5000KN三梁四柱雙缸油壓機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、XXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要本文簡(jiǎn)要介紹了液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位，綜述了國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)液壓機(jī)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)計(jì)算資料和給定的技術(shù)規(guī)格,以及液壓機(jī)成型的工藝特點(diǎn),確定了5000KN雙缸四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì)方案,并對(duì)液壓機(jī)的主要部件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并對(duì)工作缸、下橫梁進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度計(jì)算，以確保所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)工作可靠，性能穩(wěn)定。最后運(yùn)用AutoCAD繪圖軟件完成總裝配圖及上述零部件圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)適用于金屬材料的壓制、沖裁、彎曲、翻邊、薄板拉深等，也可用于校正及小型金屬零件的冷擠成型等工藝。關(guān)鍵詞 雙缸四柱液壓機(jī)；強(qiáng)度；橫梁；工作缸Abstract This

2、paper briefly introduces the position of hydraulic pressure in modern industry, and summarizes the current situation and developing trend of hydraulic machine at home and abroad.According to the existing hydraulic machine design calculation of a given material and technical specifications, as well a

3、s hydraulic press molding process characteristics to determine the 5000kN double cylinder four column hydraulic machine overall design scheme, and with the structural design of the main components of hydraulic machine, and the working cylinder, a lower beam strength and stiffness calculation, to ens

4、ure that the design of the hydraulic machine is reliable and stable performance. At last, the structure design of the total assembly drawing and the parts graph is finished by using AutoCAD drawing software.In this paper, the design of hydraulic machine applicable to metal pressing, punching, bendin

5、g, flanging, sheet metal drawing etc., can also be used for correction and small metal parts of the cold extrusion forming process.Keywords： double cylinder hydraulic machine; strength; beam; cylinder 目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景及目的與意義11.1.1課題背景11.1.2 選題目的與意義11.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況11.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位11.2.2

6、我國(guó)金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.2.3 國(guó)外金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)31.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì)31.3 雙缸四柱液壓機(jī)的特點(diǎn)41.4 液壓機(jī)的分類51.5 本章小結(jié)6第2章 雙缸四柱液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)72.1 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)72.1.1 5000KN雙缸四柱液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)72.2 上橫梁結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)72.2.1 結(jié)構(gòu)形式72.2.2 形狀尺寸要求82.2.3 上橫梁與工作缸的聯(lián)接方式92.3 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102.3.1 結(jié)構(gòu)形式102.3.2 加工技術(shù)要求102.3.3 工作臺(tái)與頂出缸的聯(lián)接方式112.3.4 固定模具結(jié)構(gòu)112.4 立柱的結(jié)構(gòu)形式13

7、2.4.1 結(jié)構(gòu)形式132.4.2 形狀尺寸要求152.5 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)152.5.1 結(jié)構(gòu)形式152.5.2形狀和尺寸要求162.5.3 立柱導(dǎo)套172.5.4 活動(dòng)橫梁與活塞桿聯(lián)接方式182.5.5固定模具結(jié)構(gòu)202.6 液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)202.7 本章小結(jié)22第3章 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算233.1 工作缸的設(shè)計(jì)計(jì)算233.1.1 缸體的強(qiáng)度計(jì)算233.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算283.2.1 計(jì)算條件283.2.2 工作臺(tái)的彎矩與剪力計(jì)算293.2.3工作臺(tái)的撓度計(jì)算293.2.4 工作臺(tái)的強(qiáng)度校核343.2.5 工作臺(tái)的剛度校核353.3 本章小結(jié)35第4章 液壓機(jī)液壓系

8、統(tǒng)的設(shè)計(jì)374.1 制定液壓系統(tǒng)基本方案374.1.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式374.1.2 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路374.1.3 液壓源系統(tǒng)384.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定384.2.1 液壓介質(zhì)的選擇384.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖404.3 液壓閥的選擇414.3.1 液壓閥的作用414.3.2 液壓閥的基本要求424.3.3 液壓閥的選擇424.4 本章小結(jié)43結(jié)論44致謝45參考文獻(xiàn)46 III 第1章 緒論1.1 課題背景及目的與意義1.1.1課題背景畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為5000KN雙缸四柱液壓機(jī)的設(shè)計(jì)。1.1.2 選題目的與意義通過(guò)5000KN雙缸四柱液壓機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算的畢業(yè)設(shè)計(jì)

9、，了解液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握液壓機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，以及工作臺(tái)和工作缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的主要代表液壓技術(shù)自上世紀(jì)初面世以來(lái),即融合到裝備制造業(yè)中,成為其中十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域,同時(shí),液壓技術(shù)將裝備制造業(yè)作為其主要的應(yīng)用領(lǐng)域,曾經(jīng)引領(lǐng)裝備制造業(yè)一系列的技術(shù)進(jìn)步。因此液壓技術(shù)對(duì)裝備制造業(yè)而言,從來(lái)就有著較強(qiáng)的推動(dòng)和影響作用,對(duì)裝備制造業(yè)等諸多領(lǐng)域有著前置和后置效應(yīng),扮演著重要而關(guān)鍵的角色。21世紀(jì)初,中國(guó)裝備制造業(yè)得益予國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的歷史機(jī)遇,在諸多領(lǐng)域取得了重要的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步,其中中國(guó)液壓技術(shù)也扮演了重要的角

10、色,并反映了它與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步。液壓機(jī)是利用液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行壓力加工的設(shè)備。它與機(jī)械壓力機(jī)相比，具有壓力和速度可在廣泛的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，結(jié)構(gòu)布局靈活，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作可很方便地達(dá)到所希望的配合關(guān)系等等很多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)液壓元件具有高度的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)及和制造均較為簡(jiǎn)單，所以液壓機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)得到了日益廣泛的應(yīng)用。目前中小型液壓機(jī)絕大部分均采用礦物油做介質(zhì)，例如液壓油、機(jī)械油等。同時(shí)大多數(shù)采用單機(jī)直接傳動(dòng)。1.2.2 我國(guó)金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.2.1 我國(guó)金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀金屬塑性成性是利用材料的塑性，在成型設(shè)備上，通過(guò)模具

