120噴油器針閥體進(jìn)油孔用微型鉆孔動力頭及夾具設(shè)計論文

1、<p><b>　　江南大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　學(xué)科專業(yè) 機(jī)械制造及自動化</p><p><b>　　學(xué)生姓名 </b></p><p>　　設(shè)計題目 噴油器針閥體進(jìn)油孔用微型鉆孔動力頭及夾具設(shè)計

2、</p><p><b>　　2003年5月8日</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　目前，我國的汽車行業(yè)非常繁榮，大量的汽油機(jī)和柴油機(jī)裝在各種各樣的汽車中。油泵油嘴是柴油機(jī)的心臟，其功能是產(chǎn)生高壓，將液態(tài)柴油通過小噴孔霧化后，噴入柴油機(jī)氣缸燃燒，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。由于柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動

3、力性優(yōu)于汽油機(jī)，所以柴油機(jī)的使用量大幅增加，不僅載重車使用柴油機(jī)，現(xiàn)代的轎車也開始采用柴油機(jī)，油泵油嘴的產(chǎn)量也相應(yīng)提高。我國年產(chǎn)油嘴偶件6000萬付，其中油嘴針閥體上的進(jìn)油孔采用人工分級鉆孔，勞動強(qiáng)度大、效率低。針對這種情況，設(shè)計了油嘴針閥體進(jìn)油孔鉆孔動力頭及夾具。動力頭主軸采用電機(jī)驅(qū)動，壓縮空氣推動進(jìn)給，外接電子扭矩保護(hù)器，自動實(shí)現(xiàn)多次進(jìn)給。針閥體進(jìn)油孔加工夾具利用針閥體的中孔和端面定位，氣動夾緊，由氣動邏輯元件組成的控制氣路實(shí)現(xiàn)對工

4、件的快速夾緊、工作進(jìn)給、快速后退，提高了加工效率，保護(hù)了刀具，并可組成自動生產(chǎn)線。通過對動力頭設(shè)計、夾具設(shè)計、氣路設(shè)計、電子扭矩保護(hù)器電路設(shè)計，使學(xué)到的機(jī)械、電子、液壓、數(shù)控機(jī)床等知識得到綜合運(yùn)</p><p><b>　　用。</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Now, a

5、utomobile profession in our country is very prosperous. The large quantity's gasoline engines and diesel engines have been packed in every kind of automobile. Fuel injection pumps and fuel injectors are the diesel en

6、gine's heart; its function produces the high pressure. Pass the small spray hole and the liquid diesel should be atomized, and spray into the diesel engine cylinder and combustion, makes the thermal energy conversion

7、 to machine energy. Because the diesel engine's power characte</p><p><b>　　畢業(yè)論文目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　柴油機(jī)工作原理簡述</b></p>

8、<p><b>　　柴油機(jī)工作過程</b></p><p>　　三、噴油器的工作原理和作用</p><p><b>　　四、動力頭設(shè)計</b></p><p><b>　　動力頭工作原理介紹</b></p><p><b>　　主軸轉(zhuǎn)速計算</b&g

9、t;</p><p><b>　　齒數(shù)強(qiáng)度校核</b></p><p><b>　　傳動鍵的強(qiáng)度校核</b></p><p><b>　　軸的強(qiáng)度及剛度計算</b></p><p><b>　　五、夾具設(shè)計</b></p><p>

10、<b>　　夾具結(jié)構(gòu)說明</b></p><p><b>　　定位誤差計算</b></p><p><b>　　六、氣路設(shè)計</b></p><p><b>　　1)簡述 </b></p><p>　　2)氣動邏輯元件原理</p><p

11、><b>　　3)氣路的工作原理</b></p><p>　　七、扭矩保護(hù)電路設(shè)計</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　2 測速式扭矩保護(hù)的原理</p><p><b>　　3具體設(shè)計方法</b></p><p>　

12、　4 轉(zhuǎn)速的測量比較及控制電路</p><p>　　八、微型進(jìn)給鉆孔動力頭及鉆孔夾具設(shè)計總結(jié)</p><p><b>　　九、畢業(yè)設(shè)計總結(jié)</b></p><p><b>　　十、附錄</b></p><p><b>　　十一、參考文獻(xiàn)</b></p><p

13、><b>　　前言</b></p><p>　　汽車工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。隨著國家對汽車節(jié)能、環(huán)保的要求,柴油機(jī)的使用量大幅度增加，而作為柴油機(jī)的心臟—油泵油嘴，其生產(chǎn)量更大，光油嘴偶件，我國年產(chǎn)量可達(dá)6000萬付，油嘴偶件包括針閥和針閥體。目前針閥體進(jìn)油孔基本采用人工加工，即用臺鉆，人工分級鉆孔，二硫化鉬潤滑。此方法效率低、勞動強(qiáng)度大，每班產(chǎn)量只有800件。鑒于此

