件表面进行除鳞，清除氧化皮。该C型单柱式液压机械除鳞机的工作原

30、理是，先用机械手将工件取出，放置在该C型除鳞机的工作位置，再由液压，机将由液压马达带动的圆盘及刚刷向下顶出，使刚刷运动到相应位置且与工件相关表面接触为止，并有一定的压力。最后由液压马达带动圆盘转动，由圆盘上的刚刷以机械除鳞的方式去除工件相关表面的氧化皮。除鳞后再将上方的液压机收回后由机械手臂将工件去除即可。2.2除鳞机的设备组成2.2.1 C型机架这种机架的主要特点是结构比较简单，工作区域宽敞，工作时可以从三面接近压机，特别适合机械手臂的运动方式，操作简便，图为单柱式液压机的机架简图，它在垂直方向有一个可驱动的工作缸，工作台由上下两个带刚刷的转动盘构成，在工作中由机械手臂将工件固定住后，液压马

31、达带动转动盘转动，从而将工件上下两个面进行除鳞工作。在该除鳞机中主要承担的工作是将各部件固定在相应的位置处。2.2.2 液压机（液压缸与活塞）单柱式液压机具有刚性好，导向性能好，速度快等特点。方便的手动调整机构可调节压头在工作区域内任意位置停留，也可设计行程内任意调整快进和工进行程长短。在该除鳞机中主要承担的工作是带动圆盘向下或向上运动，将带有刚刷的转动盘移动到工件需要进行除鳞的表面上，同时提供一定的压力。2.2.3 液压马达液压马达是液压系统的一种执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能（转矩和转速）。液压马达的主要参数有：1、工作压力与额定压力；2、排量和流量；3、容积效

32、率和转速；4、转矩和机械效率；5、功率和总功率。在该除鳞机中主要承担的工作是旋转动力的输出，由轴来传递，带动转动盘做旋转运动，从而带动刚刷在工件相关表面上进行机械除鳞，清除氧化皮。2.2.4 导柱导柱是用于机械中组件组合使用确保磨具以精确的定位进行活动引导组件行程的导向元件。导柱的材料一般选用轴承钢、热磨具钢等，使导柱在导向性能上的耐用性与可换性大大加强。导柱与组件组成外导柱组件和内导柱组件。在该除鳞机中主要承担的工作是使得液压缸和圆盘向下运动时轨迹的稳定性和精确性。2.2.5 转动盘在该除鳞机中主要承担由液压马达所输出的旋转动力由轴的传递，得以进行旋转运动，从而使钢刷与工件表面接触并除鳞。同

33、时他还需要接受液压机所传输的直线运动动力，以使得钢刷接触到工件。3.3 除鳞机的主要运动方式分为两种，分别是直线运动和旋转运动。3.3.1 直线往复运动该运动是由液压机带动的，主要功用是带动转动盘盘及刚刷在工件上方，垂直方向上的往复运动，将圆盘移动到工件需除鳞的表面上，并提供一定压力。3.3.2 旋转运动 该运动是由液压马达带动的，主要是带动圆盘进行旋转运动，从而使得毛刷在工件表面进行机械运动，进而除鳞。另外为使整个机械稳定，上下圆盘的旋转方向相反。 第三章 动力件的设计计算及校核3.1液压缸的设计计算 为了使液压机结构紧凑，应使液压缸外径尽可能减小。一般来说，当工作缸的总作用力不变时，提高工

34、作液体的压力，液压缸的外径将减小，但是如果钢的材料不变，则当液体压力增加到某一数值后，缸的外径反而会随液体工作压力的增加而增大，这可由下面的公式推导及图中看出液压缸柱塞直径D与该缸总作用力FH之关系为 D=2r=2102=2cm式中 D 工作柱塞直径（cm） r 工作柱塞半径（cm） P 液体工作压力（pa） FH缸的总作用力（N）缸的材料初定为铸钢，取20mm。缸的内直径D1为 D1=D+=2r1320mm式中 D1 缸内直径（cm） 缸与柱塞在直径上的间隙（cm) r1 缸的内半径（cm)对于法兰支撑的缸，可得缸外直径D2为 D2=2r1=2r2为简化推导，且由于2r1 2r，可得 D2=