11、改變毛坯的形狀與尺寸，并改善性能，以獲得所要求的工件。我國(guó)金屬塑性成型設(shè)備經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)從只能生產(chǎn)單機(jī)（諸如各種普通、專用壓力機(jī)、液壓機(jī)、鍛錘）發(fā)展到能夠生產(chǎn)裝備機(jī)械化、半自動(dòng)化和自動(dòng)化鍛壓生產(chǎn)線，大中型鍛壓機(jī)和具有各種特殊功能的先進(jìn)特種金屬塑性成型設(shè)備。在引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和合作生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，極大地提高了金屬塑性成型設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力和制造水平。近年來(lái)，隨著我國(guó)以汽車(chē)為龍頭的制造業(yè)的飛速發(fā)展，大大刺激了塑性加工的技術(shù)進(jìn)步，新興的金屬塑性成型裝備可確保通用產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性。國(guó)產(chǎn)大型精密高效的成套設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線、FMC、FMC等高新技術(shù)、高附加值的金屬塑性成型生產(chǎn)設(shè)備正在裝配

12、著我國(guó)的制造業(yè)。到目前為止，國(guó)產(chǎn)金屬塑性成型設(shè)備產(chǎn)品已有一千多種。1.2.2.2 我國(guó)金屬塑性成型設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 金屬塑性成型設(shè)備是材料成型設(shè)備中的重要一員，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，其發(fā)展趨勢(shì)也備受關(guān)注。（1）板材加工設(shè)備 進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國(guó)的板材加工工藝及設(shè)備有了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型、大重型板材加工設(shè)備。 重型機(jī)械壓力機(jī)及覆蓋件生產(chǎn)線、大型多工位壓力； 數(shù)控板沖、剪、折機(jī)床及柔性加工生產(chǎn)線；板材無(wú)模多點(diǎn)成形壓力機(jī)；高速壓力機(jī)；數(shù)控激光切割機(jī)。 （2）大重型鍛造裝備 重型模鍛和鍛造水鍛機(jī)；熱模鍛壓力機(jī)；大噸位螺旋壓力機(jī)；大型彎曲校正設(shè)備

13、等。（3）特種鍛造設(shè)備擺動(dòng)輾壓機(jī)；特種軋制設(shè)備（如輥鍛機(jī)、楔橫軋機(jī)、數(shù)控輾環(huán)機(jī)等）；冷擠壓機(jī)；數(shù)控彎管機(jī)。1.2.3 國(guó)外金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)美國(guó)、德國(guó)、日本的汽車(chē)工業(yè)如此發(fā)達(dá)，得益于其塑性加工技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。當(dāng)前的世界塑性加工技術(shù)及裝備向以下幾個(gè)方面發(fā)展：1.金屬塑性成型設(shè)備及自動(dòng)化 冷沖壓設(shè)備主要向單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化和大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展，以適應(yīng)汽車(chē)車(chē)身自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的需求。鍛造設(shè)備國(guó)外的鍛造自動(dòng)化也取得了長(zhǎng)足發(fā)展?，F(xiàn)代化的大型自由鍛造車(chē)間的鍛造液壓機(jī)、操作機(jī)、鍛造吊車(chē)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)控制，全部機(jī)械化，并配有鍛件尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置，鍛造壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動(dòng)，鍛造加熱爐自動(dòng)控制。中

14、小型自由鍛實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)與操作聯(lián)動(dòng)微要控制、計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的自動(dòng)程序鍛造。目前國(guó)外大型汽車(chē)模鍛件大部分采用以多工位熱模鍛壓機(jī)為主休的綜合自動(dòng)線，美國(guó)、德國(guó)、日本基本采用熱模鍛壓力機(jī)取代原有的模鍛錘，中小型模鍛件采用多工位高速自動(dòng)熱鐓機(jī)。2.高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高設(shè)備加工效率將幾種工藝或幾個(gè)工序復(fù)合在一臺(tái)機(jī)床上完成，是當(dāng)前各類機(jī)床大幅壓縮生產(chǎn)輔助間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機(jī)械上也得到了成功應(yīng)用，效果十分顯著。3.設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)壓力機(jī)控制系統(tǒng)的集成化，可通過(guò)單一操作接口實(shí)現(xiàn)所有壓機(jī)和模具的各項(xiàng)控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開(kāi)關(guān)和模具監(jiān)控的調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)

15、更加方便，而且明顯增加壓力機(jī)的有效工作時(shí)間。4.注重環(huán)境保是當(dāng)今世界性的潮流。1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) 1.配有自動(dòng)上下料裝置的液壓機(jī)或自動(dòng)生產(chǎn)線將會(huì)成為未來(lái)液壓機(jī)發(fā)展的方向?，F(xiàn)階段，由于勞動(dòng)力成本和技術(shù)問(wèn)題， 國(guó)內(nèi)的企業(yè)多采用人工上下料。但在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，在上世紀(jì)六七十年代自動(dòng)生產(chǎn)線已基本普及。為提升企業(yè)的形象和提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)企業(yè)也開(kāi)始使用和采購(gòu)自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)上下料的液壓機(jī)。一些企業(yè)也開(kāi)始在原人工上下料的液壓機(jī)生產(chǎn)線上配上機(jī)器人而改造成半自動(dòng)的生產(chǎn)線。 2.多工位液壓機(jī)的需求將會(huì)大幅度增加。由于加工設(shè)備、技術(shù)等原因，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多工位液壓機(jī)不是很多。多工位液壓機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)： 多

16、道 工序在一臺(tái)液壓機(jī)中不同的工位完成，減少了液壓機(jī)的臺(tái)數(shù)，進(jìn)而減少了設(shè)備占用面積；減少了設(shè)備的中間送料程序和操作人員；提高了生產(chǎn)效率；減少了投資成本。3.快速、高速液壓機(jī)在批量生產(chǎn)中能成倍地提高效率。如果液壓機(jī)的效率能提高一倍，則一條生產(chǎn)線可代替兩條生產(chǎn)線， 在用戶投資增加不大的情況下一條線即可代替兩條線。4.依托電液比例技術(shù)、傳感器、電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等提升液壓機(jī)的性能。5.在環(huán)保、節(jié)能方面，今后在液壓機(jī)的設(shè)計(jì)及制造中應(yīng)引起各制造企業(yè)的足夠重視。這方面要做好以下幾點(diǎn)： 減少液壓機(jī)的裝機(jī)功率，減少工作中的能量損失；提高密封質(zhì)量，減少液壓油泄漏對(duì)環(huán)境的污染；減少噪聲，對(duì)大的噪聲源進(jìn)行隔離和封閉。