14、，我們開發(fā)了微型動力頭，國內(nèi)尚無如此小型的動力頭，該動力頭用電機(jī)驅(qū)動，壓縮空氣推動進(jìn)給，扭矩保護(hù)，自動分級進(jìn)給。實(shí)際使用表明效率高，安全?？山M成自動生產(chǎn)線。</p><p>　　二、柴油機(jī)工作原理簡述</p><p><b>　　1、柴油機(jī)工作過程</b></p><p>　　圖1是柴油機(jī)的示意圖，當(dāng)活塞由上止點(diǎn)向下運(yùn)動時，外界新鮮空氣由進(jìn)氣門

15、被吸入氣缸?；钊上轮裹c(diǎn)向上運(yùn)動時，使進(jìn)入氣缸內(nèi)新鮮空氣的溫度、壓力都有較大的升高。在接近上止點(diǎn)時，將霧化了的柴油從噴油器噴入氣缸內(nèi)與空氣混合，使柴油自行著火燃燒，放出熱量。混合氣的溫度和壓力急劇升高，燃燒氣體膨脹，推動活塞向下運(yùn)動作功。由于往復(fù)運(yùn)動所做的功，難以直接利用，故通過曲軸連桿把往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動后，對外輸送，這就是柴油機(jī)把燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的簡單過程。為了使這種能量的轉(zhuǎn)變過程連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，在燃燒膨脹后，活塞到下

16、止點(diǎn)又向上運(yùn)動，將燃燒后的空氣從排氣門排出氣缸，為再次吸入新鮮空氣，進(jìn)行下一個能量轉(zhuǎn)換過程作準(zhǔn)備。由此可見，柴油機(jī)要完成一次能量轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣等4個工作過程，稱為一個循環(huán)。 圖1柴油機(jī)的示意圖 </p><p>　　柴油機(jī)要完成進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣4個工作過程的方法有兩種：曲軸旋轉(zhuǎn)一周（即活塞兩個行程）完成一個循環(huán)叫做二沖程柴油機(jī)；曲軸旋轉(zhuǎn)兩周（即活塞四個行程）完成一個循環(huán)的稱為四沖程柴油機(jī)

17、?，F(xiàn)代中、小功率柴油機(jī)四沖程占極大多數(shù)，二沖程用得很少；四沖程柴油機(jī)工作過程如圖2所示，圖中表示各個行程活塞、連桿、曲軸及氣門的相對位置。</p><p>　　圖2 柴油機(jī)工作過程</p><p>　　第一行程——進(jìn)氣行程</p><p>　　在活塞接近上止點(diǎn)時，排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，當(dāng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動時，氣缸內(nèi)容積增大，壓力降低，新鮮空氣吸入氣缸。為了使

18、氣缸內(nèi)能充入更多的新鮮空氣，提供足夠的氧氣，以保證柴油充分燃燒，活塞除了在上止點(diǎn)前進(jìn)氣門早開外，關(guān)閉也在下止點(diǎn)稍后，這就使進(jìn)氣門有一個早開、晚關(guān)的規(guī)律。</p><p>　　第二行程——壓縮行程</p><p>　　由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，進(jìn)、排氣門都關(guān)閉，氣缸容積逐漸減少，空氣被壓縮，結(jié)果使氣體的溫度與壓力都有明顯上升，為燃油噴入氣缸后能迅速燃燒創(chuàng)造有利條件。</

19、p><p>　　通常，空氣壓力為3MPa時，柴油的自燃溫度約為300℃，為了確保燃油噴入氣后能迅速燃燒，選擇適當(dāng)?shù)膲嚎s比，使實(shí)際過程在接近壓縮終了時，溫度要比柴油的自燃溫度（在1at①的空氣中輕柴油自燃溫度為330~350℃，自燃溫度隨壓力增高而降低）高得多，一般柴油機(jī)壓縮后的氣缸壓力約為（30~55）×100KPa，溫度能升到500~750℃，這就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了柴油的自燃溫度，使柴油噴入氣缸內(nèi)能迅速燃燒。 &

20、lt;/p><p>　　第三行程——燃燒膨脹行程</p><p>　　1燃燒 柴油機(jī)活塞在上止點(diǎn)前噴油器開始噴油，噴入缸內(nèi)的燃油借壓縮終了高溫空氣的熱量自燃.燃燒開始進(jìn)行得很快，產(chǎn)生大量熱量，使氣缸內(nèi)溫度，壓力急劇升高，當(dāng)壓力到達(dá)最大值Pz后，燃燒繼續(xù)進(jìn)行，但是活塞已由上止點(diǎn)向下移動，由于氣缸內(nèi)容積逐漸增大，所以氣體壓力的增長就不明顯了。在燃燒過程中，氣缸內(nèi)瞬時最高溫度可達(dá)1700~2000

21、℃左右，最大燃燒壓力達(dá)6~9MPa（有些增壓柴油機(jī)可高達(dá)13MPa）</p><p>　　柴油機(jī)最大燃燒壓力Pz通常發(fā)生于上止點(diǎn)稍后，也就是指活塞已離開上止點(diǎn)，向下移動了一定距離，燃?xì)庖延猩倭颗蛎?，一部分熱能開始轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。</p><p>　　2 膨脹 活塞到達(dá)上止點(diǎn)后，在燃燒壓力的推動下向下移動，過了最大燃燒壓力點(diǎn)，柴油機(jī)進(jìn)入膨脹階段。氣缸容積增加，壓力和溫度隨之下降。在膨脹的初期

