手提式液压扳手设计毕业论文.docx

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1、手提式液压扳手设计毕业论文目录摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。第一章绪论-1-1.1 研究目的和意义-1 -1.2 课题研究的现状和发展趋势-1-1.2.1 国内外液压扳手的发展历程-1-1.2.2 液压扳手研究现状及发展趋势-2-1.3 液压扭矩扳手工作原理-3-1.4 液压扳手执行机构的工作原理分析-4-1.5 本课题主要研究的内容-5-第二章 液压扳手摆动油缸机构的设计计算-6-2.1 机构分析-6-2.2 拧紧力矩与工作摆角的设计计算-6-2.3 液压缸参数的计算-9-第三章棘轮机构设计-13-3.1 棘轮机构(ratchet mechanism)的基本型式和工

2、作原理： -13 -3.2 棘轮机构的特点及应用： -13-3.3 棘轮机构的分类方式-13-3.4 棘轮尺寸的设计计算及强度的校核-15-3.5 棘抓尺寸的设计计算及强度的校核-17-第四章弹簧的设计-18-4.1主动爪弹簧的设计计算： -18-6.2压缩弹簧稳定性验算：-20-4.3 压缩弹簧强度验算：-20-4.4 4共振验算-21 -4.5 普通圆柱形螺旋弹簧的技术要求-21-4.6 锁块弹簧的设计计算-21-4.7 压缩弹簧稳定性验算-22 -4.8 缩弹簧强度验算-22-第五章 壳体部件的优化设计-23-5.1 壳体部件的优化设计的作用-23-5.2 壳体部件的优化设计的方法-23

3、-第六章 液压扳手的应用研究-26-6.1 国内液压扭矩扳手的应用状况-26 -6.2 反力点的选择-26-结论-28-致谢-29-3 -第一章绪论1.1 研究目的和意义随着社会的不断进步，在工业生产、基础设施建设等方面，螺纹联接的应用越来越广泛，螺纹联接的质量也日益受到重视。螺纹联接时的预紧目的在于增强螺纹联接的刚性、紧密性、防松及防滑。预紧及预紧力的控制是确保螺纹联接质量的关键。控制预紧力的常见方法有力矩法、螺母转角法、测定螺栓伸长法和螺栓预伸长法。通过液压扳手实施的力矩法、螺母转角法由于具有可靠、方便、快捷的特点而被广泛采用。大直径螺纹联接拆装及预紧力控制所需扭矩十分巨大，三门峡水电厂水

4、轮机转子法兰盘螺栓装配力矩实测最高达52000 N - mo普通人手工通过扳手所能施加的扭矩一般不超过500 N - m o这种情况下一般采用大锤击打来实现作业。这种作业方式不仅劳动强度大，生产效率低下，并且产生剧烈的震动和巨大的冲击力，经常会对紧固件造成致命的伤害，使紧固件报废，影响安装或者维修进度。并且不可避免的损伤到相邻的零部件，甚至直接破坏整个工程结构的力学平衡，带来不可估量的损失。止匕外，很多大扭矩螺栓的现场工作条件恶劣，空间有限，手工作业根本无法胜任。整体式大扭矩液压扳手具有结构紧凑、扭矩重量比大、操作方便、安全可靠、适用于多种工作对象的优点而被广泛应用于有空间要求的大直径紧固件的

5、拆装作业。1.2 课题研究的现状和发展趋势1.2.1内外液压扳手的发展历程西方发达国家在二十世纪四五十年代就开始了对液压扳手的研制。1946年1月英国专利GB606391为最早出现的关于液压扳手的专利。其权利要求为手动的整体式液压扳手以连杆较接驱动，虽然该扳手整体尺寸较大，输出扭矩较小，但开了现代大扭矩闭式液压扳手专利之先河。闭式液压扳手根据传动形式不同可分为单齿啮合间歇传动、多齿啮合间歇传动和齿式连续传动三种。齿式棘轮机构间歇传动是应用最广、最为典型的单向传动机构形式。美国人John K. Junkers先后申请了美国专利US4201099 ,英国专利GB2028204 ,德国专利DE291