17、1.3 雙缸四柱液壓機(jī)的特點(diǎn) （1）材料利用率高。多向模鍛大多采用閉式模鍛，鍛件可設(shè)計(jì)成空心的，可以取消或設(shè)計(jì)很小的模鍛斜度，借助卸料器鍛件也易于取出， 因而可以節(jié)約大量材料， 與一般模鍛工藝相比較可節(jié)約金屬 50%左右，材料利用率可達(dá) 4090%。 （2）鍛件性能好。多向模鍛屬閉式模鍛，一般沒(méi)有毛邊，金屬流線沿鍛件外形分布，可提高鍛件的機(jī)械性能和抗應(yīng)力腐蝕的能力。一般可提高強(qiáng)度 30%以上。 （3）生產(chǎn)率高。多向模鍛只需毛坯一次加熱和壓力機(jī)一次行程便可成形鍛件，生產(chǎn)率高，同時(shí)最大限度避免了由于加熱帶來(lái)的缺陷和損失。這一點(diǎn)對(duì)于高合金鋼、鎳基合金、鈦合金是極為重要的。這些材料價(jià)格昂貴，鍛造溫度范

18、圍狹窄， 減少了加熱次數(shù)和氧化損失， 便能降低成本， 提高質(zhì)量， 有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，若配備機(jī)械手可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 （4）應(yīng)用范圍廣。多向模鍛時(shí)，毛坯處于強(qiáng)烈的壓應(yīng)力狀態(tài)下變形，可使金屬塑性大大提高， 有利于低塑性材料的成形。多向模鍛不僅可以加工各種復(fù)雜形狀的鍛件，而且對(duì)鍛件尺寸大小、材料限制也較少。除一般有色金屬、黑色金屬外，也可模鍛高合金鋼、鎳鉻合金等，因?yàn)樵诙嘞蚰ｅ憰r(shí)能提高材料的塑性。多向模鍛也存在一些缺點(diǎn)。 首先是要求毛坯具有較高的剪切質(zhì)量，坯料尺寸與重量要求精確。 其次是毛坯加熱后應(yīng)盡量避免氧化皮，要求對(duì)毛坯進(jìn)行少無(wú)氧化加熱或設(shè)置去氧化皮的裝置。 要求使用剛性好、精度高的專用設(shè)備或

19、在通用設(shè)備上附加專用的模鍛裝置。1.4 液壓機(jī)的分類 液壓機(jī)一般有如下幾種分類方法： 按傳遞壓強(qiáng)的液體種類分類 可分為油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類； 水壓機(jī)產(chǎn)生的總壓力較大，常用于模鍛和自由鍛工藝的大型和重型設(shè)備中。按機(jī)身結(jié)構(gòu)形式分類 可分為梁柱式（如三梁四柱式）、單臂式（C型）、框架式結(jié)構(gòu)等。按工藝用途分類 可分為以下幾種：鍛造液壓機(jī) 用于自由鍛造、鋼錠開(kāi)坯以及有色與黑色金屬模鍛；沖壓液壓機(jī) 用于各種板材沖壓，其中有單動(dòng)、雙動(dòng)等結(jié)構(gòu)型式；一般用途液壓機(jī) 如各種萬(wàn)能式通用液壓機(jī)；校正壓裝液壓機(jī) 用于零件校形及裝配；層壓液壓機(jī) 用于膠合板、刨花板、纖維板、絕緣材料板等的壓制；擠壓液壓機(jī) 用于各種有色金屬

20、和黑色金屬的線材、管材、棒材及型材擠壓；壓制液壓機(jī) 用于粉末冶金、塑料制品的壓制成型；打包、壓塊液壓機(jī) 用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包；手動(dòng)液壓機(jī) 一般為小型液壓機(jī)，用于試壓、壓裝等要求力量不大的手工工序。其他液壓機(jī)。按活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)方式分類 可分為：上壓式液壓機(jī)；正裝（下壓）式液壓機(jī)；下拉式液壓機(jī)按傳動(dòng)形式分類 可分為：泵直接傳動(dòng)液壓機(jī)；泵-蓄能器傳動(dòng)液壓機(jī)。1.5 本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，液壓機(jī)的分類、特點(diǎn)，以及液壓機(jī)的工作原理，同時(shí)，對(duì)課題的提出做了簡(jiǎn)介，對(duì)液壓機(jī)有了初步的認(rèn)識(shí)，及為本設(shè)計(jì)的完成奠定了初步依據(jù)。第2章 雙缸四柱液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.1 液

21、壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)2.1.1 5000KN雙缸四柱液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)主要技術(shù)規(guī)格是表述機(jī)器工作性能的指標(biāo)。通常包括以下部分：第一，主要規(guī)格，又稱主要參數(shù)，它是表示液壓機(jī)主要特征的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各工藝動(dòng)作的壓力。第三，工作空間，包括各執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定模具的工作表面對(duì)主機(jī)工作臺(tái)面（或中心線）的最大距離和最小距離，工作臺(tái)尺寸等。第四，各工藝動(dòng)作的速度。第五，機(jī)器外形尺寸，總功率和總重量。 基本參數(shù)是設(shè)壓機(jī)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)液壓機(jī)的工藝用途及結(jié)構(gòu)類型確定的，它們反映了液壓機(jī)的工作能力及特點(diǎn)，也基本上定下了液壓機(jī)的輪廓尺寸及本體總重?；緟?shù)是用戶選購(gòu)時(shí)的主要依據(jù)。 本設(shè)計(jì)的5000KN雙缸四柱液壓機(jī)