35、2将上式对p微分，使其一阶导数为零，可以求出缸外径为极小值时，材料需用应力与p的关系如下 Pz=0.289式中 PZ 最佳液体工作压力。当FH值一定时，可作出在不同的材料许用应力条件下的一组D2随p的变化曲线，如下图所示此图中FH设为4MN。对于每一组D2 - P曲线，其最低点对应的P值即为最佳压力。同理可求出缸底支撑时的最佳压力为 PZ=0.287 当进一步分析缸的重量与液体工作压力之间的关系时，可以发现当液体压力比PZ略低一些时，缸外径D2虽稍有增加，但缸的重量却减轻了，因此，对应于某一确定缸的材料，液体工作压力不宜PZ，一般采用（0.70.8）PZ为宜。故有 PZ=9106pa对于材料许

36、用应力与p的关系如下 Pz=0.289 故=为保证液压缸的寿命，选用ZG35铸钢做为液压缸材料，且查表的ZG35的许用应力=88Mpa由此代入公式 D2=2=2360mm从而可得到缸壁厚度 S=3.1法兰的设计计算及强度校核设计时一般以S为参数，按照下图来初步选择液压缸的有关尺寸，再进行强度校核。法兰外径可根据法兰上表面的需用应力来确定，即将缸的作用力除以法兰的环形接触面积，所得挤压应力应小于，对于ZG35铸钢，可取为80100Mpa。其液压缸的一般形状分为两种，参看下面两张图型。 图中有关尺寸为 图中有关尺寸 计算缸体的主要尺寸 校核筒壁部分强度最大应力点在缸筒内壁，按照下列公式计算的当量应

37、力为 安全系数为 安全校核缸底部分强度平底缸的常用计算公式，用锻造方法制成的液压缸，其结构多半为平底缸，中间开有进液口，如下图 其简图为 图中进液孔的半径r1为40mm在国外一些著名有关液压机的专著中推荐了一些平底液压缸缸底的强度计算公式：前苏联米海耶夫（B.A.Mhxeeb）推荐 式中 计算应力（pa) P工作液体压力（pa） R缸内半径（cm) h缸底厚度（cm） 系数，与进进液孔rk有关，即 取安全系数n44.5。前苏联罗萨诺夫（B.B.Poahob)推荐 式中 系数，取0.70.8； 其余符号同前式。德国谬勒（E.Muller）推荐 以上三个公式都是把平底缸缸底看作周边为固定端的圆形薄

38、板来分析的。球型缸底的强度计算。在铸造液压缸中，缸底往往做成半球形，缸底厚度与缸壁厚度相等，或为刚壁厚度的1.21.3倍。球形缸底的强度计算可以按厚壁球型压力容器来考虑，如球形底的内半径为r1，外半径为r2，内压为p,则按Von Mises强度准则，当量计算应力为 式中 有的书上用第二强度理论，则当量计算应力为 按照平板公式，即米海耶夫推荐的公式计算，缸底进水孔直径为80mm则 按照这样计算，由于=80Mpa 安全系数所以安全。校核法兰过渡部分这部分包括从法兰上表面以上1.5r2范围内的缸体。r2为液压缸外半径，即包括下图中的B部分。 由于法兰与横梁接触的环形面积上作用有支撑反力p，如下图所示