22、，燃燒仍在繼續(xù)進(jìn)行，這種燃燒稱為補(bǔ)燃。</p><p>　　第四行程——排氣行程</p><p>　　燃燒膨脹過程，活塞向下止點(diǎn)移動。為了使氣缸內(nèi)的廢氣盡可能排得干凈，排氣門在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前提早開啟，部分廢氣就開始排出氣缸。當(dāng)活塞由下止點(diǎn)向上移動時，則廢氣在活塞的驅(qū)趕下迅速排出。活塞到達(dá)上止點(diǎn)，排氣尚未關(guān)閉。仍在利用下一循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣，繼續(xù)掃除一部分廢氣。為了使廢氣能更多地排出氣

23、缸，排氣門也同樣有早開晚關(guān)的規(guī)律，所以在排氣尚未結(jié)束，下一循環(huán)的進(jìn)氣過程已經(jīng)開始。</p><p>　　三、噴油器的工作原理和作用</p><p>　　噴油器是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的重要部件之一，其主要作用是使燃油在一定的壓力下，以霧狀的形式噴入燃燒室，即讓液態(tài)的柴油在高壓下變成氣態(tài)，并合理分布，以便和空氣混合形成最有利于燃燒的可燃混合氣。</p><p>　　噴油器結(jié)構(gòu)

24、及其工作原理</p><p>　　如圖3所示，噴油泵壓出的高壓燃油經(jīng)過高壓油管、進(jìn)油管接頭4、濾清針3通入噴油器體9的油孔及噴油嘴偶件12的進(jìn)油孔14，進(jìn)入盛油槽13內(nèi)，具有壓力p的柴油垂直方向作用于針閥的承壓錐面A、B上，作用在A、B面的軸向分力py使針閥具有向上運(yùn)動趨勢；而針閥上部有調(diào)壓彈簧的壓力E，通過頂桿10壓在針閥上，阻止針閥向上運(yùn)動。當(dāng)py<E時，針閥不運(yùn)動，針閥座面緊貼閥體座面，這時不噴油；當(dāng)

25、py>E時，針閥在py力的作用下，克服了調(diào)壓彈簧壓力E而向上運(yùn)動，針閥座面就離開閥體座面，使盛油槽與噴油孔相通，這時，高壓燃油則從噴油孔以</p><p><b>　　圖3 噴油器結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　霧狀噴入燃燒室。開始頂開針閥時的燃油壓力稱為開啟壓力po。經(jīng)一定時間后，盛油槽內(nèi)油壓迅速下降，當(dāng)py小于調(diào)壓彈簧壓力E時，針閥落座，座面又起密封作用

26、，使盛油槽與噴孔隔開，停止噴油，從開始噴油到停止噴油所經(jīng)歷的時間稱為噴油延續(xù)期。調(diào)壓螺釘2是用來調(diào)整調(diào)壓彈簧8的預(yù)緊力，當(dāng)調(diào)壓螺釘向前擰進(jìn)時預(yù)緊力加大，則開啟壓力加大，調(diào)壓螺釘向后退，則預(yù)緊力減小，開啟壓力也減小。針閥與閥體配合雖然十分精密，但因有相對運(yùn)動，故總有一定間隙，通常這種間隙為1．5~3um。由于間隙的存在，所以盛油槽中的高壓油會通過間隙慢慢向調(diào)壓彈簧端泄漏，最后通過回油管接頭1及油管流入油箱。鎖緊螺帽7用以緊固調(diào)壓螺釘，防止

27、工作時松動而影響噴油開啟壓力及噴油壓力。</p><p>　　針閥和針閥體是一對精密偶件，配對使用，不可互換。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，現(xiàn)代柴油機(jī)需要的噴油壓力越來越高，油嘴噴射壓力達(dá)100MPa以上，針閥體上的進(jìn)油道需承受如此高的壓力，而且進(jìn)油孔有粗糙度要求，又是細(xì)長孔，所以進(jìn)油道的加工需由以往的人工鉆孔改為專機(jī)加工，為此我們設(shè)計了專門加工針閥體進(jìn)油道的動力頭。</p><p><b

28、>　　四、動力頭設(shè)計</b></p><p>　　動力頭工作原理介紹。動力頭的運(yùn)動分旋轉(zhuǎn)動和進(jìn)給運(yùn)動。微型電機(jī)的輸出端裝有齒輪Z1， 通過Z1、Z2、Z3、Z4，使傳動軸旋轉(zhuǎn)，傳動軸上開有長槽，長槽里裝有傳動銷的一端，另一端與主軸相連，由傳動銷再驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)氣缸里通入壓縮空氣時，活塞向前移動，活塞與主軸通過滾動軸承連接在一起，活塞移動，主軸產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給及后退行程由兩個微動行程控制，隨動

29、桿上的擋塊可調(diào)節(jié)鉆孔的加工深度。</p><p><b>　　主軸轉(zhuǎn)速計算</b></p><p><b>　　動力頭傳動見圖4</b></p><p>　　已知 n1=6000rpm，Z1=35，Z2=45，Z3=28，Z4=52。</p><p>　　Z1×n1=Z2×n2，