22、，其主要參數(shù)如下： （1）公稱力 KN 5000； （2）滑塊行程 mm 1000； （3）滑塊開(kāi)口高度 mm 1100； （4）滑塊工作速度 mm/s 10； （5）工作臺(tái)尺寸 mm 21001500； （6）液體工作壓力 MPa 25； （7）電動(dòng)機(jī)功率 kW 45.5； （8）頂出力 kN 630； （9）頂出行程 mm 350.2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)形式 橫梁包括上橫梁、下橫梁（或工作臺(tái)）和活動(dòng)橫梁，是液壓機(jī)的重要部件。橫梁有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，生產(chǎn)批量較大的中小型液壓機(jī)其橫梁多為鑄鐵件（材料多為HT200）或鑄鋼件（材料多ZG275500)；近年來(lái)采用焊接結(jié)

23、構(gòu)的日益增多，材料一般為Q235或16Mn鋼板。上橫梁上安裝工作缸的圓孔，一般做成階梯孔，下孔直徑比上孔大1020mm,以便于安裝。上橫梁位于立柱上部，用于安裝工作缸，承受工作中全部的反作用力。對(duì)于柱塞式工作缸，還可安裝回程缸及其他輔助裝置。本設(shè)計(jì)的5000KN雙缸四柱液壓機(jī)，上橫梁采用的結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示。 對(duì)于中小型液壓機(jī)其結(jié)構(gòu)形式主要有：鑄造和焊接兩種。但不論采用鑄造或焊接組成的上橫梁都應(yīng)該進(jìn)行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 圖 2-1 上橫梁結(jié)構(gòu)圖2.2.2 形狀尺寸要求 上橫梁通過(guò)立柱聯(lián)接成機(jī)身上半部，并安裝工作油缸。為使其組成的空間合乎要求，以及活塞運(yùn)行平穩(wěn)，因此要求上橫梁安裝油

24、缸孔的軸線與安裝油缸的臺(tái)肩平面應(yīng)垂直，上橫梁與調(diào)節(jié)螺母接觸面與油缸臺(tái)肩接觸應(yīng)平行，以及立柱穿過(guò)孔的上下平面應(yīng)平行等等。其具體要求為： （1）安裝主油缸孔的軸線與油缸臺(tái)肩貼合平面不垂直度允差0.06/1000mm；（2）調(diào)節(jié)螺母接觸平面與油缸臺(tái)肩貼合平面的不平行度允差0.05/1000mm； （3）鎖緊螺母接觸面與調(diào)節(jié)螺母接觸面（立柱穿過(guò)孔的上表面與下表面）間不平度允差0.16/1000mm；（4）油缸鎖緊螺母平面與油缸臺(tái)肩貼合平面間不平行度允差0.12/1000mm；（5）與油缸外圓配合公差為H8/f9或高于此級(jí)；（6)立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大12mm。2.2.3 上橫梁與工作缸的聯(lián)接

25、方式上橫梁與油缸的聯(lián)接方式常見(jiàn)有以下兩種： （1）依靠圓螺母固定油缸； （2）依靠法蘭盤(pán)固定油缸。本設(shè)計(jì)采用的是第一種方式，依靠圓螺母固定油缸。其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖 2-2 用圓螺母固定的結(jié)構(gòu) 1-上橫梁 2-油缸 3-圓螺母當(dāng)油缸加壓時(shí)，油缸臺(tái)肩傳遞反作用力于橫梁，連接零件不受反作用力的作用，只有當(dāng)油缸回程工作時(shí)，回程力作用于連接零件上。故連接零件的強(qiáng)度只滿足回程力要求即可。2.3 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，臺(tái)面上固定模具，工作中承受機(jī)器本體的重量及全部載荷。亦可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。工作臺(tái)所選以及其結(jié)構(gòu)形式與上橫梁相同。本設(shè)計(jì)的5000

26、KN雙缸四柱液壓機(jī)，上橫梁采用鑄造結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示。圖 2-3 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式2.3.2 加工技術(shù)要求 1）鑄件不得有影像質(zhì)量的氣孔、縮孔、夾渣、裂紋等缺陷；2）鑄件必須清理凈型砂、毛刺、冒口應(yīng)鏟除磨光、梁的非加工面一律涂紅色防銹漆； 3）鑄件在加工前，應(yīng)退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力；4）鑄件材料應(yīng)做機(jī)械性能試驗(yàn)，并符合HT20-40要求后方可實(shí)施； 5）工作臺(tái)臺(tái)面不平直度，按JB1293-73標(biāo)準(zhǔn)允差0.05/1000mm。2.3.3 工作臺(tái)與頂出缸的聯(lián)接方式 對(duì)于中小型通用液壓機(jī)，其頂出力不大，頂出缸結(jié)構(gòu)一般采用活塞式。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-4所示。此優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。缺點(diǎn)是頂

27、出力集中于頂出活塞端面的很小面積內(nèi)，因此對(duì)較大制件的頂出不方便。圖2-4 工作臺(tái)與頂出缸聯(lián)接方式 1-工作臺(tái) 2-頂出缸 3-螺母2.3.4 固定模具結(jié)構(gòu) 為了固定模具，一般情況在工作臺(tái)面上設(shè)有T型槽，按GB158-59標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。用于中小型液壓機(jī)的T型槽型式尺寸見(jiàn)表2-1.T型槽的尺寸和數(shù)量主要根據(jù)液壓機(jī)的回程噸位（即加壓制件后的拔模力）和頂出制件的最大壓力設(shè)計(jì)。對(duì)于尺寸較小的工作臺(tái)，T型槽常采用交叉布置，尺寸較大的工作臺(tái)的T型槽，常采用平行布置（圖2-5）。表 2-1 T型槽 （GB158-59) (mm)a81012 14 1618202224283236424854螺桿直徑d 6

28、 810121416182022242730364248b公稱尺寸14 16 20 24 27 30 333640465260708090允差+1.5+2+3c公稱尺寸679111214151618202225293438允差+0.5+1+2h最小568101113141617212427323642最大91315182023252830364246546070 e 11.52 注：1.盡可能不用加粗的尺寸； 2.“a”尺寸公差根據(jù)用途可按D1、D4、D6或自由公差選取； 3.“a”兩邊表面粗糙度按采用精度等級(jí)決定，其余均按Ra12.5加工； 4.可做成帶有鑄造后不加工的槽。圖 2-5 T型槽