39、，从而在这部分引起很大的弯曲应力，在过渡圆弧处，由于断面形状变化急剧，产生应力集中。 假设横梁对法兰圆环面上的支撑反力沿圆环一周均匀分布，将液压缸沿上图的A-A截面切开，并以内力Q（剪力）、M（弯矩）及P（轴力）来代替被切开部分的相互作用，其简图如下图所示。P、Q、M为单位圆周长度上的内力，M和Q是未知的弯矩和剪力，P则可以从静力平衡条件求出。 由于缸体和法兰的几何形状是轴对称的，所受的载荷（工作液体的压力）也是轴对称的，因此可以把缸体圆筒部分沿母线（纵向）切出单位宽度的长条来进行分析，如下图所示。 设y为任一点的径向位移为-y（半径缩小），则在其圆周上的切向应变为 切向应力为 总的侧向力为

40、设缸壁各层之间不相互挤压，则y在整个壁厚上为常数，可提到积分号外面，则 设缸壁中性层圆周单位长度上所对应的圆心角为，则 T的径向分力为Tsin,与y相反，当很小时，TsinT，而 T此力反抗此窄条的径向位移，沿窄条长度方向分布，且与径向位移（挠度）y成正比，但与y反向上式与弹性基础梁的一般公式具有相同的形式，故其受力情况与弹性基础上的半无限长梁相似，从弹性力学对半无限长梁的分析得出其挠度公式为 式中 y 梁上某点的挠度； x 该点距半无限长梁端部的距离； 和梁的弯曲刚度及基础系数k有关的系数； EJz 梁的弯曲刚度； Q 梁端作用的剪力； M 梁端作用的弯矩。但上述窄条并不完全像梁一样能自由变

41、形，它的变形必然受到邻近窄条的阻碍，因此它的弯曲变形和薄板的弯曲相似，应在上式中引入薄板的弯曲刚度D来代替上式中的EJZ，D的表达式为 式中 h1 薄板厚度，此处为缸壁厚； u 材料的泊松比。所以 对于弹性基础上的半无限长梁 而对于液压缸壁 将弹性基础梁的一般公式q=-ky与液压缸壁所切窄条的公式相对照，可得此处的k值为 代入上式得 为了简化计算，进一步采取以下假设，并参考下图。 1） 假设横梁的支撑反作用力为一圈集中力，作用在法兰接触面的平均半径的圆周上 式中 R法兰过渡圆弧半径。2） 分析缸体圆筒的弯曲时，认为内压力p作用在缸壁的平均半径上。3） 不考虑内压p作用下缸壁及法兰的径向位移。4

42、） 由于垂直于液压缸轴线方向上的法兰的刚度很大，因此在K点由于剪切力及力偶引起的径向位移忽略不计。 根据上述假设可得出 式中 P平均直径r5的圆周上单位长度上的轴向力（N/cm） PH该缸产生的总力量（N）。 按照上述的结论，可将法兰部分的强度计算简化为 许用应力的计算 安全系数 所以安全。最后得出该液压缸与法兰大致尺寸如下图：3.1短轴的设计计算及强度校核短轴的结构尺寸设计根据主要的技术要求，初定轴的材料为45号刚。查得45号刚的许用扭转切应力为2545Mpa，取为35Mpa。根据公式 故轴的主要受力处的最小直径需要大于250mm.(1)它的装配图大致为： 1 2 3 4 5 6 7 8(2) 根据轴向定位的要求确定各段的直径和长度。 1） 1-2，段是由液压马达的转矩输出套的直径所决定的，其直径为300mm，长度为260mm,该段要与液压马达的输出花键套进行配合，所以1-2段是做成整段为花键以便于和液压马达的花键套进行动力输出，该段的最右段应有因为加工花键而留下的退刀槽。同时为方便加工和装配在左端进行倒角加工。 2）2-3，首先该段与液压马达所连接处需要轴肩来进行轴与液压马达的轴向定位要求，该轴肩取25mm,故该段的直径为350mm，其次由于下端要安装轴承，该段还要对下段的轴承进行轴向定位，方式是采取安装轴承压套的方式，所以该段要进