30、n2=Z1/Z2.n1</p><p>　　Z3×n2=Z4×n3， n2=Z4/Z3.n3</p><p>　　Z1/Z2.n1=Z4/Z3.n3</p><p>　　將n1，Z1，Z2，Z3，Z4代入上式求得 n2=4700rpm，n3=2512rpm</p><p>　　齒輪強(qiáng)度校核，本傳動系采用的是封閉式傳動，只需

31、校核齒面接觸強(qiáng)度。</p><p>　　p=0.12kW，m=1</p><p>　　d1=mZ1=35mm d2=mZ2=45mm d3=mZ3=28mm</p><p>　　d4=mZ4=52mm b3=14mm</p><p>　　從傳動系結(jié)構(gòu)知，只需校核Z3的齒面接觸強(qiáng)度即可</p><p>　　2）分

32、度圓切向力 </p><p>　　3）使用系數(shù) KA=1 （負(fù)荷均勻）</p><p>　　4）齒數(shù)公差精度7級 K1=26.8</p><p><b>　　K2=0.0193</b></p><p><b>　　動載系數(shù) Kv</b></p><p>　　=1+21

33、.3×1.932×0.88=37.2</p><p>　　5）齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1</p><p>　　齒向載荷分配系數(shù) KHα=1.2</p><p><b>　　6）材料彈性系數(shù) </b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5</p><p>　　接觸強(qiáng)

34、度的重合度與 系數(shù) Zεβ=1</p><p>　　7）試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限力（調(diào)質(zhì)鋼淬火，HRC.48 ，中等質(zhì)量要求）</p><p>　　8）接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) ZN=1</p><p>　　潤滑油膜影響系數(shù) ZLVR=0.98</p><p>　　工作硬化系數(shù) ZW=1</p><p&g

35、t;　　接觸強(qiáng)度計算的尺寸系數(shù)：Zx=1</p><p>　　接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) SHmin=1</p><p><b>　　9）齒面接觸強(qiáng)度</b></p><p><b>　　10）許用應(yīng)力</b></p><p>　　齒面接觸強(qiáng)度滿足使用要求。</p><p>　

36、　d）傳動鍵的強(qiáng)度校核</p><p>　　本鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的的壓潰和磨損（對于動聯(lián)接）。除非有嚴(yán)重的過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。</p><p>　　設(shè)載荷為均勻分布，可得本鍵聯(lián)結(jié)的擠壓強(qiáng)度條件</p><p>　　在本設(shè)計中使用的平鍵型號是 B3×12 （GB1096-76）</p><p><b>　

37、　結(jié)構(gòu)見圖5</b></p><p>　　d=φ10，b=3，h=3，l=12</p><p>　　由設(shè)計手冊查得平鍵的許用擠壓壓力[σp]=110N/mm2</p><p>　　選用的平鍵滿足使用要求</p><p>　　e）軸的強(qiáng)度及剛度計算</p><p><b>　　軸的強(qiáng)度及剛度計算&l

38、t;/b></p><p>　　在動力頭中，傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，而且是圓截面，其直徑 d=10mm，其強(qiáng)度條件</p><p>　　傳動軸的材料為軸承鋼GGr15，由手冊查得 [τ]=60N/mm2</p><p>　　τ＜＜[τ]，滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　傳動軸為細(xì)長軸，其細(xì)長比為267/10=26.7，需對其進(jìn)行剛度計算，

39、</p><p>　　鋼的切變模量G=8×104N/mm2，軸在全長上的扭轉(zhuǎn)角φ不得超過0.8°，</p><p>　　即[φ]= 0.8°</p><p>　　φ＜＜[φ]，軸的剛度滿足使用要求。</p><p>　　綜上所述，設(shè)計的傳動軸滿足了強(qiáng)度和剛度的要求。</p><p><

40、;b>　　五、夾具設(shè)計</b></p><p><b>　　a)夾具結(jié)構(gòu)說明</b></p><p>　　油嘴針閥體在加工進(jìn)油孔前已加工好中孔（φ6）及端面，根據(jù)這種條件，用φ6的中孔及端面定位。φ2的進(jìn)油孔為細(xì)長孔，為保證孔的位置精度及防止刀具在切入后引偏或折斷，采用了鉆模板，由于鉆模板較小，為降低成本，就直接在鉆模板上打φ2的孔，使模板與鉆套成為

41、一體，并進(jìn)行淬火處理（HRC45—50），以提高耐磨性。為便于排屑，又不影響鉆套的導(dǎo)向作用，鉆摸板與工件間留有2毫米的排屑間隙。針閥體裝在定位銷上，由氣動夾緊。</p><p><b>　　b)定位誤差計算</b></p><p><b>　　各零件尺寸見圖6</b></p><p>　　針閥體與定位銷單邊接觸</p

42、><p>　　兩中心線的最大偏差 </p><p><b>　　兩中心線的最小偏差</b></p><p>　　實(shí)際加工后中孔與進(jìn)油孔的距離為 </p><p>　　零件要求針閥體中孔與進(jìn)油孔的距離為5±0.1，由此可知，設(shè)計的夾具滿足零件的加工要求。</p><p><b>　　