29、平行布置圖2.4 立柱的結(jié)構(gòu)形式2.4.1 結(jié)構(gòu)形式立柱是四柱式液壓機(jī)重要的支撐件和受力件，同時(shí)又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、光潔度和必要的硬度。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有： 兩梁都用立柱臺(tái)肩支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。（圖2-7a) 兩梁都用調(diào)節(jié)螺母支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。(圖2-7b) 上橫梁用立柱肩支撐，調(diào)節(jié)螺母安裝于工作臺(tái)面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。(圖2-7c) 上橫梁用立柱臺(tái)調(diào)節(jié)螺母支撐，立柱肩臺(tái)支持于工作臺(tái)面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。(圖2-7d) 上述結(jié)構(gòu)中，第一種結(jié)構(gòu)中，上橫梁與工作臺(tái)間距右立柱臺(tái)肩尺寸來(lái)保證。因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便

30、。但裝配后機(jī)器精度不能調(diào)整，預(yù)緊也比較困難。因此，僅在無(wú)活動(dòng)橫梁又無(wú)精度要求的小型簡(jiǎn)易液壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用。第二種結(jié)構(gòu)(四螺母結(jié)構(gòu)）組成零件最多。由于調(diào)節(jié)螺母起立柱臺(tái)肩支承作用，且可調(diào)節(jié)兩梁的支承距離，對(duì)立柱有關(guān)軸向尺寸要求不嚴(yán)格，緊固較容易。但對(duì)立柱螺紋精度（與立柱軸線的平行度）以及調(diào)節(jié)螺母精度（調(diào)節(jié)螺母的螺紋對(duì)于上下橫梁貼合面垂直度）要求嚴(yán)格。機(jī)器精度調(diào)整較麻煩。第三及第四種結(jié)構(gòu)基本相同，精度調(diào)整及加工也不復(fù)雜，但總裝后立柱預(yù)緊不如第二種方便。由于立柱使用立柱螺母與上下橫梁連接為一剛性框架的，因此，保證立柱螺母的擰緊程度，使其與上、下橫梁的貼合面密切配合并不產(chǎn)生松動(dòng)是保持機(jī)架剛度的基本條件。立

31、柱螺母一般為圓形，可制成整體式和對(duì)開(kāi)式，材料一般可選用45鍛鋼或ZG270500。安裝時(shí)需通過(guò)螺母對(duì)立柱進(jìn)行鎖緊，其預(yù)緊原理和基本方法與通用曲柄壓力機(jī)組合機(jī)身的預(yù)緊相似。螺母預(yù)緊后，必須用防松裝置鎖緊，以防螺母脫落。本設(shè)計(jì)采用的是第四種結(jié)構(gòu)形式，因其精度調(diào)整和加工不復(fù)雜，精度調(diào)整簡(jiǎn)單可靠。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-6所示。圖 2-6 立柱的結(jié)構(gòu)形式2.4.2 形狀尺寸要求立柱為液壓機(jī)的重要零件，是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。其具體的要求有：（1） 立柱導(dǎo)向面表面粗糙度為Ra0.4m；（2） 立柱導(dǎo)向面錐度及橢圓度不大于公差一半；（3） 立柱導(dǎo)向面軸線不平直度允差不大于0.05/1000mm；（4） 與工作臺(tái)貼

32、合之端面對(duì)立柱導(dǎo)向表面之跳動(dòng)量允差不大于0.05mm；（5） 材料一般選用35或45鍛鋼件。毛坯應(yīng)正火處理，消除鍛造過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力；（6） 立柱導(dǎo)向表面有條件應(yīng)進(jìn)行熱處理，表面硬度不低于HRc45，也可進(jìn)行表面鍍硬鉻處理，鍍層厚度為0.020.04mm。2.5 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.5.1 結(jié)構(gòu)形式活動(dòng)橫梁的主要作用為，與主油缸的活塞桿連接傳遞液壓機(jī)的壓力，通過(guò)導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，安裝固定模具及工具等。因此要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。活動(dòng)橫梁選用的材料與上橫梁、工作臺(tái)相同，常采用同樣的材料來(lái)制造，以使毛坯的制造工藝相類似，便于制造。活動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除考慮導(dǎo)向精度要求外，還應(yīng)根據(jù)

33、壓制工藝中的承載要求來(lái)定。根據(jù)壓制工藝性質(zhì)，若活動(dòng)橫梁無(wú)論在何種情況下都無(wú)彎曲，例如：粉末冶金液壓機(jī)或軸類零件壓制專用液壓機(jī)，計(jì)算時(shí)就可以僅按承壓能力來(lái)設(shè)計(jì)。因此，活動(dòng)橫梁常是上面敞開(kāi)的箱形梁。中部高度也可設(shè)計(jì)較低。若被壓制零件尺寸較大，多制件同時(shí)加壓和使用中具有偏心載荷等條件下，就要求活動(dòng)橫梁不但有足夠的承壓強(qiáng)度，還應(yīng)具有一定的承載剛度與抗彎能力。此時(shí)常將它設(shè)計(jì)成高度略低于上橫梁而壁厚相近的封閉箱形體。若液壓機(jī)設(shè)有限程套，而活動(dòng)橫梁又可能支承在限程套上，并受全壓作用，則活動(dòng)橫梁應(yīng)有一定的抗彎能力。一般設(shè)成封閉的箱形體，結(jié)構(gòu)高度由計(jì)算后決定。無(wú)論何種情況，導(dǎo)向部分應(yīng)有一定的的高度，以保證足夠的

34、精度。一般情況下，導(dǎo)向部分高度不應(yīng)小于活塞行程的二分之一?；顒?dòng)橫梁與柱塞聯(lián)接部位，開(kāi)有環(huán)形的集油槽，以便貯存油缸缸口部漏滲的油液。鑄件應(yīng)將壁厚設(shè)計(jì)均勻，防止應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)必要的加強(qiáng)筋并便于清砂及起重要求。本設(shè)計(jì)的活動(dòng)橫梁材料采用ZG45，為鑄造結(jié)構(gòu)。活動(dòng)橫梁的上部與柱塞（或活塞桿）連接，下部是安裝模具的平面，四個(gè)角上開(kāi)有安裝導(dǎo)套的立柱孔，立柱可在導(dǎo)套中導(dǎo)向，為使柱塞（或活塞桿）的支撐部位有足夠的承壓能力，柱塞孔多做成圓筒形，活動(dòng)橫梁的下表面開(kāi)有T型槽供安裝模具用，對(duì)沖壓液壓機(jī)該面上常開(kāi)有打料孔。2.5.2形狀和尺寸要求活動(dòng)橫梁是液壓機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件，為保證液壓機(jī)符合精度要求，因此，要求四立柱導(dǎo)向

