菏泽学院本科毕业设计（论文）
135310°540 图2-6 气缸行程计算简图
1-砂轮 ；2-液压缸；3-工件
在初始位置时测得液压缸的总长度为L1?540mm，在终了位置时测得液压缸的总长为L2?440mm，所以在此过程中气缸的行程
L?L1?L2?100mm （2-15）即升降液压缸的行程为L?100mm （7）液压缸稳定性校核
1) 液压缸直径校核
液压工作压力P工作?1?106Pa,则液压缸直径
D?4F理论力4?1200 = ?39.1mm (2-16) 6??P工作??1?10取D?40mm。考虑到安全系数，选缸径为60mm合理。
2)液压缸活塞杆选择及校核 ??D2?P理论 F液压缸? (2-17)
4 =故设计符合要求。
由d/D?0.2~0.3，可计算出活塞杆直径d
d??0.2~0.3?D?12~18mm (2-18)
可取活塞杆直径d?12mm。
4F工作???? (2-19) 通过公式
?d2对d进行校核，
其中 ????120MPa；
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4402??0.052?1?1064?1962.5.1?N??F理论?1200N
棒料切割机的设计
F理论?1200N； 则 d?4?1200?3.6mm?12mm
??120选活塞杆直径为d?12mm的液压缸符合要求。
受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界压力Fcr,但考虑到安全性，安全因数
在所需要的l杆长?2s行程的前提下L/d?15，须进行稳定校核，应使活塞杆承
n?Fcr/F工作应大于规定的许用安全因数nst，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。（F工作?PA为液压缸杆工作负载；nst=4[6]）关于稳定安全因数可在设计手册中查到。 两端铰支链接的、细长压杆的临界力的欧拉公式[6] Fcr?其中:
截面的惯性矩： I??2EI(ul)2 (2-20)
?64d4；
杆件的两端都是铰链连接：??1； Fcr2?nstF工作?4?1?106???(60?10?3)2N?45216N (2-21)
?2?(210?109Pa)?1?45216?64 l??EI??Fcrd4 ?0.215m?215mm (2-22）
则所选取的杆长不超过215mm，且大于行程2?100mm，所以选取液压缸活塞杆的长度
200mm，
3) 缸筒壁厚的计算 缸筒壁厚可按薄壁筒公式计算:
??式中： ?——缸筒壁厚?mm?； D——液压缸内径?60mm?；
5 Pp——实验压力，取Pp?2P； 工作?2?10Pa2???DPp (2-23)
材料为：ZQ的许用应力????2.4MPa[6]
可计算出壁厚?
60?2?105?2.5mm (2-24) ??2?2.4?106因此，液压缸外径D'
D??60?2?2.5?65mm (2-25) (8)确定液压缸型号
综上所述，根据《液压与气压传动》，选用型的标准液压缸ZQ-60/12×200-F2[7]合适，缸径为60mm，活塞杆直径为12mm，液压缸行程为200mm，带防尘罩F数量为2。
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2.4.5 滚动轴承的选取及校核 在结构设计中，采用了既有转速高的优点，又能够承受少量轴向力的角接触球轴承，（其中轴向力的主要来源是安装或拆卸带轮时所承受的载荷估算载荷大小为100N）。据分析，在安装和拆卸带轮时的力相同的情况下，拆卸带轮时，轴承所受的力更大，所以选取轴向力FA的方向向右，如图2-6所示。
图中M为电极的输出转矩，F为砂轮的切割阻力，在切割过程中，电极的输出转矩与砂轮所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割时相互抵消，所以在计算过程中不再考虑电极输出转矩和切割阻力对轴承的影响。
由于轴承受一定的轴向力，所以选取接触角??25?的角接触球轴承。其代号为7207ACJ[7],基本额定动载荷Cr?22.5KN，基本额定静载荷 Cor?16.5KN[8]。
轴承的校核计算
（1）计算轴承所受的径向力R1、R2，其受力如图2-6所示
由力矩平衡条件?M2?0得径向力R1
F?200?F2?20 R1?1 （2-26）
180800?200?550?20 ?