43、六、氣路設(shè)計</b></p><p>　　1）簡述 氣源采用壓縮空氣。夾緊缸用于夾緊工件，進(jìn)給缸用于動力頭的進(jìn)給運(yùn)動。整個氣路由氣動邏輯元件，二位四通閥、節(jié)流閥、夾緊缸、進(jìn)給缸組成，實(shí)現(xiàn)快速夾緊、工作進(jìn)給，快速后退。</p><p>　　2）氣動邏輯元件原理</p><p>　　雙穩(wěn)元件QLJ-106 </p>

44、;<p>　　當(dāng)控制端輸入信號a時，氣源便由p通S1，</p><p>　　而S2與排氣孔O相通。此時雙穩(wěn)處于“1”狀態(tài)。</p><p>　　在a信號消失后，另一控制端的輸入信號b到來之前，</p><p>　　閥芯總是保持在右端位置，氣源從S1輸出。當(dāng)控制 </p><p>　　端有信號b時，閥芯 被推向左端，</p

45、><p>　　此時氣源便由P通S2，而S2與排氣孔0相通。于是雙穩(wěn)處于0狀態(tài)。在信號b消失后，閥芯仍穩(wěn)在左端，氣源仍從S2輸出。實(shí)現(xiàn)了雙穩(wěn)功能。見真值表</p><p>　　常通可調(diào)延時元件QLJ-203 </p><p>　　它由一非門元件，一單向元件，一個可調(diào)節(jié)流孔和一氣室組成。接通氣源P后，S即有輸出。當(dāng)有信號a是時，氣流經(jīng)

46、可調(diào)節(jié)流孔向氣室充氣，當(dāng)</p><p>　　氣室內(nèi)壓力經(jīng)延遲一定時間達(dá)到動作壓力時，再關(guān)斷輸出S。即常通有信號后延時關(guān)斷。如信號a消失，氣室中氣體經(jīng)單向閥快速排氣，氣源P與輸出S恢復(fù)接通狀態(tài)。</p><p>　　（iii）或非元件QLJ-104</p><p>　　當(dāng)a,b都無信號時，S有輸出</p><p>　　當(dāng)a,b任一個有信號或都

47、有信號時，S無輸出。</p><p><b>　　見真值表</b></p><p>　　（iiii）或元件QLJ-103原理與QLJ-104相反。</p><p><b>　　見真值表</b></p><p><b>　　3）氣路的工作原理</b></p><

48、;p>　　沒有進(jìn)給信號時，在氣壓的作用下，兩只缸處于原始狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)給信號發(fā)出后，S1通氣，二位四通閥動作，夾緊缸快速夾緊工件，同時常通延時元件a有信號，經(jīng)延時，S斷開，或非元件S通氣，另外一個二位四通閥工作，在節(jié)流元件的作用下，氣缸緩慢進(jìn)給。若鉆頭在進(jìn)給過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，則產(chǎn)生扭矩保護(hù)信號，QLJ-103的輸出端S通氣，QLJ-104輸出端斷氣，二位四通閥使進(jìn)給氣缸快速后退，排出鐵屑等。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，扭矩保

49、護(hù)信號消失，QLJ-103的輸出端S斷氣，QLJ-104輸出端通氣，二位四通閥又使氣缸產(chǎn)生工作進(jìn)給。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到圖紙要求后，主軸上的擋塊碰到常斷微動行程閥，QLJ-103的b端通氣，雙穩(wěn)元件QLJ-106的b端有信號，S2通氣，二位四通閥使夾緊氣缸快速后退，與此同時，QLJ-203的a無信號，S通氣，QLJ-104的S端斷氣，二位四通閥使進(jìn)給氣缸快速后退，當(dāng)隨動桿退到與常通微動行程閥相碰時，氣缸活塞停止后退。由此就實(shí)現(xiàn)了快速夾緊、工進(jìn)

50、、快速后退的動能，完成零件的加工。當(dāng)下一個進(jìn)給信號到來時，重復(fù)以上動作。</p><p>　　七、扭矩保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　1 引言 在機(jī)械加工行業(yè)中，經(jīng)常會碰到一些需要進(jìn)行扭矩保護(hù)的情況。例如在鉆削加工中，尤其是油泵油嘴行業(yè)中，涉及到一些細(xì)長孔的加工，由于加工的孔長徑比較大，鉆削時鐵屑不易排出，所以利用一般的鉆床加工很容易使鉆頭斷在工件中，導(dǎo)致工件報廢，影響生產(chǎn)效率。這種加工

51、以前在實(shí)際中主要靠熟練工人的經(jīng)驗(yàn)來保證，即工人憑手上的感覺去判斷鉆頭在工件中受阻的情況。當(dāng)阻力大時，工人會抬起鉆頭，排出鐵屑，然后再往下鉆，如此，各次循環(huán)，直至孔鉆到要求為止，這樣在連續(xù)生產(chǎn)中，工人平均每天手動抬起、按下鉆頭約幾千次，勞動強(qiáng)度很大，且僅憑經(jīng)驗(yàn)也很難保證不出廢品。而且生產(chǎn)效率也比較低。鑒于這種情況，很多科技工作者就想設(shè)計一種自動鉆床來替代這種繁鎖的手工操作，也即通過實(shí)時測量鉆頭在鉆削過程中受阻的情況，當(dāng)測到受阻達(dá)到某一設(shè)定