35、套孔軸線相互平行，它與聯(lián)接活塞桿孔的中心線平行；上述這些孔軸線都應(yīng)與活動(dòng)橫梁下平面相垂直；與活塞桿接觸平面對(duì)平面亦要求平行等。其具體要求為：（1） 連接活塞桿孔軸線與四立柱孔軸應(yīng)互相平行，其不平度允差不大于0.10/1000mm；（2） 活動(dòng)橫梁下表面不平直度，按JB1293-73標(biāo)0.05/1000mm；（3） 聯(lián)接活塞桿孔軸線與四立柱孔軸線對(duì)下平面不垂直度允差0.060.10/1000mm；（4） 下平面對(duì)上平面（與活塞桿貼合平面）不平行度允差0.06/1000mm；（5） 四立柱孔中心距公差，前后、左右均在0.20mm，對(duì)角線上孔間距公差按下式計(jì)算求出： （6）四立柱孔與導(dǎo)套外圓配合精度

36、為H8/j6。中心孔與活塞桿外圓配合精度為H8/f7。2.5.3 立柱導(dǎo)套活動(dòng)橫梁導(dǎo)向的正確性，關(guān)系到機(jī)器的精度，工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況，加工制件的尺寸精度，模具使用壽命及機(jī)身的受力情況。因此，應(yīng)合理選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與配合要求。中小型液壓機(jī)一般采用固定式導(dǎo)套。對(duì)于大重型液（水）壓機(jī)也有采用雙球面及單球面活動(dòng)導(dǎo)套。本設(shè)計(jì)的5000KN雙缸四柱液壓機(jī)，采用固定式導(dǎo)套，其結(jié)構(gòu)形式如圖2-7所示。 導(dǎo)套材料可用鑄鐵、青銅等，近年來(lái)有些單位改用鐵基粉末冶金，效果及壽命均高于鑄鐵。對(duì)于大型液壓機(jī)為了便于裝配和維修，常將導(dǎo)套制成對(duì)開(kāi)式。導(dǎo)套分開(kāi)面也有用與軸線成35斜角，即斜切分開(kāi)。每個(gè)導(dǎo)套高度取動(dòng)梁導(dǎo)向

37、部分高度的左右。導(dǎo)套可用黃油做潤(rùn)滑劑。外端面上應(yīng)該裝有毛氈或?qū)Ｓ梅缐m圈，以防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)套內(nèi)表面。導(dǎo)套應(yīng)有一定的厚度，以防止導(dǎo)套壓入動(dòng)梁孔后內(nèi)孔變形。導(dǎo)套內(nèi)孔與立柱之間配合一般為H8/f8H8/f9，導(dǎo)套內(nèi)外圓應(yīng)同心，要求在一次裝卡下加工成型。較大的導(dǎo)套毛坯應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。本設(shè)計(jì)采用的是第一種形式。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便。圖2-7 固定式導(dǎo)套2.5.4 活動(dòng)橫梁與活塞桿聯(lián)接方式活動(dòng)橫梁與活塞（柱塞)桿聯(lián)接形式有活塞（柱塞）桿端部結(jié)構(gòu)和活動(dòng)橫梁相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)及聯(lián)接零件組成。聯(lián)接結(jié)構(gòu)按其性質(zhì)可區(qū)分為可動(dòng)聯(lián)接及固定聯(lián)接兩類。可動(dòng)聯(lián)接結(jié)構(gòu)是以球面鉸鏈聯(lián)接的方法，將活塞（柱塞）與活動(dòng)橫

38、梁聯(lián)接。 可動(dòng)聯(lián)接一般在多缸式液壓機(jī)側(cè)缸上采用。柱塞（或活塞桿）可相對(duì)于球面座有一個(gè)小的水平位移和偏移，當(dāng)活動(dòng)橫梁受偏心載荷作用發(fā)生傾斜時(shí)，柱塞（或活塞）仍保持垂直，大大減少導(dǎo)套所承受的側(cè)推力，有利于減少導(dǎo)套及密封的磨損。對(duì)于單缸式液壓機(jī)以及多缸式主作用油缸活塞（柱塞）與活動(dòng)橫梁聯(lián)接形式都采用固定聯(lián)接。固定聯(lián)接要求活動(dòng)橫練及主缸安裝基準(zhǔn)等有較好的加工精度，否則就可能工作時(shí)產(chǎn)生不平穩(wěn)脈動(dòng)等現(xiàn)象。當(dāng)活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)時(shí)，除以立柱導(dǎo)套導(dǎo)向外，還可利用液壓缸導(dǎo)套做附加導(dǎo)向，增大了導(dǎo)向長(zhǎng)度，可提高其導(dǎo)向精度和抗偏載能力。但當(dāng)活動(dòng)橫梁承受偏心載荷作用時(shí)，活塞（柱塞）將隨之一起傾斜，使缸內(nèi)的導(dǎo)向部分也承受側(cè)向推力

39、，加劇了導(dǎo)套及密封的磨損。(a) (b)(c) (d)圖 2-8 活塞與活動(dòng)橫梁的聯(lián)接結(jié)構(gòu) 固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)是通過(guò)活塞（柱塞）端面及圓柱面與活動(dòng)橫梁配合聯(lián)接成不能相對(duì)移動(dòng)的整體，結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2-13。圖a中1為活塞（活塞桿）插入活動(dòng)橫梁2內(nèi)用螺釘4加以緊固，3為墊圈。圖b活塞1頭部螺紋與螺母3緊固于活動(dòng)橫梁2內(nèi)。圖c活塞1與帶螺紋鎖母3用螺釘與動(dòng)梁2聯(lián)接。圖d用兩半環(huán)3依靠螺栓4來(lái)鎖緊，活塞1圓柱面及端面與動(dòng)梁2相聯(lián)接。活動(dòng)橫梁孔與活塞（柱塞）頭部配合一般采用H8/f9或高于此配合精度，并應(yīng)有一定的插入深度，使活塞（柱塞）與活動(dòng)橫梁聯(lián)接成一鋼體。對(duì)于活塞式結(jié)構(gòu)油缸與活動(dòng)橫梁連接零件的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)回程