180 ?836N 由?M1?0得径向力R2
F?200?F1?20 R2?2 （2-27）
180550?200?800?20 ?
180 ?522N
2018020R1FAR2MF120S1SF2F 图2-6 轴承计算简图
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棒料切割机的设计
（2）计算派生轴向力S1、S2
所选的轴承型号为7207ACJ，其派生轴向力S?0.63R
则 S1?0.63R1?0.63?863?527N （2-28） S2?0.63R2?0.63?522?329N （2-29） （3）求轴承所受的轴向力A1、A2
S1?FA?527?100?627N?S2
故轴承2被压紧，轴承1被放松，所以有
A2?FA?S1?527?100?627N A1?S1?527N （4）计算当量动载荷P1、P2
A527 1??0.63 （2-30）
R1863A627 2??1.2 （2-31）
R2522由《简明机械零件手册》查得7207ACJ型轴承的轴向载荷影响的判断系数e?0.68[9] 因为 A1/R1?0.63?e，所以 X1?1,Y1?0； A2/R2?1.20?e，所以 X2?0.41,Y2?0.87
由《机械设计》查得，当轴承受中等冲击或中等惯性力时，取载荷系数fd?1.5[4]，由于轴承1、2均不受力矩载荷的作用，所以取fm1?1.0，fm2?1.0。 则 P1?fd?fm1(X1R1?Y1A1) （2-32） ?1.5?1.0?(1.0?836?0?527) ?1254N
P2?fd?fm2(X2R2?Y2A2) （2-33） ?1.5?1.0?(0.41?522?0.87?627) ?1140N （5）计算所需轴承的动载荷
由《机械设计》查得，当轴承的工作温度小于120?C时，其温度系数ft?1.0[4] 比较两当量动载荷知，P1?P2，所以应该按P1计算 （球轴承应取??3）则所需轴承的额定动载荷为c'
'P?60n?L10h c? （2-34） 6ft10'1254360?2840?365?12
1.01061254360?2840?4830 ?100 ? ?11286N （6）确定轴承型号
由《简明机械零件手册》查得轴径d?35mm时，应选轴承的代号为7207ACJ，其
[8]
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额定载荷为Cr?22.5KN?c'?11.286KN。 故选用代号为7207ACJ的轴承合适。
3 夹紧部分设计
3.1 夹紧机构设计要求
夹紧机构不但要求在切割之前机械手能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且在切割过程中要夹紧运动着的棒料，使砂轮与棒料同步。 3.2 夹紧部分方案设计
夹紧部分是由液压缸推动机械手实现夹紧和放松的。这部分的两种可行性方案是：一是用一个机械手同时负责夹紧两根铸棒，根据需要对被切割的那条进行夹紧。二是用两个机械手，每个机械手负责夹紧一根铸棒。第一种方案中，机械手可通过一个二位液压缸和一个三位液压缸实现对棒料的夹紧。第二种方案中，每个机械手都需要两个二位液压缸来实现对棒料的夹紧。考虑到第一种方案设计工作量小，安装方便，而且控制简单，所以优先使用第一种方案。
1 2 3ST6ST7ST4ST5 6ST9 4ST8 5 图3-1 夹紧部分原理图
1-夹紧机械手；2-夹紧气压缸；3-横向行走气压缸；4-纵向行走板；5-纵向行走液压缸；6-横向行走板
夹紧部分原理如图3-1所示，夹紧气缸能使夹紧机械手夹紧或放松工件，当活塞向右移动时，机械手夹紧工件，当活塞向左移动时，机械手放松工件。横向行走气缸推动工作台左右移动，能控制机械手使之夹紧左边或右边的工件，从而对夹紧的工件进行切割。纵向行走液压缸的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作过程都由PLC控制实现。其中ST4-ST9为控制液压缸的行程开关。
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