6、6497 ,澳大利亚专利AU4532779 ,其权利要求体现在连杆一端以万向球头形式与活塞联接，另一端与主动臂较接，主动臂下端即为粗大单齿棘爪驱动棘轮间歇单向转动；并设置较接于壳体的防逆转棘爪装置和固接于壳体的反作用臂结构。现在国内生产的雷恩牌液压扳手传动形式就是采用这种单齿棘爪结构。为了克服单齿啮合传动容易导致齿面应力集中而失效的不足，更多的设计者采用了多齿啮合间歇传动的结构形式。2001年英国人More Nicholas的国际专利W00196072 ,该专利的权利要求在于柱塞式活塞杆端设置连杆与主动臂较接，以主动臂内安装的多齿棘爪块驱动棘轮转动。以上两种齿式间歇传动的优点与缺点一样集中于“

7、间歇”，液压扳手的单向间歇传动限制了其工作效率的进一步提高，研制能够连续高效工作的液压扳手成为研究人员的努力方向。齿式棘轮机构连续传动即为双动式棘轮机构，基本原理为装有两个主动棘爪的主动臂不是绕棘轮的转动中心，而是绕主动臂与两个棘爪联接点之间的某一轴心摆动，从而在其向两个方向往复摆动的过程中分别带动两个主动棘爪，两次驱动棘轮转动，即实现了液压扳手的连续转动。1.2.2液压扳手研究现状及发展趋势国外的液压扳手发展时间较长，积累了丰富的设计、加工及使用方面的经验,英国、美国、德国的液压扳手占据了全球百分之九十以上的市场份额。在技术创新方面，专业生产液压扳手的跨国公司有着无可比拟的优势。John (

8、Junkers把双动式棘轮首先应用于实践，于2002年推出了 HYT0RC公司的全球第一款能够连续转动的液压扳手一HYTORC XXT,代表着液压扳手的最高技术水平。我国在八十年代末消化吸收引进的液压扳手基础上研制成功了 WJB系列液压扳手，到目前为止就液压扳手与内部结构有许多国内研究学者成功申请了中国专利，但专利的数量及技术方面均处于液压扳手研制的初级阶段。因而我国尚不能拥有先进液压扳手的自主知识产权，占领国内市场的主要为美国、英国的各类型液压扳手。而国内虽然也有几家公司生产液压扳手，但产品大多以测绘、仿制国外知名品牌液压扳手为主。市场需求的不断增长，对液压扳手的质量、可靠性等提出了更高的要

9、求。研制具有结构合理紧凑、扭矩重量比大、高度集成化、液压与控制系统超高压化等优点的液压扳手是众多研究人员的目标。针对中国工业企业实际使用液压扳手人员培训不力、操作不规范、使用随意性大等情况，开发研制能较好的符合中国市场需要，又体现上述优点的产品是未来中国液压扳手的发展趋势。1.3 液压扭矩扳手工作原理液压扭矩板手工作需要动力机构和执行机构一起协作完成。其中动力机构由电动油泵站提供，液压扳手则是作为执行机构。扳手与泵站之间是靠高压油管连接，而扳手上的油管接头采用了 360xl80旋转接头设计，这种巧妙的设计理念使得扳手可以适应于各种工作条件，不受空间的限制。液压扳手的工作需要液压泵站提供一个动力

10、源，液压泵站与扳手之间就需要通过高压油管进行连接。扳手与高压油管的连接：采用快速接头连接。扳手和液压泵是由工作压力均为100MPA的钢丝编织的复式油管连接。每根油管上有一个公接头和一个母接头，是用来连接泵站和液压扳手的。连接如图L1所示：图L 1执行机构和动力单元的连接螺栓的拆松和预紧：先确定拆松，还是预紧螺母。如图1.2所示拆松锁紧图L2拆松和锁紧两个工作状态1.4 液压扳手执行机构的工作原理分析液压扳手由动力源和执行机构两大部分组成。液压泵作为动力源，用液压油来驱动拆装执行机构，完成大直径螺栓的拧紧和拆卸作业。液压传动由于结构紧凑，输出功率及输出扭矩大，工作可靠，并易于实现变量，特别是超高