40、噸位來(lái)計(jì)算。2.5.5固定模具結(jié)構(gòu)活動(dòng)橫梁下平面同工作臺(tái)相同，并設(shè)有T型槽。對(duì)T型槽的要求以及其尺寸要求與工作臺(tái)要求相同。2.6 液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)對(duì)金屬塑性成型設(shè)備以及液壓機(jī)的一些相關(guān)資料的查閱，對(duì)液壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有了一些認(rèn)識(shí)和了解，通過(guò)對(duì)液壓機(jī)的上橫梁、工作臺(tái)、立柱、活動(dòng)橫梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與確定，以及各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)接形式的分析與了解，在此基礎(chǔ)上，利用CAD繪圖軟件，將液壓機(jī)的總裝配圖繪制出來(lái)。其結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。圖2-9 雙缸四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.7 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)介紹了液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)，其中主要包括對(duì)上橫梁、工作臺(tái)、立柱以及活動(dòng)橫梁等結(jié)構(gòu)及形狀尺寸的要求的對(duì)，同時(shí)對(duì)液壓機(jī)各部分之間

41、的聯(lián)接形式也做了具體的分析。通過(guò)查閱中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算以及液壓機(jī)的一些相關(guān)資料，對(duì)液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)以及液壓機(jī)每部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和聯(lián)接形式有了一些認(rèn)識(shí)與了解，為液壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工作缸部裝圖的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。第3章 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算3.1 工作缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 缸體的強(qiáng)度計(jì)算 3.1.1.1 結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)下列圖3-1形來(lái)計(jì)算圖3-1 液壓缸受力圖 （3-1） 液壓缸工作腔的壓力 Pa，系統(tǒng)額定壓力為25MPA，最大壓力為31.5MPA，我們?nèi)∽畲髩毫?液壓缸回油腔的壓力 Pa 故：當(dāng)按GB2348-80將這些直徑圓整成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：,由此求得液壓缸面積的實(shí)際有效面積為： （3

42、-2） 3.1.1.2 缸體的強(qiáng)度計(jì)算 缸體的中段強(qiáng)度計(jì)算 油缸筒部的強(qiáng)度可按材料力學(xué)中厚壁筒公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于塑性材料，可根據(jù)第四強(qiáng)度理論計(jì)算出工作缸內(nèi)壁的最大合成應(yīng)力max。筒部受力狀態(tài)如圖3-2。圖3-2工作缸筒部受力狀態(tài)由第四強(qiáng)度理論知 = （3-3）式中 作用于缸筒內(nèi)任一點(diǎn)K處的切應(yīng)力，且有 = （3-4）式中 作用于缸筒內(nèi)任一點(diǎn)K處的徑向應(yīng)力，且有 = （3-5）式中 作用于缸筒的軸向應(yīng)力，且有 = （3-6）式中 r1工作缸內(nèi)半徑； r2工作缸外半徑； r所求應(yīng)力點(diǎn)位置的半徑；p油缸最大工作壓力。當(dāng)r=r1時(shí)： ；即油缸筒部?jī)?nèi)壁的合成應(yīng)力達(dá)到最大值。將此處的r、t、z分別代入式（

43、3-3）中，可得油缸筒部?jī)?nèi)壁的合成應(yīng)力為： = （3-7） 所設(shè)計(jì)的油缸結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和油缸最大工作壓力分別為： r1=16cm；r2=21 cm；pmax=31.5 Mpa，代入式（3-7）計(jì)算得： = =1025(105Pa)2.缸口導(dǎo)套擠壓計(jì)算 缸口導(dǎo)套材料選用HT20-40，導(dǎo)套擠壓應(yīng)力為： 式中 代入得： =68.53.法蘭盤(pán)計(jì)算 法蘭材料選用35，故彎曲應(yīng)力： 式中 代入上式得： 圖3-3 缸口結(jié)構(gòu)3.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算3.2.1 計(jì)算條件 1.把工作臺(tái)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁；2.工作臺(tái)的制造材料為HT200(灰口鑄鐵)，其許用應(yīng)力為：40 MPa,抗剪許用應(yīng)力20 MPa；3.由

44、于本機(jī)為四柱式通用液壓機(jī)，其加載條件可視為中間部分承受均布載荷，設(shè)模具長(zhǎng)度為b，其受力分析簡(jiǎn)圖如圖36所示。圖3-4 工作臺(tái)受力簡(jiǎn)圖3.2.2 工作臺(tái)的彎矩與剪力計(jì)算1.最大彎距Mmax已知： P=5000KN； b=40 cm（模具長(zhǎng)度）； B=160 cm（立柱中心距），則 b=B q=500000N/cm Mmax = =175000000Ncm2.最大剪力Qmax由受力分析簡(jiǎn)圖3-4可得Qmax=P/2=250000 0N。3.2.3工作臺(tái)的撓度計(jì)算在計(jì)算工作臺(tái)剛度時(shí)，除了要考慮彎矩引起的撓度外，由于液壓機(jī)的工作臺(tái)是短而粗的結(jié)構(gòu)，所以還必須考慮由于剪力引起的撓度，即剪變形。其總撓度為f

45、0=f彎+f剪 。1. 彎矩引起的撓度f(wàn)彎可利用單位載荷法求解f彎，由圖34可得：(1)在外載荷作用下的彎矩方程為(2)在單位載荷作用下的彎矩方程為工作臺(tái)的最大撓度f(wàn)彎發(fā)生在橫梁中點(diǎn)處，根據(jù)單位載荷法，有： (3-10)將Mx、M1代入式（3-10）得：將以知的B、P、q、a值代入，進(jìn)行定積分后得 =0.0202式中 E工作臺(tái)材料的彈性模量，對(duì)于灰口鑄鐵HT200；E=1.051011 Pa；J工作臺(tái)計(jì)算截面的慣性矩。2剪力引起的撓度f(wàn)剪剪力引起的撓度f(wàn)剪同樣可用單位載荷法進(jìn)行計(jì)算，即(1)在外載荷作用下的剪力方程為(2)在單位載荷作用下的剪力方程為：所以， (3-11)將Qx、Q1代入式（3