52、的臨界值時，就通過一裝置控制鉆頭繼續(xù)鉆削，如此往復(fù)。這里實(shí)時監(jiān)測鉆頭受阻的情況也就是要敏感鉆頭的受扭矩的變化，當(dāng)受扭矩達(dá)到某臨界值（通過試驗(yàn)獲得）時，就得使鉆頭退回，否則就會斷鉆頭?，F(xiàn)在基于這種構(gòu)思的自動鉆床已有產(chǎn)品，但現(xiàn)有的產(chǎn)品中其扭矩保護(hù)一般都是用扭矩傳感器來直接敏感鉆頭受扭矩的情況，然后由一套電路</p><p>　　2 測速式扭矩保護(hù)的原理</p><p>　　如引言中所述，一般要

53、進(jìn)行扭矩保護(hù)的場合，常通過扭矩傳感器來直接敏感扭矩的變化，而在鉆削加工中，如仍采用這種方法，就顯得復(fù)雜。測速式扭矩保護(hù)的原理是：通過測量被保護(hù)主軸的轉(zhuǎn)速來間接獲得其扭矩變化的情況，從而達(dá)到監(jiān)測其扭矩并保護(hù)的目的。具體而言即為：一般鉆床中主軸都是通過皮帶輪由皮帶與電機(jī)主軸相連，因此鉆削時，鉆頭受阻，所受扭矩增大，主軸轉(zhuǎn)速就會降低，只要敏感到主軸轉(zhuǎn)速的變化，也就可間接獲得鉆頭扭矩的變化。這里利用光電傳感器來測量主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到臨界值（

54、預(yù)先設(shè)定）時，即由控制電路發(fā)出一信號，使鉆頭抬起從而起到扭矩保護(hù)的作用。下面將以一種分級進(jìn)給的動力頭為例來具體闡述其實(shí)現(xiàn)方法。</p><p><b>　　3具體設(shè)計方法</b></p><p>　　分級進(jìn)給動力頭是一種實(shí)用的加工細(xì)長孔的裝置。其原先的設(shè)計方法是定時辦法來控制鉆頭鉆動作及退動作。由氣動邏輯電路來定時，使鉆頭每次鉆一定時間（設(shè)為t）就退回，排出鐵屑，冷卻

55、后再鉆。這種方法也簡便易行。但由于實(shí)際鉆削時，工件材質(zhì)不同，孔的尺寸不一樣，而且即使對同一零件，由于開始鉆時，鐵屑排出容易，而越往深處鉆，就越困難，因此，要定出一個折中的t比較困難，定長了，可能扭矩已大到斷鉆頭時還沒發(fā)出鉆頭退回的控制信號，定短了則來回動作次數(shù)增加，效率降低。鑒于這種情況，適宜采用筆者前面所述的轉(zhuǎn)速臨界值，與零件材質(zhì)，待加工孔的尺寸等都無關(guān)，而只要根據(jù)試驗(yàn)定出，對一特定鉆頭，當(dāng)其轉(zhuǎn)速下降多大時其扭矩已達(dá)到極限即可。由此根

56、據(jù)起始轉(zhuǎn)速定出保護(hù)的下限轉(zhuǎn)速值就可以了。實(shí)際工作時，每當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到這臨界值即控制電磁閥動作，使鉆頭退回。這樣既能可靠地保護(hù)鉆頭不出廢品，又可提高工效。</p><p>　　4 轉(zhuǎn)速的測量比較及控制電路</p><p>　　主軸的轉(zhuǎn)速由霍爾傳感器來測量，霍爾傳感器測速電路如圖1所示，其中磁鋼用膠水粘在齒輪Z4上的￠4沉孔里，霍爾傳感器安裝在動力頭的后蓋上。當(dāng)齒輪Z4隨主軸轉(zhuǎn)動時，霍爾傳感器的

57、輸出點(diǎn)A處就產(chǎn)生脈沖，其頻率對應(yīng)于主軸的轉(zhuǎn)速。由于在鉆削加工時，主軸轉(zhuǎn)速一般都為2000~2500r/min,轉(zhuǎn)速很高，故常采用頻率法測轉(zhuǎn)速，由時基電路產(chǎn)生一基準(zhǔn)時基，設(shè)周期為T1，如在T1時間內(nèi)測轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)為n1,則每分鐘主軸轉(zhuǎn)速為（n1×60）/（T1），實(shí)際中T1為定值，則n1即對應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)速。</p><p>　　如圖2為時基產(chǎn)生電路，其中晶振為100kHZ。</p><p&