11、压液压系统的日益成熟，使其能够胜任大扭矩紧固件拆装设备的动力源。液压扳手执行机构的工作原理：从变量液压泵站输出高压油，推动液压缸的活塞杆，液压缸缸底一端较接于机架，活塞杆一端和摇臂的一端较接。摇臂的另一端是棘轮棘爪机构,实现单向间歇转动。液压缸活塞杆的往复运动使得摇臂带动紧固件转动，完成拆装作业。其执行机构示意图如图1. 3所示。-7-I ltni j1-壳体2-推杆3-棘爪4-防逆转棘爪5-扭矩对照表6-棘轮7-棘轮套8-方驱盖9-密封圈10壳体盖11-保护套12.反作用臂13-释放装置14-油路阀块15-接头16-活塞图1.3液压扳手执行机构示意图1.5 本课题主要研究的内容根据液压扳手的

12、机构原理和设计参数，本次我们完成以下内容：1 ,完成手提式液压扳手总体结构设计，包括总体结构布置，缸径的选择，力能参数的分析计算及输出扭矩表格计算；2 .形成机械设计的整体概念，综合运用过去所学理论知识，提高理论联系实际和综合分析能力；3 .提高应用资料、标准及规范等基本技能和设计能力，并完成毕业设计论文、计算说明书、CAD图纸等任务；第二章液压扳手摆动油缸机构的设计计算2.1 机构分析如图2.1所不为机构运动不意图。根据实际作业，液压扳手的设计主要要求有两个：工作效率和输出扭矩的精度，就液压扳手执行机构而言工作效率的大小可以由机构在一个循环过程中摇臂摆角的大小来描述，这个角度值也被称为工作角

13、。根据机构的工作原理，其摆角越大、输出扭矩的精度越高对实际作业越有利。为了提高机构的工作效率就必须增大摆角，但是由定性分析可知增大摆角会降低机构的精度，二者是矛盾的，下面就二者的计算公式和关系进行具体的推导。2.2 拧紧力矩与工作摆角的设计计算已知设计参数：液压最大输入压力70Mpa；最大输出扭矩4853Nm。机构运动示意图如图2-1所示。摇臂02Al在液压缸0仆|活塞杆的推力F的作用下绕0?点从位置1转到位置2 （虚线表示），转过的角度为q, O?处的棘轮棘爪机构带动作业对象（螺栓或螺母）拆松或拧紧。忽略机构中的摩擦阻力。则输出扭矩为:(2. 1)M = FxL2Xsin（7）式中：M一任意

14、位置的拆装力矩;F一活塞杆的理论推力；L2一摇臂长度；丫一任意位置的转动角。由式（2. 1）可以看出机构的拆装力矩M和液压缸的输出推力F、摇臂长度L2以及传动角丫的正弦值成正比。液压杆输出活塞杆的推力F和摇臂的长度L2的大小与机构转动过程中所处的位置无关，而传动角y的大小则有机构所处位置来决定。由机械原理知识可知在机构的工作过程中传动角Y的值愈大对机构的工作愈有利。假设机构在转动过程中为液压缸的长度L,根据图4,由余弦定理可得机构传动角的表达式:COS(/)=|-2xL.xL(2. 2)Izl L； + 2-L； ix片cs飞一方I）(2.3)设。和n分别为位置1和2处的丫值，则有:cos(%

15、)=|-4+以一%1 2xLxL(2. 4)S王安6*(2. 5)上式中：L一机架的长度；L2一摇臂的长度；L一机构在运动过程中液压油缸的长度（由三角形边长原理可得摇臂长度的取值范围为:L-L2WLWL+L2）将式（3.3）两边对L求导数，并且令% = 0,则有oLTEW(2.6)即当L = JlGYl时传动角取得最大值夕max。将式(2.6)代入(2.5)式，则可求得：当 L2 VLi 时，%侬=90当L2NLI时，九皿=COS-在图2-1中所示，4为机构在一个工作过程中摇臂02Al转过的角度，即为机构的工作角。为了提高工作效率，在机构设计时，应使，的值越大越好。下面来推导用的表达式，根据余弦定理可得:cos(e()+q)=X + L; - 42xLtxL2cos(%)