46、-11）得 將已知的q、a值代入上式，積分后可得 f剪= =0.0202+式中 G工作臺(tái)材料的剪切彈性模量 (3-12) 泊松比，對(duì)于鑄鐵，=0.230.27，取=0.25則 3計(jì)算工作臺(tái)中間截面慣性矩J在計(jì)算工作臺(tái)截面慣性矩時(shí)，先將其截面圖3-5簡(jiǎn)化為等效計(jì)算截面，如圖3-6所示，最后按表3-1各項(xiàng)分別進(jìn)行計(jì)算。圖3-5 工作臺(tái)截面圖圖3-6 工作臺(tái)等效截面計(jì)算圖表3-1 工作臺(tái)截面慣性矩計(jì)算表序號(hào)截面寬度截面高度截面面積截面形心至x軸的距離截面對(duì)x軸的靜力距靜力距與面積形心至x軸距離的乘積各截面積的慣性矩1166101660751245009337500138332162348669.53

47、3777234750364.532649127442.5541452301162.525490643039016.5148524502.567.55348272112992329121451617061020440801632030607141140.573.51.2總計(jì)80481622098611947150.5273683.2H (1)整個(gè)工作臺(tái)截面對(duì)x軸的慣性矩Jx為(2)整個(gè)工作臺(tái)截面形心至下平面x軸的距離h1為 所以， (3)整個(gè)工作臺(tái)截面對(duì)其中性軸（I-I）的慣性矩J為3.2.4 工作臺(tái)的強(qiáng)度校核(1)截面最大彎曲拉應(yīng)力拉拉= (3-13)將上述計(jì)算值代入式(3-13)得拉=28.

48、766 MPa(2)截面最大彎曲壓應(yīng)力壓壓 (3-14)將已知值及計(jì)算值代入式3-14得壓MPa對(duì)于HT200,其=40MPa,經(jīng)上述計(jì)算出的工作臺(tái)的最大彎曲拉應(yīng)力均小于其許用應(yīng)力值，即，所以其設(shè)計(jì)是安全的。(3)最大剪應(yīng)力根據(jù)材料力學(xué)可知，由于橫梁斷面剪切力主要由立板承受，故可將截面簡(jiǎn)化為矩形，其剪應(yīng)力在形心軸處最大，則 (3-15)式中 Qmax計(jì)算截面所承受的最大剪力； 工作臺(tái)立板厚度之和，根據(jù)工作臺(tái)設(shè)計(jì)圖可知，=140+60+60=260mm=26 cmH工作臺(tái)總高，H=80cm； 剪切許用應(yīng)力，對(duì)于HT200, =20 MPa。將上述數(shù)值代入式3-22得所以設(shè)計(jì)是安全的。3.2.5

49、工作臺(tái)的剛度校核如前計(jì)算，工作臺(tái)受力簡(jiǎn)圖如圖3-10工作臺(tái)彎曲和剪力變形量為： =已知： K=1.2；G=0.6103MPa；E=1.051011 Pa； P=5000000N；J=2074436.74cm4；B=160 cm；F=2054cm代入上式計(jì)算得：cmcm 工作臺(tái)在公稱噸位作用下總變形量為： cm 對(duì)于工作臺(tái)，其允許工作臺(tái)彎曲變形量：f=（0.120.2）B/1000 mm,已知B=1600 mm,則f=0.1920.32 mm,取f=0.32 mm。所以，f0=0.31mm0.32 mm=f,其設(shè)計(jì)是安全的。3.3 本章小結(jié)本章主要對(duì)液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)各組成部分進(jìn)行了強(qiáng)度剛度的詳細(xì)

50、校核，以保證各組成部分符合設(shè)計(jì)要求。第4章 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 制定液壓系統(tǒng)基本方案4.1.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式在本設(shè)計(jì)中,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類。活塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。液壓缸除了單個(gè)地使用外，還可以組合起來(lái)或和其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)特殊的功能。根據(jù)參考文獻(xiàn)2表37.5-1我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)表3-1。表4-1 運(yùn)用場(chǎng)合名稱特點(diǎn)適用場(chǎng)合單桿活

51、塞液壓缸有效工作面積大，雙向不對(duì)稱往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)等4.1.2 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路1）為了實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。電磁換向閥的基本工作原理是通過(guò)電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動(dòng)方向。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。若推動(dòng)故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動(dòng)。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓油路的換向、順序動(dòng)作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不大的液壓系統(tǒng)中。2）為了實(shí)現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時(shí)，如通流截面相

52、對(duì)于閥心位移的變化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的大小。而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出口壓差將將減小。調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。因此，在本設(shè)計(jì)中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。4.1.3 液壓源系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。在無(wú)其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作

53、用。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們?cè)诒玫男】谘b上粗濾油器。（進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精濾油器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過(guò)濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。4.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定4.2.1 液壓介質(zhì)的選擇液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強(qiáng)度要高，具有較好的潤(rùn)滑性能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對(duì)涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時(shí)液壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力。選擇液壓介質(zhì)時(shí)，除專用液壓油外，

54、首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度等。當(dāng)工作溫度在60以下，載荷較輕時(shí)，可選用機(jī)械油；工作溫度超過(guò)60時(shí)，應(yīng)選用汽輪機(jī)油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動(dòng)時(shí)須選用低凝液壓油。據(jù)參考文獻(xiàn)2表37.3-12 中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)中四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求選用N32號(hào)普通液壓油，其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表4-2。表4-2 N32號(hào)液壓油指標(biāo)名稱N32號(hào)普通液壓油代號(hào) / 原牌號(hào)YA-N32 / 20號(hào)運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (40)28835.2運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (50)1723粘度指數(shù)90抗氧化安定性(酸值達(dá)2mgKOH/g) h1000凝點(diǎn) -10閃點(diǎn)(開(kāi)口) 170防銹性(蒸鎦水法)無(wú)銹臨界載荷 N600抗泡沫性(93)