58、gt;　　圖3為轉(zhuǎn)速測量、比較及結(jié)果控制電路，由時基產(chǎn)生的時基脈沖信號與轉(zhuǎn)速信號同時輸入一與非門，其輸出接計數(shù)器（低位）的脈沖輸入端。其中轉(zhuǎn)速計數(shù)值n1由4片串聯(lián)的十進(jìn)制計數(shù)器4518來完成，4片4518的輸出分別為n1值的千、百、十、個位，該計數(shù)值在每次計完時由4片4042鎖存到BCD比較器4585的一路輸入端，4585的另一路輸入端接4片拔碼盤，即n1為A，由拔碼盤設(shè)定的值為B。當(dāng)A>B時，說明轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值，此時A>B

59、輸出無效，當(dāng)有一次采樣到A值小于B時，說明鉆頭轉(zhuǎn)速已下降到低于設(shè)定值，即此時所受扭矩較大，則輸出A<B立即有效，控制電磁閥動作使鉆頭退回，一旦鉆頭退回，帶出鐵屑，并冷卻，則轉(zhuǎn)速又升高。這樣轉(zhuǎn)速測量電路中計到的n1也增大，則輸出A<B又無效，此時則又可控制鉆頭作下一次鉆削動作。圖中4528用來產(chǎn)生時間延遲，其基準(zhǔn)信號也來自時基信號，當(dāng)T1的下降沿來到時，即控制4042進(jìn)行信號鎖存，在此信號基礎(chǔ)上延時t1后控制4518的清零端對

60、4片4518進(jìn)行清零，以便下一次計數(shù)仍從零開始。</p><p>　　以上部分詳細(xì)介紹了測速式扭矩保護(hù)的原理，設(shè)計方法，并通過實(shí)際應(yīng)用例子講述了其應(yīng)用。這種方法在其他一些類似的需進(jìn)行扭矩保護(hù)的地方也可應(yīng)用。</p><p>　　八、微型進(jìn)給鉆孔動力頭及鉆孔夾具設(shè)計總結(jié)</p><p>　　微型分級進(jìn)給鉆孔動力頭的研制，經(jīng)過三次改進(jìn)，最終完成研制工作，研制工作分以下四

61、步進(jìn)行：</p><p>　　1、按原方案，采用進(jìn)給氣缸推進(jìn)、60W單相串激式電機(jī)驅(qū)動主軸，隨動氣缸控制每次工進(jìn)的起點(diǎn)，氣動延時元件控制控制每次工進(jìn)的持續(xù)時間，完成分級進(jìn)給。第一輪樣機(jī)完成后，進(jìn)行了切削試驗(yàn)，用GCr冷拉園鋼做試樣，鉆孔直徑1.7，鉆孔深度24（相當(dāng)于長型孔式油嘴進(jìn)油孔的尺寸），冷卻液為普通乳化液，由于電機(jī)功率不足，而且串激式電機(jī)扭矩特性較軟，切削時轉(zhuǎn)速迅速下降，工進(jìn)速度必需控制得較低，而且每次進(jìn)

62、給深度很小就必須退回，鉆一個孔需進(jìn)給二十多次，耗時約三分鐘。</p><p>　　2、將電機(jī)換成120W三相電機(jī)，鉆孔時轉(zhuǎn)速沒有明顯下降，鉆一個孔進(jìn)給十多次，耗時約一分半鐘。 </p><p>　　3、隨著鉆頭進(jìn)入工件深度的增加，排屑逐漸困難，切削扭矩增大，分級進(jìn)給最后一次工進(jìn)時切削扭矩最大，鉆頭最容易折斷，因此所允許的切削深度也最小

63、，但由于采用氣動延時元件控制控制每次工進(jìn)的持續(xù)時間，每次工進(jìn)深度是固定的，為了保證鉆頭不折斷，只能按最后一次工進(jìn)所允許的切削深度確定每次工進(jìn)的持續(xù)時間，這樣造成過多的進(jìn)給次數(shù)和過多的往復(fù)空行程，因此耗時較多。為克服這個缺陷，將氣動延時元件取消，增加一個自行研制的扭矩保護(hù)器，其工作原理是在齒輪Z4上加一個磁鋼，齒輪室蓋上裝一個轉(zhuǎn)速傳感器,該傳感器是一只霍爾開關(guān)傳感器，屬半導(dǎo)體傳感器，半導(dǎo)體材料有一個重要特性是對光、熱、力、磁、氣體、濕度等

64、物理量的敏感性，利用半導(dǎo)體材料的這些特性，作為非電量電測的轉(zhuǎn)換元件，半導(dǎo)體傳感器具有許多明顯的特點(diǎn)，通常可制成結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕的器件，它們的功耗低、安全可靠、壽命長，對被測量敏感，響應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)集成化。但它們的輸出特性一般是非線性的，常常采用線性化電路，受溫度影響大，須采用溫度補(bǔ)償措施?；魻杺鞲衅骶褪抢冒雽?dǎo)體材料的磁敏特性來工作的傳感器，霍爾元件是一種半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換元件，一般由半導(dǎo)體制成，當(dāng)霍爾元件置于磁場</p>

65、;<p>　　4、為了進(jìn)一步提高效率，將主軸轉(zhuǎn)速由2000轉(zhuǎn)/分提高到2500轉(zhuǎn)/分，鉆ф2×24的孔耗時約26秒。</p><p>　　該動力頭如用于油嘴進(jìn)油孔專機(jī)，四個頭裝在一個床身上，一人操作，每班工作6.5小時，單班產(chǎn)量為3000件，現(xiàn)在人工用臺鉆班產(chǎn)量為1000件，而且必須加清洗二硫化鉬的工序。該動力頭如用于油嘴定位孔專機(jī)，三個頭裝在一個床身上，一人操作，每班工作6.5小時，單班

66、產(chǎn)量為4000件，現(xiàn)在人工用臺鉆班產(chǎn)量為800件。以上兩臺專機(jī)適合較大的油泵廠使用。也可將進(jìn)油孔工序和定位孔工序裝在一臺專機(jī)上，兩個頭鉆進(jìn)油孔，一個頭鉆定位孔，適合較小的油泵廠使用。該動力頭在組合機(jī)床行業(yè)也有一定的用途。</p><p>　　夾具的鉆模板和鉆套做在一塊板上，并留有退屑間隙，因此其結(jié)構(gòu)簡單可靠。 </p><p>　　由于鉆模板尺寸較小，如導(dǎo)向孔磨損，可換鉆模

67、板，使用成本也不會增很多。</p><p>　　5、這次畢業(yè)設(shè)計完全按照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，即：噴油器針閥體進(jìn)油孔用微型鉆孔動力頭及夾具設(shè)計，微型鉆孔動力頭技術(shù)參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速： 2500r/min，主軸功率：120W，最大進(jìn)給力：50kg，最大鉆孔直徑：4mm，</p><p>　　最大行程：50——70mm。主要結(jié)構(gòu)及功能簡要說明：動力頭主軸采用電機(jī)驅(qū)動，壓縮空氣推動進(jìn)給，外接電子扭矩

68、保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)多次進(jìn)給。噴油器針閥體進(jìn)油孔加工夾具利用針閥體的中孔和端面定位，氣動夾緊。由氣動邏輯元件組成控制氣路，實(shí)現(xiàn)對工件的快速夾緊，工作進(jìn)給，快速后退。提高加工效率，并且保護(hù)了刀具。</p><p><b>　　九、畢業(yè)設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　噴油器針閥體進(jìn)油孔用微型鉆孔動力頭及夾具是集機(jī)械、電子、氣動于一體，保護(hù)功能齊全，可大幅度降低操作工的勞動強(qiáng)

69、度，提高生產(chǎn)效率，減少加工成本，改善操作工的工作環(huán)境。本裝置不僅可用于加工噴油器針閥體進(jìn)油孔，還可用于加工其他機(jī)械結(jié)構(gòu)上的細(xì)長孔。如應(yīng)用于組合機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)加工的自動化。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使上課時學(xué)到的機(jī)械知識、電子知識、測試技術(shù)、機(jī)床數(shù)控技術(shù)、液壓氣動技術(shù)得到綜合運(yùn)用,并且學(xué)會了查閱各種技術(shù)資料、參考文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)手冊、設(shè)計手冊、外文資料等，從中找出本畢業(yè)設(shè)計需要的部分。這是一次非常實(shí)用的鍛煉機(jī)會，對自己的工作有很大的幫助。</p&g

70、t;<p><b>　　十、附錄</b></p><p>　　附錄一，噴油器針閥體圖</p><p>　　附錄二，微型鉆孔動力頭及夾具圖</p><p>　　附錄三，氣動原理圖及電子扭矩保護(hù)電路圖</p><p><b>　　十一、參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

71、t;　　⑴機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第三版） 高等教育出版社 1989年</p><p>　?、菩翟砑皺C(jī)械零件（附冊） 高等教育出版社 1985年</p><p>　　⑶機(jī)械設(shè)計手冊（第1卷） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年</p><p>　?、葯C(jī)械設(shè)計手冊（第2卷） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年</p>

72、<p>　　⑸機(jī)械設(shè)計手冊（第3卷） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年</p><p>　?、蕶C(jī)械設(shè)計手冊（第4卷） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年</p><p>　?、藱C(jī)械設(shè)計手冊（第5卷） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年</p><p>　?、叹攀甏鷥?nèi)燃機(jī) 上海交大出版社 1992年

73、</p><p>　?、推囃侠瓩C(jī)內(nèi)燃機(jī)原理 農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 1985年</p><p>　?、尾裼蜋C(jī)噴油系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版社 1996年</p><p>　?、闲滦蛡鞲衅骰A(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 1986年</p><p>　?、袡C(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)

74、 機(jī)械工業(yè)出版社 2001年</p><p>　　⒀數(shù)字電路 國防工業(yè)出版社 1995年</p><p>　?、覚C(jī)床夾具設(shè)計 機(jī)械工業(yè)出版社 1986年</p><p>　?、咏M合機(jī)床設(shè)計 西安交大出版社 1985年</p>&l

75、t;p>　　⒃材料力學(xué) 北京理工出版社 1986年</p><p>　?、認(rèn)IG AND FIXTURE DESIGN EDWARD GHOFFMAN 1980年</p><p>　?、諱easurement Systems: Application and Design </p><p>　　McG

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